CZ299681B6 - Zpusob regenerace ethylenu - Google Patents

Abstract

Zpusob izolace ethylenu z promývacího proudu (34)inertního plynu ze smycky reaktoru pro výrobu vinylacetátu v parní fázi, který zahrnuje kroky uvedení promývacího proudu inertního plynu obsahujícíhoethylen do styku s kyselinou octovou v absorpcní nádobe (36); vypuštení proudu obsahujícího kyselinu octovou a ethylen z jedné cásti absorpcní nádoby; oddelení ethylenu z kyseliny octové v tomto proudu jeho uvedením do styku s plynným ethylenem v prací kolone (46); a oddelení ethylenu z horní cástiprací kolony. Prípadne se recykluje regenerovaný ethylen do smycky reaktoru pro další použití.

Description

Způsob regenerace ethylenu

Oblast techniky

S

Předkládaný vynález se týká systému pro regeneraci ethylenu z promývacího proudu inertního plynu ze způsobu výroby v parní fázi. zvláště ze způsobu výroby vinylacetátu v parní fázi.

i o Dosavadní stav techniky

I když je předkládaný vynález vysvětlen na výrobě viny lacetátu v parní fázi. způsob podle vynálezu může být použil vždy, kdy existuje proces využívající smyčku regenerace ethylenu. Příkladem může být například výroba ethylenoxidu/ethylenglykolu nebo výroba akrylátů.

Ethylen je surovina běžně používaná v různých chemických procesech pro výrobu celé řady dalších chemických sloučenin. Ethylen je zvláště důležitým reaktantem při výrobě viny lacetátu v parní fázi. Protože ethylen je drahý, výrobci viny lacetátu způsobem v parní fázi zjišťují, že regenerace a recyklace ethylenu je důležité opatření přinášející úsporu nákladů.

Při způsobu výroby viny lacetátu v parní fázi jsou inertní plyny, zvláště dusík a argon, odváděny ze smyčky reaktoru pro výrobu viny lacetátu. Tyto plyny se přivádějí do vstupního proudu kyslíku a jako promývací plyny těsnicích prvků v jednotce. Protože v promývacím proudu je obsažen ethylen, toto pro mývání inertními plyny může vést ke ztrátě účinnosti, která závisí na nečistotám v plynech, surovinách apod.. a která se pohybuje od přibližně I do přibližně 4 % z celkového ethylenu používaného při procesu. V některých závodech se tento promývací proud inertních plynů jednoduše spaluje buď ve fakuli nebo v některém jiném zařízení pro zpětné získání energie.

V těchto případech výrobce pouze přijímá ztrátu namísto toho, aby se pokoušel ethylen regenerovat.

V jiných výrobních závodech se výrobci pokoušejí ethylen regenerovat. Známý způsob regenerace ethylenu je absorpce ethylenu do vinylacetátu při systémovém tlaku s následným snížením tlaku zbytku v absorbéru pro oddělení absorbovaného ethylenu. To typicky vyžaduje odlučovací nádobu (flash tank), ve které může být tlak rychle a podstatně snížen, což umožní oddělení ethy35 lénu od vinylacetátu. Po oddělení od vinylacetátu však musí být tlak ethylenu pomocí kompresoru opět zvýšen, aby bylo možno ethylen regenerovat a navrátit jej do reakční smyčky.

Tato metoda vv/aduje použití určitých zařízení, totiž odlučovací nádoby a kompresoru, což vyžaduje dodatečné vybavení a energetické nároky. Vyřešení způsobu regenerace ethylenu, které

4o vyžaduje menších nákladů na zařízení a energii, tedy zůstává stále zajímavé.

Podstata vynálezu

Způsob podle předkládaného vynálezu odstraňuje nutnost kroku snížení tlaku s následným krokem stlačování, aby bylo možno vrátit absorbovaný ethylen zpět do výroby vinylacetátu. Při způsobu podle předkládaného vynálezu se ethylen v promývaeím proudu inertního plynu absorbuje v proudu kyseliny octové při systémovém tlaku, přičemž zbytek v absorbéru se přivádí zpět do smyčky reaktoru pro výrobu vinylacetátu bud¹ v odpařováku. nebo v pračce recyklujícího plynu.

