CN101405075B - 热集成 - Google Patents

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Abstract

用于在由EO生产EC以供转化成MEG的催化方法中从EC-1反应器中除去反应热并产生冷却液体以供在一个或多个消耗单元中使用的热集成系统，其中该系统包括适合于从EC-1反应器中除去热量的EC-1反应器冷却器，与该反应器冷却器和吸收制冷单元连通且适合于在其间传导中间液体的中间环路，其中该吸收制冷单元适合于产生冷却液体，和适合于传导在吸收制冷单元内产生的冷却液体以供在一个或多个消耗单元中使用的冷却液体环路，该系统使得吸收制冷单元利用在EC-1反应器内产生的热量产生用于冷却液体环路和消耗单元的冷却液体，其中该系统另外包括具有独立冷却源的停车冷却器，所述停车冷却器适合于代替吸收制冷单元或与吸收制冷单元一起用于从EC-1反应器除去热量，和其中该系统另外包括独立的冷却液体备用源，所述冷却液体备用源适合于代替吸收制冷单元或与吸收制冷单元一起用于产生冷却液体用于一个或多个消耗单元；在该热集成系统中使用的控制系统；两相分离器，用于在来自EC-1反应器的侧线引出内分离两相流，在第一隔室内提供到EC-1的液体循环和在第二隔室内提供到第二EC反应器EC-2的两相流，使得到达EC-2反应器的两相流是稳定的，该分离器适合于在该方法和热集成系统中使用；它们相应的方法；和该系统与分离器在EO/乙二醇(EG)单元中的用途。

Description

热集成
技术领域
本发明涉及：由环氧乙烷(EO)生产碳酸亚乙酯(EC)以供转化成单乙二醇(MEG)的方法中的热集成系统；在该热集成系统中使用的控制系统；在该方法和热集成系统中使用的两相分离器；它们的相应方法；和该系统与分离器在EO/乙二醇(EG)单元中的用途。
背景技术
通过EO反应生产EG，从而产生作为主要产物的MEG。MEG主要用于生产聚酯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，和在较小的程度上用于机动车冷却系统内，其中它充当防冻剂。
在结合的EO/EG方法中生产EG，该方法提供非常有效的热集成。该集成方法通常分成四个部分：EO反应和CO2除去加上EO回收；轻质馏分(LE)除去和EO纯化；EC/MEG反应和MEG回收；以及MEG纯化。
在EO反应部分中，通过使气态乙烯和氧气在催化剂上在高温(200-300℃)和高压(15-20巴)下反应生产EO。在催化剂上的反应产生大量的热量，所述热量通过在反应器的壳程产生蒸汽而除去。所产生的蒸汽用作装置内的热介质。
在EC/MEG反应部分中，EO与CO2反应成EC。在一个系统中，在串联排列且其中转化大部分EO的两个反应器EC-1和EC-2内进行反应。剩余的EO视需要可在管状反应器、EC精制反应器内转化。在约100℃的温度下，EC-1反应器产生约24千卡/克摩尔(100kJ/gmol)的反应热。这一热量必须借助侧线引出和冷却从反应器中除去，并循环到反应器中。这在US-6080897中进行了讨论。
在US-6080897中的系统内，在EC部分中产生的热量是低温热，它不可能提升为有用的能量，例如用于产生蒸汽。我们现已发现，有可能将EC-1反应器和装置内别处的其它单元之间的热量集成，同时借助液体循环中的冷却仍然实现所需的EC-1反应器温度和冷却液体的生产。
发明内容
根据本发明最宽的方面，提供了在由EO生产EC以供转化成MEG的催化方法中从EC-1反应器中除去反应热和产生冷却液体以供在一个或多个消耗单元中使用的热集成系统，其中该系统包括：适合于从EC-1反应器除去热量的EC-1反应器冷却器，与EC-1反应器冷却器和吸收制冷单元连通且适合于在其间传导中间液体的中间环路，其中该吸收制冷单元适合于产生冷却液体，和
适合于传导在吸收制冷单元内产生的冷却液体以供在一个或多个消耗单元中使用的冷却液体环路，
该系统使得吸收制冷单元利用在EC-1反应器内产生的热量产生用于冷却液体环路和消耗单元的冷却液体，
其中该系统另外包括具有独立冷却源的停车冷却器，所述停车冷却器适合于代替吸收制冷单元或与吸收制冷单元一起用于从EC-1反应器中除去热量，
和其中该系统另外包括独立的冷却液体备用源，所述冷却液体备用源适合于代替吸收制冷单元或与吸收制冷单元一起用于产生冷却液体用于一个或多个消耗单元。
中间环路适合地为密闭环路。优选地，停车冷却器在中间环路的旁路内，由此中间液体可通过停车冷却器转向到旁路中用于除热或者可保持在中间环路内。
优选地，中间环路包括吸收制冷单元的旁路，由此中间冷却液体可传导到吸收制冷单元中用于除热或者可旁路通过吸收制冷单元。
优选地，独立的冷却液体备用源包括独立的备用吸收制冷单元。此处提到冷却液体的备用源和备用的吸收制冷单元是指附加的独立源和单元，其在吸收制冷单元没有(完全)操作时可用作备用操作，且可视需要处于长久使用或操作状态。
EC-1反应器冷却器可以在EC-1反应器的外部或内部。优选地，EC-1反应器冷却器在外部。优选地，EC-1反应器冷却器位于EC-1反应器液体循环内，所述EC-1反应器液体循环包括来自EC-1反应器的侧线引出和液体循环。优选地，来自EC-1反应器的循环占全部反应器原料流量的50-99％，更优选80-95％。循环由此提供反应热的除去和反应器温度的控制。
