CN101925387B - 回流冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明冷凝器的方法、设备和工艺，所述方法包括：使包含甲醛的蒸汽流流入立式上流式回流冷凝器中的管束中，其中管束中的管的长度与外径的比率大于约170∶1；使冷却流体在立式上流式回流冷凝器的壳侧流动，以将蒸汽流的至少一部分冷凝，其中蒸汽流的冷凝部分在大体上直立的管束中的每一根管上形成湿润的管内部表面区域；和将蒸汽流速度保持在提供其中发生以下情况的液体停留时间的速度：每一根管的湿润的内部表面区域上冷凝的甲醛可以与水反应以形成亚甲基二醇，由此从进料至冷凝器的蒸汽流中移除至少约百分之六十(60％)的甲醛。

Description

回流冷凝器
技术领域
本公开涉及一种用于从含有甲醛的蒸汽流移除甲醛的方法和系统。更具体地，本公开涉及一种用于冷凝含有甲醛的蒸汽进料流以从蒸汽进料流移除甲醛并且回收所需产物的改进方法。
背景技术
当环氧乙烷通过分子氧对乙烯的银催化的汽相部分氧化而制备时，获得了气态反应流出物。这种流出物相对于所需的环氧乙烷产物可以是极其稀的，其含有约0.3摩尔％至约5摩尔％的所需物质。
因为环氧乙烷流出物在由氧化反应制备的气态混合物中是非常稀的，因此将这种混合物随后进行各种处理(吸收，蒸馏，闪蒸等)以获得纯的环氧乙烷。但是，这些处理并没有充分地处理可能存在于要求被纯化的环氧乙烷中的低浓度(例如，以mol ppm(百万分之一份)测量的浓度)的甲醛杂质。
例如，在一些方法中，甲醛可以在冷凝来自汽提塔的环氧乙烷之后以塔顶流的形式移除，但是，这存在数个缺点。如果在塔顶流中的甲醛浓度高，则固体低聚甲醛相可以在塔的塔顶体系中形成，这可能导致堵塞和不稳定的操作并且可能的是可能需要关闭和清洗。参见例如J.FredericWalker，Formaldehyde，pgs.140-163(第3版，Reinhold Publishing Corp.)。另一方面，在这种方法中，如果塔顶流含有低甲醛浓度，则其中的环氧乙烷的相对量可能过量，从而导致所需的纯化物质的收率损失。
发明概述
本公开的实施方案提供用于从蒸汽进料流移除甲醛的方法和设备。实施方案适合商业化规模的环氧乙烷生产。
如本文中使用，″环氧乙烷回收塔″或″塔″是指例如容纳有板和/或填充元件(packing elements)的大体上直立的圆柱形塔(column)或塔(tower)，其中板和填充元件提供用于液体和气体接触的表面区域，从而促进液体和气体之间的传质。如应理解的，塔还可以具有其它形状和通常的取向，包括以水平取向安置的多边形塔。环氧乙烷回收塔包括汽提部和再吸收部。
如本文中使用，″汽提部″是塔的一部分，其中水溶液的一种或多种组分通过与在水溶液中基本上不溶解的气流接触而移除，或者通过加热水溶液以在一种或多种组分中引起相变而移除。在本文论述的实施方案中，可以对水溶液进行汽提以纯化、回收和/或分离环氧乙烷，其中″水溶液″可以被定义为环氧乙烷、水和其它化合物的液体形式的混合物。
如本文中使用，″再吸收部″是塔的一部分，其中气体的组分通过使气体与相对不易挥发的液体溶剂接触而移除，该液体溶剂吸收气体的一些组分，而不吸收其它组分。再吸收可以用于从气流中移除痕量组分。
如本文中使用，″冷凝器″是将蒸汽转变为液体的装置。在本文论述的实施方案中，蒸汽进料可以进入冷凝器，在此第一水溶液的气相部分中的一些化合物冷凝，而其它化合物通过冷凝器并且保留在气相中。此外，如本文中使用，″回流冷凝器″是其中蒸汽冷凝并且可以以回流流的形式流回到容器中的冷凝器。
如本文中使用，″离开夹带速度″是离开管束的气体的速度，在该速度或高于该速度，一些液体被夹带在离开管束的蒸汽中。
