一，裝置簡介

　　(一)EO／EG(環氧乙烷／乙二醇)行業發展史及生產現狀

　　1，EO／EC行業發展史

　　環氧乙烷是石油化工的重要原料，廣泛用作防凍液、冷卻劑以及纖維和塑料生產的原料，還大量用于生產非離子表面活性劑，乙二醇醚、乙醇胺、防腐涂料以及其他多種化工產品。EO、EG成為聚乙烯和聚氯乙烯之后的第三大乙烯衍生物。

　　世界上發現環氧乙烷這種化學物質的時間可以追溯到1859年。當時德國化學家伍茲(Wurtz)用2—氯乙醇與氫氧化鉀溶液進行液相反應時，首先制得了EO這種產物，20世紀60年代以前生產20的主要方法氯乙醇法a9來自于他的研究成果。

　　1931年，法國的勒福特(Lefort)成功完成了在銀催化劑上用空氣直接氧化乙烯制取EO的實驗，并開發了以空氣為氧化劑的直接氧化法。1938年，美國聯合炭化物公司(UCC)采用此方法建成了世界上第一座直接氧化法生產EO的工廠。

　　1953年，美國科學設計公司(即本裝置的專利商SD公司)也開發了以空氣為氧化劑的SD技術，并建成了2。7XI0⁴t／a的生產裝置。

　　第二次世界大戰后，由于肋的需求量增加，原料乙烯隨著石油化工的發展而廉價易得，純氧的供應又有來源，世界上一些工業發達的國家便對直接氧化法加強了改進的研究。1958年，美國殼牌油晶開發公司(ShellOilDevelopmentCo．)最先完成了以純氧替代空氣直接氧化乙烯制取EO的實驗，開發了SheH技術。隨即建成了一座2XI0⁴t／a的工業裝置。此后，空氣法和氧氣法就成了世界生產EO的兩大主要方法。原先占統治地位的氯乙醇法逐漸被淘汰。

　　空氣法使用空氣做氧化劑，氧化反應分為二段或三段完成，系統中因為大量氣體循環，需要相應規模的吸收、解吸、空氣壓縮以及凈化等設備，顯然，工藝流程比較復雜，動力消耗也較大；而且，系統中惰性氣體含量多，循環排空量大，乙烯損失也較大。而氧氣法由于工藝流程較短，反應物濃度高，雖然反應轉化率低一些，但是選擇性高，損失乙烯少得多。因此，純氧直接氧化法的經濟效益遠遠高于空氣直接氧化法。另外，20世紀70年代以后，隨著石油化工工業工程能力和對石油化工產品需求的飛速發展，EO生產裝置的規模不斷擴大，空氣法生產EO的技術經濟指標遠遠落后于純氧氧化法。因此世界上空氣法生產EO的裝置逐步被淘汰，要么這些裝置進行技術改造轉變成純氧氧化法，要么干脆關閉了。

　　從世界EO／EG的生產技術上，形成了Shell、SD和UCC三家居于統治地位的格局，而且三家均采用乙烯在銀催化劑上進行純氧氧化這一基本化學原理。乙二醇(MEG)及其同系物二乙二醇(DEG)和三乙二醇(TEG)都是非常重要的有機原料。現代乙二醇的生產均是采用EO水合反應生成。一般地，現代生產裝置都是聯合生產E0和EG產品。

　　遠在1859年，人們就可以通過乙二醇二醋酸酯和氫氧化鉀進行水解制取乙二醇。到1860年由環氧乙烷水解法制取乙二醇的試驗成功。1904年，用乙二醇又合成了硝化乙二醇酯，并發現這一化合物能降低硝化甘油的凝固點。在第一次世界大戰期間，德國由于缺少甘油制造炸藥，同時為了解決硝化甘油容易結塊問題，便利用硝化乙二醇酯作為硝化甘油的代用品。于是，研究并采用了從酒精脫水制乙烯出發，先轉化成二氯乙烷，再經脫水制成乙二醇的工藝。但是，由于此法的收率較低，設備腐蝕問題又極其嚴重，所以后來很少采用。

　　1915年由氯乙醇制取乙二醇的專利發表，到1922年，美國UCC首先用此法建了第一個工業生產車間，以后道化學公司(DOW)相繼也用此法建設了兩套生產裝置。從此以后，氯乙醇法就成為60年代以前生產乙二醇的主要方法。1940年，美國杜邦公司又開發出甲醛和一氧化碳合成法。由于此法的反應需要在高溫下進行，雖曾經一度建廠生產，但發展始終受到限制。到20世紀50年代，由于石油化工的興起和迅速發展，解決了乙烯的來源問題，從此人們便紛紛轉向用環氧乙烷水解法生產乙二醇。到1975年，世界上所有乙二醇產品已經全部是由環氧乙烷水解法生產的。目前國外又開發出生產乙二醇的一些新方法、新技術，但大都未正式應用到大規模生產之中。

