焦 作 大 学
毕 业 论 文（设计）
题 目： 环氧乙烷生产技术与应用
学 号：
姓 名：
年 级： 1105061
院 部： 化工与环境工程学院
专 业： 生物化工工艺
指导教师： 何 芳
完成日期： 2014 年 05 月 25 日
内容摘要
本文讲述了环氧乙烷的理化性质和工业生产技术的包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用乙烯直接氧化法合成环氧乙烷，介绍了采用乙烯氧化反应机理，依据生产工艺方法，做出了工艺流程图，介绍了工艺过程中需要注意的问题，包括工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对反应工艺过程进行详细的叙述。介绍了生产中的安全操作，及事故应急处理和个人急救措施，对环氧乙烷在工业及生活等各方面的应用及下游产品，并作出总结。
关键词 ：环氧乙烷； 生产技术；乙烯直接氧化法； 乙二醇
Abstract
This paper describes the process and equipment, including raw materials, such as
epoxy ethane polymerization method of physicochemical properties and industrial
production technology. This design adopts the direct oxidation of ethylene to ethylene oxide, ethylene oxidation reaction mechanism is introduced, on the basis of production process, make the process flow diagram, the need to pay attention to problem in
process, including all kinds of auxiliary process conditions and synthesis process of selection, detailed description of the reaction process. The safety in production, and the emergency treatment and emergency measures, the application of epoxy ethane in the aspects of industry and life, and downstream products, and makes the summary.
Keywords: epoxy ethane; production technology; direct oxidation of ethylene
glycol;
目录
第一章 环氧乙烷的概述 ................................................. 5
1. 环氧乙烯 .......................................................... 5
1.1 环氧乙的物理性质 ............................................ 5
1.2环氧乙烷的化学性质 ........................................... 5
1.3 环氧乙烷工业的重要性 ........................................ 6
2. 环氧乙烷生产工艺 ................................................. 6
2.1 氯醇法 ...................................................... 6
2.2 乙烯直接氧化法 .............................................. 7
2.3反应原理 ..................................................... 7
2.4工艺条件 ..................................................... 8
2.5反应系统工艺流程 ............................................. 9
2.6工艺流程图 ................................................... 9
2.7环氧乙烷的回收与精制 ........................................ 11
第二章 环氧乙烷生产的安全操作......................................... 12
1. 操作处置与储存 .................................................. 12
2. 泄露应急处理 .................................................... 12
2.1 急救措施 ................................................... 13
2.2 消防措施 ................................................... 13
第三章 环氧乙烷的应用分类 ............................................ 13
1. 环氧乙烷的主要应用 .............................................. 13
1.1 杀菌作用 ................................................... 14
1.2 军事用途 ................................................... 14
2.用于生产下游产品 ................................................. 15
2.1乙二醇系列 .................................................. 15
2.2醇胺 ........................................................ 16
2.3乙二醇醚系列 ................................................ 16
2.4 其他用途 .................................................... 16
2.5 总结 ........................................................ 17
参考文献 ............................................................. 18
致谢 ................................................................. 19
第一章 环氧乙烷的概述
1.环氧乙烷
英文别名 1,2-epoxyethane; Alpha,beta-oxidoethane; amprolene;
anprolene; anproline; Dihydrooxirene; dimethylene oxide; E.O.。
环氧乙烷（EO）是一种有机化合物，化学式是C2H4O,为一种最简单的环醚，属于杂环类化合物，是重要的石化产品。环氧乙烷是一种有毒的致癌物质, 空气中最高容许密度0．00l g/m。常温常压下为无色易燃气化低温时是无色易流动液体。有乙醚气味，高浓度，能和许多化合物起加成反应，能还原硝酸银。久储会起聚合反应。易燃，遇高温、明火有引起燃烧爆炸的危险。气体的蒸汽压高，30℃时可达141kPa，这种高蒸汽压决定了环氧乙烷熏蒸消毒时穿透力较强。
环氧乙烷是继甲醛之后出现的第2代化学消毒剂，至今仍为最好的冷消毒剂之一，也是目前四大低温灭菌技术（低温等离子体、低温甲醛蒸汽、环氧乙烷、戊二醛）最重要的一员。EO是一种简单的环氧化合物，为非特异性烷基化合物，分子式为C2H4O，结构式为：－CH2－CH2－O－，分子量为44.05。
1.1物理性质
相对密度（水=1）：0.8711
折射率：1.3614（4℃）[4] 沸点(℃)：10.4
相对蒸气密度（空气=1）：1.52
职业接触限值：阈限值 1ppm（时间加权平均值）；A2(可疑人类致癌物）（美国政府工业卫生学家会议，2004年）。
时间加权平均容许浓度（PC-TWA）：2mg/m3（GBZ2.1-2007《工作场所有害因素职业
饱和蒸气压(kPa)：145.91(20℃)
燃烧热(kJ/mol)：1262.8
临界温度(℃)：195.8
临界压力(MPa)：7.19
辛醇/水分配系数的对数值：-0.30
爆炸极限%(V/V)：3~100
引燃温度(℃)：429
