年产10万吨煤制乙醇生产工艺设计(6)

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3.2 乙醇合成流程

来自转化装置的转化气压力约1.6 MPa，温度40℃，进入该压缩机新鲜气段；来自乙醇合成的循环气进入循环段，压至5.3 MPa送往乙醇合成，合成气压缩机用蒸气透平驱动。来自合成气压缩机的合成气压力5.3 MPa、 温度约40℃，进入气气换热器，用出塔气升温后进入乙醇合成塔，在催化剂作用下进行乙醇合成反应。乙醇合成塔为管壳式反应器，管内装有乙醇合成触媒，壳程为沸腾热水。反应产生的热量用来生产中压饱和蒸气。因此，反应温度可稳定控制在一定范围内。

合成气制备乙醇的反应过程主要为：

2CO2+6H2→CH3CH2OH+3H2O (3-4)

2CO+4H2→CH3CH2OH + H2O (3-5)

出合成塔的气体入气气换热器，在此与合成塔入口气体换热，把入塔气加热到触媒活性温度。出该换热器的气体经水冷器用循环水冷却到40℃。此时气体中大部分乙醇和水蒸气被冷凝，然后在乙醇分离器内进行气液分离。顶部出来的气体一部分作为循环气进入二合一机组，升压后与原料气进入下一个循环，进一步合成乙醇，另一部分则作为驰放气排放。底部出来的粗乙醇降压到0.5MPa后入闪蒸槽，释放出溶解在粗乙醇中的大部分气体，闪蒸后的粗乙醇去乙醇精馏工序或粗乙醇储罐。

自界区来的锅炉给水进入汽包，经下降管进入合成塔壳程下端，再沿合成塔上行并吸热，过热饱和后的锅炉水进入汽包，在汽包里进行汽水分离，产生的蒸汽经压力控制后进入蒸汽管网，出来的排污水进入排污膨胀槽，产生的蒸汽也送到蒸汽管网，剩下的污水送去污水处理。合成工艺流程如图2：

中压蒸汽合成气汽 包透平机合成气压缩机合成塔驰放气开工中压蒸汽开工蒸汽喷射器乙醇分离器全收率乙醇分离器脱盐水站排污最终冷却器循环水中间换热器闪蒸气去气化装置闪蒸槽粗醇计量槽图2 合成工艺流程图

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3.3 乙醇精馏流程

精馏系统采用双塔蒸馏流程，其中一个塔为粗馏塔，另一个为精馏塔，两塔之间不直接连通，互相影响较小，操作方便。乙醇混合液首先通过蒸发得到一定浓度的乙醇溶液，再通过精馏系统达到乙醇的共沸浓度，最后通过分子筛脱水得到无水乙醇。

来自合成工段的粗乙醇，经减压进入粗乙醇贮槽。经粗乙醇预热器加热到45℃后进入预精馏塔。从塔顶出来的气体先经过一级冷凝器冷却，冷凝液体进入预精馏塔回流槽，通过预塔回流泵回流到预精馏塔顶部，未冷凝气体进入二级冷凝器，其中不凝气体通过预塔水封放空。其中冷凝液进入二级冷凝液储槽，进行脱盐水萃取，萃取后的乙醇水进入预精馏塔回流槽进行回流，预塔回流槽中需要通过碱液泵加入2%~5%的碱液，用于防腐蚀。在预塔中脱除轻馏分后进入主精馏塔，进一步把高沸点的重馏分杂质脱除，从塔顶或侧线采出。经精馏乙醇冷却器冷却至常温后，通过分子筛脱水得到无水乙醇。塔底的废水经常压塔废水冷却器冷却，并经过常压塔废水泵送到废水处理工段，工艺流程如图3：

0.5Mpa低压蒸汽不凝气放空预塔放空水封预塔二级回流冷凝器预塔二级冷凝液槽预级回流冷凝器预塔回流槽预精馏塔主塔回流槽主精馏塔预塔回流泵主塔回流泵预塔再沸器分子筛干燥器精乙醇主塔进料泵粗醇预热器主塔再沸器废水去生化处理塔底废水泵粗乙醇泵粗醇计量槽冷凝液去管网塔底废水冷却器循环回水循环水站循环上水图3 精馏段工艺流程图

