【正文】 MPa， 40℃ 時(shí)各組分在 乙 醇中的溶解度列表于表 41： 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 41 ， 40℃ 時(shí)氣體在 乙 醇中的溶解度 組 分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 Nm3/t 乙 醇 0 Nm3/h 0 據(jù)測(cè)定： 35 ℃ 時(shí)液態(tài) 乙 醇中釋放 CO、 CO H2 等混合氣中每立方米含 乙醇，假定溶解氣全部釋放，則 乙 醇擴(kuò)散損失為： (++++)? = 即 ， Nm3/h。 來自合成工段的粗乙醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗乙醇貯槽。 合成氣制備乙醇的反應(yīng)過程主要為： 2CO2 +6H2 →CH 3 CH2 OH+3H2 O (34) 2CO+4H2 →CH 3 CH2 OH + H2 O (35) 出合成塔的氣體入氣氣換熱器 ， 在此與合成塔入口氣體換熱 ， 把入塔氣加熱到觸媒活性溫度。氣體入床層后 ， 在催化劑作用下 ， 甲烷及少數(shù)多碳烴轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫。 ⑶降低洗油中的含萘量，在脫苯塔上都設(shè) 3 塊塔板進(jìn)行側(cè)線采萘，萘油流入萘揚(yáng)液槽后用蒸汽壓出送至冷鼓工段。 工藝流程簡介：來自硫銨工段的粗煤氣經(jīng)終冷器換熱后。然后煤氣進(jìn)入硫銨飽和器內(nèi)的除酸器，分離煤氣中夾帶的酸霧后，再經(jīng)旋流板除酸器進(jìn)一步除酸后送往洗苯工段。三臺(tái)初冷器并聯(lián)使用，當(dāng)吹掃或檢修一臺(tái)時(shí)，兩臺(tái)工作仍能滿足設(shè)計(jì)要求。 綜合比較上面四種塔，可以知道填料塔和新型垂直篩板 塔 性質(zhì)更加優(yōu)越，同時(shí)垂直篩板 塔技術(shù)更先進(jìn)，操作簡單，而且維修費(fèi)用較低，所以設(shè)計(jì)選用了垂直篩版塔 。該類型塔板效率高，單位面積生產(chǎn)能力大，造價(jià)較低 。乙醇混合液首先通過蒸發(fā)得到一定濃度的乙醇溶液，再通過精餾系統(tǒng)達(dá)到乙醇的共沸濃度，最后通過分子篩脫水得到無水乙醇。 （ 5）操作方面。三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了2 臺(tái)主精餾塔 (其中 1 臺(tái)是加壓塔 )和 1 臺(tái)常壓塔，較雙塔流程多 1 臺(tái)加壓塔。在該溫度下，幾乎所有的低沸點(diǎn)餾分都為氣相，不造成冷凝回流。經(jīng)粗乙醇預(yù)熱器加熱到 45℃ 后進(jìn)入預(yù)精餾塔。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離，河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 則所得氣相冷凝液中的低沸點(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。浸漬法是制備 Rh 基催化劑最常用的方法，也是本設(shè)計(jì)采用的催化劑制備方法。當(dāng) Fe 含量為 ％時(shí)，催化劑具有最高的乙醇收率。貴金屬催化劑主要是銠基催化劑，而非貴金屬催化劑包括改性的 合成乙醇催化劑、改性的費(fèi)托合成催化劑和 MoS2 催化劑等。 （ 5）多床內(nèi)換熱式合成塔 這種合成 塔由大型氨合成塔發(fā)展而來 ， 日前各工程公司的氨合成塔均采用二床 (四床 )內(nèi)換熱式合成塔 ， 針對(duì)乙醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床 )內(nèi)換熱式合成塔。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷 氣。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和 U 型管式。根據(jù)內(nèi)件 的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，乙醇內(nèi)件份為若干類型。該機(jī)組為蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，可以同時(shí)壓縮原料氣和循環(huán)氣，出口的壓力為 3l0MPa。