В процессе получения синтетического
этилового спирта способом прямой гидратации
этилена на фосфорнокислом катализаторе
образуется 5-25% - ный раствор спирта-сырца,
содержащий полимеры, которые при дальнейшей
переработке спирта-сырца (на ректификационных
установках) распределяются на тарелках
ректификационной колонны и выводятся
с товарным продуктом - спиртом ректификатом)
- ухудшая его качество, и фузельными водами,
загрязняя химические стоки.
В существующем способе переработки
спирта-сырца предусматривается вывод
полимеров из колонн ректификации путем
направления всего потока жидкостной
фазы исчерпывающей части колонны во флорентийский
сосуд. Из флорентийского сосуда (после
отстаивания) полимеры направляют в сборник,
а водно-спиртовой конденсат возвращают
в исчерпывающую часть колонны на нижележащую
тарелку.
В связи с тем, что концентрация
полимеров в спирте-сырце составляет в
среднем 0,1 вес.%, а количество жидкостной
фазы в исчерпывающей части ректификационных
колонн велико, данный метод не позволяет
выделить полимеры и последние выводятся
из колонны частично в составе фузельной
воды в виде химически загрязненных стоков
в больших количествах, сбрасываемых через
установку биологической очистки в природные
водоемы, частично попадая в продукт, ухудшая
его качество. Полимеры, содержащиеся
в фузельной воде, очищаются биологическим
методом очень трудно.
С целью улучшения качества
спирта и упрощения очистки сточных вод,
предлагается при выделении этилового
спирта, полученного прямой гидратацией
этилена, отводить из ректификационных
колонн жидкостную фазу с содержанием
спирта 40-80 об.% с последующим ее разбавлением
до содержания спирта 10-20 об.% и направлять
в отстойник.
Полимеры, являясь водонерастворимыми
органическими продуктами, хорошо растворяются
в этиловом спиртеи в процессе ректификации
накапливаются в колонне, достигая максимальной
концентрации (17-35 об.%) в той части колонны,
где концентрация спирта 40-80 об.%.
Выделившиеся при разбавлении
полимеры отделяют от водно-спиртового
слоя во флорентийском сосуде и выводят
в сборник, а водно-спиртовой слой направляют
обратно в колонну на тарелку питания.
Способ позволяет улучшить
качество стоков по химическому поглощению
кислорода на 60-65% и качество спирта по
содержанию в нем примесей, определяющихся
по ГОСТ 11547-65, на 25 вес.%.
Предмет изобретения: Способ
выделения этилового спирта, полученного
прямой гидратацией этилена, путем ректификации
спирта-сырца с одновременным отводом
жидкостной фазы исчерпывающей части
колонны в отстойник, отделением полимерной
фракции и возвратом водно-спиртовой фракции
на ректификацию, отличающийся тем, что,
с целью улучшения качества целевого продукта
и упрощения очистки сточных вод, из ректификационной
колонны отводят жидкостную фазу с содержанием
40-80 об.% , разбавляют ее до содержания спирта
10-20 об.% и направляют в отстойник.
Одноатомные спирты обычно
выделяют из продуктов синтеза ректификацией,
причем концентрация спирта в водных растворах,
как правило, не превышает 4-5%.
Поэтому количество воды, которое
необходимо отогнать в процессе ректификации
для выделения спирта, в десятки раз превышает
количество его самого. Так как теплота
парообразования воды намного больше
теплоты парообразования спиртов, то этот
процесс связан с большими энергетическими
затратами. Известен способ выделения
одноатомных алифатических спиртов экстракцией
сложным эфиром - этилацетатом. Однако
он не позволяет достигнуть достаточно
высокой степени извлечения спиртов, поскольку
коэффициенты распределения для этих
спиртов невысоки ( для метанола - 0,1641,
этанола и пропанола 0,5176 и 2,4270) Кроме этого
этилацетат хорошо растворим в воде и
имеет невысокую температуру кипения
(77,1град.C) и в связи с этим количество экстрагента,
которое необходимо отогнать при выделении
экстрагируемого вещества, в десятки раз
превышает количество самого экстрагированного
вещества, что приводит к большим энергетическим
затратам.
