【文章內(nèi)容簡介】 日前大型裝置很少使用。（3）水管式合成塔 將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。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，是大型化較理想的塔型。（4）固定管板列管合成塔 這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，～。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級(jí)合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。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。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。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設(shè)備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過2000t時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。這種塔型是造價(jià)最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。管板處的催化劑屬于絕熱段，管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進(jìn)塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價(jià)非常高的一種。（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。各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。這種塔型結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。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。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動(dòng)力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。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。這種塔內(nèi)乙醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)10萬噸的乙醇合成塔，塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。 催化劑的選用合成氣制乙醇異相催化劑大致分為兩類：①貴金屬催化劑；②非貴金屬催化劑。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MoS催化劑等。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C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。金屬銠(Rh)由于其適中的CO吸附和解離能力，加其獨(dú)特的對(duì)碳二含氧化產(chǎn)物的選擇性，被認(rèn)為是最有效的合成碳二含氧化物的活性組分。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。通過對(duì)助催化劑、載體和催化劑制備方法及條件的優(yōu)化研究，可以顯著提高Rh基催化劑的性能。①助催化劑的影響 nm，從而有助于碳二含氧化合物選擇性的提高。在Rh/％的Mn后，CO的轉(zhuǎn)化率、碳二含氧化合物的選擇性和時(shí)空收率都大大提高。隨著Mn含量(％、％、％、％％)的繼續(xù)增大，碳二含氧化合物的選擇性緩慢增大，碳二含氧化合物的時(shí)空收率先增大，％時(shí)達(dá)到最大，然后隨Mn含量的繼續(xù)增大而降低，％。％時(shí)，催化劑具有最高的乙醇收率。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)?，F(xiàn)稀土La的加入可明顯提高Rh/SiO和RhV/SiO催化劑的活性和乙醇的選擇。②載體的選擇SiO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。SiO粒度對(duì)催化性能選擇性的影響如下表23：表23 SiO顆粒大小對(duì)RhMnLi/SiO性能的影響SiO顆粒度/目碳二含氧化物產(chǎn)率/g/（kgcat）選擇率/%碳二含氧化物 乙烷C+烷烴乙醇 乙醇 乙醛40602040 122050．1 由表23可見，以顆粒最大(14～20目)的SiO為載體所制備催化劑的活性、乙醇選擇性和含氧化合物的收率均最高，而除乙烷外烷烴的選擇性最小。綜上所述，RhMnLiFe/SiO是合成C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。③催化劑制備方法Chen等采用浸漬法、沉積法和機(jī)械混合法制備了納米SiO負(fù)載的Rh催化劑(Rh/SiO)，考察了催化劑制備方法對(duì)其催化性能的影響，見表24：表24 制備方法對(duì)催化性能的影響制備方法CO轉(zhuǎn)化率/%碳二氧化物選擇性/%烷烴選擇性/% 含氧化物分布/%乙醇 乙醇 乙醛 乙酸 乙酸乙酯浸漬法沉積法機(jī)械混00結(jié)果表明，浸漬法制備催化劑的活性明顯高于沉積法和機(jī)械混合法，％、％％，但機(jī)械混合法制備催化劑的碳二含氧化物的選擇性卻顯著高于浸漬法和沉積法制備的催化劑。不同方法所制備的催化劑，其含氧化合物的產(chǎn)物分布也有很大的差別，其中，浸漬法催化劑具有最高的乙醇選擇性(％)和較高的乙酸乙酯選擇性(％)，沉積法制備的催化劑具有最高的乙醛選擇性(％)和乙酸乙酯選擇性(％)，％的最高的乙酸選擇性。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。 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)。所得產(chǎn)品除乙醇為，還有乙醇、水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。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。乙醇的純度直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量、消耗、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過程中所用的催化劑的壽命，所以粗乙醇必須提純。 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。其分離的原理如下：對(duì)于由沸點(diǎn)不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。因低沸點(diǎn)組分易于氣化，則所得氣相中低沸點(diǎn)組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點(diǎn)組分含量，較氣相中高。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，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。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。 精餾工藝和精餾塔的選擇 乙醇精餾可借鑒乙醇精餾，按工藝主要分為兩種：雙塔精餾工藝技術(shù)、和三塔精餾工藝技術(shù)。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。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少產(chǎn)物在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程。近年來在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。