POSM装置氧化-环氧化反应的影响因素

1、 posm装置氧化/环氧化反应的影响因素 摘要：在posm装置中，eb氧化反应和丙烯环氧化反应过程中有复杂的副反应发生，反应温度过高、杂质等是影响副反应增多的主要因素。副反应增多会导致产品产出比不合理，经济效益降低。关键词：氧化；环氧化；温度；搅拌1. 前言目前，环氧丙烷的生产方式主要有氯醇法，共氧化法和直接氧化法1。po联产sm的共氧化法为目前国内主流的生产方式。较氯醇法相比污染少，相比直接氧化法工艺成熟。共氧化法的关键在于通过控制温度、浓度、污染物、搅拌等工艺条件来控制氧化和环氧化反应中副反应的发生，达到控制po和sm产出比，降低装置的能耗，提高经济价值的目的。2. 工艺说明1. 工艺流程

2、posm装置以丙烯和乙苯为主要原料，采用共氧化法生产环氧丙烷和苯乙烯单体，主要流程如下所示：eb:乙苯 ebhp:乙苯过氧化氢 acp:苯乙酮 mba：甲基苯甲醇 sm：苯乙烯图1. posm装置工艺流程图1. 主反应和副反应eb氧化单元反应：主： eb ebhp副： eb mbaeb acp丙烯环氧化单元反应：主：ebhp 丙烯 po mba以上反应只是主反应和主要的副反应，在反应器内，还存在着大量的其他副反应，包括ebhp的分解等。结合反应和流程可知，po的产品的生成取决于反应生成的ebhp的量，而sm的生成取决于生成的mba的量。po和sm的理论摩尔比为1：1，但由于副反应的存在，导致e

3、bhp与mba的比值小于1，因此po和sm的实际产出摩尔比小于12。3. 影响反应的主要因素目标：最大化ebhp，从而最大化po；换言之，最大化eb转化率，最大化ebhp选择性。根据经济效益，副产物mba、acp等增多，则sm生产量多（可假设每一个mba、acp最终转化为sm），po产量则降低。eb转化率提高因素有：eb纯度，停留时间，反应温度，氧气分压。ebhp选择性降低因素有：ebhp转化率升高，ebhp分解，杂质（酸、副产物等），停留时间增加，反应温度升高。综上所述，两者之间存在两个矛盾点，即停留时间和反应温度。当停留时间增加或反应温度升高时，eb转化率升高，但ebhp选择性会降低。在工

4、业化生产过程中，一旦制定了目标产量，也就确定了停留时间（设备能力固定）。1. 温度对于化学反应，温度提高加快反应速度，但同时也促进了副反应的发生，因此，需要平衡反应速度与选择性。下表所示为温度对于eb氧化反应的影响：表1. 温度对eb氧化的影响由曲线可知，理想结果是，在eb转化率和ebhp选择性曲线交点后作为起始点开始进行降温，逐渐开始提高ebhp选择性。开始阶段，温度高，转化率高，但反应较少，因此生成物料少，随着温度从各腔室开始降低，转化率开始下降但停留时间变长进行弥补，而随着温度降低，选择性也开始升高，即eb会大部分转化为ebhp。丙烯与ebhp的环氧化反应是在mo催化剂作用下的反应。因此

5、，反应速率除了受温度影响外，还受催化剂浓度的影响。同样，反应温度越高，反应速度越快，ebhp的转化率越高，但生成po的选择性降低，因为温度的升高同样提高了副反应的反应速率。1. 污染物污染物对反应的影响主要体现在促进ebhp的分解。ebhp分解的主要反应有：1.2.3.影响ebhp反应的主要污染物有铁、硫、酸和钠离子。铁：降低催化剂对生成po的选择性和反应速率硫：促进ebhp的分解，同时降低催化剂对生成po的选择性和反应速率，且对ebhp的分解速率呈指数性增长。酸：促进ebhp的分解，增加重组分的生成。钠离子：钠离子通过向系统中添加naoh获得，naoh能够消除系统中的铁离子。但同时过量的钠离

6、子又会与mo催化剂结合，造成催化剂沉淀，从而降低反应速率和ebhp的转化率。1. 物料浓度物质浓度对反应的影响主要体现在环氧化反应，在环氧化反应中，丙烯为过量，目的是提高ebhp环氧化丙烯的选择性。由反应动力学结合反应方程式可知：v主=k（ebhp）x（丙烯）xv副=k（ebhp）x在环氧化反应中，在一定温度下，反应速率常数k一定，ebhp环氧化丙烯生成po的反应与二者浓度有关，浓度越高反应越快，因此提高丙烯的浓度有助于主反应的发生，而由于丙烯不参与副反应，因此副反应速率只与ebhp的浓度有关，副反应速率不受影响。因此在反应初始阶段，可通过适当提高丙烯/ebhp摩尔比，快速消耗ebhp，进而降

7、低ebhp的浓度，达到抑制副反应发生的效果。1. 搅拌搅拌的目的是使物料混合均匀，增加传热和传质。包括均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固体溶解；增加传热等3。桨叶的旋转使得将机械能传递给液体，促进液体运动，形成流动模型。但单一的液体旋转往往会造成液体切线流和打漩，影响分散效果；为消除切线流和打漩，常用的搅拌附件有挡板和导流筒。搅拌对反应的影响主要体现在eb氧化反应，丙烯环氧化反应不需要搅拌。搅拌对反应的影响与反应机理有关。若反应本身很慢，增加搅拌并不能起到明显的促进作用。若反应速度本身容易发生，反应速率则主要有扩散效果控制，这时增加搅拌效果则反应速率和反应时间均会得到很好的效果。在eb氧化反应中，eb与空气中的氧反应。空气由压缩机送入充满eb的反应器内，若没有搅拌，空气进入反应器与eb接触，由于分散效果较差，会造成局部氧浓度过大，反应剧烈，在生成ebhp的同时生成巨大热量，造成局部ebhp过热分解。同时反应中生成的热量需要通过未参加反应的氮气和汽化eb带走，气-液分散效果不好，使得热量在反应器内局部积累，造成巨大的安全隐患。4. 结论共氧化法联产环氧丙烷和苯乙烯装置，产品的产出比是重要的经济效益考核指标，而影响产品产出比的关键就在于eb氧化和丙烯环氧化过程中副反应的控制。降低副反应的发生，能够在现有的设备能力内提高装置的生产能力