以丙烯為原料制取對環氧丙烷的工藝流程設計

摘 要：環氧丙烷是一種重要石油化工基礎原料，該文選擇異丙苯過氧化氫法制取環氧丙烷工藝，分別對異丙苯空氣氧化生產異丙苯過氧化氫、氧化液中的有機酸和水去除、CHP氧化丙烯制備環氧丙烷、環氧丙烷精制、異丙苯回收等5個工段進行工藝流程設計。該設計有利于減少副產品、降低投資、提高資源利用率和綜合經濟效益，減少環境污染。

關鍵詞：丙烯 環氧丙烷 流程模擬 合成工藝

中圖分類號：TQ22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（c）-0056-03

Abstract：Propylene oxide is a kind of important basic petrochemical raw materials. In this paper， propylene oxide preparation technique through cumene hydrogen peroxide method is selected. Five technical sections， cumene oxidation with air in the production of cumene hydroperoxide， removal of organic acid and water oxidation liquid， CHP oxidation of propylene to preparation of epoxy propane， propylene refining， and cumene recovery， are simulated and designed. This design helps to reduce by-product and investment， it can also improve resource utilization rate and the comprehensive economic benefits. The design is beneficial to reduce the environmental pollution.

Key Words：Propylene； Propylene oxide； Process flow simulation； Synthesis technique

環氧丙烷是一種重要石油化工基礎原料，也是除聚丙烯和丙烯腈外的丙烯第三大衍生物。近年來，隨著化工行業的迅速崛起以及汽車、家具等下游產業的發展，環氧丙烷的需求量逐年增長[1]。因此，眾多石化企業加大投入以探索合成環氧丙烷的新途徑，如，生產工藝的優化、節能減排（如降低氯醇法的污染）、生產技術穩定性（直接氧化法），期望所探索的新途徑可以有效提高生產效益并減少環境破壞[2]。目前國內外生產環氧丙烷的各技術主要有以下3點不足：氯醇法排污量大、共氧化法的原料純度要求高以及新興的直接氧化法的不穩定，而異丙苯制過氧化氫法丙烷，綜合效益較好。

該文采用異丙苯法制取環氧丙烷生產工藝，主要包括以下5個工段：異丙苯空氣氧化生產異丙苯過氧化氫（簡稱CHP）、氧化液中的有機酸和水去除、CHP氧化丙烯制備環氧丙烷、環氧丙烷精制、異丙苯回收。

1 異丙苯空氣氧化工藝流程

異丙苯的熱穩定性好，具有獲得高收率、高濃度過氧化物的特性。工藝流程保證獲得高收率的氫過氧化異丙苯，有利于降低異丙苯的損失。由于實現了高收率，可減少整個生產過程中異丙苯的循環量，達到大幅度節能[3]。主反應方程式為：

C9H12（異丙基苯）+O2→C6H5C（CH3）2OOH（異丙苯過氧化氫CHP）

為了達到最大的轉化率，氧化反應采取在0.45 MPa，120 ℃的條件下反應，因此，在常壓下的氧氣以及異丙苯需要通過加壓后再進入反應器。其中，異丙苯由于在常壓下是液體，所以用泵加壓；氧氣在常溫常壓下是氣體，所以利用空氣壓縮機進行加壓。在反應器中發生異丙苯和氧氣反應生成異丙苯過氧化氫。

2 除酸除水工藝流程

異丙苯氧化液中除了含有大量的異丙苯過氧化氫和異丙苯以外，在反應器的出口流股中還含有部分未參與反應的氧氣及少量副產物。在異丙苯氧化液出口進入本段工藝之前使用了一個加熱器使出口流股的溫度達到本段工藝要求。經過加熱器做能量交換之后的異丙苯氧化液進入到閃蒸罐中，抽盡物流中的氧氣。除去氧氣的物流再進入到除酸除水精餾塔，利用精餾塔的再沸器蒸出有機酸與水并通過冷凝器冷凝最終排出系統；而異丙苯過氧化氫和異丙苯作為重組分進入下一步環氧化反應工段。

3 丙烯環氧化工藝流程

該反應為放熱反應，為了充分利用CHP和保持低丙烯消耗，工藝條件的選擇應該確保CHP的高轉化率（大于99%）和PO的高選擇性（大于98%），為此采用的工藝方法是丙烯過量。日本住友化學公司采用鈦硅分子篩催化劑固定床反應工藝，采用丙烯過量，使得丙烯單程轉化率約10%，CHP分多段進料，從而使得丙烯的該工藝流程中進行反應的丙烯需要量下降。

先把除酸除水工藝的流出液即異丙苯過氧化氫和異丙苯的混合液經過加熱器通過熱量交換進而達到了反應的溫度要求，再將該股物流經過分流器分成三股流量和物理性質相同的物流。丙烯在常溫常壓下呈氣態，所以，各個進料口的丙烯在進入反應器之前先用壓縮機使其達到進料的要求，再進入反應器和氧化液混合進行環氧化反應。

為了使得異丙苯過氧化氫的轉化率達到99%以上，因此，每個反應器中的丙烯都應該過量90%。如圖1所示，每段反應產物中都含有大量的未反應的丙烯，因此，將前一段的反應產物混合物流入下一段反應，只要將第一段反應掉的丙烯的量添加進第二、三段反應中即可。總之，丙烯的分段進料解決了丙烯的需要量大的問題。該工段的主要反應如下：

C6H5C（CH3）2OOH+CH3CH=CH2→C6H5C（CH3）2OH+CH3CH（O）CH2

4 環氧丙烷精制工藝流程

環氧化反應的產物環氧液中不僅含有產品的環氧丙烷，還混有其他雜質，所以，此工段的主要目的在于分離混合物回收丙烯、得到高純度的環氧丙烷。

環氧化反應后得到的環氧化液先經加熱器交換熱量，再進入C9-精餾塔-1，將氧化液按組分分離成C3和C9兩股物流。其中，C3組分主要是含有丙烯、環氧丙烷以及少量的異丙苯（C9H12）；C9組分主要是含有異丙苯和枯基醇（CMA，C9H12O）。C3流股通過C9精餾塔-1分離出丙烯，從而回收丙烯，其中塔頂為丙烯出口，塔斧流出環氧丙烷和異丙苯的混合物。塔斧流出物再進入C3H6精餾塔從混合物中分離出環氧丙烷，剩下另一股含有C9的混合物流。該C9混合物流中由于含有副產物與極少的環氧丙烷，所以通過C9精餾塔-2提純C9。將得到的C9以及該工藝最初分離出的C9物流混合。

該設計經過分析和優化，在除酸除水階段，我們選擇精餾塔和再沸器、冷凝器的結合，使得在內部能量的利用上非常可觀，跟普通精餾相比，這樣的組合精餾共可節省很大的能量，大大減少了公用工程用量，經濟效益顯著。

參考文獻

[1]顧翊新，陳懷年.環氧丙烷生產中的氯醇化過程[J].中國石油，1988（10）：643-646.

[2]尤景紅.苯乙烯生產技術對比[J].沈陽工程學院學報：自然科學版，2010，6（2）：185-186.

[3]李劍.環氧丙烷生產技術分析與對比[J].合成技術及應用，2011，26（2）：39-44.