EA011641B1 - Реакторная система и способ для производства окиси этилена - Google Patents

Реакторная система и способ для производства окиси этилена Download PDF

Info

Publication number
EA011641B1
EA011641B1 EA200702028A EA200702028A EA011641B1 EA 011641 B1 EA011641 B1 EA 011641B1 EA 200702028 A EA200702028 A EA 200702028A EA 200702028 A EA200702028 A EA 200702028A EA 011641 B1 EA011641 B1 EA 011641B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
catalyst
ethylene
reactor system
ethylene glycol
epoxidation
Prior art date
Application number
EA200702028A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200702028A1 (ru
Inventor
Алоэйсиус Николас Рене Бос
Лесли Эндрю Чутер
Джеффри Майкл Кобе
Original Assignee
Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. filed Critical Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Publication of EA200702028A1 publication Critical patent/EA200702028A1/ru
Publication of EA011641B1 publication Critical patent/EA011641B1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/30Loose or shaped packing elements, e.g. Raschig rings or Berl saddles, for pouring into the apparatus for mass or heat transfer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067Heating or cooling the reactor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
    • C07D301/02Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/04Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen
    • C07D301/08Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the gaseous phase
    • C07D301/10Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the gaseous phase with catalysts containing silver or gold
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30223Cylinder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/304Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/30416Ceramic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/304Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/30475Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/66Silver or gold
    • B01J23/68Silver or gold with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/683Silver or gold with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium with chromium, molybdenum or tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/66Silver or gold
    • B01J23/68Silver or gold with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/688Silver or gold with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium with manganese, technetium or rhenium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Предлагается реакторная система для эпоксидирования этилена, которая включает удлиненную трубу, имеющую внутренний диаметр трубы больше чем 40 мм, в которой содержится слой катализатора из частиц катализатора, содержащих серебро и промотирующий компонент, осажденный на носитель, промотирующий компонент содержит элемент, выбранный из рения, вольфрама, молибдена и хрома; способ эпоксидирования этилена, включающий реакцию этилена с кислородом в присутствии слоя катализатора, содержащегося в реакторной системе; и способ получения этиленгликоля, эфира этиленгликоля или этаноламина, включающий получение окиси этилена в процессе эпоксидирования этилена и превращение окиси этилена в этиленгликоль, эфир этиленгликоля или этаноламин. Предпочтительно внутренний диаметр трубы составляет по меньшей мере 45 мм.

Description

Изобретение относится к реакторной системе. Изобретение также относится к использованию реакторной системы в производстве окиси этилена и химических веществ на основе окиси этилена.
Уровень техники
Окись этилена является важным промышленным химическим соединением, используемым в качестве сырья для получения таких химических веществ, как этиленгликоль, эфиры этиленгликоля, этаноламины и детергенты. Одним способом производства окиси этилена является эпоксидирование этилена, а именно каталитическое парциальное окисление этилена кислородом с образованием окиси этилена. Произведенная таким образом окись этилена может реагировать с водой, спиртом или амином с образованием этиленгликоля, эфира этиленгликоля или этаноламина.
При эпоксидировании этилена поток сырья, содержащий этилен и кислород, пропускают над слоем катализатора, содержащегося внутри реакционной зоны, в которой поддерживаются определенные реакционные условия. Относительно большой тепловой эффект реакции делает невозможным адиабатический режим работы при удовлетворительной производительности. Хотя некоторая часть выделяющейся теплоты может покидать реакционную зону в качестве физической теплоты, большую часть теплоты нужно удалять с использованием хладагента. Температуру катализатора следует тщательно регулировать, поскольку относительные скорости эпоксидирования и горения с образованием диоксида углерода и воды существенно зависят от температуры. Зависимость от температуры наряду с относительно большой теплотой реакции могут легко привести к неконтролируемым реакциям.
Промышленный реактор эпоксидирования этилена обычно представляет собой кожухотрубный теплообменник, в котором множество в значительной степени параллельных удлиненных, относительно узких труб заполнены частицами катализатора с образованием слоя насадки, и в котором рубашка содержит хладагент. Независимо от типа используемого катализатора, в условиях промышленной эксплуатации внутренний диаметр трубы часто находится в диапазоне от 20 до 40 мм, а число труб в реакторе может изменяться в пределах тысяч, например до 12000 (см. патент США 4921681, который включен сюда в качестве ссылки).
При слое катализатора, находящегося в узких трубах, фактически устраняются осевые температурные градиенты по слою катализатора и горячие точки. Таким образом добиваются тщательного контроля температуры катализатора и в значительной степени избегают условий, приводящих к неконтролируемым реакциям.
Большое количество труб и узость труб представляют некоторые трудности. Промышленные реакторы дороги в их изготовлении. Кроме того, заполнение труб частицами катализатора является трудоёмким, а загрузка катализатора должна быть распределена по многим трубам так, чтобы все трубы обеспечивали одинаковое удельное сопротивление в условиях потока.
Было бы весьма полезным, если бы загрузка катализатора могла бы быть распределена по меньшему числу труб, не ставя под угрозу тепловой и температурный контроль слоев катализатора в реакторе.
Раскрытие изобретения
Существующее изобретение создает реакторную систему для эпоксидирования этилена, которая включает по меньшей мере одну удлиненную трубу, имеющую внутренний диаметр трубы больше, чем 40 мм, в которой содержится слой частиц катализатора, содержащего серебро и промотирующий компонент, нанесенный на носитель, причем промотирующий компонент включает элемент, выбранный из рения, вольфрама, молибдена и хрома. Более предпочтительным является внутренний диаметр трубы по меньшей мере 45 мм.
Изобретение также обеспечивает процесс эпоксидирования этилена, включающий реакцию этилена с кислородом в присутствии слоя катализатора, содержащегося в реакторной системе данного изобретения.
Изобретение также предоставляет способ получения этиленгликоля, эфира этиленгликоля или этаноламина, включающий получение окиси этилена путем эпоксидирования этилена в соответствии с данным изобретением, и превращение окиси этилена в этиленгликоль, эфир этиленгликоля или этаноламин.
Описание чертежей
Фиг. 1 изображает удлиненную трубу, которая включает слой катализатора в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 2 изображает частицу катализатора, которая может использоваться в данном изобретении и которая имеет геометрическую конфигурацию полого цилиндра.