溶解性：与水可以任何比例混溶，能溶于醇、醚。
1.2化学性质：
化学性质非常活泼，能与许多化合物发生开环加成反应。环氧乙烷能还原硝酸银。受热后易聚合，在有金属盐类或氧的存在下能分解。
环氧乙烷易与酸作用，因此可作为抗酸剂添加于某些物质中，从而降低这些物质的酸度或者使用其长期不产生酸性。
1.3 环氧乙烷工业的重要性
环氧乙烷作为乙烯工业衍生物仅次于聚乙烯，为第二位的重要产品。其重要性主要是以其为原料生产的系列产吕。由环氧乙烷衍生的下游产品的种类远比各种乙烯衍生物多。
环氧乙烷是一种及其重要的精细化工原料，它广泛用于生严乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚 医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品，其产品的应用极为广泛。以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，而且易燃易爆，不易长途运输，因此有强烈的地域性。被广泛地应用于洗涤，制药，印染等行业。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。应用覆盖面之广，技术推动性之大是非常明显的。环氧乙烷工业的发展可以带动和促进国民经济许多行业的技术进步与发展，可以改善人们衣食住行条件，提高人民生活水平。
2.环氧乙烷生产工艺
环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，UCC公司进行了工业化生产，之后公司基于Lefort有关银催化剂的研究成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺。20世纪50年代末，Shell公司采用近乎纯氧代替空气作为生产环氧乙烷的氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先进的生产方法是用银作催化剂，在列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷。现就这几种方法进行分析比较。
2.1氯醇法
环氧乙烷氯醇法生产分两步进行：首先氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇；然后氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。这种方法存在的严重缺点大致有：1)消耗氧气，排放大量污水，造成严重污染；2)乙烯次氯酸化生产氯乙醇时，同时副产二氧化碳等副产物，在氯乙醇皂化时生产的环氧乙烷可异构化为乙醛，造成环氧乙烷损失，乙烯单耗高；3)氯醇法环氧乙烷，醛的质量分数很高，约为4×10-6-5×10-6最低也有2×10-6 。
氯醇法生产环氧乙烷，由于装置小、产量少、质量差、消耗高，因而成本也高，与大装置氧化法生产的高质量产品相比已失去了市场竞争能力。
2.2 乙烯最直接氧化法
乙烯直接氧化法又分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。空气直接氧化法是由Lefort在1931年发明的，他利用乙烯和氧在适当载体的银催化剂上作用制备出了环氧乙烷，并以此取得了空气直接氧化制得环氧乙烷的专利。氧气直接氧化法是由Shell公司在1958年发明的，此方法直接以氧气作氧化剂，减少了反应系统中惰性气体的吸入量，可减少反应系统中反应器的台数，在一定程度上降低生产成本。
2.3反应原理
乙烯直接氧化法所用的催化剂为银催化剂。乙烯在银催化剂上气相氧化发生下列反应：
主反应 C2H4+1/2O2→ +106.9J/mol 副反应 C2H4+3O2→2CO2+2H2O+1323KJ/mol
+5/2O2→2O2+2H2O+1218KJ/mol
C2H4+1/2O2→CH3CHO
C2H4+O2→2CH2O
→CH3CHO
乙烯在银催化剂上氧化生成环氧乙烷，人们普遍接受的反应机理是：银对氧吸附，在银的表面产生两种吸附状态的氧（原子氧及分子氧）。当氧在银表面发生解离吸附时生成原子态吸附氧，原子态吸附氧与乙烯发生深度氧化生成二氧化碳和水。当银表面覆盖有抑制剂氯时，氧的解离吸附过程则受到一定程度的限制。当氧在银表面发生非解离吸附时则生成分子态吸附氧，它与乙烯作用生成环氧乙烷，同时脱出一个氧原子，这个原子态氧则与乙烯发生深度反应，生成二氧化碳。
乙烯直接氧化法，分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。
a) 空气直接氧化法
空气直接氧化法用空气作氧化剂，因此生产中必须有空气净化装置，以防止空气中有害杂质带人反应器而影响催化剂的活性。空气法的特点是由两台或多台反应器串联，即主反应器和副反应器，为使主反应器催化剂的活性保持在较高水平(63%-75%)，通常以低转化率操作(20%-50%)。
b) 氧气直接氧化法
此法是采用制备纯氧或有其他氧源作氧化剂。由于用纯氧作氧化剂，连续引入系统的惰性气体大为减少，未反应的乙烯基本上可完全循环使用。从吸收塔顶出来的循环气必须经过脱碳以除去二氧化碳，然后循环返回反应器，否则二氧化碳质量超过15%，将严重影响催化剂的活性。
2.4 工艺条件
（1） 反应温度：乙烯环氧化过程中存在着平行的完全氧化副反应，影响转化率和选择性的主要因素是温度。温度过高，反应速度快、转化率高、选择性下降、催化剂活性衰退快、易造成飞温；温度过低，速度慢、生产能力小。所以要控制适宜温度，其与催化剂的选择性有关，一般控制的适宜温度在200-260℃。
（2） 反应压力
加压对氧化反应的选择性无显著影响，但可提高反应器的生产能力且有利于环氧乙烷的回收，故采用加压氧化法，但压力高对设备的要求高费用增加催化剂易损坏。故采用操作压力为2Mpa左右。
（3） 空间速度
与温度相比该因素是次要的，但空速减小，转化率增高，选择性也要降低，而且空速不仅影响转化率和选择性，也影响催化剂的空时收率和单位时间的放热量，故必须全面衡量，现在工业上采用的混合气空速一般为4000-8000/h左右，也有更高的。催化剂性能高反应热能及时移出时选择高空速，反之选择低空速。
（4） 反应物配比
原料其中的杂质可能给反应带来不利影响：①使催化剂中毒而活性下降，如乙炔和硫化物使催化剂永久中毒，乙炔和银形成的乙炔银受热会发生爆炸性分解；使选择性下降（铁离子）；②使反应热效应增大（H2、C3以上烷烃和烯烃）；③影响爆炸极限，
如氩气是惰性气体但其会使氧的爆炸极限浓度降低而且增加爆炸的危险性，氢也有同样的效应，故原料中的杂质含量要严格控制乙炔
（5）催化剂的选择
由于选择性在反应过程中的重要性，所以要选择选择性好的催化剂，银催化剂对乙烯环氧化反应较好的选择性，强度、热稳定性、寿命符合要求，所以用银催化剂。催化剂由活性组分银、载体和助催化剂组成。助催化剂主要有碱金属、碱土金属、稀土金属化合物等。其作用是提高活性、增大稳定性、延长寿命。抑制剂的作用是抑制非目标产物的形成，主要有硒、碲、氯、溴等。载体的主要功能是负载、分散活性组
分，提高稳定性。载体的结构（特别是孔结构）对助剂活性的发挥、选择性控制有极大的影响（乙烯氧化制环氧乙烷的特殊性要求载体比表面积低并且以大孔为主）。
（6）乙烯转化率
单程转化率的控制与氧化剂的种类有关，用纯氧作氧化剂时，单程转化率一般控制在12%—15%，选择性可达75-84%或更高。用空气作氧化剂时，单程转化率一般控制在30%—35%，选择性可达70%左右。单程转化率过高时，由于放热量大，温度升高快，会加快深度氧化，使环氧乙烷的选择性明显降低。因为工业上采用循环流程，所以单程转化率也不能太低，否则会因循环气量过大而耗能增加。
2.5环氧乙烷反应系统工艺流程
（1）原料流程
原料乙烯、氧气和致稳氮气来自界区，他们与循环物料气的混合气体站(H-102)充分混合后，进入气－气换热器与反应生成气换热并预热到指一定温度后，从填充银催化剂的列管式固定床反应器的上部进入催化床层，在一定温度（220-260℃）和压力（2Mpa）下，进行氧化反应。
（2）吸收流程
已反应的气体自氧化反应器下部流出，进入气－气换热器（,被反应原料气冷却后进入环氧乙烷水吸收塔。
在吸收塔中，以水做吸收剂，吸收反应气体中的产物环氧乙烷。吸收剂水自塔上部进入，环氧乙烷吸收液自塔中部流入，进入环氧乙烷精制流程。为提高环氧乙烷的吸收率和避免循环气中二氧化碳的积累，从吸收塔顶部排出的气体，一部分（90%）循环回反应器，另一小部分送至二氧化碳吸收装置，用热碳酸钾溶液脱除掉副反应所生成的二氧化碳。
从吸收塔顶部出来的吸收气，一部分作为循环排放气排至蒸汽加热器中烧掉：另一部分作为循环气与致稳气氮气进入循环压缩机,加压后，混合气大约有十分之一送至二氧化碳脱除流程，脱除二氧化碳后，再返回至循环气系统：一部分经添加抑制剂二氯乙烷后，进入氧气混和器,与原料乙烯，氧气混合，成为原料气。
2.6工艺流程图
图（1）氧化法生产环氧乙烯工艺流程示意图
1—环氧乙烷反应器；2—热交换器；3—气体混合器；4—环氧乙烷吸收塔；
5—二氧化碳吸收塔；6—二氧化碳吸收液再生塔；7—解吸塔；8—再吸收塔
9—脱气塔；10—精馏塔：11—环氧乙烷储槽
图（1）概述
