MTBE催化蒸馏技术工业化应用中的问题及对策

2022-09-20

MTBE即是甲基叔丁基醚, 是由甲醇与混合C4馏分中的异丁烯在大孔磺酸树脂的催化作用下进行反应合成的。MTBE的辛烷值较高 (MON101, RONI17) , 故其在生产具备无铅、含氧以及高辛烷值等特性的汽油方面有着重要的作用, 是汽油必不可少的调和成分。相对于其他的含氧化物而言, MTBE能够更加有效地降低汽油的蒸汽压, 有效地提高其稳定性。由于具有独到的优势, 也使得MTBE成为了全球发展最快的化工产品之一, 生产工艺技术在近年得到了迅速发展。催化蒸馏技术生产MTBE的工艺具有流程简洁、能耗较低、投资较低以及转化率较高等特点, 成为目前生产MTBE的重要技术之一。

1 催化蒸馏技术生产MTBE工艺介绍

首先将原料C4进行沉降分离, 分离后的C4与甲醇进行混合, 然后再送入预反应器的顶部。C4组分与甲醇在预反应器中进行反应会生成MTBE以及相应的副反应产物, 如DIB、DME、以及TBA等。再将反应物进行加热处理后送入催化蒸馏塔, 蒸馏塔主要可以分为3个部分, 上部分是精馏部分, 中间部分是催化反应部分, 下部分是提馏部分。混合物中剩余的C4组分会继续与甲醇进行反应生成MTBE, MTBE在蒸馏塔内会被不断蒸馏出来, 从而使得反应呈现正向反应, 以有效利用原料, 提高原料的转化率。MTBE在蒸馏出后经塔底流出, 待冷却后会被送往产品罐进行储存。而未反应的原料C4与甲醇经塔顶流出, 经过冷凝再进入甲醇萃取塔下部, 与经萃取塔上部进入的萃取水进行混合。在发生分层现象后, 萃余相不含有甲醇, 为未反应的C4, 经塔顶流出后被送往罐区储存。而含有甲醇的水相则经塔底流出, 被送往甲醇回收塔, 甲醇回收塔中甲醇与微量水会经塔顶蒸馏出, 水经塔底流出, 送往萃取塔循环使用。

2 MTBE催化蒸馏技术工业化应用中的问题及对策

催化蒸馏技术与MTBE生产的其他工艺主要区别在于反应蒸馏段, 采用了边分离边反应的多段分离和反应技术, 不断打破合成反应的平衡, 使化学反应向生成MTBE的方向进行。

(1) 醚化反应部分醚化反应系统是MTBE生产装置的核心部分。该系统生产操作控制的关键性要素是醇烯比, 以确保反应器中异丁烯的转化率高于98%, 才能够符合后序的反应生产要求。丁二烯装置在直供原料的时候, 原料中的异丁烯含量处于不稳定的状态, 使得醇烯比很难得到控制, 这使得MTBE产品的质量也难以被控制。

改善装置区中原料供料的方式显得尤为重要。目前生产上改变抽余C4由丁二烯装置直供方式, 改造为抽余C4原料先行送往罐区, 再经罐区送往MTBE装置, 使进料组分能够保持相对稳定, 为获得合格MTBE产品奠定基础。同时装置生产中采用在线仪表, 在线仪表能够使得操作人员及时了解异丁烯的含量, 随时进行调整, 有效保证装置稳定运行和产品质量。

(2) 反应精馏部分由于存在较多的副反应, 在实际运行过程中会出现MTBE产品中的MSBE超标的现象。因此, 需要逐步地降低反应塔内的操作压力, 压力的降低使得催化剂床层温度下降, 可以有效控制MSBE的含量。

依据设计的回流比, 在原料中的异丁烯含量低于设计值时, 催化剂床层中的C4浓度会过高, 从而使得副反应向生成MSBE的方向进行。对此, 需要通过降低反应塔内的回流比控制MTBE产品中的MSBE含量。同时依据对反应精馏塔塔顶的甲醇含量的有效分析, 能够使得操作人员及时了解催化剂床层中甲醇的浓度, 及时补加甲醇。

(3) 甲醇回收部分甲醇回收部分是否操作得当将直接影响到装置是否能够达到相关的环保指标, 在常压环境, 进行甲醇回收操作, 其塔釜温度与塔顶回流量的控制将取决于塔底和塔顶的物料质量。当塔顶的甲醇浓度低于99.85%, 既可以进行适当的降温, 又可以适当的提高回流的量。而当塔釜的水含甲醇超过0.01% 时, 可以提高适当的温度。在整个生产过程中需严格控制相关指标, 有效提高甲醇的回收率。可以适当地提高水洗塔的压力, 增加循环洗涤水的流量, 从而保证水洗的效果。同时, 为去除系统中的杂质, 需要每周为水洗塔换水一次。

(4) 其他问题生产实践中还存在如下问题。第一, MTBE产品中存在的杂质较多。目前生产的MTBE平均纯度只有98.5%, 当系统不稳定出现波动的时候, 产品的质量很难得到有效的保证。第二, 在冬季进行生产时, 为了保护装置, 需要停止供应脱盐水, 生产上水洗塔需要采用蒸汽凝液的方式进行补水, 而凝液中存在的杂质会聚集在水洗塔中, 从而使得现场液位计出现被堵死的现象, 导致水洗塔换水的频率、换水的时间增加。

3 结语

催化蒸馏技术生产MTBE, 在生产无铅、含氧以及高辛烷值汽油方面具有优势, 需要针对实际生产过程各环节存在的问题, 稳定控制反应进料的醇烯比、反应精馏的回流比、萃取塔的压力等操作条件, 并合理改进工艺路线, 达到稳定生产, 提高MTBE产品的产量和质量的目的, 使催化蒸馏技术具有更大的竞争力, 创造社会经济效益。

摘要：本文主要介绍了MTBE催化蒸馏技术工业化的应用, 同时介绍了在工业化生产过程中应用催化蒸馏技术生产MTEB出现的问题, 并提出相应的解决方案, 使得生产的产品能够达到相关质量要求。

关键词：MTBE,催化蒸馏,工业化