　　2．EO／EG行業的生產現狀

　　隨著高性能銀催化劑的開發和成功運用、工藝技術的日益完善以及EO／EG產品應用市場的開拓和發展，EO／EG已經成為乙烯系列繼聚乙烯和聚氯乙烯之后的第三大乙烯衍生物工業。2001年的統計數據表明，世界有120多套裝置生產EO、EG，其生產能力分別達到約1630XI0⁴t／a和1566XI0⁴t／a，其中美國分別占總能力的26。6％和23．8％；西歐為17。2％和t0．9％；日本為5．6％和5．1％；其余分布在中東和亞太地區。截止2001年，我國(不包括臺灣)共有EO／EG裝置11套，當量環氧乙烷(EOE)舛XI0⁴tt／a，其中EG生產能力83．1XI0⁴t／a，商品EO生產能力共27．7XI0⁴tt／a。生產規模最大的是南京楊子裝置，2000年該裝置擴能至30XI0⁴t／aEG，生產規模最小的是吉聯裝置，只有4XI0⁴t／aEG當量。從專利技術上，所有裝置均是引進國外，世界主要3大EO／EG專利商在國內均能夠找到蹤影。遼化裝置是中國最早引進的空氣法裝置，后來采用UCC專利技術進行了氧氣法改造，代表了UCC20世紀60年代的專利技術。燕化裝置70年代從美國SD公司引進，是我國最早引進的氧氣法裝置，代表了SD公司70年代的技術。之后，在80年代至90年代，中國又陸續引進了SD公司的上海金山裝置、南京楊子裝置、北京東方裝置、新疆獨山子裝置和吉電、吉聯裝置，天津聯化、茂名和撫順裝置則是引進Shell專利技術。總體上看，后引進的裝置由于技術的先進性，裝置能耗較低，經濟效益明顯；Shell裝置比SD裝置在MEG產品UV值等質量指標上要好一些。

　　目前，我國實際生產EO／EG當量能力還不能滿足國內市場需求，因而，國外的石化巨頭如BASF、BP、Shell紛紛花巨資在中國進行石化投資，BASF與南京楊子合作投資30，億美元建設楊巴一體化石化項目；Shell與中國海洋石油總公司合作投資40億美元在廣東惠州建設中海殼牌石化項目；英國BP與上海金山合資建設90XI0⁴t／a乙烯項目，這三個項目均建設有至少30XI0⁴tt／aEO／EG裝置，這三家項目上馬后將在國內EO／EG市場占據主導競爭地位。

　　(二)裝置的單元組成與工藝流程

　　1，工藝路線

　　乙烯和氧在銀催化劑作用下，通過固定床反應器發生氧化反應，主反應生成環氧乙烷，主要副反應生成二氧化碳。用碳酸鉀溶液吸收循環氣中的二氧化碳。環氧乙烷用水吸收，然后解吸和再吸收，生產出不含乙烯、氧、二氧化碳等雜質的濃度為9．5％—10．5％的環氧乙烷水溶液。一部分精餾生產環氧乙烷產品，另一部分水合生成乙二醇溶液。乙二醇溶液經過多效蒸發及干燥塔分離出水，再進行乙二醇精餾得到一乙二醇、二乙二醇、三乙二醇產品。

　　2．基本原理

 　　3．組成單元

　　環氧乙烷／L-醇裝置主要是由乙烯氧化反應，循環氣壓縮，二氧化碳吸收、解吸，環：氧乙烷吸收、解吸和再吸收，輕組分脫除、環氧乙烷精餾、環氧乙烷水合反應，多效蒸發，乙二醇精餾等單元構成。

　　(1)環氧乙烷反應系統：

　　原料乙烯、氧氣和致穩氮氣(甲烷)來自界區。乙烯、氧氣和致穩氣，在循環壓縮機的出口側，與貧循環氣混合，混合氣中乙烯和氧控制一定的濃度，通過氣—氣熱交換器管程與反應器出口氣體換熱后，進入填充銀催化劑的列管式固定床反應器，在銀催化劑的作用下，在一定的溫度和壓力下，進行氧化反應生成環氧乙烷。

　　從反應器下部出來的生成氣體經換熱器降溫后進入環氧乙烷水洗塔(D—115)，在這里與貧循環水逆流接觸，吸收其中的環氧乙烷和其他一些反應產物。未被吸收的塔頂氣體回到循環壓縮機的進口，以補充壓力損失。經循環壓縮機增壓后的循環氣，大部分直接循環到反應器原料系統，少部分先送到二氧化碳脫除系統脫除C0₂后，再返回壓縮機出口的反應器原料系統，以維持循環氣中的C0₂含量不變。

　　(2)C0₂脫除系統

　　來自循環壓縮機氣量大約為循環氣量10％的氣體進入接觸塔，在此與來自再生塔的熱碳酸鉀溶液接觸，C0₂經化學吸收，即碳酸鉀與C0₂反應生成碳酸氫鉀，未反應的氣體返回到循環氣系統。來自C0₂接觸塔塔釜的富碳酸氫鉀溶液，經過減壓閥減壓后進入再生塔，閃蒸析出部分C0₂，通過加熱使碳酸氫鉀還原為碳酸鉀，放出C0₂。

