环氧乙烷生产工艺探究

张凯

摘 要：由于化学工艺领域研究的快速和高效发展，现有的环氧乙烷化学生产技术正在向着有效利用清洁能源的方向发展，这种清洁能源可以减少对环境的污染。在这种条件下，就必须要不断优化生产工艺的现有条件，从而来提高环氧乙烷生产的效率和质量。同时，在优化环氧乙烷化学工艺设计的过程中，还必须要总结和分析现有环氧乙烷生产工艺的各种细节，然后使用正交试验设计、DOE设计等方法来进行设计。鉴于这种情况，这篇文章主要对现有环氧乙烷生产的工艺进行了基本分析和总结，并对优化的领域范围进行了系统总结，而且分析了其特点。首先是对环氧乙烷的化学过程进行深入地学习，然后是要研究使其生产过程进行优化的方法。

关键词：环氧乙烷;生产;工艺;反应器

引言

环氧乙烷是现代社会常用的重要有机化工原料。它的来源是乙烯，主要用于生产汽车防冻剂的乙二醇原料。此外，在电子工业、化学工业等领域，环氧乙烷及其衍生物也发挥着重要作用。环氧乙烷生产的研究始于20世纪19年代，已有近200年的历史，从最初的氯醇生产过程到直接氧化银再到其的催化过程，最后再对其进行氧化。通过持续改进，被最广泛使用和认可的工业制造方法就是在催化转化器的情况下使用纯氧和乙烯直接生产环氧乙烷。之后生产环氧乙烷的过程在继续增长，并且达到了更高的水平，对其的改进过程主要分为工艺改进和反应堆改进。

1、分析环氧乙烷的生产工艺

生产环氧乙烷有两种主要方法：氯醇法和直接氧化法。氯醇法基本上分两步产生环氧乙烷：第一，氯气和水之间的化学反应用于形成次氯酸，其次，化学反应次氯酸和乙烯再形成氯代醇，使最終的环氧乙烷通过皂化石灰乳形成。然而，这种生产方法的缺点非常明显：生产过程中会消耗大量的氯气，而会形成许多废水和污染物，严重地污染了环境，也极大程度地影响着社会效益，以及环氧乙烷的醛含量。

直接氧化法也经常用于生产环氧乙烷。它分为两种方法：一种是在空气中直接进行氧化，另一种是与氧气反应而进行氧化。直接空气氧化使用空气作为氧化剂，但必须通过空气净化装置辅助，以避免在生产活动期间暴露污染物。该方法需要在生产过程中连接几个串联的反应器，并始终保持催化剂处于非常活跃的状态。与氧直接氧化是指使用氧作为氧化剂，但必须保证是纯氧，将其连续引入生产系统以减少惰性的气体量，使得在生产过程中不反应的乙烯可以再循环。但是，二氧化碳必须通过脱碳除去。这种方法可以充分利用反应中的资源，并且还可以提高环氧乙烷的纯度和质量，但由于其性能以及这两种方法的特点，氧的直接氧化法的产率较高，而且乙烯的消费量也较低。

2、分析环氧乙烷生产过程的含量

2.1、环氧乙烷生产工艺参数的优化

在分析和实施环氧乙烷生产的过程中，可以研究通过现有的直接氧化过程来获得环氧乙烷生产过程的参数。相关文献的研究表明，环氧乙烷的直接氧化过程中应用最广泛的参数如下：直接氧化过程的压力在1.88 MPa之间，在之后的步骤中温度在200℃和230℃之间。通过直接氧化获得的转化率为96.9%或更高，同时，在优化环氧乙烷生产工艺参数的过程中，也研究了环氧乙烷直接氧化反应的机理。从视图的深入分析中，在优化化学工艺以环氧乙烷的参数时，也必须分析在整个每个反应和平衡的设置中所产生的热组件，以确保最终数据的可靠性和准确性，进而满足环氧乙烷材料热平衡的需求。

2.2、系统整合环氧乙烷的化学生产参数

在化学生产环氧乙烷的过程中，化学生产单元的分析必须独立进行。特别是，化学生产过程的关键要素是氧化反应和化学生产的循环氧化，在使用合适的氧化环氧乙烷催化剂来直接氧化环氧乙烷和评价催化剂性能的过程中，可以提高乙烯的转化率并且能够有效地提高环氧乙烷的产率。

3、改进反应堆

3.1、加快反应堆启动速度

在环氧乙烷生产中选择银催化剂会对整个实验产生很大影响。因此，提高银催化剂的整体特性是非常重要的，其中两个最重要的点是银催化剂的活性和寿命。在开始反应之前，将银催化剂加载到反应器中之后，我们可以使用预氯化技术来实现改善活性和保质期的目标。在一些情况下，预氯化技术可以增加银催化剂活性，并且在任何情况下都可以增加反应器的启动速度，从而增加催化剂的寿命。

3.2、提高反应器的导热系数

温度是反应中最重要的控制因素。温度的调节不良会对生产过程产生非常不利的影响。环氧乙烷是一种结构不稳定的物质，对温度的依赖性很高。目前使用的反应器是固定床管式反应器，传统的热传导过程通过在螺旋液体中使用传热模式而得到改善，因此环氧乙烷的整个反应过程在几乎恒定的温度条件下进行并具有良好的性能。

3.3、大型和新型反应堆

用于环氧乙烷生产的单独乙烯氧化工艺的生产能力在不断增加。通过不断引入新型的乙烯来直接进行氧化，以发展新型的生产环氧乙烷反应器，并且配备有冷却罐的多管反应器可以加速环氧乙烷形成的冷却速率。

3.4、添加氯抑制剂

在通过乙烯氧化生产环氧乙烷的过程中，乙烯是通过银基催化剂的作用进行氧化反应，其主要的过程就是乙烯的反应，以及和氧气形成环氧乙烷，该反应的选择性通常稳定在70%或更高。乙烯和氧气的反应不仅产生环氧乙烷，还产生二氧化碳和水，这是乙烯和氧气深度反应的结果，该反应的实质是乙烯的燃烧反应。对环氧乙烷的选择性的增加防止了这种反应的发生，因此，在反应过程中可以加入少量二氯乙烷，因为二氯乙烷可以防止这种反应的发生。

3.5、控制反应气体中水的摩尔分数

在通过乙烯氧化生产环氧乙烷的过程中，水在该过程中会与水蒸气一起存在。在温度恒定的情况下，在乙烯与环氧乙烷的氧化反应中，必须将水蒸气的摩尔分数调节至小于或等于0.12%的水平。如果超过该限度，乙烯与环氧乙烷反应过程中的水蒸气将会影响银催化剂，而反应中水蒸气的摩尔分数将增加，这会降低乙烯的转化率。

结束语

因此，在生产环氧乙烷的过程中，确保有效完成环氧乙烷生产工艺，可以实现能源消耗和原料消耗的有效控制和实现生产清洁以及低碳能源的目标。在环氧乙烷直接氧化过程中，有关单位应深入对环氧乙烷生产直接氧化过程的研究。

参考文献

[1]刘成龙.环氧乙烷生产工艺的改进[J].居舍，2018（23）：216.

[2]龚勇.关于环氧乙烷生产工艺的探讨[J].化工管理，2014（15）：193.

[3]王庆，侯贺贞，姚丰明.探讨环氧乙烷生产工艺的改进技术[J].化工管理，2013（16）：233.