CN118176186A - 简化的环氧乙烷纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于精炼包含水、环氧乙烷(EO)、醛和各种气体的混合物的粗EO的简化的、高效的方法，这些方法包括：在具有接收侧和产物侧的分隔壁柱中蒸馏该混合物；以及从该分隔壁柱的该产物侧抽取纯化的环氧乙烷料流和分离的乙醛料流中的每一者，同时将包含超过1wt.％的环氧乙烷和水中的每一者的混合物在高于80℃的温度下接触的时间最小化至2分钟或更短。在该分隔壁柱的接收侧上没有从该分隔壁柱中去除侧抽取物。该粗环氧乙烷的纯化不需要汽提塔或第二吸收器。将来自该分隔壁柱的塔顶物和底部物再循环到该柱中或再用于环氧乙烷产生。所得纯化的EO料流可以大于99.9％纯。

Description

简化的环氧乙烷纯化方法

技术领域

实施方案涉及精炼来自制造工艺的包含水和醛的粗环氧乙烷进料流的方法，这些方法包括：在分隔壁柱中蒸馏该进料流，以及从该分隔壁柱抽取来自具有接收侧和产物侧的分隔壁的同一侧的纯化的环氧乙烷料流和分离的乙醛料流中的每一者。更具体地，本发明涉及一种包含精炼来自水、醛、乙二醇、乙烯、CO₂以及其它不可冷凝物的粗环氧乙烷的进料流的方法，该方法包括在例如升高的压力下在分隔壁柱中蒸馏该进料流，以及从该分隔壁柱抽取来自该分隔壁的该产物侧的纯化的环氧乙烷料流和分离的乙醛料流中的每一者，同时将包含超过1wt.％的环氧乙烷和水中的每一者的液相混合物在高于80℃的温度下接触的时间最小化至例如2分钟或更短。

背景技术

环氧乙烷在世界范围内每年制造数百万吨的量，可以大量制备。例如，在合适的催化剂如含银催化剂内在升高的温度例如100℃-500℃以及在超大气压下用氧催化乙烯的氧化，导致乙烯和氧反应并形成环氧乙烷。产率相对较低，例如为5％-25％；并且反应产物或流出物可以包含环氧乙烷、未转化的乙烯和氧、二氧化碳、醛杂质、其它低分子量烃和固定气体，如氩气和氮气。反应产物可以例如用水通过水吸收、蒸汽汽提和在水中重吸收处理以形成包含较少量的其它材料的粗环氧乙烷料流。然后还可以将粗环氧乙烷精炼以形成纯化的环氧乙烷，即具有用于工业应用的足够纯度。然而，吸收、汽提和重吸收的每一项都需要单独的柱或塔。

精炼环氧乙烷所需的资金成本可能过高。从气态反应流出物中回收环氧乙烷可以涉及最初的水吸收步骤，随后是汽提步骤，该汽提步骤进而随后是可以包括蒸馏的重吸收。环氧乙烷在水中的吸收可以从未反应的乙烯、氧气和/或其它气态组分(例如，二氧化碳、氮气、氩气)中回收环氧乙烷。在一些情况下，精炼工艺的每一部分可以在单独的蒸馏柱中进行，这可能导致高装备成本，并且另外导致其中浓缩的气相或液相环氧乙烷的区域持续存在的安全性问题。因此，制造商往往无法在经济上证明建造或安装小型单元是合理的。进一步地，这种资本装备的维护成本随着所需的单元操作(包括多个泵和压缩机)数量的增加而增加。仍进一步地，精炼工艺可证明是具有挑战性的。

在含有环氧乙烷和水的任何加热的料流中，可以进行环氧乙烷与水之间形成乙二醇的一定程度的反应。这可能导致另外的副反应，如高级乙二醇的形成或乙二醇的氧化以形成乙二醇醛。副反应活性在具有较高温度和较长停留时间的体系中最高。

Olthof的美国专利10,035,782B2公开了用于从富吸收剂(FA)进料中回收环氧乙烷(EO)的方法，该FA进料包含水、在1wt.％-15wt.％范围内的EO、乙二醇和乙醛，该方法包括使FA进料通过环流气体EO吸收器到达多级逆流蒸馏区。该方法还包括从蒸馏区的左侧获得富含乙醛的料流、贫吸收剂(LA)料流、富含轻馏分的蒸气料流和富含EO的产物料流以及富含乙二醇的底部料流。Olthof未能公开这样一种方法，在该方法中，产生富含EO的产物料流而不以需要另外的处理(如通过汽提)的形式抽取料流；进一步地，Olthof未能公开这样一种方法，在该方法中，没有液体从塔顶物中分离以进行另外的处理。最后，Olthof未能解决任何副反应难题。

本发明人已经寻求减少在吸水后精炼环氧乙烷所需的装备量，而不损害精炼厂的效率和产率。

发明内容

根据本发明，一种精炼来自制造工艺的包含环氧乙烷(EO)、水和醛的粗EO进料流的方法，该方法：

在分隔壁柱中蒸馏该粗EO进料流，该分隔壁柱内包括：分隔壁，该分隔壁具有顶部和底部，并且具有该分隔壁的接收侧和该分隔壁的产物侧；以及位于该分隔壁下方的底部部分；以及

