生产环氧乙烷的反应器和操作条件
乙烯直接氧化法生产环氧乙烷
5
第七章 烴類選擇性氧化
載體的主要功能是分散活 性組分銀和防止銀微晶的 半熔和結塊，使其活性保 持穩定。常用的載體有碳 化矽、α-Al2O3和含有少 量Si02 的α-Al2O3等
在銀催化劑中加入少量的硒、碲、氯、溴 按一下此處編輯母版標題樣式 2. 催化劑 等，可抑制二氧化碳的生成，對提高銀催 化劑的選擇性有較好的效果，但催化劑活 性卻降低了。這類物質稱為抑制劑也稱為 按一下此處編輯母版文本樣式 調節劑。如加氯化物
• 按一下此處編輯母版文本樣式
– 第二級
• 第三級
氮氣做致穩氣
– 第四級 » 第五級
不用碳酸鉀溶液來脫除CO2
東南大學化學化工學院
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第七章 烴類選擇性氧化
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EO生產工藝技術新進展
環氧乙烷回收技術 • 第三級 碳酸乙烯酯
– 第四級 » 第五級
• 按一下此處編輯母版文本樣式 氧-烴混合技術
– 第二級
節能技術
超臨界萃取 EO、膜式等溫吸 收器、熱泵精餾利用低位能
東南大學化學化工學院
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第七章 烴類選擇性氧化
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可加入第三種氣體來改變乙烯的爆炸限， •這種氣體通常稱為致穩氣，致穩氣是惰 按一下此處編輯母版文本樣式 – 第二級 性的，能減小混合氣的爆炸限，增加體 • 第三級 系安全性；具有較高的比熱容，能有效 – 第四級 地移出部分反應熱，增加體系穩定性。 » 第五級
第七章 烴類選擇性氧化
乙烯直接氧化法生產環氧乙烷
•
二、反应 原理 按一下此處編輯母版文本樣式
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– 第二級
• 第三級
环氧乙烷生产—环氧乙烷生产原理确定工艺条件
已不O能起催化作用，须把这种残余氧 Ag Ag
4 O + CH2 = CH2 Ag Ag
2CO2 + 2 H2O + 4Ag
乙烯直接氧化为环氧乙烷的反应，其选择性不可能为100%。5个参加反应 乙烯分子中，有一个用于催化剂的再生，所以，反应的选择性最高为 4/5=80%。
这是乙烯直接环氧化为环氧乙烷的最简单的解释，由Twigg在1946年 提出的。
抑制剂
碱土金属、稀土金属和贵金属等分散银微 粒，防止银微晶的熔结，有利于提高催化 剂的稳定性，延长其使用寿命。
硒、碲、氯、溴，可抑制二氧 化碳的生成，提高银催化剂的 选择性
银催化剂制备方法
粘结法
浸渍法
即将活性组分银盐和助催化剂混合 在一起，用粘结剂粘结在无孔载体 上，再经干酸银或 银—有机铵络合物等)和助催化剂溶液中， 然后进行干燥和热分解。
3. 原料纯度及配比
原料纯度
有害杂质
硫化物、砷化物、卤化物、 C2H2、乙炔银
H2 C2H2 C03+ C=3+ C2H2 C=3+
Ar H2 铁离子
循环气带入EO CO2
危害
催化剂中毒 爆炸危险
燃烧放大量热 加快催化剂积炭
影响爆炸限 EO重排 降低收率 对环氧化有抑制
一般要求：
硫化物＜1mg/kg 氯化物＜1mg/kg 乙烯中乙炔＜5ml/m3
化剂表面上没有4个相邻的银原子簇可被利用时，这种化学吸附生成离子化 的分子氧吸附态
O2 + Ag
Ag O2 (吸附)
乙烯与吸附的离子化分子态氧反应，能有选择性地氧化为环氧乙烷并同时 产生一个吸附的原子态氧。
Ag O 乙烯与
环氧乙烷生产工艺
环氧乙烷生产工艺环氧乙烷（Ethylene Oxide，简称EO）是一种重要的有机化工原料，广泛应用于合成各种化学品和制备各类材料。
本文将从环氧乙烷的生产工艺及应用领域等方面进行详细介绍。
一、环氧乙烷的生产工艺环氧乙烷的主要生产工艺是乙烯直接氧化法。
