以丙烯為原料制取對(duì)環(huán)氧丙烷的工藝流程設(shè)計(jì)

摘 要：環(huán)氧丙烷是一種重要石油化工基礎(chǔ)原料，該文選擇異丙苯過氧化氫法制取環(huán)氧丙烷工藝，分別對(duì)異丙苯空氣氧化生產(chǎn)異丙苯過氧化氫、氧化液中的有機(jī)酸和水去除、CHP氧化丙烯制備環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丙烷精制、異丙苯回收等5個(gè)工段進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)有利于減少副產(chǎn)品、降低投資、提高資源利用率和綜合經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：丙烯 環(huán)氧丙烷 流程模擬 合成工藝

中圖分類號(hào)：TQ22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（c）-0056-03

Abstract：Propylene oxide is a kind of important basic petrochemical raw materials. In this paper， propylene oxide preparation technique through cumene hydrogen peroxide method is selected. Five technical sections， cumene oxidation with air in the production of cumene hydroperoxide， removal of organic acid and water oxidation liquid， CHP oxidation of propylene to preparation of epoxy propane， propylene refining， and cumene recovery， are simulated and designed. This design helps to reduce by-product and investment， it can also improve resource utilization rate and the comprehensive economic benefits. The design is beneficial to reduce the environmental pollution.

Key Words：Propylene； Propylene oxide； Process flow simulation； Synthesis technique

環(huán)氧丙烷是一種重要石油化工基礎(chǔ)原料，也是除聚丙烯和丙烯腈外的丙烯第三大衍生物。近年來(lái)，隨著化工行業(yè)的迅速崛起以及汽車、家具等下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，環(huán)氧丙烷的需求量逐年增長(zhǎng)[1]。因此，眾多石化企業(yè)加大投入以探索合成環(huán)氧丙烷的新途徑，如，生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、節(jié)能減排（如降低氯醇法的污染）、生產(chǎn)技術(shù)穩(wěn)定性（直接氧化法），期望所探索的新途徑可以有效提高生產(chǎn)效益并減少環(huán)境破壞[2]。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的各技術(shù)主要有以下3點(diǎn)不足：氯醇法排污量大、共氧化法的原料純度要求高以及新興的直接氧化法的不穩(wěn)定，而異丙苯制過氧化氫法丙烷，綜合效益較好。

該文采用異丙苯法制取環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝，主要包括以下5個(gè)工段：異丙苯空氣氧化生產(chǎn)異丙苯過氧化氫（簡(jiǎn)稱CHP）、氧化液中的有機(jī)酸和水去除、CHP氧化丙烯制備環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丙烷精制、異丙苯回收。

1 異丙苯空氣氧化工藝流程

異丙苯的熱穩(wěn)定性好，具有獲得高收率、高濃度過氧化物的特性。工藝流程保證獲得高收率的氫過氧化異丙苯，有利于降低異丙苯的損失。由于實(shí)現(xiàn)了高收率，可減少整個(gè)生產(chǎn)過程中異丙苯的循環(huán)量，達(dá)到大幅度節(jié)能[3]。主反應(yīng)方程式為：

C9H12（異丙基苯）+O2→C6H5C（CH3）2OOH（異丙苯過氧化氫CHP）

為了達(dá)到最大的轉(zhuǎn)化率，氧化反應(yīng)采取在0.45 MPa，120 ℃的條件下反應(yīng)，因此，在常壓下的氧氣以及異丙苯需要通過加壓后再進(jìn)入反應(yīng)器。其中，異丙苯由于在常壓下是液體，所以用泵加壓；氧氣在常溫常壓下是氣體，所以利用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行加壓。在反應(yīng)器中發(fā)生異丙苯和氧氣反應(yīng)生成異丙苯過氧化氫。

2 除酸除水工藝流程

異丙苯氧化液中除了含有大量的異丙苯過氧化氫和異丙苯以外，在反應(yīng)器的出口流股中還含有部分未參與反應(yīng)的氧氣及少量副產(chǎn)物。在異丙苯氧化液出口進(jìn)入本段工藝之前使用了一個(gè)加熱器使出口流股的溫度達(dá)到本段工藝要求。經(jīng)過加熱器做能量交換之后的異丙苯氧化液進(jìn)入到閃蒸罐中，抽盡物流中的氧氣。除去氧氣的物流再進(jìn)入到除酸除水精餾塔，利用精餾塔的再沸器蒸出有機(jī)酸與水并通過冷凝器冷凝最終排出系統(tǒng)；而異丙苯過氧化氫和異丙苯作為重組分進(jìn)入下一步環(huán)氧化反應(yīng)工段。