通过在进行分离的乙醛料流(AC料流)的抽取的点上方的点处从该分隔壁抽取纯化的环氧乙烷料流(纯化的EO料流)，从该分隔壁柱抽出来自该分隔壁的该产物侧的该纯化的EO料流和该AC料流中的每一者。该抽取可以包括：在具有40级至80级的分隔壁柱中，在该分隔壁的该底部上方的1级至5级(例如，1级至3级)的点处从该分隔壁的该产物侧抽取该AC料流；以及进一步地，在具有40级至80级的分隔壁柱中，在该分隔壁柱的从该顶部开始的第2级至第8级(例如，第4级至第6级、第2级至第6级、第4级至第8级等)处从该分隔壁的该产物侧抽取该纯化的EO料流。该方法在没有吸收或汽提的情况下从粗环氧乙烷进料流提供纯化的EO料流。该方法基于该纯化的EO料流的总重量，提供包含至少99wt.％、至少99.8wt.％和/或至少99.9wt.％的环氧乙烷的纯化的EO料流。

该蒸馏还可以包括：

将水，例如在在50℃至100℃和/或60℃至95℃的温度下将水进料到该分隔壁柱中进入到该分隔壁的该接收侧中，同时将该粗EO进料流在低于进行水的该进料的点的点处进料到该分隔壁的该接收侧中。

该蒸馏还可以包括：

从该分隔壁柱的该底部抽取包含水和乙二醇的底部料流，并且从该分隔壁柱的该顶部抽取包含环氧乙烷、气体和可冷凝蒸气的塔顶料流。该方法还可以包括：

将该底部料流进料通过换热器或进料预热器，该换热器或进料预热器用于在将该底部料流进料回到该分隔壁柱之前预热该粗EO进料流。更具体地，该方法仍还可以包括：

将该底部料流的至少一部分进料通过排气洗涤器作为吸收剂。

该蒸馏还可以包括：

通过在两个单独的再沸器，如热虹吸管再沸器中加热该底部料流的至少一部分来间接加热该分隔壁柱，其中第一再沸器任选地由蒸汽加热，并且第二再沸器任选地由来自该塔顶料流的再循环排气料流加热。

仍进一步地，该方法包括：

使该塔顶料流冷凝；

使该塔顶料流再循环通过部分冷凝器，如板壳式换热器以形成回流液和气相；以及

将该回流液料流从该塔顶料流进料回到该分隔壁柱。更具体地，该塔顶料流的该再循环可以包括：

将该塔顶料流进料到部分冷凝器，如板壳式换热器以形成排气料流和回流液料流；

将该回流液料流进料回到该分隔壁柱；以及

将该排气料流进料通过排气洗涤器；以及然后

例如通过机械压缩机或使排气通过两级喷射式压缩机来压缩排气，以在该第二再沸器中冷却该排气之前形成再循环排气料流，该两级喷射式压缩机从上游到下游包括喷射式压缩机、冷凝器和第二级喷射式压缩机。

该方法还可以包括：

使用来自从该分隔壁柱抽取的底部料流中的水，例如在换热器中，将该粗环氧乙烷进料流预热至90℃至140℃、90℃至130℃、100℃至140℃和/或100℃至130℃的温度，该换热器在该粗EO进料流进入该分隔壁柱的点处直接连接到该分隔壁柱的该接收侧。该换热器可以包括板壳式换热器。

该方法可以在高于80℃的温度下，例如在预热的情况下并且在该分隔壁柱中，基于混合物的总重量，包含超过1wt.％的环氧乙烷和水中的每一者的该混合物存在的停留时间为2分钟或更短、1分钟或更短、45秒或更短、或30秒或更短或20秒或更短。

根据示例性实施方案，该蒸馏包括在例如升高的压力下在分隔壁柱中蒸馏该进料流，其中该分隔壁柱的该顶部处的压力在150KPa绝对值至410KPa绝对值(1.5atm绝对值-4.1atm绝对值)的范围内。

该粗环氧乙烷(粗EO)进料流包含至多10wt.％的环氧乙烷，并且还可以包含水、醛、乙二醇、乙烯、CO₂和其它不可冷凝物。该粗EO进料流可以来自吸收柱。该纯化的EO料流可以包含99.5wt.％或更多、99.8wt.％或更高、或99.9wt.％或更多的环氧乙烷。

附图说明

图1描述了根据示例性实施方案的合适精炼设备的示例。

图2描述了根据示例性实施方案的分隔壁柱的示例。

具体实施方式

根据本发明的方法和在这种方法中使用的设备，从环氧乙烷形成的反应产物的水重吸收中蒸馏含水粗环氧乙烷(EO)进料流，这产生的环氧乙烷料流的纯度与由已知的环氧乙烷精炼操作产生的环氧乙烷料流的纯度相同或较之更纯，同时使用显著更少的装备。令人惊讶地，本发明人已经发现一种蒸馏粗EO进料流的方法，这与已知的现有技术方法相同或较之更高效，即使该方法可以包括在比已知方法的温度和压力更高的温度和压力下蒸馏并且包括更少的精炼步骤。具体地，该方法使得能够从分隔壁柱的右侧或下游产物侧去除纯环氧乙烷产物并去除包含乙醛料流的富集副产物料流或分离的乙醛，而不从柱的产物侧去除任何其它液体并且不需要纯化的环氧乙烷料流的另外的精炼。本发明可以使处理所有各种进料和料流所需的泵、蒸馏柱和换热器的数量最小化。进一步地，该方法可以从用于制备环氧乙烷的任何反应的产物的精炼中去除至少汽提塔和吸收柱。例如，该方法使得能够在水中重吸收乙烯和氧的反应产物。另外，该方法使用部分冷凝器，并且由此能够减少所使用的任何装置中的流体滞留，由此减少生产经精炼的环氧乙烷料流所需的停留时间。因此，该方法使环氧乙烷和水在80℃或更高的温度下的停留时间最小化，由此减少副反应的机会，这些副反应降低反应产率，降低精炼效率并且可能导致结垢和在反应器中产生危险条件。该方法由此避免了从底部料流中去除乙二醇或从塔顶料流中针对甲醛处理进行去除或放出的需要。由于所需的方法和装置比已知的环氧乙烷精炼操作中的方法和装置更简单，因此这些方法能够降低资本占用面积并使用更少的能量。例如，在某些操作条件下的方法和装置可以消除对用于冷凝的冷却水的需要。

