年产8万吨环氧乙烷车间分离精制工段工艺设计.doc

《年产8万吨环氧乙烷车间分离精制工段工艺设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产8万吨环氧乙烷车间分离精制工段工艺设计.doc（16页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、题 目：环氧乙烷车间分离工段工艺设计化工设计任务书1、设计任务：3.0-15.0万吨/年2、开工率:取8000小时计算3、符号说明：W：总质量流量Kg/hr。G:总摩尔流率Kmol/hr。w:组分重量流率Kg/hr。g：组分摩尔流率Kmol/hr。下标m:干基。4、供电、供水、供惰性气体、供气、机修等公用工程由总厂安排、配套提供。5、去其他条件由设计者根据确立的设计方案确定。年产8万吨环氧乙烷车间分离精制工段工艺设计近期，环氧乙烷精深加工产业受到了资本市场的热烈追捧。国内该行业的龙头企业辽宁奥克化学股份有限公司在5月11完成的股票发行中，合计募集资金22.93亿元，超募金额高达17.5亿元，成

2、为了精细化工企业在资本市场上一颗耀眼的明星，也更加凸显出环氧乙烷精深加工产业的无穷魅力和广阔前景。 环氧乙烷是一种非常重要的精细化工原料，能够衍生出乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚等多种精细化工产品，进而可以延伸生产合成洗涤剂、乳化剂、抗冻剂、增塑剂、润滑剂、杀虫剂、熏蒸剂等四五千种产品，应用领域极其广泛。 环氧乙烷衍生精细化学品之一的聚醚单体，可用于生产高性能的混凝土减水剂。环氧乙烷衍生的非离子表面活性剂和聚乙二醇等，在化妆品工业和制药工业中的应用非常广泛：在化妆品工业中，可以作为稠度调节剂，用于膏霜、牙膏和剃须膏等的生产;在制药工业中，可以作为软膏、洗剂和栓剂的基质。与此同时，聚

3、乙二醇还是太阳能光伏电池用晶硅切割液的主要原材料，在橡胶工业中则可以用作润滑剂和分散剂，在化纤工业中可以作为可染聚酯的聚合单体等，此外在塑料、造纸油漆、电镀、农药、金属加工及食品加工等行业也均可以“大显身手”。近两年来，我国环氧乙烷产量虽然大幅增加，其衍生精细化学品产量也明显提高，但是依然满足不了市场需求，许多产品依赖进口来解决。据海关统计，2000年我国环氧乙烷大宗衍生产品乙二醇的进口量只有105万吨，2006年达到406万吨，2007年达到480.2万吨，同比增长18.3%。即使在遭受金融危机严重冲击、市场需求明显萎缩的2008年和2009年，我国乙二醇进口量依然达到521.6万吨和582

4、.8万吨，分别同比增长8.6%和11.7%。自2002年以来，我国乙二醇进口依存度一直保持在70%以上1、 文献综述1.1环氧乙烷性质及用途1.1.1环氧乙烷的理化性质环氧乙烷是一种有机化合物，化学式是C2H4O，是一种有毒的致癌物质，空气中最高容许密度000l g/m。常温常压下为无色易燃气化低温时是无色易流动液体。有乙醚气味，高浓度有刺激臭味。具有温和麻醉性。易溶于水和有机溶剂。化学性质非常活泼，能和许多化合物起加成反应，能还原硝酸银。久储会起聚合反应。易燃，遇高温、明火有引起燃烧爆炸的危险。1.1.2环氧乙烷的用途环氧乙烷是广谱、高效的气体杀菌消毒剂。对消毒物品的穿透力强，可达到物品深部

5、，可以杀灭数病原微生物，包括细菌繁殖体、芽孢、病毒和真菌。气体和液体均有较强杀微生物作用，以气体作用强，故多用其气体。在医学消毒和工业灭菌上用途广泛。常用于食料、纺织物及其他方法不能消毒的对热不稳定的药品和外科器材等进行气体熏蒸消毒，如皮革、棉制品、化纤织物、精密仪器、生物制品、纸张、书籍、文件、某些药物、橡皮制品等1.2工业生产方法及原料路线述评1.2.1工业生产方法环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，UCC公司进行了工业化生产，之后公司基于Lefort有关银催化剂的研究成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺。20世纪50年代末，Shell公司采用近乎纯氧