Фиг. 3 является схематическим представлением процесса производства окиси этилена, который включает некоторые новые аспекты данного изобретения.
Осуществление изобретения
В соответствии с данным изобретением создана реакторная система, которая включает удлиненные трубы с внутренним диаметром трубы более чем 40 мм, предпочтительно по меньшей мере 45 мм и обычно до 80 мм, что больше, чем в используемых традиционных удлиненных трубах, которые обычно имеют внутренний диаметр трубы 20-40 мм. Увеличение внутреннего диаметра трубы, например, от 39 мм, например, до 55 мм, будет приводить к тому, что число труб уменьшится примерно наполовину при
- 1 011641 том, что такая же загрузка катализатора будет распределена по трубам с использованием такой же глубины слоя. Использование большего внутреннего диаметра труб также позволяет использовать более крупные частицы катализатора в слое катализатора, что может снизить перепад давления в слое катализатора.
Катализаторы эпоксидирования, которые включают серебро в количестве меньше 150 г/кг катализатора и дополнительно промотирующий компонент, выбранный из рения, вольфрама, молибдена и хрома, использовались в промышленном масштабе в течение многих лет. Важным аспектом изобретения является признание того, что только после такого большого количества лет промышленного применения эти катализаторы могут использоваться в реакторной трубе, имеющей внутренний диаметр трубы большего размера, чем обычно использующийся, не ставя под угрозу температурный и тепловой контроль слоя катализатора. Особенно выгодным является использование такого катализатора эпоксидирования, который содержит серебро в количестве по меньшей мере 150 г/кг катализатора.
Не желая быть привязанным к теории, важным фактором может являться то, что эти катализаторы с меньшей вероятностью вызовут неконтролируемую реакцию, чем катализаторы, которые не включают промотирующий компонент. А именно, в реальных условиях эпоксидирования, то есть в присутствии модификатора реакции - органического галогенида, катализаторы, которые включают промотирующий компонент, производят меньше тепла на моль превращенного этилена, а более низкие энергии активации могут делать скорость реакции в целом менее зависимой от температуры. Кроме того, может существовать различие в чувствительности катализаторов к органическому галогениду: в случае катализаторов, которые включают промотирующий компонент, случайное увеличение температуры может вызвать увеличение скорости реакции меньшее, чем ожидалось бы только от увеличения температуры, а в случае катализаторов, не включающих промотирующий компонент, случайное увеличение температуры может вызвать увеличение скорости реакции большее, чем ожидалось бы только от увеличения температуры. Таким образом, чувствительность катализаторов к органическому галогениду может иметь ослабляющий эффект в случае катализаторов, у которых есть промотирующий компонент, в противоположность усиливающему эффекту в случае катализаторов, не содержащих промотирующего компонента. Чувствительность катализаторов к органическому галогениду, являющемуся модификатором реакции, известна из ЕР-А-352850, который включен сюда в качестве ссылки.
На фиг. 1 изображена реакторная система 10 по изобретению. Она включает удлиненную трубу 12 и слой 14 катализатора, обычно в виде слоя катализатора, содержащегося внутри удлиненной трубы 12. Удлиненная труба 12 имеет стенку 16 с внутренней поверхностью 18 трубы и внутренним диаметром 20 трубы, которые определяют реакционную зону, в которой содержится слой 14 катализатора с диаметром реакционной зоны 20. Удлиненная труба 12 имеет длину 22, а слой 14 катализатора, содержащегося в пределах зоны реакции, имеет глубину 24.
Внутренний диаметр 20 трубы составляет больше 40 мм, предпочтительно 45 мм или больше и обычно самое большее 80 мм. В частности, внутренний диаметр 20 трубы составляет по меньшей мере 48 мм, более конкретно по меньшей мере 50 мм. Предпочтительно внутренний диаметр трубы составляет меньше чем 70 мм, более предпочтительно меньше чем 60 мм. Предпочтительно длина 22 удлиненной трубы составляет по меньшей мере 3 м, более предпочтительно по меньшей мере 5 м. Предпочтительно длина 22 трубы составляет самое большее 25 м, более предпочтительно самое большее 20 м. Предпочтительно толщина стенки удлиненной трубы составляет по меньшей мере 0,5 мм, более предпочтительно по меньшей мере 0,8 мм и в особенности по меньшей мере 1 мм. Предпочтительно толщина стенки удлиненной трубы составляет самое большее 10 мм, более предпочтительно самое большее 8 мм и в особенности самое большее 5 мм.
Вне глубины 24 слоя удлиненная труба 12 может содержать отдельный слой частиц некаталитического или инертного материала с целью, например, теплового обмена с потоком сырья и/или другой такой отдельный слой с целью, например, теплового обмена с продуктом реакции. Предпочтительно глубина 24 слоя составляет по меньшей мере 3 м, более предпочтительно по меньшей мере 5 м. Предпочтительно глубина 24 слоя составляет самое большее 25 м, более предпочтительно самое большее 20 м. У удлиненной трубы 12 также есть входной конец 26 трубы, в который можно вводить поток сырья, содержащий этилен и кислород, и выходной конец 28, из которого можно забирать продукт реакции, содержащий окись этилена и этилен. Следует отметить, что этилен, если он содержится в продукте реакции, является этиленом потока сырья, который проходит через реакторную зону неконвертированным. Обычные конверсии этилена превышают 10 мол.%, но в некоторых случаях конверсия может быть меньше.
Реакторная система включает каталитический слой частиц катализатора, содержащих серебро и промотирующий компонент, нанесенный на носителе. Обычно в этом изобретении большая часть слоя катализатора содержит частицы катализатора. Под большей частью подразумевается, что отношение веса частиц катализатора к весу всех частиц, содержащихся в слое катализатора, равно по меньшей мере 0,50, в особенности по меньшей мере 0,8, но предпочтительно по меньшей мере 0,85 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,9. Частицы, которые могут содержаться в слое катализатора помимо частиц катализатора, являются, например, инертными частицами. Однако предпочтительно чтобы эти
- 2 011641 другие частицы отсутствовали.
