年产5、5万吨环氧乙烷工艺设计摘要本文就是对年产5、5万吨环氧乙烷合成工段得工艺设计。
本设计依据环氧乙烷生产工段得工艺过程,在生产理论得基础上,制定合理可行得设计方案。
本文主要阐述了环氧乙烷在国民经济中得地位与作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。
对主要设备如:混合器、反应器、环氧乙烷吸收塔、二氧化碳吸收系统,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得设备计算与校核,确定操作参数、设备类型与材质,使用CAD绘制相应得工艺流程图,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。
PROCESS DESIGN OF ETHYLENE OXIDE WITH ANNUAL OUTPUT OF 55,000 TONSABSTRACTThe process of ethylene oxide with annual output of 5,5000 tons was designed in this paper、Based on the actual production process and production theory reasonable design scheme was developed、The status and role of ethylene oxide in the national economy was discussed in this paper、Furthermore, the produce methods, the principle of produce and process were also interpred、Material balance of the main equipments, such as: the mixer, the reactor, the absorb tower of epoxyethane, and the absorb system of carbon dioxide have been calculated、Calculation of energy balance for the epoxyethane reactor were also carried out、Equipment calculations and checking of the reactor were carried on detail、The parameters, types and materials of the equipments were confirmed、Based upon, the high purity epoxyethane rectifier was draw using CAD、Finally, correspond measures for the production process were given、KEY WORDS:epoxyethane;process;reactor;material balance。
目录第1章引言 (2)§1、1 环氧乙烷在国民经济中得地位与作用 (2)§1、2 环氧乙烷在国民经济中得地位与作用 (2)§1、2、1 生产技术 (2)§1、2、2 技术发展动向 (3)§1、3 环氧乙烷得市场需求状况 (3)第2章工艺概述 (4)§2、1 环氧乙烷得性质 (4)§2、1、1 EO得物理性质 (4)§2、1、2 EO得化学性质 (4)§2、2 生产方法得评述及选择 (5)§2、2、1 氯醇法 (5)§2、2、2 直接氧化法 (5)§2、3 环氧乙烷得生产原理 (5)§2、3、1 氧化反应原理 (5)§2、3、2 二氧化碳脱除原理 (6)§2、4 设计方案简介 (7)§2、5 生产方法得评述及选择 (10)第3章物料衡算 (11)§3、1 物性数据 (11)§3、2 设计依据 (12)§3、3 循环系统得物料衡算 (12)§3、3、1 计算依据 (12)§3、3、2 混合器 (13)§3、3、3 反应器 (17)§3、3、4 环氧乙烷吸收塔 (18)§3、3、5 CO2得吸收系统 (21)第4章热量衡算 (22)§4、1 反应器得热量衡算 (22)第5章设备计算 (25)§5、1 反应器设备计算 (25)§5、2 确定氧化反应器得基本尺寸 (26)§5、3 床层压力降得计算 (26)§5、4 传热面积得核算 (27)§5、5 反应器塔径得确定 (27)参考文献 (29)致谢 (29)第1章引言§1、1环氧乙烷在国民经济中得地位与作用环氧乙烷(简称EO),又称氧化乙烯,也称恶烷,就是一种最简单得环醚, 就是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯与聚氯乙烯得重要有机化工产品,就是最简单最重要得环氧化物,在国民经济发展中具有举足轻重得地位与作用。
从全球来瞧,环氧乙烷主要用作化学中间体,它主要消费于乙二醇,全球环氧乙烷产量得60%都转变为乙二醇,乙二醇可进一步加工成聚酯纤维与树脂。
有13%得环氧乙烷用于制造其它二醇类(如聚乙二醇、二甘醇与三甘醇等)。
环氧乙烷得第二大销量就是用于洗涤剂得产品。
其它环氧乙烷得衍生产品有乙醇胺、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得消毒剂。
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年与2008—2013年又分别以4、6%与3、4%速率递增,即到2008年与2013年全球环氧乙烷需求量将分别达到1995、2万吨与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与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得建成与投产,加上环保法规得日益严格,国内小规模得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,早期引进得空气法环氧乙烷装置大多也改造为氧气法[1,2]。
§1、2环氧乙烷在国民经济中得地位与作用§1、2、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)与UCC三家公司所垄断,这三家公司得技术占环氧乙烷总生产能力得90%以上。
Shell、SD与UCC三家公司得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、物理性能与制备略有差异,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、2、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得进展。
在催化剂方面,目前已形成高活性与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%)、活性与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技术或其她专利技术得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%与88%。
SD与UCC在新催化剂开发方面也取得许多进展,例如近期SD公司开发得固载银及含有碱金属、硫、氟与磷族元素(P,Bi,Sb),固载银及含有碱金属、硫、氟与或锡,固载银及含有碱金属、硫、氟与镧系金属助剂得催化剂,突破了以铼与过渡金属作助剂制备环氧乙烷银催化剂得传统方法。
研制得催化剂在反应温度232℃—255℃时,催化剂得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、氟化物阴离子助剂与选自ⅢB—ⅥB族至少一种元素组成得减少环氧乙烷完全氧化反应得银催化剂。
而性能最优异得就是一种含银载体用硝酸钾与高锰酸钾溶液多次浸渍制备得催化剂,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%。
§1、3环氧乙烷得市场需求状况我国最早以传统得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得产物得环氧乙烷/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得迅猛发展,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得生产能力将呈现迅速增加得势头。
其中北京燕山石化于2004年将已有得70kt/a得生产能力扩大到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得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/a EO生产装置,2005年建成投产;上海石化已新建一套300kt/a EO生产装置,2005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得EO生产装置。
到2005年我国EO得生产能力将激增至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。
第2章工艺概述§2、1环氧乙烷得性质§2、1、1E O得物理性质环氧乙烷(简称EO),英文名称epoxyethane,又被称为氧化乙烯,也称恶烷,分子式:C2H4,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,在空气中得爆炸限(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得气味,其蒸气对眼与鼻粘膜有刺激性,有毒。