【《无水乙醇生产工艺路线分析概述》1800字】

第页无水乙醇生产工艺路线分析概述1.1工艺方法的选择自然发酵法生产乙醇太过古老，虽然以前普遍在使用。但是随着技术的高速发展，乙烯水合法制取乙醇正在取代自然发酵法。以农产品为原料的发酵法耗费食粮过多，资本高，已逐步被淘汰。虽然农产品和野生植物的种类和数量很多，但可以用来生产酒精的原料并不多。即便作为酒精的原料，它们的收集和运输也是难以处理的难题。间接法的主要长处是粗乙烯浓度范围宽、能耗低，因此比较适用于电力紧缺、硫酸来源丰富的地区。但是间接法也有一个主要缺点就它是需要使用硫酸作为介质，不仅会消耗大量的浓硫酸，而且整个过程中还会腐蚀设备，减少设备寿命，间接增加了成本。与间接法相比，直接法不耗费硫酸，工艺流程更简略，产品成本和生产成本更低，经济效益更高。然而，直接法的弊端是原料是高纯度(96%以上)的乙烯，原料来源并不丰富。乙烯单程转化率仅为4%~5%。煤气必须循环很多次，所以耗电量大。然而，随着石油工业的急速发展，如何生产高纯度乙烯就不再是一个难题。所以在本次工艺设计中，我设计用乙烯直接水合法来生产乙醇，反应器的反应温度和压力设定为300℃和6.9兆帕，催化剂使用磷酸/硅藻土催化剂来催化反应。通过查阅相关资料可知，这个条件下的乙烯转化率和选择性都比较高，是最适宜的生产环境。最后用萃取精馏分离技术分开乙醇和水。利用模拟软件ASPEN-PLUS仿真软件对流程问题进行模拟计算，完成整个工艺的经济评价。1.2选择反应催化剂工业上常用的乙烯直接水合生产乙醇的催化剂大致有以下几种1.2.1无机酸催化剂这种催化剂由磷酸、盐酸、硫酸、硼酸及其盐(例如纯铁、铀、钛、硼、镉和铜的磷酸盐以及镉、铜、锌和铁的氯化物)制成。同时，生产过程中可以连续加入磷酸，催化剂可以连续运行一年。因此，该催化剂在工业上得到了广泛的应用。1.2.2氧化物催化剂此类催化剂为氧化铝、氧化钨、氧化钛、氧化铬、氧化钍等，此类催化剂的主要特点是对反应设施没有侵蚀，没有液体状的非产品物质流出，在气液共存的条件下也能够运用。但是此类催化剂会活性下降，活性下降的主要原因是在催化剂表面沉淀碳化物，因此，如果能对氧化物催化剂的物性作出进一步的改善，此类催化剂仍有很大的用途。1.2.3杂多酸催化剂这种催化剂的主要特点是对反应设备无腐蚀，无液态非产物物质流出，也可在气液共存的条件下使用。但这类催化剂的活性会下降。因此，如果氧化物催化剂的物理性能能够进一步提高，这种催化剂仍将有很大的应用前景。到目前为止，磷酸/硅藻土催化剂几乎都是用于乙烯水合制乙醇。因为硅藻土中的氧化物与磷酸反应生成的磷酸盐会加剧乙烯裂解反应，载体的强度会下降，因而需要在浸渍磷酸之前用无机酸来解决，以降低铁和铝的氧化物含量，并在200~260℃用过热蒸汽处理。该措施能够取得较高的乙烯转化率。尽管催化剂外表是干燥的，然而载体孔的表面掩盖有磷酸液膜，而且催化水合反应在该液膜中进行。研究发现，保持无机酸膜中磷酸的浓度在75%~85%(质量分数)时是最有利于反应，因此需要同时控制好操作和制备[11]。1.3设计工艺条件1.3.1工艺反应温度的确定乙烯直接水合制取乙醇是体积减小的放热反应，所以温度低有利于化学平衡，但却不可以太低，由于受催化剂要求的反应温度限度。关于磷酸/硅藻土催化剂，反应温度则应该为250~300℃。如果温度太高会生成其他副产物，降低产品质量，所以需要严格的控制反应的温度。1.3.2工艺反应压力的确定提高反应压力有助于热力学平衡。可是这个系统的总压却不能太高。由于假使压力过高，系统中水蒸气的逸度大于磷酸溶液中的逸度，气相中的水蒸气会溶解在磷酸中，使表面磷酸催化剂被稀释。但是水和乙烯的比例不能太高。如果水稀释率过高，无机酸膜中磷酸的浓度会降低，从而降低催化剂的活性。更严重的是，可能会出现水的凝聚相。同时，蒸汽和冷却水的消耗也会增加，导致后期浓缩乙醇溶液消耗的热量增加，成本增加。目前，当工业反应温度为280~290℃，总压力为7.0兆帕时，水与乙烯的比例普遍为0.6~0.7[12]。1.4工艺流程简化说明原料为纯度为100%，压力为1巴，温度为25℃的乙烯，与回收的乙烯和来自储罐的水按0.7的水稀释比一起进料。两股物流被升压至69巴，混合并加热至300℃，然后进入固定床反应器(B4)。生成乙醇的同时会生成副产物。产品经冷却器(B15)冷却后，氢气和其他气体在高压分离器(B5)中分离。液体通过减压阀(B12)进入常压蒸馏塔(B7)。乙烯从塔底分离，进料循环使用。塔底产物进萃取精馏塔，出去副产物乙醚和乙