MTBE装置操作规程.docx
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MTBE装置操作规程
MTBE装置操作规程
第一章装置概况
混合T4馏分中的异丁烯在催化剂的作用下与甲醇反应合成甲基叔丁基醚（MTBE）是七十年代中期发展起来的石油化工新技术。
由于MTBE辛烷值很高，是生产无铅高辛烷值汽油的理想调合成份。
同时反应后的T4馏份可以通过精馏方法得到高纯度的丁烯-1，是经济合理地利用T4馏份中丁烯-1的好方法。
我厂为满足市场需求和充分利用T4资源，进一步提高产品的社会效益和经济效益，建设了国内首套1.5万t/aMTBE放大装置，此装置特点是外循环固定床一催化蒸馏组合工艺，与8万t/a气分装置形成联合生产装置。
装置占地面积200m2，与气分装置共用的操作室，总投资360万元（外汇12.7万美元）。
2005年3月破土动工，2005年5月5日交工，2005年5月10日开车成功。
第二章工艺原理及流程
第一节生产工艺简述
1、原料配制-醚化反应部分
原料T4馏分从装置外液化气罐区或上游气体分馏装置进入本装置T4原料罐（D-101）,在此分离沉降可能携带的水分后，用T4原料泵（P-101/1.2）将T4馏分送至T4-甲醇混合器（R-101/A）。
从装置外罐区来的新鲜甲醇进入甲醇原料罐（D-102），再用甲醇原料泵（P-102/1.2）送至R-101/A，上述两种物料在R-101/A中充分混合，混合后的物料借助于在线醇烯比控制仪表调节甲醇流量，使醇烯分子比维持在1.0，进入预反应器（R-101/A）顶部。
预反应器（R-101/A）中装有大孔强酸性阳离子交换树脂催化剂，该催化剂既可用作净化剂，又可用作催化剂，反应进料以适宜温度（45℃-65℃）进入R-101/B后，进料中的异丁烯和甲醇反应生成MTBE，同时可能有少量的副反应，生成TBA、DIB、DME等副产品。
R-101/B底流出进入催化蒸馏部分。
2、催化蒸馏部分
来自反应物料进入催化蒸馏塔进料-MTBE产品换热器（E-104），与MTBE产品换热后，进入催化蒸留塔（T-101）。
T-101的进料口位于提馏段的上部;在蒸馏塔中，MTBE在塔内不断蒸馏分出，使异丁烯深度转化，以达到到异丁烯更高的转化率。
在催化蒸馏塔（T-101）的操作条件下，甲醇与未反应T4形成低沸点的共沸物从塔顶馏出，馏出物的绝大部分经催化蒸馏塔的冷凝器（E-105）冷凝，冷凝液进入催化蒸馏塔回流罐（D-103）。
用催化蒸馏塔回流泵（P-103）从D-103抽出冷凝液，一部分作为T-101的回流打入塔顶，一部分进入气分D-205。
T-101底部流出物为MTBE产品，该物流依靠塔的压力压出，经与T-101进料在进料-MTBE产品冷却器（E-104）中冷却后，再经MTBE产品冷却器（E-105）冷却至40℃后，送往装置外MTBE产品罐贮存。
为了使催化蒸馏塔（T-201）反应段有足够的甲醇参与反应，需要补充一定量的反应段。
补充甲醇补充甲醇泵（P-209/1.2）送出，经充甲醇净化器（D-211）送入塔反应段。
在催化蒸馏塔的操作中，可能有量的催化剂粉末流入塔底，可使MTBE分解，因此要间断地向塔釜打入钝化剂（二乙胺）。
钝化剂用钝化剂泵（P-210）送入塔釜。
T-201底设有催化蒸馏塔重沸器（E-203），该重沸器以蒸汽作为加热介质，为催化蒸馏提供热源。
重沸液从塔底进入重沸器，部分汽化后返回T-201底部空间。
T-201顶压力由二通调节阀热旁通控制，T-201回流量定值控制。
T-201灵敏点温度由重沸器加热蒸汽流量调节阀串级控制;T-201底液面由MTBE产品出装置管线上的液面调节阀控制。
