DD232649A5

DD232649A5 - Verfahren zur entfernung von geloesten gasen aus einer waessrigen ethylenoxidloesung

Info

Publication number: DD232649A5
Application number: DD85272583A
Authority: DD
Inventors: Henri Neel; Francis Delannoy
Original assignee: K
Priority date: 1984-01-17
Filing date: 1985-01-15
Publication date: 1986-02-05
Also published as: JPS60152479A; EP0149585B1; EP0149585A2; DE3566804D1; FR2558069B1; SU1480768A3; US4597833A; CA1221101A; ES8607035A1; ES539383A0; EP0149585A3; JPS6136833B2; IN165103B; DE149585T1; FR2558069A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von geloesten Gasen aus einer verduennten waessrigen Ethylenoxidloesung, wie den Absorbaten, die bei dem Direktoxydationsverfahren von Ethylen mit molekularem Sauerstoff anfallen. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens, das eine vollstaendige Abtrennung von geloesten Gasen aus einer waessrigen Ethylenoxidloesung auf wirtschaftliche Weise gestattet. Erfindungsgemaess wird die waessrige Ethylenoxidloesung, die geloeste Gase als Verunreinigungen enthaelt, mit einem Gasstrom, der aus einem oder mehreren aus den geloesten Gasen ausgewaehlten Gasen, mit Ausnahme von Kohlendioxid und von Sauerstoff, besteht, in einer Kolonne in Kontakt gebracht, die zwei Zonen enthaelt, von denen jede bis zu 15 theoretische Boeden enthaelt, und in die am Kopf Wasser eingespritzt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von gelösten Gasen aus einer wäßrigen Ethylenoxidlösung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Behandlung verdünnter wäßriger Ethylenoxidlösungen, die gelöste Gase enthalten, zur Entfernung dieser Gase.

Derartige Lösungen können unterschiedlichen Ursprungs sein, stammen jedoch im wesentlichen aus der Synthese von Ethylenoxid durch katalytische Oxydation von Ethylen in der Gasphase. Bei einer solchen Synthese muß das gebildete Ethylenoxid aus einem Gasgemisch abgetrennt werden, das das Ethylenoxid in starker Verdünnung und neben dem nicht umgesetzten Ethylen und Sauerstoff u.a. Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Ethan, Stickstoff, Edelgase und andere Verunreinigungen, darunter hauptsächlich Aldehyde, wie Formaldehyd und Acetaldehyd, enthält.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Verfahren, das gewöhnlich angewandt wird, um ausgehend von einer solchen Gasmischung zum Ethylenoxid zu gelangen, umfaßt:

a. Eine Absorption in Wasser, die darin besteht, daß man das aus der Reaktionszone kommende Gasgemisch mit Wasser in Kontakt bringt, und die zu einer verdünnten wäßrigen Ethylenoxidlösung führt, die meistens 2 bis 3 Gew.-% Ethylenoxid, Verunreinigungen wie Aldehyde und im gelösten Zustand insbesondere Kohlendioxid, Methan, Ethan, Ethylen, Stickstoff, Sauerstoff und Edelgase enthält.

b. eine Desorption, die darin besteht, daß man die verdünnte Ethylenoxidlösung einer Wasserdampfextraktion in einer Kolonne unterwirft, die als Sumpf einen wäßrigen, praktisch ethylenoxidfreien Strom liefert und am Kopf ein Gasgemisch, das Wasserdampf, ursprünglich in der wäßrigen Ethylenoxidlösung gelöste Gase, Verunreinigungen wie Aldehyde, und etwa 30 bis 60 Gew.-% Ethylenoxid enthält.

с eine Reabsorption, indem man diesen Gasstrom nach Abkühlung mit Wasser in Kontakt bringt. Das Ethylenoxid wird so im Wasser reabsorbiert, ebenso wie CO₂ und der größere Teil der Verunreinigungen, während der größte Teil der ursprünglich mit dem Ethylenoxid in gelöster Form vorliegenden Gase als Gasstrom abgetrennt wird. Die wäßrige Ethylenoxidlösung, die bei der Reabsorptionsstufe erhalten wird, enthält im allgemeinen zwischen 5 und 15 Gew.-% Ethylenoxid. d. eine oder mehrere Destillationen zur Herstellung von reinem Ethylenoxid aus dieser letzten Lösung.

