环氧丙烷

环氧丙烷播客文字稿

MM：
欢迎大家收听新一期 Servomex 播客。我是 Servomex 的应用开发工程师 Maria Mokosch，本期播客由我主持。今天我们讨论的主题是环氧丙烷，也称为 PO。本期内容属于我们的氧化工艺系列，欢迎大家访问我们的网站了解更多信息。今天我邀请了两位专家嘉宾。首先是我们的应用经理 Karen Gargallo。你好，Karen。

KG：
你好，Maria。谢谢邀请。

MM：
很高兴你能参加。还有一位嘉宾是我们的全球业务发展经理 Stephen Firth。你好，Stephen。

SF：
早上好。谢谢邀请。

MM：
欢迎 Stephen 和 Karen。今天我们将讨论环氧丙烷。这种无色、活性很强的液体，主要作为中间体用于生产下游产品，例如聚醚或聚醚多元醇，以及丙二醇。绝大多数环氧丙烷用于聚醚多元醇的生产。聚醚被用于柔性或硬质泡沫。到 2020 年，丙二醇的市场份额已超过 20%。

丙二醇主要用于食品加工、制药以及防冻和防冰系统。Karen，你能为我们进一步介绍一下这种化学品吗？

KG：
当然。环氧丙烷之所以重要，正如你所说，是因为它具有高度的多功能性。它是生产聚氨酯原材料的关键成分，而聚氨酯又被广泛用于成千上万种日常用品的制造。我们看到，尤其是在亚太地区，随着护肤品和化妆品需求的增长，环氧丙烷的产量也在持续上升。

除了用于防冻剂之外，它还被用于生产建筑行业中的硬质泡沫保温材料。同时，家具、软装、座椅垫以及汽车内饰中所使用的材料，很多也是由聚氨酯制成，而这些都离不开环氧丙烷。除此之外，由于其自身的分子结构特性，它还被用作其他中间产品的基础原料。

MM：
Stephen，你能给我们介绍一下环氧丙烷的实际生产工艺吗？

SF：
环氧丙烷可以通过多种工艺路线生产。实际上，几乎每一家生产商都有自己的工艺路线。最早实现商业化的工艺是氯醇法，该方法一直使用到上世纪八十年代中后期和九十年代中期，随后逐渐被过氧化物路线所取代，这类工艺通常同时生产环氧化物和苯乙烯单体等产品。

氯醇法之所以逐步被淘汰，是因为它涉及具有致癌风险的物质。因此，如今的主流工艺仍然基于对不同物料进行精确控制的氧化反应来生产环氧丙烷。而环氧丙烷本身是一种反应性很强的物质。

因此，整个过程必须非常谨慎地操作。需要有足够的氧气才能推动反应进行，但氧气过量则可能导致反应失控，甚至引发爆炸。如果氧气不足，反应效率又会大幅降低。可以说，这是一个典型的“刚刚好”反应，氧含量必须精确控制在最佳区间内。

MM：
也就是说，氧气是这一工艺中最关键、最需要控制的参数之一。

SF：
是的。环氧丙烷的生产几乎完全围绕着氧气测量展开。在不同的工艺阶段，都需要进行氧含量测量。在任何一套环氧丙烷装置中，都会配置数量众多的氧分析仪，通常采用二取三投票系统，因为氧气浓度在整个工艺流程中的多个关键点都必须被严格控制。

在环氧丙烷装置中，氧分析仪往往是数量最多的一类分析仪。虽然还有其他一些测量项目，稍后我们会提到，但氧气无疑是最核心、最重要的测量参数。

KG：
正如 Stephen 所说，在环氧丙烷的氧化路线中，氧气测量至关重要。我们在乙烯氧化物播客中也提到过，在任何直接氧化工艺中，选择合适的分析技术不仅关系到过程控制，更直接关系到反应安全。

MM：
从客户角度来看，在这些工艺中会面临哪些挑战，Servomex 又是如何帮助他们应对的呢？

SF：
正如我们之前所描述的，环氧丙烷的生产是一种温和但高度敏感的氧化反应。因此，氧气测量是核心，这通常依赖顺磁氧分析技术。当然，在工艺的其他位置，也会用到红外或氧化锆技术。

客户的首要目标是安全、可靠地控制工艺。这通常意味着设备需要安装在危险区域内，因此分析仪必须具备相应的防爆认证。同时，由于这是安全相关测量，客户往往还需要设备具备 SIL 安全完整性等级认证。

从测量本身来看，响应速度非常关键。操作人员需要在反应进入危险状态之前迅速采取措施。此外，由于反应的最佳操作区间非常窄，测量精度也显得尤为重要，确保工艺始终运行在安全且高效的窗口内。

KG：
基于 Stephen 提到的这些要求，用于安全氧测量的理想技术应当不受样气中其他组分的影响，同时还能在低氧到高氧范围内保持高精度。

Servomex 的 OxyExact 2200 分析仪在 0% 到 200% 氧范围内的精度可达 0.01%，也能够测量富氧工况。这为客户提供了稳定、可靠的测量信心。同时，该设备具备 SIL 认证，可用于一取三或二取三的安全投票系统，非常适合这种高风险反应。