相對(duì)于非催化部分氧化法，純氧催化部分氧化法燃料氣和氧氣消耗低，轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)較簡單，造價(jià)相對(duì)較低，有良好的規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用業(yè)績，是目前廣泛采用的焦?fàn)t煤氣烷烴轉(zhuǎn)化方案。由于 CH4 轉(zhuǎn)化是吸熱反應(yīng)，受熱力學(xué)平衡的限制，純氧非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝的轉(zhuǎn)化溫度必須在 1200℃以上。經(jīng)濕法脫硫和精脫硫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段的焦?fàn)t煤氣中乙烷體積分?jǐn)?shù)約 24％ 26％，多碳烴體積分?jǐn)?shù)約 為 2％～ 4％。 ② 常用的有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化催化劑有鈷鉬、鐵鉬、鎳鉬等類型，加氫轉(zhuǎn)化的氫氣來自于焦?fàn)t煤氣。 原料氣中雜質(zhì)的脫除流程如下：原料氣經(jīng)過冷凝、電捕焦油、 脫氨、洗苯等操作流程，回收焦油、硫、氨、苯等化工產(chǎn)品。 乙醇合成的工藝過程 乙醇的合成工藝，大致可以分為原料氣的制備和凈化、壓縮、合成和蒸 餾四個(gè)工序。石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院高級(jí)工程師鄭寶山表示，如果煤制乙醇能夠成功生產(chǎn)出來，醋酸企業(yè)還可以將乙醇脫水生產(chǎn)乙烯，開發(fā)在國內(nèi) 有很大市場(chǎng)潛力的乙烯 — 乙烯醇樹脂。 建廠的可行性分析 乙醇不僅是一種很好的溶劑，而且還可以作為制取多種化工產(chǎn)品的原料。 乙醛加氫法 ， 由于首先要由乙烯氧化制取乙醛 ， 增加了生產(chǎn)工序和設(shè)備 ， 因此生產(chǎn)成本較高 。美國銷售 乙醇汽油 已有 20 年歷史。 乙醇的 酸性 很弱，但是電離平衡的存在足以使它與 重水 之間的 同位素 交換迅速進(jìn)行。通過完成設(shè)計(jì)，可以知道乙醇的用途；基本掌握煤制乙醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外乙醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及乙醇工業(yè) 的發(fā)展趨勢(shì)。乙醇作為石油的補(bǔ)充已成為現(xiàn)實(shí)，發(fā)展乙醇工業(yè)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。 本 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本著符合國情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、 資源綜合利用、 環(huán)保的原則，采用 焦?fàn)t煤氣 為原料 ， 低壓下利用列管均溫合成塔合成乙醇 ，雙 塔精餾工藝精制乙醇 。煤在世界化石能源儲(chǔ)量中占有很大比重（我國情況更是如此），而且煤制乙醇的合成技術(shù)很成熟。 產(chǎn)品的性質(zhì)及用途 物理性質(zhì) 乙醇是一種很好的溶劑，既能溶解許多 無機(jī)物 ，又能溶解許多有機(jī)物，所以常用乙醇來溶解 植物色素 或其中的藥用 成分 ，也常用乙醇作為反應(yīng)的溶劑，使參加反應(yīng)的有機(jī)物和無機(jī)物均能溶解，增大接觸面積，提高 反應(yīng)速率 。因?yàn)橐掖伎梢噪婋x出極少量的氫離子，所以其只能與少量 金屬 （主要是 堿金屬 ）反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的醇金屬以及 氫氣 。 乙醇汽油也被稱為（ E 型汽油），我國使用乙醇汽油是用 90%的普通汽油與 10%的燃料乙醇調(diào)和而成。 乙 烯水合法則由于需要大量消耗乙烯這一重要化工原料也在一定程度上受到了限制。煤制乙醇將來可以用來替代糧食發(fā)酵法乙醇，用作生產(chǎn)下游化 工產(chǎn)品。黑龍江、吉林、遼寧、河南和安徽 5 省及湖北、河北、山東、江蘇部分地區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)車用乙醇汽油代替普通無鉛汽油。