高職高專項目導向系列教材有機化工生產(chǎn)技術(shù)★劉小雋主編★齊向陽主審化學子業(yè)稱高職高專項目導向系列教材有機化工生產(chǎn)技術(shù)劉小雋齊向陽主編主審主任徐繼春副主任李曉東秘書長郝萬新委員徐繼春李曉東郝萬新齊向陽高金文武海濱劉玉梅趙連俊目前，該系列校本教材經(jīng)過校內(nèi)應用已收到了滿意的教學效果，并已應用到企業(yè)員工培訓工作中，受到了企業(yè)工程技術(shù)人員的高度評價，希望能夠正式出版。根據(jù)他們的建議及實際使用效果，學院組織任課教師、企業(yè)專家和出版社編輯，對教材內(nèi)容和形式再次進行了論證、修改和完善，予以整體立項出版，既是對我院幾年來教育教學改革成果的一次總結(jié)，也希望能夠?qū)π值茉盒５慕虒W改革和行業(yè)企業(yè)的員工培訓有所助益。感謝長期以來關(guān)心和支持我院教育教學改革的各位專家與同仁，感謝全體教職員工的辛勤工作，感謝化學工業(yè)出版社的大力支持。歡迎大家對我們的教學改革和本次出版的系列教材提出寶貴意見，以便持續(xù)改進。2012年春于錦州本書針對高職教育特點，參照國家職業(yè)標準的相關(guān)要求，以培養(yǎng)學生的知識、能力和素質(zhì)為目標，以生產(chǎn)操作技能訓練為主線，以典型裝置的模擬仿真實訓、仿真工廠和校外實訓基地為依托，緊密結(jié)合生產(chǎn)實際，采用項目導向、任務驅(qū)動的形式，利于“教、學、做”一通過廣泛調(diào)研，選擇和確定目前石化企業(yè)中具有廣泛性、典型性和先進性的環(huán)氧乙烷、甲醇、甲基叔丁基醚、乙烯和苯乙烯等有機化工產(chǎn)品的生產(chǎn)作為教學情境。打破了過去的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，情境的順序安排，符合學生的認知規(guī)律，按照能力訓練遞進的原則，做到訓練內(nèi)容和項目由簡單到復雜。各情境結(jié)合生產(chǎn)裝置和崗位設(shè)置的實際情況，從認識生產(chǎn)裝置和工藝過程、進行崗位操作條件影響分析、完成生產(chǎn)崗位操作三方面出發(fā)設(shè)計工作任務，通過完成工作任務掌握生產(chǎn)方法、生產(chǎn)原理、生產(chǎn)設(shè)備及操作等知識，提高學生的技能水平和綜合素質(zhì)。為突出職業(yè)教育特點，加強了工程語言的應用。同時，主要學習情境附有知識拓展，以擴大知識覆蓋面。本書采用任務介紹一必備知識—任務實施—任務評價的體例格式安排教材結(jié)構(gòu)。本書學習情境一、學習情境二、學習情境三、學習情境四、學習情境六由遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院劉小雋編寫；學習情境五由遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院雷振友編寫，全書由劉小雋統(tǒng)稿，遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院齊向陽擔任主審。本書在編寫過程中，得到了北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司、錦州石化公司等工程技術(shù)人員的大力支持，在此表示感謝!由于編者的水平有限，書中不當之處敬請讀者批評指正。編者學習情境一有機化工生產(chǎn)基本知識任務一有機化工生產(chǎn)過程組成 1任務三有機化工生產(chǎn)評價…………5任務二有機化工生產(chǎn)運行 3學習情境二環(huán)氧乙烷生產(chǎn)7任務一認識生產(chǎn)裝置和工藝過程 7任務三氧化反應崗位操作………15任務二反應崗位操作條件影響分析 11任務四環(huán)氧乙烷精制崗位操作…19任務一認識生產(chǎn)裝置和工藝過程 22任務四合成崗位開車操作………33任務二識讀合成崗位帶控制點工藝流程 26任務五合成崗位停車和事故處理操作………35任務三合成崗位操作條件影響分析 30任務六甲醇分離與精制崗位操作……………37學習情境四甲基叔丁基醚生產(chǎn)41任務一認識生產(chǎn)裝置和工藝過程 41任務三甲基叔丁基醚分離精制崗位操作……48任務二甲基叔丁基醚合成反應崗位操作 學習情境五乙烯生產(chǎn)55任務一認識裂解單元和工藝過程 55任務四裂解反應單元開車操作………………67任務二操作條件影響分析 60任務五認識裂解氣分離單元和工藝過程……70任務三識讀帶控制點工藝流程 63任務六裂解氣分離與精制單元操作……………75學習情境六苯乙烯生產(chǎn)79任務一認識乙苯單元和工藝過程 79任務四認識苯乙烯單元和工藝過程…………98任務二乙苯反應崗位操作條件分析 84任務五苯乙烯反應崗位條件分析及操作………103任務三乙苯分離與精制崗位操作 90任務六苯乙烯分離與精制崗位操作……………111學習情境一有機化工生產(chǎn)基本知識有機化工生產(chǎn)的目的是直接或間接利用煤、石油、天然氣和生物質(zhì)四大基礎(chǔ)原料，經(jīng)過一系列化學和物理的加工過程生產(chǎn)質(zhì)量合格的有機產(chǎn)品。產(chǎn)品主要包括“三烯”、“三苯”、乙炔、萘、醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯以及其他衍生物，這些產(chǎn)品可以作為后續(xù)有機化工、高分子化工和精細化工生產(chǎn)過程的原料，某些產(chǎn)品也可以在生產(chǎn)生活中直接使用。煤的加工有氣化、液化和焦化三種，煤及其產(chǎn)物可以作為化工原料。石油按照加工先后順序分為一次加工過程和二次加工過程。一次加工主要是常減壓蒸餾過程，二次加工指催化裂化、催化重整、焦化、加氫精制和裂化等過程，通過石油加工可以獲得煉廠氣和石油餾分油，可以作為化工原料使用。天然氣的加工有蒸汽轉(zhuǎn)化、部分氧化、裂解等過程。農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、副業(yè)、漁業(yè)等的產(chǎn)品及副產(chǎn)物等生物質(zhì)可以通過化學和生物化學方法生產(chǎn)有機1.原料來源豐富、產(chǎn)品種類多有機化工的原料非常豐富，除了煤、石油、天然氣和生物質(zhì)四種自然資源以外，化學加工得到的產(chǎn)品也可以作為原料使用。資源和環(huán)境意識的提高，一些過去被認為是廢物的物質(zhì)備受重視，成為再生資源使用，以低價原料為基礎(chǔ)的多種生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)都在進行中。隨著技術(shù)進步，無論哪種原料都應該盡可能地充分使用，提高利用率，使有機化工不斷向深度、寬度和高附加值方向發(fā)展。同時，有機化工產(chǎn)品種類繁多，用途非常廣泛，為高分子化工、精細化工等下游生產(chǎn)過程提供充足的原料。2.生產(chǎn)方法多樣豐富的原料資源和產(chǎn)品種類繁多決定了生產(chǎn)方法的多樣性，相同的原料可以通過不同的方法生產(chǎn)不同的有機產(chǎn)品；同一種產(chǎn)品也可以通過不同的原料和不同的生產(chǎn)法獲得。例如，醋酸可以通過糧食發(fā)酵獲得，也可以通過甲醇羰基化生產(chǎn)，還可以乙醛氧化制醋酸，方法多種，選擇哪一種生產(chǎn)方法，需要進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟評價。3.裝置大型化、綜合化隨著生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備材質(zhì)和制造技術(shù)等方面的進步，企業(yè)為了提高競爭力，生產(chǎn)裝置逐漸朝大型化趨勢發(fā)展。采用一套在同行業(yè)中生產(chǎn)量最大或較大的生產(chǎn)裝置加工生產(chǎn)產(chǎn)品，但人員不需要增加，工程費用增加比例不大，單位容積的產(chǎn)出率提高，可以使單位產(chǎn)品所占的人力和消耗的原材料更節(jié)省，有利于資源和能量的充分利用，減少廢物排放，有效降低單位產(chǎn)品的投資和生產(chǎn)成本，從而獲取較好的經(jīng)濟效益。4.技術(shù)密集現(xiàn)代有機化工生產(chǎn)是集化工、自動化、機械、計算機和材料等多學科于一體的復雜生產(chǎn)過程，需要各方面的技術(shù)支持和配合才能高效地完成原料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。近年來，各種新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝不斷發(fā)展、更新并運用于生產(chǎn)中，節(jié)省人力和資源，提高了生產(chǎn)效率，同時對操作和管理人員的素質(zhì)要求也越來越高，必須掌握先進技術(shù)以適應現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。5.重視能量的綜合利用有機化工生產(chǎn)伴隨著能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，也是能耗大戶，能量消耗已經(jīng)成為衡量一套裝置和一個生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益的重要指標。淘汰高能耗的工藝，合理用能、節(jié)能，提高能源管理水平對現(xiàn)代企業(yè)尤為重要，企業(yè)大型化、綜合化將有利于能量合理的綜合利用。6.加強安全和環(huán)境保護意識有機化工生產(chǎn)的介質(zhì)往往易燃、易爆、有毒和具有腐蝕性，生產(chǎn)條件也是高溫、高壓和低溫、低壓，生產(chǎn)中不可避免地產(chǎn)生廢氣、廢液和廢渣，因此重視安全和環(huán)境問題是現(xiàn)代有機化工的重要問題和社會責任。