李超，謝士華，王琪

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300450）

1 前言

目前國內(nèi)環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)方式主要有氯醇法、共氧化法和直接氧化法[1]。氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷工藝簡單、成熟，同時產(chǎn)量也是目前國內(nèi)市場占比最多的。但生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三廢”問題也亟待解決，由于國家對環(huán)保問題的重視，目前此工藝裝置已經(jīng)禁止新建[2]。共氧化法雖然工藝復(fù)雜投資大，但此方法的應(yīng)用大大降低了廢渣廢水的產(chǎn)生，同時聯(lián)產(chǎn)物的銷售能夠降低成本。直接氧化法在國內(nèi)起步較晚，工藝簡單且副產(chǎn)物少，經(jīng)濟效益較高，但由于原材料的運輸問題以及催化劑成本較高，且工藝還需完善，目前在國內(nèi)尚處于起步階段。本文著重介紹共氧化法（POSM）工藝過程涉及的堿洗系統(tǒng)的問題。

2 工藝介紹

共氧化法主要工藝流程見圖1。

圖1 共氧化法POSM 工藝流程圖

在共氧化法POSM 工藝流程中，其中丙烯環(huán)氧化區(qū)域設(shè)置堿洗工藝，目的是除去反應(yīng)中生成的酸以及催化劑中夾帶的酸，酸的主要組成為：乙酸、丙酸以及大分子酸；與NaOH 反應(yīng)：

圖2 堿洗流程示意圖

由圖2 可知：當(dāng)有機物料與循環(huán)堿經(jīng)混合器混合后，進(jìn)入堿洗罐，在此過程中物料內(nèi)夾帶的酸性物質(zhì)與NaOH 反應(yīng)，在堿洗罐內(nèi)，形成的鈉鹽溶解在堿性溶液中，與有機物質(zhì)分層后處于堿洗罐底部，經(jīng)堿循環(huán)泵循環(huán)洗滌物料，洗滌后的有機物料在堿洗罐上部，經(jīng)溢流過擋板后進(jìn)入到有機油相區(qū)，然后用有機物料泵送至下游，由此達(dá)到洗滌物料中酸性物質(zhì)的目的。

堿洗后生成的乙酸鈉和丙酸鈉，易溶于堿性溶液內(nèi)，常規(guī)情況下，堿洗罐內(nèi)物料分層情況為上部有機相，下部水相。但由制備催化劑過程攜帶的大分子酸與NaOH 反應(yīng)生成的大分子酸鈉鹽，當(dāng)其與水相和油相混合后，會形成乳化效應(yīng)，在水相和有機相之間形成一層乳化層。

3 堿洗對系統(tǒng)的影響

3.1 乳化層對設(shè)備的影響

由于乳化層為油水混合態(tài)，在其與水和有機相靜置分層時，并不能形成清晰的界面，且隨著乳化層厚度的增加，其組成并不是穩(wěn)定的，因此對于界面液位計，無論是依靠密度差還是電容差，均不能準(zhǔn)確測量此時油水分層處的液位。最終導(dǎo)致乳化層夾帶的水相層進(jìn)入到有機相側(cè)，經(jīng)有機物料泵輸送至下游，進(jìn)而對下游設(shè)備造成一定的影響。

3.2 鈉鹽對換熱器的影響

當(dāng)有機物攜鈉鹽進(jìn)入到后續(xù)精餾設(shè)備后，在精餾設(shè)備處經(jīng)再沸器加熱后，水分蒸發(fā)，鈉鹽累積在換熱器內(nèi)，形成的結(jié)垢堵塞換熱器，降低換熱效率。

3.3 換熱器結(jié)垢對化工生產(chǎn)的影響

1)消耗：換熱器結(jié)垢，導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，為滿足換熱需求，需要提供更大的蒸汽量。國內(nèi)外大量實驗表明，設(shè)備傳熱表面1mm 厚的結(jié)垢，將使得蒸汽消耗增加8%～10%，這與目前國家號召的節(jié)能減排是相違背的。

2)安全：蒸汽消耗的增加，會使得換熱器蒸汽側(cè)溫度過高，換熱面長期處于較高溫度，會使得金屬的機械性能急劇降低，若換熱器在帶壓狀態(tài)下運行，由于金屬抗壓強度的降低，會增大泄露的發(fā)生情況，造成安全生產(chǎn)事故。

3）成本：對于大型的化工生產(chǎn)裝置，保證裝置長期穩(wěn)定安全的生產(chǎn)是企業(yè)追求的第一目標(biāo)。若由于單一換熱器緣故造成非計劃性停產(chǎn)，將會造成原料浪費，產(chǎn)品階段性不合格，環(huán)境污染等一系列問題，對于企業(yè)來說是巨大的費用。

3.4 堿洗系統(tǒng)對副產(chǎn)品的影響

在環(huán)氧化反應(yīng)器中，丙烯與EBHP 發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，生成環(huán)氧丙烷。

環(huán)氧丙烷（PO）在堿性環(huán)境下，會與水發(fā)生水解反應(yīng)，生成丙二醇[3]。

在堿洗過程中，油相物料與堿液接觸時，環(huán)境溫度為堿洗工藝的重要控制指標(biāo)。PO 與水反應(yīng)的速率隨溫度的升高而升高，因此在堿洗過程中，堿洗環(huán)境溫度過高，會促進(jìn)副產(chǎn)品MPG 的生成，加大PO 的損失。同時，在后續(xù)工藝過程中，需要分離副產(chǎn)品，副產(chǎn)品生成量的增加將決定分離設(shè)備尺寸的增大，相應(yīng)的也會使得蒸汽、循環(huán)水等公用工程消耗的增加。

4 防護(hù)措施

為防止乳化層對裝置造成巨大影響，從源頭解決問題最有效、同時成本也最低。但異辛酸與堿反應(yīng)的原理已經(jīng)決定了乳化層產(chǎn)生的必然性，因此需要另尋蹊徑，目前較有效的方式為在堿洗系統(tǒng)中，在有機相與水相分離層處設(shè)置沖洗裝置，定期沖洗排出堿洗裝置中產(chǎn)生的乳化層，避免乳化層過度積累，緩解了乳化層對后續(xù)工藝的危害。

為避免換熱器損壞造成安全問題，以及引起非計劃性的停產(chǎn)，需要對換熱器進(jìn)行定期清理，工藝水的在線清理可緩解結(jié)垢現(xiàn)象。對于較容易結(jié)垢的區(qū)域，需要設(shè)置備用換熱器，可用于換熱器在線切換，從而對換熱器進(jìn)行徹底清理。

5 結(jié)論

在共氧化法POSM 裝置中，制備環(huán)氧化反應(yīng)所需催化劑的酸，與氫氧化鈉反應(yīng)后生成的鈉鹽，在油水環(huán)境中難以分離形成乳化層是整個裝置的難題，但基于環(huán)氧化反應(yīng)對催化劑的要求，目前尚未找到理想的替代酸。同時，為嚴(yán)格控制PO 產(chǎn)品的損失，堿洗工藝的溫度為重要的控制指標(biāo)。