如本文中使用，″管板″是指在每一端连接至管束中的管的设备。管板可以用于将管保持在适当的位置并且物理地容纳有壳侧流体。
附图简述
图1A和1B提供本公开的冷凝器的实施方案的示例。
图2提供本公开的环氧乙烷回收塔的示例。
发明详述
本公开的实施方案包括用于从被引入到冷凝器中的蒸汽流移除甲醛的方法和设备。设备实施方案包括冷凝器，该冷凝器包括被安置并且大小和尺寸适合将至少百分之六十(60％)的甲醛从进料至冷凝器的蒸汽流移除的元件。
本公开的实施方案从进入冷凝器的蒸汽流移除甲醛。冷凝器包括：限定冷却区的主体，其中主体包括冷却流体入口和冷却流体出口，以使冷却流体在冷凝器的壳侧通过；和大体上直立的管束，所述管束被设置在冷却区中以接收蒸汽进料。管束提供内部表面区域，该内部表面区域用于随着热量被冷却流体移除而冷凝至少一些蒸汽进料。冷凝器还包括顶部管板，其位于管束顶部，其中离开管束的夹带流体从蒸汽流脱离，降落在顶部管板上，并且沿着管束中的每一根管的内部表面区域流下，以提供湿润的内部表面区域。因此，在蒸汽进料中的甲醛与湿润的内部表面区域上的水反应以形成亚甲基二醇，从而移除被进料至冷凝器中的蒸汽流的至少百分之六十(60％)甲醛。
本公开的一些实施方案，从含有环氧乙烷的水溶液移除甲醛，例如在其中环氧乙烷为所需产物的环氧乙烷工艺中，从含有环氧乙烷的水溶液移除甲醛。但是，本公开的实施方案不限于环氧乙烷工艺，而可以在其中甲醛的移除是有利的其它工艺中使用。
甲醛的移除可以有利于减少在精制设备中的甲醛反应，所述的甲醛反应可能导致所需产物的质量问题。作为一个实例，在环氧乙烷工艺中，甲醛可能在精制设备中反应以形成副产物(例如缩合产物)，这可能导致精制的单乙二醇(MEG)不能满足紫外(UV)规格，所述单乙二醇(MEG)即环氧乙烷的最终用途产物。
本公开的实施方案包括壳管式热交换器，该热交换器冷凝进入该热交换器的含有甲醛的蒸汽流的一部分，因此，该热交换器被称为冷凝器。冷凝器可以由壳与在其内部的管束组成。一种流体流经管，而另一种流体在管上(流经壳)流动以在两种流体之间传热。该组管被称为管束，并且可以由以下几种类型的管构成：光滑型、纵向带翅型等。
不同起始温度的2种流体流过冷凝器。一种流经管(管侧)，而另一种在管外部但是在壳内部(壳侧)流动。热量从一种流体经由管壁传递到另一种流体，或者从管侧传递至壳侧，或者反之亦然。为了有效率地传递热量，应当使用大的传热面积，因此如本文中所论述的，冷凝器可以包括许多管。
在本公开的实施方案中，热量从进入冷凝器的蒸汽流传递至流经冷凝器壳侧的冷却流体。随着热量被传递，蒸汽流的温度降低，从而导致蒸汽流中的组分冷凝成液体。通过控制例如蒸汽流的流速、冷却流体流速和管束长度及其它操作条件，冷凝器可以被设计成将某些组分例如甲醛的移除最大化。
但是，除监测流速和传热表面积以外，本领域技术人员还应理解，涉及甲醛的反应还可能影响甲醛的移除和移除速率。如式(I)中所示，甲醛可以与水以可逆反应的形式反应，从而形成亚甲基二醇。
Figure BPA00001186244000041
式(I)
其中k1＜＜k2。(Zietschrift fur Physikalische Chemie Neue Bd 65，S.221-224(1969))。此外，甲醛可以聚合以制备例如聚甲醛及其它聚合物。
在本公开的实施方案中，甲醛至亚甲基二醇的转化是所需的反应，因为与甲醛的沸点(约负十九(-19)℃)相比，亚甲基二醇具有更高的沸点(约九十(90)摄氏度(℃))。David R.Lide，化学和物理手册(Handbook of Chemistry and Physics)，Pub.2005，第3-262页，6-41。因此，亚甲基二醇将比甲醛更容易冷凝成液体，从而改善甲醛从进入冷凝器的蒸汽流的移除。