改進老產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)環(huán)境友好的生產(chǎn)工藝，以實現(xiàn)節(jié)能降耗和減少“三廢”為目的，大力發(fā)展綠色化工是有機化工的趨勢。將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品所需要的一系列化學和物理的加工過程按照一定的順序有機地組合起來構(gòu)成有機化工的生產(chǎn)過程。具體生產(chǎn)過程的組織主要取決于原料路線、加工方法和產(chǎn)品的質(zhì)量要求。不同的產(chǎn)品，生產(chǎn)過程不同；即使同一種化工產(chǎn)品，由于原料路線和加工方法的差異，生產(chǎn)過程也會不同。但是有機化工生產(chǎn)過程一般都是由原料預處理、化學反應、產(chǎn)品的分離與精制三部分構(gòu)成。1.原料預處理(1)原料預處理的目的原料預處理是化工生產(chǎn)過程的重要組成部分，特定生產(chǎn)過程對原料有具體的要求，符合規(guī)格的原料才能進行反應，以利于產(chǎn)品的生成。原料預處理的目的就在于使原料達到反應所需要的相態(tài)、溫度、純度和組成配比。(2)原料預處理的方法根據(jù)工藝對原料的要求進行處理，其中有原料的混合、預熱、預冷和凈化等過程，其中凈化要依據(jù)雜質(zhì)的性質(zhì)特點合理選擇處理方法，可以采用物理和化2.化學反應(1)化學反應的目的化學反應是有機化工生產(chǎn)的核心部分，需要在特定的反應器中控制適宜的反應條件實現(xiàn)原料向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。有機化工的反應過程復雜，除了主反應之外還同時伴隨較多的副反應發(fā)生，因此，反應效果的好壞直接影響原料的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品的收率，同時對后續(xù)分離系統(tǒng)也會產(chǎn)生影響。(2)化學反應的分類有機化工生產(chǎn)過程的反應有多種分類方式。按照反應類型可以分為氧化、氯化、加氫、脫氫、羰基化、烷基化等；按照有無催化劑可以分為非催化反應和催化反應；按照反應相態(tài)可以分為均相反應和非均相反應；按照反應的熱效應分為吸熱反應和放熱反應；按照操作方式可以分為間歇式操作和連續(xù)式操作。(3)反應設(shè)備反應設(shè)備種類很多，不同的有機化工生產(chǎn)過程根據(jù)工藝要求設(shè)計可選用不同類型的反應器。一般有機化工生產(chǎn)過程常用的反應器類型有反應爐、鼓泡式反應器、管式反應器、釜式反應器、固定床反應器和流化床反應器等。由于反應的熱效應不同、反應器結(jié)構(gòu)的差異，反應器的供熱和移熱控溫的方法也不盡相同。3.產(chǎn)品的分離與精制(1)分離與精制的目的從反應器出來的產(chǎn)物一般含有產(chǎn)品、未轉(zhuǎn)化的原料和副產(chǎn)物，往往是復雜的混合物，必須通過分離與精制才能獲得合格的產(chǎn)品，并回收副產(chǎn)物，保證為反應的原料循環(huán)使用，提高原料利用率。(2)分離與精制的方法產(chǎn)物混合物可能含有氣體、液體和固體物質(zhì)。從混合物中分離氣態(tài)輕組分可以采用氣液分離、閃蒸、冷凍等方式。液體混合物的分離則要依據(jù)組分的性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量要求，采取不同的分離方法。若組分沸點相差較大，可以采用精餾分離；若組分的沸點相差較小，但加入某種物質(zhì)后揮發(fā)度明顯增大，可以采用萃取精餾分離；若組分熔點相差較大，可以采用結(jié)晶分離；若組分在溶劑中的溶解度不同，可以采用吸收或萃取等方法分離。固體產(chǎn)物的分離可以采用過濾的方法分離，如果固體物質(zhì)是產(chǎn)品一般還需要經(jīng)過干燥實際生產(chǎn)中往往會根據(jù)需要將裝置分成若干崗位，相同裝置的崗位設(shè)置不盡相同，但基本依據(jù)生產(chǎn)過程的三個組成部分進行劃分。工藝流程就是將有機化工生產(chǎn)過程用一定的方式表達出來，以簡明地反映化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的主要加工步驟，明確各單元設(shè)備、物料走向及能量供給情況。一般原則流程主要以兩種圖形表達，如果以方框表達各單元，則稱為流程框圖；如果以設(shè)備外形或簡示圖形表達的流程圖則稱為工藝流程圖。目前要完成生產(chǎn)裝置的操作控制，還必須使用帶控制點的工藝流程，表明各工藝操作條件、測量及控制儀表、自動控制方法等。一、生產(chǎn)的組織機構(gòu)和工作方式每一套有機化工生產(chǎn)裝置都有嚴格的組織機構(gòu)，各級各類人員各負其責，團結(jié)協(xié)作，確保安全順利地完成生產(chǎn)任務。從生產(chǎn)技術(shù)角度而言，一般人員構(gòu)成包括生產(chǎn)車間主任、技術(shù)主任、設(shè)備主任、工藝員、設(shè)備員和操作人員。有機化工生產(chǎn)多為連續(xù)性生產(chǎn)，裝置操作人員施行倒班制，不同的企業(yè)倒班方式不盡相同，將操作人員分為不同的班組，實行班組間生產(chǎn)交接班制度。每個班組設(shè)有班長和各崗位的操作人員，某些企業(yè)還設(shè)有班組運轉(zhuǎn)工程師。班三倒”是將操作人員分為五個班組，五個班組按固定時間接續(xù)參加生產(chǎn)操作及輪換休息。對于一套新建成的生產(chǎn)裝置而言，要想順利生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，需要經(jīng)歷一個復雜的過程，包括化工裝置試車、正常生產(chǎn)、正常停工。1.化工裝置試車化工裝置試車分為四個階段，即試車前的生產(chǎn)準備階段、預試車階段、化工投料試車階段、生產(chǎn)考核階段。從預試車開始，每個階段必須符合規(guī)定的條件、程序和標準要求，方可進入下一個階段，做到安全穩(wěn)妥，力求一次成功。(1)試車準備試車準備工作包括：組織準備，成立組織機構(gòu)，建立各項管理制度；人員準備，編制具體定員方案和人員配備計劃，操作員培訓考核合格；技術(shù)準備，主要任務是編制各種試車方案、生產(chǎn)技術(shù)資料及管理制度，使生產(chǎn)人員掌握各裝置的生產(chǎn)操作、設(shè)備維護和異常情況處理等技術(shù)；安全準備，確定安全預防的主要內(nèi)容、安全措施并完成安全培訓；物資準備，與相關(guān)部門溝通、各種物資穩(wěn)定供應到崗；外部條件準備，與相關(guān)部門簽訂協(xié)議、辦理有關(guān)的審批手續(xù)等；產(chǎn)品儲運準備，儲存設(shè)施與生產(chǎn)裝置完整銜接，確保產(chǎn)品輸(2)預試車預試車的主要任務是在工程安裝完成以后，化工投料試車之前，對化工裝置進行管道系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部處理、電氣和儀表調(diào)試、單機試車和聯(lián)動試車，為化工投料試車預試車過程中，應根據(jù)工藝技術(shù)、設(shè)備設(shè)施、公用及輔助設(shè)施等情況和裝置的規(guī)模、復雜程度，主要控制以下環(huán)節(jié)：管道系統(tǒng)壓力試驗；管道系統(tǒng)泄漏性試驗；水沖洗；蒸汽吹掃；化學清洗；空氣吹掃；循環(huán)水系統(tǒng)預膜；系統(tǒng)置換；一般電動機器試車；汽動機、泵試車；往復式壓縮機試車；烘爐；煮爐；塔、器內(nèi)件的裝填；催化劑、吸附劑、分子篩等的充填；熱交換器的再檢查；儀表系統(tǒng)的調(diào)試；電氣系統(tǒng)的調(diào)試；工程中間交接；聯(lián)動試車。單機試車的主要任務：對現(xiàn)場安裝的驅(qū)動裝置空負荷運轉(zhuǎn)或單臺機器、機組以水、空氣等為介質(zhì)進行負荷試車。通用機泵、攪拌機械、驅(qū)動裝置、大機組及與其相關(guān)的電氣、儀表、計算機等的檢測、控制、聯(lián)鎖、報警系統(tǒng)等，安裝結(jié)束都要進行單機試車，以檢驗其除受工藝介質(zhì)影響外的力學性能和制造、安裝質(zhì)量。當單項工程或部分裝置建成，管道系統(tǒng)和設(shè)備的內(nèi)部處理、電氣和儀表調(diào)試及單機試車合格后，由單機試車轉(zhuǎn)入聯(lián)動試車階段，生產(chǎn)單位和施工單位應進行工程中間交接。工程中間交接一般按單項或系統(tǒng)工程進行，與生產(chǎn)交叉的技術(shù)改造項目，也可辦理單項以下工程的中間交接。工程中間交接后，施工單位應繼續(xù)對工程負責，直至竣工驗收。聯(lián)動試車的主要任務：以水、空氣為介質(zhì)或與生產(chǎn)物料相類似的其他介質(zhì)代替生產(chǎn)物料，對化工裝置進行帶負荷模擬試運行，機器、設(shè)備、管道、電氣、自動控制系統(tǒng)等全部投用，整個系統(tǒng)聯(lián)合運行，以檢驗其除受工藝介質(zhì)影響外的全部性能和制造、安裝質(zhì)量，驗證系統(tǒng)的安全性和完整性等，并對參與試車的人員進行演練。聯(lián)動試車的重點是掌握開、停車及模擬調(diào)整各項工藝條件，檢查缺陷，一般應從單系統(tǒng)開始，然后擴大到幾個系統(tǒng)或全部裝置的聯(lián)運。(3)化工投料試車化工投料試車的主要任務：用設(shè)計文件規(guī)定的工藝介質(zhì)打通全部裝置的生產(chǎn)流程，進行裝置各部分之間首尾銜接的運行，以檢驗其除經(jīng)濟指標外的全部性能，化工裝置原始啟動的傳統(tǒng)習慣是按照工藝流程由前到后順序進行，主要是由于后面工序的物料必須由前面工序提供。隨著裝置大型化及生產(chǎn)實踐，人們逐漸認識到了“倒開車”方案重要技術(shù)的經(jīng)濟意義，逐漸得到了企業(yè)肯定并被普遍采用?！暗归_車”是指在主裝置或主要工序投料之前，用外供物料先期把下游裝置或后工序的流程打通，待主裝置或主要工序投料時即可連續(xù)生產(chǎn)。