甲基叔丁基醚開題報告

1、山東科技大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題目學 院 名 稱專業(yè)班級學生學號指導教師填表時間：填表說明1. 開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之 一。2. 此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期完成，經指 導教師簽署意見、相關系主任審查后生效。3. 學生應按照學校統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式，用 A4紙打印。4. 參考文獻不少于 8 篇，其中應有適當?shù)耐馕馁Y料（一般不少于 2篇）。5. 開題報告作為畢業(yè)設計（論文）資料，與畢業(yè)設計（論文）一同存檔。設計（論文） 題目年產 3 萬噸甲基叔丁基醚生產工藝設計設計（論文） 類型（劃“”）工程實際科研項目

2、實驗室建設理論研究其它本課題的研究目的和意義甲基叔丁基醚簡稱 MTBE，分子式 CH3OC4H9, 是一種透明、無色、高辛烷值的液 體，具有醚類所特有的氣味，氧含量為 18%（質量分數(shù)）。MTBE是一種高辛烷值汽 油添加劑，化學含氧量較甲醇低得多，利于暖車和節(jié)約燃料，蒸發(fā)潛熱低，對冷 啟動有利，常用于無鉛汽油和低鉛油的調合。也可以重新裂解為異丁烯，作為橡 膠及其它化工產品的原料。質量最好的甲基叔丁基醚，可以用作醫(yī)藥，是醫(yī)藥中 間體。俗稱“醫(yī)藥級 MTBE”或“醫(yī)藥級甲基叔丁基醚” 。它不僅能有效提高汽油辛烷值和汽油燃燒效率，使汽車尾氣中不含鉛，而且 還能改善汽車性能，減少 CO排放量，同時減少

3、其他有害物質（如臭氧、苯、丁二 烯等）的排放，降低汽油的成本。隨著我國國民經濟和轎車行業(yè)的發(fā)展，加上國 家對含鉛汽油的禁止使用，作為環(huán)保型無鉛汽油主要添加劑的甲基叔丁基醚，可 有效改善汽油的冷啟動特性和加速性能，對氣阻無不良影響，能完善汽油高辛烷 值的分布，提高汽油前端的辛烷值等，因此其社會需求量將與日俱增。由于 MTBE對環(huán)境污染輕，且用途廣泛，促使對 MTBE的需求量不斷增高，因 此世界各國都在開發(fā)更先進合成工藝和技術。目前合成 MTBE的方法主要有： 1、 離子交換樹脂法 2、硫酸法 3、催化蒸餾法。 目前催化蒸餾法最先進， 但并不普及。 硫酸具有腐蝕性，綜合各方面因素，本設計采用離子交

4、換樹脂法較為合適。此法 工業(yè)應用技術上比較成熟，能耗低，經濟合算。二、本課題的主要研究容（提綱）本課題研究的容主要是：1. 對項目進行可行性論證。2. 選擇工藝方案，對工藝流程進行模擬優(yōu)化3. 設備選型以及典型設備設計。4. 車間布置設計。5. 安全、儲運設計及三廢處理。6. 經濟分析與評價。三、文獻綜述（國外研究情況及其發(fā)展）1. 發(fā)展歷程甲基叔丁基醚 （methyl tertiary butyl ether ，簡稱 MTBE，又稱 2-甲氧基 -2- 甲基丙烷（ 2-methoxy-2-methyl-propane ），結構式 CH3OC（ CH3）3，分子式 C5H12O， 分子量 88

5、.15 。MTBE在 1904年首次被合成并被表征其特性。 在第二次世界大戰(zhàn)期 間，美國的研究工作驗證了 MTBE作為汽油高辛烷值添加劑的作用。國際上二十世紀 50年代末、 60年代初開發(fā)了 MTBE的生產工藝。 60年代至 70 年代進行中型試驗，開發(fā) MTBE的工業(yè)生產工藝和工程技術的同時，進行 MTBE 作為汽油高辛烷值添加劑的使用試驗和 MTBE裂解生產純異丁烯的開發(fā)工作。 世界 上第一套 MTBE工業(yè)裝置 1971 年在意大利投產。 1979年 12月美國第一套 MTBE工 業(yè)裝置投產。70 年代中期以來，為了保護環(huán)境，減少汽車使用含四乙基鉛汽油造成的大氣 污染，美國先后采取了限制和

