一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置和方法.pdf

本发明公开一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置和方法，包括预反应器、催化反应精馏塔、甲醇萃取塔、甲醇回收塔和热回收混合器；含异丁烯的C4与甲醇混合在预反应器发生醚化反应生成MTBE，反应后的物料由泵输送到催化反应精馏塔，再向塔内补充新的甲醇，异丁烯与甲醇进一步发生醚化反应，经过精馏作用，MTBE产品从塔底馏出，未反应的C4和甲醇等从塔顶馏出，进入甲醇萃取塔，水从甲醇萃取塔上部进入，甲醇水溶液从塔底出来，进入甲醇回收塔，甲醇从甲醇回收塔顶出来返回预反应器，塔底出来的水与新补充的水经热回收混合器返回甲醇萃取塔上部，循环使用。本发明方法简单、效果好、提高了异丁烯的转化率，提高了MTBE的产品纯度。

1.  一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置，其特征在于：包括预反应器、催化反应精馏塔、甲醇萃取塔、甲醇回收塔和热回收混合器，
所述预反应器顶端设有预反应器进料口，底端设有预反应器出料口；
所述催化反应精馏塔塔顶设有催化反应精馏塔塔顶出料口，上部设有催化反应精馏塔甲醇进料口与催化反应精馏塔进料口，塔底设有醚化后产品出料口；
所述甲醇萃取塔上部设有补给水进料口，下部设有甲醇萃取塔进料口，塔顶设有甲醇萃取塔塔顶出料口，塔底设有甲醇萃取塔塔底出料口；
所述甲醇回收塔中部设有甲醇回收塔进料口，塔顶设有甲醇回收塔塔顶出料口，塔底设有甲醇回收塔塔底出料口；
所述预反应器的预反应器出料口连接催化反应精馏塔的催化反应精馏塔进料口，所述催化反应精馏塔的催化反应精馏塔塔顶出料口连接甲醇萃取塔的甲醇萃取塔进料口，所述甲醇萃取塔的甲醇萃取塔塔底出料口连接甲醇回收塔的甲醇回收塔进料口；
所述预反应器顶端的预反应器进料口上连接有预反应器甲醇进料管线和含异丁烯的碳四进料管线，所述甲醇回收塔的甲醇回收塔塔顶出料口与预反应器甲醇进料管线相连通；
所述甲醇萃取塔的补给水进料口上连接有供水系统，所述供水系统由热回收混合器和连接在其两端的水管构成，所述甲醇回收塔的甲醇回收塔塔底出料口与热回收混合器热源进口连接，补给水经热回收混合器直接换热后送入甲醇萃取塔中。

2.  根据权利要求1所述的一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置，其特征在于：所述催化反应精馏塔的精馏段、提馏段和醚化反应段均采用开窗导流式规整填料。

3.  采用权利要求1或2所述生产MTBE的装置进行MTBE生产的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1.  1、将含异丁烯的C4原料与甲醇从预反应器进料口进入预反应器，含异丁烯的C4原料与甲醇进行初步醚化反应生成MTBE，反应后的混合物由预反应器出料口采出；

1.  2、将步骤1.1采出的混合物及新补充的甲醇分别由催化反应精馏塔进料口、 催化反应精馏塔甲醇进料口进入至催化反应精馏塔内，异丁烯与甲醇进一步发生醚化反应生成MTBE，经过精馏作用，MTBE产品从塔底醚化后产品出料口馏出，剩余组分混合物从催化反应精馏塔塔顶出料口馏出；

1.  3、步骤1.2馏出的剩余组分混合物由甲醇萃取塔进料口进入甲醇萃取塔，水经热回收混合器由补给水进料口进入甲醇萃取塔，萃取后，甲醇水溶液从甲醇萃取塔塔底出料口采出，剩余组分由甲醇萃取塔塔顶出料口采出；

