化学性质

中文名 环氧乙烷
外文名 Epoxyethane,Ethylene Oxide
别名 氧化乙烯
EO
化学式 C2H4O
分子量 44.05

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CAS登录号 75-21-8
EINECS登录号 200-849-9

物理性质
密度:0.882 g/cm3
折射率:1.3597(20℃)
沸点(℃):10.7
InChI: InChI=1/C2H4O/c1-2-3-1/h1-2H2
职业接触限值:阈限值 1ppm(时间加权平均值);A2(可疑人类致癌物)(美国政府工业卫生学家会议,2004年)。
时间加权平均容许浓度(PC-TWA):2mg/m3(GBZ2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值第一部分:化学有害物质》)
饱和蒸气((kPa):145.91(20℃)
燃烧热(kJ/mol):1262.8
临界温度(℃):195.8
临界压力(MPa):7.19
辛醇/水分配系数的对数值:-0.30
爆炸极限%(V/V):3~100
引燃温度(℃):429
溶解性:与水可以任何比例混溶,能溶于醇、醚。
化学性质
化学性质非常活泼,能与许多化合物发生开环加成反应。 环氧乙烷能还原硝酸银。受热后易聚合,在有金属盐类或氧的存在下能分解。

安全信息

危险事项
健康危害:是一种中枢神经抑制剂、刺激剂和原浆毒物。
急性中毒:患者有剧烈的搏动性头痛、头晕、恶心和呕吐、流泪、呛咳、胸闷、呼吸困难;重者全身肌肉颤动、言语障碍、共济失调、出汗、神志不清,以致昏迷。还可见心肌损害和肝功能异常。抢救恢复后可有短暂精神失常,迟发性功能性失音或中枢性偏瘫。皮肤接触迅速发生红肿,数小时后起泡,反复接触可致敏。液体溅入眼内,可致角膜灼伤。
慢性影响:长期少量接触,可见有神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱。
环境危害:对环境有危害。
燃爆危险:该品易燃,有毒,为致癌物,具刺激性,具致敏性。
急救措施
皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。
消防措施
危险特性:其蒸气能与空气形成范围广阔的爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。若遇高热可发生剧烈分解,引起容器破裂或爆炸事故。接触碱金属、氢氧化物或高活性催化剂如铁、锡和铝的无水氯化物及铁和铝的氧化物可大量放热,并可能引起爆炸。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇火源会着火回燃。
有害燃烧产物:一氧化碳、二氧化碳。
灭火方法:切断气源。若不能切断气源,则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。
灭火剂:雾状水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳。
泄漏应急
应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并立即隔离150m,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。用工业覆盖层或吸附/ 吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方,防止气体进入。合理通风,加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能,将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。

合成方法

(1)氯醇法
以乙烯为原料,先经次氯酸化制得氯乙醇,然后用碱环化而得。具体工艺是:将乙烯和氯气通入水中生成氯乙醇,该反应在耐腐蚀的反应器中进行,氯气、水和乙烯并流通入反应器,在20~50℃和0.2~0.3 MPa下反应,生成2-氯乙醇水溶液,含量一般在6%~7%以下。然后用碱(通常为石灰乳)与氯乙醇反应,进行环合。反应温度控制在100℃左右,生成的环氧乙烷尽快离开反应区,从反应器上部的冷凝口流出,然后汽液分离,蒸馏可得成品。

工艺流程:1、乙烯的次氯酸化反应在温度27-43℃,压力0.2-0.Mpa下进行。所用反应器为塔式反应器。从塔底加入水,在稍上部加入氯气,在再上部加入乙烯。水、次氯酸、乙烯并流向上通过反应器进行反应,得到氯乙醇含量为4%-5%(质量)的反应液;反应副产物为二氯乙烷、二氯乙基醚等。从反应器顶部逸出的气体进入冷凝,不凝气体大部分为未反应的乙烯,除少量放空外,大部分经水洗、碱洗后返回反应循环使用。2、皂化    上述冷凝液与反应器中溢出的反应液一起送入皂化水解塔。水解塔温度低于100℃,压力为常压;加入过量10%-20%的石灰乳,氯乙醇在皂化塔中水解为环氧乙烷后,与其他氯化副产物一起从塔顶蒸出;然后依次经初馏塔和精馏塔脱去低沸物和高沸物后而得环氧乙烷产品。消耗定额(kg/t):乙烯800,氯气2000,石灰1600;同时副产氯化钙3200,二氯乙烷100-150。

 