另一方面，甲醛至各种聚合物的转化不是所需的反应。在一些实施方案中，在管束中的管的内表面上形成的聚合物可能积聚在内表面上，从而堵塞管。因此，为了防止聚合物的形成，本公开的实施方案提供用于保持湿润的内部表面区域以促进亚甲基二醇反应并且防止聚合反应的方法和设备。
图1A是根据本公开的实施方案的冷凝器100的示例。如本文中所论述的，冷凝器100可以包括被安置并且大小和尺寸适合将至少百分之六十(60％)的甲醛从进料至冷凝器100的蒸汽流102移除的元件。在一些实施方案中，冷凝器100可以从蒸汽流102进料中移除至少百分之八十(80％)甲醛。在各种实施方案中，冷凝器100可以从蒸汽流102进料中移除至少百分之八十五(85％)甲醛。冷凝器100包括限定冷却区106的主体104或外壳。冷却区106是热量从蒸汽流102传递至冷却流体108的地方。
在一些实施方案中，主体104可以具有通常圆形的横截面形状。其它形状也是可以的，包括卵形或多边形。在包括圆形主体104的实施方案中，主体104的内径范围可以为约一百(100)英寸(2.54米)至约两百五十(250)英寸(6.35米)。
在本公开的实施方案中，主体104包括冷却流体入口110和冷却流体出口112，其中使冷却流体108进入冷却流体入口110以经由主体104在冷凝器100的壳侧循环。在一些实施方案中，冷却流体108可以是水，但是，实施方案不受这样的限制。
如图1中所示，冷凝器100包括大体上直立的管束114，其由多根竖直取向的管116构成。管束114被设置在主体104的冷却区106中。在一些实施方案中，管束114可以使用顶部管板118、底部管板120并且在一些实施方案中使用多个挡板122而被固定在主体104内的位置。用于支撑管束114的其它装置也是可以的。
在管束114中的管116可以隔开以使冷却流体108在相邻管116之间循环并且从管116移除热量。为了示例目的，仅有少量的管116显示在图1中，此外放大了管116之间的间隔，同样是为了示例目的。图1B示出了当管116可以被安置在主体104内部的管束114中时管116的横截面的实施方案。其它构造也是可以的。
在一些实施方案中，管束114的总管内部表面积与管内部体积的比率为至少约20∶1。另外，在一些实施方案中，在管束114中的每根管116的长度与直径的比率可以为至少约150∶1。例如，本公开的实施方案包括具有管116的冷凝器100，管116的外径范围为约0.50英寸(1.27厘米(cm))至约2.5英寸(6.35cm)并且内径范围为约0.37英寸(0.94cm)至约2.37英寸(6.02cm)。在这样的实施方案中，管束中的管116的数量范围可以为1,000至115,000，这取决于冷凝器100的大小。另外，管116的长度范围可以为例如约21英尺(6.40米)至约40英尺(12.19米)。因此，管长度与外径的比率范围可以为例如约170∶1至约960∶1，并且总管内部表面积与管内部体积的比率范围可以为约20∶1至约130∶1。但是，本公开的实施方案不限于这些尺寸。
管116可以由能够在管116的整个宽度上传导热量的材料形成。另外，管材料可以被选择为耐受可能在操作过程中发生的热应力，例如，原因在于可能在各种温度发生的热膨胀和/或来自流体本身的高压产生的应力。管116还可以由与壳侧和管侧流体在操作条件(温度，压力，pH等)下长时间相容的材料形成，以使劣化如腐蚀最小化。