Meistens ist es erforderlich, eine zusätzliche Stufe zur Entfernung des CO₂ zwischen die Stufen с und d einzubauen. Die so entcarbonisierte wäßrige Ethylenoxidlösung kann zur 'Hofstellung von Glykolen behandelt werden, zur Herstellung von gereinigtem Ethylenoxid destilliert werden, oder teils zur Herstellung von Glykolen behandelt und teils destilliert werden. Die Behandlung von solchen wäßrigen Lösungen, wie den aus den Stufen a und с bei einem Ethylenoxid-Syntheseverfahren entstehenden und allgemeiner die Behandlung von jeder verdünnten wäßrigen Ethylenoxidlösung, die in gelöstem Zustand Kohlendioxid und wenigstens eine andere normalerweise gasförmige und in gelöstem Zustand in den Lösungen des erwähnten Typs vorliegende Verbindung enthält, die aus einem Ethylenoxid-Herstellungsverfahren stammen, zur Entfernung der gelösten Gase, direkt ausgehend von diesen Lösungen, muß in der Weise erfolgen, daß nach ihrer Abtrennung diese Gase vorteilhaft in die Ethylenoxidsynthese zurückgeführt werden können, ohne praktisch Ethylenoxid mit ihnen zu verunreinigen. Tatsächlich muß man, wenn das nicht der Fall ist, eine weitere Verfahrensstufe einschalten, um das Ethylenoxid, das diese Gase enthält, aus ihnen abzutrennen, bevor man sie zur Ethylenoxidsynthese zurückführen kann.

Eine solche Abtrennung kompliziert offensichtlich das allgemeine Herstellungsverfahren für Ethylenoxid und belastet die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Das ist beispielsweise ein Nachteil des in US-PS 3729899 beschriebenen Standes der Technik, der darin besteht, daß man die verdünnte Ethylenoxidlösung einer Flash-Verdampfung unterwirft. Ein weiterer Nachteil dieser Technik ist, daß man nur eine teilweise Abtrennung erreicht, die höchstens bis zu 85% der ursprünglich in der behandelten Ethylenoxidlösung gelösten Gase geht.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens, das eine Abtrennung der gelösten Gase erlaubt, die praktisch vollständig sein kann und praktisch kein Ethylenoxid in den aus der Ethylenoxidlösung abgetrennten Gasen läßt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technologie zu entwickeln, die eine vollständige Abtrennung der gelösten Gase aus einer wäßrigen Ethylenoxidlösung auf wirtschaftliche Weise gestattet.

Das Verfahren besteht darin, daß man eine verdünnte wäßrige Ethylenoxidlösung, die in gelöstem Zustand Kohlendioxid und wenigstens eine weitere Verbindung, die normalerweise gasförmig ist und in gelöstem Zustand in den wäßrigen Ethylenoxidlösungen, die bei der Wasserabsorption dieses Produkts bei einem Direktoxydationsprozeß von Ethylen mit molekularem Sauerstoff anfallen, vorliegt, mit einem Gasstrom, der aus wenigstens einem dieser Gase, mit Ausnahme von Kohlendioxid und von Sauerstoff, besteht, in einer Kolonne in Kontakt bringt, die zwei Zonen mit jeweils bis zu 15 theoretischen Böden enthält, wobei die wäßrige Ethylenoxidlösung auf einem Niveau zwischen der unteren und der oberen Zone in die Kolonne, der Gasstrom unten in die untere Zone und das Wasser oben in die obere Zone in die Kolonne eingeführt, die Gase am Kopf der Kolonne und die Ethylenoxidlösung nach der Behandlung als Sumpf der Kolonne abgezogen werden.

Die theoretischen Böden der Kolonne können auf eine bekannte Weise als Böden oder als die bekannten Ausstattungen ausgebildet sein, um einen wirksamen Gasflüssig-Kontakt zu gewährleisten.

Der absolute Druck in der Kolonne liegt vorteilhaft zwischen 1 und 20 bar.

Wie bereits angegeben, kann die behandelte Lösung bis zu 15 Gew.-% Ethylenoxid enthalten. Meistens enthält sie 2 bis 12 %. Die Gesamtmenge der gelösten Gase beträgt im allgemeinen weniger als 0,5%, meistens weniger als 0,3 Gew.-% der Lösung.

Die Temperatur der Ethylenoxidlösung bei Eintritt in die Kolonne liegt im allgemeinen oberhalb der Umgebungstemperatur und unterhalb von 80°C.

Das am Kopf eingespritzte Wasser kann reines Wasser sein oder ein in den Ethylenoxidprozess zurückgeführter Wasserstrom, der insbesondere geringe Mengen an Ethylenoxid und/oder Glykol enthalten kann.

