Краткая характеристика установки производства метил-трет-бутилового эфира

Проектная  производительность установки (годовая) - 20 тысяч тонн МТБЭ в год.

Число часов работы установки в год – 8000.

Год ввода в эксплуатацию – 2009-ый.

Установка предназначена  для получения метил-трет-бутилового эфира, являющегося наиболее экономичным, высокооктановым, нетоксичным компонентом  моторных топлив (октановое число 115-135). Добавляется к бензинам с целью  повышения октанового числа в  количестве 5-15%.

Сырьем для производства метил-трет-бутилового эфира являются бутан-бутиленовая фракция (далее  по тексту ББФ), поступающая с АО «ПНХЗ», и метиловый спирт.

Установка получения МТБЭ состоит из следующих блоков:

-   реакторный блок  синтеза МТБЭ, предназначен для  получения МТБЭ;

- блок азеотропной ректификации, предназначен для выделения МТБЭ  из реакционной смеси.

- блок экстракции метанола, предназначен для выделения метанола  из смеси непрореагировавших  ББФ и метанола.

-   блок ректификации  метанола, предназначен для выделения  метанола и возврата его в  процесс.

 

 

 

          3. Технологическая схема установки и ее описание.

Метанол со стороны поступает  на узел приёма метанола (УПМ), находящийся  на территории АО «ПНХЗ», железнодорожными цистернами, разгружается в промежуточный резервуар поз. Р-1, объемом 556 м³, из которого по напорной линии поз.11/1 поступает на установку по производству МТБЭ в резервуары хранения метанола ТА-402 и ТА-403. (Подробно см. Инструкцию по эксплуатации товарно-сырьевых парков). Из резервуаров метанол насосами Р-402А/В перекачивается в буферную ёмкость метанола V-102. Расход сырья регулируется в зависимости от уровня в емкости V-102 прибором LICA-1002, клапан которого расположен на линии 11/2.

Бутан-бутиленовая фракция  поступает на установку от АО «ПНХЗ» по трубопроводу 12/1 в буферную ёмкость V-101. Уровень контролируется прибором LICA-1001, клапан LV-1001  расположен на линии (12/11).

Реакторный блок синтеза МТБЭ.

Реакторный блок синтеза  МТБЭ предназначен для получения метил-трет-бутилового эфира.

Из буферной ёмкости V-102 метанол  насосами Р-101 А/В подаётся в смеситель МI-101,  туда же из емкости V-101 насосами Р-102 А/В подается ББФ. Нужное соотношение метанола к изобутилену (в нормальных условиях 1:1,05) устанавливается регуляторами FV-1001 и FV-1002. Полученная смесь проходит через адсорберы V-107 A/B, заполненные катализатором D-005-II, где проходит предварительная обработка ББФ, удаление из сырья каталитических ядов. Срок службы адсорбента зависит от содержащихся в сырье примесей и составляет в среднем 4 месяца. Очищенная смесь подогревается в подогревателе реакционной смеси Е-101 паром низкого давления до температуры 37.5°С ± 2.5°С. Контроль за температурой осуществляется по прибору ТIC 1001. Очищенная смесь по линии 14/2 поступает в нижнюю часть реактора R-101. Реактор – это аппарат колонного типа, диаметром 1,2 м и высотой 26,2 м имеет три секции заполненных макропористым ионитным формованным катализатором D-005-II на основе сульфированного сополимера стирола и дивинилбензола, фракция 0,3 – 1,1 миллиметра. Катализатор подлежит замене, в зависимости от состояния сырья, обычно через полтора - два года.  Температура в нижней секции реактора поддерживается 37 ± 2,5ºС, контроль осуществляется по прибору ТI 1002, в остальных секциях реактора температура поддерживается в пределах 40 ± 7,5ºС, контроль ведется по приборам ТI 1003, ТI 1004. Для поддержания температуры реакции в заданных пределах в реакторе установлены два внешних межсекционных охладителя: Е-102,- контроль по прибору TG 1069 и Е-103- контроль по прибору TG 1070, в нижней части реактора имеется теплообменник рубашечного типа, охлаждаемый оборотной водой.  Контроль температуры - по прибору TG 1056,

Продукты реакции из первой секции реактора охлаждаются в межсекционном охладителе Е-102, затем поступают во вторую секцию реактора, продукты реакции из второй секции реактора охлаждаются в межсекционном охладителе Е-103 и поступают в третью секцию реактора. Через 4 месяца работы по причине снижения активности катализатора температуру реакции повышают до 55ºС.

