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环氧丙烷生产过程的技术路线与安全性分析

摘要：环氧丙烷是除丙烯腈和聚丙烯外的第三大丙烯衍生物，是重要的有机化工基本原料，本次设计通过对比各种环氧丙烷的生产工艺选择合适的工艺方法，采用HPPO法制作环氧丙烷，本设计通过对仙桃市沙嘴街道盛兴化工环氧丙烷生产工艺流程进行物料衡算和热量衡算以及设备计算选型，设计出符合盛化工实际生产要求的制备环氧丙烷的工艺路线。

关键词：环氧丙烷；HPPO法；物料衡算；热量衡算

0引言

环氧丙烷(简称PO)又称氧化丙烯,化学式为C3H6O，其分子量是58.08，沸点是34℃，熔点是-112℃，无色醚味液体，易燃。与水部分混溶，与乙醇、乙醚混溶，与戊烷、戊烯、环戊烷、环戊烯、二氯甲烷形成二元共沸混合物，是非常重要的有机化合物原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物，主要用于生产聚醚、丙二醇等(李晨轩,赵彤云,2022)。它是第四代洗涤剂非离子表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂等的主要原料。环氧丙烷的衍生物广泛用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业。在这一背景下生产了近100种加工产品，它们是精细化学品的重要原材料。环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇(PPG)，国内环氧丙烷用于聚醚多元醇的消费量占总消费量的85%，占据主导地位，从中可以明显看出未来环氧丙烷消费中，聚醚仍然占主导地位，所占的比例有所上升。作为的丙烯衍生物，每年约7%的丙烯用于环氧丙烷生产(黄志强,方静怡,2023)。

工业上生产环氧丙烷的主要方法有氯醇法、共氧化法、单产法及直接氧化法。其中氯醇化法和共氧化法是目前世界生产环氧丙烷的主要的工业化方法，本次设计通过对比环氧丙烷各制备方法的优缺点及可实施性情况选择合适的环氧丙烷工艺方法，同时进行物料平衡和热量平衡的计算同时选定和绘制相应流程图和设备图(谢春雷,余婷芬,2021)。

（1）生产工艺介绍[3]

1氯醇法

氯醇法是生产环氧丙烷的传统工业方法。该方法通过次氯酸和丙烯的反应产生氯丙醇，氯丙醇和氢氧化钙的乳液进行皂化反应以形成环氧丙烷。该方法具有成熟的技术，工艺短，设备要求低和生产成本低的特点。但该工艺中的氯消耗量很高对设备腐蚀严重。同时生产过程中产生的废物和废水严重污染了环境，总的来说综合处理需要大量的投资(李文博,王丽娜,2020)。可以从中察觉到技术专利美国陶氏化学公司(DowChemical)和意大利埃尼公司(Enichem)控制，改进的氯醇工艺用石灰乳代替稀释液，并在100°C至105°C和常压下与氯丙醇发生皂化反应。该方法有效地抑制了皂化反应中的副反应，减少了丙二醇的形成并减少了废渣的形成，但是产生了更多的废水(张伟,赵敏,2019)。在环境保护和环氧丙烷和氯碱工业的供需压力下，短期内不能完全替代氯醇法生产环氧丙烷。

2共氧化法（间接氧化法）

共氧化法过程可分为两个过程，异丁烷共氧化过程和乙苯共氧化过程。进行异丁烷或丙烯与乙苯的共氧化反应以形成叔丁醇或苯乙烯，同时形成环氧丙烷。共氧化工艺消除了氯醇工艺的缺点，例如严重的腐蚀和过多的废水，并且具有生产成本低和对环境的影响小的优点。自1969年工业化以来，它在世界范围内发展迅速，使用这种方法生产的环氧丙烷目前约占世界总生产能力的55％。

3单产法

单产法是基于共氧化工艺生产环氧丙烷的改进工艺。异丙苯氧化法和过氧化氢异丙苯共氧化工艺统称为单产法。从中可以明显看出该工艺中用异丙苯代替乙苯且异丙苯可回收，不会产生相联产品等问题，因此被称为单产法(陈浩,刘洋,2022)。该工艺主要包括将异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯，面对这局势时将其放置在配备有钛基催化剂的固定床反应器中，而过氧化氢异丙苯用作氧化剂将丙烯环氧化为二甲基苄醇和环氧丙烷，将二甲基苄醇脱水成α-甲基苯乙烯，然后氢化以获得异丙苯以进行再循环。与氯醇法相比没有设备腐蚀和产生更多废水之类的缺点，但是当前的技术仍未得到充分开发，并且仍然存在诸如产量低，设备运行成本高以及不确定的成本等问题需要改进。

4直接氧化法

直接氧化法可分为过氧化氢直接氧化法（HPPO）和氧气直接氧化法。

HPPO法

当前环氧丙烷的工业生产仍然存在一些设计问题，例如复杂的工艺，较多的副产物和环境污染大(黄强,孙悦,2021)。为了上述问题，世界各地和国内许多公司，科学技术研究人员都致力于开发可实施性的环氧丙烷生产工艺。丙烯的直接氧化已经成为研究的热点使过氧化氢的直接氧化生产环氧丙烷的技术变得更加成熟。可以从中察觉到该工艺的主要特点是工艺设备简单，所需设备少，占地面积小，投资成本低，并且在生产过程中仅形成目标产品环氧丙烷，水和少量丙二醇，在这种情况的背景下对环境的影响可忽略不计，缺点是甲醇溶液在生产过程中会使环氧丙烷开环，大大降低环氧丙烷的生