環(huán)氧乙烷的制取設(shè)計方案(已修改)
2025-05-16 08:52 本頁面
【正文】 環(huán)氧乙烷的制取設(shè)計方案設(shè)計方案簡介環(huán)氧乙烷（簡稱EO）是最簡單也是最重要的環(huán)氧化合物，在常溫下為氣體，℃?？梢耘c水、醇、醚及大多數(shù)有機溶劑以任意比混合。有毒，易自聚，尤其當有鐵，酸，堿，醛等雜質(zhì)或高溫下更是如此，自聚時放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持在0℃以下。環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料產(chǎn)品中的第三大品種，僅次于聚乙烯和苯乙烯。它的用途是制取生產(chǎn)聚酯樹脂和聚酯纖維的單體、制備表面活性劑，此外還用于制備乙醇胺類、乙二醇醚類等。一、反應(yīng)過程分析： 工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷最早采用的方法是氯醇法，該法分兩步進行，第一步將乙烯和氯通入水中反應(yīng)生成2氯乙醇，2氯乙醇水溶液濃度控制在6%7%（質(zhì)量）。第二步使2氯乙醇與Ca(OH)2反應(yīng)，生成環(huán)氧乙烷。該法的優(yōu)點是對乙烯的濃度要求不高，反應(yīng)條件較緩和，其主要缺點是要消耗大量氯氣和石灰，反應(yīng)介質(zhì)有強腐蝕性，且有大量含氯化鈣的污水要排放。因此開發(fā)了乙烯直接氧化法，取代氯醇法。工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法，在銀催化劑上乙烯用空氣或純氧氧化。乙烯在Ag/αAl2O3催化劑存在下直接氧化制取環(huán)氧乙烷的工藝，可用空氣氧化也可以用氧氣氧化，氧氣氧化法雖然安全性不如空氣氧化法好 ，但氧氣氧化法選擇性較好，乙烯單耗較低，催化劑的生產(chǎn)能力較大，故大規(guī)模生產(chǎn)采用氧氣氧化法。主要反應(yīng)方程式如下： 主反應(yīng) 副反應(yīng)由乙烯環(huán)氧化反應(yīng)的動力學(xué)可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱效應(yīng)要比乙烯環(huán)氧化反應(yīng)大十多倍。故副反應(yīng)的發(fā)生不僅使環(huán)氧乙烷的選擇性降低，而且對反映熱效應(yīng)也有很大的影響。選擇性下降，熱效應(yīng)就明顯增加，如選擇性下降移熱慢，反應(yīng)溫度就會迅速上升，甚至產(chǎn)生飛溫。所以反應(yīng)過程中選擇性的控制十分重要。二、催化劑的選擇：環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷是一個強放熱放應(yīng)，為減少深度氧化的副反應(yīng)，提高選擇性，催化劑的選擇非常重要。研究表明，只有在銀催化劑催化下乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)才有較高的選擇性。工業(yè)上使用的銀催化劑是由活性組分，載體和助催化劑所組成。載體 載體的主要功能是分散活性組分和防止銀微晶的半熔和燒結(jié)，使其活性保持穩(wěn)定。由于乙烯環(huán)氧化過程存在平行副反應(yīng)和連串副反應(yīng)的競爭，又是一強放熱反應(yīng) ，故載體的表面結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)熱性能，對反應(yīng)的選擇性和催化劑顆粒內(nèi)部溫度的分布有顯著的影響。載體表面積大，活性比表面積大，催化劑活性高但也有利于乙烯完全氧化反應(yīng)的發(fā)生，甚至生成的環(huán)氧乙烷很少。載體如有空隙，由于反應(yīng)物在細空隙中的擴散速度慢，產(chǎn)物環(huán)氧乙烷在空隙中濃度比主體濃度高，有利于連串副反應(yīng)地進行。工業(yè)上為了控制反應(yīng)速度和選擇性，均采用低比表面積無孔隙或粗空隙惰性物質(zhì)作為載體，并要求有較好的導(dǎo)熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。工業(yè)上常用的載體又碳化硅，α－氧化鋁和含有少量氧化硅的α－氧化鋁等?！ ≈呋瘎∷捎玫闹呋瘎┯袎A金屬類，堿土金屬類和稀土元素化合物等。堿土金屬類中，用得最廣泛的是鋇鹽。