一种制备甲基叔丁基醚的工艺装置的制作方法

2021-02-02 23:02:10|

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本实用新型涉及一种制备甲基叔丁基醚(mtbe)的工艺装置。

背景技术：

mtbe(methyltert-butylether)为甲基叔丁基醚的英文缩写，是一种高辛烷值(研究法辛烷值115)汽油添加剂，化学含氧量较甲醇低得多，利于暖车和节约燃料，蒸发潜热低，对冷启动有利，常用于无铅汽油和低铅油的调合。

mtbe一般是以甲醇和异丁烯为原料，借助酸性催化剂合成。其中由于异丁烯的来源不同而形成了不同的合成路线。制备mtbe的异丁烯的来源分为：裂解制乙烯副产的c4馏分，炼油厂催化裂化装置副产的c4馏分，以正丁烷为原料经异构化和脱氢制得。上述方法中的异丁烯成分复杂，容易使催化剂中毒，从而使催化剂寿命降低。同时其分离操作复杂，设备投资比较高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种制备甲基叔丁基醚(mtbe)的工艺装置；本实用新型方法工艺简单、容易操作，催化剂寿命长，降低了能耗和设备投资。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种制备甲基叔丁基醚的工艺装置，包括依次连接的第一催化蒸馏塔、两个反应器、第二催化蒸馏塔，其特征在于：

所述的第一催化蒸馏塔，底部设有出料口i、顶部设有出料口ii；塔壁一侧的上部设有进料口i、另一侧的上部设有回流口i，回流口i的位置高于进料口i；其中：所述的进料口i与提供叔丁醇的装置相连接；所述的出料口i与水处理装置相连接；所述的出料口ii依次连接有第一冷却器、第一缓冲罐、第一采出泵，第一采出泵的泵出口分为两路，第一路与回流口i相连接，第二路连接有第二冷却器；

所述的第二冷却器，设有进口和出口，其中：进口分为三路，第一路与第一采出泵的泵出口相连接，第二路与提供甲醇的装置相连接，第三路与提供异丁烷的装置相连接；出口连接有换热器；

所述的换热器，包括热物料进口、热物料出口、冷物料进口、冷物料出口，其中：冷物料进口与第二冷却器的出口相连接；冷物料出口与mtbe成品储存罐相连接；

所述的两个反应器，包括结构完全相同的第一反应器和第二反应器，第一反应器的顶部设有物料进口a、底部设有物料出口a，第二反应器的顶部设有物料进口b、底部设有物料出口b，二者串联或者并联设置，能够各自单独运行；并联设置时，物料进口a、物料进口b分别通过管道与换热器的热物料出口相连接，物料出口a、物料出口b分别通过管道与第二催化蒸馏塔相连接；串联设置时，物料进口a通过管道与换热器的热物料出口相连接，物料出口a与物料进口b相连接，物料出口b通过管道与第二催化蒸馏塔相连接；

所述的第二催化蒸馏塔，底部设有出料口iii、顶部设有出料口iv；塔壁一侧的中部设有进料口ii、另一侧的上部设有回流口ii；其中：所述的进料口ii通过管道分别与物料出口a和/或物料出口b相连接；所述的出料口iv依次连接有第三冷却器、第二缓冲罐和第二采出泵，第二采出泵的泵出口分为两路，第一路与回流口ii相连接，第二路与第二冷却器的进口相连接；所述的出料口iii与换热器的热物料进口相连接，mtbe成品经换热器换热后导入mtbe成品储存罐中。

上述技术方案中，所述的第一催化蒸馏塔，塔壁下部配设有第一再沸器；塔壁下部设有再沸物料进口i，出料口i除了与水处理装置相连接外，还分出一路通过第一再沸器与再沸物料进口i相连接。

上述技术方案中，所述的第一催化蒸馏塔，塔内装填有催化剂i，催化剂i为耐高温型树脂催化剂，进一步优选为d008型耐高温型树脂催化剂。

上述技术方案中，所述的换热器，热物料出口后面优选连接有加热器，物料流经加热器后再通过管道导入并联或者串联的两个反应器中。

上述技术方案中，所述的两个反应器，生产时一个打开运行、一个关闭储备。

上述技术方案中，所述的两个反应器，内部均装填有催化剂ii，催化剂ii为大孔磺酸树脂催化剂，进一步优选为d006型树脂催化剂。

上述技术方案中，所述的第二蒸馏塔，塔壁下部配设有第二再沸器；塔壁下部设有再沸物料进口ii，出料口iii除了与换热器相连接外，还分出一路通过第二再沸器与再沸物料进口ii相连接。