如本文中所论述的，管116可以通过顶部管板118和底部管板120被保持在外壳104内的适当位置。可以将各种类型的其它支撑件安置在顶部管板118和底部管板120之间以进一步稳定管束114。这些支撑件可以包括另外的管板，各种类型的支架和/或多个挡板122。在一些实施方案中，挡板122可以引导冷却流体108流过主体104的冷却区106。在一些实施方案中，挡板120的范围可以为约十(10)至二十(20)块。
底部管板120可以具有允许蒸汽流102从冷凝器入口124进入管116的开口。在一些实施方案中，管116可以贯穿底部管板120。在这样的实施方案中，如图1中所示，管116可以具有锥形底部126，其将在本文中进一步被论述。管116连接至顶部管板118，其允许蒸汽流的一部分或在一些实施方案中的富含环氧乙烷的蒸汽流经由冷凝器出口128离开冷凝器100，同时离开管116的液体可以降落在顶部管板118上并且沿着管116的内部表面向下流回。
如本文中所论述的，冷凝器100还包括冷凝器入口124和冷凝器出口128。在本公开的实施方案中，可以将包含甲醛的蒸汽流102经由冷凝器入口124引入到冷凝器100。从冷凝器入口124，蒸汽流可以进入管116中。为了冷凝进入冷凝器100的蒸汽流的一部分，将冷却流体108经由冷却流体入口110引入至冷凝器100，在此冷却流体在壳侧流经冷凝器100，并且经由冷却流体出口112离开冷凝器100。
如本文中所论述的，随着蒸汽流102从管束114的入口130流动至管束114的出口132，蒸汽流102的一部分冷凝成液体。液体冷凝物或″回流″沿着管116的内部表面流下，从而提供湿润的管表面。因此，蒸汽流102和液体冷凝物在管116内部彼此相对的逆流方向上流动。因此，冷却流体108在相对于液体冷凝物的逆流方向上流动。
如本领域技术人员应理解，在大部分的液体回流冷凝器的操作中，当在管入口130的蒸汽速度抑制冷凝物从冷凝器100流下(这种概念被称为″溢流″时，可能产生在冷凝器100的设计和操作中的限制因素。换言之，当液体向上被蒸汽携带而不是由重力排出时，发生溢流。在本公开中，如本文中使用，计算的临界溢流速度是指在管入口130的蒸汽流速度抑制冷凝物向下流过管束114中的管116的蒸汽流速度。在本公开的实施方案中，由计算机程序Heat Transfer Research，Inc.(HTRI)Xchanger Suite
Figure BPA00001186244000071
5.0进行入口和出口溢流计算。
在一些实施方案中，蒸汽流速度为在管束114的入口130的计算的临界溢流速度的约百分之九十(90％)以下。另外，在各种实施方案中，蒸汽流速度可以为约8.5英尺/秒(2.59米/秒)以下。
尽管在蒸汽流速度大于计算的临界溢流速度时可能发生溢流，但是溢流也受到管116的几何形状的影响。由此，在一些实施方案中，在管束116中的每根管114可以包括锥形底部126。在这样的实施方案中，管116的底部126可以延伸通过底部管板120。锥形底部126增加管116的入口的有效横截面积。通过增加管116的入口的横截面积，与管116不包括延伸通过底部管板120的锥形底部126时相比，计算的临界溢流速度更高。
溢流也可以在管116内部的不同位置发生，这取决于蒸汽流和液体冷凝物流速。例如，在管116的出口132的溢流也可能发生，该现象被称为液滴夹带，其中离开管116的蒸汽将液滴从冷凝器100夹带出来。本公开的实施方案使用提供超过临界离开夹带速度的蒸汽流离开速度的进入管束114的蒸汽流流速。如本文中使用，″临界离开夹带速度″是指离开管束114的气体的速度，在该速度或高于该速度，一些液体被夹带在离开管束114的蒸汽中。在一些实施方案中，蒸汽流离开速度大于临界离开夹带速度的约百分之两百(200％)。在各种实施方案中，蒸汽流离开速度可以是临界离开夹带速度的至少百分之一百五十(150％)。