6、代替空气作为生产环氧乙烷的氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先进的生产方法是用银作催化剂，在列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷。现就这几种方法进行分析比较。(一) 氯醇法 环氧乙烷氯醇法生产分两步进行：首先氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇；然后氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。这种方法存在的严重缺点大致有：1)消耗氧气，排放大量污水，造成严重污染；2)乙烯次氯酸化生产氯乙醇时，同时副产二氧化碳等副产物，在氯乙醇皂化时生产的环氧乙烷可异构化为乙醛，造成环氧乙烷损失，乙烯单耗高；3)氯醇法环氧乙烷，醛的质量分数很高，约

7、为410-6-510-6最低也有210-6 。 氯醇法生产环氧乙烷，由于装置小、产量少、质量差、消耗高，因而成本也高，与大装置氧化法生产的高质量产品相比已失去了市场竞争能力。(二) 直接氧化法 乙烯直接氧化法，分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。a) 空气直接氧化法 空气直接氧化法用空气作氧化剂，因此生产中必须有空气净化装置，以防止空气中有害杂质带人反应器而影响催化剂的活性。空气法的特点是由两台或多台反应器串联，即主反应器和副反应器，为使主反应器催化剂的活性保持在较高水平(63%-75%)，通常以低转化率操作(20%-50%)。b) 氧气直接氧化法 此法是采用制备纯氧或有其他氧源作氧化剂。由于

8、用纯氧作氧化剂，连续引入系统的惰性气体大为减少，未反应的乙烯基本上可完全循环使用。从吸收塔顶出来的循环气必须经过脱碳以除去二氧化碳，然后循环返回反应器，否则二氧化碳质量超过15%，将严重影响催化剂的活性。c) 空气直接氧化法和氧气氧化法的比较 这两种氧化方法均采用列管式固定床反应器。反应器是关键设备，与反应效果密切相关，其反应过程基本相同，包括反应、吸收、汽提和蒸馏精制等工序。但是氧气氧化法与空气氧化法相比前者具有明显的优越性，主要体现在以下几个方面： 1)流程：空气法需要空气净化系统和二次反应器与吸收塔等，以及尾气催化转化器与热量回收系统；氧气法需要分离装置和二氧化碳脱除系统。氧气氧化法与空

9、气氧化法相比，前者工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少。 2)催化剂：生产中催化剂的用量直接影响到产品成本的高低。影响催化剂使用量多少主要有两个因素。一方面是催化剂的性能，如催化剂的选择性及转化率等。氧化法在这方面比较有利，因为选择性高，催化剂需要量少。另一方面是催化剂中银的质量分数，德国Hals公司空气法催化剂银的质量分数约20%；而Shell公司氧气法催化剂银的质量分数仅为10%左右，同样体积的催化剂；含银量几乎相差50%。 3)反应器：在同样生产规模的前提下，氧气法需要较少的反应器，而且，反应器都是并联操作。空气法需要有副反应器，以及二次吸收和汽提塔等，增加了设备投资。 4)收率和单耗：氧

10、气法环氧乙烷收率高于空气法，而且乙烯单耗较低。 5)反应温度：氧气氧化法反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较为有利。 综上所述，氧气氧化法无论是在生产工艺、生产设备、产品收率、反应条件上都具有明显的优越性，因此目前世界上的EO/EG装置普遍采用氧气氧化法生产。但是由于氧气氧化法采用纯氧作原料，因此在氧气价格上涨时，对氧气法生产环氧乙烷的生产总费用会有一定的影响，而空气法就不存在氧气价格变动带来的总费用变动问题，而且氧气法对原料的纯度要求很高，如氧气纯度低，就会显著增加含烃放空气体的数量，造成乙烯单耗提高。尽管如此，通常氧气氧化法的生产成本要比空气氧化法低10%左右。 我

11、国环氧乙烷的生产始于20世纪60年代，采用以乙醇为原料的氯醇法工艺生产环氧乙烷。20世纪70年代后期，随着北京燕山石油化工公司和辽阳石油化纤公司分别引进了美国SD公司和美国UCC公司的两套环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)联产生产装置的建成投产，我国环氧乙烷的生产改为以乙烯为原料进行生产。国内小规模的氯醇法环氧乙烷装置已在1993年下半年被淘汰。目前，我国环氧乙烷和乙二醇生产多采用联产装置，厂家可根据市场情况及时调整环氧乙烷和乙二醇的生产比例，以达到最佳经济收益。截止到2007年底，我国有10多家企业生产环氧乙烷，环氧乙烷(EO)的总生产能力达到209.4万t/a，商品环氧乙烷生产能力达到约60.

