龔勇(中國化學賽鼎寧波工程有限公司 浙江 寧波 315048)

環(huán)氧乙烷是現(xiàn)代社會中普遍使用的一種重要的有機化工原料，它由乙烯衍生而來，主要用于生產(chǎn)供汽車防凍劑使用的乙二醇原料。除此以外，在電子產(chǎn)業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，環(huán)氧乙烷及其衍生品也發(fā)揮著重要的作用。

環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝的研究始于上個世紀20年代，到如今發(fā)展已快接近100個年頭。從一開始的氯醇法工藝生產(chǎn)，再到銀催化空氣直接氧化生成法，再到后來的氧化法等。經(jīng)過不斷的改進，目前應用面最廣、被業(yè)內(nèi)所公認的生產(chǎn)工藝是用純氧與乙烯在銀催化劑的情況下直接制取環(huán)氧乙烷。

環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)工藝不斷地發(fā)展進步，目前已經(jīng)到了一個較高的水平。這其中的改進過程也經(jīng)歷了不少的變化。主要分為工藝流程上的改進和反應器的改進兩種。下面將分別介紹下這兩種改進方法。

一、反應氣的改進

1.提高反應器中乙烯的比例

乙烯是生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的直接和重要的原料之一。在一個化學反應的過程中，反應空氣的大小、所占有的比例都會對實驗的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。對于乙烯來說也不例外，在反應器中，乙烯的比例將直接影響到最后轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的效率和整個反應的穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的情況下，由于工藝及技術(shù)水平的限制，在反應器中乙烯的比例一般維持在30%及以下的水平中，最后生成環(huán)氧乙烷的轉(zhuǎn)化率大概達到8%，而選擇性能夠達到大于80%的水平。隨著人們研究水平的加深和科學技術(shù)水平的提高，新的反應器結(jié)構(gòu)被提了出來。在氮氧混合物的情況下，我們可以大幅度地提高乙烯的體積分數(shù)，達到40%-85%左右。這樣除了可以小幅度提高環(huán)氧乙烷的轉(zhuǎn)化率以外，對于整個反應的穩(wěn)定性和選擇生成性的提高也有很大的意義。

2.降低乙烯成本

生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的成本由原料成本、工程成本、人力資源成本等等因素組成。在這些因素之中，原料成本的影響最大，而原料里的乙烯成本則是最主要的影響因素。通過選用低成本的乙烯原料和對生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化可以有效地減少生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的成本。對生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化的一個最有效的例子便是提高實驗使用的銀催化劑的整體性能。銀催化劑整體性能的提高能夠延長反應時長、使乙烯和氧氣等充分反應，從而提升環(huán)氧乙烷的轉(zhuǎn)化率和穩(wěn)定性，達到很好的效果。

3.使用純度高的氧氣

在剛開始使用普通空氣生產(chǎn)的階段，雜質(zhì)較多、利用率低下。隨著研究的深入和技術(shù)水平的提高，人們有能力制取高純度的氧氣去參與反應，從而有效地解決了上述問題。除此以外，使用高純度的氧氣還能促進廢氣的重復利用，對降低成本很有好處。

4.制劑生產(chǎn)過程的副反應

從深層次上來說，阻止生產(chǎn)工藝流程獲得較高的環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率和穩(wěn)定性的一個重要原因就是乙烯直接氧化反應產(chǎn)生的副反應。主要有乙烯深度氧化反應和反應器異構(gòu)化等。

乙烯深度氧化反應本質(zhì)上是乙烯的燃燒反應，會生產(chǎn)二氧化碳和水等。對于這種副反應的解決措施是在反應過程中選擇添加微量的含氯化合物，如一氯乙烷等，通過氯和銀催化劑的特性原理可證明這個辦法可有效地解決這個問題。另一種副反應便是反應器的異構(gòu)化，可采用優(yōu)化反應器、降低冷卻區(qū)溫度的方法加以解決。

5.控制反應器中水和雜質(zhì)的比例

反應器中水蒸氣和雜質(zhì)的存在對整個的生產(chǎn)反應有著巨大的影響。根據(jù)科學研究表明，把水蒸氣含量控制在0.13%以下，把乙烷、乙炔、一氧化碳等雜質(zhì)分別控制在0.5%、15μL/L、100μL/L以內(nèi)的話，才能保證反應的進行處在可控的范圍內(nèi)。

二、反應器的改進

1.加快反應器的啟動速度

上文已經(jīng)提到過，環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程中銀催化劑的選用將對整個實驗產(chǎn)生很大的影響。因此，全面提升銀催化劑的使用性能是很重要的，最重要的兩點是要保證銀催化劑的活性和使用壽命。在反應開始之前，將銀催化劑裝填制反應器之后，我們可以選用預氯技術(shù)達到提升活性和壽命的目的，在某些情況下預氯技術(shù)能夠提升銀催化劑的活性，而在所有的情況下都能夠提高反應器的啟動速度，從而可以延長銀催化劑和反應器的使用壽命。

2.提高反應器的導熱效率

溫度是一個反應中最核心最重要的控制性因素，溫度控制不好將會給生產(chǎn)過程帶來十分不利的影響。環(huán)氧乙烷是一種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、受溫度影響較大的物質(zhì)?，F(xiàn)在正在被廣泛使用的反應器是列管式固定床反應器。采用螺旋形流體傳熱模式對傳統(tǒng)導熱方法進行改進，從而是整個環(huán)氧乙烷的反應過程處在一個幾乎恒溫的環(huán)境中，具有很好的效果。

3.氧化劑的裝填方法

傳統(tǒng)的反應器構(gòu)造中，將銀催化劑充滿并覆蓋在全部的反應管道上是普遍采用的做法，它成本雖然較高，但是可以保證反應進行的效率。近年來，有科學家通過科學的研究提出可以將催化劑按某種規(guī)律進行裝填，在保證效率的情況下解決成本。這樣的想法開始受到了人們的關(guān)注。

4.反應器的參數(shù)

反應器具有一系列的操作參數(shù)對反應的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性都有很大的影響。通過科學計算，建立正確的模型進行參數(shù)的優(yōu)化對于反應器整體性能的優(yōu)化具有很重要的意義。除此以外，隨著科學的發(fā)展和社會的進步，反應器也開始向著大型化和新型化邁進。

三、排氣中乙烯的回收

回收產(chǎn)物中未反應的乙烯，既能乙烯的再利用，也能減少環(huán)境污染。傳統(tǒng)的回收方法由于技術(shù)水平不高、操作水平不規(guī)范等原因存在著腐蝕、浪費等一系列問題?；谖椒治龇▽鹘y(tǒng)回收方法進行改進形成的變壓吸附法則有效地解決了這些問題，還具有簡單、可實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。

綜上所述，通過環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的不斷運行，其生產(chǎn)工藝根據(jù)實際的生產(chǎn)情況可以不斷進行優(yōu)化，進而使得整個生產(chǎn)流程更加完善，技術(shù)更加成熟。這些優(yōu)化在減少能源消耗以及增加生產(chǎn)的效益利潤等方面都有非常積極的作用。對整個環(huán)氧乙烷生產(chǎn)技術(shù)的革新意義重大。

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