影响MTBE产品质量的因素分析及优化措施探讨

2022-09-30

MTBE (甲基叔丁基醚) , 其辛烷值高 (RON:117, MON:101) , 可以任何比例与汽油互溶, 对于直馏汽油、催化裂化汽油、催化重整汽油等各种汽油有着良好的调和效应, 是生产无铅、含氧、低芳、低烯的高辛烷值汽油的理想调合组分。本MTBE装置建生产能力为1.2万吨/年。产品MTBE主要用于将我公司催化装置生产的汽油调和至93#汽油。本文结合MTBE装置生产实际分析探讨MTBE产品质量的影响因素, 提出优化操作的具体方法, 对指导生产高质量MTBE产品有非常重要的意义。

一、装置工艺流程及醚化反应机理

1. 工艺流程

MTBE装置以气体分馏装置生产的混合碳四组分为原料, 与甲醇以一定比例混合, 经过预处理器、吸附器, 脱除原料中少量的硫、碱性物质后, 混合碳四与甲醇混合组分被加热至60℃左右进入反应器, 在大孔强酸性阳离子交换树脂催化剂的作用下异丁烯与甲醇发生醚化反应, 反应后的物料进入蒸馏塔共沸蒸馏, 蒸馏塔底部产品为MTBE, 塔顶混合碳四组分一部分作为蒸馏塔回流组分打回塔内, 另一部分作为液化气产品。

2. 醚化反应机理

在一定的温度和压力下, 异丁烯和甲醇的混合组分发生醚化反应生成MTBE。在合成MTBE的过程中, 还同时发生少量的副反应:生成异辛烯/三甲基戊烯、丁醇、二甲基醚。

二、产品质量影响因素

1. 醇烃比对产品质量的影响

醇烯比是指进料中的原料甲醇与异丁烯的体积比, 醇烃比的控制是影响MTBE产品质量的关键因素, 醇烃比过大, 过量的甲醇会被带入MTBE产品中, 降低产品纯度, 而且过量的甲醇在反应器中会引发生副反应, 生成二甲醚、叔丁醇等副产物;醇烃比过小, 会引发异丁烯自聚反应, 常常由于强烈的放热导致反应器超温, 甚至烧坏催化剂, 同时高温还会促成二甲醚等副反应的发生, 导致MTBE产品中副产物含量增加, 降低MTBE产品纯度。

我们根据实际生产情况对反应的醇烃比进行了适当调整, 当醇烃比一定时, 随着原料混合碳四中异丁烯含量的增加, 产品MTBE中甲醇含量呈下降的趋势;随着醇烃比由1:27过渡至1:30, 产品MTBE中甲醇含量有明显降低的趋势, 我们将反应的醇烃比控制在1:30, 产品中甲醇含量较好地控制在0.1%左右, 比产品质量控制指标中甲醇含量小于0.5%有大幅下降, 由于我公司MTBE装置没有甲醇萃取回收系统, 因此控制好醇烃比, 有效减低产品中甲醇含量对提高MTBE产品质量至关重要。

2. 反应器操作温度对产品质量的影响

异丁烯与甲醇在催化剂作用下生成MTBE的反应, 是一个可逆放热反应。在一定的异丁烯浓度和醇烯比下, 反应温度的高低不仅影响异丁烯的转化率, 而且也影响生成甲基叔丁基醚的选择性、催化剂寿命和反应速度。

实际生产中, 控制好原料预热温度则是控制好反应器温度的关键, 而且原料预热温度也影响着反应器床层的温度分布, 当反应器床层温度超过60℃时, 须及时对原料预热器进行调节, 避免原料预热器出口温度长时间偏高, 若原料预热器出口温度长时间超过50℃, 将会由于醚化反应的剧烈放热导致反应器温度在较短的时间内迅速上升, 加剧副反应的发生, 产品中副产物异辛烯和叔丁醇含量明显增加, 而且高温极易导致催化剂磺酸基团脱落, 降低催化剂活性, 缩短催化剂的使用寿命。

3. 分馏塔操作条件对产品质量的影响

经过反应器醚化反应后的混合物料为MTBE产品、未反应的混合碳四、甲醇及少量的副产物, MTBE的沸点是55.5℃, 混合碳四的沸点是-7℃—6℃, 由于MTBE和混合碳四的相对挥发度及沸点相差较大, 生产中采用共沸蒸馏的方法将他们进行分离。混合碳四和甲醇的共沸物从塔顶采出, 经塔顶冷凝器冷凝为液态后作为液化气产品, 塔底则采出MTBE产品和少量的副产物。

(1) 分馏塔操作温度对产品质量的影响, 分馏塔底温与MT-BE纯度关系;当分馏塔底温控制在120℃-130℃范围时, MTBE纯度可达到93%以上, 塔底温度偏低, MTBE产品中未反应混合碳四含量偏高, 影响产品纯度, 温度超过130℃, 虽然产品纯度明显提高, 但一部分MTBE会被带入到塔顶, 降低塔底MTBE产品的收率, 因此从产品纯度和收率两方面考虑, 实际生产中塔底温度控制在120℃-130℃为宜。

(2) 分馏塔操作压力对产品质量的影响

我单位MTBE装置采用热旁通压力控制流程实现分馏塔压力的控制:当塔底液位偏高时, 塔底温度往往达不到控制指标, 通过开大塔底重沸器蒸汽调节阀来实现提高塔底温度则需要较长的时间, 一方面影响到分馏塔的操作平衡, 导致塔底混合碳四含量增加, 另一方面也增加了装置的蒸汽能耗。

热旁路冷凝器的传热面积比常规计算值大, 所以冷凝速度很快, 操作中通过适当关小热旁路上的调节阀, 使塔顶汽相物料经主管线上冷凝器冷凝量增大, 则会在较短的时间内将塔底液位调整至操作控制指标范围内, 当塔底液位降低后, 塔底温度则会较快地达到操作控制温度, 在较短的时间内使分馏塔达到平衡。既缩短了操作调整时间, 也很好地控制了塔底重沸器蒸汽的消耗量。

综上所述, 分馏塔运行的好坏, 是控制MTBE产品质量的关键因素, 操作中控制好塔底温度和塔压等关键参数正常平稳, 才能保证MTBE产品纯度合格。

结语

通过结合我公司MTBE装置生产实际, 分析MTBE产品质量的影响因素, 进而提出优化产品质量的具体措施:根据原料异丁烯含量适当调整醇烃比将会对MTBE产品中甲醇含量起到至关重要的作用。在日常操作过程中, 控制好反应器温度能有效降低醚化反应副产物, 延长催化剂使用寿命, 稳定催化剂活性。选择合适的分馏塔底温和操作压力, 能有效控制塔底碳四含量, 是提高MTBE产品纯度的保障。

摘要：结合气分-聚丙烯车间MTBE装置生产实际, 分析MTBE产品质量的影响因素, 探讨控制优化MTBE产品质量的操作方法。

关键词：MTBE产品质量,反应精馏,催化剂