第一章 概述
1.1 设计描述
本设计是对C4综合利用，继30万吨异构化项目研究中脱重塔系的研究设计。设计针对市场对MTBE的巨大需求，对裂解气进行处理，分离C4与C5组分，为后面生产MTBE提供原料，顺带副产品正丁烷和异丁烷等。通过计算塔，换热器，泵等设备参数，完成对C4，C5的模拟分离，达到分离要求，设计附带工艺管道及仪表流程图等图纸完善设计。
1.2 MTBE综合分析 1.2.1 MTBE简介
MTBE（methyl tert-butyl ether），溶点-109℃，沸点55.2℃，是一种无色、透明、高辛烷值的液体，具有醚样气味，是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组份，作为汽油添加剂已经在全世界范围内普遍使用。它不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。另外，MTBE还是一种重要化工原料，如通过裂解可制备高纯异丁烯。MTBE是含氧量为18.2%的有机醚类。它的蒸汽比空气重，可沿地面扩散，与强氧化剂共存时可燃烧。MTBE的纯度约为97%~99.5%，分子式为：CH3OC(CH3）3，相对分子量：88.15，CAS NO.：1634-04-4。
1.2.2 MTBE的化学性质
表1-1 MTBE 的化学性质
性质 数据 性质 数据 分子式 CH4OC4H 水在MTBE中的溶解度(20°C) g/100g 1.5 分子量 88.119 比热容 J/(g K) 2.135 沸点°C 55.2 蒸发热 KJ/mol 30.10 熔点°C 108.6 △H (298K) KJ/mol -3371.2(液) -3461.3（气） 密度kg/m3(20°C) 735.3 S (298K) KJ/mol 265.48（液）358.06（气）
临界温度°C 223.9 △G (298K) KJ/mol -120.01（液）-117.23（气） 临界压力KPa 3430 MTBE在水中溶解度(20°C) g/100g 1.3 折射率(20°C) 1.3600 研究法辛烷值 117 表面张力N/m2 1.01 马达法辛烷值 101
1.2.3 MTBE用途
（1）MTBE（甲基叔丁基醚）作为汽油添加剂已经在世界范围内普遍应用。它不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。本装置生产的MTBE将全部用于汽油调和。
（2）MTBE另一个主要用途是通过将MTBE裂解生产纯度较高的异丁烯。而高纯度的异丁烯的用途也越加广泛，用量增加迅速。
1）异丁烯聚合。低分子量聚异丁烯（LPIB）由于热稳定性好、裂解无残炭、耐化学品及耐候等特点，因而被广泛用于润滑油添加剂、电绝缘材料、粘合剂、腻子胶以及其它高聚聚物共混改质等领域。特别是近年来，随着润滑油产业的快速发展和进步，中分子量聚异丁烯（MPIB）的需求日趋减少，中、高档二行程内燃机油及其它领域对LPIB的需求量越来越大。
2）以异丁烯为原料生产丁基橡胶。
3）异丁烯水合可以合成叔丁醇；异丁烯氧化可以生成甲基丙烯醛，甲基丙烯醛氧化生成甲基丙烯酸，再和甲醇酯化生成甲基丙烯酸甲酯；异丁烯和甲醛反应生成异戊橡胶的单体异戊二烯等。
1.2.4 MTBE市场供需分析
我国MTBE处于快速增长状态，特别是我国近期推广使用高辛烷值无铅汽油，所用的辛烷值改进剂主要是MTBE。因此，我国MTBE的需求量还将有所增加。随着一些新建炼油厂的MTBE生产装置投产，我国现有MTBE生产装置增加到38套，总能力达234万吨／年。
我国MTBE的规模生产起始于20世纪80年代。随着我国政府对环境保护的日益重视，汽油无铅化的呼声不断高涨，MTBE作为无铅汽油添加剂日益受到重视，MTBE生产能力迅速增长。