乙烯在Ag/α-Al2O3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺， 用纯氧进行氧化的工艺路线。简要工艺流程是将乙烯、纯氧、致稳甲烷以一定的比例与循环气混合送入氧化反应器，在银催化剂作用下进行氧化反应，生成环氧乙烷。反应温度
200-290℃，反应压力2MPa。反应生成的环氧乙烷气体用水吸收其中的环氧乙烷，再经解析、精馏，得到纯净的环氧乙烷。
将纯净的环氧乙烷与水按一定比例送入乙二醇反应器，反应生成乙二醇。再经蒸发、脱水、精馏得到产品乙二醇。
由于此反应为气固相反应，并且催化剂比较贵,所以选择列管式固定床反应器。反应放出大量的热,所以须采用换热介质进行换热，根据反应的热效应求得反应的温度在180-250℃，因此选择矿物油作为换热介质，采用外部循环式换热。
由以上流程图可以看出，新鲜原料气与循环气混合后，经过热交换器预热一段时间后，从反应器上部进入催化床层。自反应器流出的反应混合气中环氧乙烷的含量仅为1-2%，经热交换器利用其热量并进行冷却后，进入环氧乙烷吸收塔。由于环氧乙烷能以任何比例与水混合，故采用水做吸收剂以吸收反应气中的环氧乙烷。从吸收塔排出的气体，大部分（约90%）循环使用，而一小部分需送入CO2吸收装置，用热碳酸钾
溶液脱除掉副反应所生成的CO2。送入CO2吸收装置的那一小部分气体在二氧化碳吸收
塔中与来自再生塔的高温贫碳酸氢钾-碳酸钾溶液接触。在二氧化碳作用下转化为碳酸氢钾。自二氧化碳吸收塔塔顶排出的气体经冷却，并分离出夹带的液体后，返回至循环系统。二氧化碳吸收塔塔釜的富碳酸氢钾-碳酸钾溶液经减压入再生塔，经加热，使碳酸氢钾分解为二氧化碳和碳酸钾，CO2自塔顶排出，再生后的贫碳酸氢钾-碳酸钾
溶液循环回二氧化碳吸收塔。
进反应器的原料混合气的体积分数/%
2.7环氧乙烷回收和精制
自环氧乙烷吸收塔塔底排出的环氧乙烷吸收液，含环氧乙烷仅1.5%左右，并含有少量的副产物甲醛和乙醛，尚溶有二氧化碳，需进一步提浓精制已获得所需纯度的环氧乙烷。
自吸收塔塔底排出的环氧乙烷吸收液经热交换利用其热量后进入解析塔，冷凝出大部分水和重组分杂质。解析出10%（质量）的环氧乙烷水溶液，同时分离出一起解离出的二氧化碳和其他不凝气体。然后进入脱气塔脱二氧化碳，此处脱出的气体除含二氧化碳外还有大量的环氧乙烷蒸汽，这部分气体返回吸收塔。自脱气塔排出的环氧乙烷水溶液，一部分直接送乙二醇装置，加入适量水后水合制乙二醇。其余进精馏塔，塔顶蒸出的甲醛（含环氧乙烷）和塔下部取出的含乙醛的的环氧乙烷，仍返回脱气塔。精馏塔和解析塔的塔底排出的水，经热交换利用其热量和冷却后，循环回吸收塔作吸
收水用。
从底部出来的环氧乙烷水溶液进入环氧乙烷解吸塔，解吸出来的气体除了含环氧乙烷外，溶解于水中的少量其它气体如:CO2、CH4、O2、C2H4、Ar 也随之解吸出来。解
吸塔釜出来的贫循环水返回至洗涤塔。从解吸塔顶出来的气体中的环氧乙烷到再吸收塔， 在塔内与工艺水接触而被再吸收。未被吸收的顶部气体经CO2 脱除系统后返回
循环气系统，吸收液送至乙二醇进料解吸塔脱除CO2，不含CO2的环氧乙烷溶液分成
两部分，一部分送到乙二醇反应工段，另一部分送到环氧乙烷精制塔，
第二章 环氧乙烷的生产安全操作
环氧乙烷是一种有机化合物，是一种有毒的致癌物质，对健康危害，是一种中枢神经抑制剂、刺激剂和原浆毒物。急性中毒：患者有剧烈的搏动性头痛、头晕、恶心和呕吐、流泪、呛咳、胸闷、呼吸困难；重者全身肌肉颤动、言语障碍、共济失调、出汗、神志不清，以致昏迷。还可见心肌损害和肝功能异常。抢救恢复后可有短暂精神失常，迟发性功能性失音或中枢性偏瘫。皮肤接触迅速发生红肿，数小时后起泡，反复接触可致敏。液体溅入眼内，可致角膜灼伤。慢性影响：长期少量接触，可见有神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱。环氧乙烷易燃，有毒，为致癌物，具刺激性，具致敏性。应培训生产中的应急措置及急救处理。
1.操作处置与储存 操作注意事项： 密闭操作，局部排风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩），穿防静电工作服，戴橡胶手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与酸类、碱类、醇类接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。禁止撞击和震荡。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
储存注意事项： 储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。避免光照。库温不宜超过30℃。应与酸类、碱类、醇类、食用化学品分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备。
2.泄漏应急处理
应急处理： 迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并立即隔离150m，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。用工业覆盖层或吸附/ 吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气体进入。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
2.1急救措施
皮肤接触： 立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触： 立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入： 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。呼吸心跳停止时，立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。
2.2消防措施
危险特性： 其蒸气能与空气形成范围广阔的爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。若遇高热可发生剧烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。接触碱金属、氢氧化物或高活性催化剂如铁、锡和铝的无水氯化物及铁和铝的氧化物可大量放热，并可能引起爆炸。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。
有害燃烧产物： 一氧化碳、二氧化碳。
灭火方法： 切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳。
第三章 环氧乙烷的应用及分类
1.环氧乙烷的主要应用
世界各国环氧乙烷的最大应用领域都是生产乙二醇(包括二乙二醇和三乙二
醇)，其次才是生产表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚、聚醚多元醇等其他产品。我国环氧乙烷主要用于生产乙二醇，商品环氧乙烷主要用作生产非离子表面活性剂、乙醇
胺、乙二醇醚、聚氨酯原料聚醚等，此外在医药、染料以及橡胶等领域也有一定的消费量。用于制造其他各种溶剂(如溶纤剂等),稀释剂,非离子型表面活性剂,合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。与纤维素发生羟乙基化可合成得水溶性树脂(其环氧乙烷含量约75%)。还可用作熏蒸剂、涂料增稠剂、乳化剂、胶黏剂和纸张上浆剂等。
1.1在医药中的应用
环氧乙烷在医药上可以直接应用，也可以作为医药中间体合成其他药物。在医药、兽药行业中作为软膏、栓剂的基质，滴丸、片剂的载体，成型剂和针剂中的溶剂等，均有着极为广泛的应用；氯化胆碱由三甲胺水溶液与环氧乙烷的浓水溶液反应，再用盐酸中和而得，用于治疗脂肪肝和肝硬化，也作为禽畜饲料添加剂；乙氧基化合物是非离子表面活性剂，主要包括三大类：烷基醚类乙氧基化合物、环醚类乙氧基化合物、胺类乙氧基化合物等。
环氧乙烷有杀菌作用，对金属不腐蚀，无残留气味，因此可用材料的气体杀菌剂。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。美国化学家Lloyd Hall在1938年取得以环氧乙烷消毒法保存香料的专利，该方法直到今天仍有人使用。环氧乙烷也被广泛用于消毒医疗用品诸如绷带、缝线及手术器具。 在医药、兽药行业中作为软膏、栓剂的基质，滴丸、片剂的载体，成型剂和针剂中的溶剂等，均有着极为广泛的应用；氯化胆碱由三甲胺水溶液与环氧乙烷的浓水溶液反应，再用盐酸中和而得，用于治疗脂肪肝和肝硬化，也作为禽畜饲料添加剂；乙氧基化合物是非离子表面活性剂，主要包括三大类：烷基醚类乙氧基化合物、环醚类乙氧基化合物、胺类乙氧基化合物等。
除此之外，环氧乙烷还可用于消毒剂(主要用于医院、仓库、港口以及精密仪器的消毒)、熏蒸剂(用于食品保藏)、
