本發(fā)明涉及一種由氧氣和乙烯制備環(huán)氧乙烷的方法。

背景技術(shù)：

環(huán)氧乙烷是乙烯工業(yè)衍生物中重要有機(jī)化工產(chǎn)品，目前其生產(chǎn)工藝一般采用固定床反應(yīng)器使氧氣和乙烯在銀催化劑上發(fā)生氧化放熱反應(yīng)。進(jìn)入反應(yīng)器之前乙烯和氧氣通過(guò)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(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，這種直接接觸式的混合、反應(yīng)過(guò)程存在反應(yīng)飛溫失控、發(fā)生燃爆的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

混合導(dǎo)體透氧膜是一類同時(shí)具有氧離子和電子導(dǎo)電性能的無(wú)機(jī)陶瓷膜材料，在高溫和氧濃度梯度的驅(qū)使下，氧可以透過(guò)膜由高氧壓端向低氧壓端擴(kuò)散，理論上材料的氧滲透選擇性為100％。

將催化反應(yīng)與膜分離一體化而構(gòu)成的膜反應(yīng)器，能夠利用膜的特殊功能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物的控制輸入、相間傳遞的強(qiáng)化以及產(chǎn)物的原位分離等,從而達(dá)到提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)選擇性和反應(yīng)速率、延長(zhǎng)催化劑使用壽命和降低設(shè)備投資等目的。此外，對(duì)于乙烯催化氧化這種反應(yīng)，采用透氧膜可以精確控制氧含量，避免乙烯過(guò)度氧化發(fā)生燃燒反應(yīng)，還可以避免氧氣與可燃反應(yīng)物直接大量混合而導(dǎo)致的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

因此，本發(fā)明提出一種采用混合導(dǎo)體透氧膜為介質(zhì)的膜反應(yīng)器將乙烯與氧氣混合、反應(yīng)過(guò)程一體化，使得氧氣與乙烯達(dá)到分子水平混合，降低可燃?xì)怏w發(fā)生燃爆的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有效抑制反應(yīng)發(fā)生飛溫，從而實(shí)現(xiàn)氧氣與乙烯混合、反應(yīng)過(guò)程的強(qiáng)化，達(dá)到過(guò)程本質(zhì)安全化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中安全性較差的問(wèn)題，提供一種新的由氧氣和乙烯制備環(huán)氧乙烷的方法。該方法用于制備環(huán)氧乙烷中，具有安全性較好的優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種由氧氣和乙烯制備環(huán)氧乙烷的方法，反應(yīng)原料乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管，透氧膜管的材質(zhì)采 用混合導(dǎo)體無(wú)機(jī)陶瓷膜，透氧膜管的數(shù)量至少為一根或呈列管式排列，空氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管外的區(qū)域，氧氣在透氧膜表面吸附、解吸后進(jìn)入透氧膜管內(nèi)與乙烯接觸，在催化劑下反應(yīng)生成包括環(huán)氧乙烷的產(chǎn)品，所屬產(chǎn)品從透氧膜管出口流出，經(jīng)氣氣換熱器后進(jìn)入下游分離系統(tǒng)，剩余的富氮空氣從反應(yīng)器中排出。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，述透氧膜管內(nèi)設(shè)有催化劑床層，催化劑為銀。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述反應(yīng)器的操作條件為：反應(yīng)溫度180-200℃，反應(yīng)表壓2.0-2.1mpa。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述乙烯與空氣的體積比為1:9～9.8。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述富氮空氣中的氧含量為12-16％。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管呈列管式排列。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述反應(yīng)原料乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱至180～200℃后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管。

本發(fā)明將乙烯與氧氣的混合、反應(yīng)過(guò)程耦合在一起，相互之間實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化，與傳統(tǒng)列管式固定床反應(yīng)器相比能夠提高轉(zhuǎn)化率和選擇性。本發(fā)明中采用空氣作為氧源，能夠有效降低直接采用氧氣時(shí)的設(shè)備投資。本發(fā)明中氧氣透過(guò)透氧膜進(jìn)入反應(yīng)側(cè)是控制步驟，能夠精確控制氧含量，避免反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生飛溫，同時(shí)氧氣通過(guò)膜孔與乙烯混合能夠達(dá)到分子水平，能夠降低體系發(fā)生燃爆的風(fēng)險(xiǎn)，取得了較好的技術(shù)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為單根透氧膜管的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為列管式膜反應(yīng)器示意圖。

