用于精准气体分析的环氧乙烷供应商

环氧乙烷（EO）播客文字稿（中文翻译）

MH：
欢迎大家收听新一期 Servomex 播客。本期主题是环氧乙烷，也就是我们接下来会反复提到的 EO。今天与我一同参与播客的是我们的应用经理 Karen Gargallo。你好，Karen。

KG：
你好，Matt。

MH：
大家应该已经很熟悉我了。我是 Servomex 的应用开发经理 Matt Halsey。Karen，今天我们要讨论的是 EO。这是全球产量最大的化工前驱体之一，被广泛用于多种下游产品。大约 75% 的环氧乙烷用于生产不同类型的乙二醇，这些乙二醇广泛应用于我们日常生活中的各种产品。例如防冻液就是一个非常典型的应用。还有表面消毒剂、灭菌用途，以及 PET 的生产。PET 常用于塑料瓶等产品中。此外，还有其他类型的冷却剂和溶剂。

正如我所说，环氧乙烷的产量非常大。全球每年大约生产 2,000–3,000 万吨。其中大约 300 万吨，也就是全球产量的 10%，由美国的一家制造商生产，因此其市场份额非常大。根据我们的研究，全球大约有 250 到 300 套装置。

从理论上看，生成环氧乙烷所需的反应其实非常简单，就是乙烯的氧化反应。听起来很简单，但实际过程要复杂得多，尤其是在分析和测量要求方面。客户在实际生产中面临许多挑战。今天我们将重点介绍为什么需要 Servomex 的分析仪，以及这些分析仪为何非常适合这些关键测量。

从反应机理上看，环氧乙烷反应确实很简单，就是乙烯的氧化。这是一个高度放热的反应，会释放大量能量，因此也非常危险。Karen，你能否为我们简单介绍一下环氧乙烷工艺是如何运作的？

KG：
谢谢你，Matt。环氧乙烷在常温下是一种无色、易燃的气体。从分子结构来看，环氧乙烷是一个三元环结构，其中包含一个氧原子，因此它被称为最简单的环氧化物。在形成环氧乙烷时，两个相邻碳原子的单键与一个氧原子相连，从而形成这个三元环结构。但正是这种三元环结构，使得分子在几何结构上不稳定。

也正因为这种不稳定性，环氧乙烷具有很高的反应活性。这使它成为生产其他重要化学品的理想原料，例如乙二醇和 PET。然而，这种不稳定性也使环氧乙烷高度易燃、有毒且具有爆炸性。因此，在整个环氧乙烷生产过程中进行安全测量至关重要。

MH：
简单来说，这个反应就是将氧气，通常是纯氧，稍后我们会再详细讨论这一测量点，以及乙烯，两种纯原料按特定比例混合后送入反应器。反应器中在特定的压力、温度和停留时间条件下发生氧化反应。混合气体从反应器入口到出口的停留时间非常短。反应后生成的产物是环氧乙烷，但同时也会生成一些被视为杂质的副产物。那么，这些副产物主要有哪些？

KG：
如果回顾环氧乙烷反应，有时也被称为乙烯环氧化反应，这取决于装置所采用的工艺许可。氧化反应通常使用压缩空气或 100% 纯氧。我们可以简单讨论一下使用空气或纯氧各自的优缺点。在该反应中，进料是乙烯，氧气用于氧化反应。关键在于必须将氧气浓度控制在非常精确的范围内，以避免形成爆炸性混合物。正如你提到的，这是一个高度放热的过程，因此必须严格控制反应器内的温度和反应条件。

MH：
这是一个非常重要的点。全球有多家设备供应商为环氧乙烷工艺提供技术，而且往往具有区域性或国家性特点。但总体而言，主要有两种工艺许可，我们就不在播客中点名了。这两种许可的主要区别之一，在于氧气的引入方式，是使用纯氧还是空气。

氧气进料的测量非常关键。一方面，它用于验证混合喷嘴是否正常工作，确保不会因氧气过少而导致反应效率降低甚至反应无法进行。另一方面，也要避免氧气过多，因为这会在反应器中形成极其危险的爆炸条件。

在进料测量点，如果使用 100% 纯氧，测量的核心就是氧气纯度，也就是“我是否真的得到了 100% 的氧气”。这类测量在氧分析中相对传统，通常采用顺磁式分析仪。Servomex 在此应用中通常使用 OxyExact 2200。

之所以选择 2200，是因为它能够在 Zone 1 或 Div 1 的危险区域内测量高浓度氧气，最高可达 100%。在市场上，无论是 Servomex 还是竞争对手，能够在这种危险区域条件下进行富氧测量的产品都非常有限。OxyExact 2200 以其极高的可靠性和精度被广泛采用。它在整个量程内的标称精度优于 ±0.02% O₂，重复性极高，维护简便。顺磁技术无需参比气体，因此运行成本非常低。

因此，2200 是这一应用的首选。随后，在工艺下游还会有第二个顺磁氧分析应用，用于监测混合气中的氧含量，通常在约 10% 左右。在这一点，同样可以使用 Oxy 1900，但在实际项目中，使用 2200 更为普遍，这样整个装置可以统一分析仪型号，便于维护和管理。之后，在反应器阶段也会再次使用氧分析仪，我们稍后会谈到。接下来，混合气中的另一种关键气体是乙烯。

