通过实验和动力学分析建立环氧乙烷固定床反应器后燃的敏感指标和安全操作域

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Establishment of Sensitive Indicators and Safe-Operation Domain for Postignition in Ethylene Oxide Fixed-Bed Reactors via Experimental and Kinetic Analysis

　　

摘要

在乙烯（C₂H₄）制环氧乙烷（EO）过程中，固定床反应器尾段频繁发生“后燃”现象，导致紧急停车、催化剂不可逆失活，甚至引发火灾或爆炸事故，对工艺安全和运行稳定性构成严重威胁。针对这一工业难题，首先开展了银催化剂单管固定床反应器实验，以筛选EO生产中后燃失控风险的敏感指示物。在不同温度条件下探索了潜在预警物种的浓度演变规律。实验结果表明，CO和C₃H₆可作为识别后燃事件的可靠敏感指示物，在240–250 °C临界温度区间内出现明显的浓度拐点。该拐点区间内的物种浓度可作为识别后燃起始的阈值。这些阈值需根据入口氧含量进行调整。随后，采用加热快速压缩试验机（RCM）测量了不同组成和操作条件下C₂H₄-EO混合物的自燃温度和着火延迟时间，以获得安全操作窗口。RCM测量结果表明，C₂H₄-EO混合物在475 °C开始缓慢氧化，在507 °C以上无催化剂条件下表现出明显的自燃行为。氧和EO浓度升高显著缩短着火延迟时间并增强燃烧强度。进一步结合改进的Aramco-Mech 3.0机理，利用CHEMKIN软件模拟了500 °C下C₂H₄-EO体系的高温氧化路径，识别出CO和C₃H₆为后燃过程中生成的关键副产物。本研究揭示了EO合成过程中后燃的演变特征。所建立的敏感指示物体系和安全操作策略为工业规模EO固定床反应器的早期预警和安全管理提供了理论依据和技术支持。

? 2026 美国化学会