一、裝置簡介
環(huán)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(chǎn)品，用途十分廣泛。當(dāng)前世界上EO／EG生產(chǎn)的主要技術(shù)為乙烯氧化工藝技術(shù)，即在銀催化劑作用下乙烯和氧氣直接氧化生成環(huán)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(chǎn)工藝可分為兩個工段，即環(huán)氧乙烷工段和乙二醇工段，又可大致分為五個系統(tǒng)，即環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)、EO回收和CO2脫除系統(tǒng)、輕組分脫除和EO精制系統(tǒng)、EG反應(yīng)和多效蒸發(fā)及干燥系統(tǒng)、乙二醇精制及多乙二醇的分離系統(tǒng)。
典型的EO／EG裝置的工藝流程如圖2.24和圖2.25所示。
1. 環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)
原料乙烯和純氧與循環(huán)氣混合后，進(jìn)入固定床EO反應(yīng)器，在高選擇性銀催化劑的作用下發(fā)生乙烯氧化反應(yīng)，主反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷（EO）。同時發(fā)生副反應(yīng)生成二氧化碳和水。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量一部分隨產(chǎn)物帶走使其溫度升高，其余部分由反應(yīng)器殼程沸騰水汽化移走。產(chǎn)生的蒸汽用作乙二醇反應(yīng)和回收單元的加熱介質(zhì)。另外，還生成少量的醛、酸類雜質(zhì)。反應(yīng)器產(chǎn)物經(jīng)第一產(chǎn)物冷卻器和反應(yīng)器進(jìn)出料換熱器冷卻。乙烯進(jìn)料前經(jīng)過脫硫床，以降低進(jìn)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(yīng)的致穩(wěn)氣體，與用氮氣作致穩(wěn)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(chǎn)能力。
2. EO回收和CO2脫除系統(tǒng)
反應(yīng)器產(chǎn)物經(jīng)冷卻后進(jìn)入環(huán)氧乙烷吸收塔的急冷段，氣體中的雜質(zhì)被吸收在堿性急冷液中，在EO反應(yīng)器中生成的甲醛等醛類物質(zhì)也在這里被部分除去。離開急冷段的氣體物流進(jìn)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(huán)氣，經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)壓縮后，部分直接循環(huán)到反應(yīng)器原料系統(tǒng)，部分先送到二氧化碳脫除系統(tǒng)脫除二氧化碳后，再返回反應(yīng)器原料系統(tǒng)，以維持循環(huán)氣中的二氧化碳濃度不變。循環(huán)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(yīng)器進(jìn)料系統(tǒng)，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(tǒng)
EO汽提塔塔頂餾出物經(jīng)空冷器、第二冷凝器、第三冷凝器冷卻冷凝后，進(jìn)入汽提塔塔頂物緩沖罐，在此輕組分被分離出來。輕組分經(jīng)汽提塔塔頂尾氣冷凝器進(jìn)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(huán)氧乙烷，殘余EO吸收塔塔頂氣經(jīng)尾氣壓縮機(jī)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(jìn)入塔頂尾氣冷凝器回收EO，塔釜物料的大部分送至EG反應(yīng)器，另外一部分送至EO精制塔。EO精制塔的側(cè)線采出高純EO產(chǎn)品，經(jīng)冷卻后用泵送至高純EO儲罐。塔頂氣經(jīng)冷凝后和塔釜物料一起送到EG反應(yīng)器，塔頂?shù)牟荒龤馀胖廖矚馕账曰厥掌渲械腅O。高純EO儲罐必須采用氮封，以防止空氣漏入儲罐內(nèi)，并保持罐內(nèi)的EO蒸氣在非爆炸范圍內(nèi)。
4. EG反應(yīng)和多效蒸發(fā)及干燥系統(tǒng)
來自輕組分塔釜的水／EO物流與工藝水混合，預(yù)熱后進(jìn)入管式EG反應(yīng)器。環(huán)氧乙烷在此與水發(fā)生水合反應(yīng)生成乙二醇，同時副產(chǎn)物為二乙二醇、三乙二醇及多乙二醇。所有EO都在EG反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化。乙二醇水溶液的濃縮在多效蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行，第一個提濃塔的熱源是EO反應(yīng)器產(chǎn)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(jīng)多效蒸發(fā)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(jìn)入MEG精制工序。
5. 乙二醇精制及多乙二醇的分離系統(tǒng)
經(jīng)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(cè)線采出MEG產(chǎn)品，而塔頂物料進(jìn)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(jìn)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(chǎn)品儲槽中。
三、介質(zhì)特點
EO／EG生產(chǎn)裝置中含有一些具有特殊性質(zhì)的介質(zhì)，包括環(huán)氧乙烷、乙二醇、氧氣、二氧化碳和少量的氫氣、有機(jī)酸等。環(huán)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(jī)溶劑和油脂。環(huán)氧乙烷是一種有機(jī)化合物，也是一種有毒的致癌物質(zhì)為高度危害介質(zhì)。環(huán)氧乙烷易燃易爆，按GB50160為甲類可燃?xì)怏w介質(zhì)。EO／EG裝置中腐蝕性有害物質(zhì)還有副反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)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(yīng)使用快開和快閉型閥門，閥門的閥蓋、閥體墊片及填料不應(yīng)采用易脫落碎屑、纖維的材料或可燃材料。用于氧氣介質(zhì)的閥門會有一些特殊的要求。
環(huán)氧乙烷反應(yīng)中催化劑對鐵銹十分敏感，鐵銹會促進(jìn)異常反應(yīng)生成乙醛，降低轉(zhuǎn)化率和選擇性，嚴(yán)重地影響催化劑的壽命。環(huán)氧乙烷的管道和閥門都要進(jìn)行化學(xué)清洗及鈍化處理以清除表面污物和浮銹，使金屬表面生產(chǎn)致密的鈍化膜，保護(hù)材質(zhì)不被進(jìn)一步氧化。
環(huán)氧乙烷裝置的配管設(shè)計，主要是對塔、換熱器、罐、泵、反應(yīng)器等設(shè)備的配管設(shè)計。
