環氧乙烷/乙二醇裝置工業生產中污水PH值偏低的工藝優化

【摘要】：目前世界上的環氧乙烷/乙二醇裝置普遍采用氧氣氧化法，在該工藝中產生的污水PH值偏低一直是制約著環保的重要因素。提高生產污水的PH值，不僅可以減少對生產設備的腐蝕，同時對綠色環保節能化工行業有著重大的意義。本文分析S石化乙二醇裝置污水PH值偏低的產生原因以及途徑，分析探討了提高外排污水PH值的操作方法。

【關鍵詞】：環氧乙烷 乙二醇 生產污水

1.引言

環氧乙烷（EO）、乙二醇（EG）是石油化學工業的重要原料，EO除主要用于生產EG外，還大量用于生產非離子表面活性劑、乙二醇醚、乙醇胺、防腐涂料等多種化工產品。EG主要用于生產聚酯纖維、瓶用樹脂、薄膜、防凍劑和冷卻劑，其中聚酯纖維占 EG 表觀消費量的80%以上。近年來受國內聚酯產業高速增長的拉動，乙二醇的消費量迅猛增長。

乙烯和氧氣在銀催化劑的作用下生成環氧乙烷，同時生成副產物二氧化碳和水，以及微量的甲醛、乙醛、甲酸、乙酸等。生產污水中的二氧化碳、甲醛、乙醛以及有機酸等雜質，雖然生成量少，卻大大降低了生產污水的PH值。另外環氧乙烷水溶液在酸性條件下極易生成醛類物質，另外由于酸性腐蝕生成的鐵離子也加速了這一反應的進行，更多醛含量的產生對環氧乙烷產品質量以及乙二醇產品UV值有著重大的影響[3。同時低PH值的產生加劇了裝置設備的腐蝕，對裝置設備要求也就更高。如何減提高生產污水的PH值，對提高產品質量、建設成綠色環?；ば袠I、增強企業競爭力有著關鍵性作用。

2. S石化乙二醇裝置工藝原則流程

S石化乙二醇裝置是采用的荷蘭SHELL專利技術，其主要生產工藝流程是：氧氣直接氧化法生產環氧乙烷，氧化反應在裝有銀催化劑的列管式固定床反應器中進行。反應生成的環氧乙烷經過進過吸收精餾系統產出環氧乙烷。脫除環氧乙烷的循環氣一部分進入脫碳系統中脫除二氧化碳，然后再次進入反應器循環反應。部分環氧乙烷和水在管式反應器中直接水合生成乙二醇，經四效蒸發脫水后，真空精餾分離得到各種高質量產品。

3. S石化乙二醇裝置生產污水來源

3.1脫碳系統生產污水

CO2經解析后，和蒸汽以及痕量循環氣一起離開CO2解析塔頂部，然后在再生塔頂冷凝器E-205中冷卻，并通過CO2排空緩沖罐V-205。冷凝水分離出來，一部分返回CO2解析塔，余下部分排放到廢水系統。CO2氣體輸送到壓縮機K-202，過剩部分排入大氣。雖然CO2絕大部分通過脫碳系統被脫除輸送至壓縮機K-202，但是在脫除過程中產生的生產污水避免不可夾帶少量的二氧化碳，而二氧化碳在污水中顯酸性，極大的降低了其PH值。

3.2水緩沖罐外排污水

四效濃縮的凝液進入水緩沖罐V-402，同時接收所有0.5MPa蒸汽凝液。由于裝置內所使用的0.5MPa蒸汽絕大部分是在四效濃縮產生的工藝蒸汽，其中含有少量的醇和醛。另外四效濃縮后的凝液經工藝排放閃蒸罐V-403進入V-402中的凝液也夾帶少量的醇和醛。在有氧氣存在的條件下，都可以被氧化成酸。為了保證V-402中的水質，需通過排放部分到廢水系統。

3.3工藝凝液罐外排污水

裝置0.3MPa工藝蒸汽絕大部分作為10℃低溫水熱源動力，所產生的凝液進入到工藝凝液罐V-601中，并通過工藝凝液泵P-604進入廢水系統。由于0.3MPa的工藝蒸汽是在水緩沖罐V-402閃蒸得到，而前面說到，V-402含有少量醇和醛。因此在0.3MPa的凝液中也含有部分醇和醛。另外V-601罐是常壓罐，與大氣接觸，其中的醇和醛極易被氧化成酸，因而外排污水PH也較低。

3.4真空系統的生產污水

由于乙二醇裝置的乙二醇濃縮和精制單元中都是采取真空操作，真空動力源是0.5MPa的工藝蒸汽，若是真空塔壓力出現波動，則會導致真空凝液罐中的生產污水醇含量高。另外由于真空凝液罐是常壓罐，直接與大氣接觸，而且所產生的污水溫度較高。在高溫以及氧氣作用下，里面所含的醇極易被氧化成酸，一定程度上降低了外排污水的PH值。

3.5脫水塔所產生的外排污水

經四效濃縮后塔釜液水含量約為30%，這部分水在脫水塔C-405塔頂被脫除。塔頂餾出液排放至污水管線，由于在脫除水的同時，其中的輕組分醛等有機物也會進入到污水中。如果外排污水不影響產品質量，塔頂餾出液可以輸送至水緩沖罐，以減少外排污水量。

