碳四綜合利用裝置醚化單元醇烯比的計(jì)算

岳保華

摘要：根據(jù)理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)際操作，主要討論碳四綜合利用裝置醚化單元醇烯比的計(jì)算，從而依據(jù)原料變化，調(diào)整醇烯比，確定甲醇量，優(yōu)化操作，使裝置穩(wěn)定，產(chǎn)品MTBE達(dá)到優(yōu)級(jí)品。

關(guān)鍵詞：醇烯比;共沸;反應(yīng)

1.MTBE反應(yīng)原理

含有異丁烯的碳四與甲醇進(jìn)行混合，在D型苯乙烯系大孔徑強(qiáng)酸催化劑的作用下，使大部分異丁烯與甲醇反應(yīng)生成甲基叔丁基醚（MTBE），其主反應(yīng)方程式[1]如下：

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H=37KJ/mol，其反應(yīng)的選擇性很高，少量的副反應(yīng)產(chǎn)物為二甲醚（DME）、異丁烯二聚物（或低聚物）、以及由于反應(yīng)器中有水而生成叔丁醇（TBA）。

2.裝置流程

碳四裝置醚化單元主要有兩部分組成，筒式反應(yīng)器和反應(yīng)精餾塔，異丁烯和甲醇合成MTBE，主要是在筒式反應(yīng)器中進(jìn)行，殘余的異丁烯在反應(yīng)精餾塔中繼續(xù)與甲醇進(jìn)行深度轉(zhuǎn)化反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)生成物MTBE在反應(yīng)精餾塔中不斷分離，最終由塔底得到產(chǎn)品，未完全反應(yīng)的少量甲醇與剩余碳四共沸從塔頂餾出，送到后系統(tǒng)。方框流程如下：

3.實(shí)際問(wèn)題

碳四綜合利用裝置醚化單元的醇烯比是：甲醇進(jìn)料與碳四進(jìn)料中異丁烯的摩爾之比。公式1：醇烯比=甲醇量*56/（碳四進(jìn)料*異丁烯含量*32）

醇烯比是該單元的一個(gè)重要參數(shù)，關(guān)系著裝置的穩(wěn)定和產(chǎn)品MTBE的質(zhì)量。

碳四綜合利用裝置目前原料有兩種，一是上游乙烯裝置副產(chǎn)品混合碳四，二是抽余碳四，即混合碳四經(jīng)過(guò)丁二烯抽提裝置后的抽余碳四，兩者組分差異較大，特別是異丁烯含量變化較大，見(jiàn)表1。對(duì)于兩種模式的醇烯比一般都有經(jīng)驗(yàn)值，混合碳四原料模式運(yùn)行時(shí)是1.28;而抽余碳四原料模式是1.08，醇烯比固定后，根據(jù)原料中異丁烯的含量計(jì)算甲醇用量，雖然如此調(diào)整，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于原料組分變化較大，特別是抽余碳四原料模式下，易出現(xiàn)甲醇量不合適而造成裝置異常，甚至是產(chǎn)品MTBE不合格的現(xiàn)象。

4.原因查找與醇烯比的計(jì)算

由于醚化單元筒式反應(yīng)器入口醇烯比是固定不變的，在反應(yīng)精餾塔內(nèi)既有殘余異丁烯的深化反應(yīng)，又有精餾，多余的甲醇在反應(yīng)精餾塔內(nèi)，與剩余碳四以共沸物的形式帶到塔頂，我們的操作壓力為0.65MPa，根據(jù)圖2操作壓力與共沸物中甲醇濃度的關(guān)系，可以看出碳四與甲醇共沸物組成中，甲醇質(zhì)量含量約為4.0%左右。換言之反應(yīng)精餾塔進(jìn)料中甲醇與碳四的比值必須接近共沸組成，否則甲醇的多與少都會(huì)影響反應(yīng)精餾塔操作，影響MTBE產(chǎn)品質(zhì)量。下圖為共沸物中甲醇含量與操作壓力關(guān)系圖[2]。

綜合分析甲醇量由兩部分組成，即參與反應(yīng)的甲醇量和共沸所需甲醇量，公式是：

公式2：甲醇量=反應(yīng)甲醇量+共沸甲醇量。

參與反應(yīng)的甲醇量需要與原料中異丁烯的量按照摩爾比1：1進(jìn)行計(jì)算;而共沸所需的甲醇量需要根據(jù)反應(yīng)后剩余碳四量嚴(yán)格按照共沸組成計(jì)算。

公式3：反應(yīng)甲醇量=碳四原料量*異丁烯含量*32/56

公式4：共沸甲醇量=碳四原料量*（1-異丁烯含量）*4%

聯(lián)合公式2、公式3、公式4得到

公式5：甲醇量=碳四原料量*異丁烯含量*32/56+碳四原料量*（1-異丁烯含量）*4%

帶入公式1和公式5得到：

醇烯比=甲醇量*56/（碳四原料量*異丁烯含量*32）

=1+（1-異丁烯含量）*4*56/（異丁烯含量*32）

最終可以得出醇烯比與碳四原料中異丁烯含量密切相關(guān)，可以計(jì)算出：

注：32為甲醇的摩爾質(zhì)量，56為異丁烯的摩爾質(zhì)量;

4%為在0.65MPa壓力下，碳四與甲醇共沸物中甲醇的質(zhì)量比;

異丁烯含量為碳四原料中異丁烯的含量，為質(zhì)量百分比。

5.小結(jié)

（1）醇烯比可根據(jù)以上算法進(jìn)行相對(duì)精確的計(jì)算，也可以直接算出甲醇進(jìn)料量;

（2）醇烯比應(yīng)隨著原料組分的變化而變化，表2 碳四原料中異丁烯含量與醇烯比的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以作為確定醇烯比的一個(gè)參考;

（3）醇烯比是一個(gè)重要參數(shù)，但不是唯一參數(shù)，在實(shí)際操作中仍需關(guān)注其它相關(guān)參數(shù)，以綜合判斷甲醇量的多少，進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，從而保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]MTBE的生成和應(yīng)用 ? 杭道耐 ?趙福龍

[2]MTBE裝置反應(yīng)精餾塔工藝操作條件的探討及優(yōu)化 ?閆科林