一种乙烷致稳的模糊分离乙烯-环氧乙烷联合系统及方法

本发明涉及本质安全化工过程、化工过程经济，尤其涉及一种乙烷致稳的模糊分离乙烯-环氧乙烷联合系统及方法。

背景技术：

1、环氧乙烷(eo)是一种重要的有机化工原料，国内生产的环氧乙烷主要用于生产乙二醇，环氧乙烷的下游产品十分丰富其主要用途包括杀菌消毒、抗酸化反应、火箭和喷气式燃料以及链式反应的聚合反应的链引发剂等。目前环氧乙烷的工业生产方法主要有两种，即氯乙醇法和乙烯直接氧化法。其中乙烯直接氧化法技术较为先进，适合进行大规模生产且产品数量大、质量高(产品纯度可高达99.99％)，能够很好的满足下游产品的需求。故而乙烯直接氧化法俨然成为当前工业生产环氧乙烷的主要方法。由于乙烯在氧气中有很宽的爆炸范围(2.75％～28.6％)，是故除操作条件、催化剂和反应设备以外致稳气的选用也是影响反应质量的一个重要技术指标。

2、致稳气的选用涉及到安全性、稳定性和移热能力等。甲烷是目前工业上直接氧化乙烯制环氧乙烷常用的致稳气，甲烷致稳具有稳定性好、安全性高等优点，但是相较于乙烷致稳仍有不足。乙烷是工艺生产中的一种常见化工产品其可以充当乙烯直接氧化过程的致稳气体。乙烷充当致稳气诸多优点：第一点，在乙烯直接氧化环氧乙烷的过程中，乙烯和环氧乙烷都是易爆危险品，乙烷作为一种致稳气，它不参与反应的同时，可以有效稀释易爆物质浓度缩小其爆炸范围，可以避免飞温爆炸等危险发生，可以极大地提高反应的安全性；第二点，稳定性乙烷较甲烷有显著提高，例如乙烯-氧-甲烷三元混合物在2.32mpa和250℃时氧的最大推荐浓度和乙烯浓度的关系为：乙烯浓度8.0％(mol)，氧气浓度11.8％(mol)；乙烯浓度28.0％(mol)，氧气浓度10.55％(mol)。而乙烯-氧-乙烷三元混合物在2.32mpa和250℃时氧的最大推荐浓度和乙烯浓度的关系为：乙烯浓度8.0％(mol)，氧气浓度14.55％(mol)；乙烯浓度28.0％(mol)，氧气浓度为13.0％(mol)。第三点，乙烷的热稳定性要比甲烷更优秀，例如，在进入反应器的反应原料摩尔流量相同的情况下，在200℃和2.1mpa的反应条件下反应后温度同时达到265℃时，甲烷致稳时入口氧气含量7.87％(mol)，而乙烷致稳时入口氧气浓度可以达到11.64％(mol)。

3、当体系选用乙烷致稳以后，进入乙烯直接氧化反应器的进料变成主要是乙烯、乙烷和氧气的混合气体。由于在甲烷致稳时，对于乙烯的纯度要求不小于99.95(vol)％，这势必要求工艺过程中的乙烯乙烷进行高纯度分离，将会导致高额的能量消耗；而改用乙烷制稳以后，可采用塔底高纯度乙烷产品和塔顶模糊分离能够按照一定比例混合的乙烷、乙烯的方式进行采出(该比例会随着开车状态和稳态运行状态而发生改变)。在进料物流相同的前提下，将分离由精确分离改为模糊将会节约大量能量，在确保高安全性的同时，节约了大量能量，提高整体的经济性。

