年产5.5万吨环氧乙烷工艺设计摘要本文是对年产5.5万吨环氧乙烷合成工段的工艺设计。

本设计依据环氧乙烷生产工段的工艺过程，在生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。

本文主要阐述了环氧乙烷在国民经济中的地位和作用、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的设备计算和校核，确定操作参数、设备类型和材质，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。

PROCESS DESIGN OF ETHYLENE OXIDE WITH ANNUALOUTPUT 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 (4)§1.1 环氧乙烷在国民经济中的地位和作用 (4)§1.2 环氧乙烷在国民经济中的地位和作用 (4)§1.2.1 生产技术 (4)§1.2.2 技术发展动向 (5)§1.3 环氧乙烷的市场需求状况 (6)第2章工艺概述 (7)§2.1 环氧乙烷的性质 (7)§2.1.1 EO的物理性质 (7)§2.1.2 EO的化学性质 (7)§2.2 生产方法的评述及选择 (7)§2.2.1 氯醇法 (8)§2.2.2 直接氧化法 (8)§2.3 环氧乙烷的生产原理 (8)§2.3.1 氧化反应原理 (8)§2.3.2 二氧化碳脱除原理 (9)§2.4 设计方案简介 (10)§2.5 生产方法的评述及选择 (14)第3章物料衡算 (16)§3.1 物性数据 (16)§3.2 设计依据 (16)§3.3 循环系统的物料衡算 (16)§3.3.1 计算依据 (17)§3.3.2 混合器 (18)§3.3.3 反应器 (22)§3.3.4 环氧乙烷吸收塔 (23)的吸收系统 (26)§3.3.5 CO2第4章热量衡算 (28)§4.1 反应器的热量衡算 (28)第5章设备计算 (32)§5.1 反应器设备计算 (32)§5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 (32)§5.3 床层压力降的计算 (33)§5.4 传热面积的核算 (33)§5.5 反应器塔径的确定 (34)参考文献 (37)致 (38)第1章引言§1.1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[1，2]。

§1.2环氧乙烷在国民经济中的地位和作用§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)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、环比较接近，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%。

§1.3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；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；中海壳牌石化已在南海建设一套300kt/a EO生产装置，2005年建成投产；石化已新建一套300kt/a EO 生产装置，2005年建成投产；另外联化、独山子石化等企业均计划在未来几年建设规模化的EO生产装置。

到2005年我国EO的生产能力将激增至2160kt/a，在未来两年国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环氧乙烷的性质§2.1.1E O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：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。