工艺路线样本
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四、环氧丙烷产品工艺规划方案
4.1 产品产能规划方案
以丙烷、过氧化氢为原料, 采用直接氧化法工艺, 生产工业级环氧丙烷, 该工艺副产物为水。
表4-1本项目产品规格
注: 该产量以年开工300天计
表4-2 GB/T14491- 工业用环氧丙烷标准
4.2 产品工艺规划方案
4.2.1 基本工艺方案比较
当前世界上环氧丙烷生产技术主要有: 氯醇法, 共氧化法( 主要包括乙苯共氧化法( PO/SM法) , 异丁烷共氧化法( PO/TAB 法) ) , 直接氧化法( 主要包括过氧化氢直接氧化法( HPPO法) , 氧气直接氧化法, 氧气氢气直接氧化法) 。
4.2.2 原子利用率比较
化学反应追求的是反应选择性, 可是即使反应选择性达到100%, 这个反应过程中依然能够产生大量废物。为衡量一个化学反应中生成一定目标产物所伴生的废物量, 美国人Trost提出了”原子经济性”的概念。实现原子经济性的程度, 能够用原子利用率来衡量, 其定义为:
原子利用率=目标产物的量/按化学计量所得所有产物的量之
和×100%
表4-3 不同生产方法原子利用率比较
从表1-3能够看出, 在不考虑其它副反应情况下, 氧气直接氧化技术的原子经济性是最好, 所有原料均转化为产物, 紧随其后是双氧水法、氢氧化法及异丙苯法, 第三梯队为PO/MTBE法、PO/SM 法, 排名最后的氯醇法原子利用率最低。可是PO/MTBE法、PO/SM 法同时生产具有工业价值的联产品, 如果把联产品也计入, 其原子利用率高达90%, 远高HPPO法和CHP法, 仅次于直接氧化法, 这是工业认可原因之一。
4.2.3 氯醇工艺
氯醇法的基本生产原理是: 以丙烯和氯气为原料, 首先丙烯经
氯醇化反应后生成氯丙醇, 其次氯丙醇经皂化反应后生成环氧丙烷, 最后经精制后得到环氧丙烷产品。
氯醇法生产环氧丙烷技术的核心是氯醇化反应器技术, 当前世界上比较有代表的反应器技术为美国陶氏化学管式反应器技术、日本旭硝子公司的管塔型反应器技术、三井东压公司和昭和电工的塔式反应器技术, 国内主要采用的是日本塔式管塔式反应器技术和自行开发的氯醇反应器技术。
氯醇法优点是流程比较短、工艺成熟、操作负荷弹性大、产品选择性好、收率高、生产比较安全、对原料丙烯纯度的要求不高、投资少。然而其缺点非常明显: 对设备的强腐蚀性、生产过程中大量的氯气消耗以及生产中产生含有氯化钙的废水对环境的严重污染己成为制约环氧丙烷工业发展的关键因素, 而且国家政策也反对氯醇法环氧丙烷的生产, 氯醇法正在逐步被其它环氧丙烷生产工艺所取代。
4.2.4 共氧化工艺
共氧化法主要包括乙苯共氧化法( PO/SM法) 和异丁烷共氧化法( PO/TAB 法) 。
共氧化法的基本生产原理是: 首先, 在一定温度和压力下使用氧气或空气氧化乙苯或者异丁烷, 生成相应的有机氢过氧化物。然后, 丙烯与有机氢过氧化物反应生成环氧丙烷, 同时联产α-甲基苯
甲醇或叔丁醇。α-甲基苯甲醇脱水成为苯乙烯, 叔丁醇脱水可制得异丁烯。两种过程都会产生环氧丙烷量的2~3倍的联产品。(1) 乙苯共氧化法( PO/SM法)
PO/SM法共氧化法优点是克服了氯醇法的三废污染严重、设备腐蚀和需要氯为原料的缺点, 具有反应较平稳、无污染等优点。
其缺点也较为明显, 工艺流程长、防爆要求严、投资大、对原料规格要求高、操作条件严格、联产品比例大等。每生产1吨环氧丙烷有1.8吨苯乙烯生成, 这远超过主产品的产量, 而且副产品的市场需求量波动大, 因此环氧丙烷生产受市场因素制约严重。因此乙苯共氧化法装置必须考虑对联产品同时有需求, 才显出优越性。
(2) 异丁烷共氧化法( PO/TAB 法)
PO/TAB 法优点是克服了氯醇法三废污染严重、腐蚀大和需要氯为原料的缺点, 反应较平稳、无污染。
其缺点是工艺复杂、流程长、对设备要求高, 因而投资费用高, 每吨环氧丙烷副产2.5~3.0吨叔丁醇, 需要平衡大量的联产物。这类装置宜建设在大型石油化工装置附近, 装置能力不宜过小。此工艺产生的叔丁醇( TBA )被转化为甲基叔丁基醚(MTBE)作为联产品用于汽油添加剂, 由于甲基叔丁基醚涉及健康和水体污染风险, 该工艺的应用正在减少。