试析乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究

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1、谨以此论文献给所有关心、帮助和支持我的人国洪超乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：做铆身彳乡足删一一乞魏7，117缀、lIlIJIIJ1131IllIIIIIIllY1830138独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：I氨萨起签字日期：列口年6月'TB学位论文版权使用授权书本

2、学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)肇位论文作者签名：I习江起签字日期：≯Jo年‘月，声导师签字：签字日期：砷辟摘要乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究乙氧基化是环氧乙烷(Ethyleneoxide，EO)与含活泼氢化合物(如醇、胺等)开

3、环聚合或加成的反应。乙氧基化是环氧乙烷精深加工产业中最重要的反应，使用不同的原料通过乙氧基化反应可以制到聚乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚等上千种重要的精细化学品。乙氧基化同时是一类特殊反应，反应强放热，反应物EO易燃、易爆、易分解、聚合、有毒，对生产装置的安全性要求非常高。为了开发新的乙氧基化技术，辽宁奥克化学股份有限公司提出并开展了低碳醇乙氧基化催化精馏新工艺研究开发工作，并建成了1个2000吨／年产品的中试规模的催化精馏装置。鉴于EO的特殊性，对这一新工艺和新装置的安全性和风险性进行科学分析和评价显得尤为重要。本文以此项目为背景，以甲醇乙氧基化生产乙二醇单甲醚为例，对新工艺的

4、安全性进行分析与评价，旨在建立装置的安全评价方法，并为操作应急预案制定提供理论依据。(1)利用ASPENPLUS模拟软件，对催化精馏塔进行了模拟计算，取得了装置优化的操作条件和安全评价基础数据。研究了压力、再沸器负荷、进料醇烷比、精馏段和提馏段高度等关键操作参数对目标产物选择性和收率的影响，取得塔优化的操作条件：EO进料速率174．68kg·h～、甲醇进料速率127．04kg·h～、操作压力0．4Mpa、反应段温度377K、再沸器负荷186．6kW、冷凝器负荷300．2kW、再沸比10．0、进料醇烷比1：1、精馏段高度3．8m、提馏段高度4．2m。在此操作条件下，EO转化率可达99．O％，甲

5、醇转化率达到95％，目标产品单醚的选择性和收率可达91．62％，体现了新工．艺的技术优越性。模拟同时得到了塔内温度、汽液相流量、汽液相摩尔组成等参数分布，得到用于安全评价所需的基础数据——塔内未反应EO的量。(2)针对EO的特殊性，开展了安全评价方法的研究，对装置(工艺)的安全性进行了分析与评价。首先，分析了EO危险性及影响因素，将温度指定为危险指标，将EO操作分为安全区、安全警告区、危险区和灾难区四个区域，依次划分情况，建立了EO体系定量安全评价的参照标准。其次，依据建立的安全评价方法，对装置(工摘要艺)的安全性进行了分析与评价。结果表明，稳态条件下，装置操作温度和压力适中；填料的传热性能

6、良好，不存在局部高温；EO在反应段接近完全转化，操作处于安全区域。最后，为了给工业装置的设计和操作提供安全依据，本文还将新工艺与现有成熟的工业乙烯氧化生产EO和外循环乙氧基化两种工艺进行了比较。结果表明，催化精馏工艺不存在氧气和乙醛等危险性物质，操作条件更“温和”，EO转化率更高，汽液相中浓度更低，其潜在的危险性或危险程度更低。(3)基于事故后果分析法，对催化精馏塔紧急排空后因环氧乙烷扩散引起的危险性进行了定量分析。首先，利用安全评价准则判定了EO的排放类型和扩散类型。研究表明，装置紧急排空的排放类型为连续排放，环境风速大于0．94m·S。1时，扩散类型为非重气云扩散；环境风速小于0．94m

7、·S。时，扩散类型为重气云扩散。其次，利用高斯烟羽模型，计算得到了EO非重气扩散突发火和中毒危险下风向最大距离。计算表明，在不利的环境下，最大距离分别为35．2m和97．4m；利用SLAB模型，得到了EO重气扩散下风向突发火和毒性最大危险距离，研究表明，当EO形成重气云团时，最大危险距离明显大于非重气扩散。最后，利用Multi．EnergyMethod模型计算得到了EO气云爆炸的伤害半径，对设备造成损害和对人