MM：
谢谢你，Karen。Stephen，在二取三投票系统中，典型的系统配置是怎样的？

SF：
在环氧丙烷装置中，二取三投票系统通常由三套完全独立的分析系统组成。它们之间不存在任何共同失效点。每一套分析仪都有独立的取样系统，这样即使其中一台需要校准或维护，其余两台仍可继续监测工艺，从而将停机风险降到最低。

取样系统本身相对简单，但需要特别注意材料选择，因为环氧丙烷具有很强的反应性，所有与样气接触的部件都必须采用合适的材料。

在某些测量点，需要对样气进行加热处理。这时会使用 OxyExact 2222 型号，其顺磁传感器可加热至 110 摄氏度，从而保证样气始终处于气相状态。这对于含有有机溶剂的工况尤为重要，有助于确保氧测量的准确性。

此外，如今的趋势是将样气回送至工艺系统中，而不是直接排放到大气。这要求取样系统具备足够的压力设计，以便将样气安全返回到合适的工艺位置。

MM：
这是一个非常重要的观点。Karen，除了氧气测量之外，还有哪些测量对质量控制同样重要？

KG：
安全始终是第一位的，必须避免失控氧化导致火灾或爆炸。在此基础上，过程控制和质量测量同样关键。

在直接氧化或过氧化物路线中，需要测量引入反应器的空气，也就是氧气本身。同时，还需要监测其他进料组分。例如在 SMPO 工艺中，需要测量进入反应器的乙烯，这通常通过红外分析仪来完成，例如 Servomex 的 SpectraExact 2500。

在更早的阶段，需要将乙烯与苯反应生成乙苯，这时既要测量乙烯浓度，也要关注苯中的水分含量。水分测量同样可以通过红外分析实现。

在后续阶段，还包括乙苯的氧化、过氧化物的脱水以及最终生成苯乙烯和环氧丙烷的过程。在最终产品阶段，还需要通过测量环氧丙烷中的水分来评估产品质量。

MM：
谢谢你，Karen。SpectraExact 2500 是 Servomex 的旗舰分析仪之一。Stephen，你能介绍一下为什么它非常适合该工艺的质量和过程控制吗？

SF：
SpectraExact 本质上是一款红外分析仪。它最大的优势之一在于其取样池与电子部件完全分离。这意味着我们可以测量各种可燃、有毒气体，甚至部分液体，同时确保电子部分的安全。

在环氧丙烷工艺中，需要测量多种不同的气体和液体成分。SpectraExact 可以通过更换光学组件和滤波器，实现多种测量任务。这使客户能够在不同工艺阶段使用同一型号分析仪，从而简化维护和备件管理。

该分析仪具备危险区域认证和 SIL 等级，支持自动校准和自动验证，结构坚固，非常适合在腐蚀性或有毒工况中使用。

此外，工艺中还涉及大量加热炉，用于提供热量。这时会使用我们的 FluegasExact 2700 或 Laser 3 Plus 来进行燃烧控制，测量氧气和一氧化碳，以提升效率并确保安全。

MM：
说到这里，我们也有必要提到 Laser 3 Plus。Stephen，你能介绍一下与 2700 相比，激光分析仪的优势吗？

SF：
可调谐二极管激光技术已在多种工艺中得到应用。它可以用于过程氧测量，也可以用于燃烧烟气中的氧、一氧化碳甚至甲烷测量。

在大型炉体中，例如高度超过五米的裂解炉，激光技术通常优于传统氧化锆技术。激光是原位测量，响应速度快，只需几秒钟即可给出结果，并且测量的是整个炉膛的平均值。这对于大型炉体来说优势明显。

MM：
客户也非常看重 Laser 3 Plus 的低维护需求。通常一年只需进行一次检查，这也是它越来越受欢迎的原因之一。

KG：
从化学结构上看，环氧丙烷是一种环氧化物，具有三元环结构，这使它高度活泼。这一特性既使它成为生产聚氨酯等产品的理想原料，也使其极不稳定且高度易燃。因此，在氧化反应过程中，必须对氧气进行极其严格的控制。

MM：
Karen，你能简要介绍一下氯醇法吗？

KG：
氯醇法是最早用于生产环氧丙烷的工艺之一。该工艺使用丙烯、氯气和水蒸气生成丙烯氯醇，随后通过碱液脱氯生成环氧丙烷。由于涉及环境和安全问题，这一工艺正逐渐被更环保、更经济的直接氧化工艺所取代。

SF：
总体来看，全球环氧丙烷项目数量正在增加，尤其是在亚洲地区。未来十年，该市场预计将保持每年 5% 到 6% 的增长，这一趋势预计将持续到 2030 年代。

MM：
这是一个非常积极的前景。感谢大家收听本期 Servomex 播客。也感谢 Karen 和 Stephen 的精彩分享。欢迎访问 Servomex.com，了解更多关于环氧丙烷及其他氧化工艺的解决方案。下期再见。