本文就生产高纯环氧乙烷装置的SD工艺和Shell工艺进行对比,分析各自的优缺点,供拟采用氧气氧化生产高纯环氧乙烷产品的企业参考。
对比基准
采用SD工艺和Shell工艺的两套生产高纯环氧乙烷装置情况见表1。
由表1可见,A公司采用SD工艺,B公司采用Shell工艺,规模均为200kt/a高纯环氧乙烷,操作时间同是8000h,当量环氧乙烷量和副产乙二醇量稍有差别,对比基准基本一致。
两种高纯环氧乙烷工艺对比
1.原料路线
原料乙烯和纯氧与循环气混合后,进固定床环氧乙烷反应器,在高选择性含银催化剂的作用下发生乙烯氧化反应,主反应生成环氧乙烷,还有一些副反应的发生。反应产生的热量一部分随产物带走使之温度升高,其余部分由反应器壳程锅炉水汽化移走。
2.催化剂
由于环氧乙烷生产成本中原料乙烯成本通常占70%以上,各专利商把开发高性能催化剂作为降低环氧乙烷生产成本主要手段,围绕着高性能催化剂的研制做了大量工作。改进银催化剂的方向,主要以高选择性、高活性和长寿命为主,同时也要考虑耐热、抗毒、催化剂制备的重现性和易于再生等方面。自上世纪90年代Ag-Re-Cs体系出现以后,银催化剂的研发取得重大突破,以Shell、DOW和SD公司为主线,研究重点是高铼酸铵及其助剂,选择性得到大幅提高,初选择性可高达90%左右,但其活性和稳定性差。近年来,高选择性催化剂研究重点是催化剂稳定性,对载体改进,新的牌号催化剂不断推出,选择性已超过90%,催化剂的活性和稳定性日趋提高。
SD公司研制出带有细孔分布、表面酸碱性适中的高表面积载体。在银中添加碱性成份,使选择性增加,并研究出利用过热蒸汽进行干燥的方法,使银与添加组分均匀地附在载体上,大幅度降低反应温度,提高催化剂选择性和寿命,这种高选择性产品Syndox-400系列已在多套装置上应用成功。A公司200kt高纯环氧乙烷装置采用的即为Syndox-400系列。
Shell继1990年推出Ag-Re-Cs体系的高选择性催化剂S-880系列后,银催化剂的研发工作进步很快。从多方面着手对该系列催化剂进行改进与完善,主要进行提高其活性的研究工作,以降低催化剂末期反应温度,从而延长催化剂的使用寿命。相继推出了S-882、S-886、S-888等型号催化剂。高选择性催化剂初始温度明显下降,选择性下降缓慢,反应条件更趋于温和。B公司200kt高纯环氧乙烷装置采用的即为高选择性催化剂S-888。SD和Shell两家公司所提供的催化剂情况见表2。
3.产品质量
SD工艺和Shell工艺生产出的高纯环氧乙烷产品质量相同,高于《工业用环氧乙烷》GB/T13098-2006中的优等品的指标,见表3。
结论
比较Shell和SD这两大专利商提供的催化剂性能,其选择性基本相当,都在88%以上。Shell与SD的催化剂性能相比具有优势,Shell催化剂在选择性基本相当的情况下,其平均寿命为4年,比SD长1年。