通常采用环氧乙烷-二氧化碳（两者之比为90：10）或环氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于医院和精密仪器的消毒。环氧乙烷用熏蒸剂常用于粮食、食物的保藏。例如，干蛋粉的贮藏中常因受细菌的作用而分解，用环氧乙烷熏蒸处理，可防止变质，而蛋粉的化学成分，包括氨基酸等都不受影响。
1.2军事用途
环氧乙烷亦被应用于军事武器用途，美国在越南战争期间使用的BLU--82巨型炸弹内主要成分就是液态环氧乙烷，BLU--82巨型炸弹的杀伤力相当巨大，相当于一次小型核爆。在海湾战争期间，美军使用同类型的巨型炸弹GBU-28攻击伊拉克巴格达的一个防空洞，造成超过1000名平民丧生。
环氧乙烷自动分解时能产生巨大能量，可以作为火箭和喷气推进器的动力，一般是采用硝基甲烷和环氧乙烷的混合物（60：40-95：5）。这种混合燃料燃烧性能好，凝固点低，性质比较稳定，不易引爆。
抗酸剂(用于降低某些物质的酸度或长期不产生酸性的物质，一些情况下可避免因碱洗引起的水解)以及火箭和喷气燃料等。
2.用于生产下游产品
环氧乙烷作为乙烯工业衍生物仅次于聚乙烯，为第二位的重要产品。其重要性主要是以其为原料生产的系列产吕。由环氧乙烷衍生的下游产品的种类远比各种乙烯衍生物多。主要的下游产品有以下几类：
2.1用于生产乙二醇
环氧乙烷的最主要用途是生产乙二醇。乙二醇是一种重要的石油化工基础有机原料，用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等。世界环氧乙烷生产装置几乎全部配套生产乙二醇。目前，国内外乙二醇的工业生产方法主要是环氧乙烷直接水合法，虽然它的工艺成熟，但水比大、能耗高、生产成本较高，为此人们又相继开发出环氧乙烷催化水合法和碳酸乙烯酯法以及由合成气合成乙二醇等各种新的生产方法。其中环氧乙烷催化水合法和碳酸乙烯酯法被认为是今后乙二醇最有发展前景的工业化生产方法，是目前国内外研究开发的热点。
非离子表面活性剂,聚醚型非离子表面活性剂一直是环氧乙烷的第二大用途。环氧乙烷与各种含活泼氢的化合物RHX反应，均生成非离子表面活性剂BX(CH2CH2O)nH。
RYH为：脂肪醇、烷基酚、脂肪酸、脂肪胺、多元醇等。在这些产品中，以脂肪醇醚和烷基酚醚的工业生产及应用最为重要。这类化合物具有很好的去污作用，对酸和碱都稳定，易于溶解，可制成液体洗涤剂，还可作乳化剂和纤维的抗静电剂。据悉，随着合成洗涤剂工业的发展，超浓缩洗涤剂、高密度粉已逐渐被消费者所接受，对该类非离子表面活性剂的需求也呈急剧增加趋势。
2.2 醇胺
环氧乙烷与氨水反应可以生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺3种化合物。环氧乙烷与氨作用，首先生成乙醇胺，继续作用。生成二乙醇胺及三乙醇胺。3种乙醇胺都是无色黏稠液体，有碱性，能吸收二氧化硫及硫化氢等酸性气体，用于净化工业气体；还用作制造乳化剂和原油破乳剂的原料。
2.3 乙二醇醚系列
乙二醇醚是指环氧乙烷与各种低碳醇ROH开环聚合生成乙二醇单醚、二乙二醇单醚和三乙二醇单醚，其中ROH为甲醇、乙醇、丁醇、己醇、苯酚等。它们兼具醇和醚的性质，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯，工业上称为溶纤剂。乙二醇醚系列产品主要包括乙二醇甲醚、丁醚、丙醚以及二乙二醇甲醚、丙醚、丁醚，与醋酸反应生成乙二醇醚醋酸酯的混合溶剂，因此用途广泛，主要在汽车工业和其他机械制造业中作为油漆涂料优良溶剂；抗冻剂、制动液添加剂、除草剂及增塑剂的中间体等使用。
2.4其他用途
大部分的环氧乙烷被用于制造其它化学品，主要是乙二醇。乙二醇主要的最终用途是生产聚酯聚合物，也被用作汽车冷却剂及防冻剂。其次用于生产乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亚乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游产品。合成洗涤剂、非离子表面活性剂、抗冻剂、乳化剂以及缩乙二醇类产品，也用于生产增塑剂、润滑剂、橡胶和塑料等。广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。
环氧乙烷易与酸作用，因此可作为抗酸剂添加于某些物质中，从而降低这些物质的酸度或者使用其长期不产生酸性。例如，在生产氯化丁基橡胶时，异丁烯与异戊二烯共聚物的溶液在氯化前如果加入环氧乙烷，则成品即可完全不用碱洗和水洗。主要用于制造其他各种溶剂(如溶纤剂等),稀释剂,非离子型表面活性剂,合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。与纤维素发生羟乙基化可合成得水溶性树脂(其环氧乙烷含量约75%)。还可用作熏蒸剂、涂料增稠剂、乳化剂、胶黏剂和纸张上浆剂等。
2.5总结：
通过对环氧乙烷生产方法的分析可见，我国环氧乙烷的生产技术已基本上向国际水平接轨。随着我国聚酯以及表面活性剂等领域的快速发展，对环氧乙烷的需求量将不断增加，而目前的产量不能满足市场需求，因而国内在未来几年里将有多家企业建设规模化环氧乙烷/乙二醇装置，环氧乙烷的生产能力和产量将会得到较大的发展。因此，我国在引进国外规模化环氧乙烷/乙二醇装置的同时，一方面应加快消化吸收国外先进技术，另一方面还应积极发展国内技术。在引进技术消化吸收的基础上，我国环氧乙烷用银催化剂生产技术已经取得了长足的进步。环氧乙烷反应器的大型化，也是环氧乙烷生产技术的一个重要发展动向。
通过对环氧乙烷的应用情况分析，环氧乙烷直接应用的数量非常小，一般都要经过进一步加工才能使用。国外环氧乙烷生产商一般都把环氧乙烷做成终端产品，以降低产品成本。因此我国应对环氧乙烷下游产品的开发和应用加大力度，形成环氧乙烷产业链，以降低生产成本，获取较高的经济效益，保证我国环氧乙烷产业健康稳定地发展。
参考文献
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[8]郭锴，唐小恒，周绪美化学反应工程[M].北京：化学工业出版社，2008
致谢
本论文是在导师何芳老师的悉心指导和共同生活三年的同学帮助下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢化工系的老师、师兄以及许多同学的帮助支持。
在三年的大学学习期间，得到很多授课老师和同学们的关心和帮助，在此表示深深的感谢。很快就要离开母校，但在母校得到的知识、做人的道理、挚友将会伴我走完一生的历程。
生活中帮助过我的老师和同学，感谢何老师在写论文中的帮助！
焦 作 大 学
毕 业 论 文（设计）
题 目： 环氧乙烷生产技术与应用
学 号：
姓 名：
年 级： 1105061
院 部： 化工与环境工程学院
专 业： 生物化工工艺
指导教师： 何 芳
完成日期： 2014 年 05 月 25 日
内容摘要
本文讲述了环氧乙烷的理化性质和工业生产技术的包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用乙烯直接氧化法合成环氧乙烷，介绍了采用乙烯氧化反应机理，依据生产工艺方法，做出了工艺流程图，介绍了工艺过程中需要注意的问题，包括工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对反应工艺过程进行详细的叙述。介绍了生产中的安全操作，及事故应急处理和个人急救措施，对环氧乙烷在工业及生活等各方面的应用及下游产品，并作出总结。
关键词 ：环氧乙烷； 生产技术；乙烯直接氧化法； 乙二醇
Abstract
This paper describes the process and equipment, including raw materials, such as
epoxy ethane polymerization method of physicochemical properties and industrial
production technology. This design adopts the direct oxidation of ethylene to ethylene oxide, ethylene oxidation reaction mechanism is introduced, on the basis of production process, make the process flow diagram, the need to pay attention to problem in
process, including all kinds of auxiliary process conditions and synthesis process of selection, detailed description of the reaction process. The safety in production, and the emergency treatment and emergency measures, the application of epoxy ethane in the aspects of industry and life, and downstream products, and makes the summary.
