Получение спирта гидрированием этилена

Полученный в колонне 1 спирт-ректификат подогревается очищенным спиртом в теплообменнике 4 и через паровой подогреватель 5 поступает в колонну 6, где от спирта отгоняется ацетилен. Вместе с ацетиленом уходит также некоторое количество эфира, альдегида и спирта. Температуру в кубе колонны 6 поддерживают в интервале 80—90 °С за счет обогрева глухим паром, подаваемым в кипятильник 20. Из куба колонны 6 отбирается готовый спирт-ректификат. Он проходит теплообменник 4, водяной холодильник 19 и поступает в емкость 18, откуда насосом 17 откачивается на склад.

Отходящий с верха колонны 6 поток проходит водяной холодильник 7 и поступает в колонну 8 для извлечения остатков спирта. С верха этой колонны пары, содержащие ацетилен, направляются в дефлегматор 9, флегма из которого стекает в сборник 23, а оттуда насосом 22 подается на орошение колонны 8. Несконденси-ровавшиеся пары из дефлегматора 9 идут в рассольный конденсатор 10, оттуда конденсат стекает в сборник 18. При наличии ацетилена в спирте отбор ведут в емкость 16 , а несконденсировавшиеся газы направляют в линию отдувки низкого давления. В кубе колонны 8 поддерживают температуру 60°С за счет обогрева глухим паром, подаваемым в кипятильник 21. Выводимый из куба колонны 8 спирт поступает в емкость 16.

3.1.3 Катализаторное отделение

Технологическая схема этого отделения изображена на рис. 3. Шариковый силикагелевый носитель поступает от поставщика в бумажных крафт-мешках.

Взвешенный носитель загружают электроподъемником в аппарат 4 на пропаривание. Пропаривание предназначено для увеличения диаметра пор носителя с целью предупреждения его растрескивания при пропитке кислотой. Загруженный пропарочный аппарат герметично закрывают и нагревают горячим воздухом до 155 °С. Воздух в аппарат 4 подается воздуходувкой 1 через осушитель 2 и паровой подогреватель 3 Затем носитель в аппарате 4 разогревают до 190—200 °С за счет тепла острого пара, пропускаемого через аппарат и выпускаемого в атмосферу. При температуре носителя 170 °С давление в аппарате 4 постепенно поднимают до 18 кгс/см2. При этом давлении носитель пропаривают в течение 1—2 суток; конденсат и пар в небольшом количестве дренируют.

После пропаривания прекращают подачу острого пара и доводят давление в аппарате 4 до атмосферного. Аппарат охлаждают до 40—50 °С, продувая воздухом. Пропаренный носитель выгружается давлением воздуха в. приемный переносной бункер 12. Бункер с носителем с помощью электротельфера и грузового лифта поднимают на загрузку через сито 5 в печь 6 для прокаливания. Отсеянную мелочь собирают в мешки и вывозят.

Прокаливание свежего пропаренного носителя в печи 6 проводится топочными газами при 650 °С.

Топочные газы образуются в топке 7 в результате сгорания метано-водородной фракции в токе воздуха, подаваемого вентилятором 8. Прокаленный носитель периодически выгружают, затем его взвешивают, отсеивают на полигональном сите 9 от мелочи и крошки и загружают в ванну 10, заполненную фосфорной кислотой. Отсев (пыль и мелочь) ссыпают в мешки и вывозят.

Раствор фосфорной кислоты готовят в смесителе 17 путем разбавления водой смеси отработанной и свежей кислот. Отработанную фосфорную кислоту заливают всмеситель из отстойника 14, а свежую закачивают центробежным насосом 18 из емкости 19. Свежая ортофосфорная кислота прибывает в цех в железнодорожных цистернах. Ее сливают из цистерны по гибкому шлангу в приемную емкость 20 с помощью вакуума, создаваемого вакуум-насосом 22. Из емкости 20, кислота откачивается насосом 18 в емкость 19. Массу в аппарате 17 перемешивают насосом 18. Готовый раствор откачивают из смесителя 17 насосом 18 на пропиточный узел в сборник 15. Оттуда фосфорную кислоту заливают в пропиточную ванну 10.