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

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

【實(shí)施例1】

一種由氧氣和乙烯制備環(huán)氧乙烷的方法，如圖1或圖2所示。反應(yīng)原料乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱至180℃后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管，透氧膜管的材質(zhì)采用混合導(dǎo)體無(wú)機(jī)陶瓷膜，透氧膜管的數(shù)量為一根，空氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管外的區(qū)域，氧氣在透氧膜表 面吸附、解吸后進(jìn)入透氧膜管內(nèi)與乙烯接觸，在銀催化劑下反應(yīng)生成包括環(huán)氧乙烷的產(chǎn)品，所屬產(chǎn)品從透氧膜管出口流出，經(jīng)氣氣換熱器后進(jìn)入下游分離系統(tǒng)，剩余的富氮空氣從反應(yīng)器中排出。

所述反應(yīng)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(jié)果表明，乙烯單程轉(zhuǎn)化率為12％，環(huán)氧乙烷選擇性為95％。

【實(shí)施例2】

按照實(shí)施例1所述的條件和步驟，只是乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱至185℃后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管，透氧膜管為2根，呈列管式排列，所述反應(yīng)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(jié)果表明，乙烯單程轉(zhuǎn)化率為13.6％，環(huán)氧乙烷選擇性為95.2％。

【實(shí)施例3】

按照實(shí)施例1所述的條件和步驟，只是乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱至192℃后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管，透氧膜管為4根，呈列管式排列，所述反應(yīng)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(jié)果表明，乙烯單程轉(zhuǎn)化率為14.8％，環(huán)氧乙烷選擇性為95.6％。

【實(shí)施例4】

按照實(shí)施例1所述的條件和步驟，只是乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱至200℃后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管，透氧膜管為8根，呈列管式排列，所述反應(yīng)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(jié)果表明，乙烯單程轉(zhuǎn)化率為14.1％，環(huán)氧乙烷選擇性為94.7％。

【比較例】

傳統(tǒng)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)采用固定床反應(yīng)器，乙烯單程轉(zhuǎn)化率通常只有7-8％，環(huán)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(yīng)器內(nèi)氧含量不易精確控制，容易形成熱點(diǎn)發(fā)生飛溫。

本發(fā)明將乙烯與氧氣的混合、反應(yīng)過(guò)程耦合在一起，相互之間實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化，與傳統(tǒng)列管式固定床反應(yīng)器相比能夠提高轉(zhuǎn)化率(單程轉(zhuǎn)化率>12％)和選擇性(選擇性>94％)。本發(fā)明中采用空氣作為氧源，能夠有效降低直接采用氧氣時(shí)的設(shè)備投資。本發(fā)明中氧氣透過(guò)透氧膜進(jìn)入反應(yīng)側(cè)是控制步驟，能夠精確控制氧含量，避免反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生飛溫，同時(shí)氧氣通過(guò)膜孔與乙烯混合能夠達(dá)到分子水平，能夠降低體系發(fā)生燃爆的風(fēng)險(xiǎn)，取得了較好的 技術(shù)效果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種由氧氣和乙烯制備環(huán)氧乙烷的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中安全性較差的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用一種由氧氣和乙烯制備環(huán)氧乙烷的方法，反應(yīng)原料乙烯氣體經(jīng)氣氣換熱器加熱后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管，透氧膜管的材質(zhì)采用混合導(dǎo)體無(wú)機(jī)陶瓷膜，透氧膜管的數(shù)量至少為一根或呈列管式排列，空氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜管外的區(qū)域，氧氣在透氧膜表面吸附、解吸后進(jìn)入透氧膜管內(nèi)與乙烯接觸，在催化劑下反應(yīng)生成包括環(huán)氧乙烷的產(chǎn)品，所屬產(chǎn)品從透氧膜管出口流出，經(jīng)氣氣換熱器后進(jìn)入下游分離系統(tǒng)，剩余的富氮空氣從反應(yīng)器中排出的技術(shù)方案較好地解決了上述問(wèn)題，可用于制備環(huán)氧乙烷中。

技術(shù)研發(fā)人員：劉靜如;王振剛;張帆;徐偉;石寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.22
技術(shù)公布日：2017.09.29