河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 工藝流程選擇 工藝流程簡圖 圖 21 煤制乙醇的簡單工藝流程 原料氣制備方案選擇 為便于原料就地利用及經(jīng)濟(jì)等方面考 慮可選擇焦?fàn)t煤氣為原料氣， 這樣既可充分利用煉焦過程中產(chǎn)生的附加產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣，從根本上解決焦?fàn)t煤氣放散問題，而且是一個(gè)綜合利用焦?fàn)t煤氣，提高工廠效益的工程。 焦油的脫除：原料氣 首先進(jìn)人氣液分離器 ， 分離出焦油和氨水，再進(jìn)人初冷器 ， 用循環(huán)水和新鮮水對(duì)煤氣進(jìn)行了冷卻 ， 之后人鼓風(fēng)機(jī) ， 提高壓力后送至電捕焦油器脫除焦油 ； 氨的脫除 ： 采用硫酸進(jìn)行化學(xué)吸收，氨與飽和器內(nèi)母液中的硫酸中和生成硫酸銨 ； 苯和萘的脫除 ： 脫了氨的原料氣先由終冷器冷卻后經(jīng)串聯(lián)的多臺(tái)洗苯塔內(nèi)洗油脫除苯， 含苯洗油送苯蒸餾工序提取輕苯，合成氣壓縮至2MPa，進(jìn)入脫硫工序，凈化的難點(diǎn)是硫化物的脫除。根據(jù)焦?fàn)t煤氣中有機(jī)硫的含量和形態(tài)，總結(jié)近幾年國內(nèi)建設(shè)的幾套焦?fàn)t煤氣制乙醇加氫脫硫裝置的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)焦?fàn)t煤氣有機(jī)硫凈化可采取鐵鉬 +鎳鉬兩級(jí)加氫、鐵錳 +氧化鋅兩級(jí)吸收的方式。在乙醇合成中， CH4 、 CmHn 都不參與乙醇的合成反應(yīng)，其作為惰性氣體存在于合成氣中并往復(fù)循環(huán)。 純氧非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝，生成的合成氣氫碳比較為理想；合成乙醇時(shí)循環(huán)氣中惰性氣含量較低，有利于節(jié)能減排；尤其是轉(zhuǎn)化過程不需要催化劑，無催化劑中毒問題，因此對(duì)原料氣要求寬松，轉(zhuǎn)化前焦?fàn)t煤氣不需要深度脫硫凈化，精脫硫過程可從轉(zhuǎn)化前移到轉(zhuǎn)化后；對(duì)于原料氣中形態(tài)復(fù)雜、化學(xué)穩(wěn)定性高、濕法脫硫無法脫除的噻吩、硫醚、硫醇類有機(jī)硫，在高達(dá) 1200℃以上的高溫轉(zhuǎn)化場(chǎng)所全部被裂解為 H2 S 和 COS，可在轉(zhuǎn)化后方便地將其脫除。本設(shè)計(jì)采用純氧催化部分氧化法轉(zhuǎn)化工序。 來自焦化廠的焦?fàn)t氣煤氣 儲(chǔ)氣罐緩沖穩(wěn)壓 原料氣壓縮 加氫轉(zhuǎn)化精 脫硫 純氧催化部分氧化 轉(zhuǎn)化 合成壓縮氣 乙醇合 成 乙醇精 餾 精制乙醇 空分工段 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 乙醇的合成 乙醇合成工藝的選擇 乙醇的合成工藝按合成壓力主要分為高壓、中壓和低壓法。 按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時(shí)反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 流或 U 形冷管。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。在這兩大類催化劑中，使用貴金屬催化劑得到的產(chǎn)物主要是乙醇和其它 C2 含氧化合物；而使用非貴金屬催化劑得到的產(chǎn)物主要是乙醇和異丁醇。此外，隨 Fe 含量的增大，乙醛和乙酸乙酯的選擇性逐漸降低，表明催化劑的加氫能力逐漸增強(qiáng)。 粗乙醇的精餾 在乙醇合成時(shí)，因合成條件如壓力、溫度、合成氣組成及催化 劑性能等因素的影響，在產(chǎn)生 乙 醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高 ，到 最后制得接近純態(tài)的低沸點(diǎn)組分。乙醇的精餾分 2 個(gè)階段：先在預(yù)塔中脫除輕餾分后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，從塔頂或側(cè)線采出 .經(jīng)精餾乙醇冷卻器 冷卻至常溫后，就可得到 純度較高的 精乙醇產(chǎn)品。