Пропитку носителя ведут в течение 2 ч. По окончании пропитки сливают кислоту из ванны в отстойник 14 для отделения от взвеси. Пропитанный носитель выгружают из ванны через нижний люк в сушилку 11 . Сушку ведут горячим воздухом, нагретым в паровом пластинчатом калорифере 23 до 130—140°С. Горячий воздух движется по сушилке противотоком к катализатору и выходит в, атмосферу. Воздух в сушилку 11 подают вентилятором 13. Готовый катализатор поступает на сито 24 для отсева мелочи и далее в приемные бункеры 12. Партию из 8—9 бункеров с катализатором и одного бункера с прокаленным носителем транспортируют автопогрузчиком в отделение гидратации этилена.

3.3 Характеристика сырья и продукта

Основным сырьем для производства этилового спирта методом прямой гидратации является этилен.

Этилен СН2=СН2, мол.вес.28,05, бесцветный газ со слабым запахом; т.пл. 169,5о ; т.кип. - 103,8о ; теплота сгорания 333,5 ккал/моль; т.воспл. 546о (в воздухе); растворимость газообразного этилена в одном объеме растворителя: 0,25 в воде, 3,59 в спирте, хорошо растворим в эфире. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 3-34 об.%. При нагревании выше 350-400о разлагается: 3С2Н4=2СН4+2СНºСН; при температуре белого каления этилен преимущественно дегидрируется: СН2=СН2®НСºСН+Н2.

В светильном и коксовом газе находится 3-5% этилена; в некоторых газах нефтепереработки его содержание достигает 20%.

Этилен - очень реакционноспособное соединение; его химические свойства обусловлены главным образом межуглеродной двойной связью и проявляются в большой склонности к реакциям присоединения. Этилен - один из важнейших исходных продуктов синтеза органических соединений.

При действии хлора на этилен в органическом растворителе ( обычно в дихлорэтане) в присутствии металл.или хлорного железа гладко образуется дихлорэтан:

СН2=СН2 +Cl2 ®Cl2 CH2 CH2 Cl

Дихлорэтан широко применяют как растворитель и сырье для получения винилхлорида и др. В присутствии АLСI3 этилен алкилирует бензол и образует этилбензол. В присутствии ионных катализаторов типа АLСI3 или ВF3 возможно алкилирование этиленом изопарафинов с образованием сильно разветвленных алканов, представляющих интерес в качестве авиационного топлива.

С НСIэтилен при -30о дает этил хлористый, применяемый для этилирования, например, в производстве тетраэтилсвинца.

С хлоридами серы этилен образует дихлордиэтилсульфид (иприт) (СIСН2 СН2 )2 S. Реакцией этилена с формальдегидом в уксусной кислоте в присутствии Н2 SО4 можно получить ацетат триметиленгликоля его омылением - триметиленгликоль. Реакцией этилена с СО и Н2 можно получить пропионовый альдегид, а с СО2 - пропионовую кислоту.

К числу производств, основанных на использовании этилена и получивших широкое промышленное развитие, относятся в первую очередь его полимеризация, его окисление в окись этилена, гидратация в этиловый спирт.

Из общего количества используемого в различных странах этилена 25-40% расходуется на производство полиэтилена, 20-40% перерабатывается в спирт, до 25% идет на получение окиси этилена, »10% приходится на долю производства стирола (через этилбензол), примерно столько же на дихлорэтан и другие хлорпроизводные.

При содержании в воздухе около 0,1% этилена фрукты и овощи (особенно лимоны, виноград, помидоры) ускоренно созревают. В медицине этилен применяют для общего наркоза при хирургических операциях.

