4 Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства.

Известны два основных способа производства оксида эти­лена: классический хлоргидринный и современный метод прямого окисления этилена.

4.1 Хлоргидридный метод

Получение оксида этилена хлоргидридным методом состоит из двух стадий. На первой ста­дии при пропускании этилена и хлора через воду образуется этиленхлоргидрин:

CH₂=CH₂ + Cl₂ + H₂O = ClCH₂CH₂OH + HCl

Температура реакции 48—52°С, давление около 1,1 атм. На второй стадии полученный раствор этиленхлоргидрина омыляется раствором известкового молока (10—12%-ной концен­трации) при температуре 90—100°С, который приливают к этиленхлоргидрину:

Cl-CH₂CH_2-OH2 + Ca(OH)₂ = 2C₂H₄O + CaCl₂ + 2H₂O

Оксид этилена отгоняется затем из водного раствора.

4.2 Метод прямого окисления

Прямое окисление этилена протекает над серебряным ка­тализатором при температуре 220—280°С и давлении 7—10 атм. Реакция протекает в критических условиях; если условия мягкие, образуется мало оксида этилена, в жестких условиях этилен сгорает с образованием диоксида углерода и воды. В качестве окислителя используют кислород воздуха или чис­тый кислород.

CH₂=CH₂ + 1/2О₂ = C₂H₄O

Побочная реакция — глубокое окисление этилена до диоксида углерода с выделением большого количества тепла:

CH₂=CH₂ + 3О₂ = 2СО₂ + 2H₂O

Для окисления применяется 98%-ный этилен, который смешивается с воздухом; концентрация этилена в реакцион­ной смеси составляет при этом 3%. Время контакта с ката­лизатором 1,5 с. Процесс окисления ведется, как правило, на стационарном катализаторе, реже — в кипящем слое.

Экономически более выгодным является получение оксида этилена прямым окислением этилена, так как при этом мето­де не тратится хлор. Себестоимость оксида этилена, полученного прямым окислением, на 20% ниже, чем при получении его хлоргидринным методом. [5]

4.3 Технологические параметры

Процесс синтеза оксида этилена представляет собой гетерогенно-каталитический процесс. Помимо основной реакции получения этиленоксида протекают побочные реакции с образованием углекислого газа и воды:

С₂Н₄ + 0,5О₂ = С₂Н₄О (1)

С₂Н₄ + 3О₂ = 2СО₂ + 2Н₂О (2)

С₂Н₄О + 2,5О₂ = 2СО₂ + 2Н2О (3)

Приведенные реакции окисления экзотермические и необратимые, соответственно равновесие полностью смещено в сторону образования продуктов во всем доступном для ХТП диапазоне изменения температуры и давления. Константа равновесия остается больше чем 10² во всем доступном диапазоне условий.

Процесс окисления проводят при 473-573 К. Реакция окисления этилена до этиленоксида экзотермична, выделяющееся тепло может значительно повысить температуру реакционной среды, вызвать образование точек перегрева в катализаторе и привести к снижению его производительности. Образование точек перегрева можно уменьшить путем осуществления процесса в двух реакционных зонах, расположенных последовательно. окись этилена гомогенный каталитический

Давление не оказывает прямого воздействия на выход целевого продукта. В промышленности процесс обычно проводят под давлением 1,0-2,3 МПа.

Энергия активации полного окисления (2) выше, чем для основной реакции (1). Поэтому при более высоких температурах селективность процесса падает. Для понижения влияния последовательной побочной реакции (3) процесс проводят при небольшом времени контактирования. При этом конверсия этилена не превышает 15-25%, это вызывает необходимость использования циркуляционной схемы для реализации принципа наилучшего использования сырья. [6]