【正文】 。常用于天然氣的一段轉(zhuǎn)化，焦?fàn)t煤氣的乙烷含量僅為天然氣的 l/4，一般不采用蒸汽轉(zhuǎn)化工藝。 綜上所述，加氫轉(zhuǎn)化法脫硫更具優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用加氫轉(zhuǎn)化法脫出原料氣中的硫分。焦?fàn)t煤氣經(jīng)濕法脫硫后可脫去絕大部分的 H2 S 和少量的有機(jī)硫。因此，能否徹底脫除雜質(zhì) ,深度凈化原料氣，直接影響著乙醇的合成，焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)含量高，凈化難度大，凈化成本高，制約了其作為化工原料氣的用途和經(jīng)濟(jì)性。 由于合成反應(yīng)是摩爾數(shù)減小的反應(yīng)，加壓對(duì)合成過程有促進(jìn)作用，合成乙醇的反應(yīng)在盡可能低的溫度，較高的壓力和較高的 H2 / COx 比條件下進(jìn)行 ， 但是過高的 H2 / COx河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 比會(huì)帶來氫氣浪費(fèi) ， 過高的壓力不僅不能明顯提高轉(zhuǎn)化率 ，同時(shí)還會(huì)增大設(shè)備的磨損。單單我國醋酸乙酯產(chǎn)能就已達(dá)到 200 萬噸左右，消耗的乙醇就為 120 萬噸。 本著“不與糧爭地、不與民爭糧”的原則，改走非糧為主的方案，是未來中國的必然選擇。另外， 2022 年底廣西中糧生物質(zhì)能源公司木薯乙醇項(xiàng)目投產(chǎn)，年產(chǎn)能為 20 萬噸 /年。 產(chǎn)品的用途 乙醇的用途很廣，主要有： 基本有機(jī)化工原料 ， 乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、 乙胺 等化工原料，也是制取、 染料 、涂料、 洗滌劑 等產(chǎn)品的原料 。 化學(xué)性質(zhì) 乙醇具有 酸性（不能稱之為酸，不能使 酸堿指示劑 變色，也不與堿反應(yīng)，也可河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 說其不具酸性）乙醇分子中含有極化的氧氫鍵，電離時(shí)生成烷氧基 負(fù)離子 和 質(zhì)子 。我國政府已充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。 Synthesis。近年來，隨著乙醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是乙醇燃料的推廣應(yīng)用，乙醇的需求大幅度上升。 關(guān)鍵詞 ：乙醇 ； 凈化 ； 合成 ； 精餾 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) I Abstract Ethanol is a kind of extremely important anic raw chemicals, and a kind of fuel, too. It is very important in national economy. In recent years, with the development of the products that are made from methanol, especially the popularization and application of the fuel of ethanol, the demand for the ethanol rises by a large margin. In order to satisfy economic development39。本設(shè)計(jì)遵循 “ 工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)保 ” 的原則；結(jié)合乙醇的性質(zhì)特征設(shè)一座年產(chǎn) 10 萬噸煤制乙醇的生 產(chǎn)車間。 乙醇的物理性質(zhì)主要與其低碳直鏈醇的性質(zhì)有關(guān)。醇金屬遇水則迅速 水解 生成醇和 堿 。 車用乙醇汽油是指在不含 乙基叔丁基醚 （ MTBE）、含氧 添加劑 的專用汽油 組分油中，按體積比加入一定比例（我國目前暫定為 10%）的變性燃料乙醇， 由車用乙醇汽油定點(diǎn)調(diào)配中心按國標(biāo) GB18351— 2022 的質(zhì)量要求，通過特定工藝混配而成的新一代清潔環(huán)保型車用燃料 ，乙醇還廣泛用作不同濃度的消毒劑、 飲料等。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 每噸乙醇大約需要 45 谷物 125 馬鈴薯和更多的甘蔗 。