環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝探究

張凱

摘 要：由于化學(xué)工藝領(lǐng)域研究的快速和高效發(fā)展，現(xiàn)有的環(huán)氧乙烷化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)正在向著有效利用清潔能源的方向發(fā)展，這種清潔能源可以減少對(duì)環(huán)境的污染。在這種條件下，就必須要不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝的現(xiàn)有條件，從而來提高環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。同時(shí)，在優(yōu)化環(huán)氧乙烷化學(xué)工藝設(shè)計(jì)的過程中，還必須要總結(jié)和分析現(xiàn)有環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝的各種細(xì)節(jié)，然后使用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、DOE設(shè)計(jì)等方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。鑒于這種情況，這篇文章主要對(duì)現(xiàn)有環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝進(jìn)行了基本分析和總結(jié)，并對(duì)優(yōu)化的領(lǐng)域范圍進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，而且分析了其特點(diǎn)。首先是對(duì)環(huán)氧乙烷的化學(xué)過程進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，然后是要研究使其生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧乙烷;生產(chǎn);工藝;反應(yīng)器

引言

環(huán)氧乙烷是現(xiàn)代社會(huì)常用的重要有機(jī)化工原料。它的來源是乙烯，主要用于生產(chǎn)汽車防凍劑的乙二醇原料。此外，在電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，環(huán)氧乙烷及其衍生物也發(fā)揮著重要作用。環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的研究始于20世紀(jì)19年代，已有近200年的歷史，從最初的氯醇生產(chǎn)過程到直接氧化銀再到其的催化過程，最后再對(duì)其進(jìn)行氧化。通過持續(xù)改進(jìn)，被最廣泛使用和認(rèn)可的工業(yè)制造方法就是在催化轉(zhuǎn)化器的情況下使用純氧和乙烯直接生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。之后生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程在繼續(xù)增長(zhǎng)，并且達(dá)到了更高的水平，對(duì)其的改進(jìn)過程主要分為工藝改進(jìn)和反應(yīng)堆改進(jìn)。

1、分析環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)環(huán)氧乙烷有兩種主要方法：氯醇法和直接氧化法。氯醇法基本上分兩步產(chǎn)生環(huán)氧乙烷：第一，氯氣和水之間的化學(xué)反應(yīng)用于形成次氯酸，其次，化學(xué)反應(yīng)次氯酸和乙烯再形成氯代醇，使最終的環(huán)氧乙烷通過皂化石灰乳形成。然而，這種生產(chǎn)方法的缺點(diǎn)非常明顯：生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量的氯氣，而會(huì)形成許多廢水和污染物，嚴(yán)重地污染了環(huán)境，也極大程度地影響著社會(huì)效益，以及環(huán)氧乙烷的醛含量。

直接氧化法也經(jīng)常用于生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。它分為兩種方法：一種是在空氣中直接進(jìn)行氧化，另一種是與氧氣反應(yīng)而進(jìn)行氧化。直接空氣氧化使用空氣作為氧化劑，但必須通過空氣凈化裝置輔助，以避免在生產(chǎn)活動(dòng)期間暴露污染物。該方法需要在生產(chǎn)過程中連接幾個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器，并始終保持催化劑處于非常活躍的狀態(tài)。與氧直接氧化是指使用氧作為氧化劑，但必須保證是純氧，將其連續(xù)引入生產(chǎn)系統(tǒng)以減少惰性的氣體量，使得在生產(chǎn)過程中不反應(yīng)的乙烯可以再循環(huán)。但是，二氧化碳必須通過脫碳除去。這種方法可以充分利用反應(yīng)中的資源，并且還可以提高環(huán)氧乙烷的純度和質(zhì)量，但由于其性能以及這兩種方法的特點(diǎn)，氧的直接氧化法的產(chǎn)率較高，而且乙烯的消費(fèi)量也較低。

2、分析環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程的含量

2.1、環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化

在分析和實(shí)施環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的過程中，可以研究通過現(xiàn)有的直接氧化過程來獲得環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程的參數(shù)。相關(guān)文獻(xiàn)的研究表明，環(huán)氧乙烷的直接氧化過程中應(yīng)用最廣泛的參數(shù)如下：直接氧化過程的壓力在1.88 MPa之間，在之后的步驟中溫度在200℃和230℃之間。通過直接氧化獲得的轉(zhuǎn)化率為96.9%或更高，同時(shí)，在優(yōu)化環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝參數(shù)的過程中，也研究了環(huán)氧乙烷直接氧化反應(yīng)的機(jī)理。從視圖的深入分析中，在優(yōu)化化學(xué)工藝以環(huán)氧乙烷的參數(shù)時(shí)，也必須分析在整個(gè)每個(gè)反應(yīng)和平衡的設(shè)置中所產(chǎn)生的熱組件，以確保最終數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而滿足環(huán)氧乙烷材料熱平衡的需求。