Tímto způsobem je možno vyhnout se použití jak odlučovací nádoby, tak i kompresoru.

Podle jednoho provedení vynálezu se poskytuje způsob regenerace ethylenu z promývacího proudu inertního plynu ze smyčky reaktoru při způsobu výroby vinylacetátu v parní fázi. Způsob podle předkládaného vynálezu zahrnuje kroky uvedení proudu promývacího inertního plynu s obsahem ethylenu do styku s kyselinou octovou v absorpční nádobě: vypuštění proudu obsahuCZ 299681 B6 jícího kyselinu octovou a ethylen /.absorpční nádoby; oddělení ethylenu od kyseliny octové v tomto proudu přivedením uvedeného proudu do styku s plynným ethylenem v prací koloně; a regeneraci ethylenu 7 horní části prací kolony. Tento způsob také zahrnuje krok recyklace izolovaného ethylenu do smyčky reaktoru pro další použití.

Alternativní způsob podle předkládaného vynálezu zahrnuje následující kroky: proud promývacího inertního plynu s obsahem ethylenu se uvede do styku s kyselinu octovou v absorpční nádobě; proud obsahující kyselinu octovou a ethylen se z absorpční nádoby vypustí; a tento proud se přivede do odpařováku ve smyčec reaktoru pro další použití.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je schematické znázornění známého způsobu pro recyklaci ethylenu 7 promývacího proudu inertního plynu.

Obr. 2 je schematické znázornění provedení způsobu podle předkládaného vynálezu pro regeneraci ethylenu z promývacího proudu inertního plynu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1. který znázorňuje způsob regenerace ethylenu podle dosavadního stavu techniky, obsahuje smyčka reaktoru 2 pro výrobu vinylacetátu jednotlivé prvky procesu pro výrobu vinylacetá25 tu. vc kterých se vinylacetát ve skutečnosti vyrábí, včetně odpařováku a reaktoru (není ukázáno). Typicky výroba vinylacetátu v parní fázi probíhá při systémovém tlaku v rozmezí 689 až 1207 kPa. Promývací proud 4 inertního plynu se odvádí ze smyčky reaktoru 2 pro výrobu vinylacetátu. Promývací proud 4 inertního plynu obsahuje celou řadu plynů, zejména ethylen, methan, kyslík, dusík a argon. Promývací proud 4 inertního plynu se odvádí při systémovém tlaku.

Promývací proud 4 inertního plynu se přivádí do absorpční kolony 6, kde se ethylen vymývá z promývacího proudu 4 inertního plynu vinylacetátem z proudu 8, který vstupuje do absorpční kolony 6 v blízkosti její hlavy. Absorpční kolona 6 muže mít patra nebo náplň. Absorpční kolona 6 pracuje při tlaku až do velikosti tlaku systémového. I kdvž sc o koloně 6 mluví jako o absorpční koloně, může jít laké o jednoduchou nádobu s nebo bez vnitřních mechanických částí.

Proud JO obsahující zbytek /.absorpční kolony 6 se vypouští z paty absorpční kolony 6 a obsahuje primárně vinylacetát, do kterého je selektivně absorbován ethylen. Odpadní proud J2 se vypouští z hlavy absorpční kolony 6 a obsahuje především odpadní plyny, tedy methan, dusík, .10 kyslík a argon, ale může laké obsahovat určité množství ethylenu. Odpadní proud J2 může být spalován nebo dále zpracováván.

Proud JO. který se odvádí stále ještě při systémovém tlaku, se dopravuje do odlučovací nádoby J4 (flash tank), kde je tlak podstatně nižší než systémový. Tlak v odlučovací nádobě J4 může být například přibližně .35 kPa nebo méně. Při snížení tlaku proudu 10 při jeho vstupu do odlučovací nádoby J4 se vinylacetát oddělí do ethylenu.