1.  4、步骤1.3采出的甲醇水溶液由甲醇回收塔混合物进料口进入甲醇回收塔，蒸馏分离后，甲醇从甲醇回收塔塔顶出料口采出，水从甲醇回收塔塔底出料口采出；

1.  5、步骤1.4中采出的甲醇由预反应器甲醇进料管线进入预反应器，循环使用；采出的水经热回收混合器与新补充的水直接换热后进入甲醇萃取塔循环使用。

4.  根据权利要求3所述的进行MTBE生产的方法，其特征在于，所述预反应器的工作温度为50-80℃，预反应器操作压力为0.5-0.8MPa。

5.  根据权利要求3所述的进行MTBE生产的方法，其特征在于，所述催化反应精馏塔的理论塔板数为30-70块，操作压力为0.4-0.7Mpa。

6.  根据权利要求3所述的进行MTBE生产的方法，其特征在于，所述甲醇萃取塔和甲醇回收塔的操作压力均为0.15-0.5Mpa。

一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置和方法，属于石油化工技术领域。
背景技术
甲基叔丁基醚(MTBE)具有调和辛烷值高、蒸汽压低的特点，并且是氧的载体，有较低的大气活性，能显著减少CO和未燃烧烃类的排放，是理想的成品油调和组分，以碳四中异丁烯与甲醇为原料生产MTBE是现在工业生产的主要方法。
目前利用碳四(C4)混合物中异丁烯生产MTBE的主要方法是：含有异丁烯的碳四混合物经过轻重分离后与甲醇经预反应器充分混合，混合原料经进料加热器预热后进入装有阳离子交换树脂催化剂的净化器中，脱除其中的碱及碱金属离子，然后经原料冷却器冷却后进入反应器进行醚化反应，最后经过催化分馏塔边反应边分离，得到产品MTBE的流程模式。
实用新型专利一种MTBE生产提纯装置(CN201320251237)中公开了先将碳四原料进行脱碳五操作，然后与甲醇原料静态混合，进入后续的MTBE催化醚化合成，其中未提及MTBE产品的级别；发明专利一种由碳四与甲醇生产高纯度MTBE的方法(CN200810143656)中，利用增加碳五分离过程，在催化醚化单元后对MTBE粗产品进行脱碳五分离精制操作，使产品纯度稳定在99.0％以上。两者无论是从MTBE合成过程的前后进行脱碳五操作，都相应地增加了设备投资和操作难度等。且异丁烯与甲醇发生合成反应得到甲基叔丁基醚，该反应过程为可逆反应，反应产物的纯度受到可逆反应过程中多种因素的制约，因此在实际生产过程中，设计一套生产过程合理、能够提高产品纯度的生产设备成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置及工艺，提高了异丁烯的转化率，提高了MTBE的产品纯度，具有更高的产品利用价值，不仅仅是作为油品添加剂，提高辛烷值，而且可作为化工单体产品。
技术方案：本发明所述的一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装 置，包括预反应器、催化反应精馏塔、甲醇萃取塔、甲醇回收塔和热回收混合器，
所述预反应器顶端设有预反应器进料口，底端设有预反应器出料口；
所述催化反应精馏塔塔顶设有催化反应精馏塔塔顶出料口，上部设有催化反应精馏塔甲醇进料口与催化反应精馏塔进料口，塔底设有醚化后产品出料口；
所述甲醇萃取塔上部设有补给水进料口，下部设有甲醇萃取塔进料口，塔顶设有甲醇萃取塔塔顶出料口，塔底设有甲醇萃取塔塔底出料口；
所述甲醇回收塔中部设有甲醇回收塔进料口，塔顶设有甲醇回收塔塔顶出料口，塔底设有甲醇回收塔塔底出料口；
所述预反应器的预反应器出料口连接催化反应精馏塔的催化反应精馏塔进料口，所述催化反应精馏塔的催化反应精馏塔塔顶出料口连接甲醇萃取塔的甲醇萃取塔进料口，所述甲醇萃取塔的甲醇萃取塔塔底出料口连接甲醇回收塔的甲醇回收塔进料口；
所述预反应器顶端的预反应器进料口上连接有预反应器甲醇进料管线和含异丁烯的碳四进料管线，所述甲醇回收塔的甲醇回收塔塔顶出料口与预反应器甲醇进料管线相连通；
所述甲醇萃取塔的补给水进料口上连接有供水系统，所述供水系统由热回收混合器和连接在其两端的水管构成，所述甲醇回收塔的甲醇回收塔塔底出料口与热回收混合器热源进口连接，补给水经热回收混合器直接换热后由水管送入甲醇萃取塔中。
进一步地：所述催化反应精馏塔的精馏段、提馏段和醚化反应段均采用开窗导流式规整填料。
采用上述生产MTBE的装置进行MTBE生产的方法，包括如下步骤：
1.1、将含异丁烯的C4原料与甲醇从预反应器进料口进入预反应器，含异丁烯的C4原料与甲醇进行初步醚化反应生成MTBE，活性烯烃的转化率为90-92％，反应后的混合物由预反应器出料口采出；
1.2、将步骤1.1采出的混合物及新补充的甲醇分别由催化反应精馏塔进料口、催化反应精馏塔甲醇进料口进入至催化反应精馏塔内，异丁烯与甲醇进一步发生醚化反应生成MTBE，两次醚化反应后，活性烯烃总转化率达到99.5％以上，经过精馏作用，MTBE产品从塔底醚化后产品出料口馏出，剩余组分混合物从催化 反应精馏塔塔顶出料口馏出；
1.3、步骤1.2馏出的剩余组分混合物由甲醇萃取塔进料口进入甲醇萃取塔，水经热回收混合器由补给水进料口进入甲醇萃取塔，萃取后，甲醇水溶液从甲醇萃取塔塔底出料口采出，剩余组分由甲醇萃取塔塔顶出料口采出；
1.4、步骤1.3采出的甲醇水溶液由甲醇回收塔混合物进料口进入甲醇回收塔，蒸馏分离后，甲醇从甲醇回收塔塔顶出料口采出，水从甲醇回收塔塔底出料口采出；
1.5、步骤1.4中采出的甲醇由预反应器甲醇进料管线进入预反应器，循环使用；采出的水经热回收混合器与新补充的水直接换热后进入甲醇萃取塔循环使用。
