由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法與流程

本發明涉及一種由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法。

背景技術：

環氧乙烷是乙烯工業衍生物中重要有機化工產品，目前其生產工藝一般采用固定床反應器使氧氣和乙烯在銀催化劑上發生氧化放熱反應。進入反應器之前乙烯和氧氣通過氧混合器完成混合，氧氣與乙烯的混合效果直接影響催化反應的選擇性和轉化率，這種直接接觸式的混合、反應過程存在反應飛溫失控、發生燃爆的巨大風險。

混合導體透氧膜是一類同時具有氧離子和電子導電性能的無機陶瓷膜材料，在高溫和氧濃度梯度的驅使下，氧可以透過膜由高氧壓端向低氧壓端擴散，理論上材料的氧滲透選擇性為100％。

將催化反應與膜分離一體化而構成的膜反應器，能夠利用膜的特殊功能實現反應物的控制輸入、相間傳遞的強化以及產物的原位分離等,從而達到提高反應轉化率、反應選擇性和反應速率、延長催化劑使用壽命和降低設備投資等目的。此外，對于乙烯催化氧化這種反應，采用透氧膜可以精確控制氧含量，避免乙烯過度氧化發生燃燒反應，還可以避免氧氣與可燃反應物直接大量混合而導致的爆炸風險。

因此，本發明提出一種采用混合導體透氧膜為介質的膜反應器將乙烯與氧氣混合、反應過程一體化，使得氧氣與乙烯達到分子水平混合，降低可燃氣體發生燃爆的風險，同時有效抑制反應發生飛溫，從而實現氧氣與乙烯混合、反應過程的強化，達到過程本質安全化。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是現有技術中安全性較差的問題，提供一種新的由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法。該方法用于制備環氧乙烷中，具有安全性較好的優點。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案如下：一種由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法，反應原料乙烯氣體經氣氣換熱器加熱后進入反應器內的透氧膜管，透氧膜管的材質采 用混合導體無機陶瓷膜，透氧膜管的數量至少為一根或呈列管式排列，空氣進入反應器內的透氧膜管外的區域，氧氣在透氧膜表面吸附、解吸后進入透氧膜管內與乙烯接觸，在催化劑下反應生成包括環氧乙烷的產品，所屬產品從透氧膜管出口流出，經氣氣換熱器后進入下游分離系統，剩余的富氮空氣從反應器中排出。

上述技術方案中，優選地，述透氧膜管內設有催化劑床層，催化劑為銀。

上述技術方案中，優選地，所述反應器的操作條件為：反應溫度180-200℃，反應表壓2.0-2.1mpa。

上述技術方案中，優選地，所述乙烯與空氣的體積比為1:9～9.8。

上述技術方案中，優選地，所述富氮空氣中的氧含量為12-16％。

上述技術方案中，優選地，所述反應器內的透氧膜管呈列管式排列。

上述技術方案中，優選地，所述反應原料乙烯氣體經氣氣換熱器加熱至180～200℃后進入反應器內的透氧膜管。

本發明將乙烯與氧氣的混合、反應過程耦合在一起，相互之間實現過程強化，與傳統列管式固定床反應器相比能夠提高轉化率和選擇性。本發明中采用空氣作為氧源，能夠有效降低直接采用氧氣時的設備投資。本發明中氧氣透過透氧膜進入反應側是控制步驟，能夠精確控制氧含量，避免反應器內發生飛溫，同時氧氣通過膜孔與乙烯混合能夠達到分子水平，能夠降低體系發生燃爆的風險，取得了較好的技術效果。