Keywords: epoxy ethane; production technology; direct oxidation of ethylene
glycol;
目录
第一章 环氧乙烷的概述 ................................................. 5
1. 环氧乙烯 .......................................................... 5
1.1 环氧乙的物理性质 ............................................ 5
1.2环氧乙烷的化学性质 ........................................... 5
1.3 环氧乙烷工业的重要性 ........................................ 6
2. 环氧乙烷生产工艺 ................................................. 6
2.1 氯醇法 ...................................................... 6
2.2 乙烯直接氧化法 .............................................. 7
2.3反应原理 ..................................................... 7
2.4工艺条件 ..................................................... 8
2.5反应系统工艺流程 ............................................. 9
2.6工艺流程图 ................................................... 9
2.7环氧乙烷的回收与精制 ........................................ 11
第二章 环氧乙烷生产的安全操作......................................... 12
1. 操作处置与储存 .................................................. 12
2. 泄露应急处理 .................................................... 12
2.1 急救措施 ................................................... 13
2.2 消防措施 ................................................... 13
第三章 环氧乙烷的应用分类 ............................................ 13
1. 环氧乙烷的主要应用 .............................................. 13
1.1 杀菌作用 ................................................... 14
1.2 军事用途 ................................................... 14
2.用于生产下游产品 ................................................. 15
2.1乙二醇系列 .................................................. 15
2.2醇胺 ........................................................ 16
2.3乙二醇醚系列 ................................................ 16
2.4 其他用途 .................................................... 16
2.5 总结 ........................................................ 17
参考文献 ............................................................. 18
致谢 ................................................................. 19
第一章 环氧乙烷的概述
1.环氧乙烷
英文别名 1,2-epoxyethane; Alpha,beta-oxidoethane; amprolene;
anprolene; anproline; Dihydrooxirene; dimethylene oxide; E.O.。
环氧乙烷（EO）是一种有机化合物，化学式是C2H4O,为一种最简单的环醚，属于杂环类化合物，是重要的石化产品。环氧乙烷是一种有毒的致癌物质, 空气中最高容许密度0．00l g/m。常温常压下为无色易燃气化低温时是无色易流动液体。有乙醚气味，高浓度，能和许多化合物起加成反应，能还原硝酸银。久储会起聚合反应。易燃，遇高温、明火有引起燃烧爆炸的危险。气体的蒸汽压高，30℃时可达141kPa，这种高蒸汽压决定了环氧乙烷熏蒸消毒时穿透力较强。
环氧乙烷是继甲醛之后出现的第2代化学消毒剂，至今仍为最好的冷消毒剂之一，也是目前四大低温灭菌技术（低温等离子体、低温甲醛蒸汽、环氧乙烷、戊二醛）最重要的一员。EO是一种简单的环氧化合物，为非特异性烷基化合物，分子式为C2H4O，结构式为：－CH2－CH2－O－，分子量为44.05。
1.1物理性质
相对密度（水=1）：0.8711
折射率：1.3614（4℃）[4] 沸点(℃)：10.4
相对蒸气密度（空气=1）：1.52
职业接触限值：阈限值 1ppm（时间加权平均值）；A2(可疑人类致癌物）（美国政府工业卫生学家会议，2004年）。
时间加权平均容许浓度（PC-TWA）：2mg/m3（GBZ2.1-2007《工作场所有害因素职业
饱和蒸气压(kPa)：145.91(20℃)
燃烧热(kJ/mol)：1262.8
临界温度(℃)：195.8
临界压力(MPa)：7.19
辛醇/水分配系数的对数值：-0.30
爆炸极限%(V/V)：3~100
引燃温度(℃)：429
溶解性：与水可以任何比例混溶，能溶于醇、醚。
1.2化学性质：
化学性质非常活泼，能与许多化合物发生开环加成反应。环氧乙烷能还原硝酸银。受热后易聚合，在有金属盐类或氧的存在下能分解。
环氧乙烷易与酸作用，因此可作为抗酸剂添加于某些物质中，从而降低这些物质的酸度或者使用其长期不产生酸性。
1.3 环氧乙烷工业的重要性
环氧乙烷作为乙烯工业衍生物仅次于聚乙烯，为第二位的重要产品。其重要性主要是以其为原料生产的系列产吕。由环氧乙烷衍生的下游产品的种类远比各种乙烯衍生物多。
环氧乙烷是一种及其重要的精细化工原料，它广泛用于生严乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚 医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品，其产品的应用极为广泛。以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，而且易燃易爆，不易长途运输，因此有强烈的地域性。被广泛地应用于洗涤，制药，印染等行业。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。应用覆盖面之广，技术推动性之大是非常明显的。环氧乙烷工业的发展可以带动和促进国民经济许多行业的技术进步与发展，可以改善人们衣食住行条件，提高人民生活水平。