从我国MTBE装置的情况看，一般均采用以抽余碳四或催化裂化的碳四与甲醇为原料，经催化反应、精馏分离等工序生产。从现有装置情况看，国内的MTBE
装置绝大部分设在炼油企业中，只有茂名、燕山、扬巴等少数企业将MTBE装置设在化工企业中。
国内MTBE产品主要用于提高汽油的辛烷值。2007年我国MTBE总消费量为170．2万吨，主要应用于汽油添加剂、生产高纯度的异丁烯，继而生产丁基橡胶等，另外国内也有一些企业利用MTBE来生产MMA。
从全球MTBE供需状况看，虽然世界新增MTBE新增装置不多，但由于美国近年来MTBE消费大幅减少，使得美国MTBE过剩严重，未来亚洲市场将是美国消化其MTBE的主要市场，将对中国市场的MTBE供需产生影响。
表1-2 我国MTBE供需预测
项 目 能力，万吨/年 产量，万吨 表观需求量，万吨 表面供需平衡，万吨 2007年 233 170 170.2 11.4 2010年 282.3 204.0 189.0 15.0 2015年 300.3 235.2 218.5 16.7 2020年 300.3 241.2 233.8 7.4
1.2.5 MTBE发展预测
由于政府的不断努力，2000年我国已基本实现汽油的无铅化，北京、上海等几大城市已经先后出现地方性法规，限制低标号汽油的使用，因此在汽油配方中使用MTBE作为抗爆剂已是大势所趋。今后几年MTBE需求量将有较大幅度的成长。
从目前掌握的情况看，相当多的企业都在需求扩建或新建MTBE装置。格尔木炼油厂1万吨/年、新疆独山子天利高新技术股份有限公司3万吨/年、西安石油化工厂1.2万吨/年的MTBE装置正在兴建。四川炼油厂一期工程中将新建5万吨/年MTBE装置，新疆吐鲁番地区利用轻烃分离项目可生产异丁烷，目前正在进行6万吨/年MTBE装置兴建招标。在华东地区常州化工区有意新建30万吨MTBE装置、苏州市也打算新建一套5万吨/年的MTBE装置，宁波大榭开发区将新建5万吨/年的MTBE装置。
近年来，MTBE产品的发展很快，产品价格也不断在攀升。因需求猛增及清洁燃料标准的推动，要求汽油中芳烃含量由42％降至40％，使MTBE需求大幅增加，加上高辛烷值汽油需求不断增加。
图1-1中捷石化MTBE出厂价格走势
图1-2近期国内MTBE出厂价格走势
国内MTBE价格也一度攀升到9800元／吨以上，目前国内MTBE的销售价格约超过9100元/吨，随着国内、国际油价的上涨，作为汽油调和必需品的MTBE也有上涨的空间。
1.3 副产品综合分析 1.3.1正丁烷的用途
正丁烷除直接用作燃料外，还用作溶剂、致冷剂和有机合成原料，在化工利
用方面，正丁烷主要用于如下几个方面：
(1) 异构化制异丁烷 (2) 裂解制乙烯
(3) 催化脱氢制丁烯或丁二烯
(4) 氧化制醋酸、丙酸、顺丁烯二酸酐等
正丁烷的利用是在美国等公司正丁烷氧化制顺酐的工艺实现工业化以后得到了较为迅猛的发展，与传统的苯法合成酸酐相比，此法的优点是原料廉价、污染相对轻微、能耗较低等。在大多数国家都重视环保的环境下，正丁烷法比苯法合成酸酐更具有发展潜力。
1.3.2异丁烷的用途
异丁烷的主要作用如下：
(1) 经裂解可制备异丁烯与丙烯
(2) 与异丁烯、丙烯进行烷基化可制烷基化汽油 (3) 制备甲基丙烯酸、丙酮和甲醇等
异丁烷不活泼，加工起来比较困难。根据报道，美国已率先运用异丁烷与丙烯共氧化法合成环氧丙烷并联产叔丁醇。以这种共氧化法生产的叔丁醇在全球产量中占有相当的比重，共氧化法生产1,4-丁二醇是目前生产成本相对较低的一种可靠方法。
目前，异丁烷应用市场潜力较大，生产该产品原料充足。在精细化工产业方面上的应用包括：
（1）用作汽溶胶促进剂 （2）作为聚乙烯聚合用剂 （3）用于聚乙烯发泡剂
（4）高纯异丁烷用作配制特种标准混合气，用于温度表和液位表等一些控制显示仪表的校正
（5）作为冷冻剂。异丁烷作为一种新型制冷剂，几乎不会使气候变暖，而且有较高的冷却效率，所以近来被开发作为冰箱制冷剂原有冷却剂的替代品