DE69403090T2 - Entfernung von argon in einem verfahren zur herstellung von ethylenoxid - Google Patents
Entfernung von argon in einem verfahren zur herstellung von ethylenoxidInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid.
- Die europäische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 200 518 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ethlenoxid, bei dem man in einem Reaktor Ethylen und freien Sauerstoff in Gegenwart von Methan, Kohlendioxid und Argon zu Ethylenoxid umsetzt, aus dem Reaktor einen Reaktoraustrag abzieht, aus dem Reaktoraustag Ethylenoxid entfernt, wobei man einen Rückführstom erhält, aus dem Rückführstrom Kohlendioxid und Argon entfernt, wobei man einen behandelten Rückführstrom erhält, den behandelten Rückführstrom dem Reaktor zuführt und dem Reaktor zusätzliche Reaktanden und Methan zuführt.
- Zum Ersatz der zu Ethylenoxid abreagierten Reaktanden führt man dem Reaktor zusätzliche Reaktanden, nämlich Ethylen und freien Sauerstoff enthaltendes Gas, zu. Man führt Methan zu, damit die Methankonzentration auf einem solchen Niveau bleibt, daß seine Gegenwart für den Wirkungsgrad der Reaktion vorteilhaft ist, wie es in der US-PS 3 119 837 beschrieben ist.
- Kohlendioxid, das ein Nebenprodukt der Reaktion darstellt, wird teilweise entfernt, um seine Konzentration unterhalb eines vorbestimmten Niveaus zu halten.
- Argon tritt mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in das Verfahren ein. Um die Argonkonzentration unterhalb eines vorbestimmten Niveaus zu halten, wird ein Teil dieser Verunreinigung nach der Abtrennung des Ethylenoxids aus dem Rückführstrom entfernt. Daneben treten mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas auch noch Stickstoffspuren in das Verfahren ein.
- Bei dem bekannten Verfahren entfernt man das Argon, indem man aus dem Rückführstrom einen Teilstrom abzweigt, den Teilstrom dem Einlaß einer Membrananlage zuführt, vom Permeat-Auslaß der Membrananlage einen argonhaltigen Strom abtrennt, vom Retentat-Auslaß der Membrananlage einen Retentatstrom abzieht und den Retentatstrom dem Rückführstrom zusetzt.
- Da die Strömung durch die Membran groß ist, ist die Membranfläche ebenfalls groß.
- Der vorliegenden erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fläche der Membran in der Membrananlage zu verringern.
- Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid dadurch gekennzeichnet, daß man die Permeatseite der Membrananlage mit Methan spült.
- Das Spülen der Permeatseite einer Membrananlage ist an sich bekannt. Die europäische Patentanmeldungs- Veröffentlichung Nr. 481 363 betrifft die Verbesserung eines Membranverfahrens zur Trocknung von Luft unter Verwendung einer Membrananlage, bei dem man die Permeatseite der Membrananlage mit trockenem Gas spült, wobei der Trennfaktor Wasser/Luft viel größer als der Trennfaktor Argon/Ethylen ist. Die europäische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 266 271 betrifft ebenfalls die Verbesserung der Abtrennung von Gasen bei einem Membrantrennverfahren, bei dem man die Permeatseite spült, wobei die Verbesserung darin besteht, daß man die Partialdrücke bestimmter gasförmiger Komponenten im Spülgas so wählt, daß weitgehend ausgeschaltet wird. Diese Veröffentlichung ist jedoch nicht relevant, da die zurückzuhaltende Komponente zum Spülen der Permeatseite verwendet wird.
- Genannt sei ferner die europäische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 142 005. Sie betrifft ein Ammoniaksyntheseverfahren und insbesondere die Rückgewinnung von Wasserstoff aus einem Gasgemisch und Rückführung des zurückgewonnenen Wasserstoffs zum Syntheseverfahren. Den Wasserstoff gewinnt man dabei in einer Membrananlage zurück, in der die Permeatseite gespült wird und der durchgelassene Wasserstoff zusammen mit dem Spülgas zum Verfahren zurückgeführt wird. Im Gegensatz zum vorliegenden Fall lehrt diese Veröffentlichung die Rückführung des Permeats und nicht des Retentats zum Syntheseverfahren.
- Diese Veröffentlichungen sind für die vorliegende Erfindung nicht relevant, da sie nicht das Spülen der Permeatseite einer Membrananlage in einer Membrananlage zur Entfernung von Argon mit Methan beschreiben.
- Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Figur, die schematisch eine Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, näher erläutert.
- Ein Gemisch aus Ethylen, freien Sauerstoff enthaltendem Gas, Argon, Kohlendioxid und Methan wird über Leitung 1 einem Reaktor 2 zugeführt. Im Reaktor 2 reagieren Ethylen und freier Sauerstoff in Gegenwart von Methan und Verunreinigungen, wie z.B. Kohlendioxid und Argon, zu Ethylenoxid. Der Reaktor 2 enthält einen geeigneten Katalysator. Der Katalysator, die Reaktionsbedingungen und die Konzentration der Reaktanden sind an sich bekannt und werden hier nicht besprochen, da sie für die vorliegende Erfindung unwesentlich sind.
- Aus dem Reaktor 2 wird über Leitung 4 ein Reaktoraustrag abgezogen. Der Reaktoraustrag enthält Ethylenoxid, Kohlendioxid, Methan und Argon. Neben Kohlendioxid ist auch Ethan ein Nebenprodukt der Reaktion. Mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas treten Argon sowie Stickstoffspuren in das Verfahren ein.
- Ethylenoxid wird aus dem Reaktoraustrag in einer Ethylenoxid-Abtrennungsanlage 6 entfernt, aus der über Leitung 8 ein ethylenoxidhaltiger Strom und über Leitung 9 ein Rückführstrom abgezogen werden. Die Ethylenoxid-Abtrennungsanlage ist an sich bekannt und wird nicht besprochen.
- Die anderen Verunreinigungen werden hinter der Ethylenoxid-Abtrennungsanlage entfernt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird die Entfernung von Stickstoff und Ethan außer Acht gelassen.
- Hinter der Ethylenoxid-Abtrennungsanlage 6 wird der Rückführstrom zum Ausgleich von Druckverlusten in den Behandlungsanlagen im Verdichter 11 verdichtet.
- Der verdichtete Rückführstrom in Leitung 12 wird in einen Teilstrom 16 und einen Hauptstrom aufgeteilt. Der Hauptstrom wird in zwei Ströme 18 und 19 aufgeteilt. In der Kohlendioxid-Abtrennungsanlage 22 wird aus dem Strom 19 Kohlendioxid entfernt. Von der Kohlendioxid-Abtrennungsanlage 22 werden über Leitung 23 ein kohlendioxidhaltiger Strom und über Leitung 24 ein kohlendioxidarmer behandelter Strom abgezogen. Die Kohlendioxid-Abtrennungsanlage ist an sich bekannt und wird nicht besprochen. Die Strömungsrate des Teilstroms 16 beträgt 1 bis 5% der Strömungsrate des Rückführstroms und die Strömungsrate des Stroms 19 10 bis 40% der Strömungsrate des Rückführstroms, wobei die Strömungsrate des Stroms 18 den Rest ausmacht.
- Argon wird aus dem Rückführstrom entfernt, indem der Teilstrom 16 dem Einlaß 29 einer Membrananlage 30 zugeführt, vom Permeat-Auslaß 32 ein argonhaltiger Strom abgezogen und vom Retentat-Auslaß 33 ein behandelter Strom abgezogen wird. Die Membrananlage 30 enthält eine Hohlfasermembran, die schematisch durch die gestrichelte Linie 35 dargestellt wird, wobei die Hohlfasern Polysulfon enthalten. Zum Spülen der Permeatseite der Membrananlage 30 wird der Membrananlage 30 über Leitung 36 Methan zugeführt, wobei das Methan im Gegenstrom durch die Permeatseite der Membrananlage 30 strömt.
- Der behandelte Strom 24 aus der Kohlendioxid- Abtrennungsanlage 22 und der behandelte Strom aus der Membrananlage 30 werden mit dem unbehandelten Strom 18 vereinigt und über Leitung 40 und Leitung 1 dem Reaktor 2 zugeführt. Zusätzliche Reaktanden, nämlich Ethylen und freien Sauerstoff enthaltendes Gas, sowie Methan werden dem Reaktor 2 über Leitung 42, die in Leitung 40 mündet, zugeführt.
- Zur Veranschaulichung der Wirkung des Spülens werden die Leistungen der Membrananlage 30 mit und ohne Spülung der Permeatseite verglichen.