Этилен можно получать многими способами, в частности дегидратацией спирт, пропуская его пары над Al2 O3 при 350о -400о . При этом образуется сравнительно чистый этилен. Метод применяется не только в лабораторной практике, но и в небольшом масштабе и в производстве. В странах, бедных нефтью, этилен иногда производят частичным гидрированием ацетилена при 180 - 320о над Рd - катализатором на силикагеле. Этилен можно также получать реакцией этана с избытком окиси углерода над Fе2 О3 при 800 - 900о ,образующаяся смесь этилена с СО пригодна для непосредственного получения пропионового альдегида.

Однако основные методы получения дешевого этилена в крупном масщтабе связаны с переработкой нефти и природного газа. Так, газы парофазного или жидкофазного крекинга нефтепродуктов при 700 - 800о содержат 17 - 20 % этилена. После разделения газов методами дробной абсорбции, глубокого охлаждения и ректификации под давлением выделяют этиленовую фракцию, с 90 - 95% этилена и примесью 1-3% пропилена, 1-4% метана и 3-6% этана.

В настоящее время основным источником низших олефинов является пиролиз углеводородного сырья, проводимый с целью производства этилена. Попутно при пиролизе получают другие ненасыщенные газообразные углеводороды - пропилен, бутены и бутадиен. Одновременно образуются жидкие продукты (смола пиролиза), которые содержат также ценные углеводороды, как изопрен, циклопентадиен, бензол, толуол, ксилолы и нафталин.

Основным сырьем процесса пиролиза с целью получения газах, газовые бензины прямой перегонки нефти, а также рафинад каталитического риформинга, остающийся после удаления ароматических углеводородов. В качестве сырья пиролиза применяют также средние и тяжелые нефтяные фракции и даже сырую нефть.

Процесс производства этилена и других олефинов из углеводородного сырья включает стадии пиролиза углеводородов, компримирования газа пиролиза, удаления тяжелых углеводородов, осушки, разделения (газофракционирование), удаление сероводорода, диоксида углерода и ацетилена. этилена являются этан, пропан и бутан, содержащиеся в попутных газах нефтедобычи и в нефтезаводских

Этиловый спирт - конечный продукт производства. Физические свойства этилового спирта описаны во введении данной работы. Рассмотрим теперь, что же представляет этиловый спирт по своим химическим свойствам. При взаимодействии этилового спирта с щелочными металлами образуются этилаты: 2С2 Н5 ОН + 2Nа®2С2 Н5 ОNа + Н2; водой этилаты омыляются до С2Н5ОН и NаОН. При действии на этиловый спирт кислот образуются сложные эфиры. Концентрированная H2 SO4 образует с этиловым спиртом этилсерную кислоту

С2 Н5 ОН + Н2 SО4 ® С2 Н5 НSО4 + Н2 О;

При взаимодействии этилового спирта с уксусной кислотой в присутствии конц. серной кислоты или других катализаторов получается этилацетат:

С2 Н5 ОН + СН2 СООН ® С2 Н5 ОСОСН3 + Н2 О

При дегидрировании этилового спирта в присутствии катализаторов(серебро, медь) образуется ацетальдегид:

С2 Н5 ОН ® СН3 СНО

Если пропускать пары этилового спирта над сложным катализатором при 380-400о нормальном давлении, происходит дегидратация и дегидрогенизация этилового спирта (способ С.В. Лебедева) с образованием бутадиена - 1,3 (дивинила):

2С2 Н5 ОН® СН2 = СН - СН = СН2 + 2Н2 О + Н2

Нагреванием этилового спирта до 140о в присутствии Н2SО4 образуется диэтиловый эфир:

2C2 Н5 ОН ® (С2Н4 )2 О + Н2 О

Над активированной окисью алюминия этиловый спирт дегидратируется до этилена:

С2 Н5 ОН® СН2 =СН2 + Н2 О

При каталитическом взаимодействии этилового спирта с аммиаком образуются моно-, ди- и триэтиламины.

