【正文】 0 0 結果表明，浸漬法制備催化劑的活性明顯高于沉積法和機械混合法，三者的CO 轉化率分別為 ％、 ％和 ％，但機械混合 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。浸漬法是制備 Rh 基催化劑最常用的方法，也是本設計采用的催化劑制備方法。所得產品除 乙 醇為，還有 乙醇 、水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機酸等幾十種有機雜質。乙醇的純度直接影響下游產品的質量、消耗、安全生產及生產過程中所用的催化劑的壽命 ， 所以粗 乙 醇必須提純。其分離的原理如下： 對于由沸點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。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 2022 屆畢業(yè)設計 15 則所得氣相冷凝液中的低沸點組分又高于原氣相冷凝液。 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、和三塔精餾工藝技術。三塔精餾工藝技術是為減少 產物 在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進、高效和能耗較低的工藝流程。 國內 中、 小 乙 醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預精餾塔幾乎都選用板式結構。經粗乙醇預熱器加熱到 45℃ 后進入預精餾塔。該工藝具有流程簡單，運行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點。隨著生產的強化，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。 乙醇三塔精餾工藝技術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品質量而設計的。在該溫度下，幾乎所有的低沸點餾分都為氣相，不造成冷凝回流。作為一般要求的精乙醇經加壓精餾塔后就可以達到合格的質量。生產中加壓塔和常壓塔同時采出精乙醇，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。因此 .該工藝技術生產能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精乙醇生產。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 臺主精餾塔 (其中 1 臺是加壓塔 )和 1 臺常壓塔，較雙塔流程多 1 臺加壓塔。 河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 16 （ 2）蒸汽消耗。 （ 3）產品質量。 （ 4）設備投資。 （ 5）操作方面。 本 設計中 乙 醇產量為 10 萬 t/a，屬于中小型產量， 由于生產能力小，蒸汽消耗量對全廠成本及蒸汽平衡影響比較小，可選用二塔流程。 通過上述比較可知，三塔精餾技術的一次性投入要比雙塔精餾高出 20%~30%。 粗乙醇 降壓到 后人閃蒸槽，釋放出溶解在粗乙醇中的大部分氣體，出來的粗乙醇則進入精餾塔。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)達到乙醇的共沸濃度，最后通過分子篩脫水得到無水乙醇。所以要根據(jù)企業(yè)的實際條件選擇合適的高效精餾塔。其各自結構及特點如下： （ 1）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個活多個炮罩。該塔已經逐漸被其他塔代替。該類型塔板效率高，單位面積生產能力大，造價較低 。 （ 3）填料塔 填料塔是在塔內裝填新型高效填料，如不銹鋼網波紋填料，每米填料相當 5 塊以上的理論板。該塔生產能力大 ，壓降小，分離效果好，結果簡單，維修量極小，相對投資較小，是目前使用較多的塔型之一。該塔傳質效率高，傳質空間利用率好，處理能力大，操河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 17 作彈性大，結構簡單可靠， 抗結垢、防堵塞性能好 ,由于操作氣速高，氣流自清洗能力強且升氣孔直徑大，很不容易堵塞，投資省，傳質單元的間距較大，便于布置加熱和冷卻排管。 綜合比較上面四種塔，可以知道填料塔和新型垂直篩板 塔 性質更加優(yōu)越，同時垂直篩板 塔技術更先進，操作簡單，而且維修費用較低，所以設計選用了垂直篩版塔 。 