第二节工艺过程特点及过程机理
本装置采用固定床-催化蒸馏组合式新工艺，一反三塔式流程。
由原料配制-醚化反应，催化蒸馏及甲醇回收三部分组成。
1、原料配制-醚化反应部分
T4馏份中的异丁烯和工业甲醇，以大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂，在温度40-80℃、压力0.7-1.5MPa操作条件下反应全成MTBE,反应在液相中进行，属可通放热反应。
除合成MTBE的主反应外，在此反应条件下沿存在下列副反应：
原料中水与异丁烯反应生成叔丁醇（TBA）,异丁烯自聚生成低聚物（DIB）;甲醇缩合生成二甲醚（DME）。
反应条件选择适当及限制原料的含水量，副反应可得以控制。
叔丁醇和异丁烯的低聚物也具有较高的辛烷值，可随MTBE调入汽油。
合成MTBE的主反应选择性很高（98-99℅），副反应生成物有限，T4馏份中异丁烯之外的其它组份在反应条件下为惰性物质。
原料中的碱性物质和金属阳离子是反应催化剂的毒物，应限制这些毒物的总量不超过2ppm。
随操作过程的延续，上述毒物将与树脂催化剂进行离子交换会使部分催化剂失活。
本部分主要由T4原料罐（D-201），甲醇原料罐（D-202），T4原料泵（P-201/1.2）、甲醇原料泵（P-202/1.2）及预反应器（R-201）组成。
借助于醇烯比大线分析仪表，控制反应器进料中醇烯分子比为1:
1。
预反应器的作用是完成主要醚化反应（异丁烯转化率约为90℅），并同时进行原料净化。
为控制反应温度，避免树脂催化剂在高温下活性流失，预反器应采用外循环冷却取热。
2、催化蒸馏部分
催化蒸馏是将催化反应与蒸馏过程在同一设备中同时进行的工艺。
预反应后的残余异丁烯与甲醇在催化蒸馏塔
的反应段继续反应，生成MTBE并不断地被蒸发分离，从而使合成MTBE的反应持续进行。
因此，催化蒸馏可以实现异丁烯的深度转化。
T-201中合成MTBE的反应热，被用于使反应物料汽化，因而可节省能量。
此外，在T-201中反应段所进行的反应是在物料沸点温度下进行的，只要该塔的压力控制稳定，反应温度则基本恒定，不会造成催化剂的过热。
催化蒸馏塔的另一功能是蒸馏，即起产品分离作用，甲醇和剩余T4所形成的低沸点共沸物从塔顶馏出，基本不含甲醇的纯度为97.5℅以上的MTBE则为塔底产品，塔顶馏出物中的MTBE含量不大于50ppm。
本部分主要由催化蒸馏塔（T-201）及其配套设备和补充甲醇净化器（D-211）组成。
T-201是本装置关键设备之一，实现异丁烯深度转化，使总转化率达到99℅以上。
为达到深度转化，在T-201反应段补充甲醇，为避免催化物中毒，甲醇需经装有相同型号催化剂的D-211净化。
3、催化剂性能指标
（1）本装置所用催化剂设计上为北京安定特种树脂厂生产，质量规格如下：
序号
项目
单位
规格
1
型号
S-34
2
型态
氢型
3
外观
灰色球形颗料
4
平均粒度
mm
0.55
5
粒度分布
>1.0mm
wt℅
≯2.4
<0.3mm
wt℅
≯1.0
6
耐磨率
wt℅
>85
7
堆比重（干）
g/ml
0.6-0.65
8
比表面积
m2/g
40-50
9
孔容
ml/g
0.35-0.40
10
平均孔半径
A
150-200
11
交换容量
MgetH+/g
4.5-4.7
12
水含量
wt℅
48-53
13
最高耐热温度
T
120
（2）经我厂分析对照，决定采用性能不低于S-54的D-005催化剂，为丹东化工三厂生产。
该树脂是用苯乙烯和二乙烯苯在适量致孔剂作用下的共聚珠体，经磺化反应得到的具有大孔网状结构，带有磺酸基团的高分子聚合物。
如下：
序号
指标名称
指标