优选地，本发明的系统包括多个控制器、多个控制阀和一个或多个控制单元，其中控制器将涉及EC-1反应器负载和消耗单元需求的信号提供给控制器或控制单元或其结合、和/或提供给调节停车冷却器与吸收制冷单元操作的控制阀。
优选地，控制器位于EC-1反应器上；位于EC-1反应器液体循环内，优选在EC-1反应器冷却器和EC-1反应器之间在EC-1反应器冷却器的下游；位于中间环路上，优选在EC-1反应器冷却器的上游在吸收制冷单元和EC-1反应器冷却器之间；和/或位于冷却液体环路上，优选在吸收制冷单元的下游和消耗单元的上游。控制阀位于停车冷却器旁路内和与停车冷却器旁路平行的中间环路内，以调节到停车冷却器的中间液体流量；和/或位于EC-1反应器冷却器上游的EC-1反应器液体循环内；和/或位于吸收制冷单元的旁路内。
优选地，控制器各自按照程序测量涉及EC-1反应器的计划负载和反应器转化率、中间环路的温度或流量、EC-1反应器液体循环内的流量、或冷却液体环路的温度的值，与各自的设定值相比较并向控制器、控制单元和/或控制阀输送输出信号，以调节停车冷却器的负载、在中间环路旁路内的流量、EC-1反应器液体循环内的流量和/或吸收制冷单元的操作。
优选地，涉及计划负载和EC-1反应器转化率的测量值选自温度、转化率和流量，和更优选为温度。优选地，控制器由此是温度或流量控制器或其结合，更优选EC-1反应器和冷却液体环路的控制器是温度控制器，和中间环路的控制器是温度和流量控制器的结合。
本发明的系统提供中间液体的中间环路，用于从EC-1反应器中除去热量，以驱动吸收制冷单元并返回中间液体用于从EC-1反应器中除去更多的热量，和在吸收制冷单元不能为中间液体提供充分的冷却以除去EC-1反应的全部热量的情况下，将中间环路与在中间环路的旁路内的单独的停车冷却器联合使用以除去EC-1反应器的热量。因此，EC-1反应器的热量可用于产生冷却液体，所述冷却液体可在其它系统内的消耗单元中的任何地方使用，且没有损害或危及EC-1反应器或消耗单元的操作。
附图说明
现针对下述实施例和附图以非限制性的方式阐述本发明的实施方案，其中：
图1示出了现有技术的EC/MEG单元；
图2-5和图7-10示出了本发明的热集成系统和控制系统的实施方案。
图6示出了在本发明的系统中使用的分离器。
具体实施方式
下文所指的生产用水或冷却水(CW)可以是任何外部水，且可以是例如海水或类似物。中间液体和冷却液体适合地为任何惰性的调节液体，例如软化水或类似物。适合地，CW在该场所的环境温度下。适合地，中间液体充当换热液体且在低于EC-1反应器内容物温度的低温和因与EC-1反应器内容物换热导致的高温之间变化。优选地，高温足够高，以驱动吸收制冷单元。适合地，冷却液体充当换热液体，且在低于该场所的环境温度的低温和因与消耗单元换热导致的高温之间变化。
在本发明的热集成系统的一个实施方案中，来自控制器或控制单元的信号调节停车冷却器的控制阀和与停车冷却器平行的控制阀的操作，且可任选启动用于停车冷却器的CW供应设备的控制单元和控制阀的信号。优选地，一个或多个控制单元输送信号到控制阀，以控制转向到停车冷却器的中间液体量和经中间环路的正常路线旁路通过停车冷却器的中间液体量。优选地，控制单元由此检测控制器测量的数值偏离设定值的程度并调节停车冷却器和任选的停车冷却器CW供应设备的控制阀的开放或闭合程度。
优选地，该系统另外包括用以调节EC-1反应器的温度的EC-1反应器调温冷却器。适合地，调温冷却器包括在EC-1反应器液体循环内。优选地，调温冷却器位于EC-1反应器液体循环内在EC-1反应器冷却器的下游和EC-1反应器的上游。优选地，EC-1反应器液体循环控制器位于EC-1反应器液体循环内在调温冷却器下游的出口处。
在一个实施方案中，调温冷却器处于EC-1反应器液体循环控制器的控制下，所述控制器反过来接收来自EC-1反应器控制器的信号并将信号输送给调温冷却器CW供应的控制阀，精细调节或控制EC-1反应器液体循环温度在优选的循环温度范围内。这将允许该系统维持所要求的冷却负荷，所述冷却负荷将限制EC-1反应器温度升高或降低而高于或低于设定值。当该系统安装在其中环境温度低和CW温度低(例如约15℃)的场所时，这一实施方案是特别优选的，因为可精细地控制调温冷却器的冷却负荷。优选地，EC-1反应器液体循环控制器还输送信号给调节停车冷却器的中间环路控制器。
在特别有利的这一实施方案中，调温冷却器能借助其独立于其它单元提供对EC-1反应器温度的精确微调，而EC-1反应器冷却器能提供较大的冷却负荷，但精度较低，这是因为它依赖于用于冷却的中间环路。优选地，操作调温冷却器直到基本上或接近最大CW流量，在此点在调温冷却器下游的EC-1反应器液体循环上的控制器指示导致停车冷却器的操作或负荷增加的进一步的冷却需要。相反，如果控制器指示较小的冷却需要，则停车冷却器向下调节，或者若完全关闭，停车冷却器被旁路通过和用调温冷却器继续冷却负荷。