比如，江蘇索普（集團(tuán)）有限公司有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，煤制乙醇的用途將用來合成醋酸乙酯。這樣一方面能源就近利用，另一方面可解決當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)問題，又可緩解中西部地區(qū)對(duì)乙醇的需求問題，并且要加大乙醇下游產(chǎn)品的研發(fā)，同時(shí) 河南煤化集團(tuán) 建設(shè)有乙二醇項(xiàng)目， 二乙醚項(xiàng)目， 可以 根據(jù)市場需求，來分配合成氣生產(chǎn)乙醇和乙二醇的量，這樣對(duì)于廠子經(jīng)濟(jì)效益就有了很好的保障，因此， 河南煤化集團(tuán) 的投建可以說是非常 合理的。 目前 ， 原料氣的成 分比較復(fù)雜 ， 除了含有多種類型的硫和氨 ， 還含有焦油、酚類、苯、蔡甚至氯類雜質(zhì)。 干法脫除有機(jī)硫有 4 種方 法，即吸收法、熱解法、水解法、加氫轉(zhuǎn)化法，目前國內(nèi)外主要采用水解法和加氫轉(zhuǎn)化法脫除有機(jī)硫。工藝流程為：鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化 鐵錳粗脫硫 鎳鉬加氫轉(zhuǎn)化 氧化鋅精脫硫。 焦?fàn)t煤氣烷烴轉(zhuǎn)化重整工藝：目前主要有蒸汽轉(zhuǎn)化工藝、純氧非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝、純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝。 非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝不足之處在于：在轉(zhuǎn)化氣的凈化工藝中選擇濕法脫硫工藝必然要同時(shí)脫碳，這樣作為乙醇合成氣的原料氣中碳嚴(yán)重不夠，單位乙醇消耗原料氣比純氧催化轉(zhuǎn)化工藝多 30％，純氧耗量高；轉(zhuǎn)化溫度比催化氧化轉(zhuǎn)化溫度約高 200℃，轉(zhuǎn)化爐頂焦?fàn)t煤氣燒嘴壽命短；到目前為止尚沒有非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝的商業(yè)化應(yīng)用先例，因此不采用純氧非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝。燒嘴是轉(zhuǎn)化爐系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，燒嘴的設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)化工藝的核心技術(shù)。低壓法相對(duì)于高壓法設(shè)備簡單、物料和動(dòng)力消耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好、造價(jià)節(jié)省，具有明顯的優(yōu)越性，是目前合成乙醇的主要方法。 按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn) 的低壓蒸汽 ， 日前大型裝置很少使用。在日產(chǎn)超過 2022t 時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。典型塔型有 Casale 的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國成達(dá)公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。一氧化碳在銠基催化劑上加氫會(huì)發(fā)生多種不同的反應(yīng)，各類反應(yīng)相互交錯(cuò)形成一個(gè)非常復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò) ,催化劑具有適中的 CO 解離、 加氫和插人反應(yīng)活性是提高碳二含氧化合物選擇性和產(chǎn)率的關(guān)鍵。 ②載體的選擇 SiO2 因其來源簡單、比表面積大、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是合成氣制碳二含氧化物中最常用的一類載體。由于 乙 醇作為有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，用它加工的鏟平種類很多，因此對(duì) 乙 醇的純度均有一定的要求。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資 少、建設(shè)周期短、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。 藝 近年來，許多企業(yè)原有乙醇雙塔精餾裝置己不能滿足企業(yè)的需要。