具体步骤如下：1. 原料准备：将纯度较高的乙烯气体与过量的空气混合，调整混合比例，使其达到适宜的反应条件。
2. 反应器：将混合气体输入到反应器中，反应器内壁涂覆有特殊的催化剂。
催化剂通常为银、铝、钾等金属的复合物，具有较高的催化活性。
3. 反应：在反应器内，乙烯与空气中的氧气发生部分氧化反应，生成环氧乙烷。
反应过程中，需要控制反应温度、压力和空气流量等参数，以提高产率和产品纯度。
4. 分离：将反应产物经过冷凝、压缩、吸附等工艺步骤进行分离纯化，得到高纯度的环氧乙烷。
二、环氧乙烷的应用领域环氧乙烷是一种重要的有机合成原料，在化工领域有广泛的应用。
主要应用领域如下：1. 化学品合成：环氧乙烷可用于合成乙二醇、乙醇胺、聚醚等化学品，这些化学品广泛应用于涂料、塑料、纤维、橡胶等领域。
2. 医药领域：环氧乙烷是一种重要的消毒杀菌剂，常用于医疗器械、药品包装等领域。
它具有广谱杀菌作用，能有效灭活细菌、病毒和真菌等。
3. 农药制造：环氧乙烷可作为农药制造中的中间体，用于合成杀虫剂、除草剂等农药产品。
4. 纺织品加工：环氧乙烷可用于纺织品的整理和防缩处理，提高纺织品的柔软性和抗皱性。
5. 焊接消防：环氧乙烷是一种常用的焊接消防剂，可用于防止金属焊接时的氧化和烧损。
三、环氧乙烷的安全性与环境影响环氧乙烷具有较高的蒸气压和易燃性，属于危险化学品，需要严格控制使用与储存条件。
在使用环氧乙烷时，应采取必要的安全措施，如佩戴防护装备、保持通风等。
此外，环氧乙烷还具有一定的毒性，对人体和环境具有一定的危害性。
因此，在生产、使用和处理环氧乙烷时，要遵循相关的安全规范和环保要求，减少对环境和人体的危害。
环氧乙烷生产工艺流程及设备认知 环氧乙烷的生产原理及工艺流程
生产环氧乙烷工艺流程
氧化反应系统
二氧化碳 环氧乙烷解吸 脱除系统 和再吸收系统
环氧乙烷精 馏系统
环氧乙烷装置主要由 氧化反应系统，二氧 化碳脱除系统，环氧 乙烷解吸和再吸收系 统和环氧乙烷精馏系 统组成。
02
生产环氧乙烷所用设备
生产环氧乙烷所用设备
1-原料混合器；2-反应器；3-循环压缩机；4-环氧乙烷吸收塔；5-二氧化碳吸收塔； 6-碳酸钾再生塔；7-环氧乙烷解吸塔；8-环氧乙烷再吸收塔；9-乙二醇原料解吸塔； 10-环氧乙烷精制塔
环氧乙烷的生产原理 及工艺流程
生产环氧乙烷的方法：
1. 氯醇法 2. 乙烯直接氧化法：空气
氧化法和氧气氧化法
氧气氧化法优点：
反应选择性好、乙烯单耗低、催化剂 生产能力大、投资省、能耗低等特点， 常用于大规模生产装置。
目
CONTENTS
录
01 生产环氧乙烷工艺流程 02 生产环氧乙烷所用设备
01
生产环氧乙烷所用设备
1.氧化反应系统
生产环氧乙烷所用设备
2 . CO2脱除系统
生产环氧乙烷所用设备
3.环氧乙烷解吸和再吸收系统
生产环氧乙烷所用设备
4.环氧乙烷精制系统
小
结
• 环氧乙烷的生产原理 • 氧气氧化法生产环氧乙烷的工
艺流程及用到的设备
环氧乙烷的生产工艺及设备技术选型
环氧乙烷的生产工艺及设备技术选型环氧乙烷是一种重要的有机合成原料和化工产品，广泛应用于涂料、塑料、树脂、医药、染料等领域。
本文将详细介绍环氧乙烷的生产工艺及设备技术选型。
一、环氧乙烷生产工艺环氧乙烷生产的主要工艺是通过乙烯与氯水反应生成氯乙烯，然后经过氯乙烯代换反应得到环氧乙烷。
具体的生产工艺包括以下几个步骤：1. 原料准备：将乙烯与氯水送入反应器中，确保原料的纯度和稳定性。
2. 氯化反应：在反应器中加入氯化剂，使乙烯发生氯化反应生成氯乙烯。
反应条件包括适宜的反应温度和压力，以及合适的氯化剂浓度。
3. 氯乙烯代换反应：将氯乙烯与酸性催化剂接触，进行氯乙烯代换反应得到环氧乙烷。
反应条件包括适宜的反应温度和压力，以及合适的催化剂浓度。
4. 分离纯化：将反应产物进行分离纯化，去除杂质和副产物，得到纯度较高的环氧乙烷。
5. 尾气处理：对产生的尾气进行处理，回收和利用有价值的物质，同时处理排放的废气，确保环境友好和安全生产。
二、环氧乙烷生产设备技术选型在环氧乙烷的生产过程中，需选择合适的设备来实现生产工艺。
以下是常用的环氧乙烷生产设备技术选型：1. 反应器：选用高温高压反应器，能够耐受氯化反应和代换反应过程中的高温高压条件。