　　(3)環氧乙烷解析和再吸收系統

　　來自環氧乙烷水洗塔的富循環水，經換熱、減壓閃蒸后進入解吸塔頂部，環氧乙烷以及其他輕組分和不凝氣體被解吸。被解吸出來的環氧乙烷和水蒸氣進入再吸收塔被水吸收，并調整加水量，以保持再吸收塔釜液中含10％(質量)的環氧乙烷，將此塔釜液送到乙二醇原料解吸塔。

　　(4)環氧乙烷精制系統

　　來自乙二醇原料解吸塔的釜液，一部分進人環氧乙烷精制塔，經過精餾、脫醛處理，生產商品EO。

　　 (5)乙二醇反應和蒸發提濃系統

　　來自再吸收塔塔釜約為10％(質量)的環氧乙烷水溶液，在乙二醇原料解析塔用蒸汽脫除C0₂，來自環氧乙烷精制塔含醛的環氧乙烷也在此得以回收。釜液加熱升溫后送到乙二醇水合反應器。進入乙二醇反應器的水和環氧乙烷的混合物比例為22：1(摩爾)，在管式反應器內環氧乙烷基本上全部轉化，轉化率在99．9％—99．99％。離開反應器的乙二醇和二、三乙二醇的稀溶液(濃度15％質量)經順流式多效蒸發塔蒸發濃縮后，溶液濃度達到約等于85％(質量)，送至粗乙二醇儲槽。

　　(6)乙二醇精餾系統

　　將含有15％(質量)水的粗乙二醇，在脫水塔中脫水、排醛，塔釜液用釜液泵，送到一乙二醇精制塔中提純，生產出優質乙二醇產品。塔釜液用釜液泵輸送到一乙二醇回收塔中，從塔上部抽出一乙二醇和少量二乙二醇，循環回粗乙二醇槽，基本上不含一乙二醇的釜液，用釜液泵送至多乙二醇塔生產二乙二醇、三乙二醇等副產品。

　　(7)水處理系統

　　本系統是由離子交換裝置、脫氣塔、過濾器等組成。把采出的工藝循環水通人離子交換器里，經過陰離子交換除去有機酸，進而送到脫氣塔，用泵將處理過的工藝水送回工藝水循環系統達到回收EG的目的。離子交換裝置可以進行“全自動”及“手動”運轉。全自動運轉由程控器編程實現，制水、再生自動切換。

　　(三)原料及產品性質

　　1．原料

　　原料性質見表3—37。

　　2．產品性質

　　產品性質見表3—38。

 　　二、重點部位及設備

　　(一)重點部位

　　1．環氧乙烷反應系統

　　乙烯和氧在銀催化劑作用下，通過固定床反應器發生乙烯氧化反應，主反應生成環氧乙烷，主要副反應生成二氧化碳。用導熱油或水移出反應熱。N₂或CH₄為致穩氣用來稀釋乙烯與氧氣的混合濃度使之保持在爆炸范圍以外。由于反應溫度、壓力、雜質、反應物配比等因素都會對環氧乙烷反應過程產生影響，反應條件十分苛刻，操作不當會出現燃燒甚至爆炸的事故，因此該系統設置了三十多個聯鎖，以確保裝置的安全。

　　2．環氧乙烷罐區

　　環氧乙烷是裝置的主要產品之一，爆炸范圍為3％—100％，沸點10．7℃，性質非常活潑，因而在生產、儲存、裝車、運輸過程中要嚴格執行相關的安全規章制度。環氧乙烷產品要求是在N₂封情況下低溫(—5℃)儲存，若發生泄漏噴濺在身上會發生凍傷，遇見火星將引起著火爆炸，是裝置十分危險的區域。

　　(二)重點設備

　　乙二醇裝置重點設備為循環氣壓縮機和冷凍機。此外，還有部分特殊閥門如氧氣混合站電磁閥，這些閥門出現問題會使裝置部分停工或全裝置停工，甚至有可能導致惡性事故的發生。

　　1．循環氣壓縮機該機為裝置的心臟，若出現問題不能運轉，裝置只能停工。一般乙二醇裝置只設置一臺壓縮機(原動機可選用不同動力，為蒸汽透平和電動機)，因而機組的運行狀況對保證裝置安全生產非常重要。

　　2．冷凍機該機為環氧乙烷產品低溫儲存冷凍液降溫，若出現問題不能運轉，環氧乙烷產品不能儲存，精餾系統只能停工，對裝置經濟效益的影響很大。

　　3．特殊閥門環氧乙烷反應中的氧氣混合站系統，是影響裝置開車和聯鎖停車的執行系統，其電磁閥動作要求靈敏、迅速，其中聯鎖發生時負責切斷進料和打開放空的閥門要求0．2秒動作，以保證反應系統聯鎖后安全停車。