【正文】 3 物料衡算 ~18~ 解得：2Ny= 7）設：氬氣的吸收率為2N?；針對混合器列氬氣的物料衡算方程，得： 反應器中的氬氣的量 =新鮮氧氣原料中的氬氣的量 +循環(huán)氣中的氬氣的量 ArArAr yRyFyMF 39。339。39。2 HCHCHC yRyFyMF ????? 循環(huán)氣中的乙烷的量 = )()1(6262 ????? HCHCyMF ? 即： )0 0 1 ()0 0 0 0 (% 1 3 6262 ????????? HCHC yMFyMF 解得：62HCy= 6）設：氮氣的吸收率為2N?；針對混合器列氮氣的物料衡算方程，得： 反應器中的氮氣的量 =新鮮氧氣原料中的氮氣的量 +新鮮甲烷原料中的氮氣的量 +循環(huán)氣中的氮氣的量 622262 39。39。39。39。CO? 針對混合器列二氧化碳的物料衡算方程，得： 反應器中的二氧化碳的量 =新鮮甲烷進料中的二氧化碳的量 +循環(huán)氣中的二氧化碳的量：22 39。1 OOO yRyFyMF ????? 循環(huán)氣中的氧氣量 =反應 器中的氧氣量 反應消耗的氧氣量 氧氣的吸收量 氧氣的排放量 )()(])([42242239。）。 （ 2）環(huán)氧乙烷吸收塔吸收率（ %）： 氮氣： 氬氣： 氧氣： 甲烷： 乙烯： 乙烷： 二氧化碳： 環(huán)氧乙烷： 乙醛： 100 水： 乙二醇： 100 （ 3）計算過程 1）計算新鮮乙烯原料中乙烯量 沈陽化工學院學士學位論文 3 物料衡算 ~15~ = hKm ol /% 100010000 ??? ????? ?? 合成收率開工率 設計任務 新鮮乙烯原料中甲烷的量 = hK m o l /%% ?? 新鮮乙烯原料中乙烷的量 = hKm ol /%% ?? 新鮮乙烯原料的量 =新鮮乙烯原料中乙烯量 +新鮮乙烯原料中甲烷的量 +新鮮乙烯原料中乙烷的量 即： F2=++=設：反應器的進料量為 MF(Kmol/h)；新鮮甲烷原料量為 F3；針對混合器列乙烯和甲烷的物料衡算方程，得： )1(%502138520201801)%101%30%30 3 。EO 精制塔塔釜主要是含有乙二醇、醛和至少 30%wt 環(huán)氧乙烷的水溶液，也送到400的乙二醇反應器。在 EO 精制塔 C302 中 ,EO 從塔頂蒸出，塔頂氣冷凝并過冷后，大部分凝液作為回流，一部分作為低純度 EO 產(chǎn)品進乙二醇反應器，這股 物流含有微量雜質(zhì)如 CO2 和甲醛。在輕組分塔中， CO C2H4 和其他溶解在EO 水溶液中的輕組分和部分 EO 蒸汽一起脫除。在解吸塔頂冷卻器 E302A/B 中被冷卻到 15℃，大部分 EO 作為凝液回到解吸塔頂緩沖罐 V301。 EO 解吸塔頂蒸汽大約含 60%EO 和 40%的水，先在 E208 中預熱 EO 解吸塔的進料，然后和輕組分塔 頂物一起進到解吸塔塔頂冷卻器 E301 中，溫度從 79℃被冷卻到 47℃。來自 E211 的冷凝液進入放空分離罐 V208，在這里氣體與凝液分離后排放到大氣，冷凝液用泵送到廢水處理系統(tǒng)。來自碳酸鹽閃蒸罐 V202 的液體在 CO2沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~11~ 解吸塔 C202 中，用再沸器和直接蒸汽使之解吸，操作壓力接近于大氣壓。被閃蒸出的氣體在E304 中冷卻脫水后，經(jīng)尾氣壓縮機壓縮，在 EO 吸收塔的 上游進入循環(huán)氣管線。當罐 V201 的液位降到正常值時，閥門自動關閉。分離罐 V201收集的冷凝液，一般送到碳酸鹽閃蒸罐填料頂部，洗滌碳酸鹽閃蒸罐 V202 閃蒸出的氣體。在氣體冷凝器 E202 中，這股氣體被壓縮機出口旁路通過 CO2 脫除系統(tǒng)的循環(huán)氣冷卻到 70℃，部分水從氣體中分離出來，在 E202 中循環(huán)氣從 58℃被加熱到 87℃。在 E201 中 CO2 吸收塔進料氣體處于持續(xù)飽和狀態(tài)。用 CO2 解吸塔頂部出料做加熱介質(zhì)，用清潔的冷凝液使物流飽和。 循環(huán)氣中的二氧化碳用碳酸鉀溶液吸收脫除。循環(huán)氣壓縮機出口引出一股較大的物流，去二氧化碳吸收塔脫除 C02。EO 吸收塔塔頂物經(jīng)氣液分離罐 V204 進入循環(huán)氣壓縮機。急冷排放液中的 EO 在急冷排放解吸塔 C205 中回收，解吸介質(zhì)為直接通入蒸汽。解吸 EO 所需的蒸汽一部分來自汽提段，一部分來自加入的蒸汽。富吸收液離開 EO 吸收塔的溫度為 47℃，預熱 到 105℃后進入EO 汽提塔頂部，塔頂出料 (EO/H2O)進入輕組分脫除和 EO 精制部分。