上述技术方案中，所述的第二蒸馏塔，内部均装填有催化剂iii，催化剂iii为大孔磺酸树脂催化剂，进一步优选为d006型树脂催化剂；所述的催化剂iii，装填形式优选为捆包催化剂的形式或者模块催化剂的形式；所述的催化剂iii装填形式优选为捆包催化剂的形式时，捆包催化剂的结构优选与cn201720485329.0中的捆包催化剂结构相同；所述的催化剂iii装填形式优选为模块催化剂的形式时，模块催化剂的结构优选与cn201620189748.5中的模块催化剂结构相同。

上述技术方案中，所述的第一催化蒸馏塔、第一再沸器、第一冷却器、第一缓冲罐、第一采出泵、第二冷却器、换热器、加热器、第一反应器、第二反应器、第二催化蒸馏塔、第二再沸器、第三冷却器、第二缓冲罐、第二采出泵均为市售的本领域常用设备。

本实用新型还提供一种制备甲基叔丁基醚的工艺方法，包括以下步骤：叔丁醇在催化剂i的催化作用下脱水生成异丁烯，异丁烯经冷却后与甲醇在载液中、在催化剂ii的催化作用下生成甲基叔丁基醚；未反应的异丁烯和甲醇在催化剂iii的催化作用下继续进行反应，继续生成甲基叔丁基醚，产品经换热冷却后得到甲基叔丁基醚。

上述技术方案中，所述的工艺方法具体包括以下步骤：

(1)制备异丁烯：叔丁醇从第一催化蒸馏塔上部的进料口i进入到塔内，在塔内的催化剂i的催化作用下进行反应，脱水生成异丁烯；产物异丁烯从塔顶的出料口ii导出，依次流经第一冷却器、第一缓冲罐和第一采出泵，产物异丁烯从第一采出泵的泵出口导出后分为两部分，一部分从回流口i回流至塔内，一部分导入第二冷却器中；脱除的水从塔底的出料口i导出，一部分流经第一再沸器后返回塔内实现再沸作用，另一部分导入水处理装置中；

(2)一级催化反应：甲醇、异丁烷以及步骤(1)中生成的异丁烯由进口分别导入到第二冷却器中，混合物依次流经第二冷却器、换热器后进入到并联或者串联的两个反应器中，第一反应器和第二反应器在实际生产时一个打开运行、一个关闭储备；异丁烷作为载液，甲醇和异丁烯在第一反应器和/或第二反应器内的催化剂ii的催化作用进行一级催化反应生成甲基叔丁基醚；一级反应的产物包括反应生成的甲基叔丁基醚、未反应的异丁烯、未反应的甲醇和异丁烷；一级产物由第一反应器和/或第二反应器的物料出口导出后导入第二催化蒸馏塔中；

(3)二级催化反应：一级产物由第二催化蒸馏塔中部的进料口ii导入塔内后，在塔内催化剂iii的催化作用下进行二级催化反应，未反应的异丁烯和未反应的甲醇继续反应生成甲基叔丁基醚；塔顶得到含有异丁烷的物料，由塔顶导出后依次流经第三冷却器、第二缓冲罐和第二采出泵，含有异丁烷的物料从第二采出泵的泵出口导出后分为两部分，一部分从回流口ii回流至塔内循环利用，一部分返回到第二冷却器中循环利用；塔底得到产物甲基叔丁基醚，由出料口iii导出后，一部分流经第二再沸器后返回塔内实现再沸作用，另一部分直接导入到mtbe成品储存罐中进行采收；

在实际生产过程中，由第二冷却器导出的混合物，依次流经换热器的冷物料进口、热物料出口后再进入第一反应器和/或第二反应器中；由出料口iii导出的产物甲基叔丁基醚，依次流经换热器的热物料进口、冷物料出口后再导入到mtbe成品储存罐中进行采收；第二冷却器导出的混合物温度比产物甲基叔丁基醚的温度低，随着反应的持续进行，二者在换热器中冷热交替，持续的进行换热。

上述技术方案中，所述的工艺方法还包括加热器再次加热处理，第二冷却器导出的混合物依次流经换热器的冷物料进口、热物料出口后进入到加热器中经过加热升温后再进入到第一反应器和/或第二反应器中。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述的叔丁醇，进料温度为20～30℃，优选为25℃；进料压力为5～15bar，优选为10bar；进料质量空速为0.1-10h^-1，优选为3h^-1。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述的催化剂i为耐高温型树脂催化剂，进一步优选为d008型耐高温型树脂催化剂。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述的第一催化蒸馏塔，操作条件为：塔顶温度为50～55℃、优选为53.77℃，塔顶压力为4～6bar、优选为5bar；塔底温度为150～160℃、优选为159℃，塔底压力为5～8bar、优选为6bar。