С верха реактора выходит  реакционная смесь, которая содержит исходные реагенты и конечный продукт, а также побочные продукты реакции, и поступает в трубное пространство рекуперационного теплообменника Е-105, где подогревается метил-трет-бутиловым эфиром из куба колонны азеотропной ректификации Т-101 до 71°С.

Блок азеотропной  ректификации.

Блок азеотропной ректификации предназначен для выделения МТБЭ из реакционной смеси.

Из рекуперационного теплообменника Е-105 продукты реакции при температуре 71ºС, контроль по прибору TI 1006, подаются в колонну азеотропной ректификации Т-101 на 46 тарелку (возможны варианты подачи на 42 и 50 тарелки).

Колонна азеотропной ректификации Т-101, диаметром 1400 мм и высотой 50,35м, имеет 80 условных тарелок, в верху (19 шт.) и в низу (35 шт.) оборудована клапанными тарелками. Между ними 26 условных тарелок заполнены насадкой, представляющей собой 8 блоков из рулонов металлической рукавной сетки с прокладкой внутри поперечно простяженного тканевого рукава, заполненного катализатором D-005-II. Рулоны в блоках установлены вертикально в несколько слоев.  Блоки укладываются на распределительные решетки, закрытые металлической мелкоячеечной сеткой.

Проходя через рулонное каталитическое составляющее в колонне дополнительно  продолжается реакция синтеза МТБЭ из непрореагировавших  в R-101 метанола и изобутилена, что повышает выход МТБЭ. Колонна Т-101 имеет кипятильник E-104, обогреваемый паром среднего давления, и выносной конденсатор E-107, охлаждаемый водой.

Процесс ведется при следующих  параметрах: температура верха колонны  53.6ºС, контроль по прибору TI 1012; температура куба колонны   129.1ºС, контроль по прибору TR 1010; давление в верхней части колонны 0.65 МПа, контроль по прибору PIC 1002; давление в кубе колонны 0.72 МПа, контроль по прибору PG 1060.

Из куба ректификационной колонны выходит МТБЭ, охлаждается  в межтрубном пространстве рекуперационного теплообменника Е-105, контроль по прибору TG 1059 и в доохладителе  Е-106, контроль по прибору TG 1060. Затем продукт поступает в два резервуара хранения МТБЭ ТА-401А/В, объемом 1000м³ каждый. Из емкостей хранения МТБЭ насосами Р-401А/В перекачивается в автоцистерны или железнодорожные цистерны на участке приема метанола для отгрузки потребителям.

Пары из верхней части  колонны Т-101 (азеотропная смесь  из непрореагировавшей ББФ и метанола) охлаждаются оборотной водой  в конденсаторе Е-107, контроль по прибору  TG 1071, и собираются в ёмкости V-103, контроль уровня осуществляется по прибору LIC 1004. Насосами Р-103А/В часть потока, по линии 14/16, возвращается в колонну Т-101 в качестве орошения на первую тарелку, а другая часть, по линии 14/16 через охладитель азеотропной смеси Е-108, контроль по прибору TG 1066, поступает в экстракционную колонну метанола Т-102.

Для улучшения разделения фракций в колонну Т-101 на 34 (вариант 26) тарелку насосом Р-104 подаётся ББФ и метанол в качестве холодного  орошения.

Блок экстракции метанола.

Блок экстракции метанола предназначен для выделения метанола из азеотропной смеси непрореагировавших ББФ и метанола.

Процесс экстракции метанола протекает в экстракционной колонне  Т-102. Экстракция метанола производится химочищенной водой при температуре 40ºС, контроль по прибору TG 1073, и давлении 0.7 МПа, контроль по прибору PG 1066. С целью интенсификации контакта водной и углеводородной фаз колонна загружена тремя блоками насадки - металлическими кольцами Палля, общая высота насадки составляет 16 м. С верха экстракционной колонны по линии 12/6 выходит жидкая бутан-бутиленовая фракция, далее она отделяется от воды в обогреваемом отстойнике V-105, уровень контролируется прибором LIC 1006, и затем насосами Р-107А/В подаётся в линию 12/8 для возврата на АО «ПНХЗ».