Носитель для использования в этом изобретении может базироваться на широком диапазоне материалов. Такие материалы могут быть природными или искусственными неорганическими материалами, и они могут включать огнеупорные материалы, карбид кремния, глины, цеолиты, активированный уголь, карбонаты щёлочно-земельных металлов, например карбонат кальция. Предпочтительными являются огнеупорные материалы, такие как оксид алюминия, оксид магния, диоксид циркония и диоксид кремния. Самый предпочтительным материалом является α-оксид алюминия. Как правило, носитель содержит по меньшей мере 85 мас.%, более обычно по меньшей мере 90 мас.%, в частности по меньшей мере 95 мас.% α-оксида алюминия, часто до 99,9 мас.% α-оксида алюминия относительно массы носителя. Другие компоненты носителя на основе α-оксида алюминия могут включать, например, диоксид кремния, компоненты щелочных металлов, например компоненты натрия и/или калия, и/или компоненты щёлочноземельных металлов, например компоненты кальция и/или магния.
Площадь поверхности носителя может, соответственно, быть по меньшей мере 0,1 м2/г, предпочтительно по меньшей мере 0,3 м2/г, более предпочтительно по меньшей мере 0,5 м2/г и в частности по меньшей мере 0,6 м2/г относительно массы носителя; а площадь поверхности может, соответственно, быть самое большее 10 м2/г, предпочтительно самое большее 5 м2/г, и в особенности самое большее 3 м /г относительно массы носителя. В настоящем документе подразумевают, что площадь поверхности относится к площади поверхности, определяемой по методу В.Е.Т. (Вгипаиег, ЕттеИ и Те11ег), описанному в 1оигпа1 οί Лтепеап Сйетка1 8ос1е1у 60 (1938) стр. 309-316. Носители с высокой площадью поверхности, в особенности когда они являются носителями на основе α-оксида алюминия, необязательно включающие дополнительно диоксид кремния, компоненты щелочного металла и/или щёлочно-земельного металла, обеспечивают улучшенную производительность и стабильность процесса.
Водопоглощение носителя обычно находится в диапазоне от 0,2 до 0,8 г/г, предпочтительно в диапазоне от 0,3 до 0,7 г/г. Более высокое водопоглощение может быть преимуществом ввиду более эффективного нанесения серебра и других элементов, если таковые имеются, на носитель методом пропитки. Однако при более высоком водопоглощении у носителя или полученного на его основе катализатора может быть более низкая прочность на раздавливание. В соответствии с настоящим документом считается, что водопоглощение измеряется в соответствии со стандартом Л8ТМ С20 и водопоглощение выражается как масса воды, которая может быть поглощена порами носителя, по отношению к массе носителя.
Носитель обычно является прокаленным, то есть спеченным носителем, предпочтительно в виде формованных изделий, размер которых в целом определяется внутренним диаметром удлиненной трубы, в которой частицы катализатора включены в слой катализатора. Как правило, квалифицированный специалист будет в состоянии определить соответствующий размер формованных изделий. Обнаружено, что очень удобно использовать формованные изделия в форме трапециевидных тел, цилиндров, седел, сфер, тороидов и т.п. В большинстве случаев частицы катализатора предпочтительно имеют геометрическую конфигурацию полого цилиндра. Согласно фиг. 2, частицы катализатора, имеющие в большинстве случаев геометрическую конфигурацию 30 полого цилиндра, могут иметь длину 32, обычно от 4 до 20 мм, более обычно от 5 до 15 мм; внешний диаметр 34 обычно от 4 до 20 мм, более обычно от 5 до 15 мм; а внутренний диаметр 36 обычно от 0,1 до 6 мм, предпочтительно от 0,2 до 4 мм. Соответственно частицы катализатора имеют длину и внутренний диаметр как описано выше, а внешний диаметр по меньшей мере 7 мм, предпочтительно по меньшей мере 8 мм, более предпочтительно по меньшей мере 9 мм, и самое большее 20 мм, или самое большее 15 мм. Отношение длины 32 к внешнему диаметру 34 обычно находится в диапазоне от 0,5 до 2, более обычно от 0,8 до 1,2. Не желая быть связанным с какой-либо теорией, полагают, однако, что свободный объем, предоставленный внутренним диаметром полого цилиндра, обеспечивает в процессе приготовления катализатора улучшенное осаждение каталитического компонента на носитель, например методом пропитки, и улучшенную дальнейшую обработку, такую, как сушка, а в процессе использования катализатора он обеспечивает более низкий перепад давления в слое катализатора. Преимущество использования относительно маленького внутреннего диаметра состоит также в том, что формованный материал носителя имеет более высокую прочность на раздавливание по сравнению с материалом носителя, имеющего больший внутренний диаметр.
В некоторых вариантах реализации, в особенности когда используется носитель на основе α-оксида алюминия, с целью улучшения селективности катализатора может быть полезным покрытие поверхности носителя оловом или соединением олова. Соответственно, количество олова может находиться в диапазоне от 0,1 до 10 мас.%, более подходяще от 0,5 до 5 мас.%, в особенности от 1 до 3 мас.%, например 2 мас.%, рассчитанное как масса металлического олова относительно массы носителя. Такое покрытие может быть применено независимо от того, будет ли носитель использоваться для приготовления катализатора, содержащего промотирующее соединение или нет. Такие покрытые носители известны из патентов США-А-4701347, США-А-4548921 и США-А-3819537, которые включены сюда в качестве ссылки. Покрытые носители могут, соответственно, быть получены путем пропитывания носителя раствором органического соединения олова в органическом растворителе, например толуоле или гексане. Подходящее органическое соединение олова может быть, например, алкоксидом олова или алканоатом олова.
- 3 011641
Предпочтительным алканоатом олова является, например, неодеканоат или гексадеканоат олова. Носитель, пропитанный оловом, может быть высушен на воздухе при температуре между 400 и 1200°С, например при 600°С.
Приготовление катализатора известно в данной области техники, и к получению частиц катализатора применимы известные способы, которые могут использоваться при осуществлении данного изобретения. Способы нанесения серебра на носитель включают пропитывание носителя соединением серебра, содержащим катионы серебра, и осуществление восстановления с образованием частиц металлического серебра. Ссылка может быть сделана, например, на патенты США-А-5380697, США-А-5739075, ЕР-А266015 и И8-В-6368998. Патенты США включены сюда в качестве ссылки.
Восстановление катионов серебра в металлическое серебро может быть выполнено во время стадии сушки катализатора для того, чтобы восстановление как таковое не требовало отдельной стадии процесса. Это может иметь место, если раствор для пропитки, содержащий серебро, содержит восстанавливающий агент, например оксалат, лактат или формальдегид.
