几种有竞争力或潜力的电化学新工艺：（2）由丙烯生产环氧丙烷

随着化石能源的日益减少，以及为了保护地球环境而加大可再生能源的开发利用，风电、光电、水电等可绿色电力得到了快速发展，未来各种绿电在整个能源消费中的占比将快速增长。通过开发利用可再生能源的替代合成路线来实现化学工业绿色化是未来化学工业发展的重要趋势之一，通过科研人员的不懈努力，目前已开发了不少具有竞争力的电化学新工艺，预计未来还会有更多、更高效的新工艺涌现。这里拟就近年出现的一些工业上有竞争力或未来有发展潜力的新工艺作一系列介绍，如在这方面有兴趣，可点击关注本”今日头条号”，以便及时获得相关信息。

1 环氧丙烷（PO）及其传统生产工艺简介

环氧丙烷（Propylene oxide，PO），又名、，是非常重要的原料，是仅次于和的第三大类衍生物。环氧丙烷主要用于生产、聚碳酸亚丙酯二醇、丙二醇和各类等，其中聚醚多元醇是生产、保温材料、弹性体、胶粘剂和等的重要原料，各类在石油、化工、、纺织、日化等行业得到广泛应用。同时，环氧丙烷也是重要的基础化工原料，用于合成碳酸丙烯酯、二氧化碳塑料聚碳酸亚丙酯（PPC）。使用环氧丙烷已生产的下游产品近百种，是精细化工产品的重要原料。据预测到2023年，全球环氧丙烷产能将此2018年的1121万吨/年增加到1496万吨/年。我国是环氧丙烷的生产和消费大国。

2019年，我国环氧丙烷产量超过275万吨，同比增长约7.8%，有效产能超过320万吨，占全球总产能的32%左右。2018年，我国环氧丙烷消费量接近310万吨，随着下游产品消费快速增长，环氧丙烷市场需求将大幅度增加，预计2020年国内环氧丙烷需求量将达到360万吨，目前已披露的在建和拟建环氧丙烷项目合计产能超过300万吨，预计2023年国内环氧丙烷总产能将翻倍增长。总体来看，未来我国环氧丙烷市场有较大发展空间。但是，目前我国环氧丙烷生产落后产能比较多，能耗高，污染大，今后应该采用新技术替换落后产能或扩大产能。新出现的电化学环氧丙烷生产技术，投资省、能耗和运营费用低、污染小，是一种值得关注的新工艺。

目前环氧丙烷的工业生产主要有以下几种方法：

(1) 氯醇法。、与水于常压、60 °C加成产生，后者经处理、凝缩、，得到环氧丙烷。该法生产历史悠久，目前工业生产仍占有不小比例，在我国仍占主导。氯醇法的缺点是水资源消耗大，产生大量和废渣，每生产1 t环氧丙烷产生40~50t含氯化物的皂化废水和2 t以上的废渣，该废水具有温度高、pH值高、氯根含量高、COD含量高和悬浮物含量高的”五高”特点，难以处理。同时，氯醇法还消耗大量高能耗的氯气和石灰原料，而氯和钙在废水和废渣中排放掉，生产过程中产生的次氯酸对设备的腐蚀也比较严重。

(3) 异丙苯氧化法（PO/SM工艺）由住友化学公司开发，采用钛基催化剂的，以过氧化氢异丙苯（CHP）为氧化剂，CHP使丙烯环氧化得到环氧丙烷和二甲基苄醇，后者脱水为，然后再加氢生成异丙苯，异丙苯氧化成CHP后循环使用。异丙苯氧化法实际是共氧化法的1种改进，与共氧化法的主要区别在于使用异丙苯替代了乙苯，并且异丙苯循环使用，不产生联产品。由于该工艺无需联产苯乙烯所需的辅加设备，装置投资费用比共氧化法约低1/3，也无需使用氯气的氯醇法工艺所需的防腐设备。

(4) 过氧化氢直接氧化法（HPPO法）。该法是由过氧化氢（双氧水）催化环氧化丙烯制环氧丙烷的新工艺，生产过程中只生成环氧丙烷和水，工艺流程简单，产品收率高，没有其他联产品，基本无污染，属于环境友好的清洁生产系统，是目前比较先进的一种生产方法。

如今过氧化氢真接氧化法工艺分别由（原德固萨，Degussa）与（Uhde）公司、陶氏化学和巴斯夫（BASF）公司联合开发和工业化推广。近年我国也已开发了该技术，并成功工业化。

(5) 氧气直接氧化。美国Lyondell公司正在开发将丙烯、、氧气转化为的直接氧化技术，使用1种由钯和钛的硅酸盐组成的双功能催化剂，用氢和氧产生过氧化氢后立即将丙烯转化为环氧丙烷，整个工艺过程在1台反应器内完成。该技术已进行中试，尚未工业化。

我国前瞻产业研究院的数据显示，目前国内环氧丙烷有效产能为322万吨，氯醇法、共氧化法和HPPO法产能分别占54%、34%和12%。落后的产能仍占多数。

2 电化学生产环氧丙烷的新工艺eShuttle? PO

美国Chemestry公司（加州莫斯兰德）开发了经丙烯的环氧丙烷（PO）生产新工艺eShuttle? PO（图）。环氧丙烷是Chemestry公司的eShuttle技术可用于生产的第二种产品，第一种产品是从乙烯生产二氯乙烷（本头条号9月5日已简要介绍）。eShuttle技术获得了高度认可，2017年获柯克帕特里克化学工程成就奖，此外获得了由美国化学学会绿色化学研究所颁发的2018年绿色化学挑战奖。

eShuttle? PO工艺流程简图与化学原理：

与几种环氧丙烷工艺的比较：

▇ 氯醇法

－ 最大的安装基数－约占全球产能的40%

－ 由于氯碱需求和产生大量废水而导致的高能耗

－ 通常是最低的资本和运营成本流程

▇ 过氧化氢工艺

－ 由于需要生产过氧化氢和PO两个装置，因此投资费用非常高

－ 高能耗，产生温室气体排放

－ 无副产品问题

▇ 副产品流程－POSM和POTBA

－ 每生产1吨的PO副产品产量为2.25吨

－ 单位PO产品的投资费用高

－ PO成本取决于副产品利润和需求

迄今为止eShuttle? PO工艺开发取得的成果：

▇ 实验室所有主要工艺装置的性能目标验证

▇ 在实验室规模内证明了盐的回收和皂化废水的消除能力

▇ 设计并建造了PO连续中试装置。目前正在试运行以验证技术。

▇ 完成PO中试装置的详细工艺危害分析

▇ 完成PO中试装置的调试和初步生产PO

▇ 专利工艺和示范FTO

▇ 工程和许可合作伙伴到位 – TechnipFMC

eShuttle? PO工艺的机会：

▇ 零液体排放：Chemetry的eShuttle? 解决废水问题

－ 增加现有生产商的选址选择

－ 允许在水资源有限的地区生产PO

－ 有可能提高某些地区的丙烯价值

－ 更接近消费市场

▇ 可用于现有生产装置的改造

－ 电力消耗降低60%，废水为零

－ 降低替代现有装置的投资费用

▇ 新建装置费用具有优势

－ 将未开发地区的工厂的投资费用降低25%

－ 将每吨环氧丙烷的运营成本降低>200美元

－ 允许新进入者进入该行业