环氧乙烷化工工艺的制作过程

李晓娟

【摘 要】环氧乙烷在化工产业内的合成技术，是将气态氧气与乙烷在催化剂的作用下完成化合，形成环氧乙烷的过程。这种方适用于工业化工生产环氧乙烷。是典型的物质催化氧化技术的结晶。

【关键词】化学反应；环氧乙烷；反应速率

1.化学反应依据

在有机化学反应中很多实验是分成的进行的，就乙烯氧化得到环氧乙烷的实验来说，氧气的含量就决定了反映的种类，氧气的含量低或纯度低就是乙烯的不完全氧化，洋气的纯度高就是完全氧化。通常条件下由于乙烯碳原子之间的双键活性很强，所以一般对乙烯和氧气的反应进行中只是简单的氧化，氧化很彻底记得到了水和二氧化碳，不符合化学工业制取环氧乙烷的实验目的，因此控制氧化条件是一袭碳原子之间双键断裂形成环氧乙烷。在化学反应中催化剂是改变化学反应速率的一种物质，它本身不参与化学反应所以反应前后质量不变，在乙烯和氧化制取环氧乙烷的实验中，大多氧化催化剂催化效果不好，是反应不能正常进行得不到环氧乙烷，只能使乙烯和氧气消耗增加原材料浪费，在这个实验中只有惰性金属银单质才是具备良好催化的作用催化剂。

2.反应影响因素

有机化学反应是受到很多方面因素影响的，本实验针对乙烯氧化制取环氧乙烷，其影响化学反应的因素有温度、反应物浓度、反应气压等几方面。

2.1温度对化学反应速率的影响

在大多是化学反应试验中温度都是影响化学反应速率的因素之一，增加温度就会加快反应速率、使反应更加彻底。在本实验内也不例外，有机化学的化学反应中往往有很多副反应伴随，因此其产物并不单一，本试验为有机物氧化化学反应制取氧化物，因此副反应主要为乙烯与氧气反应生成二氧化碳和水，因此在这个实验中单一的升高温度是不可取的，不论是副反应还是正反应都是会随着温度增加分子运动更加剧烈的，但是由于不同的实验受到试验温度的影响不同，因此我们可以选择一个环氧乙烷生成率相对最大的温度对实验进行温度设定。当反应温度在100时，产物中几乎全部是环氧乙烷，选择性接近100%，但反应速率甚慢，转化率很小，没有现实意义。随着温度增加，反应速率加快，转化率增加，选择性下降，放出的热量也愈大，所以必须考虑移出反应热的措施。适宜的反应温度与催化剂活性有关，权衡转化率和选择性之间的关系，工业上反应温度一般控制在220～260℃。

2.2压力对化学反应速率的影响

在乙烯氧化的实验中不论正副反应都是不可逆的，因此反应可以在热力学上理解为氧化放出能量并不可逆转。应为实验的反应物是气体因此增加反应装置的压力有助于环氧乙烷的生成和收集，因此在现在工业利用乙烯氧化制取环氧乙烷大多采用加压的方法，但是由于压力过大对装置就会有损坏，因此选择合适的压力和合格的装置是很重要的。目前工业上采用的操作压力为2MPa左右。

2.3催化剂对化学反应速率的影响

空间速度的大小不仅影响转化率和选择性，也影响催化剂空时收率和单位时间的放热量，故必须全面衡量，目前工业上采用的混合气空速一般为7000h-1左右，有更高的。单程转化的控制与所用氧化剂有关，当用空气作氧化剂时，单程转化率控制在30～50%，选择性达70%左右，若用纯氧作氧化剂，转化率控制在12～15%，选择性可达83～84%。

3.化学反应物质比例及纯度

3.1反应物纯度

原料气中的杂质对氧化过程带来的不利影响主要有：一是催化剂中毒，例如，硫化物等能使银催化剂永久性中毒，乙炔能与银形成乙炔银，受热会发生爆炸性分解；二是选择性下降，例如，原料气中带有铁离子，会加速环氧乙烷异构化为乙醛的副反应，从而使选择性下降；三是反应热效应增大，四是影响爆炸极限。故原料气中上述各类有害杂质的含量必须严格控制。在原料乙烯中要求乙炔<5×10-6g/L、C3以上烃<1×10-5g/L、硫化物<=""p="">