3 Технологическая часть 3.1 Описание
принципиальной технологической схемы
производства
Технологические особенности
процесса.
Основной особенностью процесса
прямой гидратации этилена является малая
степень конверсии этилена за один проход
- не выше 4,5%. Этим обусловлена необходимость
рециркуляции значительных его количеств.
Ввиду высокой кратности циркуляции
этилена в системе возможно накопление
инертных примесей, поэтому содержание
их в исходном этилене не должно превышать
2-5%. Эти примеси представляют собой метан
и этан. В результате циркуляции непревращенного
этилена концентрация примесей в циркулирующем
этилене возрастает, а концентрация этилена
снижается. Заданную концентрацию этилена
в циркуляционном газе поддерживают путем
отдувки части циркулирующего газа в систему
газофракционирования. Поскольку в циркулирующем
этилене инертных примесей больше, чем
в свежем, при отдувке можно вывести из
системы все поступающие туда инертные
примеси.
Большие объемы циркулирующего
газа нужно охлаждать после реакции и
вновь нагревать перед подачей в реактор,
поэтому при гидратации большую роль играет
выбор эффективных способов охлаждения.
Важное значение в процессе
имеет также регенерация тепла, необходимая
для снижения расхода пара или топлива
на нагрев сырья и уменьшения расхода
воды на охлаждение продуктов. Кроме того,
при рациональной схеме регенерации тепла
может быть значительно понижен или полностью
исключен расход пара высокого давления,
необходимого для проведения собственно
гидратации.
Реакция прямой гидратации
этилена идет с выделением значительного
количества тепла. Однако вследствие низкой
степени конверсии этилена выделяющееся
тепло расходуется на нагревание самого
этилена и водяного пара, причем в реакторе
адиабатического типа (без отвода тепла)
перепад температуры парогазовой смеси
не превышает 10-20о С, что вполне
допустимо. Поэтому проблемы отвода тепла
в этом процессе не возникает.
Еще одной особенностью процесса
является унос фосфорной кислоты вследствие
пропускания значительного количества
парогазовой смеси через слой катализатора.
Унос кислоты парогазовой смесью, по опытным
данным, составляет 0,5г/ч с 1 л катализатора
или 1,5-3 кг в расчете на 1 т спирта.
Активность катализатора в
процессе работы снижается вследствие
уноса кислоты и зауглероживания. Срок
службы катализатора составляет 400-500 ч.
Затем катализатор регенерируют путем
выжигания кокса и нанесения фосфорной
кислоты. Срок службы катализатора можно
увеличить до 900-1000 ч, добавляя фосфорную
кислоту в парогазовую смесь на входе
в реактор.
В качестве сырья для процесса
прямой гидратации используется технический
этилен, содержащий 98-99,9% С2Н4.
Технологическая установка
производства этанола прямой гидратацией
этилена состоит из трех отделений: гидратации
этилена, ректификации водно-спиртового
конденсата, катализаторного отделения.
3.1.1 Отделение гидратации
этилена
Технологическая схема отделения
гидратации изображена на рис. 1. Этиленовая
фракция из цехов газоразделения через
буфер поступает на прием поршневого одноступенчатого
компрессора 2. Сжатая до 70 кгс/см2 фракция
поступает на смешение с обратным циркулирующим
газом в кольцевой коллектор. Циркулирующим
газом называют газ, который с нагнетательной
линии компрессора 3, пройдя весь агрегат
гидратации, возвращается на прием компрессора
3. Подпитанный свежим этиленом циркулирующий
газ из кольцевого коллектора идет на
прием циркуляционных компрессоров 3.