反应器应具备良好的密封性和耐腐蚀性能。
2. 分离塔：采用合适的分离塔，能够将反应产物进行有效的分离纯化，提高环氧乙烷的纯度。
分离塔设计应考虑物料流动性和传质效果，以及能耗和生产效率等因素。
3. 冷却器：选用高效率的冷却器，能够迅速冷却产物，减少能量损失。
冷却器设计应满足冷却效果、流体波动和设备紧凑性等要求。
4. 泵送设备：选择适用于环氧乙烷的泵送设备，确保输送流体的稳定性和流量控制。
泵设备应具备耐腐蚀性、高压输送能力和可靠性。
5. 废气处理设备：配置废气处理设备，对尾气中的有害物质进行去除，符合环保要求。
废气处理设备包括吸附装置、喷淋塔和燃烧装置等。
总结：环氧乙烷的生产工艺及设备技术选型对产品质量和生产效率具有重要影响。
乙烯制取环氧乙烷生产工艺设计
乙烯制取环氧乙烷生产工艺设计环氧乙烷（EO）是一种重要的有机化工原料，广泛应用于合成表面活性剂、塑料、合成纺织品和起泡剂等领域。
下面将介绍乙烯制取环氧乙烷的生产工艺设计。
首先，乙烯是环氧乙烷的主要原料，可以通过烃解乙烷来制取。
烃解乙烷反应采用乙烷和热空气在催化剂的作用下，进行高温裂解反应。
主要反应方程式如下：C2H6+热空气->C2H4+H2O+热量烃解乙烷反应装置一般由进料系统、反应系统、冷却系统、分离系统和废气治理系统组成。
进料系统将乙烷、热空气和催化剂送入反应系统；反应系统中的催化剂在高温下催化乙烷裂解生成乙烯；冷却系统通过冷却装置将反应系统中的产物冷却到室温；分离系统通过精馏等方法将乙烷、乙烯和其他副产物分离；废气治理系统用于处理排放的废气。
接下来是环氧化反应。
环氧化反应是将乙烯与过氧化氢（H2O2）在存在催化剂的条件下，发生环氧化反应。
主要反应方程式如下：C2H4+H2O2->C2H4O+H2O环氧化反应一般采用银催化剂，可选择液相或气相进行。
液相环氧化反应采用连续搅拌反应器，反应温度约在55-60摄氏度，压力在0.5-1.0MPa之间；气相环氧化反应采用固定床反应器，反应温度约在200-300摄氏度，压力在0.5-3.0MPa之间。
最后是环氧乙烷的分离和提取。
由于环氧乙烷与水和其他副产物之间的溶解度较大，可以通过水洗和精馏的方式进行分离和提取。
水洗将含有环氧乙烷的混合物与水接触，使环氧乙烷转移到水相中；精馏则通过升华和冷凝的方式将环氧乙烷高纯度地分离出来。
总的来说，乙烯制取环氧乙烷的生产工艺包括乙烷的烃解、乙烯的环氧化以及环氧乙烷的分离和提取。
通过合理的反应条件和工艺设计，可以提高环氧乙烷的产率和纯度，满足市场需求。
同时，还需进行废气治理和产品质量检测，确保生产过程的环保性和产品的质量稳定性。
乙烯空气氧化法制备环氧乙烷的设备选型与优化
乙烯空气氧化法制备环氧乙烷的设备选型与优化环氧乙烷 (Ethylene Oxide, EO) 是一种重要的有机合成原料，广泛应用于化工、医药、农药和日化等领域。
乙烯空气氧化法是目前制备环氧乙烷的主要工艺路线，该方法通过将乙烯与空气催化反应，制得环氧乙烷。
本文将讨论乙烯空气氧化法制备环氧乙烷的设备选型与优化。
一、反应器选型乙烯空气氧化法制备环氧乙烷的反应器是整个过程中最关键的设备之一。
常用的反应器类型包括固定床反应器、流化床反应器和循环流化床反应器等。
1. 固定床反应器固定床反应器是最常见的反应器类型之一，其主要特点是结构简单、操作稳定，并且适应性广。
然而，乙烯空气氧化反应属于高度放热反应，固定床反应器存在热失控的风险。
此外，催化剂在操作过程中容易受到积碳和中毒，需要定期更新和再生，增加了生产成本。
2. 流化床反应器流化床反应器是另一种常见的反应器类型，其主要特点是具有良好的传热和传质性能，有利于催化剂的再生和控制反应温度。
然而，流化床反应器的操作复杂，催化剂的悬浮性需要进行良好的控制，以避免颗粒的沉积和外泄。
此外，流化床反应器对催化剂的选择也有较高的要求。
3. 循环流化床反应器循环流化床反应器是对传统流化床反应器的改进，可以有效地控制催化剂的循环和再生。
该反应器通过循环流化床内的气体进行催化剂的再生，避免了催化剂在操作过程中的积碳和中毒问题。
