由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法与流程

本发明涉及一种由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法。

背景技术：

环氧乙烷是乙烯工业衍生物中重要有机化工产品，目前其生产工艺一般采用固定床反应器使氧气和乙烯在银催化剂上发生氧化放热反应。进入反应器之前乙烯和氧气通过氧混合器完成混合，氧气与乙烯的混合效果直接影响催化反应的选择性和转化率，这种直接接触式的混合、反应过程存在反应飞温失控、发生燃爆的巨大风险。

混合导体透氧膜是一类同时具有氧离子和电子导电性能的无机陶瓷膜材料，在高温和氧浓度梯度的驱使下，氧可以透过膜由高氧压端向低氧压端扩散，理论上材料的氧渗透选择性为100％。

将催化反应与膜分离一体化而构成的膜反应器，能够利用膜的特殊功能实现反应物的控制输入、相间传递的强化以及产物的原位分离等,从而达到提高反应转化率、反应选择性和反应速率、延长催化剂使用寿命和降低设备投资等目的。此外，对于乙烯催化氧化这种反应，采用透氧膜可以精确控制氧含量，避免乙烯过度氧化发生燃烧反应，还可以避免氧气与可燃反应物直接大量混合而导致的爆炸风险。

因此，本发明提出一种采用混合导体透氧膜为介质的膜反应器将乙烯与氧气混合、反应过程一体化，使得氧气与乙烯达到分子水平混合，降低可燃气体发生燃爆的风险，同时有效抑制反应发生飞温，从而实现氧气与乙烯混合、反应过程的强化，达到过程本质安全化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中安全性较差的问题，提供一种新的由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法。该方法用于制备环氧乙烷中，具有安全性较好的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法，反应原料乙烯气体经气气换热器加热后进入反应器内的透氧膜管，透氧膜管的材质采 用混合导体无机陶瓷膜，透氧膜管的数量至少为一根或呈列管式排列，空气进入反应器内的透氧膜管外的区域，氧气在透氧膜表面吸附、解吸后进入透氧膜管内与乙烯接触，在催化剂下反应生成包括环氧乙烷的产品，所属产品从透氧膜管出口流出，经气气换热器后进入下游分离系统，剩余的富氮空气从反应器中排出。

上述技术方案中，优选地，述透氧膜管内设有催化剂床层，催化剂为银。

上述技术方案中，优选地，所述反应器的操作条件为：反应温度180-200℃，反应表压2.0-2.1mpa。

上述技术方案中，优选地，所述乙烯与空气的体积比为1:9～9.8。

上述技术方案中，优选地，所述富氮空气中的氧含量为12-16％。

上述技术方案中，优选地，所述反应器内的透氧膜管呈列管式排列。

上述技术方案中，优选地，所述反应原料乙烯气体经气气换热器加热至180～200℃后进入反应器内的透氧膜管。

本发明将乙烯与氧气的混合、反应过程耦合在一起，相互之间实现过程强化，与传统列管式固定床反应器相比能够提高转化率和选择性。本发明中采用空气作为氧源，能够有效降低直接采用氧气时的设备投资。本发明中氧气透过透氧膜进入反应侧是控制步骤，能够精确控制氧含量，避免反应器内发生飞温，同时氧气通过膜孔与乙烯混合能够达到分子水平，能够降低体系发生燃爆的风险，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为单根透氧膜管的反应器结构图；

图2为列管式膜反应器示意图。

1为乙烯气体入口；2为气气换热器；3为反应器；4为空气入口；5为空气出口；6为环氧乙烷出口；7为催化剂床层；8为透氧膜孔。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法，如图1或图2所示。反应原料乙烯气体经气气换热器加热至180℃后进入反应器内的透氧膜管，透氧膜管的材质采用混合导体无机陶瓷膜，透氧膜管的数量为一根，空气进入反应器内的透氧膜管外的区域，氧气在透氧膜表 面吸附、解吸后进入透氧膜管内与乙烯接触，在银催化剂下反应生成包括环氧乙烷的产品，所属产品从透氧膜管出口流出，经气气换热器后进入下游分离系统，剩余的富氮空气从反应器中排出。

所述反应器的操作条件为温度180℃，压力2.0mpag(表压)。所述乙烯与空气的体积比为1:9.0。所述富氮空气中的氧含量为16％。

结果表明，乙烯单程转化率为12％，环氧乙烷选择性为95％。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是乙烯气体经气气换热器加热至185℃后进入反应器内的透氧膜管，透氧膜管为2根，呈列管式排列，所述反应器的操作条件为温度185℃，压力2.05mpag。所述乙烯与空气的体积比为1:9.2。所述富氮空气中的氧含量为15.4％。结果表明，乙烯单程转化率为13.6％，环氧乙烷选择性为95.2％。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是乙烯气体经气气换热器加热至192℃后进入反应器内的透氧膜管，透氧膜管为4根，呈列管式排列，所述反应器的操作条件为温度192℃，压力2.06mpag。所述乙烯与空气的体积比为1；9.5。所述富氮空气中的氧含量为13.6％。结果表明，乙烯单程转化率为14.8％，环氧乙烷选择性为95.6％。

【实施例4】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是乙烯气体经气气换热器加热至200℃后进入反应器内的透氧膜管，透氧膜管为8根，呈列管式排列，所述反应器的操作条件为温度200℃，压力2.1mpag。所述乙烯与空气的体积比为1:9.8。所述富氮空气中的氧含量为12.4％。结果表明，乙烯单程转化率为14.1％，环氧乙烷选择性为94.7％。

【比较例】

传统环氧乙烷生产采用固定床反应器，乙烯单程转化率通常只有7-8％，环氧乙烷的选择性在85％左右。采用空分得到的纯氧作为氧化剂，反应器内氧含量不易精确控制，容易形成热点发生飞温。

本发明将乙烯与氧气的混合、反应过程耦合在一起，相互之间实现过程强化，与传统列管式固定床反应器相比能够提高转化率(单程转化率>12％)和选择性(选择性>94％)。本发明中采用空气作为氧源，能够有效降低直接采用氧气时的设备投资。本发明中氧气透过透氧膜进入反应侧是控制步骤，能够精确控制氧含量，避免反应器内发生飞温，同时氧气通过膜孔与乙烯混合能够达到分子水平，能够降低体系发生燃爆的风险，取得了较好的 技术效果。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法，主要解决现有技术中安全性较差的问题。本发明通过采用一种由氧气和乙烯制备环氧乙烷的方法，反应原料乙烯气体经气气换热器加热后进入反应器内的透氧膜管，透氧膜管的材质采用混合导体无机陶瓷膜，透氧膜管的数量至少为一根或呈列管式排列，空气进入反应器内的透氧膜管外的区域，氧气在透氧膜表面吸附、解吸后进入透氧膜管内与乙烯接触，在催化剂下反应生成包括环氧乙烷的产品，所属产品从透氧膜管出口流出，经气气换热器后进入下游分离系统，剩余的富氮空气从反应器中排出的技术方案较好地解决了上述问题，可用于制备环氧乙烷中。

技术研发人员：刘静如;王振刚;张帆;徐伟;石宁
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院
技术研发日：2016.03.22
技术公布日：2017.09.29