上述技术方案中，步骤(1)中，经第一催化蒸馏塔出料口ii导出的产物，经第一冷却器冷却后的温度为40～45℃，优选为42.7℃。

上述技术方案中，步骤(1)中，第一采出泵的泵出口导出的异丁烯一部分从回流口i回流至第一催化蒸馏塔内，所述的回流，回流比为1-8：1。

上述技术方案中，步骤(2)中，甲醇、异丁烷、步骤(1)中生成的异丁烯，三者进入第一反应器或者第二反应器时总的进料质量空速为0.1-10h^-1，优选为1-8h^-1。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述的甲醇、步骤(1)中生成的异丁烯，二者的质量比为0.4-0.9：1。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述的甲醇与初始添加的异丁烷的质量比为0.2-0.6：1。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述的催化剂ii为大孔磺酸树脂催化剂，进一步优选为d006型树脂催化剂。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述的第一反应器或者第二反应器，操作条件为：温度为60-85℃，优选为79℃，压力为5-8bar，优选为7.8bar。

上述技术方案中，步骤(3)中，一级产物由第二催化蒸馏塔中部的进料口ii导入塔内，进料质量空速为1-8h^-1。

上述技术方案中，步骤(3)中，所述的催化剂iii为大孔磺酸树脂催化剂，进一步优选为d006型树脂催化剂。

上述技术方案中，步骤(3)中，第二采出泵的泵出口导出的含有异丁烷的物料一部分从回流口ii回流至第二催化蒸馏塔内，所述的回流，回流比为1-7：1。

上述技术方案中，步骤(3)中，所述的第二蒸馏塔，塔顶温度为50～55℃、优选为51℃，塔顶压力为5～8bar、优选为6bar；塔底温度为125～135℃、优选为130℃，塔底压力为6～8bar、优选为7bar。

本实用新型技术方案的优点在于：经催化蒸馏技术将叔丁醇脱水生成高纯度异丁烯，高纯度异丁烯和甲醇在异丁烷载液中反应生成mtbe，然后经催化蒸馏塔后分离出高纯度mtbe，该方法工艺简单、容易操作，催化剂寿命长，降低了能耗和设备投资。

附图说明

图1：本实用新型制备甲基叔丁基醚的工艺装置整体结构示意图；

其中，1、第一催化蒸馏塔；2、第一再沸器；3、第一冷却器；4、第一缓冲罐；5、第二冷却器；6、换热器；7、加热器；8、第一反应器；9、第二反应器；10、第二催化蒸馏塔；11、第二再沸器；12、第三冷却器；13、第二缓冲罐；14、第二采出泵；15、进料口i；16、出料口ii；17、回流口i；18、再沸物料进口i；19、出料口i；20、第一采出泵；21、出料口iii；22、顶部设有出料口iv；23、进料口ii；24为回流口ii，25为再沸物料进口ii。

具体实施方式

以下对本实用新型技术方案的具体实施方式详细描述，但本实用新型并不限于以下描述内容：

本实用新型提供一种制备甲基叔丁基醚的工艺装置，包括依次连接的第一催化蒸馏塔1、两个反应器、第二催化蒸馏塔10，如图1所示：

所述的第一催化蒸馏塔1，底部设有出料口i19、顶部设有出料口ii16；塔壁一侧的上部设有进料口i15、另一侧的上部设有回流口i17，回流口i的位置高于进料口i；其中：所述的进料口i15与提供叔丁醇的装置相连接；所述的出料口i19与水处理装置相连接；所述的出料口ii16依次连接有第一冷却器3、第一缓冲罐4、第一采出泵20，第一采出泵的泵出口分为两路，第一路与回流口i17相连接，第二路连接有第二冷却器5；

所述的第二冷却器5，设有进口和出口，其中：进口分为三路，第一路与第一采出泵的泵出口相连接，第二路与提供甲醇的装置相连接，第三路与提供异丁烷的装置相连接；出口连接有换热器6；

所述的换热器6，包括热物料进口、热物料出口、冷物料进口、冷物料出口，其中：冷物料进口与第二冷却器5的出口相连接；冷物料出口与mtbe成品储存罐相连接；

所述的两个反应器，包括结构完全相同的第一反应器8和第二反应器9，第一反应器的顶部设有物料进口a、底部设有物料出口a，第二反应器的顶部设有物料进口b、底部设有物料出口b，二者串联或者并联设置，能够各自单独运行；并联设置时，物料进口a、物料进口b分别通过管道与换热器的热物料出口相连接，物料出口a、物料出口b分别通过管道与第二催化蒸馏塔相连接；串联设置时，物料进口a通过管道与换热器的热物料出口相连接，物料出口a与物料进口b相连接，物料出口b通过管道与第二催化蒸馏塔相连接；

