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年产25万吨环氧丙烷初步工艺设计

一、引言

环氧丙烷作为一种重要的有机化工原料，在聚氨酯、表面活性剂、涂料、医药及农药等众多领域都有着广泛的应用。随着下游产业的持续发展，市场对环氧丙烷的需求稳步增长。本报告旨在进行一项年产特定规模环氧丙烷装置的初步工艺设计，通过对现有主流工艺技术的比选，确定适宜的工艺路线，完成基础工艺流程设计、主要设备选型论证、物料及能量衡算的初步框架，并对项目的技术可行性与经济性进行初步评估，为后续的详细设计工作提供基础依据。

二、工艺路线选择

当前，工业上生产环氧丙烷的主要工艺路线包括氯醇法、共氧化法（如PO/SM法、PO/MTBE法等）以及过氧化氢直接氧化法（HPPO法）。

氯醇法工艺成熟，投资相对较低，但其存在对设备腐蚀严重、三废排放量较大、产品纯度相对不高等问题，在环保要求日益严格的今天，其应用受到一定限制。共氧化法克服了氯醇法的部分缺点，产品纯度高，污染较小，但通常需要与其他产品（如苯乙烯或MTBE）联产，工艺流程较长，对原料的综合利用和市场需求匹配度要求较高，装置的灵活性相对不足。

过氧化氢直接氧化法（HPPO法）以丙烯和过氧化氢为原料，在催化剂作用下直接反应生成环氧丙烷和水。该工艺具有原子利用率高、工艺流程相对简洁、三废排放量少、对环境友好等显著优点，代表了当前环氧丙烷生产技术的发展方向。综合考虑环保政策要求、技术先进性、原料供应以及装置后续发展潜力等因素，本设计拟采用过氧化氢直接氧化法（HPPO法）作为年产特定规模环氧丙烷的核心工艺路线。

三、工艺流程设计

HPPO法生产环氧丙烷的工艺流程主要包括原料预处理单元、反应单元、环氧丙烷分离与精制单元以及催化剂回收单元（若采用可回收催化剂体系）。

1.原料预处理单元：

*丙烯精制：原料丙烯中可能含有水、硫化物、一氧化碳等杂质，这些杂质不仅会影响催化剂活性和寿命，还可能对反应产生不利影响。因此，需经过干燥、脱硫、脱碳等净化处理，确保丙烯纯度及各项杂质指标达到反应要求。

*过氧化氢处理：工业级过氧化氢通常为一定浓度的水溶液，可能含有少量稳定剂等。根据反应需求，可能需要对其浓度进行调整，并去除可能存在的微量杂质。

*溶剂准备：HPPO反应通常在有机溶剂（如甲醇、叔丁醇等）存在下进行，溶剂需经脱水等精制处理后送入反应系统。

2.反应单元：

经预处理的丙烯、过氧化氢水溶液以及溶剂按一定比例混合后，进入固定床反应器或淤浆床反应器。在特定的温度、压力及催化剂（如钛硅分子筛TS-1）的催化作用下，丙烯与过氧化氢发生环氧化反应，生成环氧丙烷和水。反应条件的控制（如温度、压力、原料配比、空速等）对反应的转化率、选择性及产物收率至关重要，需根据催化剂特性和工艺优化结果确定。

3.环氧丙烷分离与精制单元：

反应产物是一个复杂的混合物，主要包含环氧丙烷、水、未反应的丙烯、溶剂以及少量副产物（如丙二醇、丙二醇单醚等）。

*闪蒸/脱轻：首先通过闪蒸或脱轻组分塔，将未反应的丙烯从反应混合物中分离出来。回收的丙烯经压缩、精制后可循环回反应单元。

*溶剂回收：脱除丙烯后的液相混合物进入溶剂回收塔，将溶剂与水及其他重组分分离。回收的溶剂经处理后循环使用。

*环氧丙烷精制：从溶剂回收塔得到的粗环氧丙烷中仍含有水、微量溶剂及副产物，需进一步通过精馏（如脱重塔、产品精制塔）等手段进行深度分离和提纯，最终得到符合产品质量标准的环氧丙烷产品。

4.催化剂回收单元：

若采用的是可分离回收的催化剂体系（如浆液床中的催化剂颗粒），则需设置催化剂分离回收装置（如过滤器、离心机等），将催化剂从反应产物中分离出来，再生后返回反应器循环使用，以降低催化剂消耗成本。对于固定床反应器，催化剂则装填在反应器内，定期进行再生或更换。

四、主要设备选型

主要设备的选型需基于工艺流程设计、物料衡算结果以及操作条件，并考虑设备的可靠性、效率、材质要求及成本等因素。

1.反应器：是反应单元的核心设备。根据所选催化剂的形态和反应工艺特点，可选择固定床反应器（适用于催化剂不易磨损、寿命较长的情况）或淤浆床反应器。反应器材质需耐受反应介质的腐蚀，通常选用不锈钢或特殊合金材料。

2.丙烯压缩机：用于将回收的丙烯气体压缩升压，以便其循环利用。可选用离心式压缩机或往复式压缩机，具体根据气量和压升要求确定。

3.精馏塔：包括脱轻塔、溶剂回收塔、脱重塔、产品精制塔等。塔型通常选择板式塔或填料塔。板式塔操作弹性较大，适用于处理量大的场合；填料塔则具有传质效率高、压降小等优点。需根据各塔的分离任务、物系性质及处理量进行详细选型和设计计算（如塔径、塔高、板数/填料高度、内构件等）。

4.换热器：在整个工艺流程中，需要进行多次热量交换，如反应进料预热、反应产物冷却、塔顶冷凝器、塔底