張凱

摘 要：由于化學工藝領域研究的快速和高效發(fā)展，現(xiàn)有的環(huán)氧乙烷化學生產(chǎn)技術(shù)正在向著有效利用清潔能源的方向發(fā)展，這種清潔能源可以減少對環(huán)境的污染。在這種條件下，就必須要不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝的現(xiàn)有條件，從而來提高環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。同時，在優(yōu)化環(huán)氧乙烷化學工藝設計的過程中，還必須要總結(jié)和分析現(xiàn)有環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝的各種細節(jié)，然后使用正交試驗設計、DOE設計等方法來進行設計。鑒于這種情況，這篇文章主要對現(xiàn)有環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝進行了基本分析和總結(jié)，并對優(yōu)化的領域范圍進行了系統(tǒng)總結(jié)，而且分析了其特點。首先是對環(huán)氧乙烷的化學過程進行深入地學習，然后是要研究使其生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧乙烷;生產(chǎn);工藝;反應器

引言

環(huán)氧乙烷是現(xiàn)代社會常用的重要有機化工原料。它的來源是乙烯，主要用于生產(chǎn)汽車防凍劑的乙二醇原料。此外，在電子工業(yè)、化學工業(yè)等領域，環(huán)氧乙烷及其衍生物也發(fā)揮著重要作用。環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的研究始于20世紀19年代，已有近200年的歷史，從最初的氯醇生產(chǎn)過程到直接氧化銀再到其的催化過程，最后再對其進行氧化。通過持續(xù)改進，被最廣泛使用和認可的工業(yè)制造方法就是在催化轉(zhuǎn)化器的情況下使用純氧和乙烯直接生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。之后生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程在繼續(xù)增長，并且達到了更高的水平，對其的改進過程主要分為工藝改進和反應堆改進。

1、分析環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)環(huán)氧乙烷有兩種主要方法：氯醇法和直接氧化法。氯醇法基本上分兩步產(chǎn)生環(huán)氧乙烷：第一，氯氣和水之間的化學反應用于形成次氯酸，其次，化學反應次氯酸和乙烯再形成氯代醇，使最終的環(huán)氧乙烷通過皂化石灰乳形成。然而，這種生產(chǎn)方法的缺點非常明顯：生產(chǎn)過程中會消耗大量的氯氣，而會形成許多廢水和污染物，嚴重地污染了環(huán)境，也極大程度地影響著社會效益，以及環(huán)氧乙烷的醛含量。

直接氧化法也經(jīng)常用于生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。它分為兩種方法：一種是在空氣中直接進行氧化，另一種是與氧氣反應而進行氧化。直接空氣氧化使用空氣作為氧化劑，但必須通過空氣凈化裝置輔助，以避免在生產(chǎn)活動期間暴露污染物。該方法需要在生產(chǎn)過程中連接幾個串聯(lián)的反應器，并始終保持催化劑處于非?；钴S的狀態(tài)。與氧直接氧化是指使用氧作為氧化劑，但必須保證是純氧，將其連續(xù)引入生產(chǎn)系統(tǒng)以減少惰性的氣體量，使得在生產(chǎn)過程中不反應的乙烯可以再循環(huán)。但是，二氧化碳必須通過脫碳除去。這種方法可以充分利用反應中的資源，并且還可以提高環(huán)氧乙烷的純度和質(zhì)量，但由于其性能以及這兩種方法的特點，氧的直接氧化法的產(chǎn)率較高，而且乙烯的消費量也較低。

2、分析環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程的含量

2.1、環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化

在分析和實施環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的過程中，可以研究通過現(xiàn)有的直接氧化過程來獲得環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程的參數(shù)。相關(guān)文獻的研究表明，環(huán)氧乙烷的直接氧化過程中應用最廣泛的參數(shù)如下：直接氧化過程的壓力在1.88 MPa之間，在之后的步驟中溫度在200℃和230℃之間。通過直接氧化獲得的轉(zhuǎn)化率為96.9%或更高，同時，在優(yōu)化環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝參數(shù)的過程中，也研究了環(huán)氧乙烷直接氧化反應的機理。從視圖的深入分析中，在優(yōu)化化學工藝以環(huán)氧乙烷的參數(shù)時，也必須分析在整個每個反應和平衡的設置中所產(chǎn)生的熱組件，以確保最終數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，進而滿足環(huán)氧乙烷材料熱平衡的需求。