Заметная каталитическая активность получена при использовании содержания серебра в катализаторе по меньшей мере 10 г/кг относительно массы катализатора. Предпочтительно катализатор содержит серебро в количестве от 50 до 500 г/кг, более предпочтительно от 100 до 400 г/кг.
В одном варианте реализации является предпочтительным использование катализаторов с высоким содержанием серебра. Предпочтительно содержание серебра в катализаторе может быть по меньшей мере 150 г/кг, более предпочтительно по меньшей мере 200 г/кг и наиболее предпочтительно по меньшей мере 250 г/кг относительно массы катализатора. Предпочтительно содержание серебра в катализаторе может быть самое большее 500 г/кг, более предпочтительно самое большее 450 г/кг и наиболее предпочтительно самое большее 400 г/кг относительно массы катализатора. Предпочтительно содержание серебра в катализаторе находится в диапазоне от 150 до 500 г/кг, больше предпочтительно от 200 до 400 г/кг относительно массы катализатора. Например, катализатор может содержать серебро в количестве 150 г/кг, или 180 г/кг, или 190 г/кг, или 200 г/кг, или 250 г/кг, или 350 г/кг относительно массы катализатора. При приготовлении катализатора с относительно высоким содержание серебра, например в диапазоне от 150 до 500 г/кг от всего катализатора, может быть выгодно использовать многократные нанесения серебра.
Катализатор для использования в данном изобретении включает промотирующий компонент, который включает элемент, выбранный из рения, вольфрама, молибдена, хрома и их смесей. Предпочтительно промотирующий компонент включает, как элемент, рений.
Промотирующий компонент может присутствовать в количестве по меньшей мере 0,01 ммоль/кг, обычно более по меньшей мере 0,1 ммоль/кг и предпочтительно по меньшей мере 0,5 ммоль/кг, рассчитанном как полное количество элемента (который является рением, вольфрамом, молибденом и/или хромом) относительно массы катализатора. Промотирующий компонент может присутствовать в количестве самое большее 50 ммоль/кг, предпочтительно самое большее 10 ммоль/кг, более предпочтительно самое большее 5 ммоль/кг, рассчитанном как полное количество элемента относительно массы катализатора. Форма, в которой промотирующий компонент может быть нанесен на носитель, не является существенной для изобретения. Например, промотирующий компонент может, соответственно, быть представлен как оксид или как оксианион, например, как ренат, перренат или вольфрамат в виде соли или кислоты.
Если катализатор включает промотирующий компонент, содержащий рений, рений может обычно присутствовать в количестве по меньшей мере 0,1 ммоль/кг, более обычно по меньшей мере 0,5 ммоль/кг и предпочтительно по меньшей мере 1,0 ммоль/кг, в особенности по меньшей мере 1,5 ммоль/кг, рассчитанном как количество элемента относительно массы катализатора. Рений обычно присутствует в количестве самое большее 5,0 ммоль/кг, предпочтительно самое большее 3,0 ммоль/кг, более предпочтительно самое большее 2,0 ммоль/кг, в особенности самое большее 1,5 ммоль/кг.
Кроме того, когда катализатор включает промотирующий компонент, содержащий рений, катализатор может предпочтительно включать сопромотор рения как дополнительный компонент, нанесенный на носитель. Соответственно, сопромотор рения может быть выбран из компонентов, содержащих элемент, выбранный из вольфрама, хрома, молибдена, серы, фосфора, бора и их смесей. Предпочтительно сопромотор рения выбирают из компонентов, содержащих вольфрам, хром, молибден, серу и их смеси. Особенно предпочтительно, чтобы сопромотор рения включал, как элемент, вольфрам.
Сопромотор рения может обычно присутствовать в общем количестве по меньшей мере 0,01 ммоль/кг, более обычно по меньшей мере 0,1 ммоль/кг и предпочтительно по меньшей мере 0,5 ммоль/кг, рассчитанном как элемент (то есть общее количество вольфрама, хрома, молибдена, серы, фосфора и/или бора) относительно массы катализатора. Сопромотор рения может присутствовать в общем количестве самое большее 40 ммоль/кг, предпочтительно самое большее 10 ммоль/кг, более предпочтительно самое большее 5 ммоль/кг на той же самой основе. Форма, в которой сопромотор рения может быть нанесен на носитель, не является существенной для изобретения. Например, он может, соответственно, быть предоставлен как оксид или как оксианион, например, как сульфат, борат или молибдат в виде соли или кислоты.
Катализатор предпочтительно содержит серебро, промотирующий компонент и компонент, вклю
- 4 011641 чающий дополнительный элемент, нанесенный на носитель. Подходящие дополнительные элементы могут выбираться из группы азота, фтора, щелочных металлов, щёлочно-земельных металлов, титана, гафния, циркония, ванадия, таллия, тория, тантала, ниобия, галлия и германия и их смесей. Предпочтительно, щелочные металлы выбирают из лития, калия, рубидия и цезия. Наиболее предпочтительно, щелочными металлами являются литий, калий и/или цезий. Предпочтительно щёлочно-земельные металлы выбирают из кальция и бария. Как правило, дополнительный элемент присутствует в катализаторе в общем количестве от 0,01 до 500 ммоль/кг, более обычно от 0,05 до 100 ммоль/кг, рассчитанном как элемент от массы катализатора. Дополнительные элементы могут быть предоставлены в любой форме. Например, пригодными являются соли щелочного металла или щёлочно-земельного металла.
В соответствии с настоящим документом количеством щелочного металла, присутствующего в катализаторе, считают такое количество, которое может быть экстрагировано из катализатора деионизированной водой при 100°С. Метод экстракции включает трехкратное экстрагирование 10-граммового образца катализатора путем его нагревания в 20 мл порциях деионизированной воды в течение 5 мин при 100°С и определение в объединенных экстрактах соответствующих металлов с использованием известного метода, например атомной абсорбционной спектроскопии.