6、禁止汽油中添加四乙基鉛的措施。為了滿足提高汽 油辛烷值的要求，美國環(huán)保局 1979 年正式批準無鉛汽油中使用 MTBE添加劑。美 國 1990 年頒布的清潔空氣法修正案規(guī)定： 降低汽油的蒸氣壓和芳烴含量， 在汽油 中添加含氧化合物以減少汽車排出廢氣中的 CO、NOX 和揮發(fā)性有機化合物；在 CO 排放不達標的地區(qū)，實施使用含氧化合物汽油計劃，汽油中最低含氧量摩爾分數(shù) 不得低于 2.7%；在臭氧污染嚴重的地區(qū)，常年使用新配方汽油，其最低含氧量為 2.0%。1979年美國使用 MTBE16k，t 1980年278kt ，1985年 1395kt ，1990年3945kt ， 1995年9927kt

7、 。西歐 1973年開始把 MTBE用作提高汽油辛烷值的添加劑。 其他地 區(qū)和國家從 80 年代開始，逐步推行汽油限鉛、禁鉛和使用 MTBE添加劑的計劃。1985 年世界 MTBE生產能力為 2449kt ，其原料異丁烯的來源為：乙烯廠 66%， 煉油廠 23%，叔丁醇 11%。1994 年世界 MTBE生產能力為 19853kt ，其原料異丁烯 的來源為：油田丁烷 34%，煉油廠 28%，乙烯廠 20%，叔丁醇 18%。如果把目前已 經投產、正在建設和正在設計的以油田丁烷為原料的 MTBE裝置都包括在， 用油田 丁烷得到的異丁烯生產 MTBE的裝置能力約占目前世界 MTBE生產能力的 50%

8、。美 國是世界上生產和消耗 MTBE最多的國家。 美國的煉油能力、 乙烯產能和石化產品 產能均居世界首位，同時美國又有比較豐富的油田氣資源，所以美國生產 MTBE 的原料異丁烯來源不同于其他國家。 90 年代初，煉油廠和乙烯廠的異丁烯約占33%，從叔丁醇得到的異丁烯約占 51%，使用油田氣得到的異丁烯約占 16%。MTBE作為具有高辛烷值車用汽油添加組分，對國車用汽油無鉛化、汽油質量 升級以及清潔汽油生產和出口均發(fā)揮了積極作用。已成為我國無鉛汽油，特別是 高標號汽油不可缺少的調合成分。我國依靠自己的科技力量成功地開發(fā)了不同類型的 MTBE合成工藝，其技術水 平與國外相比毫不遜色。 MTBE的工

9、業(yè)應用，為我國煉油和石油化工事業(yè)的發(fā)展和 環(huán)境保護作出了應有的貢獻。中國的 MTBE技術開發(fā)起步較晚，在上世紀 70 年代末，先后有十多單位開始 研究。在 80 年代初期，國有組織地進行了 MTBE生產技術開發(fā)。 1984 年，齊魯石 化公司橡膠廠建成我國第一套 5500噸/ 年MTBE生產裝置。在有關單位密切合作下， 先后完成了一系列 MTBE生產技術的開發(fā)。 齊魯石化公司研究院、 等單位聯(lián)合開發(fā) 了列管反應技術、筒式外循環(huán)反應技術、混相反應技術、催化蒸餾技術和混相反 應蒸餾技術。工程公司開發(fā)了膨脹床反應技術，化學工業(yè)公司開發(fā)了筒式外循環(huán) 反應技術。到2006年，采用國開發(fā)的技術在我國已建成

10、 60余套 MTBE裝置，總生 產能力已超過 250萬噸/ 年。2. 目前狀況隨著 MTBE需求量的增長， 促進了 MTBE生產技術的發(fā)展。 近 20 年來，在擴大 原料來源、改進生產工藝、降低生產成本、擴大生產裝置規(guī)模、提高經濟效益等 方面都取得了很大進展。目前，世界上有 40多個國家和地區(qū)生產 MTBE，2006 年年產量已經超過 3000 萬噸。3. 發(fā)展趨勢準確預測 MTBE的發(fā)展趨勢需要掌握大量的統(tǒng)計數(shù)據，根據我國的汽油現(xiàn)狀、 規(guī)格改變的趨勢以及石化工業(yè)的發(fā)展， 預計在今后相當長的一段時間 MTBE仍將在 我國繼續(xù)使用。美國禁用 MTBE已引起世界煉油工業(yè)對 MTBE應用與市場前景及