在各种实施方案中，可以以临界离开夹带速度的百分之百(100％)的最低值操作蒸汽流离开速度。随着蒸汽流离开速度下降至低于临界离开夹带速度的100％，可能的是管116的内部表面区域的整个长度将不保持湿润。在这样的情形下，如在本文中论述的，可能的是甲醛可以在管116的内部表面区域上形成聚合物。这样的反应可能导致管116内部的堵塞或结垢。
当液滴从管出口132被携带出来时，液滴从管116的顶部喷射出来，其中液滴可以从蒸汽中脱离并且降落到顶部管板118上。液滴聚集并且沿着管束114中的管116向下流回。通过使蒸汽流102以超过临界离开夹带速度的速度流动，可以提高具有沿着管116的整个内部表面的管湿润的可能性。
另外，在一些实施方案中，可以监测蒸汽流速度以为甲醛提供足够的液体停留时间，以与水反应。在一些实施方案中，蒸汽流速度允许至少约0.5秒的液体停留时间。
如本文中所论述的，甲醛的移除可以通过促进甲醛和水之间的反应以形成亚甲基二醇而增加。通过提供湿润的表面，在蒸汽流中的甲醛可以容易地与湿润表面上的水反应以形成亚甲基二醇。因为如本文中所论述的，亚甲基二醇具有比甲醛更高的沸点，因此由该反应生成的亚甲基二醇可以容易地冷凝成液体并且沿着管的内部表面区域向下排出。由此，甲醛的移除依赖于可用于反应和传热的表面积的量。通过提供总管内部表面积与管内部体积之比至少为20∶1的管束114和长度与直径比为至少约150∶1的管，如本文中所论述的，本公开的冷凝器100可以从蒸汽流移除至少百分之六十(60％)的甲醛。
如本文中所论述的，本公开的冷凝器可以用于环氧乙烷工艺，其中将甲醛从含有环氧乙烷的蒸汽流中移除。在这样的实施方案中，冷凝器位于环氧乙烷回收塔的汽提部和再吸收部之间的塔内部，其中蒸汽流是在塔的汽提部中产生的。
但是，在可以从环氧乙烷回收塔回收环氧乙烷之前，可以进行数个步骤。如本文中所述的，制备环氧乙烷的步骤和在进一步的反应中使用环氧乙烷的步骤可以在一个位置进行，例如，在环氧乙烷加工厂进行。但是，各种步骤也可以在单独的设施中进行。
在本公开的工艺中使用的烯(alkylenes)(烯烃)的特征可以在于下列结构式(I)：
Figure BPA00001186244000081
其中R1和R2各自独立地选自氢和低级一价基团，优选C1-C6烷基，包括甲基、乙基、丙基、丁基和具有至多6个碳原子的高级同系物。优选地，R1和R2各自独立地选自氢、甲基和乙基。更优选地，每个R1和R2为氢，并且优选的烯烃是乙烯。在本公开的工艺中制备的相应的环氧烷优选特征在于下列结构式(II)：
Figure BPA00001186244000091
其中R1和R2在本文中被确定为反应物烯烃相关。更优选地，环氧烷是环氧乙烷(即，R1和R2均为氢)。
可以向工艺中以纯的分子氧形式提供氧。备选地，氧可以以含氧气体形式提供，其中该气体还含有一种或多种气态组分，例如，气态稀释剂如氮气、氦气、甲烷和氩气，它们对于氧化工艺基本上是惰性的。在一些实施方案中，适合的含氧气体是空气。另外，含氧气体可含有一种或多种下列气态组分：水、二氧化碳和各种气态助催化剂和/或气态副产物抑制剂，如本文中论述的。
在进料气中烯与氧的相对体积比可以根据这样的已知的常规值的任何一个变化。典型地，进料中烯与氧的体积比的范围可以为约2∶1至约6∶1。类似地，惰性气体、稀释剂或其它气态组分如水、二氧化碳和气态助催化剂和气态副产物抑制剂的量可以根据在本领域中存在的已知常规范围变化。
本公开适用于在任何适合的反应器内的环氧化反应，所述反应器是例如固定床反应器、固定床管式反应器、连续搅拌罐反应器(CSTRs)和流化床反应器，它们中有许多在本领域中是熟知的。再循环未反应的进料、使用单程系统或通过使用串联布置的反应器而使用连续的反应增加乙烯转化率的适宜性也可以由本领域技术人员容易地确定。