3 丙烯環(huán)氧化工藝流程

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為了充分利用CHP和保持低丙烯消耗，工藝條件的選擇應(yīng)該確保CHP的高轉(zhuǎn)化率（大于99%）和PO的高選擇性（大于98%），為此采用的工藝方法是丙烯過量。日本住友化學(xué)公司采用鈦硅分子篩催化劑固定床反應(yīng)工藝，采用丙烯過量，使得丙烯單程轉(zhuǎn)化率約10%，CHP分多段進(jìn)料，從而使得丙烯的該工藝流程中進(jìn)行反應(yīng)的丙烯需要量下降。

先把除酸除水工藝的流出液即異丙苯過氧化氫和異丙苯的混合液經(jīng)過加熱器通過熱量交換進(jìn)而達(dá)到了反應(yīng)的溫度要求，再將該股物流經(jīng)過分流器分成三股流量和物理性質(zhì)相同的物流。丙烯在常溫常壓下呈氣態(tài)，所以，各個(gè)進(jìn)料口的丙烯在進(jìn)入反應(yīng)器之前先用壓縮機(jī)使其達(dá)到進(jìn)料的要求，再進(jìn)入反應(yīng)器和氧化液混合進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)。

為了使得異丙苯過氧化氫的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上，因此，每個(gè)反應(yīng)器中的丙烯都應(yīng)該過量90%。如圖1所示，每段反應(yīng)產(chǎn)物中都含有大量的未反應(yīng)的丙烯，因此，將前一段的反應(yīng)產(chǎn)物混合物流入下一段反應(yīng)，只要將第一段反應(yīng)掉的丙烯的量添加進(jìn)第二、三段反應(yīng)中即可。總之，丙烯的分段進(jìn)料解決了丙烯的需要量大的問題。該工段的主要反應(yīng)如下：

C6H5C（CH3）2OOH+CH3CH=CH2→C6H5C（CH3）2OH+CH3CH（O）CH2

4 環(huán)氧丙烷精制工藝流程

環(huán)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物環(huán)氧液中不僅含有產(chǎn)品的環(huán)氧丙烷，還混有其他雜質(zhì)，所以，此工段的主要目的在于分離混合物回收丙烯、得到高純度的環(huán)氧丙烷。

環(huán)氧化反應(yīng)后得到的環(huán)氧化液先經(jīng)加熱器交換熱量，再進(jìn)入C9-精餾塔-1，將氧化液按組分分離成C3和C9兩股物流。其中，C3組分主要是含有丙烯、環(huán)氧丙烷以及少量的異丙苯（C9H12）；C9組分主要是含有異丙苯和枯基醇（CMA，C9H12O）。C3流股通過C9精餾塔-1分離出丙烯，從而回收丙烯，其中塔頂為丙烯出口，塔斧流出環(huán)氧丙烷和異丙苯的混合物。塔斧流出物再進(jìn)入C3H6精餾塔從混合物中分離出環(huán)氧丙烷，剩下另一股含有C9的混合物流。該C9混合物流中由于含有副產(chǎn)物與極少的環(huán)氧丙烷，所以通過C9精餾塔-2提純C9。將得到的C9以及該工藝最初分離出的C9物流混合。

該設(shè)計(jì)經(jīng)過分析和優(yōu)化，在除酸除水階段，我們選擇精餾塔和再沸器、冷凝器的結(jié)合，使得在內(nèi)部能量的利用上非常可觀，跟普通精餾相比，這樣的組合精餾共可節(jié)省很大的能量，大大減少了公用工程用量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]顧翊新，陳懷年.環(huán)氧丙烷生產(chǎn)中的氯醇化過程[J].中國(guó)石油，1988（10）：643-646.

[2]尤景紅.苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)對(duì)比[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，6（2）：185-186.

[3]李劍.環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)分析與對(duì)比[J].合成技術(shù)及應(yīng)用，2011，26（2）：39-44.