離開急冷段的氣體用貧吸收液洗滌以回收 E0。 冷卻后的反應產(chǎn)品氣體進到 EO 吸收塔 C203 的急冷部分。被預熱的反應器進料氣體進入列管式 EO 反應器 R101，在反應器中，乙烯和氧氣在銀催化劑床層上進行反應，主要生成 E0；副產(chǎn)品有二氧化碳、水和微量的醛類。 二氧化碳脫除原理 本裝置采用碳酸鹽溶液吸收 CO2，以脫除氧化反應的副產(chǎn)物 CO2，此吸收為化學吸收： K2CO3 + CO2 + H2O→2KHC O3 + (7) 應分五步進行： H2O===H+ + OH (8) K2CO3===CO32 + 2K+ (9) H+ + CO32===HCO3 (10) K+ + HCO3 ===KHCO3 (11) CO2 + OH===HCO3 (12) 速度由第五步控制，在接近大氣壓下，用蒸汽汽提富碳酸鹽液，將 CO2 從系統(tǒng)中解析出來，排至大氣 : 沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~9~ KHCO3→K 2CO3+CO2 十 H2O (13) 工藝流程 循環(huán)氣首先與新鮮乙烯、甲烷經(jīng)脫硫床下游的乙烯過濾器 S102 混合，然后進入氧氣混合噴嘴 M101，氧氣經(jīng)過濾器 S101 除掉固體顆粒后在這里加入循環(huán)氣中。 C HOOCHOHC ?? 342 (5) OHCOOC H OCH 2223 2225 ??? (6) 反應器副產(chǎn)物中除 CO2 和 H2O 以外還有微量的乙醛和甲醛。 CO2 還由 EO 氧化而得，這時它首先被異構 為乙醛，然后很快被氧化為 CO2和 H2O。首先，乙 烯直接氧化生成 CO2 和水并伴隨著許多壽命極短的部分氧化中間產(chǎn)物： m o lK c a lOHCOOHC /3 2 0223 22242 ???? (2) 這一反應用氯化物來加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即 1,2— 二氯乙烷（ EDC）， EO 自身有也一定的阻止進一步氧化的能力。在銀催化劑作用下的反應方程式如下： 22 4 2 22012AgCCHC H O ?? ????? 催 化 劑2CH2 4 .7 /KCal m o lO? (1) 另外，乙烯直接氧化還有副產(chǎn)物生成，其中 CO2 和水最多。但在通常的氧化條件下，乙烯的分子骨架容易被破壞，而發(fā)生深度氧化生成二氧化碳和水。 綜上所述，本設計采用乙烯直接氧化法。沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~7~ 由于氧氣氧化法比空氣氧化法有明顯的優(yōu)越性，因此目前世界上的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置普遍采用氧氣氧化法。 氧氣氧化法與空氣氧化法相比，工藝流程稍短，設備較少，建廠投資少；氧化反應中催化劑的選擇性高，反應溫度比空氣法低，對催化劑壽命的延長和維持生產(chǎn)的平穩(wěn)操作較為有利。 1931 年法國催化劑公司的 Lefort 發(fā)現(xiàn)乙烯在銀催化劑作用下可以直接氧化成環(huán)氧乙烷，經(jīng)過進一步的研究與開發(fā)形成乙烯空氣直接氧化法制環(huán)氧乙烷技術，1937 年美國 UCC 公司首次采用此法建廠生產(chǎn)。盡管氯醇法乙烯利用率高，但生產(chǎn)過程中消耗大量氯氣，腐蝕設備，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低，現(xiàn)已基本被淘汰。 氯醇法 氯醇法是早期的工業(yè)生產(chǎn)方法，分兩步完成，首先由氯氣和水反應生成次氯酸，次氯酸與乙烯反應生成氯乙醇，然后氯乙醇與 氫氧化鈣皂化生成環(huán)氧乙烷。環(huán)氧乙烷本身還可開環(huán)聚合生成聚乙二醇。與氫鹵酸作用，環(huán)氧乙烷與氫鹵酸在室溫或更低的沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~6~ 溫度下反應，生成鹵醇，可用于定量分析環(huán)氧乙烷及環(huán)氧乙烷型化合物。當用甲醇、乙醇、丁醇等低級醇與環(huán)氧乙烷作用時，分別生成乙二 醇 —甲醚、乙二醇 —乙醚、乙二醇 —丁醚。環(huán)氧乙烷易自聚，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。相對密度 (水 )=1： ，相對密度 (空氣 )=1： 。