除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物。除非另外定义，否则本文所用的术语具有与本领域技术人员通常所理解的含义相同的含义。

除非另外指明，否则任何包含括号的术语可替代地指就像不存在括号的整个术语以及包含在括号中的同一术语，以及每个替代方案的组合。因此，术语“(乙)醛”在替代方案中涵盖醛、或乙醛、或它们的混合物。

涉及相同组分或特性的所有范围的端点包括端点并且独立地组合。

除非另外指明，否则温度和压力条件是室温(23℃)和标准压力(101.3kPa)，也称为“环境条件”。并且，除非另外指明，否则所有条件包括40％的相对湿度(RH)。

如本文所用，术语“含水(aqueous)”意指连续相或介质是水并且基于介质的重量计，占水可混溶化合物或分子的0wt.％至49.9wt.％。优选地，“含水”是指水。

如本文所用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯的ASTM国际标准组织(ASTM International,West Conshohocken,PA)的出版物。

如本文所用，术语“柱”是指例如通常直立的圆柱形柱或塔，其含有分离级，如塔板，例如筛板或横流式塔板，和/或填料元件，其中塔板和/或填料元件提供使液体和气体接触的表面积，从而促进液体与气体之间的质量传递。

如本文所用，术语“蒸馏(distilling)”或“蒸馏(distillation)”是指基于化合物的挥发性差异通过将它们蒸发并且随后将它们冷凝以例如用于纯化或浓缩来分离化合物的工艺。可以对含水混合物进行蒸馏以纯化、回收和/或分离环氧乙烷，其中“含水混合物”可以是环氧乙烷、水和呈液体形式的其它化合物的混合物。如本文所用，术语“蒸馏”、“回收”、“纯化”和“分离”应理解为指如本文所述的蒸馏。

如本文所用，术语“分离级”意指柱、塔或其它蒸馏设备中的一定体积、装置或装置组合，在一定体积、装置或装置组合中或一定体积、装置或装置组合处使各相紧密接触，使得在各相之间发生质量转移，从而倾向于使它们达到平衡，并且然后可机械分离各相。具有等同于理论板(“HETP”)的高度的板式塔或柱的每个塔板和/或填料塔或柱的填料是使流体紧密接触，发生界面扩散，并且分离流体的分离阶段或位置。如此，蒸馏设备中的塔板数量也可以归因于通过使用填料获得的等同数量的分离级。因此，除非另外定义，具有一个HETP的术语分离级、塔板和/或填料可以可互换使用。

如本文所用，术语“wt.％”意指重量％。

该方法可以通过消除至少两个侧料流和它们的相应再循环回路，由此消除几个泵和至少一个冷凝或换热器设备而简化粗环氧乙烷的蒸馏。该方法可以用于纯化粗环氧乙烷进料流。粗环氧乙烷进料流可以通过用水重吸收环氧乙烷气体而产生，并且可以包含水、环氧乙烷(EO)、乙二醇、低聚(乙二醇)、醛，例如甲醛和/或乙醛、二氧化碳和甲烷。该方法可以被认为是使用本发明的设备蒸馏粗EO进料流。粗EO进料流可以如下形成：

通过在水中重吸收环氧乙烷反应产物，可以从气态反应流出物中分离和回收环氧乙烷。例如，来自反应器的气态反应流出物可以在吸收柱中如用水洗涤，以形成包含环氧乙烷和较少量杂质的含水混合物。本发明可以不需要将任何反应产物传送至汽提器，如蒸汽汽提器，传送至第二环氧乙烷吸收器。仅通过重吸收，可以获得作为粗EO进料流的含水混合物。

本发明的方法包括：

在分隔壁柱中蒸馏粗EO进料流，如该分隔壁柱内包括：分隔壁，该分隔壁具有该分隔壁的接收侧和该分隔壁的产物侧；以及位于该分隔壁下方的底部部分；以及

从该分隔壁柱抽出来自该分隔壁的该相同侧的纯化的环氧乙烷料流(纯化的EO料流)和分离的乙醛料流(AC料流)中的每一者，在进行该AC料流的抽取的点上方的点处进行该纯化的环氧乙烷料流的抽取。优选地，该方法包括在该分隔壁柱的从顶部开始的第2级至第8级或塔板处从该分隔壁的该产物侧抽取该纯化的EO料流，并且还包括在该分隔壁的该底部上方的第1级至第5级或塔板的点处从该分隔壁的该产物侧抽取该AC料流。

分隔壁柱还包括两个再沸器，其优选地为热虹吸管再沸器。因此，本发明的该蒸馏还包括：

通过在两个单独的再沸器，如第一再沸器和第二再沸器中加热该底部料流的至少一部分来间接加热该分隔壁柱，其中该第二再沸器任选地由再循环排气料流加热。进一步地，加热第一再沸器可以包括通过蒸汽加热该第一再沸器。

进一步地，该蒸馏可以包括：

将水，例如在50℃至100℃或优选地60℃至95℃的温度下将水进料到该分隔壁柱中进入到该分隔壁的该接收侧中，同时将该粗EO进料流在低于进行水的该进料的点的点处进料到该分隔壁柱的该接收侧中。水进料是温热的并且可以在高于100℃的范围内，这归因于柱中增加的压力。

