一、裝置簡介


  環氧乙烷（EO）和乙二醇（EG）都是重要的化工原料，也是石油化工的產品，用途十分廣泛。當前世界上EO／EG生產的主要技術為乙烯氧化工藝技術，即在銀催化劑作用下乙烯和氧氣直接氧化生成環氧乙烷（EO），再以EO為原料在無催化劑條件下直接水合生成乙二醇(EG)。



二、典型 EO／EG裝置的工藝及特點


  EO／EG生產工藝可分為兩個工段，即環氧乙烷工段和乙二醇工段，又可大致分為五個系統，即環氧乙烷反應系統、EO回收和CO2脫除系統、輕組分脫除和EO精制系統、EG反應和多效蒸發及干燥系統、乙二醇精制及多乙二醇的分離系統。


  典型的EO／EG裝置的工藝流程如圖2.24和圖2.25所示。


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1. 環氧乙烷反應系統 


  原料乙烯和純氧與循環氣混合后，進入固定床EO反應器，在高選擇性銀催化劑的作用下發生乙烯氧化反應，主反應生成環氧乙烷（EO）。同時發生副反應生成二氧化碳和水。反應產生的熱量一部分隨產物帶走使其溫度升高，其余部分由反應器殼程沸騰水汽化移走。產生的蒸汽用作乙二醇反應和回收單元的加熱介質。另外，還生成少量的醛、酸類雜質。反應器產物經第一產物冷卻器和反應器進出料換熱器冷卻。乙烯進料前經過脫硫床，以降低進料氣中的硫含量，因為硫可降低EO催化劑的活性。如果原料乙烯中硫含量低于0.1×10-6，則脫硫床可以省掉。加入少量的甲烷作為氣相反應的致穩氣體，與用氮氣作致穩氣體相比，能夠提高爆炸極限，從而可以在更高的氧氣濃度下操作，這可以提高裝置的生產能力。


2. EO回收和CO2脫除系統 


  反應器產物經冷卻后進入環氧乙烷吸收塔的急冷段，氣體中的雜質被吸收在堿性急冷液中，在EO反應器中生成的甲醛等醛類物質也在這里被部分除去。離開急冷段的氣體物流進到吸收塔的上段，與貧吸收劑逆流接觸，吸收其中的EO。從EO吸收塔塔頂出來的循環氣，經循環氣壓縮機壓縮后，部分直接循環到反應器原料系統，部分先送到二氧化碳脫除系統脫除二氧化碳后，再返回反應器原料系統，以維持循環氣中的二氧化碳濃度不變。循環氣體中CO2濃度低有利于提高EO催化劑的選擇性，并延長其使用壽命。


  CO2單元主要由CO2吸收塔和汽提塔組成。在CO2吸收塔中用熱的碳酸鉀溶液將CO2吸收下來后，塔頂氣返回至反應器進料系統，塔釜生成的富碳酸鉀溶液送至CO2汽提塔以移出吸收下來的CO2，并將再生的貧碳酸鹽溶液用泵送回至CO2吸收塔。


3. 輕組分脫除和EO精制系統 


  EO汽提塔塔頂餾出物經空冷器、第二冷凝器、第三冷凝器冷卻冷凝后，進入汽提塔塔頂物緩沖罐，在此輕組分被分離出來。輕組分經汽提塔塔頂尾氣冷凝器進一步冷凝后，氣體中的EO大部分被冷凝回到汽提塔頂緩沖罐，將殘余的不凝氣送至殘余EO吸收塔中以回收環氧乙烷，殘余EO吸收塔塔頂氣經尾氣壓縮機壓縮后返回EO吸收塔，含有EO的塔釜液送至EG汽提塔。汽提塔塔頂緩沖罐中的EO水溶液用泵送至脫輕組分塔，塔頂脫除的輕組分進入塔頂尾氣冷凝器回收EO，塔釜物料的大部分送至EG反應器，另外一部分送至EO精制塔。EO精制塔的側線采出高純EO產品，經冷卻后用泵送至高純EO儲罐。塔頂氣經冷凝后和塔釜物料一起送到EG反應器，塔頂的不凝氣排至尾氣吸收塔以回收其中的EO。高純EO儲罐必須采用氮封，以防止空氣漏入儲罐內，并保持罐內的EO蒸氣在非爆炸范圍內。


4. EG反應和多效蒸發及干燥系統 


  來自輕組分塔釜的水／EO物流與工藝水混合，預熱后進入管式EG反應器。環氧乙烷在此與水發生水合反應生成乙二醇，同時副產物為二乙二醇、三乙二醇及多乙二醇。所有EO都在EG反應器中轉化。乙二醇水溶液的濃縮在多效蒸發系統中進行，第一個提濃塔的熱源是EO反應器產生的中壓蒸汽，最后一個提濃塔出來的低壓蒸汽用于EO回收單元。經多效蒸發后的粗乙二醇和來自EG排放閃蒸塔的EG物流合并后首先在干燥塔中脫除水分，然后進入MEG精制工序。


5. 乙二醇精制及多乙二醇的分離系統 


  經干燥塔脫除水分的濃縮乙二醇溶液用泵送入MEG精制塔，在該塔側線采出MEG產品，而塔頂物料進行回流。含有MEG、DEG、TEG等塔萃液則送至MEC回收塔，回收所含的MEG后，返回至干燥塔。在緊接的兩個DEG塔、TEG塔中，DEG和TEG作為塔頂成品進行回收。TEG塔有少量釜液，其中含有四甘醇和多乙二醇。這股物料可以出售或焚燒掉。MEG，DEG和TEG成品冷卻后，用泵送入產品儲槽中。



三、介質特點


  EO／EG生產裝置中含有一些具有特殊性質的介質，包括環氧乙烷、乙二醇、氧氣、二氧化碳和少量的氫氣、有機酸等。環氧乙烷低溫下為無色透明液體，常溫下為無色帶有醚刺激性氣味的氣體，沸點為10.4℃，閃點為-20℃。與水可以任何比例混溶，并能溶于常用有機溶劑和油脂。環氧乙烷是一種有機化合物，也是一種有毒的致癌物質為高度危害介質。環氧乙烷易燃易爆，按GB50160為甲類可燃氣體介質。EO／EG裝置中腐蝕性有害物質還有副反應產生的有機酸、醛等，雖然含量較低，但在有氧存在時也會引起碳鋼材料的快速腐蝕。氧氣管道上不應使用快開和快閉型閥門，閥門的閥蓋、閥體墊片及填料不應采用易脫落碎屑、纖維的材料或可燃材料。用于氧氣介質的閥門會有一些特殊的要求。


  環氧乙烷反應中催化劑對鐵銹十分敏感，鐵銹會促進異常反應生成乙醛，降低轉化率和選擇性，嚴重地影響催化劑的壽命。環氧乙烷的管道和閥門都要進行化學清洗及鈍化處理以清除表面污物和浮銹，使金屬表面生產致密的鈍化膜，保護材質不被進一步氧化。


  環氧乙烷裝置的配管設計，主要是對塔、換熱器、罐、泵、反應器等設備的配管設計。