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75-21-8 / 環氧乙烷

環氧乙烷(EO)又名氧化乙烯,是最簡單的環狀醚。環氧乙烷是石油化學工業的重要產品,也是一種基本有機化工原料,廣泛地用于生產乙二醇、非離子表面活性劑、乙醇胺、乙醇醚溶劑、醫藥中間體、油田化學品、農藥乳化劑等各種精細化學品。

環氧乙烷有哪幾種生產工藝?

環氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產,20世紀20年代初,UCC公司進行了工業化生產,之后公司基于Lefort有關銀催化劑的研究成果,使用銀催化劑,推出空氣法乙烯直接氧化生產環氧乙烷工藝。20世紀50年代末,Shell公司采用近乎純氧代替空氣作為生產環氧乙烷的氧原料,推出氧氣法乙烯直接氧化生產環氧乙烷工藝,經過不斷改進,目前較先進的生產方法是用銀作催化劑,在列管式固定床反應器中,用純氧與乙烯反應,采用乙烯直接氧化生產環氧乙烷。

1.氯醇法

環氧乙烷氯醇法生產分兩步進行:首先氯氣與水反應生成次氯酸,再與乙烯反應生成氯乙醇;然后氯乙醇用石灰乳皂化生成環氧乙烷。

環氧乙烷

2.直接氧化法

乙烯直接氧化法,分為空氣直接氧化法和氧氣直接氧化法。

①空氣直接氧化法

空氣直接氧化法用空氣作氧化劑,因此生產中必須有空氣凈化裝置,以防止空氣中有害雜質帶人反應器而影響催化劑的活性。空氣法的特點是由兩臺或多臺反應器串聯,即主反應器和副反應器,為使主反應器催化劑的活性保持在較高水平(63%~75%),通常以低轉化率操作(20%~50%)。

環氧乙烷

②氧氣直接氧化法

此法是采用制備純氧或有其他氧源作氧化劑。由于用純氧作氧化劑,連續引人系統的惰性氣體大為減少,未反應的乙烯基本上可完全循環使用。從吸收塔頂出來的循環氣必須經過脫碳以除去二氧化碳,然后循環返回反應器,否則二氧化碳質量超過15%,將嚴重影響催化劑的活性。

為什么氯醇法逐漸被棄用呢?

氯醇法法存在的嚴重缺點大致有:

①消耗氯氣,排放大量污水,造成嚴重污染;

②乙烯次氯酸化生產氯乙醇時,同時副產二氧化碳等副產物,在氯乙醇皂化時生產的環氧乙烷可異構化為乙醛,造成環氧乙烷損失,乙烯單耗高;

③氯醇法環氧乙烷,醛的質量分數很高,約為0.0004%~0.0005%最低也有0.0002%。

氯醇法生產環氧乙烷,由于裝置小、產量少、質量差、消耗高,因而成本也高,與大裝置氧化法生產的高質量產品相比已失去了市場競爭能力。

氧氣直接氧化比空氣直接氧化的優勢在哪兒?

這兩種氧化方法均采用列管式固定床反應器。反應器是關鍵設備,與反應效果密切相關,其反應過程基本相同,包括反應、吸收、汽提和蒸餾精制等工序。但是氧氣氧化法與空氣氧化法相比前者具有明顯的優越性,主要體現在以下幾個方面:

①流程:空氣法需要空氣凈化系統和二次反應器與吸收塔等,以及尾氣催化轉化器與熱量回收系統;氧氣法需要分離裝置和二氧化碳脫除系統。氧氣氧化法與空氣氧化法相比,前者工藝流程稍短,設備較少,建廠投資少。

②催化劑:生產中催化劑的用量直接影響到產品成本的高低。影響催化劑使用量多少主要有兩個因素。一方面是催化劑的性能,如催化劑的選擇性及轉化率等。氧化法在這方面比較有利,因為選擇性高,催化劑需要量少。另一方面是催化劑中銀的質量分數,德國Huls公司空氣法催化劑銀的質量分數約20%,而Shell公司氧氣法催化劑銀的質量分數僅為10%左右,同樣體積的催化劑,含銀量幾乎相差50%。

③反應器:在同樣生產規模的前提下,氧氣法需要較少的反應器,而且,反應器都是并聯操作??諝夥ㄐ枰懈狈磻鳎约岸挝蘸推崴?,增加了設備投資。

④收率和單耗:氧氣法環氧乙烷收率高于空氣法,而且乙烯單耗較低。

⑤反應溫度:氧氣氧化法反應溫度比空氣法低,對催化劑壽命的延長和維持生產的平穩操作較為有利。

綜上所述,氧氣氧化法無論是在生產工藝、生產設備、產品收率、反應條件上都具有明顯的優越性,因此目前世界上的EO/EG裝置普遍采用氧氣氧化法生產。但是由于氧氣氧化法采用純氧作原料,因此在氧氣價格上漲時,對氧氣法生產環氧乙烷的生產總費用會有一定的影響,而空氣法就不存在氧氣價格變動帶來的總費用變動問題,而且氧氣法對原料的純度要求很高,如氧氣純度低,就會顯著增加含烴放空氣體的數量,造成乙烯單耗提高。盡管如此,通常氧氣氧化法的生產成本要比空氣氧化法低10%左右。

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