乙烯制環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝概述目錄TOC\o"1-2"\h\u256431.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì) 1257261.2環(huán)氧乙烷生產(chǎn)方法 1132311.3乙烯制環(huán)氧乙烷工藝流程 31.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)環(huán)氧乙烷屬于簡(jiǎn)單的三元環(huán)醚，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示。這種物質(zhì)很容易打開環(huán)，然后釋放出大量的能量，在常溫下，非常容易和環(huán)境中常見的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氫氧化物、堿金屬和高活性催化劑（如鐵、錫、鋁等）與環(huán)氧乙烷接觸時(shí)，環(huán)氧乙烷會(huì)迅速發(fā)生歧化、自聚和分解，釋放許多的熱。由于上述環(huán)氧乙烷極易發(fā)生反應(yīng)的特質(zhì)，在制備和生產(chǎn)階段需要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和環(huán)境要求。在生產(chǎn)和合成前，必須充分了解其基本物理性質(zhì)。圖2-1環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷化工生產(chǎn)階段的基本物理性質(zhì)包括密度黏度、恒壓和蒸汽壓力比熱容。利用Aspen軟件分析了材料在不同溫度下的實(shí)際密度和比熱容。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，環(huán)氧乙烷的蒸氣壓和飽和度迅速升高，85℃時(shí)可超過1000kPa。它對(duì)溫度因素非常敏感，密度隨溫度的升高而降低，比熱容隨溫度的升高而升高。新時(shí)期環(huán)氧乙烷加工最常用的工藝是直接氧化法，其壓力范圍為1.98～1.09mpa，溫度在210～220℃之間。1.2環(huán)氧乙烷生產(chǎn)方法1.1.1氯醇法氯醇法是環(huán)氧乙烷的早期生產(chǎn)方法。它包括以下兩種反應(yīng)：(1)(2)由于氯醇工藝技術(shù)不成熟，環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)出來的氯化鈣對(duì)設(shè)備危害大，早已不被使用。1.1.2直接氧化法Lefort提出直接氧化法，包括的反應(yīng)如下：（3）(4)（5）(6)由于反應(yīng)（5）到（6）的反應(yīng)速率與主反應(yīng)相比非常小，因此反應(yīng)（3）和（4）是工業(yè)上的主要反應(yīng)。此方法比起氯醇法對(duì)設(shè)備腐蝕更小，對(duì)環(huán)境更加友好，能源利用率高，是工業(yè)應(yīng)用的主流方法。對(duì)比與用空氣來氧化的方法相比，此類氧化法工藝流程短，所需要的設(shè)備裝置的數(shù)量少，裝置建設(shè)所需要的資金少；此類氧化法在氧化反應(yīng)的過程中，主反應(yīng)的選擇性比用空氣來氧化的方法更高，完成反應(yīng)所需的溫度更低，有利于延長(zhǎng)催化劑的壽命以保持長(zhǎng)時(shí)間的使用。而且它所需要的成本比用空氣來氧化的方法低了將近10%。對(duì)比下來，直接氧化法對(duì)于用空氣來氧化的方法來說，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于空氣氧化法。根據(jù)前面的分析，本次設(shè)計(jì)采用直接氧化法進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.1.3CEBC-EO法堪薩斯大學(xué)cebc研究中心提出了以甲基氧化錸（MTO）為催化劑，過氧化氫水溶液為氧化劑制備環(huán)氧乙烷的方法。圖2-2CEBC液相法制環(huán)氧乙烷示意圖在間歇式反應(yīng)器中。將乙烯氣體的壓力增加至4.5MPa左右，通入H2O2中。催化劑為甲基氧化錸，用吡啶氮氧化物來抑制和緩和副反應(yīng)。當(dāng)溶液的溫度被保持在30℃左右時(shí)，反應(yīng)如下：這種方法的另一個(gè)產(chǎn)物是水，比上個(gè)世紀(jì)傳統(tǒng)的工業(yè)氧化的方法更綠色環(huán)保，原料的使用率更高，同時(shí)操作上更為安全，有待往后的向工業(yè)的方向發(fā)展。1.3乙烯制環(huán)氧乙烷工藝流程1.3.1環(huán)氧乙烷aspen模型與工藝流程表2-1基本參數(shù)表設(shè)備模型作用介紹主要參數(shù)氧化反應(yīng)器1RStoic固定床反應(yīng)器溫度220°C壓力1.07MPa換熱器1Heater使氣體通過之后到達(dá)反應(yīng)需要的溫度出口溫度189.5°C壓力1.21MPa氧化反應(yīng)器2RStoic固定床反應(yīng)器溫度220°C壓力1.07MPa換熱器2Heater使氣體冷卻到所需要的溫度岀口溫度86°C壓力1.07MPa換熱器3Heater進(jìn)一步冷卻氣體出口溫度70°C壓力1.98MPa水洗吸收塔RadFrac水洗塔，吸收氣體中的環(huán)氧乙烷塔板數(shù)13,無冷凝器和再沸器塔頂壓力1.96MPa圖2-2環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖進(jìn)料首先進(jìn)入換熱器，由換熱器1的管程加熱后，含有乙烯、氧氣等的物料氣體進(jìn)入混合器后一分為二進(jìn)入兩個(gè)反應(yīng)器。用導(dǎo)入油去除反應(yīng)器殼程的反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，來達(dá)到控制反應(yīng)進(jìn)行時(shí)溫度的目的。在另一端，含有乙烯、氧氣等的物料氣體給水預(yù)熱至50℃。離開反應(yīng)器1、2氣冷段的氣體經(jīng)過二次冷卻至70℃，進(jìn)入水洗塔吸收段與50℃逆流接觸通入吸收塔的水。幾乎完全吸收環(huán)氧乙烷與吸收微小部分原料中的氣體。選用aspen模型Rstoic作為氧化反應(yīng)器選用的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器模型，設(shè)置乙烯—氧氣開環(huán)氧化反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的方程式如下:（7）（8）選用syndox銀催化劑作