生物含水乙醇制备醇醚燃料的新工艺研究

论文摘要

本文以生物含水乙醇和异丁烯为原料,提出了制备醇醚燃料的新工艺。具体研究了乙基叔丁基醚（ETBE）的合成工艺、多元汽液平衡和多元精馏分离及模拟。分别考察了催化剂类型和重复使用率、催化剂用量、原料配比、反应温度、搅拌转速和反应时间对反应的影响,获得了较佳的工艺条件。再通过正交实验得到较优工艺条件为：以A-15为催化剂,原料配比为n（乙醇）：n（异丁烯）=3.0：1,反应温度为80℃,反应时间为150min,催化剂用量为9wt%。此时,异丁烯转化率为90.5%,ETBE收率为77.2%,水的相对转化率为80.4%。考察了多元汽液平衡,确定了采用UNIQUAC方程作为后续精馏塔的物性方法。反应产物脱丁烷后进行精馏分离,塔顶得到高醚含量且易于萃取分离的含醚混合物,塔釜得到含水量低于1wt%的脱水一元醇产品。通过Aspen Plus化工模拟软件对精馏塔进行模拟优化,模拟结果与实验结果非常接近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 燃料乙醇概述
• 1.1.1 燃料乙醇的应用发展
• 1.1.2 燃料乙醇的脱水技术及其能耗
• 1.2 ETBE概述
• 1.2.1 ETBE及其与其他汽油添加剂的比较
• 1.2.2 ETBE对汽油池及其应用系统的影响
• 1.3 ETBE生产状况
• 1.3.1 国外状况
• 1.3.2 国内状况
• 1.4 ETBE主要生产工艺
• 1.5 ETBE反应机理与催化剂选择
• 1.5.1 反应机理
• 1.5.2 催化剂选择
• 1.6 合成ETBE的研究进展
• 1.7 相关汽液平衡的研究进展
• 1.8 本课题的研究内容与意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要实验仪器及设备
• 2.2 ETBE的合成
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 主要原料和产物的物化性质
• 2.2.3 实验装置图
• 2.2.4 实验方法与考察因素
• 2.3 ETBE/乙醇/叔丁醇/水四元汽液平衡
• 2.3.1 实验装置图
• 2.3.2 实验方法
• 2.4 ETBE/乙醇/叔丁醇/水四元精馏分离
• 2.4.1 实验装置图
• 2.4.2 实验方法
• 2.5 分析方法
• 4原料的分析'>2.5.1 C₄原料的分析
• 2.5.2 醚化反应产物的分析
• 2.5.3 汽液平衡与精馏实验产物的分析
• 2.6 实验数据处理
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 单因子法工艺研究
• 3.1.1 催化剂选择
• 3.1.2 催化剂重复使用对反应的影响
• 3.1.3 催化剂用量对反应的影响
• 3.1.4 原料配比对反应的影响
• 3.1.5 反应温度对反应的影响
• 3.1.6 搅拌转速对反应的影响
• 3.1.7 反应时间对反应的影响
• 3.1.8 单因子实验小结
• 3.2 正交实验法工艺研究
• 3.2.1 可行域的确定
• 3.2.2 正交实验设计
• 3.2.3 正交实验结果分析
• 3.3 ETBE/乙醇/叔丁醇/水四元汽液平衡
• 3.3.1 四元汽液平衡实验数据
• 3.3.2 四元体系物性方法的选择
• 3.4 ETBE/乙醇/叔丁醇/水四元精馏分离
• 3.4.1 脱丁烷塔模拟
• 3.4.2 四元精馏实验数据
• 3.4.3 四元精馏塔模拟
• 3.4.4 精馏塔模拟与实验数据对比
• 3.4.5 萃取塔模拟
• 3.5 本章小结
• 3.5.1 反应工艺
• 3.5.2 汽液平衡
• 3.5.3 精馏分离与模拟
• 第4章 生物含水乙醇制备醇醚燃料新工艺的设计与说明
• 4.1 工艺流程示意图
• 4.2 工艺流程说明
• 第5章 结论
• 5.1 反应工艺总结
• 5.1.1 单因子实验总结
• 5.1.2 正交实验总结
• 5.2 汽液平衡
• 5.3 精馏分离与模拟
• 5.4 本文创新点
• 5.5 后续研究的建议
• 参考文献
• 致谢