循环流化床反应器还具有较好的传热和传质性能，能够稳定控制反应温度。
二、适宜催化剂选择催化剂是乙烯空气氧化法制备环氧乙烷的关键组成部分，其催化性能直接影响反应效果和设备的稳定性。
常用的催化剂主要包括磷钼酸盐、银催化剂和铁催化剂等。
磷钼酸盐是一种常见而有效的催化剂，具有较高的催化活性和稳定性，适用于固定床反应器和流化床反应器。
银催化剂具有良好的选择性，可以提高环氧乙烷的产率和纯度，适用于固定床反应器和循环流化床反应器。
铁催化剂具有较好的耐热性和抗中毒性能，适用于循环流化床反应器。
环氧乙烷固定床反应器设计
第三章
3.1
目前，我国工业生产环氧乙烷的方法有氯醇法和直接氧化法两种，直接氧化法又分为乙烯空气氧化法及乙烯氧气氧化法。
(1)氯醇法
氯醇法环氧乙烷生产分两步进行：①氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇；②氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。
(2)直接氧化法
直接氧化法，分为空气法和氧气法两种。这两种氧化方法均采用列管式固定床反应器。反应器是关键性设备，与反应效果密切相关，其反应过程基本相同，都包括反应、吸收、汽提和蒸馏精制等工序。
环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，UCC公司进行了工业化生产，之后公司基于Lefort有关银催化剂的研究成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺。50年代末，Shell公司采用近乎纯氧代替空气作为生产环氧乙烷的氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先进的生产方法是用银作催化剂，在列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷 。
环氧乙烷可与有机酸、无机酸反应生成相应的酯。环氧乙烷与硝酸反应最为重要，生成的乙二醇二硝酸酯是能在低温下引爆的炸药。
(3)氧化还原反应
在钠汞齐及催化剂存在下环氧乙烷加氢还原生成乙醇，此反应没有工业意义。环氧乙烷在铂黑等催化剂存下可以有控制地氧化成羟基乙酸，最终则被氧化成二氧化碳及水。
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列管式固定床反应器结构与材料 外壳——普通碳钢； 列管——无缝不锈钢管(管内与反应气接触)，管内放置催化剂，管间走冷介质； 管数——依生产能力而定，百根乃至数万根。例如，有的管长3~6米或更长。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
84k① 低温100℃，反应产物几乎是环氧乙烷，选择近100%，但反应速率较慢， 转化率很低；
② 随反应温度提高，转化率增加，选择性降低。 超过300℃时，反应产物几乎全部为CO2和水，缩短催化剂寿命。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
2）反应压力 工业上，大多采用加压氧化法，操作压力为1.0～3.0 MPa
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
② 乙烯氧气配比 乙烯的爆炸极限(φ%)
空气中：3.05%~28.6% 氧气中：2.7%～80%
进入反应器原料气的组成配比取决于氧化剂类型。
空气： 大量N2存在时，CH2=CH2 : O2= 5% : 6% 纯O2： CH2=CH2 : O2 =~25%：8%，需用CH4，N2等稀释。 当CO2存在时，反应体系爆炸极限变窄！有利
进口 原料气
换热
出口尾气 (反应产物) (＞460℃)
进口原料气体温度升高 达到”自爆”
防止“尾烧”措施 催化剂强度足够(保证长期运转不粉化）； 反应器出口处采取冷却措施； 保证反应器管间加压换热介质的液位，
