【正文】 .......................................................................................................... 62 反應器設備計算 ............................................................................................ 62 脫輕組分塔 .................................................................................................... 64 6 安全、環(huán)保、能量利用 ....................................................................................... 72 工藝設備一覽表 ............................................................................................ 72 原料消耗表 .................................................................................................... 72 能量消耗表 .................................................................................................... 73 三廢處理 ........................................................................................................ 73 廠址的選擇 .................................................................................................... 74 致謝 ..................................................................................................................................... 76 參考文獻 ............................................................................................................................. 77 附錄 ..................................................................................................................................... 79 沈陽化工學院學士學位論文 1 引言 ~1~ 1 引言 環(huán)氧乙烷在國民經濟中的地位和作用 環(huán)氧乙烷 (簡稱 EO)，又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是一種最簡單的環(huán)醚 ,是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機化工產品，是最簡單最重要的環(huán)氧化物，在國民經濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位和作用。有13%的環(huán)氧乙烷 用于制造其它二醇類（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。其它環(huán)氧乙烷的衍生產品有乙醇胺、溶劑，乙二醇醚類等。 2020 年全球環(huán)氧乙烷消費量為 萬 t。 我國由氯醇法生產環(huán)氧乙烷始于 1960 年代，由于氯醇法對乙烯質量要求不高，所以采用酒精發(fā)生乙烯和渣油裂解混合烯烴生產環(huán)氧乙烷在我國石油化工發(fā)展初期具有一定意義。因經濟原因，早期引進的空氣法環(huán)氧乙烷裝置大多也改造為氧氣法。 1938 年又建成了首套乙烯空氣氧化法工業(yè)裝置。目前，全球環(huán)氧乙烷專利技術大部分為 Shell、美國 SD(科學設計公司 )和 UCC 三家公司所壟斷，這三家公司的技術占環(huán)氧乙烷總生產能力的 90%以上。例如在催化劑方面，盡管載體、物理性能和制備略有差異，但水平比較接近，選擇性均在 80%以上；在工藝技術方面都有反應部分、脫 CO環(huán)氧乙烷回收組成，但抑制劑選擇、工藝流程上略有差異。 技術發(fā)展動向 近年來，世界 上環(huán)氧乙烷催化劑、工藝技術等方面有了新的進展。高活性催化劑系列產品為 S860、 S86 S86 S863，具有初始反應溫度低 (218225℃ )、初始選擇性高 (81%83%)、活性和選擇性下降速率慢等特點，該系列催化劑已應用于國內外 20多家采用 Shell 技術或其他專利技術的環(huán)氧乙烷生產裝置中。 SD 和 UCC 在新催化劑開發(fā)方面也取得許多進展，例如近期 SD 公司開發(fā)的 固載銀及含有堿金屬、硫、氟和磷族元素 (P， Bi， Sb)，固載銀及含有堿金屬、硫、沈陽化工學院學士學位論文 1 引言 ~3~ 氟和或錫，固載銀及含有堿金屬、硫、氟和鑭系金屬助劑的催化劑，突破了以錸和過渡金屬作助劑制備環(huán)氧乙烷銀催化劑的傳統(tǒng)方法。 UCC 公司報道了一系列催化劑研制專利，包括含鋰、鈉、鉀、銣、銫、鋇中至少一種陽離子助劑，含硫化物、氟化物陰離子助劑和選自Ⅲ B— Ⅵ B 族至少一種元素組成的減少環(huán)氧乙烷完全氧化反應的銀催化劑。 環(huán)氧乙烷的市場需求狀況 我國最早以傳統(tǒng)的乙醇為原料經氯醇法生產 EO。 2020 年我國 EO生產能力約為 1200kt/a。其中北京燕山石化于 2020 年將已有的 70k/a 的生產能力擴大到 250kt/a 左右；南京揚 — 巴一體化工程 9 套核心裝置中含有一套 240kt/a的 EO 裝置，于 2020 年建成投產；中海－殼牌石化有限公司已在南海建設一套300kt/a EO 生產裝置， 2020 年建成投產；上海石化已新建一套 300kt/a EO 生產裝置， 2020 年建成投產；另外天津聯(lián)化、獨山子石化等企業(yè)均計劃在未來幾年內建沈陽化工學院學士學位論文 1 引言 ~4~ 設規(guī)?