12、8万t/a。1.2.2. 环氧乙烷的应用及分类1) 环氧乙烷的主要应用 世界各国环氧乙烷的最大应用领域都是生产乙二醇(包括二乙二醇和三乙二醇)，其次才是生产表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚、聚醚多元醇等其他产品。例如，2006年世界环氧乙烷的总消费量为1 813.3万t，消费情况见表1。 表1 2006年世界环氧乙烷的消费情况消费领域需求量/万t比例/%乙二醇1402.277.33表面活性剂169.49.34乙醇胺93.85.17乙二醇醚51.92.86其他96.05.30合计1813.310000 我国环氧乙烷主要用于生产乙二醇，商品环氧乙烷主要用作生产非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚、聚氨酯

13、原料聚醚等，此外在医药、染料以及橡胶等领域也有一定的消费量。例如，2006年我国环氧乙烷的消费量为145.0万t，其消费情况见表2。 表2 2006年我国环氧乙烷的消费情况消费领域需求置/万t比例/%乙二醇109.075.17表面活性剂21.014.48乙醇胺4.93.38乙二醇醚3.92.69其他6.24.28合计145.0100.00 环氧乙烷的其他应用主要包括聚乙二醇、聚醚多元醇、氯化胆碱、乙氧基化合物等。其中聚乙二醇由环氧乙烷聚合而成，可作为润滑剂、分散剂、黏接剂、赋型剂等，在医药、兽药及化妆品行业中作为软膏、栓剂的基质，滴丸、片剂的载体，成型剂和针剂中的溶剂等，均有着极为广泛的应用；

14、聚醚多元醇由起始剂与环氧乙烷在催化剂存在下经加聚反应制得，主要用作低泡沫洗涤剂、消泡剂、赋形剂、润湿剂、抗静电剂、原油破乳剂、造纸助剂等；氯化胆碱由三甲胺水溶液与环氧乙烷的浓水溶液反应，再用盐酸中和而得，用于治疗脂肪肝和肝硬化，也作为禽畜饲料添加剂；乙氧基化合物是非离子表面活性剂，主要包括三大类：烷基醚类乙氧基化合物、环醚类乙氧基化合物、胺类乙氧基化合物等。 除此之外，环氧乙烷还可用于消毒剂(主要用于医院、仓库、港口以及精密仪器的消毒)、熏蒸剂(用于食品保藏)、抗酸剂(用于降低某些物质的酸度或长期不产生酸性的物质，一些情况下可避免因碱洗引起的水解)以及火箭和喷气燃料等。2) 环氧乙烷的应用情况

15、分类a、乙二醇系列 环氧乙烷的最主要用途是生产乙二醇。乙二醇是一种重要的石油化工基础有机原料，用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等。世界环氧乙烷生产装置几乎全部配套生产乙二醇。目前，国内外乙二醇的工业生产方法主要是环氧乙烷直接水合法，虽然它的工艺成熟，但水比大、能耗高、生产成本较高，为此人们又相继开发出环氧乙烷催化水合法和碳酸乙烯酯法以及由合成气合成乙二醇等各种新的生产方法。其中环氧乙烷催化水合法和碳酸乙烯酯法被认为是今后乙二醇最有发展前景的工业化生产方法，是目前国内外研究开发的热点。非离子表面活性剂,聚醚型非离子表面活性剂一直是环氧乙烷的第二大