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第4章 工艺计算

4.1 乙醇生产的物料平衡计算

4.1.1 合成塔物料平衡计算

初始条件：

年产10万吨99.5%的无水乙醇；每年以8000h计算 粗乙醇中乙醇含量 69.31%

轻组分：(以乙醛CH3CHO计算) 0.95% 重组分：(以异丁醇C4H9OH计算) 0.06% 水：29.68%

所以，时产精乙醇 (100000×1000)/8000=12500Kg/h 时产粗乙醇 (12500×99.5%)/69.31%=17944.741kg/h 根据粗乙醇组分，算得各组分的生成量为：

乙醇(46)：12500Kg/h 271.74kmol/h 6086.96Nm3/h 乙醛 (44)：170.475 Kg/h 3.874 kmol/h 86.787Nm3/h 异丁醇(74)： 10.767Kg/h 0.145kmol/h 3.259Nm3/h 水(18)：5326Kg/h 295.889kmol/h 6627.91Nm3/h

合成气制备乙醇的反应过程主要为：

2CO+4H2→CH3CH2OH+ H2O ?H=-255.868KJ/mol (4-1) 副反应为：

2CO +3H2 →CH3CHO + H2O ?H=-186.958KJ/mol (4-2) CO+3H2 →CH4+H2O ?H =-115.69 kJ/mol (4-3) 4CO+8H2 →C4H9OH+3H2O ?H=-557.774 kJ/mol (4-4) CO2+H2 →CO+ H2O

?H=49.2kJ/mol (4-5)

生产中，测得每生产1吨粗乙醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小时生成量为：7.56?17.944741=135.662Nm3，即6.056 kmol/h，96.901Kg/h。

忽略原料气带入水份, 根据②、③、④得反应⑤生成的水的量为：295.889-271.74-3.874-0.145?3-6.056=13.784kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为13.784kmol/h，即308.762Nm3/h。

5.06 MPa，40℃时各组分在乙醇中的溶解度列表于表4-1：

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表4-1 5.06Mpa，40℃时气体在乙醇中的溶解度

组 分 溶解度

Nm3/t乙醇 Nm3/h

H2 0 0

CO 0.682 2.016

CO2 3.416 11.022

N2 0.341 1.008

Ar 0.358 1.058

CH4 0.682 2.016

据测定：35 ℃时液态乙醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含53.39g乙醇，假定溶解气全部释放，则乙醇扩散损失为：

53.39(2.016+11.022+1.008+1.058+2.016)?1000= 0.914kg/h

即0.0198kmol/h，0.446 Nm3/h。

根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表4-2(见下页)：

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表4-2 乙醇生产消耗和生成物量及组成

消耗方式 单位 CO ① 式 ② 式 ③ 式 ④ 式 ⑤ 式 气 体 溶 解 扩 散 损 失 合计 生成质量 生成组成 kmol Nm3 kmol Nm3 kmol Nm3 kmol Nm3 kmol Nm3 Nm3 Nm3 Nm3 kg %(wt) 543.48 12173.92 7.748 173.555 6.056 135.662 0.58 12.992 -13.784 -308.742 2.016 0.446 12189.849 消耗物料量 H2 1086.96 24347.84 11.622 260.333 18.168 406.986 1.16 25.984 13.784 308.742 0 0.892 31437.737 CO2 13.784 308.742 11.002 319.744 N2 1.008 1.008 CH4 6.056 135.662 2.016 137.678 C2H5OH 271.74 6086..96 -0.446 6086.514 12499.091 69.31 3..259 10.767 0.06 生成物料量 C4H9OH 0.145 3.259 CH3CHO 3.874 86.787 86.787 170.475 0.95 H2O 271.74 6086.96 3.874 86.787 6.056 135.662 0.435 9.744 13.784 308.762 6627.915 5326 29.68 消耗 36521.76 433.888 542.648 38.976 617.484 15.142 1.338 43948.338 合计 生成 12173.92 173..575 271.324 13.003 617.484 0.446 12942.153 18006.333 100 26

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