В соответствии с настоящим документом, количеством щёлочно-земельного металла, присутствующего в катализаторе, считают такое количество, которое может быть экстрагировано из катализатора 10 мас.% азотной кислотой в деионизированной воде при 100°С. Метод экстракции включает экстрагирование 10-граммового образца катализатора путем его кипячения с 100 мл порцией 10 мас.% азотной кислоты в течение 30 мин (1 атм, то есть 101,3 кПа) и определение в объединенных экстрактах соответствующих металлов с использованием известного метода, например атомной абсорбционной спектроскопии (см. патент США-А-5801259, который включен сюда в качестве ссылки).
Катализатор, который может, соответственно, использоваться в данном изобретении, является катализатором, обозначаемым 8-882, который поставляется компанией СВ1 1и!егиа1юиа1 (Хьюстон, Техас, США).
Фиг. 3 является схематическим изображением, показывающим типичную систему 40 производства окиси этилена с кожухотрубным теплообменником 42, который оборудован одной или более реакторной системой, изображенной на фиг. 1. Обычно множество реакторных систем данного изобретения группируется вместе в пучок труб для вставки в кожух кожухотрубного теплообменника. Квалифицированный специалист поймет, что частицы катализатора могут быть помещены в отдельные удлиненные трубы таким образом, чтобы удлиненные трубы и их содержимое обеспечивали одинаковое удельное сопротивление при прохождении через них газового потока. Число удлиненных труб, находящихся в кожухотрубном теплообменнике 42, обычно находится в диапазоне от 1000 до 15000, более обычно в диапазоне от 2000 до 10000. В общем случае, такие удлиненные трубы находятся, по существу, параллельно относительно друг друга. Система 40 производства окиси этилена может включать один или более кожухотрубных теплообменников 42, например два, три или четыре.
В частности, в целях контроля кожухотрубный теплообменник 42 может содержать удлиненные трубы, которые являются индивидуально удаляемыми из кожухотрубного теплообменника и заменяемыми на удлиненные трубы другого внутреннего диаметра. В качестве альтернативы удлиненные трубы могут быть удаляемыми и заменяемыми в виде одного или более пучков. По желанию работа катализатора может быть исследована в кожухотрубном теплообменнике, имеющем удлиненные трубы различных внутренних диаметров.
Поток сырья, содержащий этилен и кислород, подается через трубопровод 44 в трубное пространство кожухотрубного теплообменника 42, где он входит в контакт со слоем катализатора, содержащимся внутри удлиненных труб 12 реакторной системы изобретения. Кожухотрубным теплообменником 42 обычно управляют способом, который обеспечивает восходящий или нисходящий поток газа через слой катализатора. Теплота реакции отводится, а регулирование температуры реакции, а именно температуры в слое катализатора, осуществляют при помощи жидкого теплоносителя, например масла, керосина или воды, который подают в пространство оболочки кожухотрубного теплообменника 42 посредством трубопровода 46, а отводят жидкий теплоноситель из оболочки кожухотрубного теплообменника 42 через трубопровод 48.
Продукт реакции, содержащий окись этилена, непрореагировавший этилен, непрореагировавший кислород и необязательно другие продукты реакции, такие как двуокись углерода и вода, выводится из труб реакторной системы кожухотрубного теплообменника 42 через трубопровод 50 и поступает в систему 52 разделения. Система 52 разделения обеспечивает отделение окиси этилена от этилена и, если они присутствуют, от двуокиси углерода и воды. Для отделения этих продуктов может использоваться экстракционная жидкость, такая как вода, которая подается в систему 52 разделения посредством трубопровода 54. Обогащенная экстракционная жидкость, содержащая окись этилена, выходит из системы 52 разделения через трубопровод 56, в то время как не вступившие в реакцию этилен и двуокись углерода, если они присутствуют, выходят из системы 52 разделения через трубопровод 58. Отделенная двуокись углерода выходит из системы 52 разделения через трубопровод 61. Часть газового потока, проходящего через трубопровод 58, может удаляться в качестве продувочного потока через трубопровод 60. Остающийся
- 5 011641 газовый поток проходит через трубопровод 62 к рециркуляционному компрессору 64. Поток, содержащий этилен и кислород, проходит через трубопровод 66 и объединяется с рециркулирующим этиленом, который проходит через трубопровод 62, и объединенный поток поступает в рециркуляционный компрессор 64. Рециркуляционный компрессор 64 направляет поток в трубопровод 44, и тем самым выходящий поток поступает на вход в трубное пространство кожухотрубного теплообменника 42. Полученная окись этилена может выделяться из обогащенной экстракционной жидкости, например, перегонкой или экстракцией.
Концентрация этилена в потоке исходных материалов, проходящем через трубопровод 44, может быть установлена в широких пределах. Как правило, концентрация этилена в потоке исходных материалов будет самое большее 80 мол.%, относительно полного входящего потока. Предпочтительно, концентрация будет в интервале от 0,5 до 70 мол.%, а именно от 1 до 60 мол.%. В соответствии с настоящим документом, под потоком исходных материалов понимают смесь, которая входит в контакт с частицами катализатора.
Существующий процесс эпоксидирования может быть на основе воздуха или на основе кислорода (см. Кпк-ОШшег Еисус1ореб1а οί Сйеш1са1 Тесйио1оду, 3-ий выпуск, том 9, 1980, стр. 445-447). В процессе на основе воздуха, в качестве источника окисляющегося агента используется воздух или воздух, обогащенный кислородом, тогда как в процессах, на основе кислорода, в качестве источника окисляющего агента используется кислород высокой чистоты (по меньшей мере 95 мол.%). В настоящее время большинство установок эпоксидирования основано на кислороде, что является предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения.
Концентрация кислорода в потоке сырья, проходящем через трубопровод 44, может быть выбрана в широких пределах. Однако практически кислород, как правило, используется в концентрации, при которой удается избегать огнеопасного режима. Как правило, используемая концентрация кислорода будет в пределах от 1 до 15 мол.%, чаще от 2 до 12 мол.% от полного потока. Реальные безопасные рабочие диапазоны зависят, наряду с составом потока исходных материалов, также от условий реакции, таких как температура реакции и давление.
Органический галогенид может присутствовать в потоке сырья, проходящем через трубопровод 44, как модификатор реакции для увеличения ее селективности, подавляя нежелательное окисление этилена или окиси этилена до двуокиси углерода и воды по отношению к желательному образованию окиси этилена. Свежий органический галогенид, соответственно, вводится в процесс через трубопровод 66. Органические галогениды являются органическими бромидами и органическими хлоридами. Предпочтительными органическими галогенидами являются хлоруглеводороды или бромуглеводороды. Более предпочтительно выбирать их из группы хлористого метила, хлористого этила, хлористого этилена, бромистого этилена, хлористого винила или их смеси. Наиболее предпочтительны хлористый этил и хлористый этилен.