本实用新型中，所述的第一催化蒸馏塔，塔壁下部配设有第一再沸器2；塔壁下部设有再沸物料进口i18，出料口i19除了与水处理装置相连接外，还分出一路通过第一再沸器与再沸物料进口i相连接。

本实用新型中，所述的第一催化蒸馏塔，塔内装填有催化剂i，所述的催化剂i为耐高温型树脂催化剂，进一步优选为d008型耐高温型树脂催化剂。

本实用新型中，所述的换热器6，热物料出口后面优选连接有加热器7，物料流经加热器后再通过管道分别导入并联或者串联的两个反应器中。

本实用新型中，所述的两个反应器，生产时一个打开运行、一个关闭储备。

本实用新型中，所述的两个反应器，内部均装填有催化剂ii，所述的催化剂ii为大孔磺酸树脂催化剂，进一步优选为d006型树脂催化剂。

本实用新型中，所述的第二蒸馏塔10，塔壁下部配设有第二再沸器11；塔壁下部设有再沸物料进口ii25，出料口iii21除了与换热器相连接外，还分出一路通过第二再沸器与再沸物料进口ii相连接。

本实用新型中，所述的第二蒸馏塔，内部均装填有催化剂iii，催化剂iii为大孔磺酸树脂催化剂，进一步优选为d006型树脂催化剂；所述的催化剂iii，装填形式优选为捆包催化剂的形式或者模块催化剂的形式。

所述的催化剂iii装填形式优选为捆包催化剂的形式时，捆包催化剂的结构优选与cn201720485329.0中的捆包催化剂结构相同：包括不锈钢波纹丝网、活性催化剂、平面丝网，所述的活性催化剂(即催化剂iii)均匀分布在所述的平面丝网上，所述的不锈钢波纹丝网与其平铺叠加包盖住所述的活性催化剂后，将边缘封闭，以一端为轴心卷制成捆包催化剂。优选的，所述的活性催化剂为颗粒状，其直径或外围最小尺寸大于所述的不锈钢波纹丝网及平面丝网的网孔直径；所述的活性催化剂为球形、条形、立方体形或圆柱体形颗粒；所述捆包催化剂卷成实心圆柱形状，其直径为≥50㎜，其高度为≥100㎜；所述捆包催化剂横截面上的活性催化剂均匀分布。捆包催化剂装填时，在一个列管内轴向自上而下装填n个所述捆包催化剂，列管中的活性催化剂分配量自上至下以所述捆包催化剂为单位递增，增加的幅度遵循如下规律：k＝(an+1-an)/an，an+1为an下面一层捆包的活性催化剂的量，an为n层捆包的活性催化剂的量，n＝1，2，3，4，5，6......n的自然正整数，其中k：0＜k＜1，当k＝1时，即为整个列管内活性催化剂是均匀分布，当0＜k＜1时则沿着列管轴活性催化剂以每个捆包为单位逐渐增加，即越到反应器列管的下部，每个捆包上活性催化剂所含的量越多，而且是均匀增加的。

所述的催化剂iii装填形式优选为模块催化剂的形式时，模块催化剂的结构优选与cn201620189748.5中的模块催化剂结构相同：包括催化剂、金属丝网、金属丝网波纹板，所述的模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片金属丝网之间盛装所述的催化剂(即催化剂iii)颗粒形成催化剂层，且该催化剂层内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内所述的催化剂层间隔设置。优选的，所述的模块催化剂由金属丝在外围固定；所述的模块催化剂外轮廓由所述的金属丝网包裹固定封闭呈几何形状；所述的金属丝网与金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板(实施例1中为1层)；所述的催化剂层间隔一层或两层金属丝网波纹板设置(实施例1中为1层)；所述的催化剂层是由两层所述金属丝网之间间隔一层或两层(实施例1中为1层)金属丝网波纹板设置且内部填充所述催化剂颗粒；所述的几何形状为立方体、圆柱体(实施例1中为圆柱体)；所述的金属丝网、金属丝网波纹板是由不锈钢材料制成，所述的金属丝网或金属丝网波纹板也可由带孔的不锈钢板替换(实施例1中为不锈钢)；所述的金属丝网、金属丝网波纹板上下竖直设置；所述的催化剂层设置加强外壁，将所述的金属丝网与不锈钢带孔波纹板双层作为所述的催化剂层的外壁。