(2)氧化法
由乙烯与空气或氧气通过银催化剂于200~300℃和1~3 MPa压力下在气相直接氧化制得。
氧化法催化剂一般含银10%~30%,有效助催化剂是碱金属和碱土金属(如铁、钙等)。常用的载体为α-氧化铝或碳化硅,反应后生成氧化气体,于吸收塔内用水吸收,未反应的乙烯循环回反应器,吸收液经解吸蒸馏而得产品。

工艺流程:新鲜乙烯、空气和循环气体混合后在换热器中与反应器中出来的气体换热;然后加入(2-3)×10-6的二氯乙烷,使催化剂活性降低,同是提高其选择性。该混合气体随后进反应器反应;反应后的气体经冷却后进第一水吸收塔,用水吸收其中的环氧乙烷;未吸收的气体大部分返回主反应器循环使用,少量(10%-20%)经补加空气,并预热后进副反应器反应;由副反应器出来的反应气体经冷却后进第二水吸收塔。第一第二吸收塔;塔顶出来的解吸气体进净化塔,从塔底除去残佘的水;塔顶产物再经初馏塔、精馏塔分别除去轻组分和重组分后,得到环氧乙烷产品。消耗定额:乙烯0.9-1.0t/t,二氯乙烷18kg/t,催化剂18kg,冷却水19t/t,空气6000-7000平方立米,蒸汽0.09t/t,电800-1500KW·h/t。

精制方法:主要杂质是醛类(如甲醛、乙醛),通过蒸馏装置可使含醛量不超过54mg/m3。其他精制方法有分子筛吸附法,2-乙基己酸处理法和甲醇蒸取蒸馏法等。

用途

环氧乙烷是一种有毒的致癌物质,以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷易燃易爆,不易长途运输,因此有强烈的地域性。被广泛地应用于洗涤,制药,印染等行业。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。

环氧乙烷有杀菌作用,对金属不腐蚀,无残留气味,可杀灭细菌(及其内孢子)、霉菌及真菌,因此可用于消毒一些不能耐受高温消毒的物品以及材料的气体杀菌剂。美国化学家Lloyd Hall在1938年取得以环氧乙烷消毒法保存香料的专利,该方法直到今天仍有人使用。环氧乙烷也被广泛用于消毒医疗用品诸如绷带、缝线及手术器具。

主要用于制造其他各种溶剂(如溶纤剂等),稀释剂,非离子型表面活性剂,合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。与纤维素发生羟乙基化可合成得水溶性树脂(其环氧乙烷含量约75%)。还可用作熏蒸剂、涂料增稠剂、乳化剂、胶黏剂和纸张上浆剂等。

通常采用环氧乙烷-二氧化碳(两者之比为90:10)或环氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物,主要用于医院和精密仪器的消毒。环氧乙烷用熏蒸剂常用于粮食、食物的保藏。例如,干蛋粉的贮藏中常因受细菌的作用而分解,用环氧乙烷熏蒸处理,可防止变质,而蛋粉的化学成分,包括氨基酸等都不受影响。

环氧乙烷易与酸作用,因此可作为抗酸剂添加于某些物质中,从而降低这些物质的酸度或者使用其长期不产生酸性。例如,在生产氯化丁基橡胶时,异丁烯与异戊二烯共聚物的溶液在氯化前如果加入环氧乙烷,则成品即可完全不用碱洗和水洗。

由于环氧乙烷易燃及在空气中有广阔的爆炸浓度范围,它有时被用作燃料气化爆弹的燃料成份。

环氧乙烷自动分解时能产生巨大能量,可以作为火箭和喷气推进器的动力,一般是采用硝基甲烷和环氧乙烷的混合物(60:40 - 95:5)。这种混合燃料燃烧性能好,凝固点低,性质比较稳定,不易引爆。总的来说,环氧乙烷的上述这等直接用途消费量很少,环氧乙烷作为乙烯工业衍生物仅次于聚乙烯,为第二位的重要产品。其重要性主要是以其为原料生产的系列产品。由环氧乙烷衍生的下游产品的种类远比各种乙烯衍生物多。环氧乙烷的毒性为乙二醇的27倍,与氨的毒性相仿。在体内形成甲醛、乙二醇和乙二酸,对中枢神经系统起麻醉作用,对粘膜有刺激作用,对细胞原浆有毒害作用。

大部分的环氧乙烷被用于制造其它化学品,主要是乙二醇。乙二醇主要的最终用途是生产聚酯聚合物,也被用作汽车冷却剂及防冻剂。其次用于生产乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亚乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游产品。

环氧乙烷主要用于制造乙二醇(制涤纶纤维原料)、合成洗涤剂、非离子表面活性剂、抗冻剂、乳化剂以及缩乙二醇类产品,也用于生产增塑剂、润滑剂、橡胶和塑料等。广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。