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℃進入氣液分離器，煤氣與焦油氨水等在此分離。 此工段中焦爐煤氣首先要冷卻，因為： 1)煤氣冷卻可防止煤氣中的化學產品發(fā)生裂解； 2)從煤氣中回收化學產品和凈化煤氣時，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。 工藝特點 1)煤氣的冷卻采用冷卻面積為 5725m2 橫管式冷卻器三臺。三臺初冷器并聯(lián)使用，當吹掃或檢修一臺時，兩臺工作仍能滿足設計要求。 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，處理氣量為60000070000m3 /h，電捕 焦油器布置在鼓風機前，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。 運行效果：冷鼓電捕投運以后，運行效果良好，能最大限度的去除焦爐煤氣中的箭由、氨水及萘等。其主要任務是用硫酸作吸收劑，脫除煤氣中的氨，生成硫銨并將其干燥后得到硫銨產品。然后煤氣進入硫銨飽和器內的除酸器，分離煤氣中夾帶的酸霧后，再經旋流板除酸器進一步除酸后送往洗苯工段。從離心機卸出的硫銨結晶，由螺旋輸送初送至振動流化床，用熱空氣干燥后進入硫銨貯斗，然后稱量包裝送入成品庫。 本工段 流程特點： 1)采用噴淋式飽和器脫除焦爐煤氣中的氨，它集酸洗與結晶為一體，煤氣系統(tǒng)阻力小，流程簡單，工藝先進，技術可靠。 2)硫銨干燥尾氣采用二級除塵，除塵效率達 ％以上，實現(xiàn)基本無廢物排放。 工藝流程簡介：來自硫銨工段的粗煤氣經終冷器換熱后。洗苯塔底富油 由貧富油泵加壓后送至粗苯冷凝冷卻器，與脫苯塔塔頂出來的粗苯汽換熱，將富油預熱至 60℃，然后至油油換熱器與脫苯塔塔底出來的貧油換熱，由 60℃升到 140℃，最后進入粗苯加熱爐被加熱至 180℃ 左右，進入 脫苯塔，用直接蒸汽進行氣提蒸餾，從脫苯塔塔頂蒸出的粗苯油水混合汽進入粗苯冷凝冷卻器被從洗苯塔底來的富油和 16℃制冷水冷卻至 30℃左右，然后進入相苯油水分離器進行分離。 河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 20 流程特點： ⑴用每臺換熱面積為 3319m2 橫管式間接終冷器冷卻焦爐煤氣，將硫銨來的煤氣冷卻至 25℃。 ⑵洗苯脫苯的操作過程中，循環(huán)洗油的質量逐漸惡化，為保證洗油質量采用洗油再生器將脫苯塔底來的部分熱貧油再生。 ⑶降低洗油中的含萘量，在脫苯塔上都設 3 塊塔板進行側線采萘，萘油流入萘揚液槽后用蒸汽壓出送至冷鼓工段。預熱后壓力約 、 溫度 300～ 350℃ ， 進入加氫轉化器 ， 氣體中的有機硫在此轉化為無機硫 ， 不飽和烴加氫飽和。加氫轉化后的氣體進入氧化錳脫硫槽 ， 脫去大部分無機硫 ； 再進入加氫轉化器 II， 將殘留的有機硫徹底轉化并經中溫氧化鋅脫硫槽把關 ， 使總硫脫至≤ ppm，脫硫槽的氣體約 、 70℃左右，送轉化裝置。來自空分裝置的氧氣加入安全蒸氣后 ， 預熱到 300℃ ， 進入轉化爐 ， 在轉化爐頂部與焦爐氣蒸氣混合。氣體入床層后 ， 在催化劑作用下 ， 甲烷及少數(shù)多碳烴轉化為一氧化碳和氫。分離出的工藝冷凝液經汽提塔汽提出溶解氣后 ， 用泵加壓送鍋爐房。來自合成氣壓縮機的合成氣壓力 MPa、 溫度約 40℃ ， 進入氣氣換熱器 ， 用出塔氣升溫后進入乙 醇合成塔 ， 在催化劑作用下進行乙醇合成反應。反應產生的熱量用來生產中壓飽和蒸 氣。 合成氣制備乙醇的反應過程主要為： 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。此時氣體中大部分乙 醇和水蒸氣被冷凝 ， 然后在乙醇分離器內進行氣液分離。底部出來的粗乙醇降壓到 后入 閃蒸槽，釋放出溶解在粗乙醇中的大部 分氣體， 閃蒸后的粗 乙 醇去 乙 醇精餾工序或粗 乙 醇儲罐。合成工藝流程 如圖 2： 合成氣壓縮機脫鹽水站循環(huán)水汽 包排污合成塔開工蒸汽噴射器開工中壓蒸汽中間換熱器閃蒸氣去氣化裝置最終冷卻器乙醇分離器閃蒸槽全收率乙醇分離器透平機粗醇計量槽合成氣中壓蒸汽馳放氣 圖 2 合成工藝流程圖河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 23 乙醇精餾流程 精餾系統(tǒng)采用雙塔蒸餾流程，其中一個塔為粗餾塔，另一個為精餾塔，兩塔之間不直接連通，互相影響較小，操作方便。 來自合成工段的粗乙醇，經減壓進入粗乙醇貯槽。