环氧氯丙烷的生产技术样本

环氧氯丙烷(ECH)别名表氯醇, 化学名称为1-氯-2, 3-环氧丙烷, 是--种重要的氯碱下游产品, 以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强, 耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以及介电性能优异等特点, 在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应用。

另外, 环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油**、玻璃钢, 电绝缘晶。

表面活性剂、压药、农药、涂料、胶料。

离子交换树脂、增塑剂、(缩)水甘油衍生物, 氯醇橡胶等多种产品, 用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂, 用于生产化学稳定剂, 化工染料和水处理剂等, , 开发利用前景广阔。

1 传统生产方法
环氧氯丙烷最早于1854年由Berthelot用盐酸处理粗甘油, 然后用碱液水解时首先寒现的。

数年后, Reboul提出这一物质可由二氯丙醇以苛性钠经水解反应直接制取。

在此基础上, 美国Shell公司于1948年建成了世界上第一座丙烯高温氯化法合成甘油的生产装置, 环氧氯丙烷作为中间产物, 开始大规模工业化生产。

20世纪60年代前后, 为适应环氧树月旨的生产发展需求, 环氧氯丙烯开始以氯丙烯为原料作为主要产品生产。

除美国外, 西欧、日本、前苏联和东欧各国都相继建成生产装置。

当前, 工业上环氧氯丙烷的传统生产方法主要有丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法两种。

1.1丙烯高温氯化法
丙烯高温氯化法是工业上生产环氧氯丙烷的经典方法, 由美国Shell公司于1948年首次开发成功并应用于工业化生产。

当前, 世界上90%以上的环氧氯丙烷采用此法进行生产。

其工艺过程主要包括丙烯高温氯化制氯丙烯, 氯丙烯次氯酸化合成二氯丙醇, 二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷3个反应单元。

丙烯与氯气经干燥、预热后以摩尔比4-5: 1混合进入高温氯化反应器, 短时间(约3秒)内进行反应, 生成氯丙烯和氯化氢气体。

精制后得氯丙烯产品, 同时副产D-D混剂(1, 2-二氯丙烷和1, 3-二氯丙烯), 氯化氢气体经水吸收后得到工业盐酸, 氯气在水中生成次氯酸(或采用介质叔丁醇和氯气在NaOH溶液中反应生成叔丁基次氯酸盐, 该盐水解生成次氯酸, 叔丁醇循环使用), 次氯酸与氯丙烯反应生成二氯丙醇(过程中二氯丙醇浓度一般控制在4%左右)二氯丙醇水溶液与Ca(OH)2或NaOH 反应生成环氧氯丙烷。

丙烯高温氯化法的特点是生产过程灵活, 工艺成熟, 操作稳定, 除了生产环氧氯丙烷外, 还可生产甘油、氯丙烯等重要的有机合成中间体, 副产D-D混剂也是合成农药的重要中间体。

缺点是原料氯气
引起的设备腐蚀严重, 对丙烯纯度和反应器的材质要求高, 能耗大, 氯耗量高, 副产物多, 产品收率低。

生产过程产生的含氯化钙和有机氯化物污水量大, 处理费用高, 清焦周期短。

1.2醋酸丙烯酯法
醋酸丙烯酯法是前苏联科学院以及日本昭和电工于20世纪80年代分别开发成功的生产环氧氯丙烷的生产工艺。

前苏联是采用先氯化后水解工艺, 昭和电工则采用先水解后氯化工艺。

其工艺过程主要包括合成醋酸丙烯酯, 诺酸丙烯酯水解制烯丙醇, 合成二氯丙醇以及二氯丙醇皂化生成环氧氯丙烷4个反应单元。

在钯和助催化剂作用下.丙烯与氧在温度160-180℃、压力0.5-1.0MPa, 醋酸存在下反应生成醋酸丙烯醮在温度60-80℃、压力0.1-1.0Mpa下, 以强酸性阳离子交换树脂为催化剂, 醋酸丙烯酪经水解反应生成烯丙醇, 在温度0-10℃, 压力0.1-0.3MPa条件下, 烯丙醇与氯经过加成反应生成二氯丙醇: 二氯丙醇与氢氧化钙发生皂化反应生成环氧氯丙烷。