1
全交换容量mmol/g（干）H+
≥4.70
2
含水量℅
50-58
3
真空密度g/ml
1.18-1.28
4
湿视密度g/ml
0.75-0.85
5
强度
≥95
6
均一系数
≤1.7
7
比表面积m2/g（干）
40-70
8
平均孔半径A
200-500
9
孔容mt/g
0.3-0.5
4、二乙胺（（T2H5）2NH）
二乙胺系无色、易燃、带胺味的流动性液体，能与水、乙醇、乙醚混溶。
其碱性可使催化剂失活，故在本装置中用作钝化剂。
序号
项目
单位
指标
备注
1
相对密度
D20
0.711
2
沸点
℃
55.5
3
凝固点
℃
-50.0
4
闪点
℃
17.78
5
自燃点
℃
254.4
℉,190
6
临界温度
℃
223.3
7
临界压力
MPa
3.55
atm56.52
8
比热容
KJ/kj
2.71
KTal/kg·T.0.52
9
气化热
KJ/kj
530.74
KTal/kg.91
10
爆炸极限
DOL
2.2-
第三节主要工艺指标、技术经济指标、装置能耗指标
1、主要工艺指标
（1）预反应器R-201
温度：
40-70℃
压力：
1.2MPa（绝）
进料醇烯分子比：
1.0
外循环重量比1.0-2，0
（2）催化蒸馏塔T-201
温度：
进料75℃
塔顶59.6℃
塔底137.5℃
压力：
塔顶0.80MPa（绝）
塔底0.85MPa（绝）
回流比：
1.1-1.2
2、消耗定额：
序号
名称
规格
单位
每吨产品消耗定额
消耗量
每小时
每年
1
T4馏分
IT7（27.66℅）
T
0.654
1.927
15416
2
甲醇
T
0.368
1.083
8664
3
催化剂
S-54
Kg
1.446
1.446
11500
4
蒸汽
1.0MPa（A）
T
0.488
2.56
20180
5
循环水
△t=8℃
T
88.5
260.8
208.6*100000
6
电力
380D
KW.H
23.4
69.0
55.16*100000
7
净化气
Nm3
20.4
60.0
48.1*100000
3、装置能耗指标：
名称
能耗（100000KTal/h）
蒸汽（1.0MPa（A））
207.4
循环水（△t=8℃）
26.1
电力（380D）
20.7
净化空气
2.4
凝结水
-18.9
合计
237.7
第四节产品质量指标
1、MTBE物理性质
序号
项目
单位
特性值
备注
1
液体比重
0.740
20℃
2
沸点
℃
52.5-58.5
3
凝固点
℃
-108
4
闪点
℃
-28
闭口
5
着火点
℃
460
6
蒸发热
KJ/kj
336.8
7
比热
Tal/g.•℃
0.51
8
燃烧热
KJ/kj
38.22
9
燃烧范围
DOL℅
1.6-8.4
10
蒸汽压
MPa
0.075
38℃
11
雷德蒸汽压
MPa
0.055
12
折光指数
1.3698
13
解电常数
4.5
14
表面张力
Pa
1.94
15
粘度（动力/运动）
Tp/Tp
0.36/0.49
28℃
16
研究辛烷值RON
117
17
马达辛烷值MON
101
18
MTBE在水中的溶解度
wt℅
4.0
20℃
19
水在MTBE中的溶解度
wt℅
1.3
20℃
2、本装置MTBE产品规格
名称
Wt（%）
MTBE
≥97.5
叔丁醇（TBA）
0.5-1.0
低聚物（DIB）
0.3-0.6
甲醇
<0.1
T4+T5
<0.5
第四章岗位操作法
第一节班长岗位操作法
一、岗位任务
熟悉本装置各岗位的一般操作方法，能熟练进行uXL计算机键盘操作和各工位号仪表调节，协调好各岗位正常生产，根据开停工方案组织班组开停工，事故的处理;懂得甲醇中毒的急救方法;记录并监督执行各项工艺指标;配合车间负责班组日常管理工作。