进一步完善上述技术方案，所述预反应器的工作温度为50-80℃，预反应器操作压力为0.5-0.8MPa。
所述催化反应精馏塔的理论塔板数为30-70块，操作压力为0.4-0.7Mpa。
所述甲醇萃取塔和甲醇回收塔的操作压力均为0.15-0.5Mpa。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)催化反应精馏塔的结构型式采用开窗导流式规整填料催化剂，有效增加气液传质面积，提高了气液传质速率，进一步提高传质效率。
(2)整个工艺和装置，实现了两个中间化学品的循环回用：萃取剂-水的系统循环，过程中损耗较少；萃取后的甲醇经甲醇回收塔后循环回用原料系统，原料物耗大大降低。
(3)工艺过程中，实现了热能的循环回收利用，提高了系统工艺的资源利用率。
(4)本发明方法简单、效果好、转化率高，是项节能环保技术，符合产业发展相关政策。
附图说明
图1为实施例1所述一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置结构示意图。
图2为催化反应精馏塔填料层组件A与组件B叠放并卷曲放置的俯视图。
图3为催化反应精馏塔填料层组件A与组件B交替排列垂直放置的俯视图。
图4为图3的中心剖面示意图。
图中：1-预反应器，1-催化反应精馏塔，3-甲醇萃取塔，4-甲醇回收塔，7-热回收混合器，5-组件A，6-组件B，a-甲醇进料，b-含异丁烯C4进料，c-补充甲醇进料，d-剩余C4组分，e-补给水进料，f-MTBE产品。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种利用新型催化精馏规整填料生产MTBE的装置，包括预反应器1、催化反应精馏塔2、甲醇萃取塔3、甲醇回收塔4和热回收混合器7。
所述预反应器1顶端设有预反应器进料口，底端设有预反应器出料口；
所述催化反应精馏塔2塔顶设有催化反应精馏塔塔顶出料口，上部设有催化反应精馏塔甲醇进料口与催化反应精馏塔进料口，塔底设有醚化后产品出料口；
所述催化反应精馏塔的精馏段、提馏段和醚化反应段均采用开窗导流式规整填料，在每层填料层内包含两种不同结构的组件A和组件B，组件A是开窗导流填料片外包裹丝网、内填离子交换树脂充催化剂，组件B是规整填料片，组件A与组件B叠放并卷曲，然后用箍紧片固定，形成催化精馏填料，如图2所示。
作为替换，组件A和组件B也可在每层填料层内交替排列垂直放置，如图3和4所示。
所述甲醇萃取塔3上部设有补给水进料口，下部设有甲醇萃取塔进料口，塔顶设有甲醇萃取塔塔顶出料口，塔底设有甲醇萃取塔塔底出料口；
所述甲醇回收塔4中部设有甲醇回收塔进料口，塔顶设有甲醇回收塔塔顶出料口，塔底设有甲醇回收塔塔底出料口；
所述预反应器1的预反应器出料口连接催化反应精馏塔2的催化反应精馏塔进料口，所述催化反应精馏塔2的催化反应精馏塔塔顶出料口连接甲醇萃取塔3的甲醇萃取塔进料口，所述甲醇萃取塔3的甲醇萃取塔塔底出料口连接甲醇回收塔4的甲醇回收塔进料口；
所述预反应器1顶端的预反应器进料口上连接有预反应器甲醇进料管线和含异丁烯的碳四进料管线，所述甲醇回收塔4的甲醇回收塔塔顶出料口与预反应器甲醇进料管线相连通；
所述甲醇萃取塔3的补给水进料口上连接有供水系统，所述供水系统由热回收混合器7和连接在其两端的水管构成，所述甲醇回收塔4的甲醇回收塔塔底出料口与热回收混合器7热源进口连接，补给水经热回收混合器7直接换热后由水管送入甲醇萃取塔3中。
采用上述生产MTBE的装置进行MTBE生产的方法，包括如下步骤：
1.1、将含异丁烯的C4原料与甲醇从预反应器进料口进入预反应器，含异丁烯的C4原料与甲醇进行初步醚化反应生成MTBE，活性烯烃的转化率为90-92％，反应后的混合物由预反应器出料口采出。
1.2、将步骤1.1采出的混合物及新补充的甲醇分别由催化反应精馏塔进料口、催化反应精馏塔甲醇进料口进入至催化反应精馏塔内，异丁烯与甲醇进一步发生醚化反应生成MTBE，两次醚化反应后，活性烯烃总转化率达到99.5％以上，经过精馏作用，MTBE产品从塔底醚化后产品出料口馏出，剩余组分混合物从催化反应精馏塔塔顶出料口馏出。
1.3、步骤1.2馏出的剩余组分混合物由甲醇萃取塔进料口进入甲醇萃取塔，水经热回收混合器由补给水进料口进入甲醇萃取塔，萃取后，甲醇水溶液从甲醇萃取塔塔底出料口采出，剩余C4组分由甲醇萃取塔塔顶出料口采出，进行后续综合利用。
1.4、步骤1.3采出的甲醇水溶液由甲醇回收塔混合物进料口进入甲醇回收塔，蒸馏分离后，甲醇从甲醇回收塔塔顶出料口采出，水从甲醇回收塔塔底出料口采出；
1.5、步骤1.4中采出的甲醇由预反应器甲醇进料管线进入预反应器，循环使用；采出的水经热回收混合器与新补充的水直接换热后进入甲醇萃取塔循环使用。
其中：C4原料进入预反应器的进料流量为5150kg/h，甲醇进入预反应器的进料流量为928.883kg/h，补充甲醇进入催化反应精馏塔的进料流量为38kg/h。预反应器工作温度为70℃，操作压力为0.7Mpa；催化反应精馏塔理论板数为50，操作压力0.57Mpa，混合物进料口位于第22块理论板处，补充甲醇进料口位于第10理论板处，催化反应精馏塔回流比为1；甲醇萃取塔塔板数为10，操作压力为0.37Mpa，补给水进入流量为200kg/h；甲醇回收塔塔板数为25，操作压力为 0.2Mpa，回流比为6。
表1：实施例1中预反应器进出料口、催化反应精馏塔塔顶采出和塔底采出、萃取后萃取相和循环利用的甲醇液相流率及组成