本实用新型中，所述的第一催化蒸馏塔、第一再沸器、第一冷却器、第一缓冲罐、第一采出泵、第二冷却器、换热器、加热器、第一反应器、第二反应器、第二催化蒸馏塔、第二再沸器、第三冷却器、第二缓冲罐、第二采出泵均为市售的本领域常用设备。

本实用新型还提供一种制备甲基叔丁基醚的工艺方法，具体包括以下步骤：

在实际生产过程中，由第二冷却器5导出的混合物，依次流经换热器的冷物料进口、热物料出口后再进入第一反应器和/或第二反应器中；由出料口iii导出的产物甲基叔丁基醚，依次流经换热器的热物料进口、冷物料出口后再导入到mtbe成品储存罐中进行采收；第二冷却器导出的混合物温度比产物甲基叔丁基醚的温度低，随着反应的持续进行，二者在换热器中冷热交替，持续的进行换热；

所述的工艺方法还可以包括加热器7再次加热处理，第二冷却器5导出的混合物依次流经换热器的冷物料进口、热物料出口后进入到加热器中经过加热升温后再进入到第一反应器和/或第二反应器中。

下面结合具体的实施例对本实用新型进行阐述：

实施例1：

一种制备甲基叔丁基醚的工艺方法，包括以下步骤：

(1)制备异丁烯：83000kg叔丁醇从第一催化蒸馏塔1上部的进料口i进入到塔内，进料温度为25℃，进料压力为10bar，进料质量空速为3h^-1；在塔内的d008型树脂催化剂的催化作用下进行反应，脱水生成异丁烯，第一催化蒸馏塔塔顶温度53.77℃，塔顶压力为5bar，塔底温度为159℃，塔底压力为6bar，产物异丁烯从塔顶的出料口ii导出，经第一冷却器3冷却至42.7℃后进入第一缓冲罐4中，然后由第一采出泵20的泵出口导出后分为两部分，一部分从回流口i回流(回流比为5：1)至塔内，59685kg异丁烯导入第二冷却器5中；脱除的水从塔底的出料口i导出，一部分流经第一再沸器后返回塔内实现再沸作用，另一部分导入水处理装置中；

(2)一级催化反应：35891kg甲醇、104814kg(初始添加量)异丁烷以及步骤(1)中生成的异丁烯由进口分别导入到第二冷却器5中，混合物依次流经第二冷却器、换热器6后进入到并联的两个反应器中，第一反应器8打开运行、第二反应器9关闭储备，混合物的总的进料质量空速为2h^-1；异丁烷作为载液，甲醇和异丁烯在第一反应器内的d006型树脂催化剂的催化作用进行一级催化反应生成mtbe，反应器温度为79℃，压力7.8bar；一级反应的产物包括反应生成的mtbe、未反应的异丁烯、未反应的甲醇和异丁烷；一级产物由第一反应器的物料出口导出后导入第二催化蒸馏塔中；

(3)二级催化反应：一级产物由第二催化蒸馏塔10中部的进料口ii导入塔内后，进料质量空速为3h^-1，在塔内d006大孔磺酸树脂催化剂(装填形式为模块形式)的催化作用下进行二级催化反应，未反应的异丁烯和未反应的甲醇继续反应生成甲基叔丁基醚，第二蒸馏塔塔顶温度为51℃，塔顶压力为6bar，塔底温度为130℃，塔底压力为7bar；塔顶得到含有异丁烷的物料，由塔顶导出后依次流经第三冷却器12、第二缓冲罐13和第二采出泵14，含有异丁烷的物料从第二采出泵的泵出口导出后分为两部分，一部分从回流口ii(回流比为2：1)回流至塔内循环利用，一部分返回到第二冷却器5中循环利用；塔底得到产物甲基叔丁基醚，由出料口iii导出后，一部分流经第二再沸器后返回塔内实现再沸作用，另一部分直接导入到mtbe成品储存罐中进行采收；得到89930kg的mtbe，收率为40％，纯度为0.9999；

在实际生产过程中，由第二冷却器导出的混合物，依次流经换热器的冷物料进口、热物料出口后再进入第一反应器中；由出料口iii导出的产物甲基叔丁基醚，依次流经换热器的热物料进口、冷物料出口后再导入到mtbe成品储存罐中进行采收；第二冷却器导出的混合物温度比产物甲基叔丁基醚的温度低，随着反应的持续进行，二者在换热器中冷热交替，持续的进行换热。

上述实例只是为说明本实用新型的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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