- In Tabelle 1 ist ein Beispiel für die Zusammensetzungen und Strömungsraten der Komponenten im Einsatzstoff für eine bei dem Verfahren ohne Spülung eingesetzte Membrananlage sowie im aus der Membrananlage austretenden Retentat und Permeat angegeben. Die Membrananlage enthält eine Hohlfasermembran mit einer Fläche von 1630 m², wobei die Hohlfasern Polysulfon enthalten. Tabelle 1. Zusammensetzungen und Strömungsraten des Einsatzstoffs, Permeats und Retentats der Membrananlage ohne Spülung (nicht erfindungsgemäß).
- In Tabelle 2 sind die Zusammensetzungen und Strömungsraten der Komponenten im Einsatzstoff für eine bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Membrananlage sowie im aus der Membrananlage austretenden Retentat und Permeat angegeben. Die Membrananlage enthält eine Hohlfasermembran mit einer Fläche von 1310 m², wobei die Hohlfasern Polysulfon enthalten. Als Spülgas wird Methan verwendet, wobei die Strömungsrate des Spülgases 7,44 kmol Methan pro Stunde beträgt, was 2 Mol-% der Einsatzstoff-Strömungsrate entspricht. Tabelle 2. Zusammensetzungen und Strömungsraten des Einsatzstoffs, Permeats und Retentats der Membrananlage mit Spülung (erfindungsgemäß).
- Der Vergleich der Leistungen der beiden Membrananlagen verdeutlicht, daß mit Spülung die gleiche Menge Argon durch eine Membran mit einer wesentlich kleineren Fläche hindurchtritt und daß eine kleinere Ethylenmenge durch die Membran hindurchtritt.
- Die Strömungsrate des Spülgases liegt zweckmäßig im Bereich von 1 bis 10 Mol-% der Einsatzstoff-Strömungsrate. Die durch die Membran hindurchtretende Ethylenmenge nimmt mit steigender Spülgas-Strömungsrate ab, jedoch ist die Abnahme oberhalb von 10 Mol-% zu gering, um eine so große Spülgas-Strömungsrate zu rechtfertigen.
- Bei dem anhand der Figur beschriebenen Verfahren wird der Hauptstrom in die Ströme 18 und 19 aufgeteilt, wobei Kohlendioxid aus Strom 19 entfernt wird. Alternativ dazu kann Kohlendioxid aus dem Hauptstrom entfernt werden, so daß die Aufteilung des Hauptstroms entfallen kann.
- Bei dem Membranmaterial kann es sich um jedes Material handeln, das eine selektive Permeation von Argon erlaubt. Zweckmäßig handelt es sich dabei um eine dichte Membran aus einem polymeren Material, wie z.B. Polydimethylsiloxan oder Polysulfon.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid, bei
dem man in einem Reaktor (2) Ethylen und freien
Sauerstoff in Gegenwart von Methan, Kohlendioxid und
Argon zu Ethylenoxid umsetzt, aus dem Reaktor (2) einen
Reaktoraustrag (4) abzieht, aus dem Reaktoraustag
Ethylenoxid abtrennt, wobei man einen Rückführstom (9)
erhält, aus dem Rückführstrom Kohlendioxid (22) und
Argon (30) entfernt, wobei man einen behandelten
Rückführstrom (40) erhält, den behandelten
Rückführstrom (40) dem Reaktor (2) zuführt und dem
Reaktor zusätzliche Reaktanden und Methan zuführt (42),
wobei man das Argon entfernt, indem man aus dem
Rückführstrom einen Teilstrom (16) abzweigt, den
Teilstrom (16) dem Einlaß (29) einer Membrananlage (30)
zuführt, vom Permeat-Auslaß der Membrananlage (30)
einen argonhaltigen Strom (32) abtrennt, vom Retentat-
Auslaß der Membrananlage (30) einen Retentatstrom (33)
abzieht und den Retentatstrom dem Rückführstrom
zusetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Permeatseite der
Membrananlage (30) mit Methan (36) spült.
2. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man zum
Spülen der Permeatseite der Membrananlage (30) das
Methanspülgas (36) im Gegenstrom an der Membran (35)
entlangführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man
die Strömungsrate des Methanspülgases (36) in einem
Bereich von 1 bis 10 Mol-% der Strömungsrate des
Einsatzstoffs (16) einstellt.
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