2.2、系統(tǒng)整合環(huán)氧乙烷的化學(xué)生產(chǎn)參數(shù)

在化學(xué)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，化學(xué)生產(chǎn)單元的分析必須獨(dú)立進(jìn)行。特別是，化學(xué)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵要素是氧化反應(yīng)和化學(xué)生產(chǎn)的循環(huán)氧化，在使用合適的氧化環(huán)氧乙烷催化劑來直接氧化環(huán)氧乙烷和評(píng)價(jià)催化劑性能的過程中，可以提高乙烯的轉(zhuǎn)化率并且能夠有效地提高環(huán)氧乙烷的產(chǎn)率。

3、改進(jìn)反應(yīng)堆

3.1、加快反應(yīng)堆啟動(dòng)速度

在環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中選擇銀催化劑會(huì)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生很大影響。因此，提高銀催化劑的整體特性是非常重要的，其中兩個(gè)最重要的點(diǎn)是銀催化劑的活性和壽命。在開始反應(yīng)之前，將銀催化劑加載到反應(yīng)器中之后，我們可以使用預(yù)氯化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)改善活性和保質(zhì)期的目標(biāo)。在一些情況下，預(yù)氯化技術(shù)可以增加銀催化劑活性，并且在任何情況下都可以增加反應(yīng)器的啟動(dòng)速度，從而增加催化劑的壽命。

3.2、提高反應(yīng)器的導(dǎo)熱系數(shù)

溫度是反應(yīng)中最重要的控制因素。溫度的調(diào)節(jié)不良會(huì)對(duì)生產(chǎn)過程產(chǎn)生非常不利的影響。環(huán)氧乙烷是一種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的物質(zhì)，對(duì)溫度的依賴性很高。目前使用的反應(yīng)器是固定床管式反應(yīng)器，傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)過程通過在螺旋液體中使用傳熱模式而得到改善，因此環(huán)氧乙烷的整個(gè)反應(yīng)過程在幾乎恒定的溫度條件下進(jìn)行并具有良好的性能。

3.3、大型和新型反應(yīng)堆

用于環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的單獨(dú)乙烯氧化工藝的生產(chǎn)能力在不斷增加。通過不斷引入新型的乙烯來直接進(jìn)行氧化，以發(fā)展新型的生產(chǎn)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，并且配備有冷卻罐的多管反應(yīng)器可以加速環(huán)氧乙烷形成的冷卻速率。

3.4、添加氯抑制劑

在通過乙烯氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，乙烯是通過銀基催化劑的作用進(jìn)行氧化反應(yīng)，其主要的過程就是乙烯的反應(yīng)，以及和氧氣形成環(huán)氧乙烷，該反應(yīng)的選擇性通常穩(wěn)定在70%或更高。乙烯和氧氣的反應(yīng)不僅產(chǎn)生環(huán)氧乙烷，還產(chǎn)生二氧化碳和水，這是乙烯和氧氣深度反應(yīng)的結(jié)果，該反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是乙烯的燃燒反應(yīng)。對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇性的增加防止了這種反應(yīng)的發(fā)生，因此，在反應(yīng)過程中可以加入少量二氯乙烷，因?yàn)槎纫彝榭梢苑乐惯@種反應(yīng)的發(fā)生。

3.5、控制反應(yīng)氣體中水的摩爾分?jǐn)?shù)

在通過乙烯氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，水在該過程中會(huì)與水蒸氣一起存在。在溫度恒定的情況下，在乙烯與環(huán)氧乙烷的氧化反應(yīng)中，必須將水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至小于或等于0.12%的水平。如果超過該限度，乙烯與環(huán)氧乙烷反應(yīng)過程中的水蒸氣將會(huì)影響銀催化劑，而反應(yīng)中水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)將增加，這會(huì)降低乙烯的轉(zhuǎn)化率。

結(jié)束語(yǔ)

因此，在生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，確保有效完成環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝，可以實(shí)現(xiàn)能源消耗和原料消耗的有效控制和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)清潔以及低碳能源的目標(biāo)。在環(huán)氧乙烷直接氧化過程中，有關(guān)單位應(yīng)深入對(duì)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)直接氧化過程的研究。

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