所选择的具体的操作模式可以由工艺的经济性确定。烯(烯烃)，优选乙烯至环氧烷，优选环氧乙烷的转化可以通过例如以下方法进行：根据所需的质量速度和生产率，在约2百(200)摄氏度(℃)至约3百(300)℃的温度和可以在约五(5)个大气压(五百零六(506)千帕斯卡(kPa))至约30个大气压(3040kPa)的范围内的压力下，连续地将含有烯(例如乙烯)和氧或含氧气体的进料流引入至容纳有催化剂的反应器中。在大规模反应器内的停留时间可以为约0.1至约(5)秒的量级。然后可以使用另外的工艺将所得的环氧烷，优选环氧乙烷从反应产物分离并且回收。
可以将根据本公开制备的环氧烷转化为亚烷基二醇、烷醇胺和二醇醚。乙二醇可以在两种应用中使用：作为用于在聚酯纤维、膜和容器中使用的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)用的原料；和作为高压釜防冻剂。此外，二-、三-和四甘醇是乙二醇的联产品。
乙二醇可以通过环氧乙烷的(催化或未催化)水解而制备。环氧乙烷水解可以使用酸或碱催化进行或者在中性介质中未催化的情况下进行。对于与水的反应，酸催化的水解通过质子化来活化环氧乙烷。但是，碱催化的水解导致显著对乙二醇的更低选择性，从而除乙二醇以外，还制备二甘醇和高级二醇(例如三甘醇和四甘醇)。乙二醇单醚可以通过醇与环氧乙烷的反应制备。此外，乙醇胺可以通过环氧乙烷与氨的反应制备。参见例如，美国专利4,845,296。
在一些实施方案中，乙烯至环氧乙烷每程(per-pass)转化率可能是低的(即，在百分之一(1％)以下的量级)，从而生成混合物，其含有稀浓度的环氧乙烷以及未反应的乙烯和氧，醛，酸性杂质，氮和氩等。在一些实施方案中，醛可以包括甲醛和乙醛。在一些实施方案中，乙烯至环氧乙烷的每程转化率范围可以为百分之五(5％)至百分之二十五(25％)。
所得的稀环氧乙烷混合物可以在吸收器中用水进行洗涤以形成含有环氧乙烷的水溶液，并且由此将环氧乙烷与反应混合物的未反应的乙烯和氧以及其它组分(例如二氧化碳、氮气、氩气)分离。可以将其余的分离的气态物质以循环气体的形式再循环，以与乙烯和纯氧的原料混合。
然后水溶液通向包括本公开的冷凝器的环氧乙烷回收塔，在此水溶液用于制备具有更高的环氧乙烷重量百分比的环氧乙烷流。环氧乙烷流可以从塔中被移除并且通向环氧乙烷加工厂中的其它设备以进行进一步纯化或在其它反应中使用。例如，在一些实施方案中，可以将环氧乙烷流传送至二醇单元反应器(unit reactor)，在此通过与水反应将环氧乙烷转化为乙二醇。所制备的乙二醇可以是单乙二醇、二甘醇和/或三甘醇。
图2提供了根据本公开的环氧乙烷回收塔的实施方案的示例。如图2的实施方案中所示，塔234可以包括位于汽提部236和再吸收部238之间的冷凝器200。在一些实施方案中，汽提部236可以位于塔234的下半部，而再吸收部238可以位于塔234的上半部。
如本文中所论述的，环氧乙烷回收塔234或塔234的直径范围可以为例如，六十五(65)厘米(cm)至六(6)米(m)，并且其高度范围可以为例如，六(6)至六十(60)m以上。如本领域技术人员应理解，在冷凝器200位于塔234内部的实施方案中，如本文中所论述的，管束中的管的数量可以受到塔234的大小的限制。
在一些实施方案中，进入塔234的水溶液240可以包含水、环氧乙烷、甲醛和其它轻质气体和杂质。在水溶液240中的其它可能的化合物的实例包括甲烷、二氧化碳、氧气、氮气、氩气、乙醛和乙烯等。