实施例2：采用与实施例1相同生产MTBE的装置和方法。
不同之处为：C4原料进入预反应器的进料流量为2000kg/h，甲醇进入预反应器的进料流量为300kg/h，补充甲醇进入催化反应精馏塔的进料流量为17kg/h。预反应器工作温度为60℃，操作压力为0.6Mpa；催化反应精馏塔理论板数为50，操作压力0.5Mpa，混合物进料口位于第22块理论板处，补充甲醇进料口位于第10理论板处，催化反应精馏塔回流比为1.5；甲醇萃取塔塔板数为10，操作压力为0.25Mpa，补给水进料流量为70kg/h；甲醇回收塔塔板数为20，操作压力为0.25Mpa，回流比为5。
表2：实施例2中预反应器进出料口、催化反应精馏塔塔顶采出和塔底采出、萃取后萃取相和循环利用的甲醇液相流率及组成

实施例3：采用与实施例1相同生产MTBE的装置和方法。
不同之处为：C4原料进入预反应器的进料流量为8000kg/h，甲醇进入预反应器的进料流量为1300kg/h，补充甲醇进入催化反应精馏塔的进料流量为160kg/h。预反应器工作温度为65℃，操作压力为0.6Mpa；催化反应精馏塔理论板数为60，操作压力0.6Mpa，混合物进料口位于第30块理论板处，补充甲醇进料口位于第8理论板处，催化反应精馏塔回流比为2；甲醇萃取塔塔板数为10，操作压力为0.35Mpa，补给水进料流量为360kg/h；甲醇回收塔塔板数为35，操作压力为0.15Mpa，回流比为4.5。
表3：实施例3中预反应器进出料口、催化反应精馏塔塔顶采出和塔底采出、萃取后萃取相和循环利用的甲醇液相流率及组成


如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。