年产55万吨环氧乙烷_乙二醇车间环氧乙烷合成工段工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产55万吨环氧乙烷_乙二醇车间环氧乙烷合成工段工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

氢氧化钙皂化生成环氧乙烷。 1922 年沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~5~ UCC(联碳公司 )建成首套氯醇法工业装置。 尽管氯醇法乙烯利用率高，但生产过程中消耗大量氯气，腐蚀设备，污染环境，产品纯度低，现已基本被淘汰。 直接氧化法 直接氧化法又可分为空气氧化法和氧气氧化法。 1931 年法国催化剂公司的 Lefort 发现乙烯在银催化剂作用下可以直接氧化成环氧乙烷，经过进一步的研究与开发形成乙烯空气直接氧化法制环氧乙烷技术， 1937年美国 UCC 公司首次采用此法建厂生产。 1958 年 Shell(壳牌公司 )建成首套乙烯氧气氧化法工业装置，生产成本低，产品纯度可 达 %。 氧气氧化法与空气氧化法相比，工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少；氧化反应中催化剂的选择性高，反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较为有利。 通常氧气氧化法的生产成本比空气氧化法低 10％左右。 由于氧气氧化法比空气氧化法有明显的优越性，因此目前世界上的环氧乙烷生产装置普遍采用氧气氧化法。 本设计数据均参考乙烯直接氧化法。 综上所述，本设计采用乙烯直接氧化法。 环氧乙烷的生产原理 氧化反应原理 乙烯氧化过程，按氧化程度可分为选择氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）两种情况， 乙烯分子中碳 — 碳双键〈 C=C〉具有突出的反应活性，在一定条件下可实现碳 — 碳双键选择性氧化，生成环氧乙烷。 但在通常的氧化条件下，乙烯的分子骨架容易被破坏，而发生深度氧化生成二氧化碳和水。 为使乙烯氧化反应尽可能的约束在生成目的产物 —环氧乙烷的方向上，目前工业上乙烯直接氧化生成 EO 的最佳催化剂均采用银催化剂。 在银催化剂作用下的反应方程式如下： 22 4 2 22012AgCCHC H O   催 化 剂2CH2 4 .7 /K C a l m o lO (1) 另外，乙烯直接氧化还有副产物生成，其中 CO2 和水最多。 实验已证明这些副产物以两条不同的路线生成的。 首先，乙 烯直接氧化生成 CO2 和水并伴随着许多寿命极短的部分氧化中间产物： 沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~6~ m olK c a lOHCOOHC /3 2 0223 22242  (2) 这一反应用氯化物来加以抑制，该氯化物为催化剂抑制剂即 1,2— 二氯乙烷（ EDC）， EO 自身有也一定的阻止进一步氧化的能力。 C H OCHOHC 3242 21  (3) OCHOHC 2242 2 (4) 在反应过程中如有碱金属或碱土金属存在时，将催化这一反应。 CO2 还由 EO 氧化而得，这时它首先被异构 为乙醛，然后很快被氧化为 CO2 和H2O。 反应速度由 EO 异构化控制。 C H OOCHOHC  342 (5) OHCOOC HOCH 2223 2225  (6) 反应器副产物中除 CO2和 H2O 以外还有微量的乙醛和甲醛。 它们在精制单元中从 EO 和 EG 中分离掉，以上氧化反应均是放热反应。 