如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進(jìn)一步提純。在消耗方面 ， 由于常壓塔加壓塔的蒸汽冷凝熱作為加熱源，所以三塔精餾的蒸汽消耗相比雙塔精餾要低。 乙醇與水共沸濃度濃度為 %，雙塔精餾大可滿足精餾純度的要求。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板 塔。塔總高一般為浮閥塔的一半。分離出的粗煤氣進(jìn)入初冷器，煤氣被冷卻到 22℃，冷卻后的煤氣經(jīng)捕霧器捕霧后進(jìn)入電捕焦油器，最大限度地清除煤氣中的焦油霧滴及萘，經(jīng)電捕后的煤氣進(jìn)入離心鼓風(fēng)機(jī)加壓， 加壓后的煤氣送往硫銨工段。正常工作時(shí)，兩臺(tái)同時(shí)使用，當(dāng)一臺(tái)沖洗或發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)也能滿足工藝要求。振動(dòng)流化床用的熱空氣由送風(fēng)機(jī)吸進(jìn)，在熱風(fēng)器加熱到 130140℃ 后送入，振動(dòng)流化床排出的尾氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器捕集夾帶的細(xì)粒硫銨結(jié)晶后，由排風(fēng)機(jī)抽送至水浴除塵器進(jìn)行濕式再除塵，最后排入大氣。分離出的粗苯入 粗苯回流槽，部分粗苯經(jīng)粗苯回流泵送至脫苯塔塔頂作回流，其余部分溢流入粗苯貯槽由粗苯泵送往罐區(qū)。另外 ， 氣體中氧也與氫反應(yīng)生成水。 工藝流程如圖 1： 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 焦?fàn)t煤氣來自焦化廠制冷水氣液分離器焦油渣焦油循環(huán)氨水硫酸母液送去包裝系統(tǒng)排空粗苯貧油煤場油庫循環(huán)洗油罐區(qū)富油捕霧器離心機(jī)螺旋輸送機(jī)洗苯塔終冷器脫苯塔來自空分安全蒸汽冷凝器預(yù)熱器混合槽預(yù)熱器預(yù)熱器冷卻器換熱器加熱爐預(yù)熱器去合成工段轉(zhuǎn)化爐油水分離器粗苯回流槽空氣結(jié)晶槽除酸器結(jié)晶泵油泵萘液槽洗油再生器過熱蒸汽洗油循環(huán)站廢熱鍋爐預(yù)熱器硫銨飽和塔汽提塔壓縮機(jī)橫管冷卻器電捕焦油器振動(dòng)流化床旋風(fēng)除塵器水浴除塵器氧化錳脫硫槽氧化鋅脫硫槽氧化鐵脫硫槽加氫反應(yīng)器1加氫反應(yīng)器2混合槽氧化鋅脫硫槽排風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)貯斗澄清槽脫水站冷凝液去管網(wǎng)廢水去生化處理 冷凝液去管網(wǎng)循環(huán)回水 循環(huán)水站循環(huán)上水 圖 1 凈化工段工藝流程圖河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 乙醇合成流程 來自轉(zhuǎn)化裝置的轉(zhuǎn)化氣壓力約 MPa， 溫度 40℃ ， 進(jìn)入該壓縮機(jī)新鮮氣段 ； 來自乙 醇合成的循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)段 ， 壓至 MPa 送往乙 醇合成，合成氣壓縮機(jī)用蒸氣透平驅(qū)動(dòng)。頂部出來的 氣體一部分作為循環(huán)氣進(jìn)入二合一機(jī)組，升壓后與原料氣進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，進(jìn)一步合成乙醇，另一部分則作為馳放氣排放。 其中冷凝液進(jìn)入二級(jí)冷凝液儲(chǔ)槽，進(jìn)行脫鹽水萃取，萃取后的 乙 醇水進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽進(jìn)行回流，預(yù)塔回流槽中需要通過堿液泵加入 2%~5%的堿液，用于防腐蝕。根椐表 4表 44，設(shè)出 塔氣量為 G 出塔 ， 又知醇后氣中含醇 %。 經(jīng)精餾乙醇冷卻器冷卻至常溫后， 通 過分子篩脫水得到無水乙醇。 自界區(qū)來的鍋爐給水進(jìn)入汽包，經(jīng)下降管進(jìn)入合成塔殼程下端，再沿合成塔上行并吸熱，過熱飽和后的鍋爐水進(jìn)入汽包，在汽包里進(jìn)行汽水分離，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)壓力控制后進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，出來的排污水進(jìn)入排污膨脹槽，產(chǎn)生的蒸汽也送到蒸汽管網(wǎng)，剩下的污水送去污水處理。乙 醇合成塔為管殼式反應(yīng)器 ， 管內(nèi)裝有乙 醇合成觸媒 ， 殼程為沸騰熱水。 