该方法包括在如1.5绝对大气压至4.1绝对大气压(例如，3绝对大气压至4.1绝对大气压)的压力下蒸馏，如在分隔壁柱的顶部所确定的。优选地，分隔壁柱中的压力通过压力控制阀调节，该压力控制阀位于用于从塔顶料流回收排气的排气洗涤器上方。

为了最小化副反应，如乙二醇或乙二醇醚的形成，本发明的方法包括蒸馏，使得热水和环氧乙烷一起在大于80℃下的停留时间保持小于2分钟或小于45秒或小于30秒。进料预热器的设计和位置以及粗EO进料流进入到分隔壁柱的接收侧的进料影响停留时间，例如通过将进料预热器定位成与分隔壁柱的接收侧直接连接。合并的热水和环氧乙烷(EO)的短停留时间包括从进料预热器到柱的短距离和柱中含有“大量”水和EO两者的塔板和/或级很少。如本文所用，术语“大量”意指流体混合物中的给定组分的1wt.％或优选地0.5wt.％。因此，在本发明的方法中，所讨论的停留时间优选地意指1wt.％或更多的环氧乙烷和水中的每一者在高于80℃的温度下接触的时间。

本发明的方法还包括：

使塔顶料流冷凝，如在部分冷凝器中，例如板壳式冷凝器中冷凝，以形成排气料流和回流液体；以及

将回流液体进料回到分隔壁柱以再循环塔顶料流。塔顶料流冷凝形成排气料流和回流液体，该回流液体返回到分隔壁柱的顶部。进一步地，因为该方法避免了副反应，并且因为它们分离了乙醛料流，底部料流主要(如果不是几乎全部的话)包含水。因此，底部料流可以用作热水，如在预热粗EO进料流时。

塔顶料流的再循环包括使排气料流通过水洗涤器，在第二再沸器中进一步冷凝排气之前，将经洗涤的排气料流进料通过压缩机，该压缩机例如为机械压缩机或从上游至下游包括两级喷射式压缩机、喷射式压缩机、冷凝器和喷射式压缩机。如果使用的话，喷射式压缩机各自在高于入口排气料流的压力下并入蒸汽，并且由此产生含有排气料流的蒸汽，该蒸汽可以用于加热第二再沸器中的再循环底部料流。因此，在此类实施方案中，第二再沸器从再循环的排气中回收蒸汽。

本发明的设备中的进料预热器可以包括板壳式换热器，而不是例如壳管式换热器。在本发明的方法中，使用较小体积的冷凝器或换热器使在较高温度下的停留时间最小化并使滞留时间最小化。

根据本发明的方法，纯化的环氧乙烷料流中的环氧乙烷的量(按重量计)可以为至少99wt.％、或优选地至少99.5wt.％、或仍更优选地至少99.8wt.％。

根据本发明的方法，纯化的环氧乙烷料流中的乙醛的量不超过30ppm、或优选地不超过20ppm、或更优选地不超过10ppm。分离的乙醛料流包含几乎全部或至少85wt.％的全部来自粗EO进料流的乙醛。

分隔壁柱中的蒸馏可以包括宽范围的温度。如本文所用，本发明的蒸馏中的术语“温度”或“参考温度”是指分隔壁柱在粗EO进料流进入柱的点处的温度。在实践中，柱中的温度在操作期间可以显著变化。例如，温度梯度可以存在于分隔壁柱内，在液体被挥发或汽提的下部区段中具有最高温度，并且在气体可以被重吸收到液体中或冷凝以形成回流的重吸收区域具有最低温度。此梯度可以是跨柱和/或柱的不同区段的逐渐变化，或者可以是突然的温度变化。蒸馏区段的操作温度可以在20℃-150℃的范围内。柱的包括分隔壁下部部分的汽提区段的操作温度可以在100℃-150℃的范围内。再沸器中的峰值温度通常在135℃至150℃的温度下，并且在高压下更高以促进沸腾或脱气。

本发明避免了对精炼粗EO进料流以去除乙二醇或乙二醇醚的需要。在环氧乙烷生产中，环氧乙烷回收操作可以与下游产物制造单元，例如乙二醇制造单元一起操作。因此，环氧乙烷工艺也可以与乙二醇制造工艺相互关联。然而，在本发明的方法中，来自分隔壁柱的底部料流仅缓慢地积累乙二醇。周期性地，包含水和积累的乙二醇的底部料流可以通过底部流出物控制阀从底部再循环回路中引出，并送至下游，并通过蒸馏柱以进行另外的精炼。

在分隔壁柱的操作中，粗环氧乙烷进料流进入柱的接收侧的下部部分，并且任选地将冷凝物(水)料流在预热的粗EO进料流上方进料到柱。预热的粗EO进料流包含水和环氧乙烷，并且在进入柱时快速分离成含EO的蒸气和较稠密的液体，其大部分是水。在柱内部的填料和/或塔板处，向下下降的液态水与向上上升的蒸气之间的接触将二氧化碳、水和醛与环氧乙烷分离。除其它外，包含轻杂质，如二氧化碳、氧气、氮气和氩气等的塔顶蒸气料流在冷凝器中部分冷凝以产生排气和液体回流料流。将排气洗涤以去除再循环至分隔壁柱的任何剩余的环氧乙烷，同时压缩剩余的排气并最终再循环至形成环氧乙烷的反应器。来自塔顶物的较重组分作为液体被冷凝并通过回流料流被送至柱中。将来自分隔壁柱的底部物分离并进料至再沸器，如热虹吸管再沸器，其再加热部分底部料流并蒸发其一部分，然后将其进料回到柱中。第二再沸器使用来自再循环蒸汽的热量来蒸发部分底部料流，然后将其进料回到柱中。

