ASPEN-培训教材 13-ASPEN-MTBE装置.doc

MTBE装置流程模拟计算一、工艺流程简述 MTBE（甲基叔丁基醚）是理想的高辛烷值汽油添加剂，是近20年长盛不衰、销售量最大、发展最快的化学品。含10MTBE的汽油能使燃料消耗下降7左右。除了增加汽油含氧量外，还可以促进清洁燃烧，减少汽车有害气体排放对大气的污染。 但是MTBE极易溶解于水，当地下储油罐泄漏或汽油溢撒至地面时，MTBE分子会比汽油中的其他成分更快地穿过土壤进入地下水，即使在浓度很低的情况下，也会导致水质恶臭。美国地质调查表明，使用新配方汽油的地区中20地下水检测到MTBE，而未使用新配方汽油的地区只有约2的地下水检测到MTBE。近年来美国联邦研究部门展示MTBE是可能对人类致癌的物质。美国加利福尼亚州已决定在2002年12月31日后禁止使用MTBE。根据这一趋势，美国其它州也可能在不久的将来限用或禁用。欧洲的汽油储罐主要为地上罐，与美国的情况不同，所以一直未采取限制措施。我国国内MTBE的需求，主要受国内外高标号汽油需求的影响。2000年国家公布了新标准汽油的质量标准，其中增加了苯含量，芳烃含量和烯烃含量的测定项目，规定汽油中烯烃含量不大于35，另外还有氧含量的指标要求。目前，国内新标准清洁汽油的产量还不高，因此要全面适应2003年1月1日起在全国范围内实施新标准清洁汽油的要求，就需要大量生产新标准清洁汽油的添加剂，所以近几年内作为高辛烷值汽油主要调和组分MTBE的需求量还会有所增加。 自1973年世界上第一套年产10万吨的MTBE装置在意大利建成投产以来，我国从上世纪70年代末80年代初开始进行合成MTBE技术的研究。至1984年，我国第一套以固定床列管式反应器为基础的年产5500吨工业实验装置在齐鲁石化公司橡胶厂建成投产，经过多年生产实践和不断的技术改进，目前我国MTBE生产技术有：固定床技术、膨胀床技术、催化蒸馏技术、混相床和混合反应蒸馏等多种生产技术。生产规模也从年产千吨扩大到年产14万吨，先后有6种生产技术成功地用于我国的近40套MTBE装置，技术水平达到当前世界先进水平。而且全部设备实现国产化，整个生产过程采用DCS控制，产品质量稳定。当前国内外较先进的MTBE工艺为反应精馏工艺，其生产装置由醚化反应器、甲醇净化及反应精馏、甲醇回收三个生产单元构成。反应精馏生产技术工艺过程为：混合碳四与甲醇按一定比例混合，进入装有净化剂的离子过滤器过滤掉阳离子和水，再经预热后，首先进入反应器进行反应，在反应器中绝大部分的异丁烯与甲醇反应生成MTBE。从反应器的底部出来的物料再进入反应塔，使在反应器内未转化完的异丁烯在反应塔内进一步反应。醚化反应后的物料由反应塔底部流出，经换热器换热、冷却后得MTBE产品，醚后碳四及甲醇从反应精馏顶部馏出去水洗塔由水萃取后去甲醇回收塔回收甲醇。本模拟例题为MTBE反应精馏工艺全装置模拟；在本例题中用到了PRO/II的转化率反应器、一般精馏塔、液-液萃取塔等基础模块，还用到了计算模块、单变量、多变量控制器等高级模专块。 其流程如图8-1所示，所涉及主要模块有转化率反应器（R501、R503）、普通精馏塔（C501、C503）、液-液萃取（C502）、计算模块（C-1、C-2）、物流计算器（D102）。图8-1 MTBE装置模拟计算流程图501碳四进料； 502预反甲醇进料； 508反应精馏塔甲醇进料； 510MTBE产品；512水洗水；513醚后碳四；V1不凝气；516回收甲醇；517回用水洗水二、需要输入的主要参数1、 装置进料数据 表8.1 进料数据501502508512Temperature C25252540Pressure kPag298.675100700150Vapor Frac0000Mole Flow kmol/hr74.7081315.166941.31110355.45984Mass Flow kg/hr4250485.093841.940851000Volume Flow l/min122.23310.192560.88127117.0349Mass Flow kg/hr C3=4.25000 C321.25000 IC41292.425000 NC4405.875000 IC4=807.075000 NC4=595000 TC4=645.15000 CC4=449.225000 1,3C4=0000 IC529.75000 MA0483.953841.851292 H2O01.140.08956998 TBA0000 MTBE0000 DME0000 MSBE00002、 单元操作参数表8.2 单元操作参数E501进料预热器出口温度45R501预反-绝热反应转化率基准组份异丁烯+甲醇MTBE 90%异丁烯异丁烯+水TBA 85%水2甲醇二甲醚+水0.1%甲醇R502反应精馏-绝热反应异丁烯+甲醇MTBE 90%异丁烯2甲醇二甲醚+水 2.5%甲醇异丁烯+甲醇MSBE 5%异丁烯表8.3 单元操作参数C501反应精馏塔C502水洗塔C503甲醇回收塔操作压力Mpa.G0.550.500.01全塔压降Mpa0.150.020.04实际板数603045进料板3030理论板数321029理论进料板1619表8.4 单元操作参数计算模块C-1用计算模块计算反应器501进料中醇/烯摩尔比105计算模块C-2用计算模块计算反应器503进料中醇/烯摩尔比250物流分离器D102碳四全从气相V1出3、 初值与设计规定 表8.5 设计规定C501反应精馏塔C502水洗塔C503甲醇回收塔热力学NRTL-RKVLE，unifac填充VLLE，unifac填充VLE，unifac填充初值1回流比1.0回流比10初值2塔顶产品/进料比0.738塔顶产品/进料比0.08519设计规定1塔底MTBE99%（wt）塔顶甲醇98.5%(wt)设计规定2变量1回流比塔顶产品/进料比变量2注：由于缺少反应动力学数据，用转化率反应器R503和精馏塔C501来模拟反应精馏塔三、软件版本采用ASPEN PLUS 软件12.1版本,文件保MTBER501.APW