轉(zhuǎn)化 精脫硫的焦?fàn)t氣 ， 溫度約 370℃ ,與廢熱鍋爐蒸氣混合 ， 進(jìn)入焦?fàn)t氣蒸氣預(yù)熱器 ， 預(yù)熱到 660℃ ， 然后進(jìn)轉(zhuǎn)化爐。該工藝較直接終冷工藝相比具有流程短、設(shè)備少、廢水量小等優(yōu)點(diǎn)。干燥采用振動(dòng)流化來，技術(shù)成熟，操作穩(wěn)定。 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 硫銨 本工段包括煤氣中氨的脫除，硫銨的干燥兩部分。鼓風(fēng)機(jī)的輸送能力和功率均增大； 4)煤氣冷卻過程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分離出來，部分硫化物、氰化物等腐蝕性介質(zhì)溶于冷凝液中，從而可減少回收設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕。 （ 4）新型垂直篩板 塔 新型垂直篩板 塔 的傳質(zhì)單元，是由塔板開有升氣孔及罩于其上的帽罩組成。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。 乙醇精餾 綜合考慮各項(xiàng)因素，所以設(shè)計(jì) 可 采 用雙 塔精餾工藝。三塔精餾制取的精乙醇純度 較高 ，含有的有機(jī)雜質(zhì)相對(duì)較少。粗乙醇預(yù)熱器的熱量由精乙醇提供，也不需要外供熱量。對(duì)企業(yè)的達(dá)標(biāo)排放構(gòu)成了較大的威脅。近年來在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。 精餾原理 精餾是將沸點(diǎn)不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時(shí)多次部分氣化和多次部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過程。 綜上所述， RhMnLiFe/SiO2 是合成 C2 含氧化合物的性能優(yōu)異的一種催化劑，正是本設(shè)計(jì)所采用的催化劑 。 ①助催化劑的影響 Li 的添加使催化劑中 Rh 的粒徑從 nm 降低至 nm，從而有助于碳二含氧化合物選擇性的提高。 綜上所述和借鑒大型 甲 醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，同時(shí)可副產(chǎn) 的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型。該塔結(jié)構(gòu)簡單，也適于大型化。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，乙醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求： （ 1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱； （ 2）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大； （ 3）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。燒嘴按照獨(dú)特工藝、使用特殊金屬材料制作，燒嘴保護(hù)冷卻水采用水處理工段提供的脫鹽水，和保護(hù)蒸汽一起保證了燒嘴的安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長了燒嘴使用壽命。降低轉(zhuǎn)化溫度，加入蒸汽參與烷烴轉(zhuǎn)化，加入催化劑加快轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度，這就是純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)化技術(shù)。反應(yīng)中需在反應(yīng)管外燃燒燃料氣間接外供熱量，反應(yīng)管需用耐高溫的鎳鉻不銹鋼制造，轉(zhuǎn)化爐噴嘴多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，造價(jià)高。其主要化學(xué)反應(yīng)為： 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 C4 H4 S(噻吩 )+4H2 →C 4 H10 +H2 S (21) RSH(硫醇 )+ H2 →RH+ H 2 S (22) R1 SR2 (硫醚 )+2H2 →R 1 H+R2 H+ H2 S (23) COS+ H2 →CO+H 2 S (24) COS+H2 O→CO 2 + H2 S (25) CS2 +4 H2 →CH 4 +2 H2 S