环氧乙烷的生产工艺探究.docx

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环氧乙烷的生产工艺探究

毕业设计（论文）

题目：

环氧乙烷的生产工艺探究

学生姓名：

张亚鹏

学号：

2010014434

所在学院：

材料与化工学院

专业班级：

化工1001

届别：

2014届

指导教师：

李淮芬

皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书

1.本人郑重承诺：

所提交的毕业设计（论文），题目《环氧乙烷的生产工艺探究》是本人在指导教师指导下独立完成的，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容；

2.毕业设计（论文）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源；

3.毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况；

4.本人已被告知并清楚：

学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果；

5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。

学生（签名）：

日期：

年月日

环氧乙烷的生产工艺探究

学生：

张亚鹏（指导老师：

李淮芬）

（皖西学院材料与化工学院）

摘要:

环氧乙烷是乙烯氧化衍生物第二，仅次于聚乙烯和聚氯乙烯第三个最重要有机化工原料、生产方法和乙烯氯乙醇环氧化方法，生产线主要包括环氧乙烷合成过程，设计过程中的设计，原材料选择，配方。

本论文采用科学研究与查阅文献资料相结合的方法，生产设计上走低排放低污染的路线，在工艺上选取合理、成本低的路线及方法,使设计尽可能地具有可行性，符合实际操作，最大综合利用资源。

关键词：

环氧乙烷，工艺

StudyonProcessingTechnologyofEpoxyEthane

Student:

YapengZhang（Instructor:

HuaifenLi）

（Facultyofmaterialsandchemicalengineering,WestAnhuiUniversity）

Abstract:

theepoxyethaneethyleneoxidederivativesissecondonlytopolyethyleneandpolyvinylchlorideissecond,thirdofthemostimportantorganicchemicalrawmaterials,productionmethodandethylenechlorohydrinringoxidationmethod,productionlineconsistsofethyleneoxidesynthesisprocess,designinthedesignprocess,theselectionofrawmaterials,formula.Thethesisadoptsmethodsofscientificresearchandconsultingrelateddata,theproductiondesignoflowemissionandlowpollution,lowcostandreasonableroute,routeandmethodsintheprocess,makethedesignasmuchaspossibleisfeasible,inlinewiththeactualoperation,themaximumutilizationofresources.

Keywords:

epoxyethane,process

前言

1环氧乙烷的介绍

1.1环氧乙烷的定义

环氧乙烷（epoxyethane，化学式C2H4O）又称为氧化乙烯，CAS登录号75-21-8，是一种有机物，是一种烃的含氧衍生物，同时也是一种有毒和致癌的物质。

环氧乙烷是杂环化合物中环醚最简单的一种，是一种重要的石油化工产品。

环氧乙烷在较低的温度下是一种无色的透明液体，在室温下的蒸气压，气体高达30℃，141kPa的这种高的蒸气压渗透决定乙烯具有氧化熏蒸消毒时穿透力较强。

环氧乙烷甲醛的化学消毒剂的第二代，并将继续是一个最好的冷消毒剂，和四的低温灭菌技术（低温等离子体，低温甲醛蒸汽，环氧乙烷，戊二醛）最重要的一个。

EO是一种简单的环氧化合物，公式为C2H4O，结构式为：

－CH2－CH2－O－，分子量为44.06[1]。

1.2环氧乙烷的物理性质

1.2.1　物理用途

环氧乙烷在医学消毒以及工业灭菌上用途很广泛，常作为中间体，还可生产乙醇胺类、推进剂、高能燃料、添加剂、增塑剂、醚类、非离子表面活性剂、防冻剂香料等[2]。

1.2.2　健康危害

是一种原浆毒物、刺激剂和中枢神经抑制剂。

急性中毒：

患者有剧烈的搏动性头痛、呼吸困难、胸闷、头晕、呕吐、流泪等；重者出汗、言语障碍、、共济失调、神志不清、全身肌肉颤动，以致昏迷。

还可见心肌损害和肝功能异常。

皮肤接触会发生迅速膨胀、起水泡几个小时后，反复暴露于过敏原。

环氧乙烷液体如溅入眼内，可导致角膜灼伤。

慢性影响：

如长期长时间少量接触，一般可引起植物神经功能紊乱和神经衰弱综合征[3]。

1.2.3　急救措施

皮肤接触：

应马上脱掉污染的衣服，用大量的自来水冲洗，至少15分钟。

就医。

眼睛接触：

应立即提起眼睑，立即用自来水冲洗，至少15分钟。

就医。

吸入：

应立即到通风处，保持呼吸道通畅。

如呼吸困难，给输氧。

如停止了呼吸，需马上进行人工呼吸。

当呼吸和心跳都停止时，要马上实施人工呼吸以及胸外心脏按压术[4]。

1.2.4　消防措施

危险特性：

其蒸汽和空气能形成较大范围的爆炸性混合物。

遇热源和明火可导致爆炸。

在高热的条件下剧烈分解，能导致容器破裂而引起爆炸。

接触与氢氧化碱金属或高活性催化剂如氯化无水铝和铁氧化物和铁、锡、铝可以将大量的热和能引起爆炸。

蒸气相对空气重，能从浓度高的地方扩散到浓度低的地方，遇火源可能会着火引起回燃效应[5]。

有害燃烧产物:

一氧化碳、二氧化碳。

灭火方法：

切断气源。

如没有办法切断气体来源，就不能熄灭气体泄漏处的火焰。

喷水冷却容器，尽量将容器从火场移至空旷处。

灭火剂：

二氧化碳、干粉、抗溶性泡沫、雾状水。

1.2.5　泄漏应急处理

应急处理：

应立即撤离泄漏污染区的工作人员至上风处，以防二次中毒，同时还要严格限制出入。

切断火源。

同时要求应急处理的工作人员戴呼吸器，穿上防静电的工作服。

要使用覆盖层或吸附（吸收剂）覆盖泄漏点及泄露点附近的下水道等地方，以防气体进入。

合理通风，加速扩散。

喷雾状水稀释、溶解。

如果可能的话，使用排气气体泄漏给一个开放的区域或安装适当喷头烧掉。

漏气的容器需妥善安放，修复以检验后再用[6]。

1.2.6　操作处置与储存

操作注意事项：

密闭操作，局部排风。

工作人员要经过专门的培训，必须严格遵照操作规程。

在远离火种和热源的同时，在工作场所要严禁吸烟，还需使用防爆型的通风系统及设备，以防气体泄漏到工作场所的空气中。

避免和酸、碱、醇类接触。

禁止撞击和震荡。

在工作场所要配备一定量的消防器材和泄漏应急处理设备[7]。

储存注意事项：

储存于阴凉、通风的库房。

远离火种、热源。

避免光照。

库温不宜超过30℃。

要与酸、碱、醇类、食用化学品分开放置，避免混合存放。

禁止用到有火花的工具及机械设备。

要严格执行极毒物品“五双”的管理制度。

1.3环氧乙烷的主要应用领域

环氧乙烷（ethyleneoxide）是第三大重要有机化工原料，乙烯衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，20%以上的乙烯都用于生产环氧乙烷。

环氧乙烷除部分用于制造非离子表面活性剂，同时也大量用作抗冻剂。

大部分或全部环氧乙烷在用于乙二醇的生产，其他少量用于生产化工铲平。

广泛应用于许多领域，电子、医药、农药、染料、纺织、造纸、汽车、石油勘探、炼油等......[8]

