DE1668666A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von aethylenoxid - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von aethylenoxidInfo
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Description
Oase 208 - Oomm. 707 023
SNAM PROGETTI S.p.A., Mailand / Italien
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Äthylenoxid
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Äthylenoxid, insbesondere unter Ausnutzung der aus
einem Äthylenoxid-Synthesereaktor kommenden Abgase.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Äthylenoxid durch direkte Oxidation von Äthylen bekanntgeworden, bei dem Luft
und Äthylenfbei hoher Temperatur und hohem Druck in einem katalytischem Reaktor mit einem aus einem festen' Rohrbündel
bestehenden Bett umgesetzt wird und über einen Thermostaten unter Verwendung eines DiathermejHflilöBlgkeit gesteuert
wird. Das aus dem.Rtiiktp!r.*tki'#trömende gasförmige
Produkt wird dann in eine Absorptionskolonne geführt, in der das resultierende Äthyleaqxid wiedergewonnen wird.
Es hat sich als wünschenswert S«rausgestellt, einen Teil
der aus der Kolonne des Reaktors austretenden Gase rückzu-
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ORIGINAL WSf
führen und gleichzeitig luft und Äthylen dem Reaktor zuzusetzen,
wogegen der Rest der aus der Kolonne tretenden Gase (der volumenmäßig der frischluft und dem zum rückgeführten
Teil zugesetzten Äthylen äquivalent ist) in die Atmosphäre ausgetragen wird. Es ist bekannt, daß dae ausgetragenen Gase,
die hauptsächlich Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid enthalten, ebenfalls nicht-umgesetztes Äthylen in einer
^ Menge, die überlicherweise zwischen 0,1 bis 0,3 Volumen $,
öfters jedoch zwischen 0,5 und 1,5 Volumen-^ liegt, ent- *haiten. ■ ' ΐ
Die Abgase besitzen einen Druck, der unabhängig von irgendwelchen kleinen auftretenden Druckverlusten sehr ähnlich dem
im katalytischen Oxidationsreaktor herrschenden Druck ist, wobei dieser Druck gleich dem, bis zum dem Luft verdichtet
wurde, ist.
Um das Verfahren nun so wirtschaftlich wie möglich zu machen, ist es daher wünschenswert, entweder die mechanische Energie
der Abgase oder das nicht-umgesetzte darin enthaltene Äthylen rückzugewinnen.
Es ist hierbei nicht uninteressant, daß der Anteil der aus-
getragenen Gase etwa gleich der Menge der verdichteten, für
die Umsetzung notwendigen luft abzüglich der Menge des umge-
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. - 3 setzten Sauerstoffes und jedweder Verluste ist.
Bekannte Verfahren zum Wiedergewinnen der in den Abgasen vorhandenen Energie haben sich nicht als völlig zufriedenstellend
vom wirtschaftlichen Standpunkt aus herausgestellt.
Zu diesem Zweck vorgeschlagene Verfahren betreffen lediglich die Rückgewinnung der potentiellen Energie der Abgase, indem ^
man die erwärmten Gase durch eine Expansionsturbine expandieren läßt, die mit dem Kompressor verbunden ist und die
die im Oxidationsverfahren verwendete Luft verdichtet. Das in den Gasen vorhandene Äthylen ist ebenfalls eine Verlustquelle
bei dieser Anordnung.
Es mag zwar zweckmäßig sein, die Temperatur der Gase so weit wie möglich vor ihrer Expansion in der Turbine zu steigern,
um eine merkliche Änderung in der Enthalpie hervorzurufen, eine Luft-Äthylenmischung - dies muß ins Gedächtnis gerufen
werden - wird jedoch explosiv, wenn man sie auf eine zu hohe Temperatur bringt. Auch die Verwendung eines üblichen Ofens
zur mäßigen Erwärmung der Abgase vor ihrer Expansion bringt einen weiteren Energie verlust mit sich, der durch die fühlbare
in den Abgasen enthaltene Wärme repräsentiert wird, die notwendigerweise in die Atmosphäre ausgetragen werden
müssen.
