CN1319098A - 借空气或氧直接氧化乙烯以制备环氧乙烯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在使用水作为热载体来消散反应热,同时形成水蒸气之借空气或氧直接氧化乙烯以制备环氧乙烷之方法中,使特殊能量消耗最适宜之方法。在其中,于为了进一步使用而将水蒸气喂入一或多个消耗器,例如,油脚再沸器或蒸气注入器之前,为要操作工作机械M,其先在一或多个反压蒸气涡轮机T内扩张。

Description

借空气或氧直接氧化乙烯以制备环氧乙烯的方法
本发明系关于一种借乙烯之直接氧化作用来制备环氧乙烷(后文称为E0)之方法，并关于一种方法，根据其，二醇系借水解、加压脱水、真空脱水及后续蒸馏等作用而由EO制成。
目前，EO系借由有银催化剂存在下的乙烯与空气或氧之直接氧化作用来工业制备。反应系高放热的(每摩尔乙烯产生自225至400千焦耳(KJ)总热)；因此，为消散反应之过量热，使用习用管-壳式反应器，反应混合物被引导穿过管和沸腾液体，例如，煤油或四氢萘，近来经常系水，该沸腾液体系在管间循环作为热载体。本发明系关于一种方法，根据其，水系使用作为热载体。
此种型式之方法说明于，例如，优曼(Ullmann)的工业化学百科全书(Encyclopedia of Industrial Chemistry)，第5版，A 10册，117以下等页中。根据其，乙烯和氧系装填入循环气体流，其，除反应物外，还包含惰性气体及乙烯全氧化的副产物-二氧化碳。
在已知方法中，于乙烯之直接氧化作用中制成之水蒸气通常系经由阀扩张至蒸气栅之压力。在此期间，来自扩张作用的水蒸气之能量之含量未被利用。
闻名世界制造方法之中的大部份环氧乙烷(EO)逐渐进一步处理成单乙二醇。为增进EO水解作用之选择性，水解反应器系以高过量水(水：EO之重量比为15∶1)操作。结果，较高二元醇(尤其系二甘醇、三甘醇等等)之比率可被迫减少。水解反应器惯例在自120℃至250℃之温度和30-40巴(bar)之压力下操作。水解产物系先脱水至剩余水含量为100-200ppm，然后接着分馏成为纯的各种二元醇。
脱水作用通常系在具渐减压力之-交错塔的阶式槽中实行。为了热整合，所以通常仅有第一个压力塔之油脚再沸器(bottomsreboiler)系以新鲜蒸气加热，相反地，所有其他压力塔皆系以各自的前一塔之蒸气加热。依水解反应器排放物之水含量及第一个塔之油脚再沸器中使用之外来蒸气的压力/温度水准而定，加压脱水阶式槽系由2至7个塔组成。加压脱水使用之后系真空脱水作用。脱水过含二元醇之溶液系在多个塔中分馏成纯物质单乙二醇、二甘醇及三甘醇。
本发明之一目的是高能地使用，至最适宜程度，以水作为热载体之环氧乙烷直接氧化作用中制成之水蒸气，及增进EO及/或单乙二醇之制备方法的经济效率。
已发现该目的系借由使用水作为热载体，同时形成接着要扩张之水蒸气的借空气或氧直接氧化乙烯以制备EO之方法来达成。本发明包括实行水蒸气在一或多个反压蒸气涡轮机中的扩张作用。
蒸气涡轮机系以已知方式描述为具旋转移动部分之加热引擎，其中不断流动蒸气之压力降以一或多个步骤转变成机械工作。依蒸气去除之形式而定，不同型式之蒸气涡轮机系有差别的；在称为反压蒸气涡轮机的机器中，所消耗之蒸气能量为其他目的，一般系为加热作用而进一步利用。
对在本发明中之用途而言，原则上任何反压蒸气涡轮机皆可使用。
蒸气涡轮机通常系在恒定条件下以蒸气给料来操作。与其相反，根据本发明，蒸气涡轮机系以连续增加之蒸气流速及上升之蒸气压力来操作。对此溶液之经济效率而言，平均时间内的条件(蒸气流速、压力)系重要的。
乙烯氧化作用中使用之工业催化剂随着操作时间之增加而失去活性，且环氧乙烷之部分氧化使选择性减少，该工业催化剂通常包含最高15重量％为在载体上微细颗粒层形式之银。为使EO工厂之产率在渐增之操作时间下保持固定，所以反应温度必须在相同转换速率下增加，作为其之结果，所产生之水蒸气之压力增加。同时减少之选择性导致较大蒸气速率。在习用工业工厂之情形中，经常在操作起始时，在30巴范围内之水蒸气压上升，而在2年之操作时间之后，持续增加至约65巴之值。
依所供应之能量而定，蒸气涡轮机可驱动一或多个工作机器，尤其系加工泵(为运送循环水)或压缩机(为气体方法流)及/或一或多个发电机。
喂入蒸气涡轮机之水蒸气通常有自25至70巴，较佳系自30至65巴之压力。
在特别佳之方法变体中，在借水解、加压脱水、真空脱水及后续蒸馏等作用，而自环氧乙烷制造单乙二醇之方法中的乙烯直接氧化作用中产生之水蒸气系，经由蒸气涡轮机扩张至加压脱水塔之油脚再沸器或阶式槽之第一个加压脱水塔之油脚再沸器之压力，且蒸气涡轮机之废蒸气系用于加热加压脱水塔或阶式槽之第一个加压脱水塔。
借二元醇加压脱水步骤之适当设计，加压脱水作用所需之蒸气速率可近似于乙烯直接氧化作用中产生之蒸气速率。其明显地使平均时间内的高压蒸气之外部消耗减少。
加压脱水塔或阶式槽之第一个加压脱水塔系借油脚再沸器加热，而冷凝物重回EO反应阶段。
反应根据进一步具体实施方案，借蒸气涡轮机之扩张作用系进行至蒸气栅之压力或至消耗者，例如，蒸气注射器或油脚再沸器，之操作压力。
借由本发明之方法，EO及/或单乙二醇工厂之特殊能量消耗可借由高度热整合来减少。二元醇方法中的塔主要可以由来自加压脱水作用之污染蒸气来操作。外部供应之高压蒸气在平均时间内明显减少。
经济且有活力地最适合溶液系依位置界限条件而定，尤其系蒸气栅水准及能量成本。
下面借参考附图及实例而更详细说明本发明。
下列实例中之蒸气数据系适用于EO反应中催化剂之平均操作期间。
图1图示蒸气之多种利用之实例，该蒸气系来自与发电机连接之反压蒸气涡轮机中之EO反应，并扩张成二元醇加压脱水作用之第一个步骤的油脚再沸器之反压。蒸气数据列于表1。
自EO反应器之蒸气鼓D中除去之饱和蒸气1系在反压蒸气涡轮机T内扩张成21巴绝对压力。涡轮机T驱动产生电力之发电机G(例如，400伏)。依涡轮机T之效率而定，驱动力系约2百万瓦特(MV)。涡轮机T内的扩张作用系在湿蒸气区域内发生，为此，在分离器A内，分离冷凝液2及饱和蒸气3。冷凝液2泵送回蒸气鼓D。饱和蒸气3喂入二元醇加压脱水作用之第一个步骤的油脚再沸器S。在不适当速度之情形中，饱和蒸气3系以栅蒸气4补充。自油脚再沸器S流出之冷凝液6同样泵送回蒸气鼓D。
图2显示第二个实例。在此，扩张作用系进行至5巴绝对反压(蒸气数据参见表2)，借由蒸气涡轮机T，一或多个工作机器M(加工泵、压缩机)可以约2.7百万瓦特之能量驱动。饱和蒸气大部分喂入塔之油脚再沸器S(蒸气5)。剩余饱和蒸气4排入至蒸气栅N。
图3显示第三个实例。扩张作用系进行至17巴绝对反压(蒸气数据参见表3)。蒸气涡轮机T系以约3.8百万瓦特之能量驱动产生电力(例如，400伏)之发电机G。饱和蒸气3系大部份排放进入蒸气栅N(物流4)。部份蒸气5操作一或多个蒸气注射器I。在所示之实例中，使用注射器，塔K之底部被加热且同时，排放之底部蒸气系借由下游容器B内产生之减压而冷却(蒸发冷却作用)。在此情形中，冷凝液系喂入加工水W中。表1
物流编号1  1  2  3  4  5  6
总物流 吨/小时 52.3  2.6  49.7  9.3  59  59
压力  巴绝对 53  21  21  41  21  21
温度     ℃ 268  215  215  400  242  215
g  l  g  g  g  l
g：气体    l：液体表2
物流编号1 1  2  3  4  5  6
总物流 吨/小时 31.4  2.8  28.6  12.6  6  16
压力  巴绝对 53  5  5  5  5  5
温度    ℃ 268  152  152  152  152  152
g  l  g  g  g  l
g：气体    l：液体表3
物流编号1  1  2  3  4  5  6
总物流 吨/小时  83.7  4.8  78.9  63.4  15.5
压力  巴绝对  53  17  17  17  17
温度    ℃  268  204  204  204  204
 g  l  g  g  g
g：气体    l：液体