Обратный циркулирующий газ из аппаратов
гидратации поступает в кольцевой коллектор
поеле скруббера 13. Компрессор 3 сжимает
газ до давления не более 80 кгс/см2 и подает
его в межтрубное пространство теплообменника
5, где газ подогревается за счет тепла
обратного газа. Сжатый компрессором 3
газ принято называть прямым газом, а газ,
прошедший реактор гидратации, — обратным
газом.
Прямой газ из теплообменника
5 поступает в межтрубное пространство
теплообменника 10, где подогревается обратным
циркулирующим газом до 190—215 оС. Из межтрубного
пространства теплообменника 10 нагретый
газ поступает в трубное пространство
подогревателя 4, где паром высокого давления
подогревается до 220—269 °С. Паровой конденсат
из подогревателя 4 дросселируют до 6 кгс/см2 и собирают
в пароотделителе, а оттуда отводят в цеховую
емкость-сборник. Образовавшийся при дросселировании
пар отводят из пароотделителя в линию
пара под давлением 6 кгс/см2. Прямой газ
после подогревателя 4 смешивается с паром
высокого давления (80—100 кгс/см2, ^440 °С)
в массовом соотношении 1 : (0,35-0,43). Смешение
происходит в тройнике перед реактором
9.
Паро-газовая смесь при 273—295
°С поступает в верхнюю часть реактора
(гидрататора) 9 и проходит сверху вниз
через слой катализатора. Около 4% этилена
из паро-газовой смеси гидратируется при
этом в этиловый спирт.
Выходящие из реактора с температурой
не выше 310 °С продукты уносят некоторое
количестве фосфорной кислоты. Для ее
нейтрализации в паро-газовую смесь впрыскивают
водно спиртовый раствор щелочи с концентрацией
NaOH 0,25—0,5% (масс), подаваемый в тройник
нейтрализации насосом 17 из емкости 16.
Подщелоченный водно-спиртовый конденсат
готовят следующим образом: 42%-ный раствор
NaOH (содержание Na2C03 не более 2%, по ГОСТ
2263—59) со склада поступает в сборник 19,
откуда насосом 18 подается на смешение
с водно-спиртовым конденсатом, поступающим
из коллектора через холодильник 15. Приготовленный
конденсат собирается в емкости 16. Подачу
конденсата регулируют по температуре
паро-газовой смеси после тройника нейтрализации:
она не должна быть выше 240 °С.
Нейтрализованная паро-газовая
смесь и солевой раствор проходят последовательно
трубное пространство теплообменника
10 и котлов-утилизаторов 7 и 8. Охлаждение
паро-газовой смеси в котлах-утилизаторах
проводится за счет испарения парового
конденсата, подаваемого центробежным
насосом из цеховой емкости-сборника.
Из котла-утилизатора 7 отводится пар давлением
5—6 кгс/см2, а из котла-утилизатора
8 пар давлением до 3 кгс/см2.
Пар из котлов-утилизаторов
направляют в соответствующие коллекторы.
Его используют при ректификации водно-спиртового
конденсата, а избыток направляют в общезаводскую
сеть. Паровой конденсат возвращают в
цеховую емкость-сборник. Для компенсации
потерь парового конденсата предусмотрена
подача в емкость умягченной воды и парового
конденсата из общезаводских коллекторов.
После котла-утилизатора 8 паро-газовая
смесь и водно-спиртовый конденсат поступают
в сепаратор 11, где конденсат отделяется
от паро-газовой смеси. Паро-газовая смесь
проходит затем последовательно трубное
пространство теплообменника 5 и холодильника
6, в которых происходят охлаждение циркулирующего
газа до 35 °С и конденсация паров спирта
и воды. Обратный газ и водно-спиртовый
конденсат из холодильника 6 поступают
в скруббер 13. Там спирт из циркулирующего
газа отмывают фузельной водой, получаемой
при ректификации «концентрированного»
водно-спиртового конденсата. Обратный
газ из скруббера 13 поступает в кольцевой
коллектор, а водно-спиртовый конденсат
(«концентрированный») дросселируют до
давления не выше 6 кгс/см2 и отводят
в емкость 12(1). Оттуда «концентрированный»
водно-спиртовый конденсат проходит через
межтрубное пространство теплообменника
14, где подогревается, и уходит на ректификацию.
