低異丁烯濃度下MTBE裝置的節能生產

王剛

（中國石化滄州分公司，河北滄州 061000）

滄州煉化甲基叔丁基醚（MTBE）裝置于2010年10月首次投料試車成功，設計生產能力為5萬t/a，2013年進行改造，增上MTBE再分餾塔，進一步降低MTBE產品中硫含量。

該裝置以氣體分餾后碳四餾分和外購甲醇為原料生產高辛烷值汽油組分MTBE，設計碳四原料中異丁烯含量為19.42%（w），正常負荷下，MTBE產量為5萬t/a。生產裝置由原料配制－混相反應、催化蒸餾及甲醇回收三部分組成，采用混相床－催化蒸餾組合工藝，二反三塔流程，即兩臺凈化醚化反應器、催化蒸餾塔、甲醇萃取塔、甲醇回收塔，MTBE再分餾塔。反應器及催化蒸餾塔內裝有大孔徑強酸性陽離子交換樹脂催化劑。

1 裝置能耗分析

MTBE裝置能耗按產品計算，MTBE產量由原料中異丁烯含量決定，即異丁烯濃度越低，MTBE產量越低，裝置能耗越高。原設計異丁烯濃度為19.42%，受上游裝置影響，現異丁烯濃度僅為8%左右，裝置能耗偏高，詳見圖1、2。裝置原料設計碳四組成見表1，2016－2017年實際異丁烯含量見圖3。

2 裝置節能措施分析

2.1 提高催化蒸餾塔進料氣化率

MTBE裝置采用混相床式反應器，利用反應熱使物料部分氣化進入催化蒸餾塔，減少催化蒸餾塔加熱負荷，達到節能的目的，但由于異丁烯濃度低，反應放熱少，反應器內物料氣化率低，致塔底熱源需求增加，能耗增加。通過提高原料氣化率，可以有效降低催化蒸餾塔加熱負荷，達到節能目的，同時可提高MTBE產量，增加裝置效益[1]。

圖1 異丁烯濃度與MTBE產量關系

2.2 降低裝置蒸餾負荷

催化蒸餾塔采用共沸蒸餾法，即甲醇與未反應碳四形成共沸物與MTBE進行分離。實驗證明，甲醇和碳四的共沸物組成，隨壓力的變化而變化，共沸蒸餾的操作壓力越高，共沸物中甲醇的摩爾分數越高，當共沸物中甲醇的摩爾分數低于當前操作壓力下共沸物可攜帶的量時，沸點較高的甲醇可從塔頂排出，塔底得到較純的MTBE產品。若共沸物中甲醇的摩爾分數高于當前操作壓力下共沸物可攜帶的量時，多出的甲醇將落入塔釜中，影響MTBE產品純度。當進料組成中甲醇含量較低時，碳四共沸物中甲醇的摩爾分數低，在確保甲醇能夠從塔頂排出的前提下，適當降低蒸餾負荷，可有效降低塔底蒸汽消耗。

圖2 MTBE產量與裝置能耗關系

表1 裝置原料設計碳四組成

圖3 2016—2017年異丁烯濃度

2.3 調整萃取效果

甲醇碳四混合物利用在水中溶解度不同進行萃取反應，萃取溫度越高，萃取效果越好[2]，受限于后路溫度要求，萃取溫度不易過高，通過裝置優化發現，適當提高萃取溫度，可以減少系統的反復“升溫－冷卻”過程，有利于降低循環水和蒸汽消耗。

2.4 降低機泵效率

由于原料中異丁烯含量低，裝置生產時所需甲醇量低，回收甲醇量低，機泵采用工頻泵，甲醇進料和回收甲醇控制閥開度小，造成了電能的浪費，對機泵進行改造，降低機泵電流，可達到機泵節能目的。

3 裝置節能措施

3.1 根據進料狀態增設進料加熱器

鑒于原料中異丁烯濃度低，反應放熱低，反應器內物料氣化率低，造成催化蒸餾塔所需塔底熱源增加，能耗增加的情況，在反應器和催化蒸餾塔之間增設進料加熱器，利用熱水加熱物料，提高原料氣化率，降低催化蒸餾塔加熱負荷。

3.2 根據共沸狀態降低塔頂壓力

不同操作壓力下，催化蒸餾塔塔頂組成如表2所示。

表2 催化蒸餾塔操作壓力與塔頂組成

由表4可知，在0.5 MPa的操作壓力下，塔頂物料組成中碳四摩爾分數為0.951，甲醇摩爾分數為0.049，碳四與甲醇的摩爾比為：

0.951/0.049＝19

換算成塔頂組分中甲醇含量的質量百分比為：

（甲醇摩爾數×甲醇摩爾量）/（碳四摩爾數×碳四摩爾量＋甲醇摩爾數×甲醇摩爾量）=（1×32）/（19×60＋1×32）＝2.7%

即在0.5 MPa的操作壓力下，塔頂可攜帶2.7%的甲醇。

當前生產狀態下，催化蒸餾塔進料組成見表3。

表3 催化蒸餾塔進料組成

由表3可知，當前生產狀態下進料中甲醇含量為2.042 %，去除碳三、碳五與MTBE的影響，碳四與甲醇組分中甲醇質量百分數為：

甲醇含量/（100－碳三含量－碳五含量－MTBE含量）＝2.042/（100－0.31－0.389－14.732）＝2.4%。

通過計算可知，進料組成中甲醇含量低于理論計算值，即當前生產狀態下可將操作壓力降低至0.5 MPa，因此將催化蒸餾塔操作壓力由0.55 MPa降至0.5 MPa。

3.3 根據萃取狀態提高萃取溫度

適當提高萃取溫度既有利于提高萃取效果，又有利于降低回收系統能耗，由于罐區控制進罐溫度≯40℃，管路溫降2℃，因此將萃取溫度提高至42℃。

3.4 根據醇烯比狀態進行機泵葉輪摘除與切削

通過調查控制閥開度發現，控制閥開度小于50%的機泵主要是碳四原料泵、甲醇原料泵和甲醇回收塔回流泵，由于碳四原料泵和甲醇原料泵為多級泵，甲醇回收塔回流泵為單級泵，因此對碳四原料泵和甲醇原料泵摘除部分葉輪，甲醇回收塔回流泵切削葉輪。

根據一般離心泵葉輪切割定律[3]對機泵效率進行計算：

式中：H為揚程，Q為流量，P為軸功率，D為葉輪外徑，切割后葉輪參數用角標“′”表示。

4 節能效果

2016年3 月與2017年3月原料中異丁烯含量相近，裝置運行條件相近，因此以2016年3月與2017年3月為例，對裝置節能情況進行同期對比。物耗情況見表4，能耗情況見表5。

表4 物耗情況對比

由表4可知，節能措施實施后，電量降低14.50 %，循環水量降低9.94 %，蒸汽量降低24.34 %，各項物耗降低效果明顯。

表5 能耗情況對比 kgEO/t

由表5可知，節能措施實施后，電消耗降低1.264 kgEO/t，循環水消耗降低0.285 kgEO/t，蒸汽消耗降低28.564 kgEO/t，裝置能耗降低27.41 kgEO/t，裝置節能效果明顯。

5 結論

原料中異丁烯濃度低對MTBE裝置能耗影響非常大，滄州煉化MTBE裝置利用低異丁烯濃度下裝置的運行特點，采取相應的調整措施，使裝置電量降低14.50%，循環水量降低9.94%，蒸汽量降低24.34%，裝置能耗降低27.41 kgEO/t，裝置節能效果明顯。