到 2020 年 我國 EO 的生產(chǎn)能力將激增至 2160kt/a，在未來兩年內(nèi)國內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻一番，可見我國 EO 工業(yè)市場需求與發(fā)展前景之好。 隨著我國聚酯與表面活性劑等領域的迅猛發(fā)展， EO 遠不能滿足市場需求， 因此有多家企業(yè)計劃建設規(guī)?；?EO 生產(chǎn)裝置，可以預計未來幾年我國 EO 的生產(chǎn)能力將呈現(xiàn)迅速增加的勢頭。 20 世紀 70 年代我國開始引進以生產(chǎn)聚酯原料乙二醇為目的產(chǎn)物的環(huán)氧乙烷 /乙二醇聯(lián)產(chǎn)裝置，我國 EO 生產(chǎn)與應用已走上快速發(fā)展道路，至今已經(jīng)引進十余套 EO 生產(chǎn)裝置。而性能最優(yōu)異的是一種含銀載體用硝酸 鉀和高錳酸鉀溶液多次浸漬制備的催化劑，這種銀催化劑中含鉀質(zhì)量分數(shù) ，錳質(zhì)量分數(shù) ，催化劑經(jīng) 21 天運行試驗后，環(huán)氧乙烷選擇性可高達 %。研制的催化劑在反應溫度232255℃時，催化劑的環(huán)氧乙烷選擇性可達 %— %。高選擇性催化劑系列產(chǎn)品為 S87 S882，催化劑初始選擇性分別為 85%和 88%。在催化劑方面，目前已形成高活性和高選擇性兩大系列工業(yè)化催化劑。目前國內(nèi)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)廠家均采用乙烯氧氣氧化法生產(chǎn)技術，基本為引進技術。 Shell、 SD 和 UCC 三家公司的乙烯氧化技術水平基本接近，但技術上各有特色。 1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法 工業(yè)裝置。 沈陽化工學院學士學位論文 1 引言 ~2~ 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動向 生產(chǎn)技術 1922 年 UCC(聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。隨著大規(guī)模引進環(huán)氧乙烷裝置的建成和投產(chǎn)，加上環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，國內(nèi)小規(guī)模的氯醇法環(huán)氧乙烷裝置已無生命力，于 1993 年下半年淘汰。 1998— 2020 年年均消費增長率達到 %，預計 2020— 2020 年和 2020— 2020 年又分別以 %和 %速率遞增，即到 2020 年和 2020 年全球環(huán)氧乙烷需求量將分別達到 萬 t 和 萬 t。環(huán)氧乙烷也用作熏蒸消毒殺蟲劑、殺菌劑以及醫(yī)療器械的消毒劑。環(huán)氧乙烷的第二大銷量是用于洗滌劑的乙氧基化物產(chǎn)品。 從全球來看，環(huán)氧乙烷主要用作化學中間體，它主要消費于乙二醇，全球環(huán)氧乙烷產(chǎn)量的 60%都轉(zhuǎn)變?yōu)橐叶迹叶伎蛇M一步加工成聚酯纖維和樹脂。 reactor。 關鍵詞： 環(huán)氧乙烷；工藝流程；反應器； ~ ii ~ Abstract In this paper, the refinery stage technological design of epoxyethane /ethylene glycol workshop was described, which was based on the output of 55,000 ton epoxyethane per year. This design was based on the technics process of China Petroleum and natural gas limited liability pany in Fushun Ethylene Plant workshop, the feasible design scheme was set down according to the theory of practicality production. In this paper, the position and the function in the national economy, the produce methods in industry, the principle