年产10万吨碳四乙醇制乙基叔丁基醚的工艺设计(8)
1.4.2 设计目标
课题对乙基叔丁基醚的生产进行工艺设计，物料衡算，热量衡算，主要设备的设计和计算，绘制工艺流程图及生产车间布置图，设备的平面、立面布置图。本课题工作量适中，具有一定的广度和深度。
1.4.3 生产工艺条件
(1) 以QRE型大孔阳离子交换树脂为催化剂,抽余碳四与乙醇合成乙基叔丁基醚的适宜工艺条件: 醇烯摩尔比1.0-1.3 , 空速1.0-2.0h时, 反应温度45 -55℃;空速3.0-4.0h时, 反应温度55-60℃ , 在此条件下, 异丁烯的转化率大于94%。
(2) 固定床和催化蒸馏组合工艺中试结果表明, 采用催化蒸馏塔侧线采出一股物料返回预反应器的方法, 可使催化蒸馏塔塔釜的乙基叔丁基醚产品纯度达到97.72%。
(3) 经固定床反应器和催化蒸馏塔两步反应,异丁烯总转化率大于99.5% , 乙基叔丁基醚选择性大于98%, 乙基叔丁基醚纯度大于97%。
2 工艺流程设计
2.1 工艺路线及其基本原理
乙基叔丁基醚是炼油厂中混合C4馏分中的异丁烯和乙醇为原料，在特定的催化条件下制取的目标产品。异丁烯与乙醇在QRE-01型大孔磺酸催化剂的作用下，其中催化剂的比表面积为58.08m2/g，孔容体积为0.3060cm3/g。在50℃,1Mpa的条件下于固定床预反应器和反应精馏相结合的工艺反应，异丁烯的转化率可以达到99.8%，选择性大于99%。
由于本工艺中所处理的物料及所使用的公用工程多属常用物质，因而选取国家标准系列换热器。结合工段中物料的温度、压力和粘度等特性，本工艺中多选择浮头式管壳式换热器和固定管板式管壳式换热器。
2.2主要反应
乙基叔丁基醚,简称ETBE ，别名叔丁基乙醚、乙基三级丁基醚、级丁基乙基醚，是一种性能优良的高辛烷值汽油调和组分。
其主反应为：
其副反应为：
由于原料采用的是生物含水乙醇，含水量约为5%，所以反应中存在的主要副反应是：
乙基叔丁基醚(ETBE)的生成反应是一个放热反应，是在酸性催化剂的作用下，由乙醇(Et0H)和异丁烯(IB；二甲基丙烯)为原料进行的。化学反应方程如下所示： 此外还可能发生的副反应有：
乙醇脱水缩合生成二乙基醚
异丁烯聚合反应转变为二异丁烯
2.3 工艺流程概述
本工作以抽提丁二烯后的碳四和乙醇为原料,以大孔阳离子交换树脂为催化剂进行了ETBE 合成工艺的开发。
异丁烯与乙醇在催化剂作用下发生的醚化反应是可逆放热反应,一般在液相中进行,副反应有异丁烯水合生成叔丁醇、乙醇缩水生成二乙醚以及烯烃聚合反应等。只要控制适宜的操作条件, 醚化反应选择性很高,一般达98%以上,副反应可以忽略不计，中试采用固定床预反应器与催化蒸馏塔组合的工艺流程,见上图。预反应器为固定床反应器,直径150mm,高1.5m。催化蒸馏塔直径100mm,高10.5m。由于ETBE合成反应是一放热反应,而且原料中的异丁烯含量较高,反应放热很大,采用一般的绝热床反应器反应温度不易控制,因此,采用使部分反应后的物料冷却后再返回反应器人口的方式取走反应热,通过调节循环量控制床层温度。催化蒸馏塔包括提馏段、反应段和精馏段,反应段采用MP-m型催化剂装填结构。反应物料先进入预反应器,反应后的物料进人催化蒸馏塔,从催化蒸馏塔提馏段下部侧线采出一股物料,返回预反应器入口,未反应的碳四和乙醇通过精馏段分馏,由塔顶排出,反应产物ETBE经提馏段分馏后,由塔釜排出。
采用固定床预醚化和催化蒸馏深度醚化两段醚化反应工艺。固定床预反应器的作用主要是转化90%以上的异丁烯,从而减少催化蒸溜塔的催化剂装填量,降低催化蒸馏塔的投资。从预反应器出来的反应物已接近化学平衡,进人催化蒸馏塔后,由于分离作用,产物ETBE不断被移走,破坏了反应的化学平衡,使反应继续进行,最终使异丁烯转化率大于99.5%。醚化反应后未反应的碳四中基本不含异丁烯,可作为生产1-丁烯、丁二烯等的原料。从催化蒸馏塔提馏段下部侧线采出一股含有乙醇、ETBE和烃类的物料,循环至固定床预反应器人口,其中的乙醇继续参加醚化反应,通过调节侧线物料量,从催化蒸馏塔塔釜得到高纯度ETBE产品。同时与没有侧线循环的一般工艺流程进行了对比。
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