國內(nèi)中、小乙醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。來自合成工段的粗乙醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗乙醇貯槽。經(jīng)粗乙醇預(yù)熱器加熱到45℃后進(jìn)入預(yù)精餾塔。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，就可得到純度較高的精乙醇產(chǎn)品。該工藝具有流程簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點(diǎn)。 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。隨著生產(chǎn)的強(qiáng)化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的乙醇含量也大大超過了工藝指標(biāo)。對(duì)企業(yè)的達(dá)標(biāo)排放構(gòu)成了較大的威脅。 乙醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少乙醇在精餾過程中的損耗，提高乙醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級(jí)冷凝，用以脫除二乙醚等低沸點(diǎn)的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。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。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。作為一般要求的精乙醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進(jìn)一步提純。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)采出精乙醇，常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。粗乙醇預(yù)熱器的熱量由精乙醇提供，也不需要外供熱量。，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精乙醇生產(chǎn)。（1）工藝流程。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。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。（2）蒸汽消耗。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。（3）產(chǎn)品質(zhì)量。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。（4）設(shè)備投資。三塔精餾的流程較雙塔精餾流程要復(fù)雜，所以在投資方面，同等規(guī)模三塔精的設(shè)備投資要比雙塔精餾高出20%～30%。（5）操作方面。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。 本設(shè)計(jì)中乙醇產(chǎn)量為10萬t/a，屬于中小型產(chǎn)量，由于生產(chǎn)能力小，蒸汽消耗量對(duì)全廠成本及蒸汽平衡影響比較小，可選用二塔流程。%，雙塔精餾大可滿足精餾純度的要求。通過上述比較可知，三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出20%~30%。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。，釋放出溶解在粗乙醇中的大部分氣體，出來的粗乙醇則進(jìn)入精餾塔。其中一個(gè)塔為粗餾塔，另一個(gè)為精餾塔，兩塔之間不直接連通，互相影響較小，操作方便。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。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。所以要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際條件選擇合適的高效精餾塔。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。其各自結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下：（1）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)炮罩。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。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。（2）浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。該類型塔板效率高，單位面積生產(chǎn)能力大，造價(jià)較低。但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高。（3）填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng)5塊以上的理論板。塔總高一般為浮閥塔的一半。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多的塔型之一。（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。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單可靠，抗結(jié)垢、防堵塞性能好,由于操作氣速高，氣流自清洗能力強(qiáng)且升氣孔直徑大，很不容易堵塞，投資省，傳質(zhì)單元的間距較大，便于布置加熱和冷卻排管。板上液面梯度小，液面橫向混合好、無流動(dòng)及傳質(zhì)死區(qū)。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。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。工藝流程簡介從焦化廠來的焦油、氨水、苯族烴等與煤氣的混合物約80℃進(jìn)入氣液分離器，煤氣與焦油氨水等在此分離。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。此工段中焦?fàn)t煤氣首先要冷卻，因?yàn)椋?)煤氣冷卻可防止煤氣中的化學(xué)產(chǎn)品發(fā)生裂解；2)從煤氣中回收化學(xué)產(chǎn)品和凈化煤氣時(shí)，在較低溫度下才能保證較高的回收率；3)含有大量水汽的高，品煤氣體積大，所需輸送煤氣管道直徑。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。工藝特點(diǎn)1)煤氣的冷卻采用冷卻面積為5725m橫管式冷卻器三臺(tái)。橫管冷卻器分上、下兩段，上段用循環(huán)水冷卻，將煤氣溫度冷卻到約45℃左右，下段用制冷水冷卻，將煤氣溫度冷卻到22℃以下，使煤氣中焦油和萘在此充分脫除。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。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。3)煤氣中焦油霧及萘的脫除采用高效蜂窩式電捕焦油器兩臺(tái)，處理氣量為60000070000m/h，電捕焦油器布置在鼓風(fēng)機(jī)前，能最大限度地脫除煤氣中的焦油霧滴及萘，提高了后續(xù)工序的開工率。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。運(yùn)行效果：冷鼓電捕投運(yùn)以后，運(yùn)行效果良好，能最大限度的去除焦?fàn)t煤氣中的箭由、氨水及萘等。 硫銨本工段包括煤氣中氨的脫除，硫銨的干燥兩部分。其主要任務(wù)是用硫酸作吸收劑，脫除煤氣中的氨，生成硫銨并將其干燥后得到硫銨產(chǎn)品。工藝流程簡介：～70℃，進(jìn)入硫銨飽和器上段的噴淋室，在此煤氣中的氨被母液中的硫酸吸收，生成硫酸銨結(jié)晶。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。