MTBE裂解制异丁烯工艺研究——副反应动力学及产物分离工艺研究

摘要

异丁烯是一种重要的基本有机化工原料，广泛用于合成橡胶、丁基橡胶和聚异丁烯等多种有机化工原料和精细化学品。目前，世界总需求量已超过2000万吨/年。 甲基叔丁基醚(MTBE)裂解制异丁烯是目前使用最广泛的生产异丁烯的技术路线。 本文研究了通过MTBE气相解制异丁烯的相关工艺。 首先，采用以硫酸氢铝为改质剂制得的Al(HSO<,4>)<,3/γ>-Al<,2>O<,3>为催化剂(MTBE裂解主反应催化剂)，在管式反应器评价装置上进行了副反应甲醇气相脱水动力学以及异丁烯气相齐聚动力学研究，由测量得到的反应物浓度随时间变化的数据，拟合得到了反应速率常数、吸附速率常数、活化能等一系列动力学参数，建立了相应的动力学方程。 其次，为了获知催化剂的使用寿命以及合理的使用工艺，为工业化和后续产品分离流程的建立获取基础数据，进行了三轮催化剂寿命考评实验，证明了原料中的高沸杂质是导致催化剂失活的重要因素，MTBE裂解反应催化剂的活性随着使用寿命的延长而呈明显线性下降趋势，提升温度是提高催化剂活性的有效措施，经考评，催化剂可达到三个月的使用寿命。 最后，本文对MTBE裂解产物的分离工艺流程进行Aspen Plus模拟，着重研究了其中的水洗过程，得出各操作参数的变动对水洗结果的影响，通过灵敏度分析对操作参数进行优化，以提高产品质量和降低操作成本，并通过实际水洗实验验证了所选用的UNIQ-RK物性方法的合理性，模拟结果与实验数据吻合良好。实验证明，经过水洗可实现甲醇与异丁烯的分离，分离后的粗异丁烯中甲醇含量远小于50ppm，达到了进一步分离的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章文献综述

1.1异丁烯简介

1.2异丁烯生产工艺

1.2.1异丁烯生产技术路线

1.2.2 MTBE液相裂解反应工艺

1.2.3 MTBE气相裂解反应工艺

1.3 MTBE气相裂解制异丁烯主副反应动力学研究概况

1.3.1 MTBE气相裂解动力学研究

1.3.2甲醇脱水动力学研究

1.3.3异丁烯聚合动力学研究

1.4催化剂寿命及失活

1.4.1催化剂简述

1.4.2催化剂失活原因研究

1.4.3催化剂失活机理

1.5 Aspen过程模拟软件简介

1.5.1流程模拟软件ASPEN PLUS介绍

1.5.2 ASPEN PLUS软件在化工流程模拟的应用

1.5.3 RadFrac单元模块

1.6本文研究任务

第2章甲醇脱水动力学研究

2.1实验原料与所用试剂

2.2催化剂制备方法

2.3实验流程

2.4分析方法

2.5动力学实验及模型确定

2.5.1基础参数确定

2.5.2动力学模型推导

2.6实验结果与分析

2.6.1空白实验

2.6.2外扩散影响实验

2.6.3动力学实验

2.6.4动力学数据处理

2.7本章小结

第3章异丁烯聚合动力学研究

3.1实验原料与所用试剂

3.2动力学实验及模型确定

3.2.1 IB齐聚机理分析

3.2.2 IB齐聚反应方程式

3.2.3模型推导

3.3实验结果与分析

3.3.1外扩散影响实验

3.3.2动力学实验

3.3.3动力学数据处理

3.4本章小结

第4章催化剂寿命考评实验

4.1工艺流程

4.2第一轮催化剂寿命考评实验

4.3第二轮催化剂寿命考评实验

4.4第三轮催化剂寿命考评实验

4.5本章小结

第5章基于AspenPlus的裂解产物分离工艺优化

5.1 MTBE裂解制异丁烯分离工艺的研究

5.2水洗塔分离过程

5.2.1理论分析

5.2.2水洗实验

5.2.3 Aspen模型检验

5.3本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