Органические галогениды в целом эффективны в качестве модификатора реакции при использовании их в низкой концентрации в потоке, например до 0,01 мол.%, относительно всего потока. Предпочтительно, чтобы органический галогенид присутствовал в потоке исходных материалов в концентрации самое большее 50х10-4 мол.%, в частности самое большее 20х10-4 мол.% более конкретно самое большее 15х10-4 мол.%, относительно всего потока, и предпочтительно по меньшей мере 0,2х10-4 мол.%, в особенности по меньшей мере 0,5х10-4 мол.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 1х10-4 мол.% относительно всего потока.
В дополнение к этилену, кислороду и органическому галогениду поток исходных материалов может содержать один или более дополнительных продуктов, например двуокись углерода, инертные газы и насыщенные углеводороды. Двуокись углерода в целом оказывает нежелательное воздействие на активность катализатора. Преимуществом является то, что система 52 разделения работает таким образом, что количество двуокиси углерода в потоке исходных материалов через трубопровод 44 мало, например ниже 2 мол.%, предпочтительно ниже 1 мол.%, или находится в интервале от 0,2 до 1 мол.%. Инертные газы, например азот или аргон, могут присутствовать в потоке исходных материалов, проходящем через трубопровод 44, в концентрации от 30 до 90 мол.%, обычно от 40 до 80 мол.%. Подходящими насыщенными углеводородами являются метан и этан. Если присутствуют насыщенные углеводороды, они могут присутствовать в количестве до 80 мол.% относительно всего потока, в особенности до 75 мол.%. Часто они присутствуют в количестве по меньшей мере 30 мол.%, более часто по меньшей мере 40 мол.%. Насыщенные углеводороды могут использоваться, чтобы увеличить предел воспламеняемости по кислороду. В потоке исходных материалов могут присутствовать олефины (помимо этилена), например в количестве меньше, чем 10 мол.%, в частности меньше, чем 1 мол.% относительно количества этилена. Однако является предпочтительным, чтобы этилен был единственным олефином в потоке исходных материалов.
Процесс эпоксидирования может осуществляться при температурах реакции, выбранных из широкого ряда. Предпочтительно температура реакции находится в интервале от 150 до 340°С, более предпочтительно в интервале от 180 до 325°С. Как правило, температура охлаждающей жидкости обычно на
- 6 011641
1-15°С, более предпочтительно на 2-10°С ниже температуры реакции.
С целью уменьшения эффектов дезактивации катализатора температура реакции может увеличиваться постепенно или ступенчато, например ступенчато от 0,1 до 20°С, конкретно 0,2 до 10°С, более конкретно 0,5 до 5°С. Общее увеличение температуры реакции может находиться в интервале от 10 до 140°С, более обычно от 20 до 100°С. Температура реакции может быть увеличена обычно с уровня в интервале от 150 до 300°С, более обычно от 200 до 280°С, если используется свежий катализатор, до уровня в интервале от 230 до 340°С, более обычно от 240 до 325°С, если катализатор снизил активность в связи со старением.
Процесс эпоксидирования предпочтительно проводится при давлении во входном конце трубы 26 в интервале от 1000 до 3500 кПа. Газовая часовая объемная скорость (ОН8У) представляет собой единицу объема газа при нормальных температуре и давлении (0°С, 1 атм, то есть 101,3 кПа) проходящего через единицу общего объема слоя катализатора в час. Предпочтительно, СН8У находится в интервале от 1500 до 10000 Нм3 /(м3-ч). Процесс предпочтительно осуществляется при рабочей скорости в интервале от 0,5 до 10 кмоль окиси этилена, образующегося в м3 общего слоя катализатора в час, в частности от 0,7 до 8 кмоль окиси этилена, образующегося в м3 общего слоя катализатора в час, например 5 кмоль окиси этилена, образующегося в м3 общего слоя катализатора в час.
Окись этилена, полученная в процессе эпоксидирования, может быть превращена, например, в этиленгликоль, эфир этиленгликоля или этаноламин.
Превращение в этиленгликоль или эфир этиленгликоля может заключаться, например, в реакции окиси этилена с водой с использованием соответственно кислотного или основного катализатора. Например, для получения преимущественно этиленгликоля и в меньшей степени эфира этиленгликоля, окись этилена может реагировать с десятикратным молярным избытком воды в жидкофазной реакции в присутствии кислотного катализатора, например 0,5-1,0 мас.% серной кислоты, в расчете на всю реагирующую смесь, при 50-70°С и абсолютном давлении 100 кПа, или в газофазной реакции при 130-240°С и абсолютном давлении 2000-4000 кПа, предпочтительно в отсутствие катализатора. При уменьшении доли воды увеличивается доля эфиров этиленгликоля в реакционной смеси. Эфиры этиленгликоля, полученные таким образом, могут быть диэфиром, триэфиром, тетраэфиром и т.д. Различные эфиры этиленгликоля могут быть получены при реакции окиси этилена со спиртом, в особенности первичными спиртами, такими как метанол или этиловый спирт, путем замены по меньшей мере части воды спиртом.
Окись этилена может быть превращена в этиленгликоль вначале превращением окиси этилена в этиленкарбонат при реакции с двуокисью углерода с последующим гидролизом этиленкарбоната с образованием этиленгликоля. Применимые способы описаны в патенте США И8-А-6080897, который включен сюда в качестве ссылки.
Превращение в этаноламин может включать взаимодействие окиси этилена с амином, таким как аммиак, алкиламин или диалкиламин. Может использоваться безводный или водный аммиак. Безводный аммиак обычно используется для предпочтительного получения моноэтаноламина. Для способов, применимых для превращения окиси этилена в этаноламин, может быть дана ссылка, например, на патент США И8-А-4845296, который включен сюда в качестве ссылки.
Этиленгликоль и эфиры этиленгликоля могут применяться для разнообразных промышленных целей, например в производстве продуктов питания, напитков, табака, косметических препаратов, термопластичных полимеров, отверждающихся систем смол, моющих средств, систем теплопередачи и т. д. Этаноламины могут использоваться, например, в обработке (обессеривании) природного газа.