Химочищенная вода на экстракцию приходит с куба колонны Т-103 через рекуперационный теплообменник Е-109 по линии 11/13 и подаётся насосами Р-106А/В по линии 11/14 через охладитель экстрагирующей воды Е-112. Контроль температуры ведётся по прибору TG 1073. Охлаждённая химочищенная вода по линии 11/14 подаётся в колонну экстракции Т-102. Имеется возможность подпитки свежей химочищенной водой по линии 10.

Раствор метанол-вода выводится  с низа колонны Т-102 по линии 11/5 и подаётся через рекуперационный теплообменник экстракционной воды Е-109 в колонну Т-103 на ректификацию. Температура контролируется прибором TG 1071.

Блок ректификации метанола.

Блок ректификации метанола предназначен для выделения метанола из воды и возврата его в процесс.

Колонна ректификации метанола Т-103, диаметром 800 мм и высотой 18,3м, имеет  выносной кипятильник E-110, обогреваемый паром среднего давления, и выносной конденсатор E-111, охлаждаемый водой.

Процесс ректификации метанола производится при следующих параметрах:  температура  верха колонны  72.5ºС, контроль по прибору TI 1015; температура куба колонны 116.3ºС, контроль по прибору TI 1018; давление в верхней части колонны   0.15МПа, контроль по прибору PIC 1004; давление в кубе колонны 0.18 МПа, контроль по прибору PG 1072.

Колонна Т-103  загружена двумя  блоками нерегулярной насадки в  виде металлических колец Палля для увеличения поверхности контакта фаз.

Пары метанола из верхней  части ректификационной колонны  Т-103 поступают в конденсатор Е-111, где охлаждаются оборотной водой  до температуры 40°С. Сконденсированный  жидкий метанол собирается в рефлексную емкость V-106, уровень контролируется прибором LIC 1008, насосами Р-105 А/В часть потока по линии 11/10 возвращается в колонну на первую тарелку в качестве орошения, а другая часть потока метанола по линии 11/2 возвращается в «голову» процесса в буферную емкость V-102 как компонент сырья для синтеза МТБЭ. С куба колонны Т-103 часть воды через Е-109 насосами Р-106 А/В через охладитель Е-112 идет на орошение в колонну экстракции Т-102, вторая часть через кипятильник Е-110 возвращается в колонну Т-103.

 

Таблица 1 - Характеристика исходного сырья, вырабатываемой продукции, полупродуктов, катализаторов, вспомогательных материалов

Наименование сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полупродуктов, вырабатываемой продукции

Номер государственного или  отраслевого стандарта, технических  условий, стандарта предприятия

Показатели качества, обязательные для проверки

Норма по ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ

Область применения вырабаты ваемой продукции

 

1	2	3	4			5
Сырье
Метанол марки А	ГОСТ 2222-95	Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость, без нерастворимых веществ			Сырье для производства МТБЭ
		Плотность при 20°С, кг/м3	0,791 – 0,792
		Массовая доля метилового спирта, %, не менее	99
		Массовая доля воды, %, не более	0,05
Бутан-бутиленовая фракция	В соответствии с договором  с АО «ПНХЗ»	Наименование компонента	Содержание массовой доли, % (условно)			Сырье для производства МТБЭ
		Пропан	0,0200
		Пропилен	0,1000
		Изобутан	43,9400
		Нормальный бутан	6,5300
		Бутен-1	14,7900
		Изобутен	14,1900
		Бутен-2-транс	13,3100
		Бутен-2-цис	6,9530
		Бутадиен-1,3	0,1300
		Бутадиен-1,2	0,0010
		Вода	0,0200
		Сероводород и меркапт. сера	менее 0,0001
Вырабатываемая продукция
Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ)	ASTM D5441-98 СТ ТОО 40486314-001-2009	Марка	А	Б	В	На реали зацию, присадка к бензинам для повышения октанового числа
		Внешний вид	Прозрачная жидкость
		Массовая доля МТБЭ, %, не менее	98,0	96,0	94,0
		Массовая доля спиртов (метанола и трет-бутанола), %, не менее	1,5	2,5	4,0
		Массовая доля С4 и С5, %, не более	1,5	1,5	3,0
		Массовая доля влаги, %, не более	0,10	0,10	0,10
		Механические примеси	отс.	отс.	отс.
Полупродукты
Непрореагировавшая бутан-бутиленовая фракция	В соответствии с договором с АО «ПНХЗ»	Наименование компонента	% массовые (условно)
		Пропан	0,0296
		Пропилен	0,1396
		Изобутан	49,0354
		Нормальный бутан	7,3749
		Нормальный бутен	17,2187
		Изобутен	1,5548
		Бутен-2-цис	15,4760
		Бутен-2-транс	8,1654
		Бутадиены	0,1508
		Метанол	0,00005
		МТБЭ	0,00003

 

 

 

 

             4. Физико-химические основы процесса.