在替代的实施方案中，围绕调温冷却器存在旁路，并且在旁路内的旁路起点(takeoff)之后有控制阀。附加的控制阀位于调温冷却器的入口处。在调温冷却器旁路中的控制阀通过EC-1反应器冷却器上游的流量控制器控制。在调温冷却器入口处的控制阀通过位于调温冷却器下游(在旁路再接入EC-1反应器液体循环物流的点的下游)的温度控制器控制。在这一实施方案中，不需要用于调温冷却器CW供应的控制阀来控制EC-1反应器液体循环温度。对于其中调温冷却器的冷却负荷低的系统(例如，调温冷却器的负荷为10％和EC-1反应器冷却器的负荷为90％)来说，这一实施方案是特别优选的。这是因为，即使需要较少的冷却，仍可维持调温冷却器CW的相对高流量(因为EC-1反应器液体循环物流可绕旁路转向)，且这避免了在调温冷却器CW的流量低时因氯化物累积导致可能出现的腐蚀。若不存在用于调温冷却器CW供应的控制阀，则优选在调温冷却器入口处的控制阀具有最小的阀门开度，以避免在低的环境温度情况下引起调温冷却器出口处为非常低的温度和在EC-1反应器液体循环物流内可能的EC结晶。
优选地，控制器和控制单元连续监控所测量的值并输送所计算的信号，以恢复测量值到设定值。
优选地，前面定义的控制单元包括处理器和在处理器控制下的存储器；该存储器采用软件编程，所述软件设计为能使处理器进行如下步骤：将测量值例如温度或流量信号与设定值例如温度或流量相比较，和任选地另外将高于或低于设定值的任何偏差量化，和输送信号以便直接或间接调节控制阀，例如激活或旁路通过停车冷却器、或激活调温冷却器，并且任选地另外调节其操作水平，如前所定义的。
在一个实施方案中，本发明的热集成系统检测在EC-1反应器内的过高温度，从而要求在中间环路内附加的冷却，或者在第二个实施方案中，检测消耗单元对冷却液体需求的扰动或中断，从而要求吸收制冷单元的中间液体旁路，或在第三个实施方案中，例如在开车、停车或下调操作中，检测EC-1反应器内用于产生冷却液体的热量产生不足，从而要求消耗单元的冷却液体备用供应操作。
在第一个优选的实施方案中，中间环路上在EC-1反应器冷却器入口处的控制器输送数字信号给中间环路控制单元，显示测量值正常或异常，即对应于设定值或偏离设定值，例如显示出相应的温度或过高的温度，而在中间环路上停车冷却器旁路上游的控制器也输送数字信号给中间环路控制单元，显示正常或异常的测量值，例如正常的中间液体流量或零流量，控制单元接收正常的信号且不给出进一步的信号或给出恒定的信号，或者接收异常的信号并将所得信号输送给旁路通过停车冷却器的中间环路内的控制阀，以降低流量，且还输送给停车冷却器控制单元，所述控制单元将计算包含异常信号和所得信号的函数的信号，并输送计算的信号给停车冷却器旁路内的控制阀，以调节停车冷却器的中间液体流量和维持中间环路内的恒定流量。
在特别的优点中，在这一实施方案内的本发明系统提供从EC-1反应器中连续除热，和此外借助三个冷却器提供EC-1反应器的平稳温度控制。停车冷却器存在于停车冷却器旁路内从旁路内具有控制阀的中间环路到停车冷却器之间并在中间环路内。当借助吸收制冷单元和调温冷却器提供不充足的冷却时，停车冷却器将借助EC-1反应器液体循环内的控制器的动作例如检测温度而自动起作用(take over)。控制器和控制单元的结合的作用将保持在EC-1反应器液体循环和中间环路内总的中间液体循环恒定，并供应更多的CW到停车冷却器中。
在第二个实施方案中，在从吸收制冷单元到消耗单元的冷却液体环路内的控制器监控涉及在吸收制冷单元下游的冷却液体环路温度的测量值并检测该测量值为正常或异常，即相当于设定值或偏离设定值，例如相应的或下降的温度表示冷却液体被消耗单元正常或异常消耗，并输送信号到控制阀，以维持到吸收制冷单元或旁路通过吸收制冷单元的流量。旁路通过吸收制冷单元反过来由于中间环路温度升高而被检测到，并导致前面定义的停车冷却器操作。在特别的优点中，在其中消耗单元需求下降或终止的情况下，旁路通过吸收制冷单元将避免吸收制冷单元内的过度冷却导致制冷单元吸收剂不希望的沉淀。
在第三个实施方案中，通过独立的能量供应驱动的备用吸收制冷单元位于与吸收制冷单元平行的冷却液体环路内，其与在备用的吸收制冷单元下游的控制器在一起并与用于独立能量供应的控制阀连通。控制器检测异常的测量值，例如高于设定值的温度表示冷却液体的冷却不足，并输送信号给用于独立能量供应的控制阀，以操作备用吸收制冷单元冷却在冷却液体环路内流动以供消耗单元使用的液体。在特别的优点中，这在来自EC-1反应器的反应热不可用时或当得不到充足的热量以提供满足消耗单元需求的冷却液体时提供冷却液体。
通过在单一的制冷系统内提供吸收制冷单元和备用的吸收制冷单元，在热集成系统的控制下，可独立于EC-1反应器操作冷却液体供应。优选地，备用吸收制冷单元通过低压蒸汽驱动。
因此，本发明提供冷却系统，所述冷却系统提供对EC-1反应器温度的独立控制，对冷却液体温度的独立控制，和在低通过量时将两个系统解耦合，例如在开车、停车、或者下调操作中，即在低于EC-1反应器50％操作的任何点。更具体地，本发明提供集成除热作为热集成系统的一部分，且包括两个不同的制冷单元：通过废热加热的吸收制冷单元，其与通过蒸汽加热的独立的备用吸收制冷单元耦合。当该装置开车、停车或下调且不存在来自于EC-1反应器的废热时，后者以单独的模式操作，而当来自EC-1反应器的废热可用时，前者也操作。