通過“倒開車”,充分暴露下游裝置或后工序在工藝、設(shè)備和操作等方面的問題，及時加以整改，以保證主裝置投料后順利打通全流程，做到化工投料試車一次成功，縮短試車時間，降低試車成本。有機化工裝置試車進行一段時間后，因裝置檢修、預見性的公用工程供應異常或前后工序故障等所進行的有計劃的主動停車，稱為常規(guī)停車。若在試運行過程中，突然出現(xiàn)不可預見的設(shè)備故障、人員操作失誤或工藝操作條件惡化等情況，無法維持裝置正常運行造成非計劃性被動停車，稱為緊急停車。緊急停車分為局部緊急停車、全面緊急停車。局部緊急停車學習情境一有機化工生產(chǎn)基本知識5是指生產(chǎn)過程中，某個(或部分)設(shè)備或某個(或部分)生產(chǎn)單元的緊急停車，全面緊急停車是指生產(chǎn)過程中，整套生產(chǎn)裝置系統(tǒng)的緊急停車?；ね读显囓嚱Y(jié)束后，化工裝置進入提高生產(chǎn)負荷和產(chǎn)品質(zhì)量、考驗長周期安全穩(wěn)定運行性能的階段。生產(chǎn)單位應逐步加大系統(tǒng)負荷、提高裝置產(chǎn)能、降低原料消耗、優(yōu)化工藝操作指標，對各類安全設(shè)施進行長周期運行考驗，發(fā)現(xiàn)和整改存在的問題，以實現(xiàn)裝置安全平穩(wěn)運行、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、工藝指標最佳、操作調(diào)節(jié)定量、現(xiàn)場環(huán)境舒適、經(jīng)濟效益最大的(4)生產(chǎn)考核生產(chǎn)考核的主要任務：對化工裝置的生產(chǎn)能力、安全性能、工藝指標、環(huán)保指標、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備性能、自控水平、消耗定額等是否達到設(shè)計要求進行全面考核，包括對配套的公用工程和輔助設(shè)施的能力進行全面鑒定，裝置考核的時間一般情況下為72h。2.正常生產(chǎn)裝置投產(chǎn)成功之后，進入正常生產(chǎn)階段，主要任務是在確保安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，正確使用和維護設(shè)備、儀表，控制和調(diào)節(jié)各相關(guān)參數(shù)在生產(chǎn)要求的范圍之內(nèi)，穩(wěn)定連續(xù)地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，并盡量做到能耗最低。3.正常停工由于技術(shù)改造、設(shè)備檢修、催化劑再生等原因，生產(chǎn)裝置連續(xù)運行一定時間之后，需要按計劃、指令安排停工，稱為裝置正常停工。正常停工是一項綜合性的工作，過程時間長，涉及專業(yè)和部門多，按停工方案統(tǒng)一指揮，確保安全停工，實現(xiàn)“停好、改好、修好”的任務三有機化工生產(chǎn)評價一、生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力是評價有機化工生產(chǎn)效果的主要指標之一。生產(chǎn)能力是指一臺設(shè)備、一套裝置或一個工廠在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或在單位時間內(nèi)處理的原料量，其單位為“kg/h”、“t/d”、“kt/年”、“萬噸/年”等。例如，百萬噸乙烯裝置即該裝置產(chǎn)品乙烯的生產(chǎn)能力為100萬噸/年。生產(chǎn)能力又可以分為設(shè)計能力和實際生產(chǎn)能力。設(shè)計能力是某一設(shè)備或裝置在最佳條件下可以達到的最大生產(chǎn)能力，但是同類的設(shè)備或裝置，由于技術(shù)水平的差異，設(shè)計能力會不同。實際生產(chǎn)中由于管理、技術(shù)、人員素質(zhì)等各種因素影響，生產(chǎn)能力往往達不到設(shè)計值。二、轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率對于有機化工生產(chǎn)過程而言，化學加工即化學反應是核心，反應進行的程度、反應向目的產(chǎn)品方向進行的趨勢以及最終產(chǎn)品的收率是過程效率的關(guān)鍵評價指標。(1)轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是表示進入系統(tǒng)的原料與參加反應的原料之間的數(shù)量關(guān)系。轉(zhuǎn)化率越大，說明參加反應的原料量越多，轉(zhuǎn)化程度越高。由于進入反應器的原料一般不會全部參加反應，所以轉(zhuǎn)化率的數(shù)值小于100%。工業(yè)生產(chǎn)中有單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率之分。單程轉(zhuǎn)化率是以反應器為研究系統(tǒng)，總轉(zhuǎn)化6有機化工生產(chǎn)技術(shù)率以生產(chǎn)過程為研究系統(tǒng)，適合于有循環(huán)的過程。對同一個工藝過程而言，總轉(zhuǎn)化率高于單程轉(zhuǎn)化率。(2)選擇性對于復雜的有機反應，轉(zhuǎn)化掉的原料會同時生成產(chǎn)品和副產(chǎn)物，因此轉(zhuǎn)化率并不能很好地衡量產(chǎn)品生成的趨勢，需要用選擇性來衡量。選擇性表示參加主反應的原料量與參加反應的原料量之間的數(shù)量關(guān)系。選擇性越好，說明參加反應的原料生成的目的產(chǎn)物越多，原料利用更充分合理。(3)收率收率是從產(chǎn)物的角度衡量反應過程的效率，它表示進入反應器的原料與生成目的產(chǎn)物所消耗的原料之間的數(shù)量關(guān)系。收率越高，說明進入反應器的原料中，消耗在生產(chǎn)目的產(chǎn)物上的數(shù)量越多。收率也有單程收率和總收率之分。對于穩(wěn)定連續(xù)的生產(chǎn)過程，為了簡便，可以采用質(zhì)量收率來衡量過程進行的好壞。一個反應過程效果的好壞不能單用轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率這三個指標之一衡量。原料的轉(zhuǎn)化率高，只能說明反應掉的原料量多，如果此時選擇性差，則大量的原料轉(zhuǎn)化生成副產(chǎn)物，消耗了原料，產(chǎn)品收率并不高，實際反應效果差，因此，在一個反應過程中上述三個指標要綜合考慮。三、消耗定額消耗定額是指生產(chǎn)單位產(chǎn)品所消耗的各種物質(zhì)和能量，即每生產(chǎn)1t100%的產(chǎn)品所需要的原料數(shù)量、輔助原料及動力的消耗情況。消耗定額的高低說明生產(chǎn)工藝水平的高低和操作技術(shù)水平的好壞。生產(chǎn)中應選擇先進的工藝技術(shù)，嚴格控制各操作條件在適宜范圍，才能達到高產(chǎn)低耗，即低消耗定額的目的。環(huán)氧乙烷生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，簡稱EO,在一定條件下可以與水、醇、氨的化合物和氫鹵酸等發(fā)生反應，生成大量的有機產(chǎn)品，因此是重要的有機合成原料。它主要用于制造乙二醇(EDC),還可以生產(chǎn)乙醇胺類產(chǎn)品，如一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺。乙二醇醚類，可以作溶劑、噴汽式發(fā)動機燃料添加劑、表面活性劑、多元醇、聚酯纖維和薄膜、合成洗滌劑、非離子表面活性劑、增塑劑和潤滑劑、消毒劑、熏蒸劑、火箭推進劑、石油抗乳化劑、洗滌劑等，具有廣泛的應用價值。因此，環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)具有十分重要的意義。部分企業(yè)環(huán)氧乙烷產(chǎn)品的生產(chǎn)能力見表2-1。生產(chǎn)能力/(萬噸/年)中石化上海石油化工公司中石化揚子石化公司中石油遼陽石化分公司中石油吉林石化分公司6中石油撫順石化分公司3某企業(yè)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)5萬噸/年。采用高純度乙烯和氧氣按一定比例，在甲烷作穩(wěn)定劑及銀催化劑作用下，氣相反應生成環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷在吸收塔用水吸收后與其他氣體分離，含環(huán)氧乙烷的富吸收液經(jīng)過解吸分離出產(chǎn)品。解吸出的環(huán)氧乙烷水溶液脫除輕組分，然后將含較低濃度產(chǎn)品的水溶液送到產(chǎn)品精制塔，塔頂?shù)酶呒兌拳h(huán)氧乙烷產(chǎn)品。目前企業(yè)招收一批新員工，經(jīng)過企業(yè)三級安全教育之后的新員工即將參加生產(chǎn)工藝培訓，培訓合格后將成為環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的操作工人，他們的首要任務是了解裝置的生產(chǎn)方法和原理，熟悉和掌握生產(chǎn)工藝流程的組織。環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法如下。1859年，法國化學家Wurtz首先以氯乙醇與氫氧化鉀作用生成了環(huán)氧乙烷，該法經(jīng)過8有機化工生產(chǎn)技術(shù)不斷的改進，發(fā)展成為早期用于工業(yè)生產(chǎn)的氯醇法技術(shù)。1914年工業(yè)上已開始以Wurtz的氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。1925年UCC公司以氯醇法建成了世界上第一個商業(yè)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷氯醇法的生產(chǎn)原理是首先由氯氣和水進行反應生成次氯酸，乙烯經(jīng)次氯酸化生成氯乙醇，然后氯乙醇與氫氧化鈣發(fā)生皂化生成環(huán)氧乙烷粗品，再經(jīng)分餾、精制得環(huán)氧乙烷產(chǎn)品。