16、用途。环氧乙烷与各种含活泼氢的化合物RHX反应，均生成非离子表面活性剂BX(CH2CH2O)nH。RYH为：脂肪醇、烷基酚、脂肪酸、脂肪胺、多元醇等。在这些产品中，以脂肪醇醚和烷基酚醚的工业生产及应用最为重要。这类化合物具有很好的去污作用，对酸和碱都稳定，易于溶解，可制成液体洗涤剂，还可作乳化剂和纤维的抗静电剂。据悉，随着合成洗涤剂工业的发展，超浓缩洗涤剂、高密度粉已逐渐被消费者所接受，对该类非离子表面活性剂的需求也呈急剧增加趋势。 b、 醇胺 环氧乙烷与氨水反应可以生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺3种化合物。环氧乙烷与氨作用，首先生成乙醇胺，继续作用。生成二乙醇胺及三乙醇胺。3种乙醇胺都是无

17、色黏稠液体，有碱性，能吸收二氧化硫及硫化氢等酸性气体，用于净化工业气体；还用作制造乳化剂和原油破乳剂的原料。 c、 乙二醇醚系列 乙二醇醚是指环氧乙烷与各种低碳醇ROH开环聚合生成乙二醇单醚、二乙二醇单醚和三乙二醇单醚，其中ROH为甲醇、乙醇、丁醇、己醇、苯酚等。它们兼具醇和醚的性质，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯，工业上称为溶纤剂。乙二醇醚系列产品主要包括乙二醇甲醚、丁醚、丙醚以及二乙二醇甲醚、丙醚、丁醚，与醋酸反应生成乙二醇醚醋酸酯的混合溶剂，因此用途广泛，主要在汽车工业和其他机械制造业中作为油漆涂料优良溶剂；抗冻剂、制动液添加剂、除草剂及增塑剂的中间体等使用。1.2.3 对发展我国环氧乙烷产业

18、的建议 通过对环氧乙烷生产方法的分析可见，我国环氧乙烷的生产技术已基本上向国际水平接轨。随着我国聚酯以及表面活性剂等领域的快速发展，对环氧乙烷的需求量将不断增加，而目前的产量不能满足市场需求，因而国内在未来几年里将有多家企业建设规模化环氧乙烷/乙二醇装置，环氧乙烷的生产能力和产量将会得到较大的发展。因此，我国在引进国外规模化环氧乙烷/乙二醇装置的同时，一方面应加快消化吸收国外先进技术，另一方面还应积极发展国内技术。在引进技术消化吸收的基础上，我国环氧乙烷用银催化剂生产技术已经取得了长足的进步。环氧乙烷反应器的大型化，也是环氧乙烷生产技术的一个重要发展动向。 通过对环氧乙烷的应用情况分析，环氧乙

19、烷直接应用的数量非常小，一般都要经过进一步加工才能使用。国外环氧乙烷生产商一般都把环氧乙烷做成终端产品，以降低产品成本。因此我国应对环氧乙烷下游产品的开发和应用力口大力度，形成环氧乙烷产业链，以降低生产成本，获取较高的经济效益，保证我国环氧乙烷产业健康稳定地发展。2、 工艺流程设计2.1工艺方案选择环氧乙烷的工业生产方法目前只有氯醇法和直接氧化法。两种方法优缺点比较见表2-1.表2-1环氧乙烷工业生产方法优缺点比较优点缺点氯醇法乙烯纯度要求不高，反应条件较温和消耗大量的氯气和石灰，反应介质有强烈的腐蚀性，且有大量含有氯化钙的污水要排放处理直接氧化法原料单纯，工艺过程简单，无腐蚀性，无大量废料需

20、排放处理，废热可合理利用安全性稍差从这张表我们不难看出，由于直接氧化法与氯醇法相比具有、原料单纯，工艺过程简单，无腐蚀性，无大量废料需排放处理，废热可合理利用等优点，顾得到了迅速发展，现已成为环氧乙烷的主要生产方法。此外乙烯直接氧化法，分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。1931年，法国催化剂公司的Lefort发现乙烯在银催化剂作用下可直接氧化成环氧乙烷，经过进一步的研究与开发形成乙烯空气直接氧化法制环氧乙烷技术。1937年，美国UCC公司首次采用此法建厂生产。1958年，美国Shell公司首次建成了氧气直接氧化法工业装置，氧气直接氧化法技术先进，适宜大规模生产，生产成本低，产品纯度可达99.