在本发明的特别的优点中，备用制冷单元能使制冷系统运行最多约50％的能力，例如在40-60％能力范围内。优选地，当EC-1反应器在大于约50％负荷下运转时，吸收制冷单元单独或与备用制冷单元一起处于操作状态，和当EC-1反应器在小于约50％负荷下运转时，至少备用制冷单元处于操作状态。在这一情况下，停车冷却器对于任何显著的热量除去要求来说是运转的。在停车冷却器同时操作的例外情况下，可通过操作者手动下调备用制冷单元来使能量合理分配，从而避免用于冷却负荷的独立能量供应的过度消耗。因此，对于最多50％设计能力的生产量的热集成，可至少保持EC和消耗单元解耦合。
当EC-1反应器的生产量增加并接近50％时，装置其余部分的生产量类似增加并接近50％，和备用吸收制冷单元不再满足需求，由此在吸收制冷单元下游的冷却环路控制器显示冷却环路温度增加，且通过操作中间环路上在吸收制冷单元上游的控制阀，引起吸收制冷单元运转。因此，如前面所定义的停车冷却器控制系统逐渐减少停车冷却器的负荷。
在最多50％的生产量下，优选操作者手动设定吸收制冷单元下游的冷却液体环路控制器的设定值高于控制器下游的备用吸收制冷单元的设定值，以便强制冷却液体负载被备用的吸收制冷单元承担。在50％的生产量下，手动校正该设定值将缓和备用吸收制冷单元贡献的增加速度。
一旦EC-1反应器的生产量超过50％和对冷却液体的增加需求引起该系统激活吸收制冷单元，则通过逐渐降低吸收制冷单元下游的冷却液体环路控制器的设定值，在停车冷却器和吸收制冷单元之间实现过渡和最终切换。
可在由EO制备EC以供转化成MEG的任何催化工艺中使用本发明的系统。优选地，在制备MEG的催化工艺中使用该系统，所述催化工艺包括其中在催化剂存在下使EO与CO2反应从而形成含EC的反应溶液的步骤，其中通过将反应溶液中的EC水解将该反应溶液转化成MEG水溶液的水解步骤，和其中通过蒸馏从MEG水溶液中获得纯化的MEG和含催化剂的催化剂溶液的蒸馏步骤。优选地，催化剂与EO、CO2、水和MEG一起存在于鼓泡塔反应器内。优选地，采用范围为50-200℃，更优选70-170℃，更优选90-150℃，最优选100-127℃的工艺侧温度操作该系统。
优选地，EC-1反应器在范围为70-110℃的入口温度下操作。优选地，由提供所需流体流量的泵向EC-1反应器供应纯的EO或EO的含水混合物，由循环CO2压缩机供应CO2，由提供所需流体流量的泵供应催化剂溶液，并且还由提供所需流体流量的泵提供EC-1反应器液体循环(它来自与中间冷却环路和调温冷却器的换热)。适合地，EC-1反应器液体循环流占全部反应器原料流量的50-95％，例如80-92％，由此能够为放热的EC反应提供反应器冷却和温度控制。优选地，调温冷却器调节EC-1反应器的温度增加，如前所定义的，从而提供高的MEG选择性。优选地，反应器的停车冷却器和调温冷却器一起能除去至少50％的EC-1反应器负荷。
在特别的优点中，热集成系统可作为封闭环路系统操作，所述封闭环路系统包括EC-1反应器冷却器、中间冷却环路和吸收制冷单元。然而，需要确保EC-1反应器或冷却液体消耗装置可独立地操作，这使得需要不同的冷却器和制冷单元作为封闭集成系统操作，从而在前面所定义的热集成系统内使用两个吸收制冷单元。本发明的热集成系统通过将EO和MEG部分解耦合，在EC-1反应器开车和停车时提供操作灵活性。
我们已发现，本发明的系统首次提供了前面所定义的三种不同的操作模式以及包括热集成本身的总的灵活性。在特别的优点中，采用封闭中间环路提供平稳的热集成。平稳的热集成对于保持总的蒸汽消耗具有竞争性是重要的。
可采用本领域已知的基于在低压下蒸发冷却流体和在流体吸收剂内吸收的原理操作的任何合适的吸收制冷单元来操作本发明的热集成系统。优选地，冷却流体是水，和吸收剂是溴化锂溶液，它是强的吸水剂。每一吸收制冷单元包括安装在不同高度处的两个壳体。下部的壳体分成吸收器和蒸发器部分，而上部的壳体由发生器和冷凝器组成。在本发明的系统中使用的制冷单元优选仅包括单一的解吸器，而不是多个解吸器，例如两段解吸器。冷却流体的蒸发热由待冷却流体提供。通过吸收实现压力梯度。从EC-1反应器中除去的热量和/或外部能量用于驱动制冷单元的发生器。
优选地，将热集成系统与两相分离器联合使用，所述两相分离器用于在来自EC-1反应器的侧线引出内分离两相流，在第一隔室内提供到EC-1的液体循环和在第二隔室内提供到第二EC反应器EC-2的两相流，使得到达EC-2反应器的两相流是稳定的。优选地，分离器在第二隔室内没有液位的情况下操作，以便向EC-2反应器驱动两相流，从而避免分离容器的液位累积和溢流以及干扰从液体循环中除去气体的危险。从液体循环中分离蒸气对于避免在EC-1反应器液体循环中的反应器循环泵内形成气穴是重要的。
优选地，两相分离器位于在EC-1反应器的侧线引出内且包括用于将来自EC-1反应器的两相气液侧线引出出口分成用于冷却并循环到EC-1反应器的第一液相组分、作为在EC-2内进一步反应用原料的第二气液两相流、和作为在EC-1或EC-2内进一步反应用原料的气相组分的机构。类似的分离器适合地存在于EC-2反应器的侧线引出内。