4.降低生產污水的優化操作

4.1優化環氧乙烷反應系統操作

在環氧乙烷反應系統中，對反應進行優化操作，主要是控制好反應溫度以及氯代烷烴的加入量，以提高催化劑的選擇性，減少副反應的發生，降低二氧化碳、醛等的生成量。控制反應器的高壓汽包內撤熱劑水質，在不影響后部產品質量條件下，在鍋爐給水中加入適量的聯氨、磷酸鈉、氨水等藥劑，除去其中的氧并且保證一定的PH值，從而減少汽包的腐蝕生成的鐵離子等雜質。經過長期生產觀察發現，鍋爐給水質量對反應撤熱影響很大。良好的水質能保證反應器熱虹吸效果良好，撤熱效率高，降低副反應的產生。

4.2改變環氧乙烷吸收解析系統堿加入途徑，嚴格控制環氧乙烷吸收系統的PH值。

酸性環境下， 環氧乙烷水溶液極易大量生成醛類物質，而醛類物質是極易被氧化成酸。因此，控制好注堿量， 將環氧乙烷解析塔塔釜的PH值控制在 7.5～ 8范圍內，既可減少醛類物質的生成，又可有效阻止酸性氣雜質進入后系統，從而保證產品質量。據有關乙二醇裝置報道，發現在乙二醇反應器出口出現了有機酸和乙二醇酯，環氧乙烷貧吸收液中含有甲酸鈉，然而富吸收液中卻不包含這種物資。這樣看來在環氧乙烷吸收塔中所有的甲酸鈉被轉化為甲酸甲酯。

乙二醇和甲酸反應生成甲酸甲酯，該酯會慢慢水解成自由酸和醇。水解產生的酸將消耗堿并導致一個低的PH值。加入的堿更多的在環氧乙烷吸收塔中被循環氣中的CO2（濃度為1.6%mol）消耗，然后從解析塔中解析出來，NaOH與甲酸甲酯幾乎不反應，也就不能避免它被水解為酸。因此，改變加堿方式，由貧液改為加入富液，從而提高堿與甲酸甲酯和其他酸接觸的機會，這將是非常有效的。另外由于大部分CO2存在于環氧乙烷吸收塔，只有少部分在解析塔中分解，也使得加堿在富液中效果要好。

4.3在脫碳系統外排污水管線上增加加減管線

在所有的污水來源中，脫碳系統產生的污水PH值是最低的，而其外排污水量將近10t/h，對裝置外排污水的PH值影響是最大的。因此在其凝液泵出口管線增加注堿管線，可以很好地控制外排污水PH值。另外，在不影響二氧化碳壓縮機以及凝液泵的前提下，提高污水溫度設定值，不僅可以降低二氧化碳解析塔塔頂冷卻器E-205電機耗電量，而且可以減少污水中二氧化碳含量。

4.4 V402罐頂加設氨水線

在V-402罐頂產汽線上增加氨水線，根據凝液PH值情況，調節氨水注入量，降低0.3MPa蒸汽PH值。

4.5 乙二醇濃縮段酸腐蝕問題

研究發現EG反應器出口存在甲酸甲酯，甲酸甲酯在高溫下容易水解生成酸，使得設備腐蝕嚴重，而腐蝕生成的鐵銹進一步加劇了乙二醇生成醛的過程。shell工藝上EG單元不存在加堿的，但是在正常生產后，由于酸腐蝕，檢修期間發現在P402泵內發現一層鐵屑存在，而通過檢查發現C402塔再沸器E405凝液出口管線已經被酸嚴重腐蝕，管壁減薄了很多。為此，我們測試了C401塔塔釜出口管線、C402塔再沸器E405出口凝液管線、C402塔塔釜出口管線、C403塔塔釜出口管線、C403塔塔頂出口管線、C403塔再沸器E406出口凝液管線的PH值。分別為9.8、5.1、 9.8 、 9.8 、 6.9 、 7.1。

結果發現C402塔再沸器E405出口凝液管線處PH值最低，測試結果為5.1。

為此，在C402塔再沸器E405出口凝液管線上設置了加堿管線，并將相關管線換為不銹鋼管線。這樣就降低了EG反應器入口水溶液的PH值，減少了環氧乙烷在酸性環境下生產醛類的幾率。

6.結束語

環氧乙烷/乙二醇裝置外排污水低PH值，不僅加劇了設備的腐蝕，增加了設備的投入費用，同時因為腐蝕產生的鐵離子對環氧乙烷和乙二醇產品都有極大影響，降低了產品的競爭力。尤其是在EO/EG裝置競爭日益激烈的今天，采取一定的措施，提高外排污水的PH值，使環氧乙烷、乙二醇產品的質量不斷提高，將會帶來更好的經濟效益。

【參考文獻】

【1】周敬思 梁光興 王起斌.環氧乙烷與乙二醇生產[M].化學工業出版社，1979：1-50

【2】全國環氧乙烷/乙二醇行業協作組第十一次行業調研報告 內部資料2012.04

【3】代武軍，金積銓，高政.乙烯氧化制EO反應中生成醛酸因素的實驗結論[J].石油化工，2003，32（增刊）：362—363

【4】Backx， C. De Groot， C.P.M.， and Biloen， P.， Surf. Sci.， 1981， 104 ： 300

【5】馬繼永.乙二醇產品紫外透光率影響因素分析及對策 .全國環氧乙烷/ 乙二醇第四屆行業年會文集[C].撫順， 1994.160.

作者簡介：王龍蘭，漢族，江西省吉安縣，工程師，大學本科。