年产8万吨环氧乙烷车间分离精制工段工艺设计

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582.8万吨，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0．00l 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，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，约为4×10-6-5×10-6最低也有2×10-6。

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60.8万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；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。