Proud 8 obsahující vinylacetát se vypouští z jedné části odlučovací nádoby J_4 a dopravuje se recyklačním čerpadlem 16 zpět do absorpční kolony 6. Proud J8 se vypouští z další části odluěo50 vaď nádoby J4 při přibližně atmosférickém tlaku nebo nižším tlaku a obsahuje převážně ethylen. Proud J8 se přivádí do kompresoru 20. kde sc tlak ethylenu v tomto proudu znovu zvýší na systémový tlak, a potom se vrací do smyčky reaktoru 2 pro výrobu vinylacetátu.

Smyčka 22 pračky recyklovaného plynu je součástí způsobu výroby vinylacetátu. která se použí55 vá pro odstranění malých množství vinylacetátu a kyseliny octové z výstupního proudu 24 plynu

C7. 299681 B6 z reaktoru. Proud 24 obsahuje na vstupu do prací kolony 26 recyklovaného plynu jednak plyny; jako ethylen, kyslík, dusík a argon, a jednak určité množství zachycených kapalin, jako kyseliny octové a vinylaeetátu. Proud 24 sc přivádí do prací kolony 26, kde sc uvádí do styku s proudem 28 kyseliny octové, aby se zpětně získaly zachycené kapaliny, kyselina octová a vinylacetát. š Prací kolona 26 může mít patra nebo náplň. Plyny z proudu 24 sc odebírají z hlavy prací kolony recyklačního plynu a vrací se zpět do smyčky reaktoru 2 pro výrobu vinylaeetátu potrubím 30 s použitím recyklačního kompresoru 31a. Proud 27 zbytku z prací kolony 26 se nazývá surový vinylacctát a tvoří jej hlavně kyselina octová, vinylacetát, voda a stopy dalších složek. Tento surový vinylacctát sc vede do čisticího systému (není ukázán) s cílem vyrobit prodejní vinylacckj tát s požadovaným stupněm čistoty. Smyčka 2, tak, jak je znázorněna na obr. I, obsahuje reaktor, systém pro odstraňování oxidu uhličitého, a zahrnuje potrubí 24.

Způsob regenerace ethylenu znázorněný na obr. 1 vyžaduje použití určitých zařízení, jako odlučovací nádoby U a kompresoru 20, které představují dodatečně náklady na zařízení a energii spojené s touto metodou regenerace. To znamená, že jestliže se sníží tlak proudu J_0 ethylcnu/vinylaeetátu v odlučovací nádobě Í4, čímž dojde k oddělení ethylenu od vinylaeetátu, musí být ethylen před navrácením do smyčky reaktoru 2 pro výrobu vinylaeetátu znovu natlakován kompresorem 20. Tlak ethylenu musí být tedy znovu zvýšen z přibližně atmosférického tlaku na tlak poněkud vyšší než je systémový tlak.

Použitím způsobu podle předkládaného vynálezu nejsou nutné pro provádění způsobu ani odlučovací nádoba, ani kompresor. Způsob podle předkládaného vynálezu tedy vytváří zjevné úspory nákladů na zařízení a energii.

Na obr. 2, kde je znázorněno provedení způsobu podle předkládaného vynálezu, obsahuje smyčka reaktoru 32 pro výrobu vinylaeetátu prvky výrobního procesu vinylaeetátu, ve kterých se produkuje vinylacetát včetně odpařováku a reaktoru (není ukázáno). Promývací proud 34 inertního plynu se odvádí ze smyčky reaktoru 32 pro výrobu vinylaeetátu. Promývací proud 34 inertního plynu obsahuje řadu plynů především ethylen, methan, kyslík, dusík a argon. Promývací proud inertního plynu sc odvádí při systémovém tlaku.

Promývací proud 34 inertního plynu sc přivádí do absorpční nádoby 36, kde se přivádí do styku s kyselinou octovou z proudu 40. Absorpční nádoba 36 pracuje při systémovém tlaku. Absorpční nádoba 36 může být kolona a může mít patra nebo náplň. Alternativně může být absorpční nádo5? bou 36 kontaktní zařízení (contactor), ccntrifugační kontaktní zařízení, míchaný reaktor, míchaná nádoba s náplní apod. Podobně absorpční nádoba 36 může být prázdná nádoba, tj. bez přítomných vnitřních struktur, ale s probubláváním plynu skrz dno nádoby.