氯醇法的特點是使用時間比較早，乙烯的利用率較高。但是，由于其生產(chǎn)過程中存在消耗大量的氯氣、設(shè)備腐蝕現(xiàn)象嚴重、生產(chǎn)成本高、污染大、危險性大、產(chǎn)品純度低等不利因素。2.乙烯直接氧化法工業(yè)上采用乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工藝，由于所采用的氧化劑不同而分為兩種：一種是空氣氧化法，另一種是氧氣氧化法。目前，Shell、SD及UCC公司為直接氧化法生產(chǎn)技術(shù)的主要擁有者，其中UCC公司是全球最大的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)商。1931年法國催化劑公司的Lefort發(fā)現(xiàn)：乙烯和氧在適當載體的銀催化劑上作用可生成環(huán)氧乙烷，并取得了空氣直接氧化制取環(huán)氧乙烷的專利。與此同時，美國UCC公司亦積極研究乙烯直接氧化法制備環(huán)氧乙烷的技術(shù)，并于1937年建成第一個空氣直接氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工廠。以氧氣直接氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的技術(shù)是由Shell公司首次于1958年實現(xiàn)工業(yè)化的。該法技術(shù)先進，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品純度可達99.99%,而且生產(chǎn)設(shè)備體積小，放空量少，氧氣直接氧化法排出的廢氣量只相當空氣氧化法的2%,相應的乙烯損失也少。氧氣直接氧化法的流程比空氣氧化法較短，設(shè)備少，建廠投資可減少15%～30%,用純氧作氧化劑可提高進料的濃度和選擇性，乙烯單耗低、催化劑生產(chǎn)能力大、投資省、能耗低，其生產(chǎn)成本大約為空氣氧化法的90%。同時，氧氣氧化法比空氣氧化法的反應溫度低，有利于延長催化劑的使用壽命。因此，近年來新建的大型裝置均采用氧氣氧化法。空氣氧化法的安全性較好，只有生產(chǎn)規(guī)模小時才采用空氣氧化法。一、認識生產(chǎn)裝置實施方法：播放影像資料，了解生產(chǎn)裝置基本組成。乙烯氧氣法氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工藝流程一般由乙烯氧化單元、二氧化碳脫除單元、環(huán)氧乙烷吸收單元和環(huán)氧乙烷精制單元四部分構(gòu)成。為了確保生產(chǎn)安全順利進行，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，工藝中除了原料乙烯和氧氣外，還需要加入抑制劑二氯乙烷、穩(wěn)定劑甲烷、吸收劑碳酸鉀和水。環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的流程基本過程如圖2-1所示。氧水回收圖2-1環(huán)氧乙烷生產(chǎn)流程框圖二、識讀工藝流程圖均勻混合達到安全組成，再加入微量抑制劑二氯乙烷。原料混合氣與反應后的氣體換熱，預熱到一定溫度，進入裝有銀催化劑的列管式固定床反應器2。反應器操作壓力2.02MPa,反應溫度498～548K,空間速率(簡稱空速)為4300h-1左右。乙烯單程轉(zhuǎn)化率12%,對環(huán)氧乙烷的選擇性為79.6%。反應器采用加壓熱水沸騰移熱，并副產(chǎn)高壓蒸汽。反應后氣體可產(chǎn)生中壓蒸汽并預熱原料混合氣，而自身冷卻到360K左右，進入環(huán)氧乙烷吸收塔4。該塔頂部用來自環(huán)氧乙烷解吸塔7的循環(huán)水噴淋，吸收反應生成的環(huán)氧乙烷。未被吸收的氣體中含有許多未反應的乙烯，其大部分作為循環(huán)氣經(jīng)循環(huán)機升壓后返回反應器循環(huán)使用。為控制原料氣中氬氣和烴類雜質(zhì)在系統(tǒng)中積累，可在循環(huán)機升壓前間斷排放一部分送去焚燒。為保持反應系統(tǒng)中二氧化碳的含量<9%,需把部分氣體送二氧化碳脫除系統(tǒng)處理，脫除CO?后再返回循環(huán)系統(tǒng)。從環(huán)氧乙烷吸收塔底部排出的環(huán)氧乙烷水溶液進入環(huán)氧乙烷解吸塔7,目的是將產(chǎn)物環(huán)氧乙烷通過汽提從水溶液中解吸出來。解吸出來的環(huán)氧乙烷、水蒸氣及輕組分進入該塔冷凝器，大部分水及重組分冷凝后返回環(huán)氧乙烷解吸塔，未冷凝氣體與乙二醇原料解吸塔頂蒸氣及環(huán)氧乙烷精餾塔頂餾出液匯合后，進入環(huán)氧乙烷再吸收塔8。環(huán)氧乙烷解吸塔釜液可作為環(huán)氧乙烷吸收塔4的吸收劑。在環(huán)氧乙烷再吸收塔中，用冷的工藝水作為吸收劑，對解吸后的環(huán)氧乙烷進行再吸收，二氧化碳與其他不凝氣體從塔頂排空，釜液含環(huán)氧乙烷的體積分數(shù)約8.8%,進入乙二醇原料解吸塔。在乙二醇原料解吸塔中，用蒸汽加熱進一步汽提，除去水溶液中的二氧化碳和氮氣，釜液即可作為生產(chǎn)乙二醇的原料或再精制為高純度的環(huán)氧乙烷產(chǎn)品。在環(huán)氧乙烷解吸塔中，由于少量乙二醇的生成，具有起泡趨勢，易引起液泛，生產(chǎn)中要加入少量消泡劑。環(huán)氧乙烷精制塔10以直接蒸汽加熱，上部脫甲醛，中部脫乙醛，下部脫水?？克攤?cè)線采出質(zhì)量分數(shù)>99.99%的高純度環(huán)氧乙烷產(chǎn)品，中部側(cè)線采出含少量乙醛的環(huán)氧乙烷并返回乙二醇原料解吸塔，塔釜液返回精制塔中部，塔頂餾出含有甲醛的環(huán)氧乙烷，返回乙二醇原料解吸塔以回收環(huán)氧乙烷。乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工藝流程示意如圖2-2所示。利用流程考核軟件進行畫圖測試。優(yōu)良中掌握生產(chǎn)裝置基本組成能識讀乙烯氧化制環(huán)氧乙烷工藝流程圖能利用考核軟件畫出正確流程圖流程考核軟件的使用繪圖環(huán)氧乙烷產(chǎn)品的主要危險性環(huán)氧乙烷沸點10.5℃,常壓下具有乙醚的氣味，高濃度時有刺激臭味，環(huán)氧乙烷對眼睛、皮膚和黏膜有嚴重刺激，它能引起皮膚過敏，吸入環(huán)氧乙烷能對中樞神經(jīng)系統(tǒng)等產(chǎn)生影響(如惡心、持續(xù)性嘔吐、頭痛、肌肉衰弱、麻痹)。環(huán)氧乙烷易溶于水其水溶液對皮膚有嚴重刺激。工作人員為了避免與環(huán)氧乙烷氣體和其溶液接觸，受污染的皮鞋應扔掉，受污染的衣服應洗滌晾干后再用。水溶液中環(huán)氧乙烷嚴重刺激眼睛，在處理產(chǎn)品液體或溶液時，應戴防護面罩和護目鏡。若濺入眼中，應立即用水沖洗10min,并送醫(yī)院觀察。如果吸入產(chǎn)品蒸氣，應將受害者移至新鮮空氣安全處，假如停止呼吸則實施人工呼吸，立即送醫(yī)院觀察。若誤食環(huán)氧乙烷，不得催吐，適當飲水(0.25L)立即送醫(yī)院。環(huán)氧乙烷爆炸極限為3.6%～80%,加熱到560℃即使缺乏空氣也將爆炸性分解，在有酸、堿或鹵化物、鐵、鋁等金屬氧化物存在下，液體環(huán)氧乙烷在環(huán)境溫度下極易爆聚。環(huán)氧乙烷熱聚開始于100℃,一旦開始鐵將成為加速劑，溫度失控，聚合被自動加速產(chǎn)生爆炸性分解，慢性聚合同樣可能發(fā)生，產(chǎn)生固體聚合物，其加熱較穩(wěn)定。環(huán)氧乙烷泄漏時，不懂生產(chǎn)的人員應首先撤離現(xiàn)場，用大量水稀釋，這樣可提高閃點，減少燃燒的可能性。注意由于水溫可能高于EO的溫度，水量不夠則可加速EO蒸發(fā)量。由于環(huán)氧乙烷的水溶液同樣可產(chǎn)生易燃易爆蒸氣，必須用大量水沖洗。用24倍于EO量以上的水稀釋，在環(huán)境溫度下低于1%的水溶液產(chǎn)生的蒸氣在空氣中是不燃的。要防止泄漏液體進入地溝留下的潛在危險，如果大量泄漏要通知有關(guān)部門，特別是消防部門。環(huán)氧乙烷密度為0.8711g/cm3,其蒸氣重于空氣，可遠距離傳播火源并點燃。如果出現(xiàn)火情，較好的滅火辦法是切斷氣源，干粉是最好的滅火劑，儲槽著火時，設(shè)法不讓EO設(shè)備過熱，最好任火燒盡，假如不可能做到，則最好采用醇阻泡沫滅火劑。非容器內(nèi)的EO著火，可采用大量水滅火，既可大量稀釋，又可對鄰近設(shè)備降溫保護。非常情況下，鄰近儲罐、封閉區(qū)域內(nèi)至少采用100倍的水稀釋。任務二反應崗位操作條件影響分析溫度、壓力和原料的配比等操作條件控制得當，可以減少副反應，提高產(chǎn)品收率，直接影響生產(chǎn)的效率和效益。了解操作條件的確定依據(jù)以及條件變化對生產(chǎn)的影響才能在實際生產(chǎn)中按照生產(chǎn)要求進行操作條件的監(jiān)控和調(diào)節(jié)控制，確保生產(chǎn)安全順利的進行。一、生產(chǎn)原理與主反應進行熱效應的比較可以看出，生成CO?和H?O的主要副反應的反應熱是主反應的十幾倍。因此，生產(chǎn)中必須嚴格控制反應的工藝條件，以防止副反應加劇；否則，勢必引起操作條件惡化，最終造成惡性循環(huán)，甚至發(fā)生催化劑床層“飛溫”現(xiàn)象，即由于催化劑床層大量積聚熱量造成催化劑床層溫度突然飛速上升的現(xiàn)象，從而使正常生產(chǎn)遭到破壞。二、催化劑為使乙烯氧化反應盡可能向生成目的產(chǎn)物環(huán)氧乙烷的方向進行，必須選擇合適的催化劑，目前工業(yè)上乙烯直接氧化生成環(huán)氧乙烷的最佳催化劑均采用銀催化劑。工業(yè)上使用的銀催化劑由活性組分銀、載體和助催化劑組成。載體的主要功能是提高活性組分銀的分散度，防止銀的微小晶粒在高溫下燒結(jié)。