11、其替代品的密 切關注。應從美國禁用 MTBE的爭論中汲取有益經驗，既不能忽視，也不能盲從。合成 MTBE作為脫除異丁烯有效手段這一先進工藝，將因 1- 丁烯和甲乙酮的短缺會有較大發(fā)展。4. 甲基叔丁基醚生產原理MTBE合成主要有兩種原料，即異丁烯和甲醇，異丁烯不是單獨存在的原料， 它廣泛存在于混合碳四中。兩種原料分別放在貯罐中。混合 C4 和甲醇分別經管道 送進料泵中，增壓計量后合并到一條管道后，進入靜態(tài)混合器，充分混合后再進 入進料預熱器中加熱到預定溫度后，就可以進入醚化反應器。異丁烯與甲醇生成 MTBE的反應式如下：CH 2 CH 3CH3 C CH3+CH3OH CH3COCH3+（ H

12、1）CH可能的副反應有：異丁烯水合生成叔丁醇（TBA）CHCHCH3 C CH3+H2O CH3CCH3+（ H2）CH 異丁烯二聚生成二異丁烯（ DIB） 甲醇脫水生成二甲醚（ DME）和水2CH3 OH CH3 O CH3+H2OH1（298）=36.46kJ mol-1H2（298）=69.20kJ mol-1H3（298）=34.96kJ mol-1異丁烯和甲醇生成 MTBE的反應是催化放熱反應。反應條件是緩和的，較好的反 應條件是 3082，0.71 1.42MPa，使用強酸性離子交換樹脂催化劑。 異丁烯和甲醇生成 MTBE的反應受熱力學平衡限制。反應溫度低，有利于異 丁烯轉化；反應

13、溫度高，加快反應速度，但平衡向反方向轉移，且增加副產物的 生成量。甲醇的添加量一般稍高于化學計算量，有利于異丁烯轉化，反應選擇性 有利于生成 MTBE。進料中甲醇對異丁烯的摩爾比從 1.05:1 到 1.30:1 。但從工業(yè) 實踐看， 1:1 更好一些。在不同溫度下的平衡常數(shù)已經測得。例如，當異丁烯和甲醇的摩爾體積相等時， 轉化率只有 92%。甲醇過量不僅提高異丁烯的轉化率，而且抑制異丁烯二聚。當 甲醇摩爾體積過量 10%時， MTBE的選擇性實際上就達到了 100%。異丁烯生成 MTBE的選擇性較高，通常在 99%左右。一般存在于原料中的正丁烯和 丁二烯，實際上沒有影響。因為異丁烯反應的選擇

14、性極高，所以可使用異丁烯濃 度低的原料，如煉油廠的催化裂化 C4 餾分和乙烯廠的裂解 C4餾分，不需要進行分 離或凈化，在工業(yè)生產上非常有利。原料中有水存在，對催化活性無害，但會導 致生成叔丁醇，減少 MTBE的生成。在反應條件（溫度、空速和甲醇 / 異丁烯摩爾比）下，生成二異丁烯的選擇性很低 0.03%（摩爾） ，甲醇影響二異丁烯的生成。二異丁烯存在并不影響 MTBE產 品質量和辛烷值性能。二甲醚的生成量取決于溫度、 空速和甲醇濃度。 在反應條件下， 生成二甲醚的選 擇性很低。由于其沸點很低，與輕烴一起排出，在 MTBE產品中并不存在。四、擬解決的關鍵問題1. 選擇工藝流程2. 物料衡算與能量衡算3. 反應設備設計計算及選型4. 繪制物料流程圖和帶控制點的工藝流程圖五、研究思路和方法 本課題對甲基叔丁基醚的生產工藝進行了系統(tǒng)的設計，從各方面考慮，選擇 目前工藝成熟的在大孔徑強酸性陽離子交換樹脂作用下生產甲基叔丁基醚。設計 方法如下：1. 確定工藝流程后運用 Aspen 模擬軟件對各工藝流程進行模擬與優(yōu)化， 確定 各段的工藝條件和操作參數(shù)。2. 對換熱網絡進行設計，運用 Aspen plus 對換熱網絡進行模擬，以達到節(jié)能 的目的。3. 運用繪圖軟件，繪制物料流程圖、帶控制點的工藝流程圖和車間布置圖。4. 通過工藝計算，計算出機、泵等類型設備的工作能力及技術特性，從而選