V absorpční nádobě 36 se ethylen selektivně absorbuje do proudu 40 kyseliny octové a proud obsahující především kyselinu octovou a ethylen se v jednom provedení absorpční nádoby 36 vypouští v proudu 44. Odpadní proud 38 se vypouští z další části absorpční nádoby 36 a obsahuje především odpadní plyny jako methan, dusík, kyslík a argon, ale může také obsahovat určité množství ethylenu. Odpadní proud 38 může být spalován nebo přiváděn k dalšímu zpracování v procesech, které budou odborníkům v oboru známé. V některých případech může být obsah kyslíku dostatečně vysoký pro vytvoření hořlavé směsi. Za těchto okolností mohou být do kolony 36 nebo proudu 34 přidány methan nebo jiné ředicí látky pro snížení koncentrace kyslíku v proudu 38 na nehořlavou úroveň.

Proud 44 kyseliny oetovč/ethylenu se potom přivádí do prací kolony 46 recyklovaného plynu v blízkostí její hlavy. Prací kolona 46 může mít patra nebo náplň. Pračka 46 recyklačního plynu je součást způsobu výroby vinylaeetátu, která se používá pro odstraňování malých množství vinylaeetátu a kyseliny octové z proudu 48 recyklovaného plynu.

Proud 48 obsahuje na vstupu do prací kolony 46 plyny, zejména ethylen, methan, kyslík, dusík a argon, a určité množství zachycených kapalin, jmenovitě kyseliny octově a vinylaeetátu. Proud se přivádí do paty prací kolony 46, kde se uvádí do styku s kyselinou octovou a ethylenem z proudu 44. Ethylen se vypudí z proudu 44 a vystupuje z hlavy prací kolony 46 recyklovaného plynu a vrací se do smyčky reaktoru 32 pro výrobu vinylacetátu proudem 50 s využitím kompresoru 5E Výstupní proud 47 je surový vinylaeetát.

V dalším provedení způsobu podle předkládaného vynálezu by se proud 44 vracel do odpařováku (není ukázán) ve smyčce reaktoru 32, ze kterého by byl ethylen recyklovaný v absorpční nádobě 36 přiváděn do reaktoru (rovněž není ukázáno).

ío Toto provedení může vyžadovat některá speciální opatření vzhledem ke kyselině octové použité v proudu 40. Kyselina octová může být čerstvá nebo recyklovaná kyselina. V mnoha způsobech pro výrobu vinylacetátu je kyselina přiváděná do prací kolony 46 recyklovaného plynu recyklovaná kyselina octová. Pro zvýšení účinnosti kyseliny pro účely absorpce se typicky recyklovaná kyselina před přivedením do prací kolony 46 recyklovaného plynu chladí.

Jestliže se při tomto provedení způsobu podle předkládaného vynálezu používá chlazená kyselina. která se přivádí do absorpční nádoby 36, výsledný proud 44 zbytku bude také ochlazený. Přivádění ochlazovaného proudu kyseliny do odpařováku by mohlo zvýšit energetické nároky nezbytné pro provoz odpařováku. Alternativně by mohla být kyselina v proudu 44 před přivádělo ním do odpařováku znovu ohřívána.

V absorpční koloně 36 by také mohla být používána horká recyklovaná kyselina, čímž však může dojít ke snížení účinnosti kolony při absorpci ethylenu. Navíc by mohla mít horká kyselina korozi vní účinky, pokud by neměla kolona 36 zvláštní metalurgické úpravy.

Způsob podle předkládaného vynálezu je výhodný, protože používá zařízení, které již v mnoha procesech pro výrobu vinylacetátu existuje, pro recyklaci ethylenu přítomného v promývacím proudu 34 inertního plynu. Navíc se tak děje bez přidání odlučovací nádoby nebo dalších prostředků pro snížení tlaku a bez přidání kompresoru nebo dalších prostředku pro zvýšení tlaku so mezi absorpční nádobu 36 a smyčkou reaktoru 32 pro výrobu vinylacetátu. Podobně je při způsobu výroby vinylacetátu již přítomen proud 40 recyklované kyseliny octové, a použití tohoto proudu kyseliny octové pro vyprání promývacího proudu 34 inertního plynu nezmenšuje její účinnost pro použití při vypírání proudu plynu 48 v prací koloně 46 recyklovaného plynu. Kapitálové a energetické náklady použití tohoto způsobu podle předkládaného vynálezu by tedy měly být podstatně nižší než náklady na způsob regenerace ethylenu podle dosavadního stavu techniky znázorněného na obr. 1.