載體比表面積大，有利于銀晶粒的分散，催化劑初始活性高，但比表面積大的催化劑孔徑較小，反應產(chǎn)物環(huán)氧乙烷難以從小孔中擴散出來，脫離表面的速率慢，從而造成環(huán)氧乙烷深度氧化，選擇性下降。因此，工業(yè)上選用比表面積小、無孔隙或粗孔隙型的惰性物質(zhì)作載體，常用的只含活性組分銀的催化劑并不是最好的，必須添加助催化劑，不僅能提高反應速率和環(huán)氧乙烷選擇性，還可使最佳反應溫度下降，防止銀粒燒結(jié)失活，延長催化劑使用壽命。堿金屬、堿土金屬和稀土元素等具有助催化作用，堿金屬助催化劑的主要作用是使載體表面酸性乙烯直接氧化和其他多數(shù)反應一樣，反應速率隨溫度增加而加快。研究表明，主反應的活化能比深度氧化副反應的活化能低。因此，反應溫度升高，可加快主反應速率，而副反應速率增加更快，即反應溫度升高，乙烯轉(zhuǎn)化率提高，選擇性下降，反應放熱量增大。如不能及時有效地穩(wěn)定反應熱，便會產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象，影響生產(chǎn)正常進行。當溫度超過300℃實驗表明，在銀催化劑作用下，乙烯在100℃時環(huán)氧化產(chǎn)物幾乎全部是環(huán)氧乙烷，但在此溫度下反應速率很慢。一般說來，操作溫度較低，選擇性高而轉(zhuǎn)化率低；操作溫度較高，則選擇性低而轉(zhuǎn)化率高。工業(yè)生產(chǎn)中，應權(quán)衡轉(zhuǎn)化率和選擇性這兩個方面來確定適宜的操作溫度，以達到較高的氧化收率。對于氧氣氧化法，通常操作溫度為乙烯直接氧化過程的主副反應都是強烈的放熱反應，且深度氧化副反應放熱量是主反應的十幾倍。由此可知，當反應溫度稍高，反應熱量就會不成比例地驟然增加，而且引起惡性循環(huán)，致使反應過程失控。另外，適宜的反應溫度還與催化劑的活性溫度范圍有關(guān)，在催化劑使用初期，活性較高，宜采用較低的反應溫度。由于催化劑活性不可避免地要隨著使用時間的增加而下降，為使整個生產(chǎn)過程中生產(chǎn)效能基本保持穩(wěn)定，宜相應提高操作溫度。乙烯直接氧化反應的過程，因主、副反應基本上都是不可逆反應，因此壓力對主、副反應的平衡影響不顯著。壓力升高，可以提高乙烯和氧的分壓，以加快反應速率，提高反應器的生產(chǎn)能力。目前工業(yè)生產(chǎn)中多數(shù)采用加壓操作，也有利于采用吸收法從反應氣體產(chǎn)物中回收環(huán)氧乙烷。提高操作壓力的缺點是增加了對反應器的材質(zhì)、反應熱的導出以及催化劑的活性和使用壽命等的要求。目前工業(yè)生產(chǎn)中，氧氣氧化法的操作壓力為1.013～3.039MPa。1.原料氣的純度雜質(zhì)對催化劑性能及反應過程帶來不良影響，必須嚴格控制有害雜質(zhì)的含量。硫和硫化物、砷化物以及鹵化物等酸性氣體雜質(zhì)會使催化劑中毒，要求是硫化物含量低于1×10-6g/L,氯化物含量低于1×10-6g/L。乙烯中所含的丙烯易發(fā)生反應，生成乙醛、丙酮、環(huán)氧丙烷等，放出大量熱量，惡化反應過程，操作控制困難。其他烴類還會造成催化劑表面積炭，因此原料乙烯中要求C?以上烴類含量低于1×10-5g/L。乙炔在反應過程中發(fā)生燃燒反應，產(chǎn)生大量的熱量，使反應溫度難以控制在反應條件下，乙炔還可能發(fā)生聚合而黏附在銀催化劑表面、發(fā)生積炭而影響催化劑活性。另外乙炔能與銀生成有爆炸危險的乙炔銀，所以乙炔是非常有毒的雜質(zhì)。甲烷基本上是惰性的，因為它有較大的熱容，有利于反應器穩(wěn)定操作。在原料氣中含有甲烷和乙烷可提高氧的爆炸極限濃度。原料氣中氫和一氧化碳在反應條件下容易被氧化，也應控制在較低濃度，要求氫氣含量低于5×10-6g/L。對于空氣法生產(chǎn)過程，空氣凈化是為了除去對催化劑有害的雜質(zhì)。氧氣法生產(chǎn)過程中，氧氣中的雜質(zhì)主要為氮及氬，雖然二者對催化劑無害，但含量過高會使放空氣體增加而導致乙烯放空損失增加。2.原料氣的配比乙烯與氧氣混合易形成爆炸性的氣體，因此，乙烯與氧氣的配比首先要考慮爆炸極限。生產(chǎn)中必須嚴格控制氧的適宜濃度。氧濃度過低，乙烯轉(zhuǎn)化率低，反應后尾氣中乙烯含量高，影響設(shè)備生產(chǎn)能力。隨著氧濃度的提高，反應速率加快，轉(zhuǎn)化率提高，設(shè)備生產(chǎn)能力提高，但單位時間釋放的熱量大，如果不能及時移出，就會造成“飛對于具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過程，進入反應器的原料是由新鮮原料氣和循環(huán)氣混合而成的。因此，循環(huán)氣中的一些組分也構(gòu)成了原料氣的組成。例如，二氧化碳對環(huán)氧化反應有抑制作用，但是適當?shù)暮坑欣谔岣叻磻倪x擇性，且可提高氧的爆炸極限濃度，故在循環(huán)氣中允許含有一定量的二氧化碳，并控制其體積分數(shù)為7%左右。循環(huán)氣中若含有環(huán)氧乙烷，則對催化劑有鈍化作用，使催化劑活性明顯下降，故應嚴格限制循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的環(huán)氧乙烷裝置中加入穩(wěn)定劑，主要作用是可縮小原料混合氣的爆炸濃度范圍。近年來，工業(yè)生產(chǎn)裝置用甲烷作穩(wěn)定劑，甲烷的存在可以提高氧的爆炸極限，有利于氧氣允許濃度增加，可增加反應選擇性，提高環(huán)氧乙烷的收率。甲烷還具有較高的比熱容，導熱性能好，能移走部分反應熱。環(huán)氧乙烷裝置中加入抑制劑，其作用主要是抑制乙烯深度氧化生成二氧化碳和水等副反應的發(fā)生，以提高反應選擇性。抑制劑主要是有機鹵化物，如二氯乙烷等。目前工業(yè)過程均是將二氯乙烷以氣相形式加入到反應物料之中。四、空速的影響分析空間速率是影響反應轉(zhuǎn)化率和選擇性的重要因素之一。反應空速(GHSV)表達式為：空間速率增大，反應混合氣與催化劑的接觸時間縮短，使轉(zhuǎn)化率降低，同時深度氧化副反應減少，反應選擇性提高，但是會增加循環(huán)物料量?？臻g速率的確定取決于催化劑類型、反應器管徑、溫度、壓力、反應物濃度、乙烯轉(zhuǎn)化率、時空收率及催化劑壽命等許多因素，這些因素是相互關(guān)聯(lián)的。當其他條件確定之后，空間速率的大小主要取決于催化劑性能，催化劑活性高可采用高空間速率，催化劑活性低則采用低空間速率。提高空間速率既有利于反應器的傳熱，又能提高反應器的生產(chǎn)能力。工業(yè)生產(chǎn)中空間速率的操作范圍一般為4000～8000h-1?！救蝿赵u價】【任務評價】優(yōu)良中能進行溫度條件的影響分析生產(chǎn)原理及反應特點催化劑及特點溫度條件的影響能進行壓力條件的影響分析壓力條件的影響能進行原料配比的影響分析原料配比的影響1.氧化反應的分類有機物氧化反應在化工生產(chǎn)中有廣泛的應用，以烴類的氧化最有代表性。烴類的氧化反應可分為完全氧化和部分氧化兩大類型。完全氧化是指反應物中的碳原子與氧化合生成CO?,氫原子與氧結(jié)合生成水的反應過程；部分氧化，又稱選擇性氧化，是指烴類及其衍生物中少量氫原子或少量碳原子與氧化劑發(fā)生作用，而其他的氫和碳原子不與氧化劑反應的過程。選擇性氧化不僅能生產(chǎn)含氧化合物，如醇、醛、酮、酸、酸酐、環(huán)氧化物、過氧化物等，還可生產(chǎn)不含氧化合物，如丁烯氧化脫氫制丁二烯，丙烯氨氧化制丙烯腈，乙烯氧氯化制二氯乙烷等，這些產(chǎn)品是有機化工的重要原料和產(chǎn)品，在化學工業(yè)中占有重要地位。就反應相態(tài)而言，可分為均相催化氧化和非均相催化氧化。目前，化學工業(yè)中采用的主要是非均相催化氧化過程，均相催化氧化過程的應用還是少數(shù)。均相催化氧化通常是指氣-液相氧化反應，習慣上稱為液相氧化反應。液相催化氧化一般具有以下特點：①反應物與催化劑同相，不存在固體表面上活性中心性質(zhì)及分布不均勻的問題，作為活性中心的過渡金屬活性高，選擇性好；②反應條件不太苛刻，反應比較平穩(wěn)，易于控制；③反應設(shè)備簡單，容積較小，生產(chǎn)能力較高；④反應溫度通常不太高，反應熱利用率較低；⑤在腐蝕性較強的體系中要采用特殊材質(zhì)；⑥催化劑多為貴金屬，因此，必須分工業(yè)上常用的均相催化氧化反應有催化自氧化和絡合催化氧化兩類反應。自氧化反應是指具有自由基鏈式反應特征，且能自動加速的氧化反應。非催化自氧化反應的開始階段，由于沒有足夠濃度的自由基誘發(fā)鏈反應，因此具有較長的誘導期。加入催化劑后，能加速鏈的引發(fā)，促進反應物引發(fā)生成自由基，縮短或消除反應誘導期，因此可大大加速氧化反應，稱為催化自氧化，催化劑一般溶解在液態(tài)介質(zhì)中形成均相。工業(yè)上常用此類反應生產(chǎn)有機酸和過氧化物，在適宜的條件下，也可獲得醇、酮、醛等中間產(chǎn)物。反應所用催化劑多為Co、Mn等過渡金屬離子的鹽類，如醋酸鹽和環(huán)烷酸鹽等。在絡合催化氧化反應中，催化劑由中心金屬離子與配位體構(gòu)成。過渡金屬離子與反應物形成配位鍵并使其活化，使反應物氧化而金屬離子或配位體被還原，然后，還原態(tài)的催化劑再被分子氧氧化成初始狀態(tài)，完成催化循環(huán)過程。具有代表性的絡合催化氧化反應是烯烴的液相氧化。在均相絡合催化劑(PdCl?+CuCl?)的作用下，烯烴可氧化生成相同碳原子數(shù)目的羰基化合物，除乙烯氧化生成乙醛外，其他均生成相應的酮，這種方法稱為瓦克法。比較常見的氧化劑有空氣和純氧、過氧化氫和其他過氧化物等，空氣和純氧使用最為普遍?？諝獗燃冄鮾r格低，但其中氧分壓小，含大量的惰性氣體，因此生產(chǎn)過程中動力消耗大，廢氣排放量大。用純氧作氧化劑則可降低廢氣排放量，減小反應器體積。用空氣或純氧對某些烴類及其衍生物進行氧化，生成的烴類過氧化物或過氧酸，也可用作氧化劑進行氧化反應，如乙苯經(jīng)空氣氧化生成過氧化氫乙苯，將其與丙烯反應，可制得環(huán)3.氧化反應的特點①反應放熱量大氧化反應是強放熱反應，氧化深度越大，放出的反應熱越多，完全氧化時的熱效應約為部分氧化時的8～10倍。因此，在氧化反應過程中，反應熱的及時轉(zhuǎn)移非常重要，否則會造成反應溫度迅速上升，嚴重時可能導致反應溫度無法控制，甚至發(fā)生爆炸。