二氧化碳脱除原理 本装置采用碳酸盐溶液吸收 CO2，以脱除氧化反应的副产物 CO2，此吸收为化学吸收： K2CO3 + CO2 + H2O→2KHC O3 + (7) 应分五步进行： H2O===H+ + OH (8) K2CO3===CO32 + 2K+ (9) H+ + CO32===HCO3 (10) K+ + HCO3 ===KHCO3 (11) CO2 + OH===HCO3 (12) 速度由第五步控制，在接近大气压下，用蒸汽汽提富碳酸盐液，将 CO2 从系统中解析出来，排至大气 : KHCO3→K 2CO3+CO2十 H2O (13) 工艺流程 循环气首先与新鲜乙烯、甲烷经脱硫床下游的乙烯过滤器 S102 混合，然后进入氧气混合喷嘴 M101，氧气经过滤器 S101 除掉固体颗粒后在这里加入循环气中。 补沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~7~ 充抑制剂后，反应器进料气体在 E101 中被 EO 反应产品气体从 78℃加热到 234℃。 被预热的反应器进料气体进入列管式 EO 反应器 R101，在反应器中，乙烯和氧气在银催化剂床层上进行反应，主要生成 E0；副产品有二氧化碳、水和微量的醛类。 反应产品气体经过三次冷却，在产品第一冷却器 E102 中， 通过产生中压蒸汽，反应产品气体被冷却到 207℃，在进料 /产品换热器 E101 中被冷却到 138℃，在产品第二冷却器 E203 中被进一步冷却到 53℃。 冷却后的反应产品气体进到 EO 吸收塔 C203 的急冷部分。 为脱除反应产品气冷却时产生的水，将一小股物流引到急冷排放解吸塔 C205 中，用泵 P205 把急冷液打到急冷冷却器 E205 中，再回到 EO 吸收塔的急冷段。 离开急冷段的气体用贫吸收液洗涤以回收 E0。 在 EO 吸收塔中吸收的 E0，在 EO 解吸塔 C204 内从富吸收液中解吸出来。 富吸收液离开 EO 吸收塔的温度为 47℃，预热 到 105℃后进入 EO 汽提塔顶部，塔顶出料 (EO/H2O)进入轻组分脱除和 EO 精制部分。 EO 解吸塔设计能力可使吸收的 EO 有 %解吸出来，其余 %的 EO 随同塔釜液离开。 解吸 EO 所需的蒸汽一部分来自汽提段，一部分来自加入的蒸汽。 反应器产品气体在吸收塔急冷段冷却，酸性组分被急冷液吸收，通过排放急冷液可除掉杂质和反应产品气中冷凝下来的水。 急冷排放液中的 EO 在急冷排放解吸塔 C205 中回收，解吸介质为直接通入蒸汽。 从EO 吸收塔来的富吸液，在产品第二冷却器 E203 中被 EO 吸收塔进料 (反应产品气体 )从 47℃ 加热到 67℃，在进解吸塔 C204 之前，先后在进料 /塔顶物料换热器 E208 及进料 /塔釜物料换热器 E207 中进一步加热。 EO 吸收塔塔顶物经气液分离罐 V204 进入循环气压缩机。 如果 V204 罐的压力过高，罐的压力控制器也会启动紧急放空阀使循环气管路快速泄压。 循环气压缩机出口引出一股较大的物流，去二氧化碳吸收塔脱除 C02。 处理后的气体离开二氧化碳脱除系统，与没有处理的循环气体重新混合后进入到环氧乙烷反应系统。 循环气中的二氧化碳用碳酸钾溶液吸收脱除。 为了减少 CO2 吸收塔中吸收液的冷却及 CO2 解吸塔中加热吸收 剂所需的蒸汽，在 CO2 吸收塔进料预热器 E201 中，吸收塔进料气体被加热，并用水饱和。 用 CO2 解吸塔顶部出料做加热介质，用清洁的冷凝液使物流饱和。 为了保证 CO2吸收塔进料为饱和状态，在 E201 中水经过液体喷嘴喷入换热器的壳层中。 在 E201 中 CO2吸收塔进料气体处于持续饱和状态。 CO2吸收塔塔顶气体出塔时的温度为 1ll℃，已被水饱和。 在气体冷凝器 E202 中，这股沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~8~ 气体被压缩机出口旁路通过 CO2 脱除系统的循环气冷却到 70℃，部分水从气体中分离出来，在 E202 中循环气从 58℃被加热到 87℃。 CO2吸收塔塔顶 物流在 E206 用冷却水冷却，在分离罐 V 一 201 中分离掉携带的水后与循环气混合，分离罐 V201温度为 51℃，与循环气混合后回到反应部分。 分离罐 V201 收集的冷凝液，一般送到碳酸盐闪蒸罐填料顶部，洗涤碳酸盐闪蒸罐 V202 闪蒸出的气体。 