在一些实施方案中，进入冷凝器200的蒸汽流202可以包含五(5)至约六十(60)摩尔％之间的环氧乙烷。另外，离开冷凝器200的冷凝液体242可以包含在约一(1)至约二十(20)摩尔％的范围内的环氧乙烷。如本文中论述的，进入冷凝器200的蒸汽流202还可以包含在约十五(15)至约八十(80)摩尔％的范围内的水、约五(5)至约二千(2,000)mol ppm(百万分之一份)的甲醛以及约一(1)至约二十(20)摩尔％的轻质气体和其它杂质。
如本文中所论述的，操作冷凝器200以从进入冷凝器200的蒸汽流202移除约八十(80)摩尔％的甲醛。由此，在一些实施方案中，入口蒸汽(vapor inlet)202可以在约九十三(93)摄氏度(℃)的温度和在约十九(19)磅力/平方尺寸(psia)的绝对压力下，以约124,000千克/小时(kg/hr)进入冷凝器200。因此，可以使用沿着冷凝器200的管侧约0.2(psi)的近似压降操作冷凝器200，以将蒸汽入口冷却至约三十七(37)℃。为了实现适当的温度下降，如本文中所论述的，可以将冷却水在约33℃以约三百零九万(3,090,000)kg/hr的流量供给到冷凝器200。
如本文中所论述的，由在吸收器中吸收稀环氧乙烷混合物产生的水溶液240可以被引入到塔234的汽提部236。在汽提部236中，可以通过将水溶液240的一部分转变为气相从水溶液240移除环氧乙烷。如本文中使用，气相是经历相变并且随后以蒸汽流202形式进入本公开的冷凝器200的水溶液240的一部分。
如本文中所论述的，在将水溶液240的一部分202转变为气相的同时，可以将包含水、环氧乙烷和其它化合物的水溶液240的其余部分244从汽提部236移除，并且传送回到吸收器，以收集更多的环氧乙烷，从而在水溶液240中将其带回到塔234。
如图2中所示，在一些实施方案中，冷凝器200可以位于与塔200形成整体的汽提部236的顶部。在这样的实施方案中，沿着管束中的管的内部表面流下的冷凝的液体流可以直接返回到汽提部236，并且可以在冷凝器200的顶部释放冷凝器200中产生的富含环氧乙烷的蒸汽流246。在一些实施方案中，流入汽提部236中的冷凝的液流242可以包含约八(8)重量％的环氧乙烷。
在一些实施方案中，可以将富含环氧乙烷的蒸汽流246引入到塔的再吸收部238中。在一些实施方案中，再吸收部238可以通过与水流248接触以吸收富含环氧乙烷的蒸汽流246中的环氧乙烷内含物而吸收富含环氧乙烷的蒸汽流246中的环氧乙烷。
如本文中所论述的，在一些实施方案中，在再吸收部238中产生的环氧乙烷流250可以被传送至二醇单元反应器，在此将环氧乙烷通过与水反应而转化为乙二醇。在一些实施方案中，可以从乙二醇中蒸馏掉在二醇单元反应器中的过量水，冷凝并且以水流248的形式送回到塔234，从而再吸收更多的环氧乙烷。环氧乙烷流250也可以被传送用于进一步的纯化或者用于其它的反应。
应理解，上述描述是以示例方式进行的，并且不是限制性的描述。尽管在本文中已经说明和描述了具体实施方案，但是本领域普通技术人员应理解，其它组件布置(component arrangements)可以替换所示的具体实施方案。除被现有技术限制的程度以外，权利要求意在覆盖本公开的各个实施方案的这些改变或变化。
在上述详细描述中，为了简化本公开的目的，在示例性实施方案中将各种特征组合在一起。这种公开的方法不应解释为反映任何一个权利要求需要的特征多于在该权利要求中明确叙述的特征的发明。相反，如后附权利要求所反映的，发明主题在于比单个公开的实施方案的全部特征更少。因此，在此将后附权利要求结合到详细描述中，而每一个权利要求自身作为本发明的一个单独的实施方案。
本公开的具体实施方案
下列实施例仅仅是为了示例性目的而提供的，并且不意在限制本公开的范围。在本文中提供的实施例公开了包括在本公开的冷凝器中的元件的示例性尺寸，其中包含这样大小的这些元件的冷凝器可以从包含甲醛的入口流移除约八十(80)摩尔％的甲醛。