Claims (5)

1．一种制备环氧乙烷之方法，其系使用水作为热载体，同时形成接着要扩张之水蒸气的借空气或氧直接氧化乙烯，该方法包括在一或多个反压蒸气涡轮机T中进行水蒸气之扩张作用。
2．根据权利要求1的方法，其中蒸气涡轮机T驱动一或多个工作机器M，尤其系加工泵及压缩机，及/或一或多个发电机G。
3．根据权利要求1或2的方法，其中喂入蒸气涡轮机T之水蒸气有自25至70巴，较佳系自30至65巴之压力。
4．根据权利要求1至3中任何一项的方法，其单乙二醇系藉由水解、加压脱水、真空脱水及后续蒸馏等作用而由环氧乙烷制成，且在乙烯之直接氧化作用中发生之水蒸气系借蒸气涡轮机T扩张成加压脱水塔之油脚再沸器S或阶式槽之第一个加压脱水塔之油脚再沸器S之压力，且其中蒸气涡轮机T之废气系用于加热加压脱水塔或阶式槽之第一个加压脱水塔。
5．根据权利要求1至3中任何一项的方法，其中扩散作用系借蒸气涡轮机T进行至蒸气栅N之压力，或至消耗者尤其系蒸气注射器或油脚再沸器之操作压力。
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