；?EO 生產裝置。沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~5~ 2 工藝概述 環(huán)氧乙烷的性質 EO 的物理性質 環(huán)氧乙烷（簡稱 EO），英文名稱 epoxyethane，又被稱為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式： C2H4，分子量： ，沸點： ℃，熔點： ℃，蒸汽壓： ℃。在常溫下為無色氣體，低溫時為無色易流動液體，在空氣中的爆炸限（體積分數(shù)）為 %—100%，它易與水、醇、氨、胺、酚、鹵化氫、酸及硫醇進行開環(huán)反應有乙醚的氣味，其蒸氣對眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。 EO 的化學性質 由于環(huán)氧乙烷具有含氧三元環(huán)結構，性質非?；顫?，極易發(fā)生開環(huán)反應，在一定條件下，可與水、醇、氫鹵酸、氨及氨的化合物等發(fā)生加成反應，其中與水發(fā)生水合反應生成乙二醇，是制備乙二醇的主要方法。它們兼具醇和醚的性質，是優(yōu)良的溶劑，用途很廣泛，可溶解纖維酯如硝酸纖維酯、工業(yè)上稱為溶纖劑。與氨反應可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。 生產方法的評述及選擇 環(huán)氧乙烷的工業(yè)生產方法有氯醇法和乙烯直接氧化法。1922 年 UCC(聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。 直接氧化法 直接氧化法又可分為空氣氧化法和氧氣氧化法。 1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法工業(yè)裝置，生產成本低，產品純度可 達 %。通常氧氣氧化法的生產成本比空氣氧化法低 10％左右。 本設計數(shù)據(jù)均參考乙烯直接氧化法。 環(huán)氧乙烷的生產原理 氧化反應原理 乙烯氧化過程，按氧化程度可分為選擇氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）兩種情況， 乙烯分子中碳 — 碳雙鍵〈 C=C〉具有突出的反應活性，在一定條件下可實現(xiàn)碳 — 碳雙鍵選擇性氧化，生成環(huán)氧乙烷。為使乙烯氧化反應盡可能的約束在生成目的產物 —環(huán)氧乙烷的方向上，目前工業(yè)上乙烯直接氧化生成 EO 的最佳催化劑均采用銀催化劑。實驗已證明這些副產物以兩條不同的路線生成的。 沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~8~ C H OCHOHC 3242 21 ?? (3) OCHOHC 2242 2?? (4) 在反應過程中如有堿金屬或堿土金屬存在時，將催化這一反應。反應速度由 EO 異構化控制。它們在精制單元中從 EO 和 EG 中分離掉，以上氧化反應均是放熱反應。補充抑制劑后，反應器進料氣體在 E101 中被 EO 反應產品氣體從 78℃加熱到234℃。反應產品氣體經過三次冷卻，在產品第一冷卻器 E102 中， 通過產生中壓蒸汽，反應產品氣體被冷卻到 207℃，在進料 /產品換熱器 E101 中被冷卻到138℃，在產品第二冷卻器 E203 中被進一步冷卻到 53℃。為脫除反應產品氣冷卻時產生的水，將一小股物流引到急冷排放解吸塔 C205 中，用泵 P205 把急冷液打到急冷冷卻器 E205 中，再回到 EO 吸收塔的急冷段。在 EO 吸收塔中吸收的 E0，在 EO 解吸塔 C204 內從富吸收液中解吸出來。 EO 解吸塔設計能力可使吸收的 EO 有 %解吸出來，其余 %的 EO 隨同塔釜液離開。反應器產品氣體在吸收塔急冷段冷卻，酸性組分被急冷液吸收，通過排放急冷液可除掉雜質和反應產品氣中冷凝下來的水。從 EO 吸收塔來的富吸液，在產品第二冷卻器 E203 中沈陽化工學院學士學位論文 2 工藝概述 ~10~ 被 EO 吸收塔進料 (反應產品氣體 )從 47℃ 加熱到 67℃，在進解吸塔 C204 之前，先后在進料 /塔頂物料換熱器 E208 及進料 /塔釜物料換熱器 E207 中進一步加熱。如果 V204 罐的壓力過高，罐的壓力控制器也會啟動緊急放空閥使循環(huán)氣管路快速泄壓。處理后的氣體離開二氧化碳脫除系統(tǒng)，與沒有處理的循環(huán)氣體重新混合后進入到環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)。為了減少 CO2 吸收塔中吸收液的冷卻及 CO2 解吸塔中加熱吸收 劑所需的蒸汽，在 CO2 吸收塔進料預熱器 E201中，吸收塔進料氣體被加熱，并用水飽和。為了保證 CO2 吸收塔進料為飽和狀態(tài)，在 E201 中水經過液體噴嘴噴入換熱器的殼層中。 CO2 吸收塔塔頂氣體出塔時的溫度為 1ll℃，已被水飽和。 CO2 吸收塔塔頂 物流在 E206 用冷卻水冷卻，在分離罐 V 一 201 中分離掉攜帶的水后與循環(huán)氣混合，分離罐 V201 溫度為 51℃，與循環(huán)氣混合后回到反應部分。為了應付塔大量帶液， V201 底部出口管線上有一個大的排泄閥，通往CO2 解吸塔的集水管。進入碳酸鹽閃蒸罐 V202 以回收乙烯，以防在 CO2 解吸塔頂損失掉。閃蒸以后的液體靠重力流入 CO2 解吸塔。解吸塔頂氣體在 E201 中釋放掉部分熱量，在 E211 中由 99℃進一步冷卻到 45℃。來自解吸塔塔釜的貧碳酸鹽溶液，又回到 CO2 吸收塔。不凝物主要是 CO C2H4 和 EO。解吸塔頂緩沖罐中的物料，經泵打入輕組分塔 C301。塔頂氣體回到 EO 解吸塔頂冷卻器中以回收 EO。高純度 EO 產品側線采出，經 E309 進高純度 EO 貯罐。 沈陽化工學院學士學位論文 3 物料衡算 ~12~ 3 物料衡算 物性數(shù)據(jù) 表 物性數(shù)據(jù)表 序 號 組分 分子式 分子量 常壓 沸點℃ 1 氮氣 N2 2 氬氣 Ar 3 氧氣 O2 4 甲烷 CH4 5 乙烯 C2H4 6 乙烷 C2H6 7 二氧碳 CO2 8 環(huán)氧烷 C2H4O 9 乙醛 CH3CHO 10 水 H2O 100 11 乙二醇 C2H6O2 設計依據(jù) 1．設計任務：年產 萬噸環(huán)氧乙烷 2．年工作時間： 8000 小時 3．高純 EO 收率： 30% 4．乙烯單程轉化率： 10% 5． EO 的選擇性： 80% 沈陽化工學院學士學位論文 3 物料衡算 ~13~