2.环氧乙烷生产工艺
环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，UCC公司进行了工业化生产，之后公司基于Lefort有关银催化剂的研究成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺。20世纪50年代末，Shell公司采用近乎纯氧代替空气作为生产环氧乙烷的氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先进的生产方法是用银作催化剂，在列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷。现就这几种方法进行分析比较。
2.1氯醇法
环氧乙烷氯醇法生产分两步进行：首先氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇；然后氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。这种方法存在的严重缺点大致有：1)消耗氧气，排放大量污水，造成严重污染；2)乙烯次氯酸化生产氯乙醇时，同时副产二氧化碳等副产物，在氯乙醇皂化时生产的环氧乙烷可异构化为乙醛，造成环氧乙烷损失，乙烯单耗高；3)氯醇法环氧乙烷，醛的质量分数很高，约为4×10-6-5×10-6最低也有2×10-6 。
氯醇法生产环氧乙烷，由于装置小、产量少、质量差、消耗高，因而成本也高，与大装置氧化法生产的高质量产品相比已失去了市场竞争能力。
2.2 乙烯最直接氧化法
乙烯直接氧化法又分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。空气直接氧化法是由Lefort在1931年发明的，他利用乙烯和氧在适当载体的银催化剂上作用制备出了环氧乙烷，并以此取得了空气直接氧化制得环氧乙烷的专利。氧气直接氧化法是由Shell公司在1958年发明的，此方法直接以氧气作氧化剂，减少了反应系统中惰性气体的吸入量，可减少反应系统中反应器的台数，在一定程度上降低生产成本。
2.3反应原理
乙烯直接氧化法所用的催化剂为银催化剂。乙烯在银催化剂上气相氧化发生下列反应：
主反应 C2H4+1/2O2→ +106.9J/mol 副反应 C2H4+3O2→2CO2+2H2O+1323KJ/mol
+5/2O2→2O2+2H2O+1218KJ/mol
C2H4+1/2O2→CH3CHO
C2H4+O2→2CH2O
→CH3CHO
乙烯在银催化剂上氧化生成环氧乙烷，人们普遍接受的反应机理是：银对氧吸附，在银的表面产生两种吸附状态的氧（原子氧及分子氧）。当氧在银表面发生解离吸附时生成原子态吸附氧，原子态吸附氧与乙烯发生深度氧化生成二氧化碳和水。当银表面覆盖有抑制剂氯时，氧的解离吸附过程则受到一定程度的限制。当氧在银表面发生非解离吸附时则生成分子态吸附氧，它与乙烯作用生成环氧乙烷，同时脱出一个氧原子，这个原子态氧则与乙烯发生深度反应，生成二氧化碳。
乙烯直接氧化法，分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。
a) 空气直接氧化法
空气直接氧化法用空气作氧化剂，因此生产中必须有空气净化装置，以防止空气中有害杂质带人反应器而影响催化剂的活性。空气法的特点是由两台或多台反应器串联，即主反应器和副反应器，为使主反应器催化剂的活性保持在较高水平(63%-75%)，通常以低转化率操作(20%-50%)。
b) 氧气直接氧化法
此法是采用制备纯氧或有其他氧源作氧化剂。由于用纯氧作氧化剂，连续引入系统的惰性气体大为减少，未反应的乙烯基本上可完全循环使用。从吸收塔顶出来的循环气必须经过脱碳以除去二氧化碳，然后循环返回反应器，否则二氧化碳质量超过15%，将严重影响催化剂的活性。
2.4 工艺条件
（1） 反应温度：乙烯环氧化过程中存在着平行的完全氧化副反应，影响转化率和选择性的主要因素是温度。温度过高，反应速度快、转化率高、选择性下降、催化剂活性衰退快、易造成飞温；温度过低，速度慢、生产能力小。所以要控制适宜温度，其与催化剂的选择性有关，一般控制的适宜温度在200-260℃。
（2） 反应压力
加压对氧化反应的选择性无显著影响，但可提高反应器的生产能力且有利于环氧乙烷的回收，故采用加压氧化法，但压力高对设备的要求高费用增加催化剂易损坏。故采用操作压力为2Mpa左右。
（3） 空间速度
与温度相比该因素是次要的，但空速减小，转化率增高，选择性也要降低，而且空速不仅影响转化率和选择性，也影响催化剂的空时收率和单位时间的放热量，故必须全面衡量，现在工业上采用的混合气空速一般为4000-8000/h左右，也有更高的。催化剂性能高反应热能及时移出时选择高空速，反之选择低空速。
（4） 反应物配比
原料其中的杂质可能给反应带来不利影响：①使催化剂中毒而活性下降，如乙炔和硫化物使催化剂永久中毒，乙炔和银形成的乙炔银受热会发生爆炸性分解；使选择性下降（铁离子）；②使反应热效应增大（H2、C3以上烷烃和烯烃）；③影响爆炸极限，
如氩气是惰性气体但其会使氧的爆炸极限浓度降低而且增加爆炸的危险性，氢也有同样的效应，故原料中的杂质含量要严格控制乙炔
（5）催化剂的选择
由于选择性在反应过程中的重要性，所以要选择选择性好的催化剂，银催化剂对乙烯环氧化反应较好的选择性，强度、热稳定性、寿命符合要求，所以用银催化剂。催化剂由活性组分银、载体和助催化剂组成。助催化剂主要有碱金属、碱土金属、稀土金属化合物等。其作用是提高活性、增大稳定性、延长寿命。抑制剂的作用是抑制非目标产物的形成，主要有硒、碲、氯、溴等。载体的主要功能是负载、分散活性组
分，提高稳定性。载体的结构（特别是孔结构）对助剂活性的发挥、选择性控制有极大的影响（乙烯氧化制环氧乙烷的特殊性要求载体比表面积低并且以大孔为主）。
（6）乙烯转化率
单程转化率的控制与氧化剂的种类有关，用纯氧作氧化剂时，单程转化率一般控制在12%—15%，选择性可达75-84%或更高。用空气作氧化剂时，单程转化率一般控制在30%—35%，选择性可达70%左右。单程转化率过高时，由于放热量大，温度升高快，会加快深度氧化，使环氧乙烷的选择性明显降低。因为工业上采用循环流程，所以单程转化率也不能太低，否则会因循环气量过大而耗能增加。
2.5环氧乙烷反应系统工艺流程
（1）原料流程
原料乙烯、氧气和致稳氮气来自界区，他们与循环物料气的混合气体站(H-102)充分混合后，进入气－气换热器与反应生成气换热并预热到指一定温度后，从填充银催化剂的列管式固定床反应器的上部进入催化床层，在一定温度（220-260℃）和压力（2Mpa）下，进行氧化反应。
（2）吸收流程
已反应的气体自氧化反应器下部流出，进入气－气换热器（,被反应原料气冷却后进入环氧乙烷水吸收塔。
在吸收塔中，以水做吸收剂，吸收反应气体中的产物环氧乙烷。吸收剂水自塔上部进入，环氧乙烷吸收液自塔中部流入，进入环氧乙烷精制流程。为提高环氧乙烷的吸收率和避免循环气中二氧化碳的积累，从吸收塔顶部排出的气体，一部分（90%）循环回反应器，另一小部分送至二氧化碳吸收装置，用热碳酸钾溶液脱除掉副反应所生成的二氧化碳。
从吸收塔顶部出来的吸收气，一部分作为循环排放气排至蒸汽加热器中烧掉：另一部分作为循环气与致稳气氮气进入循环压缩机,加压后，混合气大约有十分之一送至二氧化碳脱除流程，脱除二氧化碳后，再返回至循环气系统：一部分经添加抑制剂二氯乙烷后，进入氧气混和器,与原料乙烯，氧气混合，成为原料气。
2.6工艺流程图
图（1）氧化法生产环氧乙烯工艺流程示意图
1—环氧乙烷反应器；2—热交换器；3—气体混合器；4—环氧乙烷吸收塔；
5—二氧化碳吸收塔；6—二氧化碳吸收液再生塔；7—解吸塔；8—再吸收塔
9—脱气塔；10—精馏塔：11—环氧乙烷储槽