2.2、系統(tǒng)整合環(huán)氧乙烷的化學生產(chǎn)參數(shù)

在化學生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，化學生產(chǎn)單元的分析必須獨立進行。特別是，化學生產(chǎn)過程的關(guān)鍵要素是氧化反應和化學生產(chǎn)的循環(huán)氧化，在使用合適的氧化環(huán)氧乙烷催化劑來直接氧化環(huán)氧乙烷和評價催化劑性能的過程中，可以提高乙烯的轉(zhuǎn)化率并且能夠有效地提高環(huán)氧乙烷的產(chǎn)率。

3、改進反應堆

3.1、加快反應堆啟動速度

在環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中選擇銀催化劑會對整個實驗產(chǎn)生很大影響。因此，提高銀催化劑的整體特性是非常重要的，其中兩個最重要的點是銀催化劑的活性和壽命。在開始反應之前，將銀催化劑加載到反應器中之后，我們可以使用預氯化技術(shù)來實現(xiàn)改善活性和保質(zhì)期的目標。在一些情況下，預氯化技術(shù)可以增加銀催化劑活性，并且在任何情況下都可以增加反應器的啟動速度，從而增加催化劑的壽命。

3.2、提高反應器的導熱系數(shù)

溫度是反應中最重要的控制因素。溫度的調(diào)節(jié)不良會對生產(chǎn)過程產(chǎn)生非常不利的影響。環(huán)氧乙烷是一種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的物質(zhì)，對溫度的依賴性很高。目前使用的反應器是固定床管式反應器，傳統(tǒng)的熱傳導過程通過在螺旋液體中使用傳熱模式而得到改善，因此環(huán)氧乙烷的整個反應過程在幾乎恒定的溫度條件下進行并具有良好的性能。

3.3、大型和新型反應堆

用于環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的單獨乙烯氧化工藝的生產(chǎn)能力在不斷增加。通過不斷引入新型的乙烯來直接進行氧化，以發(fā)展新型的生產(chǎn)環(huán)氧乙烷反應器，并且配備有冷卻罐的多管反應器可以加速環(huán)氧乙烷形成的冷卻速率。

3.4、添加氯抑制劑

在通過乙烯氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，乙烯是通過銀基催化劑的作用進行氧化反應，其主要的過程就是乙烯的反應，以及和氧氣形成環(huán)氧乙烷，該反應的選擇性通常穩(wěn)定在70%或更高。乙烯和氧氣的反應不僅產(chǎn)生環(huán)氧乙烷，還產(chǎn)生二氧化碳和水，這是乙烯和氧氣深度反應的結(jié)果，該反應的實質(zhì)是乙烯的燃燒反應。對環(huán)氧乙烷的選擇性的增加防止了這種反應的發(fā)生，因此，在反應過程中可以加入少量二氯乙烷，因為二氯乙烷可以防止這種反應的發(fā)生。

3.5、控制反應氣體中水的摩爾分數(shù)

在通過乙烯氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，水在該過程中會與水蒸氣一起存在。在溫度恒定的情況下，在乙烯與環(huán)氧乙烷的氧化反應中，必須將水蒸氣的摩爾分數(shù)調(diào)節(jié)至小于或等于0.12%的水平。如果超過該限度，乙烯與環(huán)氧乙烷反應過程中的水蒸氣將會影響銀催化劑，而反應中水蒸氣的摩爾分數(shù)將增加，這會降低乙烯的轉(zhuǎn)化率。

結(jié)束語

因此，在生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的過程中，確保有效完成環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝，可以實現(xiàn)能源消耗和原料消耗的有效控制和實現(xiàn)生產(chǎn)清潔以及低碳能源的目標。在環(huán)氧乙烷直接氧化過程中，有關(guān)單位應深入對環(huán)氧乙烷生產(chǎn)直接氧化過程的研究。

參考文獻

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