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 вцех газоразделения совместно с газом пиролиза.

3.1.2 Отделение ректификации водно-спиртового конденсата