图（1）概述
乙烯在Ag/α-Al2O3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺， 用纯氧进行氧化的工艺路线。简要工艺流程是将乙烯、纯氧、致稳甲烷以一定的比例与循环气混合送入氧化反应器，在银催化剂作用下进行氧化反应，生成环氧乙烷。反应温度
200-290℃，反应压力2MPa。反应生成的环氧乙烷气体用水吸收其中的环氧乙烷，再经解析、精馏，得到纯净的环氧乙烷。
将纯净的环氧乙烷与水按一定比例送入乙二醇反应器，反应生成乙二醇。再经蒸发、脱水、精馏得到产品乙二醇。
由于此反应为气固相反应，并且催化剂比较贵,所以选择列管式固定床反应器。反应放出大量的热,所以须采用换热介质进行换热，根据反应的热效应求得反应的温度在180-250℃，因此选择矿物油作为换热介质，采用外部循环式换热。
由以上流程图可以看出，新鲜原料气与循环气混合后，经过热交换器预热一段时间后，从反应器上部进入催化床层。自反应器流出的反应混合气中环氧乙烷的含量仅为1-2%，经热交换器利用其热量并进行冷却后，进入环氧乙烷吸收塔。由于环氧乙烷能以任何比例与水混合，故采用水做吸收剂以吸收反应气中的环氧乙烷。从吸收塔排出的气体，大部分（约90%）循环使用，而一小部分需送入CO2吸收装置，用热碳酸钾
溶液脱除掉副反应所生成的CO2。送入CO2吸收装置的那一小部分气体在二氧化碳吸收
塔中与来自再生塔的高温贫碳酸氢钾-碳酸钾溶液接触。在二氧化碳作用下转化为碳酸氢钾。自二氧化碳吸收塔塔顶排出的气体经冷却，并分离出夹带的液体后，返回至循环系统。二氧化碳吸收塔塔釜的富碳酸氢钾-碳酸钾溶液经减压入再生塔，经加热，使碳酸氢钾分解为二氧化碳和碳酸钾，CO2自塔顶排出，再生后的贫碳酸氢钾-碳酸钾
溶液循环回二氧化碳吸收塔。
进反应器的原料混合气的体积分数/%
2.7环氧乙烷回收和精制
自环氧乙烷吸收塔塔底排出的环氧乙烷吸收液，含环氧乙烷仅1.5%左右，并含有少量的副产物甲醛和乙醛，尚溶有二氧化碳，需进一步提浓精制已获得所需纯度的环氧乙烷。
自吸收塔塔底排出的环氧乙烷吸收液经热交换利用其热量后进入解析塔，冷凝出大部分水和重组分杂质。解析出10%（质量）的环氧乙烷水溶液，同时分离出一起解离出的二氧化碳和其他不凝气体。然后进入脱气塔脱二氧化碳，此处脱出的气体除含二氧化碳外还有大量的环氧乙烷蒸汽，这部分气体返回吸收塔。自脱气塔排出的环氧乙烷水溶液，一部分直接送乙二醇装置，加入适量水后水合制乙二醇。其余进精馏塔，塔顶蒸出的甲醛（含环氧乙烷）和塔下部取出的含乙醛的的环氧乙烷，仍返回脱气塔。精馏塔和解析塔的塔底排出的水，经热交换利用其热量和冷却后，循环回吸收塔作吸
收水用。
从底部出来的环氧乙烷水溶液进入环氧乙烷解吸塔，解吸出来的气体除了含环氧乙烷外，溶解于水中的少量其它气体如:CO2、CH4、O2、C2H4、Ar 也随之解吸出来。解
吸塔釜出来的贫循环水返回至洗涤塔。从解吸塔顶出来的气体中的环氧乙烷到再吸收塔， 在塔内与工艺水接触而被再吸收。未被吸收的顶部气体经CO2 脱除系统后返回
循环气系统，吸收液送至乙二醇进料解吸塔脱除CO2，不含CO2的环氧乙烷溶液分成
两部分，一部分送到乙二醇反应工段，另一部分送到环氧乙烷精制塔，
第二章 环氧乙烷的生产安全操作
环氧乙烷是一种有机化合物，是一种有毒的致癌物质，对健康危害，是一种中枢神经抑制剂、刺激剂和原浆毒物。急性中毒：患者有剧烈的搏动性头痛、头晕、恶心和呕吐、流泪、呛咳、胸闷、呼吸困难；重者全身肌肉颤动、言语障碍、共济失调、出汗、神志不清，以致昏迷。还可见心肌损害和肝功能异常。抢救恢复后可有短暂精神失常，迟发性功能性失音或中枢性偏瘫。皮肤接触迅速发生红肿，数小时后起泡，反复接触可致敏。液体溅入眼内，可致角膜灼伤。慢性影响：长期少量接触，可见有神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱。环氧乙烷易燃，有毒，为致癌物，具刺激性，具致敏性。应培训生产中的应急措置及急救处理。
1.操作处置与储存 操作注意事项： 密闭操作，局部排风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩），穿防静电工作服，戴橡胶手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与酸类、碱类、醇类接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。禁止撞击和震荡。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
储存注意事项： 储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。避免光照。库温不宜超过30℃。应与酸类、碱类、醇类、食用化学品分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备。
2.泄漏应急处理
应急处理： 迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并立即隔离150m，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。用工业覆盖层或吸附/ 吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气体进入。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
2.1急救措施
皮肤接触： 立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触： 立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入： 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。呼吸心跳停止时，立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。
2.2消防措施
危险特性： 其蒸气能与空气形成范围广阔的爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。若遇高热可发生剧烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。接触碱金属、氢氧化物或高活性催化剂如铁、锡和铝的无水氯化物及铁和铝的氧化物可大量放热，并可能引起爆炸。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。
有害燃烧产物： 一氧化碳、二氧化碳。
灭火方法： 切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳。
第三章 环氧乙烷的应用及分类
1.环氧乙烷的主要应用
世界各国环氧乙烷的最大应用领域都是生产乙二醇(包括二乙二醇和三乙二
醇)，其次才是生产表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚、聚醚多元醇等其他产品。我国环氧乙烷主要用于生产乙二醇，商品环氧乙烷主要用作生产非离子表面活性剂、乙醇
胺、乙二醇醚、聚氨酯原料聚醚等，此外在医药、染料以及橡胶等领域也有一定的消费量。用于制造其他各种溶剂(如溶纤剂等),稀释剂,非离子型表面活性剂,合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。与纤维素发生羟乙基化可合成得水溶性树脂(其环氧乙烷含量约75%)。还可用作熏蒸剂、涂料增稠剂、乳化剂、胶黏剂和纸张上浆剂等。
1.1在医药中的应用