该方法的令人惊奇的改进不仅仅是选择设计和工艺控制参数。然而，如Idowu等人的U.S.专利公开2017/0033571A1所示，工艺变量还可以通过以下在工艺中调节：通过将来自液体产物侧料流的样品量注射到具有气相色谱流出物料流的气相色谱列组中，测定具有至少一种杂质的环氧乙烷纯化柱料流中的一种或多种杂质的浓度；以及产生指示该至少一种杂质的对应浓度的至少一个信号。可以基于该至少一个信号更新数学模型，该数学模型使产物料流中的该至少一种杂质的预测浓度与所选环氧乙烷纯化柱工艺变量相关；并且由此可以计算该至少一种杂质的经更新的预测浓度。然后可以基于该至少一种杂质的经更新的预测浓度来调整至少一个柱工艺变量。

本发明的设备包括分隔壁柱和其相关的进料和料流。本发明的分隔壁柱包括分隔壁，该分隔壁具有接收侧和产物侧；任选的水进料，该任选的水进料位于分隔壁的接收侧上，其可以是分隔壁的左侧；粗EO进料流的进料，该进料位于任选的水进料下方；底部出口；塔顶出口；以及产物侧抽取口，该产物侧抽取口位于分隔壁的产物侧上，用于纯化的环氧乙烷料流和分离的乙醛料流中的每一者。除了分隔壁柱之外，本发明的设备包括两个再沸器和用于塔顶料流和底部料流中的每一者的再循环回路-两个再沸器用于加热底部料流并由此加热分隔壁柱-进料预热器和底部料流中的底部泵。因此，设备还包括排气洗涤器和塔顶冷凝器中的每一者。塔顶料流再循环回路包括一个或多个压缩机以在排气再循环之前处理排气。最后，设备包括位于排气洗涤器上方的压力控制阀。

本发明的分隔壁柱可以是由不锈钢制成的竖直取向的圆柱形柱。如本文所用，术语“分隔壁柱”是指包括基本上流体防漏的竖直壁的分馏柱，该竖直壁延伸穿过其高度的主要部分并且位于柱内部，例如在其中心部分中和/或附近，由此将柱的此区段分成至少两个竖直、平行的蒸气-液体接触区段以及分隔壁下方的底部区段；第一竖直平行区段可以被称为柱的“接收侧”；并且第二竖直平行区段可以被称为“产物侧”。第一竖直平行区段可以是左侧。壁的顶部和底部在远离柱的相应端部的点处终止于柱中，由此允许跨过柱在分隔壁上方和下方的开放连通。每个区段包括分馏塔板和/或填料以促进分离。较大全宽度或全直径塔板和/或填料位于柱的底部部分中，该底部部分位于分隔壁下方。较大全宽度或全直径塔板和/或填料可以有益地位于柱的顶部部分中，该顶部部分位于分隔壁上方。如果存在的话，在柱的顶部处或精馏区段下方的分配器塔板可以用于将回流分别进料回到柱的每个分隔壁区段中。在操作中，通常，进料流进入柱的分隔壁区段的接收侧或在该接收侧上。进一步地，在分隔壁柱中，将产物分成产物料流，从柱的与接收侧相对的产物侧去除两股料流。其它两股产物料流包含塔顶料流和底部料流，如在常规柱中那样。分隔壁柱可以在常规分馏条件下操作。分隔壁柱内的操作条件可以根据处理条件来调节。例如，柱可以在从低于大气压(即，真空)到接近大气压、到超大气压的宽范围的压力下操作。分隔壁柱可以被构造成具有各种形状和取向。分隔壁柱可以具有各种大小。例如，具有圆柱形形状的分隔壁柱的直径可以在60cm至8m、或5.5m或更大、或6m或更大、或至多8m的范围内，并且高度在6m至75m、或65m或更高的范围内。进一步地，分隔壁柱可以由通常用于制造这种柱的任何材料制成，例如不锈钢。优选地，规整填料用于柱分离以最小化柱滞留时间并且可以通过降低柱压降来降低柱温度，并且因此最小化乙二醇副产物的形成。

取决于要分离的物质，例如环氧乙烷、水和液体形式的其它化合物的材料平衡和平衡考虑，本领域技术人员可以计算用于给定蒸馏设备中的平衡阶段或理论塔板的数量。可以确定每个分离级的效率，并且由此确定机械设计所使用的分离级的实际数量(如塔板或填料高度)和给定蒸馏设备的操作条件。因此，在本发明的方法中，通过使用本发明公开的分隔壁柱的每个分离级的效率，平衡级的数量可以取代如本文所公开的分离级或塔板的数量。

本发明的设备中的冷凝器包括部分冷凝器，其是适于处理再循环料流的换热器。塔顶料流再循环回路中的冷凝器将塔顶料流分成排气和回流液体料流。排气再循环回路包括洗涤器和压缩机系统。

分隔壁柱具有两个再沸器。第一再沸器可以包括使用设施蒸汽加热底部料流的热虹吸管再沸器。第二再沸器还可以包括使用再循环蒸汽的热虹吸管再沸器，以同时向分隔壁柱提供热量并且从再循环排气料流中分离任何可冷凝物。