岗位范围
管辖本装置反应器、塔类、容器类及机泵类和相应管线，熟悉本装置所属设备型号、规格，检修要求和验收标准，了解本装置详细仪表控制流程、控制方法，操作参数及维护保养知识。
根据装置的不同运转状况，具体操作方法如下：
（一）装置的开工
1、指挥和协调好各岗位做好开工前的准备工作。
2、联系有关单位供应水、电、蒸汽、等进入装置；原料采样分析；液化气罐区做好收未反应T4、油品做好收MTBE油的准备。
3、全面检查各岗位准备工作是否充分，完全。
4、协调好各岗位之间的联系，纵观全局，指挥各岗位开工。
（二）装置的正常运转
1、定点、定时检查各设备、仪表的运转和操作情况。
2、组织全班人员加强平衡操作，互相配合，做到完全、优质、高产、低消耗。
3、发现问题及时查清原因，组织全班人员进行妥善处理。
4、监督全班人员严守工艺指标和各种规章制度。
5、对本班的各种原始记录、台帐负责。
（三）装置的各种异常现象要及时指挥处理，联系有关单位，合理安排各岗位操作人员妥善处理。
停水、电、汽、风时要及时查明原因，如果时间较短可指挥各岗位尽量维持生产;如果生产不能进行下去要汇报车间、调度、做好紧急停工的准备。
（四）装置的停工
1、清楚停工的原因、时间、明白停工的要求。
2、联系气分装置、油品、供排水、动力做好停工的准备。
3、组织岗位人员学习、讨论停工方案，严格按停工要求、步骤进行。
4、检查停工的彻底性。
5、停工完毕，通知车间和有关单位验收。
第二节反应岗位操作法
一、岗位任务
负责反应系统的正常操作，开、停工，事故处理以及负责所属设备、容器的日常维护和所属区域的日常卫生工作，并对MTBE质量和未反应T4中iT7含量负责。
二、岗位管辖范围
管辖反应系统区域内除机泵以外的所有设备及相应管线，具体有：
预反应器（R-201）、催化蒸馏塔（T-201）、T4原料罐（D-201）、甲醇原料罐（D-202）、T-201顶回液罐（D-203）、蒸汽分水器（D-210）、补充甲醇净化器（D-211）、钝化剂罐（D-212）、进料预热器（E-201）、进料-MTBE产品冷却器（E-202）、催化蒸馏塔底重沸器（E-203）、外循环冷却器（E-206）、催化蒸馏塔顶冷凝器（E-207）、MTBE产品冷却器（E-211）、T4、甲醇混合器（M-201）、外循环混合器（M-202）、以及这些设备所属的工艺管线，管件及工艺管线上的过滤器（SR-201、SR-202、SR-203）等设备均属本岗位的管辖范围。
三、操作要点：
1、控制R-201进料中适当的醇烯是本岗位操作的关键，合适的醇烯比既可以节能降耗，保证产品质量又可以使催化剂长周期安全运行。
2、由于原料中iT7浓度较高（重量百分比27.66%），故R-201维持一定的外循环比，作为调节反应器入口温度，以及通过改变物料浓度来控制反应使反应速度不致于太剧烈，从而控制iT7转化率和床层温度，并取走反应热。
3、R-201的压力是通过反应器出口的压控阀PIT-201来控制的，使反应器中物料在较高的压力下（1.1MPa），呈液相状态反应使iT7达到较高的转化率（固定床）;此压力也是物料进入T-201的动力。
4、考虑到催化剂的承压能力，预反应器（R-201）分为四个催化剂床层，从第二个床层底部开始，每层一个出料口，三个出口汇到总出口，又由于设计上考虑到预反应器的开工周期，减少催化剂的更换次数，故催化剂装填过量，开工初化剂活性较高，两个床层的催化剂即可保证iT7转化率可依次串入一个床层（由车间决定）。