從塔頂出來的氣體先經過一級冷凝器冷卻，冷凝液體進入預精餾塔回流槽，通過預塔回流泵回流到預精餾塔頂部，未冷凝氣體進入二級冷凝器，其中不凝氣體通過預塔水封放空 。在預塔中脫除輕餾分后進入主精餾塔，進一步把高沸點的 重餾分雜質脫除，從塔頂或側線采出 。 塔底的廢水經常壓塔廢水冷卻器冷卻，并經過常壓塔廢水泵送到廢水 處理工段，工藝流程如圖 3： 循環(huán)水站主精餾塔分子篩干燥器精乙醇主塔再沸器塔底廢水冷卻器塔底廢水泵廢水去生化處理主塔回流泵主塔回流槽預塔回流槽預塔二級回流冷凝器預級回流冷凝器不凝氣放空預塔回流泵預塔再沸器預精餾塔主塔進料泵循環(huán)上水循環(huán)回水粗醇預熱器粗醇計量槽粗乙醇泵冷凝液去管網預塔二級冷凝液槽預塔放空水封 壓蒸汽 圖 3 精餾段工藝流程圖 河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 24 第 4 章 工藝計算 乙醇生產的物料平衡計算 合成塔物料平衡計算 初始條件： 年產 10 萬噸 %的無水乙醇；每年以 8000h 計算 粗乙醇中乙醇含量 % 輕組分： (以乙醛 CH3 CHO 計算 ) % 重組分： (以異丁醇 C4 H9 OH 計算 ) % 水： % 所以，時產精乙醇 (100000 1000)/8000=12500Kg/h 時產粗乙醇 (12500 %)/%=根據(jù)粗 乙 醇組分，算得各組分的生成量為： 乙 醇 (46)： 12500Kg/h 乙醛 (44)： Kg/h kmol/h 異丁醇 (74)： 水 (18)： 5326Kg/h 合成氣制備乙醇的反應過程主要為： 2CO+4H2→ CH3 CH2 OH+ H2O ? H=(41) 副反 應為 ： 2CO +3H2 → CH3 CHO + H2O ? H=(42) CO+3H2 → CH4+H2O ?H = kJ/mol (43) 4CO+8H2 → C4H9OH+3H2O ?H= kJ/mol (44) CO2+H2 → CO+ H2O ?H=(45) 生產中 ， 測得每生產 1 噸粗 乙 醇生成甲烷 Nm3,即 kmol， 故 CH4 每小時生成量為 ： ? =， 即 kmol/h， 。 MPa， 40℃ 時各組分在 乙 醇中的溶解度列表于表 41： 河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 25 表 41 ， 40℃ 時氣體在 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)測定： 35 ℃ 時液態(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 醇擴散損失為： (++++)? = 即 ， Nm3/h。 表 43 馳放氣組成 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar C2 H5OH H2O Mol% G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 +G 馳放氣 =G 消耗氣 + G 新鮮氣 =+ G 新鮮氣 所以： G 新鮮氣 = Nm3/h 新鮮氣組成見表 44： 表 44 乙 醇合成新鮮氣組成 組分 H2 CO CO2 N2 總計 Nm3 組成 mol% 100 測得： 乙 醇合成塔出塔氣中含 乙 醇 %。 所以： （ +% G醇后 ） / G 出塔 =% G 醇后 =G 新鮮 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴 )+GCH4 = += Nm3/h 所以 ： G 出塔 ＝ G循環(huán)氣 = G 出塔 － G 醇后 － G生成 + GCH4 － G溶解 =+=乙 醇生產循環(huán)氣量及組成見表 45： 表 45 乙 醇生產循環(huán)氣量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar C2 H5OH H2O 合計 流量：Nm3/h 7 36 122181.15 6 42 354 6 154055.166 組 成 V% 100 G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 =+= Nm3/h 由表 44 及表 45 得到 的乙 醇生產入塔氣流量及組成 單位 表 46： 河南理工大學 2022 屆畢業(yè)設計 28 表 46 乙 醇生產入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2