KG：
是的。乙烯是被氧化生成环氧乙烷的原料。乙烯分子在红外区域具有特征吸收峰，因此可以通过光度红外分析仪进行测量。乙烯进料的测量通常使用 SERVOTOUGH SpectraExact 2500。作为反应进料，测量范围通常为 0–100% 乙烯。和 OxyExact 2200 一样，该测量对分析仪的性能和稳定性要求极高。同时，由于样气具有易燃性，分析仪必须具备相应的防爆和认证能力。

MH：
这一点非常重要。

KG：
Servomex 的 SERVOTOUGH SpectraExact 2500 是其旗舰级光度红外分析仪，采用单光束双波长技术。通过参考波长，可以有效补偿漂移、光源老化以及样品池污染等常见问题。

MH：
而且和许多 Servomex 分析仪一样，2500 的总体拥有成本也非常低。无需参比气体，几乎没有消耗品。

KG：
是的。这也保证了分析仪极高的可用性，这对于环氧乙烷工艺来说尤为重要。

MH：
当氧气和乙烯混合后，就进入反应器阶段，也就是氧化反应真正发生的地方。Karen，你已经提到了一些反应特性。那么在反应器阶段主要有哪些挑战？

KG：
在反应器阶段，氧气测量的精确控制至关重要。氧气浓度过低会导致反应效率下降，产量不足。但氧气过高则可能引发爆炸或反应失控。此外，还存在副反应，会生成二氧化碳和水蒸气。CO₂ 排放带来环境问题，我们希望尽量减少这种副反应的发生。同时，也要防止乙烯进一步氧化生成更多 CO₂ 和水蒸气。环氧乙烷本身高度易燃、反应性强且有毒，一旦发生异常，后果非常严重。

MH：
确实如此。过去已经有多起反应器事故和爆炸的公开报道，造成了人员伤亡，并对周边区域产生严重影响。因此，对这一反应过程的监测至关重要。

反应器内气体的停留时间大约只有一秒左右，反应极其迅速，一旦失控，情况会在极短时间内恶化。因此，我们通常会监测反应器出口的氧气浓度，防止形成危险的爆炸性气体混合物。

这就再次要求分析仪不仅要极其精确和可靠，而且响应速度要非常快。以 OxyExact 2200 为例，其分析仪本体的响应时间仅为几秒，大约 4 秒左右。系统设计则会进一步优化整体响应时间。

此外，2200 的一大优势在于它支持多个变送器连接到一个控制单元。这是因为在这些装置中，氧气测量极其关键，必须具备冗余设计，通常采用投票系统。例如三台 2200 变送器同时测量，至少两台读数一致时，系统才判定工况安全。如果出现严重偏差，装置会自动停机，以确保安全。

一个控制单元最多可连接六个变送器，操作人员可以在一个界面上查看所有诊断信息，操作和维护都非常方便。该分析仪通过了 SIL 2 功能安全认证，具备高可靠性和自诊断能力，能够在出现故障时及时报警，为操作人员提供额外保障。

当工艺中使用纯氧并加入甲烷作为抑制剂时，反应器中的氧气浓度通常低于 1%。

KG：
是的，低于 1%。

MH：
这在安全性上相对更有利。但如果使用空气作为氧源，氧气浓度通常在 5–8% 之间。

KG：
必须低于 8%。

MH：
这个范围更接近危险边界，因此更需要精确控制。这再次说明了进料氧和反应器出口氧测量的重要性。这些测量在环氧乙烷装置中是不可或缺的。

KG：
在反应之后，我们得到的并不是纯环氧乙烷。接下来的步骤是从反应器尾气中回收并分离环氧乙烷。环氧乙烷的一个优势是易溶于水。在吸收塔中，还会加入乙二醇作为消泡剂，防止起泡。随后，使用蒸汽汽提塔将环氧乙烷从水和乙二醇中分离，再通过蒸馏将环氧乙烷与水彻底分离。

MH：
这样我们就得到了纯产品。

KG：
是的，最终得到纯化并储存的环氧乙烷，用于下游化学品的生产。

MH：
在流程图中，我们还会在洗涤段监测乙烯，对吗？

KG：
是的。反应器尾气中仍然含有未反应的乙烯。通过测量乙烯含量，可以评估洗涤器和反应器的效率。该测量的典型范围为 0–5% 乙烯，通常同样使用 SpectraExact 2500。

此外，反应过程中还会生成 CO₂。我们需要将 CO₂ 分离出来，以便回收未反应的乙烯并将其循环回反应器，提高整体效率。

MH：
没错。这些回收的乙烯可以再次利用，提高装置效率。SpectraExact 2500 同样用于监测这一回收乙烯流。

KG：
是的。CO₂ 浓度过高会对催化剂的活性和选择性产生不利影响，甚至损害催化剂。因此，需要通过碳酸钾溶液吸收 CO₂，生成碳酸氢钾，从而降低 CO₂ 浓度。

MH：
这些分析仪通常都需要干燥或无冷凝的样气，因此取样系统同样至关重要。

KG：
是的，取样系统用于控制压力、温度和流量。

MH：
Servomex 在环氧乙烷取样系统方面拥有数十年的经验，能够为客户量身定制系统解决方案。由于分析仪的高可用性对装置运行至关重要，我们也强烈建议客户利用 Servomex 的全球服务网络，进行定期健康检查和维护，避免因分析仪故障导致装置停机。

MH：
再次感谢大家收听本期 Servomex 播客。感谢 Karen 今天的精彩分享。

KG：
谢谢你，Matt，邀请我参与本期播客。

MH：
欢迎大家访问 servomex.com，了解更多关于环氧乙烷的解决方案。网站上有视频和技术资料。感谢收听，我们下期再见。

KG：
谢谢。