煤化工制二甲基双环氧乙烷工艺技术研究

煤化工制 二甲基双环氧乙烷工艺技术研究

郭平元 方 正

3724011973****5712

3714021995****0313

摘 要：二甲基双环氧乙烷是重要的有机化工产品，广泛应用于各个领域，研究意义重大。目前国内生产二甲基双环氧乙烷的工厂仍未呈饱和状态，前景十分广阔。通过催化剂选择性的提高、改变生产线的结构等从而提高生产能力和降低成本和对环境的污染，这些都是目前需要研究的课题。

本设计年产量10吨二甲基双环氧乙烷的工艺设计。由丙酮与硫酸氢钾进行混合然后直接进入反应器直接发生环氧化反应而生成二甲基双环氧乙烷。通过计算物料衡算、热量衡算再进行设备选型、车间布置和三废处理。原料气进反应器进行反应，反应器出口气体进入二甲基双环氧乙烷吸收塔。吸收塔出口的吸收液则进入解吸塔解吸。而解吸后的气体则进入精馏塔精馏，精馏后的产品纯度可达99%。

关键词：二甲基双环氧乙烷；生产前景；乙烯氧气直接氧化法；

二甲基双环氧乙烷（3,3-dimethyldioxirane），分子式为C3H6O2，二甲基过氧化酮（DMDO），也称二甲基二环氧乙烷，是由丙酮衍生出的过氧化酮类化合物，分子中含有由过氧链组成的三元环系。它是唯一常用的过氧化酮类化合物，在有机合成中主要用作氧化剂。二甲基双环氧乙烷的主要用途是用于乙二醇，乙二醇在工业上常常作为生产聚酯聚合物的原料。并且二甲基双环氧乙烷还可用应用于汽车、洗染、石油冶炼、电子、造纸、医药、农药、纺织等各个方面，研究意义重大，前景广阔。

1 国内和国外的研究生产形势

1.1国内研究和生产形势

我国较早的传统工艺是以乙醇为原料经氯醇法生产二甲基双环氧乙烷，但是这个传统的方法会造成较为严重的环境问题如排水会污染环境。而后来使用新研发出的直接氧化法生产二甲基双环氧乙烷可以有效的降低生产成本，且提高了产品的纯度，还不会对环境造成破坏，优点明显。但是随着我国表面活性剂等领域的迅猛发展，二甲基双环氧乙烷远不能满足市场需求。二甲基双环氧乙烷在常温常压下易燃易爆，因为其沸点是，长途运输的安全系数非常低，因此二甲基双环氧乙烷不适用于长途运输这种运输途径，则二甲基双环氧乙烷的进出口是个亏本买卖，所以市场价值主要体现在以乙二醇为代表的下游产品上。近几年来，我国二甲基双环氧乙烷工业的生产原料逐渐趋向多样化。而生产技术仍然是使用引进国外的先进技术。目前有许多外资公司和民营公司慢慢崛起，投资方越来越趋向多样化，生产技术也会逐渐向多样性的方向发展。由于受到原料乙烯资源供应的影响，商品二甲基双环氧乙烷生产能力不断的增加，产业链设计日趋合理。

1.2国外研究和生产形势

随着二甲基双环氧乙烷的需求量增加，二甲基双环氧乙烷生产能力在世界范围内也在随之增加。Shell公司、SD公司和UCC公司这三家公司把世界范围内的二甲基双环氧乙烷的生产技术几乎全部垄断。当然也有别的用于二甲基双环氧乙烷的生产技术的公司，例如：德国赫斯公司、日本触媒公司等，但是与垄断三巨头公司相比还是相当渺小的。就目前状况而言，少数公司掌控着二甲基双环氧乙烷的核心生产技术；二甲基双环氧乙烷生产能力的地区越来越集中；二甲基双环氧乙烷的装置趋向于研发新型的反应器；二甲基双环氧乙烷的产能越来越靠着市场集中、成本低和物流方便的方向发展。

1.3工业生产工艺

由丙酮与硫酸氢钾进行混合然后直接进入反应器直接发生环氧化反应而生成二甲基双环氧乙烷的技术（HPPO）称为直接氧化法，直接氧化法生成的主要反应产物是二甲基双环氧乙烷，生成的副产物为水，在反应过程中不会产生有害气体。使用直接氧化法制造二甲基双环氧乙烷的工艺操作简单，反应发生所需要的反应条件温和，操作的风险较小安全性能高，由于反应不产生其他的副产品所以不收联产品制约，且直接氧化法制二甲基双环氧乙烷所需要的装置占地面积小，所以需要配套的基础设备的数量也相应减小。