21、99%，此外设备体积小，放空量少，氧气氧化法排除的废气量只相当于空气氧化法的2%,相应的乙烯损失也少；另外，氧气氧化法流程比空气氧化法短，设备少，建厂投资可减少15%30%，考虑空分装置的投入，总投资会比空气氧化法高一些，但用纯氧做氧化剂可提高进料浓度和选择性，生产成本大约为空气氧化法的90%；同时，氧气氧化法比空气氧化法反应温度低，有利于延长催化剂的使用寿命。因此，近年来新建的大型装置均采用纯氧作为氧化剂，逐渐取代了空气法而成为占绝对优势的工业生产方法。所以此次设计也采用乙烯的氧气直接氧化法的工艺方案。2.2工艺基本原理2.2.1乙烯的环氧化反应 在银催化剂上乙烯用空气或纯氧氧化，除得到产物

22、环氧乙烷外，主要的副产物是二氧化碳和水，并有少量的甲醛和乙醛生成。其反应的动力学图式可以表示。用示踪原子研究结果，表明完全氧化产物二氧化碳和水主要是由乙烯直接氧化生成，反应的选择性主要决定于平行副反应的竞争。由环氧乙烷氧化为二氧化碳和水的连串副反应也有发生，但是次要的。产物环氧乙烷的氧化可能是先异构为乙醛，在氧化为二氧化碳和水，由于乙醛在反应条件下易氧化，故在反应产物中只有少量乙醛存在。 (21)甲醛是乙烯的降解氧化副产物 (22)乙烯的完全氧化是强放热反应，其余反应热效应要比乙烯的环氧化反应大十多倍。 （23）H0298K=-103.4kJ/molH0523K=-107.2kJ/mol (2

23、4)H0298K=-1324.6kJ/molH0523K=-1324.6kJ/mol故完全氧化副反应的发生，不仅使环氧乙烷的选择性降低，而且对反应热效应也有很大的影响，表22是反应选择性预热效应的关系。当选择性下降热效应明显增加，故反应过程中选择性的控制十分重要。如选择性下降移热慢，反应温度就会迅速上升，甚至产生飞温。表22 乙烯环氧化的选择性与反应的热效应选择性%70605040反应放出的总热量，kJ/mol转化乙烯472.2593.9715.0837.22.2.2乙烯直接环氧化反应机理关于乙烯在银催化剂上直接氧化为环氧乙烷的反应机理已经进行了许多研究，但到目前为止，尚未有完全一致的认识。下

24、面介绍是近几年来利用红外吸收光谱和同位素交换等研究方法对氧在银催化剂表面的吸附，乙烯和吸附氧的作用，以及乙烯氧化为环氧乙烷的反应机理提出的看法。（1）氧化在银催化剂表面上可能发生两种形式的化学吸附。一种是氧的解离吸附，生成O2-,这种吸附在任何温度吸附速度都非常快，吸附活化能很低，但必须有四个相邻的银原子金属簇存在。 （25）乙烯与解离吸附氧O2-作用，唯一产物是二氧化碳和水，当有二氯乙烷等抑制剂存在时，由于覆盖了部分银表面，使这种解离吸附受到阻抑，从而使完全氧化减少，如银表面的1/4为氯所覆盖，这类氧的吸附则可完全被抑制。但在较高温度时经过吸附位的迁移，在不相邻的银原子上也能发生氧的解离吸附

25、 （26）但这种解离吸附与前面的解离吸附不同，活化能很高，不易发生。（2）另一种吸附是活化能33kJ/mol的不解离吸附，发生于当在催化剂表面上有4个相邻的银原子簇可被利用时，这种化学吸附生成离子化的分子氧吸附态 （27）乙烯与吸附的离子化分子态氧反应，能有选择性地氧化为环氧乙烷并同时生成一个一个吸附的原子态氧。 (28)乙烯与Ag-O(吸附)反应，则氧化为二氧化碳和水。 （29）总反应式为： （210）根据此机理，如氧的解离吸附完全被抑制，而产物环氧乙烷不再继续氧化，那么乙烯环氧化反应的最大选择性为6/7，即85.7%。要达到此最高选择性，催化剂表面必须设有4个相邻的银原子簇存在，这与下列诸