实施例1
Figure BPA00001186244000131

Claims (10)

1.一种操作冷凝器的方法，所述方法包括：
使蒸汽流以蒸汽流速度流入立式上流式回流冷凝器中的大体上直立的管束中，其中所述蒸汽流包含甲醛，并且其中所述管束中的管的长度与外径的比率大于170∶1；
使冷却流体在所述立式上流式回流冷凝器的壳侧流动，以将所述蒸汽流的至少一部分冷凝；
利用所述蒸汽流的冷凝部分在所述大体上直立的管束中的每一根管上形成湿润的管内部表面区域；
将所述蒸汽流速度保持在临界离开夹带速度的100％的最低值，以将来自所述湿润的管内表面区域的液体夹带到液滴中，并且将所述液滴从所述管束携带出来；
使从所述管束携带出来的所述蒸汽流的所述冷凝部分的液滴以液体回流的形式聚集在位于所述管束顶部的顶部管板上；
使来自所述顶部管板的所述液体回流在相对于所述蒸汽流逆流的方向上沿着所述管束中的每一根管的所述内部表面区域流下；
使所述蒸汽流中的甲醛与所述蒸汽流的所述冷凝部分和所述润湿的内部表面区域上的所述液体回流中的水反应，以形成亚甲基二醇，其中所述蒸汽流速度使得从被进料至所述冷凝器的蒸汽流中移除至少60％的甲醛。
2.权利要求1所述的方法，其中使所述蒸汽流流入所述大体上直立的管束中包括：使所述蒸汽流流动，使得蒸汽流离开速度超过临界离开夹带速度，以在所述大体上直立的管束中的每一根管上形成湿润的管内部表面区域。
3.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述蒸汽流速度为8.5英尺/秒(2.59米/秒)以下。
4.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述蒸汽流速度为在所述管束入口的计算的临界溢流速度的百分之九十(90％)以下。
5.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中液体停留时间为至少0.5秒。
6.一种冷凝器，所述冷凝器包括被安置并且大小和尺寸适合将至少百分之六十(60％)的甲醛从进料至所述冷凝器的蒸汽流中移除的元件，所述冷凝器包括：
限定冷却区的主体，其中所述主体包括冷却流体入口和冷却流体出口，以使冷却流体在所述冷凝器的壳侧通过，
大体上直立的管束，所述管束被设置在所述冷却区中以接收所述蒸汽流，其中所述管束提供内部表面区域，所述内部表面区域用于随着热量被所述冷却流体移除而冷凝至少一部分所述的蒸汽进料，并且所述管束的总管内部表面积与管内部体积的比率为至少20∶1；和
顶部管板，所述顶部管板位于所述管束的顶部，被安置成允许所述蒸汽流的一部分经由冷凝器出口离开所述冷凝器，并且允许液体离开管并且降落在所述顶部管板上以沿着所述管的内部表面向下流回，其中所述内部表面区域提供湿润的内部表面区域，在所述湿润的内部表面区域上，所述蒸汽流中的甲醛与所述湿润的内部表面区域上的水反应，以形成亚甲基二醇，从而从被进料至所述冷凝器的蒸汽流中移除至少60％的甲醛。
7.权利要求6所述的冷凝器，其中所述管束中的每一根管包括锥形底部。
8.权利要求6-7中任一项所述的冷凝器，其中所述管束中的每一根管的长度与直径的比率为至少150∶1。
9.权利要求6-7中任一项所述的冷凝器，其中所述蒸汽流包含环氧乙烷，并且离开所述冷凝器的富含环氧乙烷的蒸汽流为至少85摩尔％的环氧乙烷。
10.权利要求6-7中任一项所述的冷凝器，其中所述管束中的每一根管的外径在1英寸至2英寸的范围内。
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