優化反應控制提高環氧氯丙烷收率

林秀巖（天津渤化石化有限公司，天津300452）

優化反應控制提高環氧氯丙烷收率

林秀巖（天津渤化石化有限公司，天津300452）

通過研究生產環氧氯丙烷的化學反應機理，找出了影響環氧氯丙烷產率的因素，本文主要介紹了通過控制和優化反應工藝，最大程度地減少不良因素對反應收率的影響，以達到提高環氧氯丙烷收率的目的。

環氧丙烷；控制；優化；收率

環氧氯丙烷（ECH）是一種無色的、不穩定的、易揮發的油狀液體，氣味類似于氯仿和醚類。當前，如何改進生產工藝增加環氧氯丙烷的產率以減少對進口的依賴是一個亟待解決的大問題。

一、反應原理

氯丙烯和水、氯氣在低溫下經催化作用發生加成反應，生成兩種同分異構體主產物，分別為1，3-二氯丙醇和2，3-二氯丙醇，在加成反應中也伴隨著副反應的發生，生成了兩種副產物，為三氯丙烷和四氯丙醚。兩種二氯丙醇統稱為DCH，DCH在堿性物質做催化劑時發生皂化反應，也叫環化反應，生成目標產物環氧氯丙烷，即ECH。主反應方程式為：

CH2ClCHClCH2OH（或CH2ClCHOHCH2Cl）+1/2Ca（OH）2—CH2Cl2CHCH2（ECH）+1/2CaCl2+H2O---（1）

＼／

O

伴隨著的三步副反應方程式分別是：

CH2ClCHOHCH2Cl+1/2Ca（OH）2—CH2ClCH2CHO（α-氯丙醛）+1/2CaCl2+H2O---（2）

CH2ClCHOHCH2Cl+1/2Ca（OH）2—CH3CHClCHO（β-氯丙醛）+1/2CaCl2+H2O---（3）

CH2ClCHCH2+1/2Ca（OH）2+H2O—CH20HCHOHCH2OH（丙三醇）+1/2CaCl2-----（4）

＼／

O

從以上方程式可以看出，反應物不僅參與主反應生成了目標產物環氧氯丙烷，還參與了副反應，生成了三種非目標產物，這就降低了環氧氯丙烷的產率。所以在實際的工業生產過程中，應該合理地控制和改進生產工藝，設計有利于主反應進行的反應器，讓更多的反應物參與主反應的發生，減少或者抑制副反應的進行，以此提高環氧氯丙烷的產率。

二、影響環氧氯丙烷產率的因素

1.二氯丙醇合成反應的溫度

合成二氯丙醇的反應需要在液相條件中進行，但是伴隨該反應的副反應不僅在液相中可以發生，也可以在氣相中進行反應，所以必須抑制反應環境中的出現氣體。因為生成二氯丙醇的反應為放熱反應，所以首先要嚴格控制反應溫度在50℃以下，另外要及時排出反應放出的熱量，以避免環境溫度升高。

2.合成ECH反應中二氯丙醇的濃度

經實驗證明，如果增加二氯丙醇的濃度，則會促進氣相反應，目標物產率降低，但是濃度太低，在后續反應中，需要消耗更多的蒸汽，為了增加產率同時降低能耗，在生產中一般控制二氯丙醇的濃度在4.5%以下。

3.堿倍率

在環化反應中，如果想要將二氯丙醇完全轉化為環氧氯丙烷，就需要保證Ca（OH）2過量，原因是首先要中和掉體系中由上一步反應生成的HCI，然后保證反應環境呈堿性，反應才會順利進行。但是如果堿性物質太多，再加上環氧氯丙烷在水中會發生水解反應，這樣不僅會降低環氧氯丙烷的產率，還會造成堿的浪費。堿倍率是使用堿的當量數與HCI的當量數加DCH當量數之比值，生產上堿倍率一般控制在1.0到1.3之間。

4.環化反應的溫度

實驗證明，當環化反應的溫度較低的時候，主反應被抑制，此時主要以以副反應（2）、（3）為主。隨著溫度的不斷升高，副反應減少，而生成環氧氯丙烷的主反應占據了反應的主導地位，而且溫度越高，反應速度越快。如果此時可以及時地將生成的環氧氯丙烷快速引出反應體系，那么根據化學平衡的原理，平衡會繼續向生成主產物的方向移動，此時也有效地抑制了副反應。但是不能一味地升高溫度，溫度過高，環氧氯丙烷在水中的溶解度增大，那么就會使副反應（4）進行。1，3-二氯丙醇和2，3-二氯丙醇的轉化速度在反應剛發生的時候并不同步，前者要快于后者，溫度升高后兩者的轉化率才會變得接近。如果反應溫度達不到一定程度，那么就會使未轉化的2，3-二氯丙醇隨著生成的環氧氯丙烷被帶離體系，從而降低了環氧氯丙烷的純度。一般控制反應塔塔頂的溫度為（100±2）℃，塔底溫度為（110±2）℃。

5.反應預熱

為了使1，3-二氯丙醇和2，3-二氯丙醇能夠完全轉化，需要在反應發生前對二氯丙醇的混合液進行預熱，轉化速度快的1，3-二氯丙醇會首先發生反應，蒸出生成的環氧氯丙烷，抑制副反應（4）的發生。

6.二氯丙醇合成反應起始物質比例

在二氯丙醇合成的反應中，起始物質的比例會影響產率，所以需要在反應中不斷地去監測氯丙烯是否過量，并隨時調整氯丙烯和氯氣的比例，來達到反應配比控制穩定的目的。

7.優化反應塔的操作條件

經過工廠多年生產經驗證明，在皂化塔中使用負壓操作，可以減少了副反應發生的幾率，且減少了蒸汽的用量，降低了排放廢水中的COD，符合國家節能減排的政策。

三、結語

（1）選擇合適的反應溫度和反應起始物料比，可以增加產率，減少副反應的發生。

（2）合理設計反應塔的尺寸，在皂化塔中選擇負壓操作條件，有利于提高環氧氯丙烷的產率。同時會降低反應能耗和廢水中COD含量，與可持續發展政策一致。

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