1.3.1生产乙二醇

环氧乙烷绝大部分用于制造其它化学品，主要是乙二醇的生产。

最终使用乙二醇为主要生产聚酯聚合物，也可以用来作为冷却剂和汽车防冻剂。

第二，为生产的碳酸乙烯酯，乙二醛，氯化胆碱，羟乙基纤维素，三甘醇，乙二醇，乙烯胺，B二乙二醇醚，乙醇胺，聚氧乙烯醚和其他下游产物[9]。

1.3.2化工清洁

环氧乙烷是一种有毒容易致癌的有机物，曾被用于制造杀菌剂。

环氧乙烷易燃易爆而且有强烈的地域性，性质极不稳定，因此不易长途运输。

由于在化工相关产业可作为清洁剂，所以被印染，制药，洗涤等行业广泛地应用[10]。

1.3.3杀菌

通常采用环氧乙烷-二氧化碳（两者之比为90：

10）的混合物，广泛用于医院和精密仪器等仪器的消毒。

环氧乙烷的熏蒸剂常作为粮食、食物的保藏。

例如，例如，干燥的蛋粉存储常因细菌分解，由环氧乙烷熏蒸处理，从而可以防止恶化，化学组成和蛋粉，包括氨基酸并没有受到影响。

1.4环氧乙烷的应用发展概况

作为化工市场的超级巨星，环氧乙烷化学市场在过去一直都是销量冠军。

特别是在国内的纺织行业和其他行业的崛起在中国的世界贸易组织成员后，供应环氧乙烷是明显不足。

一些私营公司想要上日益增长的化工市场蓬勃发展共享也有道理，因此受到很大数量的乙烯引进国外。

和产能激增不同的是，下游市场的需求并不多。

2013年欧洲市场对环氧乙烷的进口少于往年，而国内产量在欧洲减少，需求尚可，总体上，这允许设备进行检查。

欧洲市场每月进口量每月都有增加，如果从每月均进口量计算，今年欧洲市场的总进口量将在20000吨左右。

据说，在美国乙二醇市场供应短缺，而我国的国内产能情况如下：

华东大部分区域的产能过剩，华中大部分地区也同样产能过剩，从供不应求变成供过于求。

1.5环氧乙烷应用技术开发动向

环氧乙烷是因为性质良好，所以它可以作为一种高效、广谱的气体杀菌消毒剂。

是一种强渗透的消毒物品，可以达到到物品深处，从而杀死致病性微生物，包括细菌、真菌、病毒、芽孢等。

因气体和液体都有较强杀微生物的作用，且气体效果好，所以工业上大部分都是用气体。

广泛用于医学消毒及工业灭菌，如对于食料、纺织物及其他方法不能消毒的，同时对热不稳定的药品和外科器材等方法进行气体熏蒸消毒的，都使用环氧乙烷消毒，如皮革、棉、合成纤维、精密仪器、生物产品、纸张、书籍、文件、某些药物、橡胶制品等。

1.5.1杀菌剂

环氧乙烷具有良好的杀菌作用，无残留的气味，且对金属不腐蚀，因此用于材料的气体杀菌剂。

1.5.2抗酸剂

　环氧乙烷和酸的作用，所以它可以被添加作为抗酸剂对某些物质，从而降低这些物质的酸度不产生或使用其长酸性。

2乙烯环氧化反应基本原理[11]

2.1乙烯环氧化法

乙烯直接氧化法的主反应方程式：

2.2平行副反应：

环氧乙烷继续氧化生成二氧化碳和水，以及生成少量甲醛和乙醛的连串副反应。

2.3环氧化反应

完全氧化副反应使主反应选择性下降，热效应则是主反应放热的十余倍，极易出现飞温现象，因此提高催化剂的选择性，减少乙烯直接氧化生成二氧化碳和水的反应至关重要。

对于具有循环过程的环氧化反应，进入反应器的混合气由循环气和新鲜原料气乙烯和氧气混合形成，它的组成不仅影响反应结果，也关系到安全生产。

在生产过程中，乙烯和氧气的配比一定要避开爆炸极限，乙烯在空气中的爆炸极限为

%~36%，与氧的爆炸极限为

%~80%，事宜的二氧化碳（循环气中允许小于9%）可以使爆炸极限变窄，另外，氮和甲烷也可作为致稳剂，使爆炸极限范围变窄，增加体系稳定性和安全性。

3乙烯氧气氧化法生产环氧乙烷的工艺流程

乙烯环氧化反应是一强放热反应，而且伴随有完全氧化反应的发生，放热更为剧烈，故要求采用的氧化反应器能及时移走反应热。

同时，为发挥催化剂最大效能和获得高的选择性，要求反应器内反应温度分布均匀，避免局部过热。

由于采用的氧化剂不同，工艺流程的组织可分为空气氧化法和氧气氧化法。

空气氧化法安全性较高，但选择性较低，尾气需要连续排放，乙烯单耗高，另外需增加副反应器，以便使乙烯反应更安全，投资费用高于氧气氧化法。

因此，大型的装置多采用氧气氧化法。

氧气氧化法生产环氧乙烷工艺流程

1—混合器2—循环压缩机3—热交换器4—反应器5—环氧乙烷吸收塔6—

吸收塔7—

解吸塔8—环氧乙烷解吸塔9—环氧乙烷再吸收塔10—脱气塔11—精馏塔12—环氧乙烷储槽

如图，原料氧气和乙烯、含抑制剂的制稳气以及循环气在混合器中混合后

经热交换器与反应后的气体进行热交换，预热至一定温度，从列管式反应器上部进入催化剂床层。

在配制混合气时，由于是纯氧进入到循环气和新鲜乙烯的混合器中去，必须使氧和循环气迅速配合达到安全组成，避开爆炸极限，如果混合不好很可能形成氧浓度局部超过极限浓度，进入热交换器时，由于反应出口气体温度较高易引起爆炸危险，故是借用多空喷射器对着混合气流的下游讲氧气高速喷射入循环气和乙烯混合气中，使他们迅速混合均匀，以减少混合气返混入混合器的可能性。

为确保安全，需要配置自动分析仪监测各组成，并配置自动报警连锁切断系统，热交换器安装需有防爆装置措施，通过调节副产蒸汽压力，达到控制反应器温度的目的。

反应器内温度控制在

℃，压力2.0MPa，混合气空速一般为7000h-1左右，单程转化率控制在

，选择性可达

或更高。

在反应器出口端，如果催化剂粉末随气体带出，也会有“尾烧”现象发生，从而导致爆照事故的发生。

为此，工业上要求催化剂必须具备足够的强度，在长期运转中不易粉化；在反应器出口处采取冷却措施或改进下封头；采用自上而下的反应气流向，以减少气流对催化剂的冲刷；另外，还需严格控制反应器管间加压热水的液位，以保证处在反应管所装填的催化剂之上，防止催化剂烧结。