优选地，两相分离器包括确定液体空间和在该液体空间上方的气体空间的通常水平的容器，其中该容器具有设有原料入口的入口端空间和设有用于液相、气液相和气相组分的单独出口的出口端空间，其中该容器进一步包括入口装置，所述入口装置包括布置在气体空间内的初级气液分离器和在气体空间内在初级分离器下方布置的倾斜的返回塔板，所述初级分离器具有位于用于为液体空间进料的容器入口端壁附近的下端，使得在下端和入口端壁之间确定通路，该容器另外包括在液体空间内的分配平稳(calming)挡板。该分配平稳挡板用于从入口装置中分离被液体夹带的任何气体，从而使离开液相出口的液体不含气体。优选地，在出口端空间内的溢流堰将确保在气液相出口上方不会有液位，从而使气体与液体一起作为两相气液流流出，例如借助旋流效果流出，所述旋流效果可借助特殊成型的出口喷嘴例如锥形喷嘴来实现。两相分离器可包括在液相出口内的涡流破碎器。
两相分离器可如US-B1-6537458中定义的一样，该专利公开了基于类似的原理操作的三相分离器，其内容在此通过参考引入。优选地，该分离器包括水平的气液分离器，所述气液分离器包括多块挡板和多个平稳部分，以赋予提供从两相流混合物中除去液体的流动模式。
优选地，在EC-1反应器下调的操作过程中，降低CO2循环流量，以确保在分离器内良好的气体分离。
在本发明进一步的方面中，提供新的分离器，用于在来自EC-1反应器的侧线引出内分离两相流，在第一隔室内提供到EC-1的液体循环和在第二隔室内提供到第二EC反应器EC-2的两相流，使得到EC-2反应器内的两相流是稳定的，如前所定义的。
在本发明进一步的方面中，提供用于控制如前所定义的热集成系统的控制系统，它包括多个控制器、控制单元和/或控制阀，其中控制器将涉及EC-1反应器负载和消耗单元需求的信号提供给控制器或控制单元或其结合，和/或提供给调节停车冷却器和吸收制冷单元操作的控制阀。优选地，控制器如前所定义地布置。
控制系统的进一步的优点和特征对应于在前面所定义的热集成系统中提到的相应部件的优点和特征。
在本发明进一步的方面中，提供对应于在前面所定义的热集成系统和控制系统的热集成方法和控制方法。
在本发明进一步的方面中，提供适合于使得热集成系统和控制系统或其任何部件能执行前面所定义的步骤的计算机程序。
在本发明进一步的方面中，提供前面所定义的热集成系统、分离器、控制系统或程序在由EO生产EC以供转化成MEG的方法中的用途。
附图详述
在图1中，EC-1反应器(1)具有用于含水CO2(2a)和EO(2b)的入口和以供产物EC和未反应的气体和液体到达分离器(6)的出口(3)，所述产物EC和未反应的气体和液体穿过分离器(6)，将产物流体和未反应的流体进料到EC-2反应器(4)的原料管线并采用泵(7)将反应液体作为液体循环(5)通过换热器(8)循环，以除去热量，之后返回到EC-1反应器(1)中。在EC-2反应器(4)处示出了类似的管线设置，但在这一情况下循环流被加热。
在图2中，通过分离器(6)分离的EC-1反应器液体循环(5)通到EC-1反应器冷却器(8a)中。EC-1反应器冷却器(8a)与中间环路(9)换热，而中间环路(9)反过来又与吸收制冷单元(10)换热。位于作为中间环路(9)的旁路的停车冷却器旁路(11)内的停车冷却器(8b)具有独立的CW供应。EC-1反应器调温冷却器(12)位于EC-1反应器液体循环(5)中EC-1反应器冷却器(8a)的下游。
温度控制器TC-1位于EC-1反应器(1)上，TC-2位于EC-1反应器液体循环(5)上在调温冷却器(12)的下游，和TC-3位于中间环路(9)上在EC-1反应器冷却器(8a)的上游。
控制阀CV-1位于EC-1反应器调温冷却器(12)的CW供应线上，CV-2位于与停车冷却器(8b)的旁路平行的中间环路(9)上，CV-3位于停车冷却器旁路(11)内，CV-4位于停车冷却器(8b)的CW入口处，和CV-5位于EC-1反应器液体循环(5)上在反应器冷却器8a的上游。
流量控制器FC-1位于中间环路(9)上在停车冷却器(8b)旁路的上游，和FC-2位于EC-1反应器液体循环(5)上在反应器冷却器8a的上游。
TC-1与EC-1反应器连通并输送信号到TC-2。TC-2与EC-1反应器液体循环和TC-1连通并输送信号到TC-3和CV-1。TC-3与中间环路(9)连通并输送信号到三个控制单元Y-1、Y-2和Y-3。控制单元Y-1与FC-1和TC-3连通并传递信号到CV-2，Y-2借助Y-1与FC-1和TC-3连通并传递信号到CV-3，和Y-3与TC-3连通并传递信号到CV-4。FC-2与EC-1反应器液体循环(5)连通并输送信号到CV-5。
在热集成系统中，总是要调节EC-1反应器的温度。当TC-1检测到温度超过设定值时，典型地是在开车时，它操作调温冷却器(12)，打开控制阀CV-1到所需的程度，直到(在约90％孔径处)反应器冷却器(8a)和停车冷却器(8b)通过打开或关闭控制阀CV-2、CV-3和CV-4操作，以吸收部分冷却负荷。