Další výhoda způsobu podle předkládaného vynálezu spočívá v tom, že kyselina octová má větší selektivitu pro ethylen než vinylaeetát. Ve srovnání se známým způsobem pro regeneraci ethy le4o nu by tedy měl být způsob podle předkládaného vynálezu selektivnější, a tedy účinnější. Tabulka I ukazuje rozpustnost ethylenu, dusíku a směsi ethylen/dusík ve vinylacetátu a tabulka 2 ukazuje rozpustnost ethylenu, dusíku a směsi ethylen/dusík v kyselině octové. Údaje se vztahují na rozpustnost měřenou při 30 °C a různé tlaky vyjádřené v absolutní tlaku. Údaje jsou v gramech na litr.

Tabulka I

Rozpustnost plynů ve vinylacetátu

Tlak(kPa)	Ethylen	Dusík	Ethylen/dusík
310.3	7,2	1,4	5,1
724,0	25.1	4,3	5.8
1137,6	43,2	7.1	6,1

CZ 299681 Bó

Tabulka 2

Rozpustnost plynu v kyselině octově

Tlak(kPa)

310.3

724,0

1137.6

Ethylen

3,7

10,8

22,4

Dusík

0,2

0,69

1,18

Ethylen/dusík

18,5

15.7

19,0

Ex per i m en tá I η í pod m ί n ky Pro kyselinu octovou iš Přibližně 200 ml kyseliny octové bylo vloženo do 300ml míchaného autoklávu opatřeného zdrojem tepla a řídicí jednotkou. Autokláv byl opatřen tlakovou nádobou - odlučovačem kapaliny (blowcase) pro přidávání plynu o objemu 161,6 ml. K tomuto zařízení byl připojen zásobník o objemu 1 1; regulace plynu byla prováděna při vstupu ze zásobníku plynu do tlakové nádoby pro přidávání plynu a potom při vstupu do reaktoru pomocí regulátoru plynu. Kapalina byla odplyně2i) na mícháním při přibližně 1000 ot/min, zastavením míchadla a odvětráním do atmosféry'. Tlaková nádoba pro přidáváni plynu byla potom natlakována na počáteční tlak přibližně 2,76 MPa a ventil zásobníku plynu byl uzavřen. S vypnutým iníchadlem byl reaktor natlakován na tlak požadovaný pro test a byl přidáván plyn. dokud již dalšího množství nebylo pro udrženi požadovaného tlaku zapotřebí. Po dosažení stabilního tlaku v reaktoru se testovaný plyn odvětrá a potom následují postupy odplynění popisované dále.

Pro vinyl aeetát

Postup diskutovaný výše pro kyselinu octovou byl opakován pro studii rozpustnosti ve vinylace50 tátu šlím rozdílem, že vinylacetát pro svou těkavou povahu ve srovnání s kyselinou octovou musel být doplňován v důsledku úbytku kapaliny.

Trvalé promývání při experimentu způsobilo určitý úbytek kapaliny a bylo nezbytné další přidávání kapaliny do reaktoru. Pro kyselinu octovou bylo nutno provádět doplňování reaktoru dva55 krát. Pro vinylacetát byl reaktor v průběhu experimentu doplňován pětkrát. Při vyšších tlacích bylo nezbytné pro udržení saturace kapaliny doplnit zařízení pro dodávání plynu. Z důvodu stlačí telnosti ethylenu byl pro umožnění porovnání údajů aproximován počáteční tlak.