Если не определено иначе, органические соединения, упомянутые здесь, например олефины, эфиры этиленгликоля, этаноламины и органические галогениды, могут иметь обычно самое большее 40 атомов углерода, более обычно, самое большее 20 атомов углерода, в особенности самое большее 10 атомов углерода, наиболее предпочтительно самое большее 6 атомов углерода. Как определено здесь, интервалы для количества атомов углерода (то есть углеродное число) включают значения, определенные для границ интервалов.
Следующие примеры предназначены для пояснения преимущества существующего изобретения и не предназначены для чрезмерного ограничения объема защиты изобретения.
Пример I (сравнительный, не по изобретению).
Были разработаны модели реакторов, которые включают соответствующие кинетические модели с использованием серебросодержащих катализаторов в процессе получения окиси этилена из этилена и кислорода. Соответствующая модель реактора была разработана для серебряных катализаторов, содержащих рений и вольфрам, а другая соответствующая модель реактора была разработана для серебряных катализаторов, не содержащих рения и рениевых сопромоторов.
Модели основаны на корреляции фактических данных работы катализатора, собранных из многочисленных источников, таких как данные работы микрореактора, данные опытной установки и другие источники данных о работе катализатора.
С использованием подходящей модели реактора был смоделирован процесс, проходящий в реакторной трубе длиной 11,8 м и внутренним диаметром 38,9 мм, содержащей слой насадки из стандартных цилиндрических частиц катализатора, имеющих наружный диаметр 34 около 8 мм, длину 32 около 8 мм
- 7 011641 и внутренний диаметр 36 около 3,2 мм. Катализатор содержит серебро, рений и вольфрам, при этом реакторная труба охлаждается в реакторе кипящей водой. Количество серебра было 275 г на кг массы катализатора. Эксплуатационные условия смоделированного процесса были: 6Н8У 3327 Нл/ч, давление на входе 1,75 МПа, производительность 3,3 кмоль окиси этилена на м слоя насадки в час и состав входящего потока этилена 25 мол.%, кислорода 8,5 мол.%, двуокиси углерода 1 мол.%, азота 1 мол.%, аргона 2,7 мол.%, этана 1 мол.%, остальное - метан. Рассчитано, что селективность катализатора составляет 89,9 мол.%.
Расчетная температура охлаждающего агента в рубашке составляла 230°С. Модель прогнозирует, что в трубе данного внутреннего диаметра (38,9 мм) температура охлаждающего агента в рубашке может увеличиться до 247°С прежде, чем скорость выделения тепла в реакции превысит скорость отвода тепла через стену трубы, что является отличительной чертой выхода реакции из-под контроля. Таким образом, согласно прогнозу модели, в этих условиях граница выхода из-под контроля равна 17°С.
Пример II.
Пример I повторяли с тем отличием, что внутренний диаметр составлял 54,4 мм вместо 38,9 мм.
Расчетная температура охлаждающего агента в рубашке составляла 228°С. Модель прогнозирует, что в трубке данного внутреннего диаметра (54,4 мм) температура охлаждающего агента в рубашке может увеличиться до 240°С прежде, чем скорость выделения тепла в реакции превысит скорость отвода тепла через стену трубы, что является отличительной чертой выхода реакции из-под контроля. Таким образом, согласно прогнозу модели в этих условиях граница выхода из-под контроля равна 12°С.
Пример III (сравнительный, не по изобретению).
Пример I повторяли с тем отличием, что катализатор содержал серебро в количестве 132 г на кг массы катализатора. Рассчитано, что селективность катализатора составляет 89,1 мол.%.
Расчетная температура охлаждающего агента в рубашке составляла 234°С. Модель прогнозирует, что в трубке данного внутреннего диаметра (38,9 мм) температура охлаждающего агента в рубашке может увеличиться до 247°С прежде, чем скорость выделения тепла в реакции превысит скорость отвода тепла через стену трубы, что является отличительной чертой выхода реакции из-под контроля. Таким образом, согласно прогнозу модели в этих условиях граница выхода из-под контроля равна 13°С.
Пример IV.
Пример III повторяли с тем отличием, что внутренний диаметр составлял 54,4 мм вместо 38,9 мм.
Расчетная температура охлаждающего агента в рубашке составляла 232°С. Модель предсказывает, что в трубке данного внутреннего диаметра (54,4 мм) температура охлаждающего агента в рубашке может увеличиться до 240°С прежде, чем скорость выделения тепла в реакции превысит скорость отвода тепла через стену трубы, что является отличительной чертой выхода реакции из-под контроля. Таким образом, согласно прогнозу модели, в этих условиях граница выхода из-под контроля равна 8°С.
Пример V (сравнительный, не по изобретению).
Пример I повторяли с тем отличием, что катализатор содержал серебро в количестве 145 г на кг массы катализатора, не содержал рения и рениевых сопромоторов, что соответствует использованной модели реактора для серебряного катализатора, не содержащего рения и рениевых сопромоторов, и что внутренний диаметр составлял 38,5 мм вместо 38,9 мм. Рассчитано, что селективность катализатора составляет 82,7 мол.%.
Расчетная температура охлаждающего агента в рубашке составляла 199°С. Модель прогнозирует, что в трубке данного внутреннего диаметра (38,5 мм) температура охлаждающего агента в рубашке может увеличиться до 209°С прежде, чем скорость выделения тепла в реакции превысит скорость отвода тепла через стену трубы, что является отличительной чертой выхода реакции из-под контроля. Таким образом, согласно прогнозу модели, в этих условиях граница выхода из-под контроля равна 10°С.
Пример VI (сравнительный, не по изобретению).
Пример V повторяли с тем отличием, что внутренний диаметр составлял 55 мм вместо 38,5 мм.
Расчетная температура охлаждающего агента в рубашке составляла 194,5°С. Модель прогнозирует, что в трубке данного внутреннего диаметра (55 мм) температура охлаждающего агента в рубашке может увеличиться до 197,5°С прежде, чем скорость выделения тепла в реакции превысит скорость отвода тепла через стену трубы, что является отличительной чертой выхода реакции из-под контроля. Таким образом, согласно модели при этих условиях граница выхода из-под контроля равна 3°С.