26、因素有关：催化剂的组成；催化剂的制备条件；抑制剂的用量；反应温度的控制等。但对上述机理仍有不同看法。例如有的研究工作者用红外吸收光谱研究的结果，对反应机理提出不同的看法、乙烯环氧化反应和完全氧化反应都是乙烯与原子态吸附氧的反应。气相中乙烯与原子态吸附氧反应主要生成环氧乙烷，而吸附乙烯与原子态吸附氧反应则生成二氧化碳和水。抑制剂二氯乙烷的作用是由于Cl的吸附掩盖了部分活性表面，使吸附乙烯的浓度降低，因而选择性提高，根据此看法，环氧乙烷的选择性就不受85.7%的限制。实际上，此反应的选择性在转化率低时，可达90%以上。在低温（373K）下反应，选择性可接近100%，但转化率太低，没有实际意义，而这

27、些现象，不能用前述反应机理解释。2.2.3乙烯直接环氧化影响因素1、催化剂的选择由于选择性在反应过程中的重要性，所以要选择选择性好的催化剂，银催化剂对乙烯环氧化反应较好的选择性，强度、热稳定性、寿命符合要求，所以用银催化剂。催化剂由活性组分银、载体和助催化剂组成。助催化剂主要有碱金属、碱土金属、稀土金属化合物等。其作用是提高活性、增大稳定性、延长寿命。抑制剂的作用是抑制非目标产物的形成，主要有硒、碲、氯、溴等。载体的主要功能是负载、分散活性组分，提高稳定性。载体的结构（特别是孔结构）对助剂活性的发挥、选择性控制有极大的影响（乙烯氧化制环氧乙烷的特殊性要求载体比表面积低并且以大孔为主）。2、反应

28、压力加压对氧化反应的选择性无显著影响，但可提高反应器的生产能力且有利于环氧乙烷的回收，故采用加压氧化法，但压力高对设备的要求高费用增加催化剂易损坏。故采用操作压力为2Mpa左右。3、反应温度及空速的影响影响转化率和选择性的主要因素是温度。温度过高，反应速度快、转化率高、选择性下降、催化剂活性衰退快、易造成飞温；温度过低，速度慢、生产能力小。所以要控制适宜温度，其与催化剂的选择性有关，一般控制的适宜温度在200-260。 另一个因素是空速，与温度相比次因素是次要的，但空速减小，转化率增高，选择性也要降低，而且空速不仅影响转化率和选择性，也影响催化剂得空时收率和单位时间的放热量，故必须全面衡量，现

29、工业上采用的混合起空速一般为7000/h左右，也有更高。以氧气作氧化剂单程转化率控制在12-15%，选择性可达75-80%后更高。4、原料纯度及配比原料其中的杂质可能给反应带来不利影响：使催化剂中毒而活性下降，如乙炔和硫化物使催化剂永久中毒，乙炔和银形成的乙炔银受热会发生爆炸性分解；使选择性下降（铁离子）；使反应热效应增大（H2、C3以上烷烃和烯烃）；影响爆炸极限，如氩气是惰性气体但其会使氧的爆炸极限浓度降低而且增加爆炸的危险性，氢也有同样的效应，故原料中的杂质含量要严格控制。（乙炔5ppm,C3以上烃1ppm,硫化1ppm,H25ppm） 进入反应器的混合气组成：由于反应的单程转化率较低故采

30、用具有循环的乙烯环氧化过程，进入反应器的混合气是由循环气和新鲜原料气混合而成的，其组成既影响经济效果也关系生产安全。氧的含量必须低于爆炸极限浓度，因乙烯的浓度影响氧的极限浓度而且影响催化剂的生产能力，所以其浓度也需控制。乙烯和氧浓度有一适量值（如浓度过高，反应快，放热多，反应器的热负荷大，如放热和除热不能平衡，就造成飞温），以氧为氧化剂为使反应不致太剧烈仍须加入稀释剂，以氮作稀释剂进反应器的乙烯浓度可达15-20%，氧浓度为8%左右。由于反应的转化率比较低，为了充分利用原料从吸收塔出来的气体须循环，由于循环气中含有杂质和反应副产物所以需要在循环之前将一部分有害气体排除，即脱除二氧化碳。从吸收塔