控制单元Y-1、Y-2和Y-3借助编程算法确保在中间环路(9)内的流量保持恒定，由此，如果控制器TC-3和FC-1接收信号并确定为正常值，则它们输送信号以部分打开CV-2，而如果FC-1接收信号并确定为太高，则它输送信号以部分关闭CV-2。例如，Y-1计算来自FC-1的为0、分数或1的信号(a)，计算来自TC-3的为0、分数和1的信号(b)的乘积，以确定送往CV-2的为0、分数或1的信号(a.b)，和Y-2接收相同的信号并计算其因子(1-a(1-k.b))，以确定送往CV-3的为0、分数或1的信号，从而调节CV-3的开度。
流量控制器FC-2确保在EC-1反应器循环内的流量保持恒定。若FC-2接收信号并确定该流量太高，则它输送信号以部分关闭CV-5；相反，若信号是流量太低，则它输送信号以部分打开CV-5。
图7示出了本发明的热集成系统在控制EC-1反应器温度中的操作。TC-1接收来自EC-1反应器的温度输入值并与EC-1反应器温度设定值相比较，从而产生送往TC-2的信号。TC-2接收来自EC-1反应器液体循环的温度输入值和来自TC-1的信号，并产生送往TC-3的信号和送往CV-1的信号，从而在信号要求借助调温冷却器(12)冷却的情况下打开CW流。TC-3接收来自中间环路(9)的温度输入值和来自TC-2的信号，并产生送往CV-3的信号，从而打开停车冷却器(8b)旁路的中间环路控制阀CV-3，并产生送往CV-4的信号，从而打开供给停车冷却器的CW。同时，TC-3输送信号到CV-2，从而调节与停车冷却器旁路平行的中间环路内的流量，和FC-1接收中间环路的流量输入值并与设定值比较且输送信号到CV-3，由此中间环路的流量保持恒定。FC-2接收循环环路流量输入值并与设定值比较，并输送信号到CV-5，由此循环环路流量保持恒定。
图3中示出了吸收制冷单元(10)，它供应有用于从中间环路(9)内流动的中间液体除去反应热的CW(20)。通过吸收制冷单元(10)产生的冷却液体通过冷却液体环路(21)传到消耗单元(26a)。在冷却液体环路(21)上的温度控制器(TC-4)传递信号到吸收制冷单元(10)上游的中间环路(9)上且在吸收制冷单元(10)的旁路(22)处的3通控制阀(CV-6)上。备用吸收制冷单元(23)通过独立的蒸汽(24)驱动并供应有CW(25)。温度控制器TC-5位于冷却液体环路(21)上在备用吸收制冷单元(23)的下游并与独立的蒸汽(24)入口上的控制阀CV-7连通。备用吸收制冷单元(23)通过蒸汽(24)驱动且产生用于冷却液体环路(21)的冷却液体。
位于消耗单元(26a)的工艺侧出口上的温度控制器TC-6输送信号到冷却液体环路(21)上位于消耗单元(26a)下游的控制阀CV-8。可在冷却液体环路(21)上平行于消耗单元(26a)设置一个以上的消耗单元(26b等)。另外的消耗单元与相应的温度控制器和控制阀相连。
吸收制冷单元(10，23)的冷却负荷如此高，以至于各自可包括多个单独的子单元，它们作为单一单元一起起作用，例如任何数量的机器，以便应对较大的消耗单元负荷。
在开车、下调操作或停车中，备用制冷单元(23)处于操作状态，和停车冷却器(8b，图2)处于部分或完全操作状态。
在大于约50％的EC-1反应器负荷下，吸收制冷单元(10)处于操作状态，和反应器冷却器(8a，图2)和调温冷却器(12，图2)处于组合的操作状态。
图8示出了本发明的热集成系统控制吸收制冷单元(10)温度的操作。TC-6接收来自消耗单元(26a)的工艺侧出口的温度输入值并与消耗单元的工艺温度出口设定值相比较，并输送信号到CV-7，以操作或调节消耗单元(26a)中的冷却液体流量。CV-7可以位于消耗单元(26a)之前或之后。
TC-4接收来自吸收制冷单元(10)出口的温度输入值并与吸收制冷单元出口温度的设定值相比较，并输送信号到CV-5，如果TC-4显示出大于或小于设定值的温度，则分别打开到吸收制冷单元(10)的3通控制阀或打开到旁路(22)的3通控制阀(CV-5)。
在图4中，通过分离器(6)分离的EC-1反应器的液体循环(5)传递到EC-1反应器冷却器(8a)。EC-1反应器冷却器(8a)与中间环路(9)换热，而中间环路(9)本身又与吸收制冷单元(10)换热。位于作为中间环路(9)旁路的停车冷却器旁路(11)内的停车冷却器(8b)由独立的CW供应。EC-1反应器调温冷却器(12)位于EC-1反应器的液体循环(5)内在EC-1反应器冷却器(8a)的下游。
温度控制器TC-10位于EC-1反应器(1)上，TC-20位于EC-1反应器的液体循环(5)上在调温冷却器(12)的下游，和TC-30位于中间环路(9)上在EC-1反应器冷却器(8a)的上游。
控制阀CV-10位于绕调温冷却器(12)的旁路上，CV-20位于与停车冷却器(8b)的旁路平行的中间环路(9)上，CV-30位于停车冷却器旁路上在反应器停车冷却器(11)的入口处，和CV-40位于EC-1反应器液体循环(5)上在反应器冷却器(8A)和调温冷却器(12)之间(在调温冷却器入口处的旁路起点的下游)。
流量控制器FC-10位于中间环路(9)上在停车冷却器(8b)旁路的上游，和FC-20位于EC-1反应器液体循环(5)上在反应器冷却器8a的上游。