为了应付塔大量带液， V201 底部出口管线上有一个大的排泄阀，通往 CO2 解吸塔的集水管。 当罐V201 的液位降到正常值时，阀门自动关闭。 进入碳酸盐闪蒸罐 V202 以回收乙烯，以防在 CO2解吸塔顶损失掉。 被闪蒸出的气体在 E304 中冷却脱水后，经尾气压缩机压缩，在 EO 吸收塔的 上游进入循环气管线。 闪蒸以后的液体靠重力流入 CO2解吸塔。 来自碳酸盐闪蒸罐 V202 的液体在 CO2解吸塔 C202 中，用再沸器和直接蒸汽使之解吸，操作压力接近于大气压。 解吸塔顶气体在 E201 中释放掉部分热量，在 E211中由 99℃进一步冷却到 45℃。 来自 E211 的冷凝液进入放空分离罐 V208，在这里气体与凝液分离后排放到大气，冷凝液用泵送到废水处理系统。 来自解吸塔塔釜的贫碳酸盐溶液，又回到 CO2吸收塔。 EO 解吸塔顶蒸汽大约含 60%EO 和 40%的水，先在 E208 中预热 EO 解吸塔的进料，然后和轻组分塔 顶物一起进到解吸塔塔顶冷却器 E301 中，温度从 79℃被冷却到 47℃。 不凝物主要是 CO C2H4和 EO。 在解吸塔顶冷却器 E302A/B 中被冷却到15℃，大部分 EO 作为凝液回到解吸塔顶缓冲罐 V301。 解吸塔顶缓冲罐中的物料，经泵打入轻组分塔 C301。 在轻组分塔中， CO C2H4和其他溶解在 EO 水溶液中的轻组分和部分 EO 蒸汽一起脱除。 塔顶气体回到 EO 解吸塔顶冷却器中以回收 EO。 在 EO 精制塔 C302 中 ,EO 从塔顶蒸出，塔顶气冷凝并过冷后，大部分凝液作为回流，一部分作为低纯度 EO 产品进乙二醇反应器，这股 物流含有微量杂质如 CO2和甲醛。 高纯度 EO 产品侧线采出，经 E309 进高纯度 EO 贮罐。 EO 精制塔塔釜主要是含有乙二醇、醛和至少 30%wt 环氧乙烷的水溶液，也送到 400的乙二醇反应器。 沈阳化工学院学士学位论文 3 物料衡算 ~9~ 3 物料衡算 物性数据 表 物性数据表 序 号 组分 分子式 分子量 常压 沸点℃ 1 氮气 N2 2 氩气 Ar 3 氧气 O2 4 甲烷 CH4 5 乙烯 C2H4 6 乙烷 C2H6 7 二氧碳 CO2 8 环氧烷 C2H4O 9 乙醛 CH3CHO 10 水 H2O 100 11 乙二醇 C2H6O2 设计依据 1．设计任务：年产 万吨环氧乙烷 2．年工作时间： 8000 小时 3．高纯 EO 收率： 30% 4．乙烯单程转化率： 10% 5． EO 的选择性： 80% 6．二氧化碳的选择性： % 7．乙醛的选择性： % 8． EO 吸收率： % 9．排空气体比率： % 循环系统的物料衡算 计算依据 (1)原料 氧气组成（ mol %）： 2N : Ar : 2O : (2)原料 乙烯组成（ mol %）： 沈阳化工学院学士学位论文 3 物料衡算 ~10~ 4CH : 95 42HC : 62HC : (3)原料 甲烷组成 (mol%)： 2N : 4CH : 42HC : 2CO : (4)环氧乙烷吸收塔吸收液气比： (5)二氧化碳吸收率： % (6)符号说明： 进料： F— 乙烯进料； 1F — 氧气进料 ； 2F — 甲烷进料； 3F — 混合器物料； iMF — 反应器物料； iRF — 排放物料； W— 排放物产； R— 循环物料； (7)主反应： 22 4 2 22012AgCCHC H O   催 化 剂2CH2 4 .7 /K C a l m o lO 副反应： m olK c a lOHCOOHC /3 2 0223 22242  (8)物料衡算图 N2CH4C2H4CO2C2H4C2H6CH4O2N2Ar吸收混合 水反应粗产品CO2吸收CO2排放F2F1F3FWRR ’SHPMF RF 图 物料衡算图 混合器 （ 1）循环气体的温度： ℃ 压力 混合气出料温度： ℃压力 进料气体被 EO 反应产品气体从 78℃加热到 152℃ ,而产品气体从 202℃被冷却到 138℃。 沈阳化工学院学士学位论文。