在銀催化劑中加入少量鋇鹽，可增加催化劑的抗熔結(jié)能力，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性，延長其壽命，并可提高活性。據(jù)研究兩種或兩種以上的助催化劑起到協(xié)同作用，可提高選擇性?！ ∫种苿? 在銀催化劑中加入少量硒碲氯溴等對抑制二氧化碳的生成，提高環(huán)氧乙烷的選擇性有較好的效果。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調(diào)節(jié)溫度。三、反應(yīng)器及混合器的選擇： 乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷是一強放熱反應(yīng)，溫度對反應(yīng)的選擇性又甚敏感，對于這種反應(yīng)最好采用流化床反應(yīng)器，但因為細顆粒的銀催化劑易結(jié)塊也易磨損，流化質(zhì)量很快惡化，催化劑效率急速下降，故工業(yè)上普遍采用的是列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)放催化劑，管間走冷卻介質(zhì)?！ ≡谂渲苹旌蠚鈺r，由于純氧加入到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中去，必須使氧和循環(huán)氣迅速混合達到安全組成，如果混合不好很可能形成氧濃度局部超過極限濃度，進入熱交換器時易引起爆炸危險。為此，混和器的設(shè)計極為重要，工業(yè)上是借多空噴射器對著混和氣流的下游將氧高速度噴射到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中，使他們迅速進行均勻混合。為了確保安全，需要用自動分析檢測儀監(jiān)視，并配制自動報警連鎖切斷系統(tǒng)，熱交換器安裝需要有防爆措施。四、影響因素（反應(yīng)條件）的分析：⑴ 反應(yīng)溫度乙烯環(huán)氧化過程中存在著平行的完全氧化副反應(yīng)，影響轉(zhuǎn)化率和選擇性的主要因素是溫度。溫度過高，反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化率高、選擇性下降、催化劑活性衰退快、易造成飛溫；溫度過低，速度慢、生產(chǎn)能力小。所以要控制適宜溫度，其與催化劑的選擇性有關(guān)，一般控制的適宜溫度在200260℃。⑵ 反應(yīng)壓力加壓對氧化反應(yīng)的選擇性無顯著影響，但可提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力且有利于環(huán)氧乙烷的回收，故采用加壓氧化法，但壓力高對設(shè)備的要求高費用增加催化劑易損壞。故采用操作壓力為2Mpa左右。⑶ 空速與溫度相比該因素是次要的，但空速減小，轉(zhuǎn)化率增高，選擇性也要降低，而且空速不僅影響轉(zhuǎn)化率和選擇性，也影響催化劑的空時收率和單位時間的放熱量，故必須全面衡量，現(xiàn)在工業(yè)上采用的混合氣空速一般為40008000/h左右，也有更高的。催化劑性能高反應(yīng)熱能及時移出時選擇高空速，反之選擇低空速。⑷ 原料純度原料其中的雜質(zhì)可能給反應(yīng)帶來不利影響：①使催化劑中毒而活性下降，如乙炔和硫化物使催化劑永久中毒，乙炔和銀形成的乙炔銀受熱會發(fā)生爆炸性分解；使選擇性下降（鐵離子）；②使反應(yīng)熱效應(yīng)增大（HC3以上烷烴和烯烴）；③影響爆炸極限，如氬氣是惰性氣體但其會使氧的爆炸極限濃度降低而且增加爆炸的危險性，氫也有同樣的效應(yīng)，故原料中的雜質(zhì)含量要嚴格控制乙炔5ppm,C3以上烴1ppm,硫化物1ppm,H25ppm）。⑸ 進入反應(yīng)器的混合氣配比由于反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率較低故采用具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過程，進入反應(yīng)器的混合氣是由循環(huán)氣和新鮮原料氣混合而成的，其組成既影響經(jīng)濟效益也關(guān)系生產(chǎn)安全。氧的含量必須低于爆炸極限濃度，因乙烯的濃度影響氧的極限濃度而且影響催化劑的生產(chǎn)能力，所以其濃度也需控制。乙烯和氧濃度有一適量值（如濃度過高，反應(yīng)快，放熱多，反應(yīng)器的熱負荷大，如放熱和除熱不能
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