第頁無水乙醇生產(chǎn)工藝路線分析概述1.1工藝方法的選擇自然發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇太過古老，雖然以前普遍在使用。但是隨著技術(shù)的高速發(fā)展，乙烯水合法制取乙醇正在取代自然發(fā)酵法。以農(nóng)產(chǎn)品為原料的發(fā)酵法耗費食糧過多，資本高，已逐步被淘汰。雖然農(nóng)產(chǎn)品和野生植物的種類和數(shù)量很多，但可以用來生產(chǎn)酒精的原料并不多。即便作為酒精的原料，它們的收集和運輸也是難以處理的難題。間接法的主要長處是粗乙烯濃度范圍寬、能耗低，因此比較適用于電力緊缺、硫酸來源豐富的地區(qū)。但是間接法也有一個主要缺點就它是需要使用硫酸作為介質(zhì)，不僅會消耗大量的濃硫酸，而且整個過程中還會腐蝕設(shè)備，減少設(shè)備壽命，間接增加了成本。與間接法相比，直接法不耗費硫酸，工藝流程更簡略，產(chǎn)品成本和生產(chǎn)成本更低，經(jīng)濟效益更高。然而，直接法的弊端是原料是高純度(96%以上)的乙烯，原料來源并不豐富。乙烯單程轉(zhuǎn)化率僅為4%~5%。煤氣必須循環(huán)很多次，所以耗電量大。然而，隨著石油工業(yè)的急速發(fā)展，如何生產(chǎn)高純度乙烯就不再是一個難題。所以在本次工藝設(shè)計中，我設(shè)計用乙烯直接水合法來生產(chǎn)乙醇，反應(yīng)器的反應(yīng)溫度和壓力設(shè)定為300℃和6.9兆帕，催化劑使用磷酸/硅藻土催化劑來催化反應(yīng)。通過查閱相關(guān)資料可知，這個條件下的乙烯轉(zhuǎn)化率和選擇性都比較高，是最適宜的生產(chǎn)環(huán)境。最后用萃取精餾分離技術(shù)分開乙醇和水。利用模擬軟件ASPEN-PLUS仿真軟件對流程問題進行模擬計算，完成整個工藝的經(jīng)濟評價。1.2選擇反應(yīng)催化劑工業(yè)上常用的乙烯直接水合生產(chǎn)乙醇的催化劑大致有以下幾種1.2.1無機酸催化劑這種催化劑由磷酸、鹽酸、硫酸、硼酸及其鹽(例如純鐵、鈾、鈦、硼、鎘和銅的磷酸鹽以及鎘、銅、鋅和鐵的氯化物)制成。同時，生產(chǎn)過程中可以連續(xù)加入磷酸，催化劑可以連續(xù)運行一年。因此，該催化劑在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。1.2.2氧化物催化劑此類催化劑為氧化鋁、氧化鎢、氧化鈦、氧化鉻、氧化釷等，此類催化劑的主要特點是對反應(yīng)設(shè)施沒有侵蝕，沒有液體狀的非產(chǎn)品物質(zhì)流出，在氣液共存的條件下也能夠運用。但是此類催化劑會活性下降，活性下降的主要原因是在催化劑表面沉淀碳化物，因此，如果能對氧化物催化劑的物性作出進一步的改善，此類催化劑仍有很大的用途。1.2.3雜多酸催化劑這種催化劑的主要特點是對反應(yīng)設(shè)備無腐蝕，無液態(tài)非產(chǎn)物物質(zhì)流出，也可在氣液共存的條件下使用。但這類催化劑的活性會下降。因此，如果氧化物催化劑的物理性能能夠進一步提高，這種催化劑仍將有很大的應(yīng)用前景。到目前為止，磷酸/硅藻土催化劑幾乎都是用于乙烯水合制乙醇。因為硅藻土中的氧化物與磷酸反應(yīng)生成的磷酸鹽會加劇乙烯裂解反應(yīng)，載體的強度會下降，因而需要在浸漬磷酸之前用無機酸來解決，以降低鐵和鋁的氧化物含量，并在200~260℃用過熱蒸汽處理。該措施能夠取得較高的乙烯轉(zhuǎn)化率。盡管催化劑外表是干燥的，然而載體孔的表面掩蓋有磷酸液膜，而且催化水合反應(yīng)在該液膜中進行。研究發(fā)現(xiàn)，保持無機酸膜中磷酸的濃度在75%~85%(質(zhì)量分數(shù))時是最有利于反應(yīng)，因此需要同時控制好操作和制備[11]。1.3設(shè)計工藝條件1.3.1工藝反應(yīng)溫度的確定乙烯直接水合制取乙醇是體積減小的放熱反應(yīng)，所以溫度低有利于化學(xué)平衡，但卻不可以太低，由于受催化劑要求的反應(yīng)溫度限度。關(guān)于磷酸/硅藻土催化劑，反應(yīng)溫度則應(yīng)該為250~300℃。如果溫度太高會生成其他副產(chǎn)物，降低產(chǎn)品質(zhì)量，所以需要嚴格的控制反應(yīng)的溫度。1.3.2工藝反應(yīng)壓力的確定提高反應(yīng)壓力有助于熱力學(xué)平衡?？墒沁@個系統(tǒng)的總壓卻不能太高。由于假使壓力過高，系統(tǒng)中水蒸氣的逸度大于磷酸溶液中的逸度，氣相中的水蒸氣會溶解在磷酸中，使表面磷酸催化劑被稀釋。但是水和乙烯的比例不能太高。如果水稀釋率過高，無機酸膜中磷酸的濃度會降低，從而降低催化劑的活性。更嚴重的是，可能會出現(xiàn)水的凝聚相。同時，蒸汽和冷卻水的消耗也會增加，導(dǎo)致后期濃縮乙醇溶液消耗的熱量增加，成本增加。目前，當工業(yè)反應(yīng)溫度為280~290℃，總壓力為7.0兆帕時，水與乙烯的比例普遍為0.6~0.7[12]。1.4工藝流程簡化說明原料為純度為100%，壓力為1巴，溫度為25℃的乙烯，與回收的乙烯和來自儲罐的水按0.7的水稀釋比一起進料。兩股物流被升壓至69巴，混合并加熱至300℃，然后進入固定床反應(yīng)器(B4)。生成乙醇的同時會生成副產(chǎn)物。產(chǎn)品經(jīng)冷卻器(B15)冷卻后，氫氣和其他氣體在高壓分離器(B5)中分離。液體通過減壓閥(B12)進入常壓蒸餾塔(B7)。乙烯從塔底分離，進料循環(huán)使用。塔底產(chǎn)物進萃取精餾塔，出去副產(chǎn)物乙醚和乙