年产3万吨环氧乙烷工艺设计毕业论文文档格式.docx

年产3万吨环氧乙烷工艺设计毕业论文文档格式.docx

《年产3万吨环氧乙烷工艺设计毕业论文文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产3万吨环氧乙烷工艺设计毕业论文文档格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本文是对年产3万吨环氧乙烷合成工段的工艺设计。

本设计简单介绍了环氧乙烷在国民经济中的地位和作用、性质、主要用途、生产现状、工业生产方法和发展趋势，认真比较众多生产方法并确定了用乙烯氧气直接氧化法生产环氧乙烷的方法，并叙述了生产原理、工艺流程。

对主要设备如混合器、反应器等进行物料衡算，对环氧乙烷反应器设备进行热量衡算，并对环氧乙烷反应器进行详细的设备计算和校核，确定操作参数、设备类型，使用CAD绘制相应的工艺流程图，最后得出设备参数。

关键词：

环氧乙烷；

工艺流程；

反应器；

物料衡算

outputof30kt

Abstract:

Theprocessofethyleneoxidewithannualoutputof30,000tonswasdesignedinthispaper.Theprocessdesignofthisessayintroducedtheepoxyethane'

sproperties,mainuses,productionsituation,andpointoutthepositionandroleoftheepoxyethaneinnationaleconomyenvironment,inthemainwhileitisanalysistheindustrialproductionmethodanddevelopmenttrendofepoxyethaneinthefuture.Inthisessayitiscarefullycomparemanyproductionmethodsandfinallytochoosetheoxygendirectoxidationprocessmethodintheproductionofepoxyethanewithethylene.Anditisalsodescribestheproductionprincipleandtheproductionprocess.Thematerialbalancecarriesonthemainequipmentsuchasmixer,reactorandsoon.Thencarryontheheatbalanceofepoxyethanereactorequipment.Andmakethedetailedcalculatingandcheckingoftheepoxyethanereactorequipment.Thenmakesuretheoperatingparameters,decidetheequipmenttype,anduseofCADdrawingofthecorrespondingprocessflowdiagram,atlasttoobtainthedeviceparameters.

Keywords:

epoxyethane;

process;

reactor;

materialbalance

引言

环氧乙烷是石油化学工业的重要产品，也是一种基本有机化工原料，用途很多，广泛用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品。

环氧乙烷的工业化生产已经有半个多世纪的历史，最早的工业化生产方法是氯醇法，由于其存在腐蚀设备、污染环境和耗氯量大等一系列问题，现在己基本上被淘汰了，取而代之的是直接氧化法。

直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法，其主要区别在于乙烯的氧化剂各不相同。

在环氧乙烷的生产发展过程中，生产技术和工艺过程都有不断的改进和革新，到目前为止，世界上几乎所有的环氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生产的。

直接氧化法中，首先出现的是空气氧化法，而后氧气氧化法问世，二者并行，近几十年来，许多厂家都采用氧气氧化法生产环氧乙烷，因为氧气氧化法不需要空气净化系统，并且氧气氧化法的环氧乙烷收率高于空气氧化法，乙烯单耗较低。

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[1]。

第一章工艺概述

1.1环氧乙烷的性质

1.1.1环氧乙烷的物理性质

环氧乙烷（简称EO），英文名称epoxyethane，又被称为氧化乙烯，也称恶烷，分子式：

C2H4O，分子量：

44.05，沸点：

10.4℃，熔点：

-112.2℃，蒸汽压：

145.91kPa/20℃。

相对密度（水）=1：

0.87，相对密度（空气）=1：

1.52。

在常温下为无色气体，低温时为无色易流动液体，在空气中的爆炸限（体积分数）为2.6%—100%，它易与水、醇、氨、胺、酚、卤化氢、酸及硫醇进行开环反应有乙醚的气味，其蒸气对眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。

环氧乙烷易自聚，尤其当有铁、酸、碱、醛等杂质或高温下更是如此，自聚时放出大量热，甚至发生爆炸，因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁，并保持在0℃以下。

1.1.2环氧乙烷的化学性质

由于环氧乙烷具有含氧三元环结构，性质非常活泼，极易发生开环反应，在一定条件下，可与水、醇、氢卤酸、氨及氨的化合物等发生加成反应，其中与水发生水合反应生成乙二醇，是制备乙二醇的主要方法。

当用甲醇、乙醇、丁醇等低级醇与环氧乙烷作用时，分别生成乙二醇—甲醚、乙二醇—乙醚、乙二醇—丁醚。

它们兼具醇和醚的性质，是优良的溶剂，用途很广泛，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯、工业上称为溶纤剂。

与氢卤酸作用，环氧乙烷与氢卤酸在室温或更低的温度下反应，生成卤醇，可用于定量分析环氧乙烷及环氧乙烷型化合物。

与氨反应可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。

环氧乙烷本身还可开环聚合生成聚乙二醇。

1.2环氧乙烷在国民经济中的地位和作用

环氧乙烷（简称EO），又称氧化乙烯，也称恶烷，是一种最简单的环醚，是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品，是最简单最重要的环氧化物，在国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用。