3.2反应物比例

由于所用氧化剂不同，对进反应器混合气体的组成要求也不同。用空气作氧化剂时，空气中有大量惰性气体氮存在，乙烯的质量分数以5%左右为宜，氧的质量分数为6%左右。当以纯氧为氧化剂时为使反应不致太剧烈，仍需采用稀释剂，一般是以氮作为稀释剂，进反应器的混合气中，乙烯的质量分数20～30%，氧的质量分数7～8%。二氧化碳对环氧化反应有抑制作用，但含量适当对提高反应的选择性有好处，且可提高氧的爆炸极限（ 质量分数），故在循环气中允许含有9%以下的二氧化碳。循环气中如含有环氧乙烷对反应也有抑制作用，并会造成氧化损失，故在循环气中的环氧乙烷应尽可能除去。

4.反应进行过程

乙烯的直接氧化过程可用空气或氧气作为氧化剂。用空气进行氧化时，需要两个反应器，才能使乙烯获得最大利用率。用氧气进行氧化，则反应可一步完成，就只需要一个反应器。自高空吸入的空气，经压缩机加压，再经碱洗塔及水洗塔进行净化，除去氯、硫等杂质，防止银催化剂中毒，然后按一定流量进入混合器。

纯度98%以上的乙烯与循环乙烯混合，经压缩机加压后，进入第一混合器，再与空气、微量二氯乙烷[约（1～2）×10-6] 充分混合，控制乙烯的质量分数为3～3.5%。原料气与反应器出来的反应气体进行换热后，进入第一反应器。

反应器为列管式固定床反应器，管内充填银催化剂，管间走热载体。乙烯与空气中的氧在240～290℃、1～2MPa 及催化剂的作用下，生成环氧乙烷和一些副产物。乙烯的转化率约为30%，选择性65～70%，收率约20%左右。反应时所放出的热量，由管间的载热体带走。

反应气经与原料气换热，再经串联的水冷却器及盐水冷却器将温度降低至5～10℃，然后进入第一吸收塔。该塔顶部用5～10℃的冷水喷淋，吸收反应气中含有的环氧乙烷。从吸收塔顶出来的尾气中还含有很多未反应的乙烯，经减压后，将其中约85～90%的尾气回压缩机的增压段压缩后循环使用，其余部分送往第二混合器。

在第二混合器中通入部分新鲜乙烯、空气及微量二氯乙烷，控制乙烯的浓度为2%，混合气体经预热后进入第二反应器。混合气中的乙烯和空气中的氧在220～260℃、1MPa 左右压力下进行反应。乙烯的转化率为60～70%，选择性为65%左右，收率在47%以上。反应后的气体经换热及冷却后进入第二吸收塔，用5～10℃低温水吸收环氧乙烷，尾气放空。

第一、二吸收塔中的吸收液约含2～3%的环氧乙烷，经减压后进汽提塔进行汽提，从塔顶得到85～90%浓度的环氧乙烷，送至精馏系统先经脱轻组分塔除去轻馏分，再经精馏塔除去重组分，得到纯度为99%的环氧乙烷成品。

乙烯直接氧化法的产品质量高，对设备无腐蚀，但此法对乙烯的要求高，纯度必须在98%以上。

5.结语

在当今社会工业生产环氧乙烷大多数采用乙烯氧化的方法，因为乙烯氧化反应制取环氧乙烷的有机氧化实验副反应少、副产物与制取物质分离简单，而且反应复杂情况地比较容易掌控，但是这种有机物反应制取环氧乙烷的方法也有其自身的弊端，由于乙烯是可以燃烧的与空气混合在一定温度的恒定体积容器里就容易发生剧烈的爆炸，带来严重的安全问题，另外在反应装置加压的过程中也容易由于气压过大、或者化学反应装置不合格、被氧化产生爆炸，因此就要求采取这种方法制取环氧乙烷的化工企业注意规范操作和设备检修和审核。 [科]

【参考文献】

[1]张立波.化工工艺设计[M].北京：中国石化出版社，2008.

[2]孙秀敏.乙烯催化氧化制环氧乙烷过程[M].甘肃科技，2009，25（3）.