«Слабый» водно-спиртовый конденсат из
сепаратора 11 дросселируется до давления
не более 6 кгс/см2, поступает
,в емкость 12(11), далее проходит теплообменник
14, где охлаждается, и тоже направляется
на ректификацию. Часть конденсата после
холодильника 14 проходит межтрубное пространство
холодильника 15 и поступает в емкость
16 на приготовление подщелоченного водно-спиртового
конденсата. Избыток «слабого» и «концентрированного»
водно-спиртового конденсата при необходимости
сбрасывают в емкость 20. Для подачи конденсата
из емкости 20 на ректификацию установлен
насос 21.
В газоотделителях 12(1) и 12(11)
вследствие сброса давления до 6 кгс/см2 происходит
выделение газов, растворенных в конденсате.
Эти отдуваемые газы, проходя имеющийся
.на каждой емкости 12 небольшой скруббер
с насадкой, орошаемой фузельной водой
для отмывки паров спирта, по коллектору
отдувки низкого давления поступают в
цех газоразделения (совместно с газом
пиролиза).
Для вывода из. системы инертных
газов (метан, этан и др.) часть газа из
верхней части кольцевого коллектоpa при
40—45 кгс/см2 передают через подогреватель
в цех газоразделения совместно с газом
пиролиза.
3.1.2 Отделение
ректификации водно-спиртового конденсата
Обычно «концентрированный»
и «слабый» конденсат подвергают ректификации
в разных колоннах, но возможна и совместная
переработка в одной колонне при условии
подачи их на разные тарелки. При этом
«концентрированный» конденсат вводят
в колонну на несколько тарелок выше по
отношению к «слабому». Ниже приведена
схема ректификации только «концентрированного»
конденсата, так как работа иустройство
колонн и соответствующего оборудования
одинаковы.
Ректификационная
колонна состоит как бы из двухколонн,
поставленных одна на другую. Нижняя часть
колонны называется исчерпывающей, а верхняя
— укрепляющей. Границей между ними служит
тарелка питания (17-я при переработке «концентрированного»
конденсата, 24-я в случае «слабого»), на
которую непрерывно подается сырье.
Исчерпывающая часть
колонны служит для извлечения остатков
легкокипящего компонента (спирта) из
вы-сококипящего (воды). Эта часть соединена
с трубчатым кипятильником 14 обогреваемым водяным паром. В кипятильнике
происходит частичное испарение циркулирующего
через неге кубового продукта (фузельной
воды). Циркуляция фузельной воды происходит
за счет перепада давлений, создаваемого
столбами некипящей жидкости в кубе и
кипящей в кипятильнике при «110°С и 0,5 кгс/см2 . Фузельная вода из куба колонны 1
проходит водяной холодильник 13, где охлаждается до 40 °С. Часть
фузельной воды после холодильника 13
сбрасывают в канализацию, а остальное
поступает в емкость 12 для орошения скруббера в отделении
гидратации. Фузельная вода из куба колонны,
перерабатывающей «слабый» водно-спиртовый
конденсат, после холодильника сбрасывается
в канализацию.
Пары спирта-ректификата
с верха колонны 1 при 90 °С и 0,2 кгс/см2 поступают в дефлегматор 2, где конденсируются и охлаждаются
водой. Конденсат из дефлегматора 2 поступает в емкость 16, откуда насосом 15 частично подается в виде флегмы
в верхнюю часть колонны 1 ; остальной конденсат (спирт-ректификат)
направляется на очистку от ацетиленовых
соединений. Несконденсировавшиеся в
дефлегматоре 2 пары спирта поступают в конденсатор 3,
где конденсируются; конденсат также направляется
в емкость 16.