利用氧化反應的反應熱可副產(chǎn)蒸汽，一般來說，氣-固相催化氧化反應溫度較高，可回收得到高、中壓蒸汽，氣-液相氧化反應溫度較低，只能回收低品位的能量如低壓蒸汽和②反應不可逆氧化反應為熱力學不可逆反應，受化學平衡限制很小。但對許多反應，為了保證較高的選擇性，轉(zhuǎn)化率須控制在一定范圍內(nèi)，否則會造成深度氧化而降低目的產(chǎn)物的產(chǎn)率。如丁烷氧化生產(chǎn)順酐，一般控制丁烷的轉(zhuǎn)化率在85%～90%,以保證生成的順酐③氧化途徑復雜多樣烴類及其絕大多數(shù)衍生物均可發(fā)生氧化反應，由于催化劑和反應條件的不同，氧化反應可經(jīng)過不同的反應路徑，轉(zhuǎn)化為不同的反應產(chǎn)物，而且這些產(chǎn)物往往比原料的反應性更強、更不穩(wěn)定，易于發(fā)生深度氧化，最終生成二氧化碳和水。因此反應條件和催化劑的選擇非常重要，其中催化劑的選用是決定氧化路徑的關(guān)鍵。④過程易燃易爆烴類與氧或空氣容易形成爆炸混合物，因此氧化過程在設(shè)計和操作乙烯氧化反應崗位包括乙烯氧化反應單元和二氧化碳脫除單元。本崗位利用空分裝置制取的純氧與乙烯在銀催化劑作用下的反應，轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，產(chǎn)物是復雜的混合物，首先采用碳酸鹽溶液吸收CO?,以脫除氧化反應生成的副產(chǎn)物CO?,脫后氣體循環(huán)使用，其他物料送入產(chǎn)品的回收精制系統(tǒng)進行分離。乙烯直接法氧化反應器的結(jié)構(gòu)為帶有固定管板的立式固定床反應器，結(jié)構(gòu)像一個大的列管式換熱器。列管式固定床氧化反應器的典型結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。反應器內(nèi)有多根裝催化16有機化工生產(chǎn)技術(shù)圖2-3氧化反應器示意T?~Ts—導生液測溫口劑的管子，反應管與管板的連接通常用先預脹后焊接的形式，催化劑均勻分裝在反應管內(nèi)，管內(nèi)下端通常裝有錐形彈簧，用以支撐催化劑。反應列管材質(zhì)一般為不銹鋼無縫鋼管，也有用滲鋁管的。原料混合氣通過管內(nèi)催化劑床層進行氧化反應，反應熱靠管外熱載體帶走，根據(jù)實際需要可以選擇導熱油或加壓熱水。外殼是用鋼板焊制的筒體，管板與筒體可直接焊接。反應器上、下有橢圓形或錐形封頭，封頭用不銹鋼襯里或滲鋁。反應器頂部封頭設(shè)有防爆膜和催化劑床層測溫口。側(cè)面有兩個相對的、按切線方向設(shè)置的原料氣入口。在反應器筒體部分，下部設(shè)有導生或熱水入口，上部設(shè)有導生或水汽出口。在筒體上還設(shè)有若干溫度計插孔，以測量導生液的溫度。筒體內(nèi)殼程，設(shè)有用拉桿固定的若干折流板，以改善傳熱，使催化劑床層溫度盡量均勻。下封頭設(shè)有氧化氣出口。此外，如果反應器的管程與殼程的操作溫差較大，或者筒體與列管材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)相差較大，尚應考慮熱補償，通常是在筒體上加裝置一般采用碳酸鹽(如碳酸鉀)溶液吸收循環(huán)氣中的CO?,以脫除氧化反應的副產(chǎn)物CO?,在堿性溶液中二氧化碳的吸收過程為化學吸收：K?CO?+CO?+H?O→2KHCO?+26.80kJ/mol溫度低，對吸收平衡有利，但反應速率低；當溫度高時，不利于吸收平衡，但反應速率增加帶來的有利因素大于不利因素，所以利用熱的碳酸鹽作吸收劑，無需換熱器來冷卻吸收劑，在經(jīng)濟上有一定的優(yōu)勢。吸收塔一般采用多段填料，如采用鮑爾環(huán)作填料，塔頂裝有除沫器減少夾帶的吸收劑。塔的尺寸設(shè)計基礎(chǔ)是為了防止系統(tǒng)發(fā)泡，加入消泡劑可以最大限度降低發(fā)泡。二氧化碳解吸塔采用浮閥塔板，操作壓力接近于大氣壓，用再沸器和直接蒸汽處理富碳酸鹽液，將CO?從系統(tǒng)中解吸出來，排至大氣。碳酸鹽溶液作為吸收劑可以循環(huán)使用。2KHCO?→K?CO?+碳酸鉀吸收液的含量大致為20%(質(zhì)量分數(shù)),從儲罐中周期地補充碳酸鉀溶液以補償碳酸鉀的損失。與碳酸鉀溶液接觸的設(shè)備采用304L材質(zhì)制造，以防止碳酸鉀溶液中氯化物帶來的應力腐蝕裂紋和碳酸氫鹽的腐蝕破壞?！救蝿諏嵤俊救蝿諏嵤吭O(shè)計的反應控制系統(tǒng)快速靈敏，能維持所需的操作條件。撤熱劑的溫度由撤熱劑的蒸氣壓決定，壓力控制是通過壓力控制器調(diào)節(jié)高壓汽包管線上的閥門來實現(xiàn)的。因此撤熱劑的溫度是通過調(diào)節(jié)反應器殼程的壓力來控制。撤熱劑的溫度控制轉(zhuǎn)化率，加上氣體進料速率和產(chǎn)率，可以確定放熱的速率。設(shè)計轉(zhuǎn)化率所需的撤熱劑溫度低于可造成失控反應(氧氣全部轉(zhuǎn)化成了二氧化碳和水)的撤熱劑溫度5～15℃。在反應器列管的預熱段，管外蒸汽冷凝，釋放的顯熱用來加熱進料氣使氣體溫度迅速升高。在管子的反應區(qū)，初始反應溫度主要決定于催化劑的活性，床層的溫度分布則是由氧濃度的降低和殼程內(nèi)液體靜壓造成的撤熱劑溫度的提高決定的。由于反應放熱，因此催化劑床層與冷卻水有最大溫差點，隨著反應的進行，催化劑使用的最大溫差點逐漸下移。每根催化劑熱電偶套管裝有幾個熱電偶，如果任一點溫度超過正常操作值一定范圍，表明反應中正在產(chǎn)生或已經(jīng)發(fā)生飛溫。當發(fā)生飛溫反應時，必須立即切斷氧氣進料。短時間的飛溫反應可造成局部催化劑失活，長時間的飛溫反應會對催化劑造成永久損害。發(fā)生飛溫反應時環(huán)氧乙烷的收率很低，不能繼續(xù)進行操作。一般控制反應器出口溫度，如果反應器出口溫度高，有幾方面原因，反應器入口氧濃度高或反應器入口乙烯濃度高，使反應加劇；循環(huán)氣中二氯乙烷加放量不足，導致副反應增加；循環(huán)氣流量下降，由循環(huán)氣轉(zhuǎn)移的熱量少，其中二氧化碳的抑制作用不明顯；鍋爐給水量不夠或高壓汽包壓力高，移熱能力不足，也可能出現(xiàn)儀表故障，需要進行分析并做出相應處理，避免溫度失控而停產(chǎn)。2.汽包液位控制反應放出的熱量是利用殼程的水移走的，同時產(chǎn)生高壓蒸汽。正常情況冷卻系統(tǒng)依靠熱虹吸原理工作，從汽包來的水經(jīng)環(huán)狀總管和分配支管進入反應器殼程底部，蒸汽/冷凝液離開反應器殼程同樣經(jīng)過一個環(huán)狀帶有分支的出口系統(tǒng)，回到汽包后和補充水混合。為確保虹吸操作的穩(wěn)定性，汽包中的最低液位也要高出反應底部管板一定高度。反應器蒸汽汽包液位低會引起氧氣聯(lián)鎖系統(tǒng)停車，為確保供水量，在水泵出口安裝特殊開關(guān)，當供水壓力太低時，自動啟動備用泵，汽包的補水也根據(jù)工藝需要預熱到一定溫度才能引入汽包。為減少反應器及有關(guān)設(shè)備的腐蝕和堵塞現(xiàn)象，保持水質(zhì)是至關(guān)重要的。由于磷酸鹽可能使催化劑中毒，不允許加入磷酸鹽，殘留水的硬度會沉積為硬垢，難以去除并降低傳熱性能。反應器殼程裝有檢查孔，便于定期對底部管板和垂直管進行檢查。高壓汽包液位一般控制在50%左右，控制方式采取使撤熱劑系統(tǒng)排污量穩(wěn)定，調(diào)整高壓汽包壓力和補水量，控制高壓汽包產(chǎn)汽量，進而保證高壓汽包液位。如果反應器高壓汽包液位下降，需要考慮是否鍋爐水流量下降、排污量過大、反應溫度升高或者調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故3.反應器入口壓力控制進料量、氮氣補充量、進脫碳系統(tǒng)物料量、循環(huán)氣壓縮機等因素影響反應器入口壓力。根據(jù)生產(chǎn)負荷適當調(diào)整氧氣、乙烯進料量穩(wěn)定；根據(jù)系統(tǒng)壓力調(diào)整甲烷進料和氮氣補充量；根據(jù)脫碳效果，調(diào)整進脫碳系統(tǒng)的物料量；根據(jù)壓差，調(diào)節(jié)循環(huán)氣壓縮機。反應器入口壓力低于正常值可以從以下幾方面進行分析并做出處理，生產(chǎn)負荷低；進入脫除系統(tǒng)循環(huán)氣流量大；穩(wěn)定劑甲烷補充量??；工藝排放量大；循環(huán)氣壓縮機開度過??；儀表故障等。4.反應器出口氧濃度控制生產(chǎn)中需要控制反應器出口氧濃度，其大小受氧氣進料量、乙烯進料量、循環(huán)氣進料量、甲烷進料量、二氯乙烷進料量和反應器床層溫度等因素的影響。如果反應器出口氧濃度高，可能由于以下幾方面原因：進料中乙烯濃度低；反應溫度下降；催化劑活性下降；二氯乙烷量過多；進脫碳循環(huán)氣流量大；進反應器的循環(huán)氣流量大；儀表、分析故障。要根據(jù)實際情況具體分析，并加以處理。如果反應器出口氧濃度持續(xù)升高失控，裝置要轉(zhuǎn)入緊急停車二、二氧化碳脫除單元的操作1.吸收塔出口二氧化碳含量控制析反應器進料氣中二氧化碳的濃度。生產(chǎn)中可以通過增加去二氧化碳脫除系統(tǒng)的循環(huán)氣流量，或增加二氧化碳吸收塔的碳酸鉀循環(huán)量以及增加如果吸收塔出口CO?含量偏高，原因有以下幾方面：進吸收塔的碳酸鹽流量低；由于解吸塔釜的溫度較低，引起貧碳酸鹽中KHCO?偏高；系統(tǒng)由于出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象引起吸收效果下降；吸收塔的循環(huán)氣進料量增大；吸收劑碳酸鹽中醇含量增高。2.吸收塔釜液位控制吸收塔釜液位維持在50%左右，通過調(diào)整進吸收塔的碳酸鉀量和塔釜流出量控制。由于進塔的碳酸鹽流量大，塔釜流出量少或者液位控制系統(tǒng)失靈會導致塔釜液位超高，應該進3.吸收塔頂循環(huán)氣含水控制塔頂循環(huán)氣帶水嚴重時，通過調(diào)整解吸塔的蒸汽量保證碳酸鹽濃度足夠高；調(diào)整進循環(huán)氣和碳酸鉀的量，防止塔頂氣帶水；加入消泡劑，降低系統(tǒng)發(fā)泡的可能性。4.