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Um das nicht-umgesetzte Äthylen von diesen Gasen zu entfernen, wurden Verfahren der kathaly ti sehen Verbrennung vorgeschlagen;
diese Verfahren haben sich jedoch als unpraktisch herausgestellt, teilweise aufgrund der Tatsache, daß der
. Äthylengehalt in den Abgasen nicht konstant ist und teilweise aufgrund dessen, daß es unmöglich ist, die Größe oder
die Frequenz der Äthylengehaltschwankungen vorherijBueehenJra" |
**■■■■' *■*"
^ In Praxis passiert es also oft, daß der Äthylengehalt in den Abgasen für die Stabilität des Katalysators zu hoch liegt·
Dies hängt mit dem praktisch adiabatischenQOharakter der
Katalytischen Oxidation des Äthylens unter solchen Bedingungen zusammen.
Die vorgeschlagenen katalytischen Systeme zum Eliminieren des Äthylens besitzen daher den Nachteil, daß sie nur dann
wirksam werden, wenn man mit niedrigen Äthylengehalten und innerhalb enger Grenzen .arbeitet, die in Praxis selten vor-
ψ handen sind.
Erfindungsgemäß soll nun ein brauchbares Verfahren zum Wie-*
dergewinnen eines erheblichen Anteils der mechanischen,.in den Abgasen enthaltenen Energie und zu deren Ausnutzung gefunden
werden, so daß die zum Antrieb des Kompressors für die Verfahrensluft notwendige Energie geliefert wird. Auch
soll die im Abgas enthaltene Verbrennungswärme des Äthylens
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ORlGIMAL
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ausgenutzt werden, um die gleichen Gase vor ihrer Expansion in der Turbine vorzuwärmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Äthylenoxid zeichnet sich nun dadurch aus, daß
Äthylen mit dem in der Luft bei erhöhter Temperatur enthaltenem Sauerstoff in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators
zur Herstellung des gewünschten Äthylenoxids oxidiert wird, das gesamte oder im wesentlichen das gesamte Äthylenoxid von
den resultierenden nicht-umgeset»tegi XtIQrI en|] enthaltenden
Abgasen getrennt wird und daß wenigstens ein Teil der verbleibenden Abgase in einer Verbrennungskammer bei Regelung von
Temperatur und Druck unter Steigerung desDrucka der verbleibenden
Abgase verbrannt jVirdJjJ und dad man dieee in einer
mit einem Kompressor verbundenen Expansionsturbine expandieren läßt, wodurch Druckluft zur Verwendung in der katalytischen
Oxidation des Äthylens erzeugt wird.
Die Erfindung soll nun weiter anhand der Beschreibung einer Ausführungsform erläutert werden. Die Zeichnung zeigt das.
Fließbild einer Anlage zur Verbrennung nicht-umgesetzten Äthylens sowie die nachfolgenden Stufen des Verfahrens nach
der Erfindung.
Eine mit 1 bezeichnete Leitung kommt aus einem nicht-dargestellten
^Reaktor, in demjjdie katalytische Oxidation des
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Äthylens aur Äbhylenoxid in an sich bekannter Weise durchgeführt
wird. Vor Eintritt in einen Wärmeaustauscher 2 werden die Gase in der Leitung 1 durch eine Absorptionskolonne geführt,
in der das Äthylenoxid völlig oder im wesentlichenjjin
an sich bekannter Weise abgezogen wird. Die Abgase besitzen gewöhnlich eine Temperatur von 10 bis 5O0C und einen Druck
von 15 bis 25 Atmosphären, werden jedoch im Wärmeaustauscher 2 durch die heißen, eine Expansionsturbine 7 verlassenden Gase
erwärmt. Die Abgase werden vom Wärmeaustauscher 2 zu einer Verbrennungskammer 4» die mit einer Brennstoffspeisung versehen
ist, geführt, wobei der Brennstoff durch einen Aufgabeschieber 5 geregelt wird, der durch einen Temperaturregler
6 regelbar ist, der zwischen der Einlaßöffnung der Expansionsturbine
und der Auslaßöffnung der Verbrennungskammer angeschlossen ist, wobei die Anordnung derart getroffen ist,
daß die Brennstoffspeisung durch die gewünschte Auslaßtemperatur gesteuert wird, die gewöhnlich im Bereich zwischen 600
und 75O0G liegt.