与传统的丙烯高温氯化法相比较, 醋酸丙烯酯法的特点是避免了
高温氯化反应, 反应条件温和, 易于控制, 不结焦、操作稳定, 丙烯、氢氧化钙和氯气的用量大大减少, 反应副产物和含氯化钙废水
的排放量也大大减少: 开发了丙烯醇的氯化加成反应系统, 成功地将氧引入环氧化物中, 首次实现了由氧氧化代替氯氧化的技术, 减少于醚化副反应, 提高了系统的收率; 工艺过程无副产盐酸产生;
能够较容易获得当前技术还不宫粥到的高纯度烯丙醇。

不足之处是工艺流程长, 催化剂寿命短, 投资费用相对较高。

丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酪法生产环氧氯丙烷的主要技术指标比较见表1所示。

表1丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酪法生产环氧氯丙烷的主要技术指标比较
1.3传统生产工艺的改进
针对丙烯高温氯化法传统生产工艺存在的设备腐蚀较为严重, 生产能耗大, 耗氯量高, 副产物多, 而且产生大量含氯化钙和有机氯化物废水等不足之处, 许多生产厂家对该方法进行了改进。

主要表现在: (1)改变环化反应原料, 在环化前先用固体CaCO3代替CaCO,乳液中和二氯丙醇水溶液中的盐酸(1.2%), 降低成本, 环化反应用CaO代替CaCO3, 回收热量降低能耗; (2)改变环化塔。

环化塔由常压改为负压操作, 能够使蒸汽消耗降低700kg/t, 外排COD降低了50kg/t, 丙烯消耗降低了30kg/t, 生产能力却提高了10%-15%。

(3)改进二氯丙醇的合成方法, 采用国内碳酸盐法(C12与2%Na2CO3水溶液逆相接触, 生成1.8%-2.0%的次氯酸, 盐酸被中和, 氯丙烯与次氯酸反应)替代国外饱和氯水法(氯丙烯与C12在水相中反应)合成二氯丙醇同时, 北京化工研究院利用介质叔丁醇与氯气在NaOH 溶液中反应生成叔丁基次氯酸盐, 再经水解生成次氯酸和叔丁醇
(循环利用), 降低了原料消耗和能耗, 提高收率, 减少了废水排放量。

(4)采用静态混合器对氯化反应器及次氯酸化反应器进行优化, 能有效提高二氯丙醇的纯度, 减少副产物的生成。

(5)改进环化控制系统。

将氯丙烯反应系统的配比, 由原来的丙烯, 氯气定值调节改为比值调节控制, 有利于反应的操作稳定性, 减少结炭, 延长装置运行周期, (6)改进蒸汽控制系统。

将原设计的蒸汽定值信率控制改为以原作为显示的塔顶压力作为参比量, 自动调节蒸汽流量, 使塔顶压力稳定为理想值0.12MPa以下可微调的变值, 有利于抑制副反应的发生, 防止未反应的二氯丙醇蒸出, 增加收率; (7)改进控制碱加入系统。

以塔底排出废水的pH值为控制系统的参比量, 调节石灰乳的流量, 稳定塔底废水的pH值, 使之保持在设定值, 这样有助于减轻设备腐蚀和水解反应的发生, 节约石灰乳的用量。

(8)改进设备。

增加预分塔来脱除轻组分, 采用减压双塔连续精馏工艺来脱重组分, 将预分塔顶排出的低沸物中氯丙烯进一步回收, 减少了单耗。

在氯丙烯的回收和分离工序中, 将原来部分塔的聚丙烯鲍尔环填料改为陶瓷波纹填料, 筛板由原来的酚醛胶木板改为陶瓷条梁。

经过这样改造后, 减少了设备腐蚀, 降低了系统阻力, 提高了处理能力, 改进了传质效果, 提高了质量, 减少了消耗。

另外, 采用特种环氧树脂独特配方的管件, 使之耐盐酸、耐碱及耐二氯丙醇溶液的腐蚀, 提高了装置的运行周期。

国内引进的氯丙烯法与国内开发的改进氯丙烯法的工艺参数比较见表2所示。