解吸塔釜碳酸鉀濃度控制為了確保貧吸收劑循環(huán)回吸收塔后達到吸收效果，解吸塔釜碳酸鉀濃度要適宜，其濃度受塔壓、釜溫、雜質(zhì)等因素影響。由于塔壓較高、塔釜溫度較低、碳酸鉀中雜質(zhì)含量增加等原因，會導致塔釜K?CO?濃度偏低，要通過增大放空、加大再沸器蒸汽量和補充新的碳酸鉀等措施進行相應調(diào)節(jié)。【任務評價】【任務評價】優(yōu)良中單元操作要點溫度控制汽包液位控制反應器入口壓力控制反應器出口氧濃度控制掌握二氧化碳脫除單元要點吸收塔出口(二氧化碳)含量控制吸收塔釜液位控制吸收塔頂循環(huán)氣含水控制解吸塔釜碳酸鉀濃度控制任務四環(huán)氧乙烷精制崗位操作產(chǎn)品精制崗位包括環(huán)氧乙烷吸收單元和環(huán)氧乙烷精制單元。本崗位首先利用水作為吸收劑初步分離產(chǎn)品，被吸收下來的產(chǎn)品在解吸塔內(nèi)從富吸收液中以水溶液形式解吸出來，水溶液在輕組分塔中脫除微量的二氧化碳和其他輕組分，再經(jīng)過產(chǎn)品塔分離獲得合格的環(huán)氧乙烷一、環(huán)氧乙烷的性質(zhì)環(huán)氧乙烷沸點10.5℃,是無色易揮發(fā)的具有醚類香味的氣體，能與水、醇、醚及其他有機溶劑以任意比例互溶。熔點一111.3℃,燃點429℃。環(huán)氧乙烷能與空氣形成爆炸性混合物，其爆炸范圍為3.6%～80%(體積分數(shù))。環(huán)氧乙烷有毒，容易引起劇烈的頭痛、眩暈、呼吸困難、心臟活動障礙等。接觸環(huán)氧乙烷液體會造成灼傷。二、環(huán)氧乙烷的吸收與解吸環(huán)氧乙烷吸收塔一般采用規(guī)整填料，采用水作為吸收劑，逆向接觸吸收產(chǎn)品，吸收率可達到99.5%以上。吸收塔的壓力是通過排放少量吸收塔塔頂氣體，從而降低惰性組分含量解吸塔是高效浮閥塔板。在升溫過程中，富吸收液中的產(chǎn)品會發(fā)生水合反應，同樣隨著溫度的升高，塔板上滯留的產(chǎn)品會與水進一步水合成乙二醇和二乙二醇，為了減少含有大量產(chǎn)品在塔內(nèi)的停留時間，有助于抑制EO水合，塔板上面裝有規(guī)整填料。同時，要把富吸收液在換熱器和EO解吸塔進料管線中的滯留降到最低程度。為確保產(chǎn)品收率，使水合反應降到最低程度，可采用較低的解吸塔進料溫度和操作壓力來實現(xiàn)。三、環(huán)氧乙烷的質(zhì)量指標要求典型裝置的環(huán)氧乙烷產(chǎn)品質(zhì)量指標要求如表2-2所示。優(yōu)級品一級品純度/%(質(zhì)量分數(shù))≥色度(Pt-Co)/號≤5(無色透明)10(無色透明)≤≤酸度(以乙酸計)/%(質(zhì)量分數(shù))≤二氧化碳含量/%(質(zhì)量分數(shù))≤四、環(huán)氧乙烷的儲存與運輸環(huán)氧乙烷是易燃、易爆、有毒的物質(zhì)，其包裝需采用專用鋼瓶或壓力容器。儲存應在低溫下，并避免高溫和日光曝曬。環(huán)氧乙烷的運輸可使用槽車，也可使用汽車、火車和輪船。儲存環(huán)氧乙烷的設(shè)備，包括儲罐、管道和閥門等應使用碳鋼或不銹鋼材質(zhì)制作，由于環(huán)氧乙烷能與一般塑料和橡膠作用，因此密封墊片應使用含氟塑料。儲罐內(nèi)應有冷卻管，外面有冷卻水噴淋裝置，儲罐內(nèi)環(huán)氧乙烷分壓取決于液體的溫度，根據(jù)預先計算的儲罐總壓，液面上用加壓惰性氣體覆蓋，以減小爆炸的可能性。儲罐還應具有很好的保溫性，并外涂白色。所有設(shè)備都應正確接地，以免由于靜電引起爆炸。新設(shè)備必須先清除鐵銹和積垢，在罐裝之前環(huán)氧乙烷性質(zhì)活潑，由于升溫易發(fā)生自燃，容易發(fā)生激烈的化學反應，或因混入雜質(zhì)引起聚合反應而發(fā)生爆炸危險。因此在儲藏時，必須遠離火源、避免陽光直接照射和間接聚焦照射、必須保持儲槽潔凈并通入制冷劑使其溫度保持在一10℃左右，還必須在儲槽中加入阻一、環(huán)氧乙烷吸收單元的操作1.吸收塔頂出口產(chǎn)品濃度控制為降低產(chǎn)品損失，提高環(huán)氧乙烷的收率，要求控制吸收塔頂出口處產(chǎn)品的濃度。吸收塔頂出口產(chǎn)品的濃度受塔頂溫度、吸收劑循環(huán)量、吸收劑溫度、系統(tǒng)發(fā)泡等因素影響。若吸收塔頂氣體出現(xiàn)環(huán)氧乙烷峰值，提高循環(huán)水量、降低循環(huán)水溫度、進行貧吸收劑置換以降低其中環(huán)氧乙烷含量、加入消泡劑減少發(fā)泡現(xiàn)象。2.吸收塔壓差控制吸收塔壓差控制要依靠調(diào)整貧吸收液流量、循環(huán)氣放空量、進塔循環(huán)氣量、塔的液位等吸收塔壓差指示值偏高，可以適當減少循環(huán)水量、適當放空部分循環(huán)氣以降低進塔的循環(huán)氣流量。如果此時循環(huán)水發(fā)泡嚴重，應該加入適當?shù)南輨?。由于塔板堵塞、儀表故障造成壓差偏高，則需要檢修處理。解吸塔壓差通過調(diào)整貧吸收液流量、解吸塔塔頂壓力、解吸塔液位、解吸塔蒸氣加入量、系統(tǒng)加入的消泡劑量來實現(xiàn)控制。壓差偏高，原因有以下幾方面：發(fā)泡嚴重、蒸汽的加入量太多、循環(huán)水的流量大、塔液位過高。通過緩慢打開消泡劑加入閥，加入適當消泡劑等方式進行調(diào)節(jié)。4.解吸塔塔頂壓力控制正常調(diào)整控制方式：調(diào)整解吸塔液位、蒸汽加入量、解吸塔頂氣液分離罐壓力、解吸塔頂尾氣壓縮機入口壓力、塔進料換熱效果、系統(tǒng)加入消泡劑量，其中主要由尾氣壓縮機入口塔頂壓力高，由于解吸塔頂氣液分離罐壓力和解吸塔頂尾氣壓縮機入口壓力較高、蒸汽加入量太多、塔釜液位高以及塔進料換熱效果不好等原因造成，系統(tǒng)發(fā)泡也是原因之一。二、環(huán)氧乙烷精制單元的操作1.輕組分塔塔釜CO?控制因為任何CO?都有可能形成酸性組分，并引起下游設(shè)備的嚴重腐蝕，所以通過維持足夠的塔頂氣流量來使在塔釜液中CO?含量較低。若輕組分塔塔釜CO?含量高，在排除分析不精2.產(chǎn)品塔塔釜溫度控制回流罐液位一般控制在50%左右，可以通過調(diào)整再沸器加熱介質(zhì)或直接蒸汽量、回流溫度或回流量、回流罐壓力和采出量以及冷凝器的冷卻效果來實現(xiàn)。由于塔釜加熱量大、回流量太小或者塔頂采出量小，均會導致回流罐液位超高。相反，塔釜加熱量小、回流量太大，或采出量大、塔頂冷凝器的冷卻效果不佳等原因會導致回流罐液位降低，同時可以檢查是否儀表故障或者冷凝器出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象。4.產(chǎn)品含醛量控制在高濃度醛下容易生成醛聚合物，產(chǎn)品含醛量必須控制，是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要受控指標。EO產(chǎn)品醛含量高，要適當減少產(chǎn)品采出量、適當增加回流量。5.塔壓差控制塔壓差受塔頂回流量、采出量、回流罐的壓力、塔釜溫度、塔釜液位以及塔進料量的影響。由于塔內(nèi)溫升太快、塔壓波動大、進料量加大、回流量大、塔釜液位高、進料含水量大、產(chǎn)品采出量小等諸多原因可以導致塔壓差升高。除此之外，塔的不正優(yōu)良中單元操作要點吸收塔頂出口產(chǎn)品濃度控制吸收塔塔壓差控制解吸塔塔壓差控制解吸塔塔頂壓力控制解吸塔塔釜溫度控制要點輕組分塔塔釜CO?控制產(chǎn)品塔塔釜溫度控制回流罐液位控制產(chǎn)品含醛量控制塔壓差控制學習情境三甲醇是一種重要的有機化工原料，可以生產(chǎn)甲醛、醋酸、對苯二甲酸二甲酯、氯甲烷、二甲醚等產(chǎn)品，其中最大的消費領(lǐng)域是生產(chǎn)甲醛，消費比例約為40%,在塑料、合成橡膠、合成纖維、農(nóng)藥、染料和醫(yī)藥工業(yè)等方面廣泛應用。甲醇也是合成人工蛋白的重要原料。甲醇在能源領(lǐng)域，由于辛烷值高，具有良好的燃燒性和抗爆性能，可作無煙燃料使用；還可用于直接生產(chǎn)汽油、合成以甲醇為主的醇類混合物燃料，生產(chǎn)MTBE作為汽油添加劑。因此，甲醇的生產(chǎn)具有十分重要的意義。部分企業(yè)甲醇產(chǎn)品的生產(chǎn)能力見表3-1。生產(chǎn)能力/(萬噸/年)中石化齊魯分公司第二化肥廠神華煤制油化工包頭煤化工分公司山東兗礦國宏化工有限責任公司中石油大慶石化分公司甲醇又稱木醇、木酒精，是碳化工中重要的產(chǎn)品之一，生產(chǎn)原料多種，生產(chǎn)方法多樣。某一企業(yè)甲醇的生產(chǎn)能力為10萬噸/年，以天然氣為原料，采用低壓法生產(chǎn)工藝，經(jīng)過原料氣制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾等工序后獲得合格的甲醇產(chǎn)品，為下游的甲醛裝置提供原料。目前企業(yè)招收一批新員工，經(jīng)過企業(yè)三級安全教育之后參加生產(chǎn)工藝培訓，培訓合格后將成為甲醇生產(chǎn)裝置的操作工人，參與裝置生產(chǎn)。按照培訓計劃，首先要認識生產(chǎn)裝置，熟悉和掌握生產(chǎn)工藝流程的組織。制取甲醇的生產(chǎn)方法有多種，包括木材或木質(zhì)素干餾法、氯甲烷水解法、甲烷部分氧化法和合成氣化學合成法。目前，工業(yè)生產(chǎn)中主要是采用合成氣為原料的化學合成法，由于反應壓力的不同，又可分為高壓法、低壓法和中壓法，總的趨勢是由高壓向低壓、高壓法一般指的是使用鋅鉻催化劑，在300～400℃、30MPa高溫高壓下合成甲醇的過程。自從1923年第一次用這種方法合成甲醇成功后，差不多有50年的時間，世界上合成甲醇生產(chǎn)都沿用這種方法，僅在設(shè)計上有某些細節(jié)不同。近幾年來，我國開發(fā)了25～27MPa壓力下在銅基催化劑基礎(chǔ)上合成甲醇的技術(shù)，出口氣體中甲醇含量4%左右，反應溫度2.低壓法低壓甲醇法為英國ICI公司在1966年研究成功的甲醇生產(chǎn)方法，從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷，這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革，它采用51-1型銅基催化劑，合成壓力5MPa。