Производство синтетического этилового спирта прямой гидратацией этилена
Производство синтетического этилового спирта прямой гидратацией этилена относится к среднетемпературным теплотехнологиям нефтехимической отрасли. Температура основного технологического процесса здесь не превышает 300 °С. Сырьем для получения этилового спирта является этилен (рис. 3.8).
Рис. 3.8.Принципиальная схема производства синтетического этилового спирта прямой гидратации этилена: а – контактное отделение; б – отделение ректификации; 1 – циркуляторный компрессор; 2 – теплообменник; 3 – подогреватель; 4 – разделитель; 5 – тройник; 6, 7 – котлы-утилизаторы; 8 – реактор; 9 – дефлегматор; 10, 11 – отпарные колонны; 12 – сборная емкость; 13 – ректификационная колонна.
В контактном отделении (рис. 3.8, а) осуществляется прямая гидратация этилена водяным паром. Циркуляция этилена в замкнутой системе обеспечивается компрессором 1. Давление в линии нагнетания поддерживается на уровне 7,5 МПа.
Перегретый водяной пар давлением 9 МПа поступает из котельной заводской ТЭЦ. Смешивание с этиленом осуществляется в тройнике 5 в соотношении этилен: пар как 1 : 0,7. Водяной пар, подмешиваемый к этилену, позволяет предотвратить коксообразование и полимеризацию углеводородов на теплопередающих поверхностях реактора 8.
Процесс гидратации этилена ведется в присутствии катализатора – ортофосфорной кислоты. Продуктом реакции является парогазовая смесь, из которой затем отделяется водно-спиртовой конденсат. Реакция гидратации этилена – экзотермическая, т.е. идущая с выделением теплоты. Тепловой эффект реакции составляет 44 кДж/моль спирта.
Парогазовая смесь на выходе из реактора нейтрализуется подщелоченным водно-спиртовым конденсатом. В аппаратах 2, 6, 7 происходят охлаждение парогазовой смеси и конденсация содержащихся в ней паров воды и спирта.
Теплообменники 2 установлены для регенерации теплоты охлаждаемых технологических продуктов (спирта), а также других технологических потоков (парогазовой смеси и водно-спиртового конденсата) в целях предварительного подогрева паров этилена. В теплообменнике 5, обогреваемом водяным паром давлением 9 МПа, осуществляется догрев сырья до расчетной температуры 230–250 °С.
В котлах-утилизаторах теплота охлаждаемого реакционного газа используется для выработки насыщенного водяного пара давлением 0,45 и 0,25 МПа.
В отделении ректификации (рис. 3.8,б) производятся выделение и очистка целевого продукта. В ректификационной колонне 13 осуществляется выделение воды и спирта из водно-спиртового конденсата. В отпарных колоннах 10, 11 из концентрированного спирта выделяются легкие углеводороды.
Нагревание нижних частей колонн 10, 11 и 13 производится встроенными кипятильниками при температуре 115–135 °С. Греющей средой является водяной пар давлением 0,45 МПа. Охлаждающей средой дефлегматоров колонн 9 служит оборотная вода из градирни.
Структура энергозатрат на производство этилового спирта приведена в табл. 3.4., структура теплового баланса данного производства – в табл. 3.5.
Таблица 3.4.
Структура энергозатрат па производство 1 т
синтетического этилового спирта прямой гидратацией этилена
| Энергоресурс | Доля в структуре общих энергозатрат, % | Доля энергоресурсов в фактической себестоимости изопрена, % |
| Топливо (метано-водородная фракция) | ||
| Пар давлением: | ||
| 0,8–1,3 МПа | ||
| 9 МПа | ||
| Вода оборотная | ||
| Электроэнергия | ||
| Прочие энергоносители | ||
| Всего |
Таким образом, производство синтетического этилового спирта является не только крупным потребителем тепловых энергоресурсов, но и источником ЭР в виде пара низкого давления, который используется на нужды отделения ректификации и отпускается внешним потребителям.
Таблица 3.5
Структура теплового баланса производства
синтетического этилового спирта прямой гидратацией этилена.
| Приход теплоты, % | Расход теплоты, % | ||
| Пар водяной | 59,2 | Отпуск водяного пара от котлов-утилизаторов | 33,6 |
| Теплота свежего этилена с учетом его нагрева при сжатии в компрессоре | 2,9 | Теплота сконденсированных продуктов | 11,7 |
| Теплота, полученная при экзотермической реакции | 2,3 | Теплота, отведенная с оборотной водой | 13,4 |
| Потери в окружающую среду | 5,7 | ||
| Регенерация и возврат теплоты | 35,6 | Регенерация и возврат теплоты | 35,6 |
| Всего | Всего |
Контрольные вопросы
1. Сырь для получения этилового спирта.
2. Технология гидратации этилена водяным паром.
3. Ректификация этилового спирта.
4. Структура энергозатрат при производстве этилового спирта.
5. Структура теплового баланса производства синтетического этилового спирта.