5、气分或罐区来的混合T4原料中轻组份（T2、T3等）和重组份（T5等）是T-201平衡操作和控制产品质量的关键（混合T4液相样分析），T4和甲醇带水又使副产物叔丁醇增多（T4脱水，甲醇水含量分析），因此无论是开工前还是正常生产中都要做好原料分析和T4罐切水工作。
6、原料中iT7含量决定MTBE收率是控制醇烯比的依据和MTBE产量的关键。
7、MTBE装置是工业上脱除混合T4中iT7的有效方法，未反应T4中iT7超标（≯0.5℅）会使下一个生产单元原料不合格，同时会使MTBE收率低，浪费T4资源。
8、回流比直接影响T-201操作，当回流量过大，其它条件不变时，塔顶组份变轻，塔顶温度降低，甲醇和T4形成不了共沸物，甲醇蒸发不上去，沉入塔底;同时，若进料量一定，过大的回流比使塔内气相速度提高（T-201顶部为4米波纹板填料），喷淋液体下流严重受阴，易产生液泛，回流比过小，塔顶组份变重，使MTBE等重组份蒸到塔顶，影响正常生产。
因此可根据塔的进料值和塔顶温度适当调节回流量和催化蒸馏塔顶回流冷却器（E-207）冷却温度。
9、反应器床层温度控制手段主要用反应器外循环冷却器取热，反应器的进料有两个来源，一是进料预热器（E-201）来的新鲜物料，另一个是预反外循环物料。
在生产上考虑E-201壳程可以投用热的蒸汽凝结水给物料加热，也可以投用循环水给物料降温;预反外循环冷却器（E-206）管程走循环水冷循环物料。
正常生产中，当新鲜的物料温度较高时（如夏季操作），E-201改投冷却水，以防E-203冷却量不够，R-201物料超温控制阀仅TIT-202可以起调节作用，测温热偶切换至TT-202/1.当新鲜物料温度较低时（如冬季操作），为达到节能降耗的目的，减小循环水用量，用循环物料给新鲜进料加热，降低E-206循环水用量，同时降低了D-210出来蒸汽凝结水的后路阴力。
R-201进料超温时适当增加循环水流量;若温度一直较低，再投用凝结水。
总之R-201决于进料温度，而进料温度又是E-201、E-206共同作用的结果。
生产上应灵活掌握。
10、催化蒸馏塔（T-201）结构分三段考虑;顶部4m波纹板填料相当于精馏段中部反应段，10层双溢流浮阀塔盘间隔10段催化剂床层;底部为提馏段，为30层单溢流浮阀塔盘。
补充甲醇线两个入口分别在第二、四段床层下，两个进料口分别22、24层塔盘上，根据塔底惰性T4浓度切换，若含量较高，用上部床层进料口，反之改用下部。
补充甲醇线上下两个进料口切换是根据T-201开工周期决定的，开工时间长，一、二两个床层催化剂失活后改用上部进料口，若进料温度流量变化太大不仅影响提馏段的分离效果，而且影响反应段iT7的进一步转化和塔盘的分离效果。
11、根据T-201塔顶、塔底分析结果，以灵敏板温度为参考值，调节催化蒸馏塔底重沸器（E-203）蒸汽流量，以确定T-201底最佳温度范围。
12、维持T-201底液面在控制指标之内，使塔底产品外甩量保持相应的稳定，由于T-201进料的热源来自催化蒸馏塔（T-201）底外甩量，所以控制了T-201底液面也就控制了T-201的进料温度。
13、一定的回流比下，控制T-201顶回流罐（D-203）的液面在工艺指标内，也就是控制了萃取塔（T-202）进料量的相对稳定。
14、原料中若T2、T3等轻组份较多时，可通过D-203顶手动遥控（HIT-201）排放至低瓦线。
15、钝化剂的使用一般是在开工初期或催化剂泄漏时。
四、工艺操作指标
1、容器类
D-201液面40-60%
压力≯0.45
D-202液面20-40%
D-203液面40-60%
压力（G）≯0.70MPa
D-212液面25-75%
2、预反应器（R-201）
进料温度40℃
醇烯比分子比1.0
操作温度℃40-70
操作压力MPa（G）1.10
