MTBE裂解制异丁烯工艺分析

MTBE合成在低温下进行,反应速度很快。在反应温度50 一80 ℃、空速5一10 时,转化率可达60 一90 %以上。用强酸性大孔阳离子交换树脂催化剂进行了MTBE合成反应动力学的研究,其反应速度可用式(2) 或式(3 )表示:

其中：

——反应速率，mol/(g催化剂·h) ——MTBE浓度，mol/L

W——催化剂重量，g

——异丁烯转化率

——进料中异丁烯摩尔流量（mol/h） ——正反应速度常数，L/(g催化剂·h) ——逆反应速度常数，L/(g催化剂·h) ——正反应频率因子，L/（g催化剂·h）

A2——逆反应频率因子，L/(g催化剂·h) E1——正反应活化能，J/mol E2——逆反应活化能，J/mol R——气体常数，1.987J/（mol·K） T——绝对温度，K 异丁烯的转化率可用式（4）计算：

其中：

——异丁烯初始浓度，mol/L

/

,L/h

（4）

V——进料体积流量，V=

k1，k2通过实验求得。用计算机计算出的不同温度与不同W/V 对转化率的关系图4所示。可以看出,反应初期转化率上升很快,然后逐渐趋于平衡。反应温度愈高,反应也愈快,但当反应趋于平衡时,低温条件下的转化率高于高温下的转化率。这是放热反应的特征,反应温度愈高达到平衡所需的时间愈短。但高温对催化剂的 稳定性不利,所以反应温度以50 一80 ℃为宜。若为了深度转化,也可根据设计要求采用低温和低空速。

图3-4 不同温度、不同W/V的异丁烯转化率

3.3.1.3 催化剂的选择性与副反应

MTBE合成反应选择性很高,用强酸性大孔阳离子交换树脂催化剂时,异丁烯转化为MTBE的选择性一般可达到9 %以上,副反应很少。主要副反应为: 异丁烯与水反应生成叔丁醇

甲醇脱水生成二甲醚

（5）

这些反应都会影响MTBE过程的选择性，应尽量避免。

异丁烯与水反应生成叔丁醇是很易发生的反应,为减少叔丁醇的生成要控制原料中的水含量。混合C4的含水量一般在30 一50ppm,影响不大,但甲醇与水互溶,所以要严格控制甲醇中的水含量,一般应不大于0.5%。

图3-5 反应温度与二甲醚产率关系

图3-6 醇烯比与异丁烯聚合物生产量的关系

图3-7 反应温度与异丁烯聚合物生成量的关系

生成二甲醚的反应,在低温下受醇烯比的影响不大，二甲醚的生成量随反应温度的升高而增加(图5),但在高温时醇烯比高,二甲醚的生成量较多。二聚物的生成与温度及醇烯比有关(图6、7）。当醇烯比很低或无甲醇时,在催化剂的作用下聚合反应很激烈,且强烈放热形成超温而烧坏催化剂,应该特别注意。

3.3.1.4 反应器型式与工艺流程

1.反应器的型式及其特点

由于MTBE合成是放热反应且反应速度很快,因此如何取走反应热并防止反应床层超温是一个非常重要的问题。若控制不当,床层超温可达140 ℃以上,烧坏催化剂。因此,反应器类型的选择与设计主要是考虑如何控制反应温度,并达到对转化率的要求。