ICI法所用的合成塔為熱壁多段冷激式，結(jié)構(gòu)簡單，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進入催化劑層，用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。低壓法合成塔的形式還有德國魯奇(Lurgi)公司的管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔及美國電動研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)。20世紀70年代，我國輕工部四川維尼綸廠從法國Speichim公司引進了一套以乙炔尾氣為原料日產(chǎn)300t低壓甲醇裝置(英國ICI專利技術(shù))。80年代，齊魯石化公司第二化肥廠引進了德國魯奇公司的低壓甲醇合成裝置。中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進一步發(fā)展起來的，由于低壓法操作壓力低，導致設(shè)備體積相當龐大，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化，因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇合成中壓法，它能更有效地降低建廠費用和甲醇生產(chǎn)成本。例如ICI公司研究成功了51-2型銅基催化劑，其化學組成和活性與低壓合成催化劑51-1型差不多，只是催化劑的晶體結(jié)構(gòu)不相同，制造成本比51-1型高。由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長的壽命，從而使ICI公司有可能將原有的5MPa的合成壓力提高到10MPa,所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式，其流程和設(shè)備與低壓法類似。無論采用哪一種生產(chǎn)方法，甲醇的合成均需要在高溫、高壓、催化劑存在下進行，是典實施方法：播放影像資料，了解生產(chǎn)裝置基本組成。甲醇生產(chǎn)的典型的流程包括原料氣制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾等工序。不同的壓力和不同的凈化方法可以演變?yōu)槎喾N生產(chǎn)流程。高壓法和中低壓法的基本生產(chǎn)工藝過程一致，來自制氣過程的合成氣進入甲醇生產(chǎn)裝置(見圖3-1),經(jīng)過合成氣的凈化、壓縮與合成、甲醇分離與精制三個工藝過程后獲得合格的甲醇產(chǎn)品。其中，壓縮工序?qū)儆诤铣蓫徫坏妮o助系統(tǒng)，由合成崗位統(tǒng)一管轄，因此合成氣制甲醇裝置一般由凈化崗位、合成崗位和分離精制崗位構(gòu)成。甲醇生產(chǎn)裝置的流程基24有機化工生產(chǎn)技術(shù)小于0.2×10-6圖3-2甲醇生產(chǎn)裝置的流程框圖天然氣經(jīng)過蒸汽轉(zhuǎn)化和部分氧化轉(zhuǎn)化后得到合成氣，經(jīng)冷卻脫硫，再經(jīng)過水冷并在氣液分離器中分離出冷凝水后，經(jīng)由三段合成氣壓縮機壓縮，使合成氣壓力略低于5MPa,其中，二、三段壓縮之間采用K?CO?吸收脫除二氧化碳。壓縮后的原料氣與循環(huán)氣混合后在循環(huán)氣壓縮機中增壓至5MPa,進入合成反應器，在銅基催化劑作用下進行合成反應。合成反應器為多段冷激式絕熱反應器，操作壓力為5MPa,操作溫度為240～270℃。由反應器出來的氣體含甲醇6%～8%,與原料氣進行熱交換自身降溫后進入水冷器，使產(chǎn)物甲醇冷凝。冷凝后的粗甲醇在分離器中與氣體分離，分出的氣體含有大量的氫和一氧化碳，一部分返回循環(huán)氣壓縮機循環(huán)使用；為防止惰性氣體積累，將另一部分氣體放空處理。酸甲酯和羰基鐵等；另一類是難揮發(fā)的重組分，如乙醇、高級醇、水等。一般采用兩塔進行精餾分離，便可以獲得純度(質(zhì)量分數(shù))高達99.85%的精制產(chǎn)品甲醇。粗甲醇首先進入脫圖3-3低壓法甲醇合成的工藝流程示意6,12,17,21,24—水冷器；7—氣液分離器；8—合成氣壓縮機；9—循環(huán)氣壓縮機；學習情境三甲醇生產(chǎn)25品塔，塔頂采出產(chǎn)品甲醇，乙醇、高級醇等雜醇油在塔的加料板下6～14塊板處側(cè)線采出，水由塔釜分出。塔釜采出的水經(jīng)預熱脫輕組分塔進料回收余熱后送廢水處理。一般脫輕組分塔約為40～50塊塔板，甲醇產(chǎn)品塔為60～70塊塔板。合成氣制甲醇的低壓法工藝流程示意如圖3-3所示。利用流程考核軟件進行畫圖測試優(yōu)良中掌握生產(chǎn)裝置基本能識讀合成氣制甲程圖能利用考核軟件畫出正確流程圖流程考核軟件的使用繪圖合成氣的生產(chǎn)方法目前工業(yè)上用于生產(chǎn)合成氣的原料主要有三大類，分別是天然氣、石油餾分油、煤及其1.天然氣為原料制合成氣天然氣、煉廠氣、焦爐氣和乙炔尾氣都是生產(chǎn)合成氣的氣體原料，其中天然氣是制造合成氣的主要原料。以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇有蒸汽轉(zhuǎn)化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，其中蒸汽轉(zhuǎn)化法應用得最廣泛，主要反應方程式為：CH?+H?O(g)→CO+3H?CH?+2H?O(g)由于反應強吸熱，工業(yè)上一般采用管式爐作為反應器確保從外部供熱以保持所要求的轉(zhuǎn)化溫度。天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化過程只有約1/4的甲烷進行反應，其余天然氣可繼續(xù)進行部分氧化，不僅所得合成氣配比合適而且殘留的甲烷量明顯減少，增加了合成甲醇的有效氣體組分。蒸汽二段轉(zhuǎn)化法是在催化劑存在及高溫條件下進行的，此法技術(shù)成熟，目前廣泛用于生產(chǎn)合成氣。由天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的過程如圖3-4所示。圖3-4天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣流程框圖2.煤與焦炭為原料制合成氣煤與焦炭是制造合成氣的主要固體原料，需要用蒸汽、氧氣(或空氣、富氧空氣)等氣化劑對煤、焦炭進行熱加工，使之轉(zhuǎn)化成煤氣，簡稱“造氣”。該生產(chǎn)方法有間歇式和連續(xù)式兩種操作方式。其中連續(xù)式生產(chǎn)效率高，技術(shù)先進，它是在高溫下以水蒸氣和氧氣為氣化劑，與煤反應生成CO和H?。主要反應方程式為：C+H?O(g)CO+H?C+2H?O(g氣化的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐，按煤在爐中的運動方式，氣化方法可分為固定床(移動床)氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法。用煤和焦炭制得的氣體組分中氫碳比較低，故在氣體脫硫后要經(jīng)過變換工序。使過量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳，再經(jīng)脫碳工序?qū)⑦^量的二氧化碳除去。3.餾分油為原料的生產(chǎn)方法工業(yè)上用來制取合成氣的液體原料主要是石油餾分油，其中以輕質(zhì)餾分油石腦油和重油為主。目前用石腦油生產(chǎn)合成氣的主要方法是加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法，在高溫、催化劑存在下進行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應，主要反應方程式為：重油包括常壓重油、減壓重油、裂化重油及它們的混合物。以重油為原料制取合成氣有部分氧化法與高溫裂解法兩種途徑。裂解法需在1400℃以上的高溫下，在蓄熱爐中將重油裂解，雖然可以不用氧氣，但設(shè)備復雜，操作麻煩，生成炭黑量多。目前常用技術(shù)是部分氧化法，氧氣在低于完全氧化理論量的前提下發(fā)生部分氧化，放出熱量，主要反應方程式為：當油和氧氣混合不均勻時，處于高溫的油可能會發(fā)生裂解，導致結(jié)焦，因此重油的部分氧化過程中會有炭黑生成。為了降低炭黑生成，提高合成效率，一般向反應系統(tǒng)中加入一定量的水蒸氣。任務二識讀合成崗位帶控制點工藝流程甲醇合成反應崗位是裝置的核心崗位，合格的新鮮原料氣及甲醇分離器分離出來的循環(huán)氣在壓縮機缸體內(nèi)混合，經(jīng)過聯(lián)合壓縮機壓縮，壓縮后的原料經(jīng)過預熱送往甲醇合成反應器，在一定壓力、溫度、銅基催化劑作用下合成粗甲醇，并利用余熱副產(chǎn)中壓蒸汽，然后送入蒸汽管網(wǎng)。合成反應崗位開工前需要做大量的準備工作，使之具備開工條件，其中重要的一項是設(shè)備、儀表和流程符合生產(chǎn)要求。對操作人員而言，除了熟知現(xiàn)場工藝之外，必須掌握帶控制點的工藝流程，熟悉各個操作參數(shù)的控制方案。一、壓縮合成部分流程甲醇壓縮合成部分的主要設(shè)備包括蒸汽透平(T-601)、循環(huán)氣壓縮機(C-601)、甲醇分離器(F-602)、精制水預熱器(E-602)、中間換熱器(E-601)、最終冷卻器(E-603)、甲醇合成塔(R-601)、蒸汽包(F-601)以及開工噴射器(X-601)等。蒸汽驅(qū)動透平帶動壓縮機運轉(zhuǎn)，提供循環(huán)氣連續(xù)運轉(zhuǎn)的動力，并同時往循環(huán)系統(tǒng)中補充H?和混合氣(CO+H?),使合成反應能夠連續(xù)進行。甲醇合成是強放熱反應，進入催化劑層的合成原料氣需先加熱到反應溫度(>210℃)才能反應，反應放出的大量熱通過蒸汽包F-601移走，合成塔入口氣在中間換熱器E-601中被合成塔出