外循环比重量比1.0-2.0
3、催化蒸馏塔T-201
塔顶压力MPa（G）0.70
塔底压力MPa（G）0.75
进料温度℃75
塔顶温度℃59.6
塔底温度℃137.5
灵敏板温度℃≯85
回流比1.1-1.2
液面%40-60
五、不正常现象原因及处理方法
1、醇烯比变化原因及处理方法
A．原因
⑴P-201抽空或混合T4流量不足
⑵混合T4中iT4=含量发生变化
⑶P-202甲醇泵抽空，或流量不足
⑷甲醇含杂质太多
⑸FIT-201、FIT-202仪表不准
B.处理方法
⑴按时巡检，发现泵抽空及时处理，或在泵扬程范围内开大泵出口阀。
⑵根据在线色谱分析仪或化验分析数据调整甲醇量或T4量。
⑶按时巡检，发现泵抽空及时处理，或泵扬程范围内开大出口阀。
⑷根据化验分析数据调整甲醇量。
⑸联系仪表校正。
2、预反应器（R-201）中反应温度发生变化
A.原因
⑴R-201底压发生变化。
⑵新鲜物料流量发生变化。
⑶新鲜物料温度发生变化。
⑷新鲜物料醇烯比发生变化。
⑸外循环流量或温度发生变化。
B.处理方法
⑴观察压控阀PIT-201,若失灵联系仪表修理。
⑵稳定进料量。
⑶调节E-201循环水或凝结水流量。
⑷根据在线色谱分析结果或化验分析结果调节甲醇量。
⑸稳定外循环物料流量和温度。
3、R-201压力发生变化
A.原因
⑴进料量不稳。
⑵压控阀PIT-201失灵。
⑶进料中经组份T2、T3含量高。
⑷外循环量不稳。
B.处理方法
⑴稳定进料量。
⑵联系仪表修理。
⑶联系气分调整操作。
⑷稳定循环量。
⑸稳定外循环物料流量和温度。
4、催化蒸馏塔T-201压力超高的原因及处理方法
A.原因
⑴原料组份发生变化，轻组份太多，如含T2、T3等。
⑵塔超负荷，进料量太大，塔顶气相超负荷。
⑶操作温度发生变化，塔顶温度太高。
⑷循环水上水量小，水温高或塔顶冷却器进口阀开度不够。
⑸塔顶冷却器E-207结垢，传热系数变小，冷却效果差。
⑹塔顶压控阀PIT-202失灵。
C.处理方法
⑴回流罐（D-203）通过HIT-201排放不凝气去低瓦线。
⑵降低塔负荷。
⑶调整操作，降低塔顶温度。
⑷加大循环水流量，若属供排水车间问题与生产调度联系。
⑸停工时E-207检修。
⑹联系仪表修理。
⑺调整操作降低塔底温度，若仪表问题，联系仪表修理。
5、T-201压力偏低
A.原因
⑴塔顶压控阀PIT-202失灵。
⑵原料组份重、含碳五过高。
⑶塔顶温度低，塔顶冷凝器冷却水量太大。
⑷塔底温度低，塔底重沸器蒸汽量太小或蒸汽压力低。
⑸塔底重沸器结垢严重，传热效率低。
⑹凝结水D-210后路不畅通。
B.处理方法
⑴联系仪表修理。
⑵联系气分装置，调整碳四塔（T-105）操作，保证轻碳四质量。
⑶及时调整E-207循环水量。
⑷及时调整E-203蒸汽量，若蒸汽压力低可联系生产调度及动力车间，保证10公斤蒸汽压力。
⑸停工时E-203检修。
⑹疏通D-210后路，若水满则通过补压线补压。
6、T-201底温过高原因及处理方法
A.原因
⑴塔底温控阀（TIT-203）失灵或蒸汽流量太大。
⑵从气分来加热蒸汽压力太高。
⑶塔顶回流过小，或回流温度过高。
⑷进料温度较高。
⑸反应物中含DIB、TBA、T5等杂质太多。
⑹塔顶压力变高或压控阀（PIT-202）失灵。
B.处理方法
⑴减小蒸汽流量，若压控阀失灵，联系仪表修理。
⑵联系动力车间保证主蒸汽压力。
⑶加大塔顶回流量或降低回流温度（HIT-202）。
⑷减小MTBE产品外甩量或开大E-202进料换热副线。
⑸调整预反应器（R-201）进料的醇烯比。
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