本发明的进料预热器包括换热器，该换热器被设计成使与水混合的环氧乙烷(EO)在分隔壁柱的接收侧中的停留时间最小化，并因此减少乙二醇副产物的形成。换热器可以包括包含进料的板和优选地包括来自柱的再循环底部料流的壳。通过在其进入到分隔壁柱中之前加热环氧乙烷进料流，在分隔壁柱内部加热进料流所消耗的能量较少。本发明的设备和方法使输入到进料预热器或换热器中的能量最大化，如通过各种料流或热源的再循环。如下文所讨论的，分隔壁柱中的沸腾是用于回流的蒸气、要去除的环氧乙烷的蒸气(例如，作为侧取出处的液体侧料流)以及要在分隔壁柱的顶部处去除的排气的蒸气的组合。

本发明人已发现，乙醛的小谱带存在于分隔壁柱的位于纯化的环氧乙烷料流产物抽取下方的产物侧(例如，右侧)中，并在该点处定位乙醛清除或抽取。

在分隔壁柱中，来自冷凝器的回流液返回到柱中。存在于柱中的任何甲醛大部分从底部物中排出，其中小部分与纯化的EO料流一起离开。来自冷凝器的蒸气被送至排气洗涤器，并且任何所得排气通常可以是不可冷凝的。通过压缩将来自洗涤器的排气再循环到工艺中。来自排气洗涤器的所有液体返回到柱中。

任何板壳式换热器可以使用逆流操作，用吸收剂，如在换热器底部处以高温进入换热器的水。在吸收剂流加热换热器进料流时，能量从流体传递到进料流，从而有效地冷却流体。经冷却的吸收剂流体可以从换热器的侧面或在顶部处离开换热器。换热器也可以使用平行流操作，优选地其中换热器水平地安置。

在本文附图中，如将理解的，所示的参考特征可以被添加、交换和/或消除，以便提供方法和/或设备的任何数量的另外变型。另外，附图中提供的元件的比例和相对比例旨在说明本发明的示例，并且不应被理解为限制意义。

如图1所示，所描绘的设备包括分隔壁柱(1)、针对该分隔壁柱的相关进料和自该分隔壁柱的出口或抽取口，以及与进料和出口相关的料流和精炼装备。将粗环氧乙烷(20)液体在流过进料预热器(5)之后作为分隔壁柱进料(21)进料至分隔壁柱(1)。将温水或热水(27)在位于环氧乙烷进料(21)上方的点处进料到柱中。分隔壁的示出为其左侧的接收侧(未编号，并且仅以虚线表示)将CO₂、环氧乙烷和不可冷凝物与较重的水和乙二醇分离。将产物纯化的环氧乙烷料流(25)在从柱的顶部开始的第2级至第8级(各级未示出)处作为液体侧抽取物从分隔壁的产物侧(被示为右侧)取出。作为液体侧抽取物的分离的乙醛料流(26)在柱的产物侧中的分隔壁的底部上方的1个至5个级处取出。水和重质副产物从柱底部物(28)中去除。进一步地，将柱塔顶物(22)进料至用水(42)冷却的部分冷凝器(4)，并且液相变成柱回流液(23)，将其进料回到分隔壁的两侧，即接收侧和产物侧。柱底部料流(28)流经进料预热器(5)、交叉交换器，以预热柱进料(20)，之后以底部再循环料流(31)的形式流经再循环泵(8)，然后进料至底部再循环冷却器(7)，另一个用水(42)冷却的交换器，以形成几乎全部为水以及部分用作排气洗涤器水进料(33)的料流。未示出，底部再循环泵(8)上方的底部再循环料流(31)中的底部流出物控制阀允许抽出底部流出物(30)。将底部物(28)的另一部分进料到由蒸汽(41)加热的热虹吸管再沸器(2)和由废蒸汽(38)加热的第二再沸器(3)中的每一者中。将来自部分冷凝器(4)的塔顶蒸气(24)从塔顶料流(22)进料至排气洗涤器(6)，其中用冷却的分隔壁柱底部物(33)洗涤环氧乙烷，并且将来自排气洗涤器(35)的底部物(其包含来自分隔壁柱底部物的冷凝液体)作为来自排气洗涤器的液体底部物经由粗环氧乙烷(20)再循环回到柱进料流中，该粗环氧乙烷被发送通过进料预热器(5)。在两个级中分别使用喷射式压缩机(9)和(11)压缩来自排气洗涤器(6)的经回收的排气的塔顶物(34)，其中每个喷射式压缩机级具有用于高压蒸汽(40)的入口，并且由此形成来自冷凝器(10)的喷射式压缩机冷凝物(37)以及来自第二级喷射式压缩机(11)的废蒸汽(38)。水(42)冷却的冷凝器(10)，位于喷射式压缩机(9)与(11)之间，产生经压缩的排气，其用于加热第二柱再沸器(3)；并且来自排气的不可冷凝物(29)再循环以用于在上游工艺中回收乙烯。来自冷凝器(10)的冷凝物(37)经由粗环氧乙烷(20)再循环到柱进料流中，该粗环氧乙烷被发送通过进料预热器(5)。精炼厂中的压力由位于排气洗涤器(6)上方的压力控制阀(12)控制。