31、排出的气体，大部分（90%）循环使用，小部分送二氧化碳吸收装置，用碱洗法（热碳酸钾溶液）脱除掉副反应生成的二氧化碳。二氧化碳对环氧化反应有抑制作用，但适量提高其含量对反应的选择性有好处，且提高氧的爆炸极限，故循环气中允许有一定量二氧化碳，但不宜过多，因反应产生二氧化碳所以须脱除。5、 致稳气惰性的，能减小混合气的爆炸限，增加体系的安全性。比热容较高，有效的移出部分反应热，增加体系稳定性，因此常常采用氮气和甲烷等。2.3工艺流程乙烯在Ag/-Al2O3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺，由于所采用的氧化剂不同，有空气氧化法和氧气氧化法两种。两者所用的催化剂和工艺条件的控制不同，工艺流程的组织

32、也有差异。氧气氧化法虽安全性不如空气氧化法好，但氧气氧化法的选择性较好，乙烯单耗较低，催化剂的生产能力较大，据评价生产规模在（1.020）104t/a范围内，总的投资费用比空气氧化法低，故新建的工厂大多采用氧气氧化法，只有生产规模小时，才采用空气氧化法。氧气氧化法的工艺流程，氧气是从空气分离装置得到。氧气氧化法生产环氧乙烷的工艺流程主要分为两部分：反映部分和环氧乙烷的回收和精制部分。具体工艺流程见图21。由于此次设计的内容是环氧乙烷的分离和精制故反映部分不做详细阐述。2.3.1反映部分工艺流程流程简述略。2.3.2环氧乙烷回收和精致部分的工艺流程自环氧乙烷吸收塔塔底排出的环氧乙烷吸收液，含环氧

33、乙烷仅1.5%左右，并含有少量的副产物甲醛和乙醛，尚溶有二氧化碳，需进一步提浓精制已获得所需纯度的环氧乙烷。在环氧乙烷的吸收和解析过程中，吸收剂水是循环利用的组成闭路循环，减少污染。上述流程中分出一部分环氧乙烷水溶液，用于水合制取乙二醇，这一部分环氧乙烷水溶液中含有副产物乙醛和甲醛，这样可避免这些副产物在系统中积累。在大规模生产中，影响环氧乙烷生产成本的主要因素是原料的单耗，原料费用要占产品成本的70%以上。影响原料单耗的关键是催化剂的选择性。但操作条件的优化，反应器传热条件的改善，对提高选择性也能产生有益的影响。例如改用CH4做稀释剂，由于CH4的导热性能比氮好，可是选择性提高2%4%。近年

34、来，由于催化剂、稀释剂、操作条件和反映器结构的改造等多方面的改进，是原料的单耗，有不同程度的降低（见表23）。表23 氧气氧化法生产环氧乙烷的原料单耗举例催化剂代号UCC-1285SDS-804Shell8-839选择性/%828080催化剂生产能力/（kg环氧乙烷/kg催化剂h）0.20750.16880.2060原料单耗/t/t环氧乙烷100%乙烯100%氧0.80800.94840.87801.10440.83901.0211关于能耗方面，除了放映选择性和反应热的利用等影响因素外，环氧乙烷吸收液的浓度和吸收水热量的利用，对能耗也有显著影响，近年来做了许多方面的改进。例如在环氧乙烷吸收系统

35、和解析系统设置多个换热器，以回收不同位能的热量；低位能能量的回收和利用；降低吸收水温度以提高吸收效率，提高吸收液中环氧乙烷的浓度，减少循环水量；CO2脱除系统热量的回收和利用等。环氧乙烷易自聚，尤在铁、酸、碱、醛等杂质存在和高温情况下更易自聚。自聚时有热量放出，结果引起温度和压力上升，甚至引起爆炸事故，因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁，并保持在00C以下。2.4设计参数一览表2.4.1原料气组成原料气组成见下表。表24 进反应器混合气组成（%，mol）乙烯O2CO2N2ArCH4C2H6H2O15.007.0010.5553.2712.400.630.870.282.4.2设计参数氧气氧化法个参数控制和结果举例（见表25）表25 设计参数及结果举例新鲜原料乙烯和氧的用量比（mol）约1:1.2反应温度（0C）204244反应压力（Mpa）2.1空速（h-1）60007000乙烯单程转化率(%mol)12.3选择性(%mol)71.3乙烯总转化率(%mol)99