Es kann sich beispielsweise um einen Wasserstrom entsprechend dem handeln, der für die Absorption des Ethylenoxids aus den aus der katalytischen Oxydation von Ethylen kommenden Gasen verwendet wird. Die Temperatur dieses Wasserstroms am Eingang in die Kolonne liegt vorteilhaft zwischen 1O⁰C und 5O⁰C. Die Zuführmenge liegt zwischen 5 und 15 Gew.-% der Menge der Ethylenoxidlösung.

Der Gasstrom, der unten in der unteren Zone der Kolonne eingeführt wird, besteht vorteilhaft aus einem oder mehreren der Gase Stickstoff, Ethylen, Methan, Ethan, und Argon. Seine Menge liegt im allgemeinen zwischen 0,05 bis 10 Gew.-% der Menge der zu behandelnden Lösung.

Die einzige Abbildung gibt ein Schema für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Die Kolonne 6 enthält zwei Zonen A und B, die beide tatsächliche Böden oder äquivalente Ausstattungen bis zu höchstens 15 theoretischen Böden enthalten.

Die verdünnte wäßrige Ethylenoxidlösung 1 wird in den zwischen den Zonen A und B gelegenen Teil der Kolonne eingespritzt.

Der Gasstrom, der zur Mitnahme der in der Ethylenoxidlösung gelösten Gase dient, wird bei 3 in die Kolonne 6 eingeführt, während das Wasser in diese Kolonne bei 2 eingespritzt wird.

Bei 4 wird ein Gasstrom abgezogen, der im wesentlichen aus dem ursprünglich in der Ethylenoxidlösung gelösten Gas und aus dem oder den bei 3 zugeführten Gasen besteht.

Bei 5 wird die behandelte Ethylenoxidlösung abgezogen.

Ausführungsbeispiele

Die folgenden Beispiele veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren, sie stellen keine Begrenzung dar.

Beispiel 1

Eine wäßrige Ethylenoxidlösung, die 2,55 Gew.-% Ethylenoxid, 5,22 Gew.-% Ethylenglykol, 0,17 Gew.-% CO₂,0,032 Gew.-% Ethylen, 0,015 Gew.-% Stickstoff und 0,004 Gew.-% der Summe aus Ethan, Sauerstoff und Argon enthält, wird in einer Rate von 1902 kg/h bei 72°Cin die Kolonne 6 eingespritzt, deren beide Zonen jeweils fünf theoretische Böden besitzen.

Der zur Mitnahme, der in der Ethylenoxidlösung gelösten Gase, erforderliche, aus Stickstoff bestehende Gasstrom, wird mit einer Zuführrate von 1,46 kg/h und mit einer Temperatur von 25°C in die Kolonne 6 eingeführt.

Der am Kopf der Kolonne zugesetzte Wasserstrom enthält 5,5 Gew.-% Ethylenglykol und wird in einer Rate von 131,23 kg/h bei 25°C der Kolonne 6 zugeführt.

Der mittlere absolute Druck in der Kolonne 6 beträgt 2,5bar.

Der am Kopf der Kolonne mit einer Abzugsrate von 5,66kg/h abgezogene Gasstrom enthält 99,8% des CO₂ und die gesamte Menge der anderen Gase, die in der in die Kolonne eingegebenen Ethylenoxidlösung ursprünglich gelöst waren. Der Gasstrom enthält weniger 0,004 Gew.-% Ethylenoxid.

Die als Sumpf oer Kolonnein еіпт Menge von 2029 kg/h abgezogene wäßrige Ethylonoxidlösung enthält weniger als 0,003 Gew.-%an gelöstem CO₂. Der Entfernungsgrad des CO₂ beträgt somit über 98%.

Ein entsprechendes Ergebnis erhält man, wenn man den Stickstoff durch die gleiche molare Menge Methan ersetzt.

Beispiel 2

Man arbeitet wie in Beispiel 1, verwendet jedoch anstelle des Stickstoffstroms einen Ethylenstrom einer Rate von 1,91 kg/h; die als Sumpf der Kolonne abgezogene Ethylenoxidlösung enthält nur 1 % des CO₂, das ursprünglich in der in die Kolonne eingesetzten Ethylenoxidlösung gelöst war, neben nur 0,01 Gew.-% Ethylen

Der am Kopf der Kolonne abgezogene Gasstrom enthält nur 0,005 Gew.-% Ethylenoxid.

Beispiel 3

Wenn man wie in Beispiel 2 arbeitet, jedoch in einer Kolonne, die nur zwei theoretische Böden in der unteren Zone enthält, und mit einer Ethylenzuführrate von 3,76 kg/h, so erreicht man eine Entfernungsrate des CO₂ von 99%, während die Entfernung der anderen Gase, die ursprünglich in der in die Kolonne eingesetzten Ethylenoxidlösung gelöst waren, vollständig ist. Der Gasstrom, der die aus der Ethylenoxidlösung eliminierten Gase enthält, enthält weniger als 0,015 Gew.-% Ethylenoxid.