如图2所示，所描绘的设备包括分隔壁柱(1)、因此的相关进料和由此形成的出口或抽取口，以及与进料和出口相关的料流和精炼装备。将粗环氧乙烷(20)液体在流过进料预热器(5)之后作为分隔壁柱进料(21)进料至分隔壁柱(1)。分隔壁的示出为其左侧的接收侧(未编号，并且仅以虚线表示)将CO₂、环氧乙烷和不可冷凝物与较重的水和乙二醇分离。将产物纯化的环氧乙烷料流(25)在从柱的顶部开始的第2级至第8级(各级未示出)处作为液体侧抽取物从分隔壁的产物侧(被示为右侧)取出。作为液体侧抽取物的分离的乙醛料流(26)在柱的产物侧中的分隔壁的底部上方的1个至5个级处取出。水和重质副产物从柱底部物(28)中去除。进一步地，将柱塔顶物(22)进料至部分冷凝器(3和4)，取决于柱的操作压力，这些部分冷凝器用水(42)和/或冷却水(43)冷却，并且液相变成柱回流(36或23，取决于是否存在精馏区段)，其进料回到精馏区段或分隔壁的两侧(接收侧和产物侧)。柱底部(28)料流流过再循环泵(8)，并且然后流过进料预热器(5)、交叉交换器，以预热柱进料(20)。然后将底部再循环料流(31)进料至底部再循环冷却器(7)、用水冷却的另一交换器(42)，以形成几乎全部水以及部分用作排气洗涤器水进料(33)的料流。未示出，底部再循环泵(8)上方的底部再循环料流(37)中的底部流出物控制阀允许抽出底部流出物(30)。将底部物(28)的另一部分进料到由蒸汽(41)加热的热虹吸管再沸器(2)和由可能来自工艺的另一部分的再循环蒸汽(38)加热的第二再沸器(3)中的每一者中。将来自部分冷凝器(4)的塔顶蒸气(24)从塔顶料流(27)进料至排气洗涤器(6)，其中用冷却的分隔壁柱底部物(33)洗涤环氧乙烷，并且将来自排气洗涤器(35)的底部物经由粗环氧乙烷(20)再循环回到柱进料流中，该粗环氧乙烷被发送通过进料预热器(5)。使用机械压缩机(9)压缩来自排气洗涤器(6)的经回收的排气(34)的塔顶物。来自排气的不可冷凝物(29)再循环以用于在上游工艺中回收乙烯。精炼厂中的压力由位于排气洗涤器(6)上方的压力控制阀(12)控制。

实施例

以下示例说明了本发明。尽管阐述本发明广义范围的数值范围和参数为近似值，但尽可能精确地报告在具体示例中阐述的数值。任何数值都固有地包含必定由其各自测试测量值中存在的标准变化所引起的某些误差。

使用图1所示的设备的蒸馏方法的模拟如下：使用工艺模拟工具评价如图1所示的具有分隔壁柱的精炼厂，该分隔壁柱具有58个级和从1级延伸至50级(从顶部开始)的分隔壁。精炼厂包含位于48级与49级(从顶部开始)之间的粗环氧乙烷(EO)进料(21)；在5级(从顶部开始)处的产物侧纯化的EO料流抽取物(25)；在48级(从顶部开始)处的乙醛料流抽取物(26)。在进料预热器(5)中的停留时间估计为16秒，并且在47级-52级(从顶部开始)中的停留时间估计为30秒，这些级包括柱的底部区段中的顶部2级和柱的分隔壁区段的接收侧中的底部4级。EO组成大于1wt％的这些级的温度估计在111℃-135℃之间。用柱的顶部处的3.6巴绝对压力(约360KPa绝对值)的操作压力模拟分隔壁柱(1)。该方法中的粗环氧乙烷进料，对应于图1中的(20)，包含大约2.32wt.％的环氧乙烷、0.05wt.％的二氧化碳、2ppm的乙醛、2.22wt.％的乙二醇、44ppm的甲醛和95.34wt.％的水。

所得纯化的EO料流(图1中的料流(25))包含大约99.998wt.％的环氧乙烷、0.02ppm的水、11ppm的乙醛、4ppm的甲醛和0.2ppm的二氧化碳。分离的乙醛料流(图1中的料流(26))包含大约8.04wt.％的环氧乙烷、1.86wt.％的乙醛、0.02wt.％的甲醛和90.08wt.％的水。

基于粗环氧乙烷(20)液体中存在的所有环氧乙烷的总重量，精炼厂的纯化的EO料流(25)的产率估计为99.10％的经回收的环氧乙烷。输入到模拟蒸馏中的能量估计为2.15质量单位(例如，Kg)的蒸汽输入/经回收的质量单位的EO。

如在模拟结果中清楚所示，该方法产生非常高纯度的环氧乙烷料流，其中能量输入仅来自用于加热第一再沸器和间接加热第二再沸器的蒸汽。进一步地，所得产物不包含乙二醇。

中压

使用图2所示的设备的蒸馏方法的模拟如下：使用工艺模拟工具评价如图2所示的具有分隔壁柱的精炼厂，该分隔壁柱具有64个级和从1级延伸至51级(从顶部开始)的分隔壁。精炼厂包含位于47级与48级(从顶部开始)之间的粗环氧乙烷(EO)进料(21)；在4级(从顶部开始)处的产物侧纯化的EO料流抽取物(25)；在49级(从顶部开始)处的乙醛料流抽取物(26)。用柱的顶部处的约334kPa的绝对值的操作压力模拟分隔壁柱(1)。该方法中的粗环氧乙烷进料，对应于图2中的(20)，包含大约83ppm的惰性物质、0.056wt％的甲烷/乙烯、2.36wt.％的环氧乙烷、0.014wt.％的二氧化碳、2ppm的乙醛、2.37wt.％的乙二醇、0.08wt％的高级二醇、13ppm的甲醛和95.11wt.％的水。

所得纯化的EO料流(图2中的料流(25))包含大约99.9994wt.％的环氧乙烷、5ppm的乙醛、0.4ppm的甲醛和1ppm的二氧化碳。分离的乙醛料流(图2中的料流(26))包含大约97.52wt.％的环氧乙烷、1.9wt.％的乙醛和0.58wt.％的水。