从全球来看，环氧乙烷主要用作化学中间体，它主要消费于乙二醇，全球环氧乙烷产量的60%都转变为乙二醇，乙二醇可进一步加工成聚酯纤维和树脂。

有13%的环氧乙烷用于制造其它二醇类（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。

环氧乙烷的第二大销量是用于洗涤剂的产品。

其它环氧乙烷的衍生产品有乙醇胺、溶剂、乙二醇醚类等。

环氧乙烷也用作熏蒸消毒杀虫剂、杀菌剂以及医疗器械的消毒剂。

2003年全球环氧乙烷消费量为1593.4万吨。

1998—2003年年均消费增长率达到5.6%，预计2003—2008年和2008—2013年又分别以4.6%和3.4%速率递增，即到2008年和2013年全球环氧乙烷需求量将分别达到1995.2万吨和2358.2万吨。

我国由氯醇法生产环氧乙烷始于1960年代，由于氯醇法对乙烯质量要求不高，所以采用酒精发生乙烯和渣油裂解混合烯烃生产环氧乙烷在我国石油化工发展初期具有一定意义。

随着大规模引进环氧乙烷装置的建成和投产，加上环保法规的日益严格，国内小规模的氯醇法环氧乙烷装置已无生命力，于1993年下半年淘汰。

因经济原因，早期引进的空气法环氧乙烷装置大多也改造为氧气法[2-3]。

1.3环氧乙烷在国内外的发展动向

1.3.1生产技术

1922年UCC（联碳公司）建成首套氯醇法工业装置。

1938年又建成了首套乙烯空气氧化法工业装置。

1958年Shell（壳牌公司）建成首套乙烯氧气氧化法工业装置。

目前，全球环氧乙烷专利技术大部分为Shell、美国SD（科学设计公司）和UCC三家公司所垄断，这三家公司的技术占环氧乙烷总生产能力的90%以上。

Shell、SD和UCC三家公司的乙烯氧化技术水平基本接近，但技术上各有特色。

例如在催化剂方面，尽管载体、物理性能和制备略有差异，但水平比较接近，选择性均在80%以上；

在工艺技术方面都有反应部分、脱CO2、环氧乙烷回收组成，但抑制剂选择、工艺流程上略有差异。

目前国内环氧乙烷生产厂家均采用乙烯氧气氧化法生产技术，基本为引进技术。

1.3.2技术发展动向

近年来，世界上环氧乙烷催化剂、工艺技术等方面有了新的进展。

在催化剂方面，目前已形成高活性和高选择性两大系列工业化催化剂。

高活性催化剂系列产品为S860、S861、S862、S863，具有初始反应温度低（218℃—225℃）、初始选择性高（81%—83%）、活性和选择性下降速率慢等特点，该系列催化剂已应用于国内外20多家采用Shell技术或其他专利技术的环氧乙烷生产装置中。

高选择性催化剂系列产品为S879、S882，催化剂初始选择性分别为85%和88%。

SD和UCC在新催化剂开发方面也取得许多进展，例如近期SD公司开发的固载银及含有碱金属、硫、氟和磷族元素（P，Bi，Sb），固载银及含有碱金属、硫、氟和或锡，固载银及含有碱金属、硫、氟和镧系金属助剂的催化剂，突破了以铼和过渡金属作助剂制备环氧乙烷银催化剂的传统方法。

研制的催化剂在反应温度232℃—255℃时，催化剂的环氧乙烷选择性可达81.9%—84.6%。

UCC公司报道了一系列催化剂研制专利，包括含锂、钠、钾、铷、铯、钡中至少一种阳离子助剂，含硫化物、氟化物阴离子助剂和选自ⅢB—ⅥB族至少一种元素组成的减少环氧乙烷完全氧化反应的银催化剂。

而性能最优异的是一种含银载体用硝酸钾和高锰酸钾溶液多次浸渍制备的催化剂，这种银催化剂中含钾质量分数1.512mg/g，锰质量分数37.4mg/g，催化剂经21天运行试验后，环氧乙烷选择性可高达96.6%[4]。

1.4环氧乙烷的市场需求状况

我国最早以传统的乙醇为原料经氯醇法生产EO。

20世纪70年代我国开始引进以生产聚酯原料乙二醇为目的产物的环氧乙烷/乙二醇联产装置，我国EO生产与应用已走上快速发展道路，至今已经引进十余套EO生产装置。

2003年我国EO生产能力约为1200kt/a。

随着我国聚酯与表面活性剂等领域的迅猛发展，EO远不能满足市场需求，因此有多家企业计划建设规模化EO生产装置，可以预计未来几年我国EO的生产能力将呈现迅速增加的势头。

其中北京燕山石化于2004年将已有的70kt/a的生产能力扩大到250kt/a左右；

南京扬巴一体化工程9套核心装置中含有一套240kt/a的EO装置，于2004年建成投产；

中海壳牌石化有限公司已在南海建设一套300kt/aEO生产装置，2009年建成投产；

上海石化已新建一套300kt/aEO生产装置，2009年建成投产；

另外天津联化、独山子石化等企业均计划在未来几年内建设规模化的EO生产装置。

到2015年我国EO的生产能力将激增至2160kt/a，在未来两年内国内EO生产能力将翻一番，可见我国EO工业市场需求与发展前景之好。

1.5生产方法的评述及选择

环氧乙烷的工业生产方法有氯醇法和乙烯直接氧化法。

1.5.1氯醇法

氯醇法是早期的工业生产方法，分两步完成，首先由氯气和水反应生成次氯酸，次氯酸与乙烯反应生成氯乙醇，然后氯乙醇与氢氧化钙皂化生成环氧乙烷。

尽管氯醇法乙烯利用率高，但生产过程中消耗大量氯气，腐蚀设备，污染环境，产品纯度低