4、cn 110201487a公开了一种乙烯法制环氧乙烷中高纯度高收率甲烷致稳气净化与再利用方法，在该方法提除新的工艺方法，提高了对工序中甲烷的利用率，但是工艺过程比较复杂能耗较高，采用甲烷致稳气导致反应器内所允许的最高含氧量偏低，反应器效率偏低，工业应用受到一定限制。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在提供一种乙烷致稳的模糊分离乙烯-环氧乙烷联合系统及方法，合理选用新的致稳气，在安全的条件下使用经济性高的乙烯和氧气的摩尔配比，降低能耗改进乙烯直接氧化反应器前乙烯乙烷精馏塔的分离方式，配套选用合适的反应温度、反应压力和空速，使得乙烯直接氧化法的反应性能能达到工业化的水平。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种乙烷致稳的模糊分离乙烯-环氧乙烷联合系统，包括乙烯乙烷分离系统、乙烯直接氧化生成环氧乙烷系统和环氧乙烷精制系统三个部分；乙烯乙烷分离系统包括进行模糊分离的乙烯乙烷精馏塔t1；乙烯直接氧化生成环氧乙烷系统包括混合器mix、干燥装置v1、除二氧化碳装置v2、乙烯直接氧化反应器r1、环氧乙烷吸收塔t2、换热装置和压缩机c1；环氧乙烷精制系统包括环氧乙烷汽提塔t3和环氧乙烷精制塔t4；乙烯乙烷精馏塔塔底采出c2h6产品(可达到99.95wt％以上)，乙烯乙烷精馏塔t1塔顶产品与纯氧气分别在第一换热装置h1、第二换热装置h2中换热后，于混合器mix中进行混合；混合物通过干燥装置v1后通入乙烯直接氧化反应器r1，之后进入第三换热装置h3换热，而后通往环氧乙烷吸收塔t2；环氧乙烷吸收塔t2塔顶产品通入至除二氧化碳装置v2，后经过压缩机c1和第四换热装置h4后循环回到混合器mix中进行循环，环氧乙烷吸收塔t2塔底产品通入环氧乙烷汽提塔t3，环氧乙烷汽提塔t3塔顶通往环氧乙烷精制塔t4。

3、一种乙烷致稳的模糊分离乙烯-环氧乙烷联合方法，乙烯和乙烷混合原料进入进行模糊分离的乙烯乙烷精馏塔t1进行分离；乙烯乙烷精馏塔t1塔底采出乙烷产品，乙烯乙烷精馏塔t1的塔顶产品采用不同的摩尔配比，为乙烯和乙烷形成的混合物，经第一换热装置h1得到换热后的乙烯和乙烷混合物1；纯氧气经第二换热装置h2得到换热后的氧气2；换热后的乙烯和乙烷混合物1和换热后的氧气2在混合器mix内混合，得到乙烯、乙烷和氧气的混合物3；乙烯、乙烷和氧气的混合物3经干燥装置v1干燥脱水，得到反应物4；反应物4输入至乙烯直接氧化反应器r1内进行反应，反应产生的反应热部分由反应器外移热剂带走，反应结束后的产物5通过第三换热装置h3换热，得到进料气6；进料气6通入环氧乙烷吸收塔t2塔底后洗去环氧乙烷；环氧乙烷吸收塔塔顶气体7依次经除二氧化碳装置v2脱除二氧化碳、经压缩机c1升压得到反应循环气9；反应循环气9经第四换热装置h4换热得到进入混合器的反应循环气10，返回到混合器中，作为乙烯乙烷精馏塔t1塔顶流股补充工艺流程中消耗掉的乙烯和乙烷；环氧乙烷吸收塔t2塔底液体混合物8通入环氧乙烷汽提塔t3；环氧乙烷汽提塔t3塔底采出液体混合物，环氧乙烷汽提塔塔顶气体11通入环氧乙烷精制塔t4；环氧乙烷精制塔t4塔顶采出气体杂质，塔底采出环氧乙烷产品14。

4、所述乙烯和乙烷混合原料中乙烷的摩尔配比为60％～99％，其余为乙烯。

5、所述乙烯乙烷精馏塔t1进行模糊分离并且塔顶采出的乙烯和乙烷中乙烷的摩尔配比为0％～70％。

6、所述进入乙烯直接氧化反应器r1的原料气的乙烯摩尔配比为5％～50％，其余为氧气和致稳气；乙烯、氧气和致稳气混合后无爆炸危险；所述乙烯直接氧化反应器r1内反应温度为150～250℃，反应压力为1.5mpa～2.5mpa，空速为10～50000h-1。

7、所述乙烯直接氧化反应器r1为列管式固定床反应器，其内催化剂为银催化剂。

8、所述乙烯直接氧化反应器r1中的抑制剂二氯乙烷edc抑制剂摩尔浓度为0～3.5e-04％。

9、本发明的有益效果在于：本发明对改变乙烯乙烷分离方式，将精确分离改为模糊分离，在满足后续工艺需求的前提下，降低了大量能量损失，降低设备的操作费用，提高工艺的经济性。采用经济、环保的乙烯直接氧化法合成环氧乙烷。在确保安全的前提下，增大了反应器内反应允许最高氧浓度，增大了反应整体的转化率，提高工艺过程的经济性，并且达到了适合工艺生产的水平。