环氧乙烷在医药上可以直接应用，也可以作为医药中间体合成其他药物。在医药、兽药行业中作为软膏、栓剂的基质，滴丸、片剂的载体，成型剂和针剂中的溶剂等，均有着极为广泛的应用；氯化胆碱由三甲胺水溶液与环氧乙烷的浓水溶液反应，再用盐酸中和而得，用于治疗脂肪肝和肝硬化，也作为禽畜饲料添加剂；乙氧基化合物是非离子表面活性剂，主要包括三大类：烷基醚类乙氧基化合物、环醚类乙氧基化合物、胺类乙氧基化合物等。
环氧乙烷有杀菌作用，对金属不腐蚀，无残留气味，因此可用材料的气体杀菌剂。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。美国化学家Lloyd Hall在1938年取得以环氧乙烷消毒法保存香料的专利，该方法直到今天仍有人使用。环氧乙烷也被广泛用于消毒医疗用品诸如绷带、缝线及手术器具。 在医药、兽药行业中作为软膏、栓剂的基质，滴丸、片剂的载体，成型剂和针剂中的溶剂等，均有着极为广泛的应用；氯化胆碱由三甲胺水溶液与环氧乙烷的浓水溶液反应，再用盐酸中和而得，用于治疗脂肪肝和肝硬化，也作为禽畜饲料添加剂；乙氧基化合物是非离子表面活性剂，主要包括三大类：烷基醚类乙氧基化合物、环醚类乙氧基化合物、胺类乙氧基化合物等。
除此之外，环氧乙烷还可用于消毒剂(主要用于医院、仓库、港口以及精密仪器的消毒)、熏蒸剂(用于食品保藏)、
通常采用环氧乙烷-二氧化碳（两者之比为90：10）或环氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于医院和精密仪器的消毒。环氧乙烷用熏蒸剂常用于粮食、食物的保藏。例如，干蛋粉的贮藏中常因受细菌的作用而分解，用环氧乙烷熏蒸处理，可防止变质，而蛋粉的化学成分，包括氨基酸等都不受影响。
1.2军事用途
环氧乙烷亦被应用于军事武器用途，美国在越南战争期间使用的BLU--82巨型炸弹内主要成分就是液态环氧乙烷，BLU--82巨型炸弹的杀伤力相当巨大，相当于一次小型核爆。在海湾战争期间，美军使用同类型的巨型炸弹GBU-28攻击伊拉克巴格达的一个防空洞，造成超过1000名平民丧生。
环氧乙烷自动分解时能产生巨大能量，可以作为火箭和喷气推进器的动力，一般是采用硝基甲烷和环氧乙烷的混合物（60：40-95：5）。这种混合燃料燃烧性能好，凝固点低，性质比较稳定，不易引爆。
抗酸剂(用于降低某些物质的酸度或长期不产生酸性的物质，一些情况下可避免因碱洗引起的水解)以及火箭和喷气燃料等。
2.用于生产下游产品
环氧乙烷作为乙烯工业衍生物仅次于聚乙烯，为第二位的重要产品。其重要性主要是以其为原料生产的系列产吕。由环氧乙烷衍生的下游产品的种类远比各种乙烯衍生物多。主要的下游产品有以下几类：
2.1用于生产乙二醇
环氧乙烷的最主要用途是生产乙二醇。乙二醇是一种重要的石油化工基础有机原料，用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等。世界环氧乙烷生产装置几乎全部配套生产乙二醇。目前，国内外乙二醇的工业生产方法主要是环氧乙烷直接水合法，虽然它的工艺成熟，但水比大、能耗高、生产成本较高，为此人们又相继开发出环氧乙烷催化水合法和碳酸乙烯酯法以及由合成气合成乙二醇等各种新的生产方法。其中环氧乙烷催化水合法和碳酸乙烯酯法被认为是今后乙二醇最有发展前景的工业化生产方法，是目前国内外研究开发的热点。
非离子表面活性剂,聚醚型非离子表面活性剂一直是环氧乙烷的第二大用途。环氧乙烷与各种含活泼氢的化合物RHX反应，均生成非离子表面活性剂BX(CH2CH2O)nH。
RYH为：脂肪醇、烷基酚、脂肪酸、脂肪胺、多元醇等。在这些产品中，以脂肪醇醚和烷基酚醚的工业生产及应用最为重要。这类化合物具有很好的去污作用，对酸和碱都稳定，易于溶解，可制成液体洗涤剂，还可作乳化剂和纤维的抗静电剂。据悉，随着合成洗涤剂工业的发展，超浓缩洗涤剂、高密度粉已逐渐被消费者所接受，对该类非离子表面活性剂的需求也呈急剧增加趋势。
2.2 醇胺
环氧乙烷与氨水反应可以生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺3种化合物。环氧乙烷与氨作用，首先生成乙醇胺，继续作用。生成二乙醇胺及三乙醇胺。3种乙醇胺都是无色黏稠液体，有碱性，能吸收二氧化硫及硫化氢等酸性气体，用于净化工业气体；还用作制造乳化剂和原油破乳剂的原料。
2.3 乙二醇醚系列
乙二醇醚是指环氧乙烷与各种低碳醇ROH开环聚合生成乙二醇单醚、二乙二醇单醚和三乙二醇单醚，其中ROH为甲醇、乙醇、丁醇、己醇、苯酚等。它们兼具醇和醚的性质，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯，工业上称为溶纤剂。乙二醇醚系列产品主要包括乙二醇甲醚、丁醚、丙醚以及二乙二醇甲醚、丙醚、丁醚，与醋酸反应生成乙二醇醚醋酸酯的混合溶剂，因此用途广泛，主要在汽车工业和其他机械制造业中作为油漆涂料优良溶剂；抗冻剂、制动液添加剂、除草剂及增塑剂的中间体等使用。
2.4其他用途
大部分的环氧乙烷被用于制造其它化学品，主要是乙二醇。乙二醇主要的最终用途是生产聚酯聚合物，也被用作汽车冷却剂及防冻剂。其次用于生产乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亚乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游产品。合成洗涤剂、非离子表面活性剂、抗冻剂、乳化剂以及缩乙二醇类产品，也用于生产增塑剂、润滑剂、橡胶和塑料等。广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。
环氧乙烷易与酸作用，因此可作为抗酸剂添加于某些物质中，从而降低这些物质的酸度或者使用其长期不产生酸性。例如，在生产氯化丁基橡胶时，异丁烯与异戊二烯共聚物的溶液在氯化前如果加入环氧乙烷，则成品即可完全不用碱洗和水洗。主要用于制造其他各种溶剂(如溶纤剂等),稀释剂,非离子型表面活性剂,合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。与纤维素发生羟乙基化可合成得水溶性树脂(其环氧乙烷含量约75%)。还可用作熏蒸剂、涂料增稠剂、乳化剂、胶黏剂和纸张上浆剂等。
2.5总结：
通过对环氧乙烷生产方法的分析可见，我国环氧乙烷的生产技术已基本上向国际水平接轨。随着我国聚酯以及表面活性剂等领域的快速发展，对环氧乙烷的需求量将不断增加，而目前的产量不能满足市场需求，因而国内在未来几年里将有多家企业建设规模化环氧乙烷/乙二醇装置，环氧乙烷的生产能力和产量将会得到较大的发展。因此，我国在引进国外规模化环氧乙烷/乙二醇装置的同时，一方面应加快消化吸收国外先进技术，另一方面还应积极发展国内技术。在引进技术消化吸收的基础上，我国环氧乙烷用银催化剂生产技术已经取得了长足的进步。环氧乙烷反应器的大型化，也是环氧乙烷生产技术的一个重要发展动向。
通过对环氧乙烷的应用情况分析，环氧乙烷直接应用的数量非常小，一般都要经过进一步加工才能使用。国外环氧乙烷生产商一般都把环氧乙烷做成终端产品，以降低产品成本。因此我国应对环氧乙烷下游产品的开发和应用加大力度，形成环氧乙烷产业链，以降低生产成本，获取较高的经济效益，保证我国环氧乙烷产业健康稳定地发展。
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致谢
本论文是在导师何芳老师的悉心指导和共同生活三年的同学帮助下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢化工系的老师、师兄以及许多同学的帮助支持。
在三年的大学学习期间，得到很多授课老师和同学们的关心和帮助，在此表示深深的感谢。很快就要离开母校，但在母校得到的知识、做人的道理、挚友将会伴我走完一生的历程。
生活中帮助过我的老师和同学，感谢何老师在写论文中的帮助！