Этиловый спирт - наркотик, возбуждающе действующий на организм. Длительное воздействие больших доз может вызвать тяжелые органические заболевания нервной системы, печени, сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т.д.

Предельно-допустимая концентрация этилового спирта в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м3

 

. 4 Расчётная часть

4.1 Материальные расчёты  и составление материального  баланса процесса

СН2 =СН2 + Н2 О® С2 Н5 ОН

На образование 1кмоль спирта идёт 22,4 м3 этилена:

С учётом степени превращения на стадиях процесса:

Вместе с этиленом будет подано этана в количестве:

Всего этан – этиленовой фракции:

2072,1554м3 +6216,4662м3 = 8288,6216 м3

Определим расход этилена:

G (C2 H4 ) = (6216,4662 ּ28)/22,4 = 7770,5828 кг

Определим расход этана:

G (C2 H6 ) = (2072,1554 ּ30)/22,4 = 2775,2081 кг

Всего этан – этиленовой фракции:

7770,5828 кг + 2775,2081 кг =12276,3кг = 10,5457909 тонн

Для получения 1 кмоль этанола требуется 1 кмоль воды. Определим расход воды для производства 12000 кг этилового спирта:

G (Н2 O) = 18 ּ12000 / 46 = 4695,6522 кг

Побочных продуктов с учётом степени превращения образуется:

Таблица 1. Материальный баланс.

Приход	кг	Расход	кг
Этиленовая фракция Вода	10545,7909 4695,6522	Этанол Этан Побочные продукты	12000 2775,2081 466,235
Итого	15241,4431	Итого	15241,4431

 

 

5 Отходы и их обезвреживание

Процесс производства синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена связан с применением и образованием токсичных, взрывоопасных и пожароопасных веществ.

Для уменьшения и предотвращения вредных выбросов в атмосферу газов, содержащих токсичные углеводороды,(этилен, диэтиловый эфир, ацетальдегид и др.) имеются следующие возможности:

· строгое соблюдение технологического режима (при этом снижается количество выбросов через предохранительные клапаны и воздушники, уменьшаются частота остановок и связанное с ними сбрасывание газов);

· монтаж и эксплуатация оборудования в соответствии с правилами (это предупреждает газовые выбросы через неплотности).

Процесс синтеза этилового спирта сопровождается значительным уносом фосфорной кислоты, которая может вызвать коррозию оборудования и трубопроводов. Поэтому одной из стадий процесса является нейтрализация продуктов реакции, выходящих из гидрататора в парогазовой фазе путем взаимодействия с подщелоченным водно-спиртовым конденсатом. Образующиеся при нейтрализации соли фосфорной кислоты (0,4-0,5 кг на 1 т спирта) растворяются в водно-спиртовом конденсате и пройдя вместе с продуктами реакции через теплообменник-рекуператор, котлы-утилизаторы, сепараторы и т.д. поступают на узел ректификации и выводятся из системы вместе с обратной промывной водой в канализацию.

В процессе гидратации этилена образуются побочные продукты: диэтиловый эфир, ацетальдегид, полимеры этилена, являющиеся отходами производства. Значительная часть этих соединений удаляется при ректификации и очистке этилового спирта.

С целью улучшения качества спирта и снижения содержания углеводородов в сточных водах производства синтетического этанола в настоящее время на стадии переработки спирта-сырца проводится отвод жидкостной фазы (в составе которой отходы производства - полимеры) с содержанием спирта 40 - 80 об. % с последующим ее разбавлением до содержания спирта 10 - 20 об. % и направлением в отстойник.

Полимеры, являясь водонерастворимыми органическими продуктами, хорошо растворяются в этиловом спирте и в процессе ректификации накапливаются в колонне, достигая максимальной концентрации (17 - 35 об. %) в той части колонны, где концентрация спирта 40 - 80 об.%.