自反应气流出的反应气体中

。

经热交换器3换热降温后进入环氧乙烷吸收塔5，因为环氧乙烷能以任何比例与水互溶，故采用水作吸收剂。

吸收塔顶排出的气体，含有未转化的乙烯、氧气、惰性气体以及产生的二氧化碳。

虽然原料乙烯和氧的纯度很高，带入反应系统的杂质很少，但反应过程中产生的

如全部循环至反应器内，必然会造成循环气中

浓度的积累。

因此，从吸收塔排出的气体约90%循环压缩机2中，与新鲜乙烯混合进入混合气1，另外10%送至

吸收塔，与来自

解吸塔7塔釜的热的贫碳酸氢钾-碳酸钾溶液接触，在系统压力下碳酸钾与

和水作用生成碳酸氢钾。

自

吸收塔排出的气体经冷却器冷却、气液分离器分离出夹带的液体后，返回至循环气系统，并采用不定期放空的方法以避免惰性气体的积累。

吸收塔塔釜富碳酸氢钾-碳酸钾溶液经减压后人

解吸塔7，经加热，使

分解为

和

，

自塔顶排出，塔釜液贫

-

循环回

吸收塔作吸收剂。

环氧乙烷吸收塔塔釜排出的含

、少量副产物、乙醛以及

的吸收液，经热交换器减压闪蒸后进入环氧乙烷解吸塔8顶部，为此环氧乙烷和其他组分被解吸，解吸塔顶部设有分凝器，其作用是冷凝与环氧乙烷一起蒸出的大部分水和重组分杂质。

解吸出来的环氧乙烷进入再吸收塔9，用水再吸收后，塔顶为

和其它不凝气体，塔釜得到

的水溶液，进入脱气塔10，在脱气塔顶除了脱出

外，还含有相当量环氧乙烷蒸气，这部分气体返回至再吸收塔9，塔釜排出的环氧乙烷水溶液一部分直接送至乙二醇装置，加入适量水后

在

，

反应条件下水合制乙二醇装置，其余部分进入精馏塔11，精馏塔具有95块塔板，在87块塔板处采用纯度大于99.99%的产品环氧乙烷，塔顶蒸出甲醇（含环氧乙烷）部分回流，部分与塔下部取出的含乙醛的环氧乙烷一起返回脱气塔。

环氧乙烷解吸塔8塔釜排出的水经热交换利用其热量后，循环回环氧乙烷的吸收塔5作吸收水用；精馏塔11塔釜排出的水则循环回环氧乙烷再吸收塔9作吸收水用，这些吸收水是闭路循环，可以减少污水的排放量。

参考文献：

[1]宋宪有.简议环氧乙烷-二氧化碳混合灭菌剂，低温与特气[J]，2009,4:

23-26

[2]董凤蕾.半间歇釜式反应器合成乙二醇单醚的研究，中国海洋大学[J],2008,8:

56-65

[3]何惠燕.环氧乙烷灭菌的安全应用探讨，岭南急诊医学杂志[J]，2011，5：

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[4]王占元.氟化工建设项目环境风险管理问题研究，西安石油大学[J]，2012，5：

26-28

[5]赵天心.基于动态博弈论的天津滨海新区环境风险应急资源管理，南开大学[J]，2011，7：

65-70

[6]田博.肇庆海事局辖区船载危险品事故应急反应对策研究，武汉理工大学[J]，2009，10：

56-57

[7]王海亮.炼油区专用铁路共用运输安全分析，中国石油大学（华东）[J]，2012，4：

23-24

[8]朱建民.环氧乙烷精深加工产业现状与发展,精细化工[M],2005，9：

59-62

[9]程婷.环氧乙烷及其下游产品在广东的应用,广东化工[J],2003，8：

26-27

[10]张亮.环氧乙烷（EO）的生产工艺及操作,电大理工[J]，2012，10：

32-35

[11]朱志庆，房鼎业.化工工艺学[M].北京：

化学工业出版社，2011，4：

141-144

致谢

首先，要感谢我的指导老师李淮芬老师，在我写论文期间对我细心的教导，对论文提出了种种建设性意见，使我论文的科学性在原本基础上得到了较大的提升。

其次，也要感谢我的大学室友，没有他们，论文的各种小细节我也把握不好。

最后，感谢本次参与论文评审工作的各位领导及老师，在百忙之中抽身对我的设计进行认真审查。

真心的谢谢你们。