Die die Verbrennungskammer. 4 verlassenden Gase besitzen ausreichenden
Druck und ausreichende Temperatur, um durch die Turbine 7 zu expandieren, die den Kompressor 8 treibt, der
zum Verdichten der Verfahrensluft verwendet wird. Im Idealfall ist die durch die Expansion der Gase in der Turbine erzeugte
Energie im wesentlichen gleich der zum Betreiben des Verfahrensluftkompressors notwendigen,
oR?GmA.L K--S3P2
2 0 9 8 8 1 / 0 6 b 3
Die aus der Turbine 7 ausströmenden Gase werden in die Atmosphäre ausgetragen, die darin enthaltene Energie, wurde
vorher im Wärmeaustauscher 2 rückgewonnen.
Ein Kompromiß zwischen dem thermischen, durch die Verbrennung auferlegten Anforderungen und den" durch die Turbine auferlegten
kann erreicht werden, in dem man mit einem thettnischen
Anfeuchter ader Dämpfer 3 arbeitet, der aus einem Kessel besteht, indem Dampf erzeugt wird. Dieser kann der
Expansionsturbine zusammen mit.den aus der Verbrennungskammer
streitenden !Gasen »ugefuiirt werdf». | '
Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist die wesentliche
Unabhängigkeit der Verbrennung auf den Ithylengehalt in den Abgasen. Auch' wird sämtliches Äthylen durch Verbrennung
entfernt; Explogionsprobleme vor der Expansion in der Turbine
- 101
werden also nicht hervorgerufen.
werden also nicht hervorgerufen.
Die Toleranz höherer Äthylenmengen als üblich in den Abgasen
macht das Syntheseverfahren weniger kritisch und besser ausnutzbar, selbst wenn ein Aktivitatsverlust im Synthesekatalysator
aufgetreten ist.
Darüberhinaus kann durch das Verfahren nach der Erfindung der
Verdichtungszyklus bei der Synthese von Ähtylenoxid ohne Verwendung
von Servomotoren erfolgen.
Patentansprüche
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Claims (7)
1.)Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Äthylenoxid,
dadurch gekennzeichnet, daß Äthylen mit in luft erhöhter Temperatur vorhandenem Sauerstoff in Anwesenheit eines geeigneten
Katalysators zur Herstellung des gewünschten Äthylenoxids oxidiert wird, das gesamte oder ein wesentlicher Teil des Äthylenoxids
von den resultierenden nicht-umgesetzt es Äthylen enthaltenden
Abgasen getrennt wird, wenigstens ein Teil der verbleibenden Abgase in einer Verbrennungskammer unter Regelung
von Temperatur und Druck verbrannt wird,- wodurch der Druck der verbleibenden Abgase gesteigert wird und daß diese in einer mit
einem Kompressor verbundenen Expansionsturbine zum Expandieren gebracht werden, wodurch verdichtete Luft zur Verwendung in
' der katalytisehen Oxidation des Äthylens hergestellt wird*
2.) Verfahren nach Ansp:pfce.h1# dadurch gekennzeichnet,
daß die VerbrennungstemperattuP [defj fticht-umgesetzten Äthylens
geregelt wird, indem die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer gesteuert wird, wobei die Menge des zugesetzten Brennstoffs
von der Temperatur der Abgase an einer Stelle zwischen der Auslaßöffnung der Verbrennungskammer und der Einlaßöffnung
der Expansionsturbine abhängt.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der verbleibenden Abgase vor Ein-
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lafi in die Turbine im Bereich zwischen 600 und 75O0C gehalten
wird.
4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibenden Abgase vor Eintritt
in die Verbrennungskammer unter Ausnutzung der Wärme der die. Turbine verlassenden Gase vorgewärmt werden.
5.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des nicht-umgesetzten Äthylens in den Abgasen zwischen 0,1 und 3 Volumen i» beträgt.
6.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Expansion der Gase
in der Turbine entwickelte mechanische Energie im wesentlichen gleich der für den Betrieb des Kompressors notwendigen Energie
ist, der die in der kitalytischen Oxidation des Äthylens benutzte Luft verdichtet. i
7.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Trennung des Äthylenoxids ein Teil der verbleibenden Abgase zum Katalysator rückgeführt
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