TC-10与EC-1反应器连通并输送信号到TC-20。TC-20与EC-1反应器液体循环(5)和TC-10连通并输送信号到CV-40和阀门位置控制器XC。TC-30与中间环路(9)和XC连通并输送信号到CV-3。FC-10与中间环路(9)连通并输送信号到CV-20。FC-20与EC-1反应器液体循环(5)连通并输送信号到CV-10。
在热集成系统中，总是要调节EC-1反应器温度。当TC-10检测到温度超过设定值时，它与TC-20连通，而TC-20作用于阀门CV-40，从而增加通过调温冷却器(12)的流量。当FC-20检测到流量超过设定值时，它输送信号以打开CV-10，这将增加通过调温冷却器旁路的流量(降低通过调温冷却器的流量)。
总是要调节在中间环路(9)内的流量。当FC-10检测到流量超过设定值时，它输送信号以部分关闭CV-20。
调节中间环路(9)内的温度。当TC-30检测到超过设定值的温度时，它输送信号以部分打开CV-30，这将增加通过反应器停车冷却器(8b)的流量。
为了确保TC-20保持在控制下，通过阀门位置控制器XC调节TC-30的设定值。采用对TC-20和TC-30输出的限制，以保持这些控制器在一定范围内。
图9示出了本发明的热集成系统控制EC-1反应器温度的操作。TC-10接收来自EC-1反应器的温度输入值并与EC-1反应器温度的设定值相比较，从而产生输送到TC-20的信号。TC-20接收来自EC-1反应器液体循环的温度输入值和来自TC-10的信号，并产生输送到CV-40的信号，从而在信号要求增加经调温冷却器(12)冷却的情况下打开阀门。TC-30接收来自中间环路(9)的温度输入值，并产生输送到CV-30的信号，从而打开停车冷却器(8b)的旁路的中间环路控制阀CV-30。FC-10接收中间环路流量的输入值并与设定值相比较并输送信号到CV-20，由此使中间环路的流量保持恒定。FC-20接收循环环路流量的输入值并与设定值相比较，并输送信号到CV-10，由此使循环环路的流量保持恒定。
在图5中示出了吸收制冷单元(10)，它供应有用以从中间环路(9)中流动的中间液体除去反应热的CW(20)。通过吸收制冷单元(10)产生的冷却液体通过冷却液体环路(21)到达消耗单元26(a)。中间环路(9)上在吸收制冷单元(10)下游的温度控制器(TC-40)传递信号到中间环路(9)上在吸收制冷单元(10)上游的控制阀(CV-50)。在任何制冷单元故障的情况下，通过控制单元(Y)对吸收制冷单元(10)的旁路(22)施加压差控制，以维持恒定流量。
备用吸收制冷单元(23)通过独立的蒸汽(24)驱动并供应有CW(25)。温度控制器TC-50位于冷却液体环路(21)上在备用吸收制冷单元(23)的下游并与独立的蒸汽(24)入口上的控制阀CV-7连通。备用吸收制冷单元(23)通过蒸汽(24)驱动并产生用于冷却液体环路(21)的冷却液体。
位于消耗单元(26a)的工艺侧出口上的温度控制器TC-60输送信号到位于冷却液体环路(21)上在消耗单元(26a)的下游的控制阀CV-70。可以有一个以上消耗单元(26b等)与消耗单元(26a)平行位于冷却液体环路(21)上。附加的消耗单元与相应的温度控制器和控制阀相连。
吸收制冷单元(10，23)的冷却负荷如此高，以至于各自可包括多个单独的子单元，它们作为单一单元一起起作用，例如任何数量的机器，以便应对较大的消耗单元负荷。施加在旁路上的压差控制确保平稳的操作和通过吸收制冷单元(10)的子单元的恒定流量。
在开车、下调操作或停车中，备用制冷单元(23)处于操作状态，和停车冷却器(8b，图4)处于部分或完全操作状态。
在大于约50％的EC-1反应器负荷下，吸收制冷单元(10)处于操作状态，和反应器冷却器(8a，图4)和调温冷却器(12，图4)处于组合的操作状态。
图10示出了本发明的热集成系统控制吸收制冷单元(10)温度的操作。TC-60接收来自消耗单元(26a)的工艺侧出口的温度输入值并与消耗单元的工艺温度出口设定值相比较，并输送信号到CV-70，以操作或调节消耗单元(26a)的冷却液体流量。CV-70可以位于消耗单元(26a)之前或之后。
TC-40接收来自制冷单元(10)上游的中间环路(9)的温度输入值并与中间环路温度的设定值相比较，并输送信号到CV-50，如果TC-40显示出大于设定值的温度，则打开到吸收制冷单元(10)的控制阀。
在图6中，示出了两相分离器(30)，它包括EC-1反应器侧线引出的气/液入口(31)、气液入口装置(32)、液体空间(33)、气体空间(34)、EC-1反应器液体循环出口(35)、流向EC-2反应器(未示出)的重新形成的两相流出口(36)、溢流堰(37)和平稳挡板(38)。泄放孔(39)防止滞留的气体累积。来自入口(31)的大部分气体在入口装置(32)内分离并经出口(36)直接流出。一定量的气体作为气泡被来自入口装置(32)的液体夹带并穿过平稳挡板(38)进入液体空间(33)内，在此它上升并与液体相分离并进入气体空间(34)。因此，离开出口(35)的液体不含气体，且以基本上单一相的液体流形式流出。溢流堰(37)确保出口(36)上方无液位，由此气体与液体一起以两相气液流形式流出，例如借助旋流效果流出。这可借助特别成型(例如锥形)的出口喷嘴来实现。出口(36)上方的液位将防止气体被引入到出口(36)内。