Při srovnání absorpce obou kapalin rozpustil při testovaných teplotách vinylacetát přibližně

2,5násobné množství ethylenu než kyselina octová. Bylo zjištěno, že pro obě testované kapaliny je rozpustnost plynu při nižších teplotách větší. Ačkoli výsledky studií rozpustnosti plynů ukázaly nižší výsledky pro kyselinu octovou než pro vinylacetát, poměr rozpustnosti ethylenu k rozpustnosti methanu nebo dusíku byl pro kyselinu octovou vyšší než pro vinylacetát.

Na příkladech a výkresech byla popsána konkrétní provedení vynálezu, ačkoli mohou být prováděny různé modifikace a alternativní formy vynálezu. Je však třeba rozumět, že vynález není omezen na konkrétní popsané formy. Vynález má zahrnovat všechny modifikace, ekvivalenty a alternativy, které spadají do myšlenky a rozsahu vynálezu definovaného přiloženými nároky.

Claims (7)

1. Způsob regenerace ethylenu z prvního promývacího proudu inertního plynu obsahujícího ethy len a alespoň jednu látku ze skupiny dusíku a argonu ze smyčky reaktoru při způsobu pro

5 výrobu vinylaeetátu v parní fázi obsahujícím smyčku regenerace, vyznačující se tím, že tento způsob regenerace ethylenu zahrnuje následující kroky:

první promývací proud inertního plynu se uvede v absorpční nádobě do styku s kyselinou octovou. pro selektivní absorpci ethylenu v kyselině octové:

druhý, kapalný proud obsahující kyselinu octovou a ethylen se vypouští z jedné části absorpční ío nádoby;

ze smyčky regenerace se vypouští třetí proud obsahující alespoň jednu látku ze skupiny dusíku a argonu z další části absorpční nádoby, přičemž třetí proud obsahuje méně ethylenu než první proud inertního plynu;

ethylen se odděluje od kyseliny octové obsažené v druhém proudu přivedením druhého proudu

15 do styku se čtvrtým proudem recyklačního plynu s obsahem ethylenu v prací koloně; a ethylen se regeneruje z prací kolony.

2. Způsob podle nároku 1. v y z n ač u j í c í se t í m , že dále zahrnuje krok. při kterém se ethylen regenerovaný z prací kolony recykluje do smyčky reaktoru.

3. Způsob podle nároku I, v y z n a č u j í c í se t í m . že třetí proud dále obsahuje kyslík, přičemž se přidává alespoň jedna ředicí látka v dostatečném množství pro snížení koncentrace kyslíku ve třetím proudu, takže se třetí proud stane nehořlavou směsí.

25

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se ze smyčky reaktoru dále vypouští výstupní proud obsahující ethylen, a kde čtvrtý proud recyklačního plynu obsahuje ethylen recyklovaný z výstupního proudu ze smyčky reaktoru.

5. Způsob regenerace ethylenu / prvního promývacího proudu inertního plynu obsahujícího

50 ethylen a alespoň jednu látku ze skupiny dusíku a argonu ze smyčky reaktoru, jehož součástí je krok odpařování, při způsobu pro výrobu vinylaeetátu v parní fázi obsahujícím smyčku regenerace, vyznačující se 11 m , že tento způsob regenerace ethylenu zahrnuje následující kroky:

první promývací proud inertního plynu se uvede v absorpční nádobě do styku s kyselinou octo55 vou pro selektivní absorpci ethylenu v kyselině octové;

druhý, kapalný proud obsahující kyselinu octovou a ethylen se vypouští /.jednoho místa absorpční nádoby:

druhý proud se přivádí do kroku odpařování ve smyčce reaktoru; a ze smyčky regenerace se vypouští třetí, odpadní proud plynu, obsahující alespoň jednu látku ze

40 skupiny dusíku a argonu, z další části absorpční nádoby, přičemž třetí proud obsahuje méně ethylenu než první proud inertního plynu.

6. Způsob podle nároku 5, v y z n a ču j í c í se t í m , že třetí, odpadní proud plynu dále obsahuje kyslík, přičemž se přidává alespoň jedna ředicí látka v množství, které je dostatečné pro

45 snížení koncentrace kyslíku ve třetím, odpadním proudu plynu, takže se třetí, odpadní proud plynu stane nehořlavou směsí.

7. Způsob podle nároku 3 nebo 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že ředicí látka obsahuje methan.