 

Соотношение метанола к изобутилену.

Соотношение метанола к изобутилену  перед подачей в реактор составляет 1:1,05. При несоблюдении данного соотношения  в процессе синтеза МТБЭ может  происходить искажение показателей  температуры и давления, а также  может образовываться большое количество побочных продуктов, что в свою очередь  негативно скажется на качестве готовой  продукции.

Температура.

Температура является основным контролируемым технологическим параметром в реакторах, адсорберах и ректификационных колоннах. Температура на протяжении всего технологического процесса должна поддерживаться в строго определённых пределах. Все аппараты установки  оснащены термометрами и термопарами-регуляторами с сигнализацией.

Температура в реакторах  в значительной степени  влияет на ход основных реакционных процессов. При низкой температуре некоторые  реакции не протекают, при высокой  температуре экзотермические  реакции  могут выйти из-под контроля, что  может привести к чрезмерному  выделению тепла и местному перегреву  оборудования. Для своевременного действия персонала, в реакторе по высоте слоя катализатора размещены термометры с сигнализацией.

Давление.

Давление играет важную роль в процессе синтеза МТБЭ. Несоблюдение параметров давления способствует образованию  побочных продуктов реакции, смещает  равновесие в системе, что в свою очередь способствует замедлению синтеза  метил-трет-бутилового эфира.

Рабочее давление процесса синтеза выдерживается  1-1,2 МПа

Качество сырья.

Качество сырья главным  образом влияет на качество готовой  продукции. Содержание в сырье сероводорода, соединений органической серы вызывает отравление катализатора  в реакторе R-101.

Сырьем для производства МТБЭ служат:

Метанол и бутан-бутиленовая фракция  с Павлодарского НПЗ.

Физико-химические свойства сырья приведены в таблице  2

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 – физико – химические свойства сырья

Наименование показателя	Метанол ГОСТ 2222-78  марки А
Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость, без нерастворимых веществ
Плотность при 20ºС г/см3	0,791-0,792
Смешиваемость с водой	Смешивается с водой без  следов помутнения и  опалесценции
Температурный предел  кипения, ºС	64,0 - 65,5
99% продукта перегоняется  в пределах, ºС, не более	0,8
Массовая доля воды,%, не более	0,05
Массовая доля свободных  кислот в пересчете на муравьиную кислоту, %, не более	0,0015
Массовая доля альдегидов и кетонов в пересчете на ацетон,%, не более	0,003
Массовая доля летучих  соединений железа в пересчете на железо   %, не более	0,00001
Испытание с перманганатом калия, мин., не менее	60
Массовая доля аммиака  и аминосоединений в пересчете на аммиак, %, не более	0,00001
Массовая доля хлора, %, не более	0,0001
Массовая  доля серы, %,   не более	0,0001
Массовая доля нелетучего остатка после испарения, %, не более	0,001
Удельная электрическая  проводимость, См/м, не более	3х10-5
Массовая доля этилового  спирта, %, не более	0,01
Цветность по платино-кобальтовой шкале, единицы Хазена, не более	5
Наименование показателя	бутан-бутиленовая фракция Содержание массовой доли, %
Пропан	0.0200	0.0200
Пропилен	0.0800	0.1000
Изобутан	43.9350	43.9400
Нормальный бутан	6.6280	6.5300
Бутен -1	14.8150	14.7900
Изобутен	14.2150	14.1900
Бутен-2-транс	13.5750	13.3100
Бутен-2-цис	7.1160	6.9530
Бутадиен-1.3	0.1200	0.1300
Бутадиен-1.2	0.0010	0.0010
Вода	0.0200	0.0200
Сероводород	менее 0.0001	менее 0.0001