附圖說明

圖1為單根透氧膜管的反應器結構圖；

圖2為列管式膜反應器示意圖。

1為乙烯氣體入口；2為氣氣換熱器；3為反應器；4為空氣入口；5為空氣出口；6為環氧乙烷出口；7為催化劑床層；8為透氧膜孔。

下面通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。

具體實施方式

【實施例1】

一種由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法，如圖1或圖2所示。反應原料乙烯氣體經氣氣換熱器加熱至180℃后進入反應器內的透氧膜管，透氧膜管的材質采用混合導體無機陶瓷膜，透氧膜管的數量為一根，空氣進入反應器內的透氧膜管外的區域，氧氣在透氧膜表 面吸附、解吸后進入透氧膜管內與乙烯接觸，在銀催化劑下反應生成包括環氧乙烷的產品，所屬產品從透氧膜管出口流出，經氣氣換熱器后進入下游分離系統，剩余的富氮空氣從反應器中排出。

所述反應器的操作條件為溫度180℃，壓力2.0mpag(表壓)。所述乙烯與空氣的體積比為1:9.0。所述富氮空氣中的氧含量為16％。

結果表明，乙烯單程轉化率為12％，環氧乙烷選擇性為95％。

【實施例2】

按照實施例1所述的條件和步驟，只是乙烯氣體經氣氣換熱器加熱至185℃后進入反應器內的透氧膜管，透氧膜管為2根，呈列管式排列，所述反應器的操作條件為溫度185℃，壓力2.05mpag。所述乙烯與空氣的體積比為1:9.2。所述富氮空氣中的氧含量為15.4％。結果表明，乙烯單程轉化率為13.6％，環氧乙烷選擇性為95.2％。

【實施例3】

按照實施例1所述的條件和步驟，只是乙烯氣體經氣氣換熱器加熱至192℃后進入反應器內的透氧膜管，透氧膜管為4根，呈列管式排列，所述反應器的操作條件為溫度192℃，壓力2.06mpag。所述乙烯與空氣的體積比為1；9.5。所述富氮空氣中的氧含量為13.6％。結果表明，乙烯單程轉化率為14.8％，環氧乙烷選擇性為95.6％。

【實施例4】

按照實施例1所述的條件和步驟，只是乙烯氣體經氣氣換熱器加熱至200℃后進入反應器內的透氧膜管，透氧膜管為8根，呈列管式排列，所述反應器的操作條件為溫度200℃，壓力2.1mpag。所述乙烯與空氣的體積比為1:9.8。所述富氮空氣中的氧含量為12.4％。結果表明，乙烯單程轉化率為14.1％，環氧乙烷選擇性為94.7％。

【比較例】

傳統環氧乙烷生產采用固定床反應器，乙烯單程轉化率通常只有7-8％，環氧乙烷的選擇性在85％左右。采用空分得到的純氧作為氧化劑，反應器內氧含量不易精確控制，容易形成熱點發生飛溫。

本發明將乙烯與氧氣的混合、反應過程耦合在一起，相互之間實現過程強化，與傳統列管式固定床反應器相比能夠提高轉化率(單程轉化率>12％)和選擇性(選擇性>94％)。本發明中采用空氣作為氧源，能夠有效降低直接采用氧氣時的設備投資。本發明中氧氣透過透氧膜進入反應側是控制步驟，能夠精確控制氧含量，避免反應器內發生飛溫，同時氧氣通過膜孔與乙烯混合能夠達到分子水平，能夠降低體系發生燃爆的風險，取得了較好的 技術效果。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法，主要解決現有技術中安全性較差的問題。本發明通過采用一種由氧氣和乙烯制備環氧乙烷的方法，反應原料乙烯氣體經氣氣換熱器加熱后進入反應器內的透氧膜管，透氧膜管的材質采用混合導體無機陶瓷膜，透氧膜管的數量至少為一根或呈列管式排列，空氣進入反應器內的透氧膜管外的區域，氧氣在透氧膜表面吸附、解吸后進入透氧膜管內與乙烯接觸，在催化劑下反應生成包括環氧乙烷的產品，所屬產品從透氧膜管出口流出，經氣氣換熱器后進入下游分離系統，剩余的富氮空氣從反應器中排出的技術方案較好地解決了上述問題，可用于制備環氧乙烷中。

技術研發人員：劉靜如;王振剛;張帆;徐偉;石寧
受保護的技術使用者：中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
技術研發日：2016.03.22
技術公布日：2017.09.29