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Beispiel 4

Eine wäßrige Lösung, die 2,5 Gew.-% Ethylenoxid, 0,17 Gew.-% CO₂ und 0,32 Gew.-% Ethylen enthält, wird in einer Menge von 1902 kg/h und bei 80^cC in die Kolonne 6 eingesetzt, deren zwei Zonen jeweils fünf theoretische Böden besitzen und die unter einem mittleren absoluten Druck von 15 bar betrieben wird. 19,4kg/h Stickstoff bei 25°C und 131 kg/h Wasser bei 25°C werden unten ind ie utnere Zone bzw. oben in die obere Zone der Kolonne 6 eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Behandlung ermöglicht es, eine Ethylenoxidlösung zu erhalten, die nicht mehr als 1 % der ursprünglichen CO₂-Menge enthält, wobei die Gesamtentfernungsrate der ursprünglich in der zu behandelnden Lösung gelösten Gase 94% erreicht und der Gehalt an Ethylenoxid in dem Gasstrom, der oben aus der Kolonne austritt, nur 0,0005% beträgt.

Beispiel 5

Eine wässrige Lösung, die 11,73 Gew.-% Ethylenoxid, 0,031 Gew.-% CO₂ und 0,0014 Gew.-% Ethylen enthält, wird bei 42⁰C mit einer Zuführrate von 1971 kg/h in die Kolonne aus Beispiel 4 eingesetzt, wo sie mit einem Stickstoffgasstrom in Kontakt gebracht wird, der in diese Kolonne bei 25°C mit einer Rate von 3,83 kg/h eingesetzt wird.

Wasser wird am Kopf der Kolonne bei 25⁰C in einer Menge von 131 kg/h eingespritzt. Der mittlere absolute Druck in der Kolonne beträgt 2,5 bar. Die Ethylenoxidlösung, die aus der Kolonne abgezogen wird, enthält weniger als 1 % der CO₂-Menge, die sie ursprünglich enthielt, wobei die Entfernung der anderen gelösten Gase praktisch vollständig ist.

Der Gasstrom, der am Kopf der Kolonne abgezogen wird, enthält nur 0,003 Gew.-% Ethylenoxid.

Claims

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Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Entfernung von gelösten Gasen aus einer wäßrigen Ethylenoxidlösung, die bis zu 15 Gew.-% Ethylenoxid und höchstens 0,5% gelöste Gase enthält, die aus Kohlendioxid und wenigstens einer anderen normalerweise gasförmigen und in gelöstem Zustand in den wäßrigen Ethylenoxidlösungen, die bei der Wasserabsorption dieses Produkts bei einem Direktoxydationsverfahren von Ethylen mit molekularem Sauerstoff entstehen, vorhandenen Verbindung bestehen, gekennzeichnet dadurch, daß die Ethylenoxidlösung mit einem Gasstrom, der aus wenigstens einem dieser Gase mit Ausnahme von Kohlendioxid und Sauerstoff besteht, in einer Kolonne, die zwei Zonen mit jeweils bis zu 15 theoretischen Böden enthält, in Kontakt gebracht wird, wobei die Ethylenoxidlösung auf einem zwischen der unteren und der oberen Zone gelegenen Niveau, der Gasstrom unten in die untere Zone und das Wasser oben in die obere Zone in die Kolonne eingegeben werden und die Gase am Kopf der Kolonne und die Ethylenoxidlösung nach der Behandlung als Sumpf der Kolonne abgezogen werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der in die Kolonne eingegebene Gasstrom aus einem oder mehreren Gasen besteht, die unter Stickstoff, Argon, Methan, Ethan und Ethylen ausgewählt sind.
3. Verfahren nach einem der Punkte 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Einsatzmenge des in die Kolonne eingeführten Gasstroms zwischen 0,05 und 10 Gew.-% der Menge der in die Kolonne eingesetzten wäßrigen Ethylenoxidlösung beträgt.
4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur der wäßrigen Ethylenoxidlösung zwischen Umgebungstemperatur und 80⁰C liegt.
5. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge des in die Kolonne eingesetzten Wassers zwischen 5 und 15 Gew.-% der Menge der in die Kolonne eingesetzten wäßrigen Ethylenoxidlösung liegt.
6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des in die Kolonne eingesetzten Wassers zwischen 10°C und 50⁰C liegt.
7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das in die Kolonne eingesetzte Wasser Ethylenglykol enthält.
8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere absolute Druck in der Kolonne zwischen 1 und 20bar liegt.

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