处在反应管所装填的催化剂之上。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
2. 操作条件对乙烯环氧化反应的影响
原料气(乙烯+氧气)
（2）列管式固定床反应器特点
存在热点温度和尾烧等现象。
1）热点及其危害
a) 热点的定义 在反应管轴向，温度分布形成 一个峰值，称为热点也称热点温度。
热点 温度
冷却 介质 T1
冷却 介质 T2
催化剂 （管内）
反应产物
列管式固定床反应器示意图
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
3）空速
与温度相比，空速的影响是次要的。
与主反应竞争竞争的主要副反应是平行反应。
∝ 选择性 ∝ 生产能力 ∝ 1/转化率（表面反应控制）
空速过高 反应气中环氧乙烷含量较低，导致大循环比，动力消耗大； 空速过低 生产能力和反应选择性都下降。
工业上， 氧化剂
Air 7000h-1 O2 2800~4000h-l
6）致稳气
例如，CH4 ，N2等惰性物质。
作用：使爆炸极限变窄；导热性好，移走大量反应热，使反应温度均匀，反应平稳。
过多的致稳气会影响反应的选择性及设备的生产能力。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
1. 乙烯环氧化反应器
（1）反应器选型
反应特点 主反应放强热，且伴有放热更剧烈的完全氧化副反应等 选型依据 围绕反应热量的移出进行 (原则上可选流化床或列管式固定床反应器)
1）反应程度可控；2）及时移走反应热。
列管式固定床反应器 是目前世界各国乙烯环氧化生产环氧乙烷的反应器!
b) 热点温度大小和位置 取决于沿轴向各点的放热速率(Q放)和管外冷却介质 的除热速率(Q除)。 沿反应管长方向 前段 Q放 ＞ Q除 温度由低到高 某点 Q放 = Q除 T最高(热点温度) 后段 Q放 ＜ Q除 温度由高到低
c) 热点温度升高的后果(危害) 烧坏催化剂，造成“飞温”
d) 影响热点的因素 原料气进口温度、反应器壁温等。(详细内容请参考教材)
转化率 30~35% 选择性 65~75%
转化率 9~15% 选择性 80%
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
4）抑制剂（调节剂）
1, 2-二氯乙烷、一氯乙烷等，用量 1～3ppm
5）原料纯度与乙烯氧气配比
① 原料纯度与危害 杂质：饱和烃、乙炔、烯烃、硫化物、金属等。 ➢ 使催化剂中毒，活性和选择性降低 如，乙炔银(爆炸性）；硫化物造成Ag永久性中毒；Fe加速环氧乙烷异构化 生成乙醛反应，降低选择性；丙烯及C3以上烯烃易在催化剂表面积炭， 降低催化活性。 ➢ 反应热效应增大 H2、C3烷烃、烯烃等易氧化，加速CO2和H2O的产生。 ➢ 影响爆炸极限 Air和H2的存在使爆炸极限降低。
主要讨论 反应温度、压力、空速、抑制剂、原料纯度、乙烯氧气配比和致稳气等因素。
1）反应温度 工业上，一般控制温度220 ~ 260℃ (综合考虑选择性&转化率）
乙烯环氧化过程中，与主反应竞争的是放热更强的完全氧化反应(生成CO2和H2O)
实验结果 主反应活化能 ＜ 完全氧化反应活化能
63kJ/mol
主、副反应均视为不可逆反应，加压对氧化反应无显著影响。 适当提高反应压力，有利于
• 提高乙烯和氧气的分压，加快反应速率； • 提高反应器生产能力； • 从反应出口气体中回收环氧乙烷(水吸收过程) 但，压力过高导致 • 设备费用增加； • 促使环氧乙烷聚合并在催化剂表面结炭，降低寿命。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
反 应 管 轴 长
图4-49 放热反应列管式 反应器轴向温度分布
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
2）尾烧及危害
“尾烧”是反应器出口尾气(反应气体)在催化剂粉末催化下，继续进行催化氧 化反应(已离开换热条件)，尾气温度迅速升高至 (>460℃)，称为“尾烧”现象。 “尾烧”后果(危害)
工艺流程安排