基于粗环氧乙烷(20)液体中存在的所有环氧乙烷的总重量，精炼厂的纯化的EO料流(25)的产率估计为94.5％的经回收的环氧乙烷。输入到模拟蒸馏中的能量估计为2.56质量单位(例如，Kg)的蒸汽输入/经回收的质量单位的EO。

如在模拟结果中清楚所示，该方法产生非常高纯度的环氧乙烷料流，其中能量输入仅来自用于加热第一再沸器和间接加热第二再沸器的蒸汽。进一步地，所得产物不包含乙二醇。

低压

使用图2所示的设备的蒸馏方法的模拟如下：使用工艺模拟工具评价如图2所示的具有分隔壁柱的精炼厂，该分隔壁柱具有64个级和从1级延伸至51级(从顶部开始)的分隔壁。精炼厂包含位于47级与48级(从顶部开始)之间的粗环氧乙烷(EO)进料(21)；在4级(从顶部开始)处的产物侧纯化的EO料流抽取物(25)；在49级(从顶部开始)处的乙醛料流抽取物(26)。用柱的顶部处的约164kPa的绝对值的操作压力模拟分隔壁柱(1)。该方法中的粗环氧乙烷进料，对应于图2中的(20)，包含大约83ppm的惰性物质、0.056wt％的甲烷/乙烯、2.36wt.％的环氧乙烷、0.014wt.％的二氧化碳、3ppm的乙醛、2.45wt.％的乙二醇、0.08wt％的高级二醇、56ppm的甲醛和95.02wt.％的水。

所得纯化的EO料流(图2中的料流(25))包含大约99.9995wt.％的环氧乙烷、4ppm的乙醛、0.4ppm的甲醛和0.3ppm的二氧化碳。分离的乙醛料流(图2中的料流(26))包含大约97.74wt.％的环氧乙烷、1.67wt.％的乙醛和0.59wt.％的水。

基于粗环氧乙烷(20)液体中存在的所有环氧乙烷的总重量，精炼厂的纯化的EO料流(25)的产率估计为97.4％的经回收的环氧乙烷。输入到模拟蒸馏中的能量估计为2.09质量单位(例如，Kg)的蒸汽输入/经回收的质量单位的EO。

如在模拟结果中清楚所示，该方法产生非常高纯度的环氧乙烷料流，其中能量输入仅来自用于加热第一再沸器和间接加热第二再沸器的蒸汽。进一步地，所得产物不包含乙二醇。

Claims (10)

1.一种精炼来自制造工艺的包含环氧乙烷(EO)、水和醛的粗EO进料流的方法，所述方法：

在分隔壁柱中蒸馏所述粗EO进料流，所述分隔壁柱内包括：分隔壁，所述分隔壁具有顶部和底部，并且具有所述分隔壁的接收侧和所述分隔壁的产物侧；以及位于所述分隔壁下方的底部部分；以及

通过在进行分离的乙醛料流(AC料流)的抽取的点上方的点处从所述分隔壁柱抽取纯化的环氧乙烷料流(纯化的EO料流)，从所述分隔壁柱抽取来自所述分隔壁的所述产物侧的所述纯化的EO料流和所述AC料流中的每一者，由此基于所述纯化的EO料流的总重量，提供包含至少99.5wt.％的环氧乙烷的纯化的EO料流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述抽取包括：

在具有40级至80级的分隔壁柱中，在所述分隔壁的所述底部上方的1级至5级的点处从所述分隔壁的所述产物侧抽取所述AC料流；以及

在具有40级至80级的分隔壁柱中，在所述分隔壁柱的从所述顶部开始的第2级至第8级处从所述分隔壁的所述产物侧抽取所述纯化的EO料流。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸馏还包括：

在50℃至100℃的温度下将水进料到所述分隔壁柱中进入到所述分隔壁的所述接收侧中，同时将所述粗EO进料流在低于进行水的所述进料的点的点处在所述分隔壁的所述接收侧上进料到所述分隔壁柱中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸馏还包括：

从所述分隔壁柱的所述底部抽取包含水和乙二醇的底部料流，并且从所述分隔壁柱的所述顶部抽取包含环氧乙烷、气体和可冷凝蒸气的塔顶料流；以及

通过在两个单独的再沸器中加热所述底部料流的至少一部分来间接加热所述分隔壁柱，其中第一再沸器由蒸汽加热，并且第二再沸器任选地由再循环排气料流加热。

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：

使所述塔顶料流再循环通过部分冷凝器以形成回流液和气相；以及

将来自所述塔顶料流的所述回流液进料回到所述分隔壁柱中。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述塔顶料流的所述再循环包括：

将所述塔顶料流进料到部分冷凝器以形成排气料流和回流液料流；

将所述回流液料流进料回到所述分隔壁柱；以及

将所述排气料流进料通过排气洗涤器；以及然后

通过机械压缩或使经洗涤的排气料流通过两级喷射式压缩机来压缩经洗涤的排气料流，以形成用作所述第二再沸器中的加热介质的所述再循环排气料流，所述两级喷射式压缩机从上游到下游包括喷射式压缩机、部分冷凝器和喷射式压缩机。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

使用来自再循环底部料流的水将所述粗EO料流预热至90℃至140℃的温度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述粗EO进料流的所述预热在换热器中进行，所述换热器在所述粗EO进料流进入到所述分隔壁柱的点处直接连接到所述分隔壁柱的所述接收侧。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在高于80℃的温度下，基于混合物的总重量，包含超过1wt.％的环氧乙烷和水中的每一者的所述混合物存在的停留时间为2分钟或更短。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述分隔壁柱的所述顶部处的压力在150KPa绝对值至410KPa绝对值(1.5atm至4.1atm绝对值)的范围内。