脫除低沸點(diǎn)組分后，采用加壓精餾的方法，提高乙醇?xì)怏w分壓與沸點(diǎn)，減少乙醇的氣相揮發(fā)，從而提高了乙醇的收率。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并目常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。由于雙塔精餾具有流程簡單 ， 運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn) ， 所以在操作上較三塔精餾要方便簡單。 精餾塔 是 粗乙醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對(duì)環(huán)境的影響。 但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高。 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 3 章 工藝流程 原料氣凈化工藝流程 本工段包括煤氣的冷凝 、冷卻和加壓輸送；焦油、氨水和焦油渣的分離、貯存輸送；煤氣中焦油 霧滴、萘的脫除等。 2)煤氣加壓采用離心鼓風(fēng)機(jī)，克服了羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲高、效率低、壽命短、易漏氣的缺陷；配套液力偶合器調(diào)速，不僅便于操作且節(jié)省能源。 在硫銨飽和器內(nèi)發(fā)生的主要反應(yīng)如下： H2 SO4 +NH3 → NH4 HSO4 (31) H2 SO4 +2N H3 → (NH)2 SO4 (32) NH4 HSO4 +N H3 → (NH)2 SO4 (33) 在飽和器中不斷有硫銨結(jié)晶生成，用結(jié)晶泵將硫銨結(jié)晶連同一部分母液送至結(jié)晶槽，再放到離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行離心分離，濾除母液。由 55℃降至 29℃后由洗苯塔底部入塔，白下而上與塔頂噴淋的循環(huán)洗油逆流接觸，煤氣中的苯在此被循環(huán)洗油吸收，再經(jīng)過旋流板捕霧器除去霧滴后去外管送往后續(xù)工序。 精脫硫 自洗苯塔頂部出來的焦?fàn)t煤氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至壓力 ， 經(jīng)過濾器濾去油霧后進(jìn) 氧化鐵脫硫槽 ， 脫除氣體中的無機(jī)硫后送轉(zhuǎn)化裝置預(yù)熱。出轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化氣約 960℃ ， 入廢熱鍋爐副產(chǎn)飽和蒸氣后 ， 經(jīng)焦?fàn)t氣預(yù)熱器、焦?fàn)t氣初預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器、再沸器、脫鹽水預(yù)熱器回收熱量后 ， 用水冷卻到 40℃ ， 分離冷凝液經(jīng)氧化鋅脫硫槽把關(guān)后送合成氣壓縮機(jī)。出該換熱器的氣體經(jīng)水冷器用循環(huán)水冷卻到 40℃ 。經(jīng)粗乙醇預(yù)熱器加熱到 45℃ 后進(jìn)入預(yù)精餾塔。 根據(jù)以上計(jì)算，則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成列表 42(見下頁 )：河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 表 42 乙 醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成 消耗方式 單位 消耗物料量 生成物料量 合計(jì) CO H2 CO2 N2 CH4 C2 H5OH C4H9OH CH3 CHO H2O 消耗 生成 ① 式 kmol Nm3 6086..96 ② 式 kmol Nm3 173..575 ③ 式 kmol Nm3 ④ 式 kmol Nm3 ⑤ 式 kmol Nm3 氣 體 溶 解 Nm3 0 擴(kuò) 散 損 失 Nm3 合計(jì) Nm3 3..259 8 生成質(zhì)量 kg 5326 生成組成 %(wt) 100 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 設(shè)新鮮氣量為 G 新鮮氣 ,馳放氣為新鮮氣的 9%。 忽略原料氣帶入