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(精品)

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(精品)内容摘要：

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。 沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~7~ 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 /KCal 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： m o lK 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。 沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~8~ 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 HOOCHOHC  342 (5) OHCOOC H OCH 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 : 沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~9~ 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 中沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~10~ 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沈阳化工学院学士学位论文 2 工艺概述 ~11~ 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 ~12~ 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% 沈阳化工学院学士学位论文 3 物料衡算 ~13~ 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 %）： 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 /KCal m o lO 副反应： m o lK c a lOHCOOHC /3 2 0223 22242  沈阳化工学院学士学位论文 3 物料衡算 ~14~ (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℃。 （ 2）环氧乙烷吸收塔吸收率（ %）： 氮气： 氩气： 氧气： 甲烷： 乙烯： 乙烷： 二氧化碳： 环氧乙烷： 乙醛： 100 水： 乙二醇： 100 （ 3）计算过程 1）计算新鲜乙烯原料中乙烯量 沈阳化工学院学士学位论文 3 物料衡算 ~15~。