实施例
实施例1-能量效率
将EC-1反应器冷却器的负荷转化成冷却液体，否则这一能量将被浪费掉。本发明的热集成系统代表与EC-1反应器冷却器负荷相等的节能。对于世界规模的工厂来说，其数量级为12MW。
实施例2-安全性
在特定的情况下，本发明允许EC-1反应器和消耗单元的解耦合的单独操作。由此不存在EC-1反应器由于消耗单元的冷却水需求不足而失控的可能性，且也不可能存在由于在EC-1反应器开车、下调操作或停车时得不到充足的冷却水而产生消耗装置问题。
实施例3-分离器
图1中现有技术的分离器(6)是标准的气液分离器，它对具有分离表面积的分离器底部的液位和在其上方的分离器顶部存在的两相气液区进行操作。因此分离器要求充足的分离高度和在分离器底部需要低的表观速度。需要增加EC-1反应器液体循环入口(31)以便实现所需的能力。容器的设计要求是一定的最大停留时间和一定的最大表观液体速度，以确保在分离器底部的蒸气分离。这些设计要求的应用将导致具有非常高湍流程度的非常平坦的扁平形状的容器，该容器将导致在分离器底部非常差的蒸气分离。
图6中的分离器(6)满足液相内所要求的停留时间并实现在入口装置(32)中所要求的从入口(31)除去气体，分离的气体经出口(36)直接流出。离开出口(35)的液体因此基本上不含气体且以单相的液体流形式流出，从而确保EC-1反应器液体循环泵可在没有气穴的情况下操作。基本上100％的气体与液体一起以两相气液形式通过出口(36)流出。

Claims (11)

1.在由EO生产EC以供转化成MEG的催化方法中从EC-1反应器中除去反应热并产生冷却液体以供在一个或多个消耗单元中使用的热集成系统，其中该系统包括：EC-1反应器；适合于从EC-1反应器中除去热量的EC-1反应器冷却器；与所述反应器冷却器和吸收制冷单元连通且适合于在其间传导中间液体的中间环路，其中该吸收制冷单元适合于产生冷却液体；和适合于传导在吸收制冷单元内产生的冷却液体以供在一个或多个消耗单元中使用的冷却液体环路；
该系统使得吸收制冷单元利用在EC-1反应器内产生的热量来产生用于冷却液体环路和消耗单元的冷却液体；
其中该系统另外包括具有独立冷却源的停车冷却器，所述停车冷却器适合于代替吸收制冷单元或者与吸收制冷单元一起用于从EC-1反应器中除去热量；
和其中该系统另外包括独立的冷却液体备用源，所述冷却液体备用源适合于代替吸收制冷单元或与吸收制冷单元一起用于产生冷却液体用于一个或多个消耗单元。
2.权利要求1的热集成系统，其中中间环路包括吸收制冷单元的旁路，由此中间冷却液体可被传导到吸收制冷单元中以供除热或者可旁路通过吸收制冷单元。
3.权利要求1或2的热集成系统，其中EC-1反应器冷却器位于EC-1反应器液体循环内，所述EC-1反应器液体循环包括来自EC-1反应器的侧线引出和液体循环。
4.权利要求1或2的热集成系统，它包括多个控制器、多个控制阀和一个或多个控制单元，其中控制器将涉及EC-1反应器负载和消耗单元需求的信号提供给控制器或控制单元或其结合、和/或提供给调节停车冷却器和吸收制冷单元的操作的控制阀。
5.权利要求1或2的热集成系统，它另外包括EC-1反应器调温冷却器，所述EC-1反应器调温冷却器用于调节EC-1反应器的温度、位于EC-1反应器液体循环内在EC-1反应器冷却器的下游和EC-1反应器的上游。
6.权利要求5的热集成系统，其中调温冷却器处于EC-1反应器液体循环控制器的控制之下，而EC-1反应器液体循环控制器本身又接收来自EC-1反应器控制器的信号，并输送信号到用于调温冷却器CW供应的控制阀，以控制EC-1反应器液体循环温度在优选的循环温度范围内。
7.权利要求5的热集成系统，其中在调温冷却器周围存在旁路，和在该旁路内有控制阀，其中位于该旁路内的控制阀通过EC-1反应器冷却器上游的流量控制器控制；和在调温冷却器的入口处有控制阀并且该调温冷却器入口处的控制阀通过位于调温冷却器下游和其中旁路再接入EC-1反应器液体循环物流的点的下游的温度控制器控制。
8.权利要求1或2的热集成系统，它另外包括两相分离器，用于在来自EC-1反应器的侧线引出内分离两相流，在第一隔室内提供到EC-1的液体循环和在第二隔室内提供到第二EC反应器EC-2的两相流，使得到达EC-2反应器的两相流是稳定的。
9.权利要求8的热集成系统，其中所述分离器在第二隔室内没有液位的情况下操作，以便驱动两相流进入EC-2反应器，从而避免分离容器的液位累积和溢流以及干扰从液体循环中除去气体的危险。
10.用于控制权利要求1-9任一项所定义的热集成系统的控制系统，它包括多个控制器、控制单元和/或控制阀，其中控制器将涉及EC-1反应器负载和消耗单元需求的信号提供给控制器或控制单元或其结合，和/或提供给调节停车冷却器与吸收制冷单元操作的控制阀。
11.权利要求1-9任一项的热集成系统或权利要求10的控制系统在用于从EO生产EC的方法中或在由EO经EC生产MEG的方法中的用途。
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