2 自控方案

2.1混合器控制

原料气、致稳气和循环气需要经过混合器充分混合，若原料气、致稳气和循环气在混合器中混合不均匀，会导致氧气浓度过高，容易引起爆炸的危险同时也会降低催化剂的活性。为了保证安全，需要对氧浓度的控制，并且配置防爆安全系统。如若发现浓度过高，立马切断系统。

2.2反应器控制

当反应器的温度和压力过高时，控制反应器的温度和压力是由进料量和循环气的阀门开度来调节，由此可以防止反应器的温度和压力过高而引起的爆炸。

2.3泵的控制

通过控制泵的阀门而稳定进料流量和进料压力。当进料压力过大（过小）或者进料量过大（过小）时，可调节泵的进出口阀，从而稳定进料量和进料压力。

2.4二氧化碳的循环系统控制

可由控制二氧化碳排放量的阀门去控制控制反应器中二氧化碳的累积量和惰性气体的累积量。如果二氧化碳和惰性气体过多会影响反应器中催化剂的活性和二甲基双环氧乙烷的生产能力。

2.5吸收解吸系统温度串联控制

通过控制冷凝器的温度，从而调节返回至吸收系统的循环气的温度，缓解塔顶的温度和压力，进而控制塔内的液位控制。

2.6精馏塔的控制

控制进料阀门的开度以稳定进料流量；通过控制塔顶全凝器的温度从而控制塔顶回流罐中回流液的温度，从而稳定塔顶温度；控制塔顶冷凝器的压力，从而控制塔顶的压力。当压力超过正常范围时，开启泄压阀以保证塔顶压力不超过正常范围；通过控制塔釜产品二甲基双环氧乙烷储罐的进料阀以控制塔釜内的液位处于安全值。

3 三废处理与安全生产

3.1三废处理

1)固体废弃物：本设计中固体废弃物主要是催化剂，外包给第三方处理公司处理即可。2)液体废弃物：本设计中液体废弃物主要是二甲基双环氧乙烷解吸塔塔釜排出的吸收水和精馏塔精馏出的水，这些水将返回二甲基双环氧乙烷吸收塔作为吸收剂循环使用，组成闭合循环，减少浪费和污染。3)气体废弃物：本设计中主要有二甲基双环氧乙烷吸收塔中塔顶的出料气体、二氧化碳循环装置中的。二甲基双环氧乙烷吸收塔中塔顶的出料气体一部分（90%）进入混合器作为循环气，一部分（10%）进入二氧化碳循环装置。而二氧化碳循环系统中的，一部分返回混合器中作为循环气，一部分进行周期性直接排放至储罐，从而制备干冰或者二氧化碳产品。气体废弃物的处理和回收利用，可减少环境的污染。

3.2安全生产措施

1)混合器配有自动切断设备系统，防止混合气体中氧气浓度过高而发生爆炸。2)热交换器安装防爆系统，防止混合气体中氧气浓度过高进入热交换器而发生爆炸。3)换热器、离心泵、混合器、阀门等均配有备用设备，生产中出现故障等问题时立刻启用备用设备。4)二氧化碳系统会周期性排放部分二氧化碳，避免惰性气体在反应器中的积累。5)精馏塔、吸收塔、解吸塔均有温度表和压力表，一旦温度或者压力过高会立马报警，且可以通过控制进料量和出料量的自动阀门从而控制温度和压力。6)精馏塔、吸收塔、解吸塔的塔顶配有泄压阀，压力过高时还可以开启泄压阀从而以降低塔顶压力。

参考文献

[1]赵永杰.我国二甲基双环氧乙烷生产与市场发展现状[J].日用化学品科学,2015,38(12):1-2.

[2]晓铭.世界二甲基双环氧乙烷的供需现状及发展前景[J].乙醛醋酸化工,2014,(07):24-29.

[3]丁国荣,姜皓岩,石宝珠,范英杰.国内外二甲基双环氧乙烷市场分析及技术发展[J].乙醛醋酸化工,2019,(05):15-21.