Эти расчетные примеры показывают, что когда катализатор эпоксидирования, содержащий промотирующий компонент, находится в реакторной трубе, которая шире, чем труба традиционно применяемая в условиях эпоксидирования, граница выхода из-под контроля может быть такой же, как и граница выхода из-под контроля для катализатора эпоксидирования, не содержащего промотирующего компонента, если он находится в реакторной трубе обычно применяемого диаметра. Это означает, что катализатор эпоксидирования, содержащий промотирующий компонент, может быть использован в реакторной трубе, которая шире, чем традиционно применяемая труба, не ставя под угрозу температурный и тепловой контроль слоев катализатора.
Эти расчетные примеры также показывают, что, когда применяется катализатор эпоксидирования, содержащий промотирующий компонент и относительно высокое количество серебра, независимо от
- 8 011641 внутреннего диаметра трубы может наблюдаться большая граница выхода из-под контроля, чем для катализатора эпоксидирования, содержащего промотирующий компонент и меньшее количество серебра.

Claims (13)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Реакторная система для эпоксидирования этилена, которая включает по меньшей мере одну удлиненную трубу, имеющую внутренний диаметр более 40 мм, в которой содержится слой катализатора из частиц катализатора, содержащих серебро в количестве по меньшей мере 150 г/кг по отношению к массе катализатора, и промотирующий компонент, осажденный на носитель, причем промотирующий компонент содержит элемент, выбранный из рения, вольфрама, молибдена и хрома.
  2. 2. Реакторная система по п.1, в которой внутренний диаметр трубы равен по меньшей мере 45 мм.
  3. 3. Реакторная система по п.1 или 2, в которой внутренний диаметр трубы находится в интервале от 45 до 80 мм, конкретно от 48 до 70 мм, более конкретно от 50 до 60 мм.
  4. 4. Реакторная система по любому из пп.1-3, в которой длина удлиненной трубы находится в интервале от 3 до 25 м, в частности от 5 до 20 м, а толщина стенки удлиненной трубы находится в интервале от 0,5 до 10 мм, в частности от 1 до 5 мм.
  5. 5. Реакторная система по любому из пп.1-4, в которой удлиненная труба находится в кожухотрубном теплообменнике, а количество таких удлиненных труб, содержащихся в кожухотрубном теплообменнике, находится в интервале от 1000 до 15000, в частности в интервале от 2000 до 10000.
  6. 6. Реакторная система по любому из пп.1-5, в которой частицы катализатора, как правило, имеют цилиндрическую конфигурацию длиной от 4 до 20 мм, в частности от 5 до 15 мм; наружный диаметр от 4 до 20 мм, в частности от 5 до 15 мм; внутренний диаметр от 0,1 до 6 мм, в частности от 0,2 до 4 мм; а отношение длины к наружному диаметру в от 0,5 до 2, в частности от 0,8 до 1,2.
  7. 7. Реакторная система по любому из пп.1-6, в которой катализатор содержит серебро, промотирующий компонент, содержащий рений, рениевый сопромотор, выбранный из компонентов, содержащих элемент, выбранный из вольфрама, хрома, молибдена, серы, фосфора, бора, и их смеси, осажденных на носителе, состоящем из α-оксида алюминия.
  8. 8. Реакторная система по любому из пп.1-7, в которой катализатор содержит серебро в количестве по меньшей мере 200 г/кг по отношению к массе катализатора.
  9. 9. Реакторная система по любому из пп.1-8, в которой катализатор содержит серебро в количестве от 200 до 400 г /кг по отношению к массе катализатора.
  10. 10. Способ эпоксидирования этилена, включающий реакцию этилена с кислородом в присутствии слоя катализатора, находящегося в реакторной системе в соответствии с любым из пп.1-9.
  11. 11. Способ по п.10, в котором этилен реагирует с кислородом в присутствии дополнительно одного или более органических галогенидов.
  12. 12. Способ по п.11, в котором один или более органических галогенидов выбраны из хлоруглеводородов и бромуглеводородов.
  13. 13. Способ получения этиленгликоля, эфира этиленгликоля или этаноламина, включающий получение окиси этилена в процессе эпоксидирования этилена по любому из пп.10-12 и превращение окиси этилена в этиленгликоль, эфир этиленгликоля или этаноламин.
EA200702028A 2005-03-22 2006-03-20 Реакторная система и способ для производства окиси этилена EA011641B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US66398405P 2005-03-22 2005-03-22
PCT/US2006/009929 WO2006102189A1 (en) 2005-03-22 2006-03-20 A reactor system and process for the manufacture of ethylene oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200702028A1 EA200702028A1 (ru) 2008-02-28
EA011641B1 true EA011641B1 (ru) 2009-04-28

Family

ID=36691732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200702028A EA011641B1 (ru) 2005-03-22 2006-03-20 Реакторная система и способ для производства окиси этилена

Country Status (12)

Country Link
US (1) US20090234144A1 (ru)
EP (1) EP1861196A1 (ru)
JP (1) JP5421587B2 (ru)
KR (1) KR20070112870A (ru)
CN (1) CN101146604A (ru)
AU (1) AU2006227295A1 (ru)
BR (1) BRPI0608862A2 (ru)
CA (1) CA2602163C (ru)
EA (1) EA011641B1 (ru)
MX (1) MX2007011550A (ru)
TW (1) TWI510475B (ru)
WO (1) WO2006102189A1 (ru)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7704908B2 (en) 2005-12-22 2010-04-27 Shell Oil Company Method for reusing rhenium from a donor spent epoxidation catalyst
US7750170B2 (en) 2005-12-22 2010-07-06 Shell Oil Company Process for mixing an oxidant having explosive potential with a hydrocarbon
US8357812B2 (en) 2005-12-22 2013-01-22 Shell Oil Company Process for preparing a rejuvenated epoxidation catalyst
AR066469A1 (es) 2007-05-09 2009-08-19 Shell Int Research Un proceso de produccion de oxido de olefina , 1,2- diol, 1,2- diol eter, 1,2- carbonato o alcanolamina
KR20100017689A (ko) 2007-05-09 2010-02-16 셀 인터나쵸나아레 레사아치 마아츠샤피 비이부이 에폭시화 촉매, 이 촉매의 제조방법, 및 산화올레핀, 1,2-디올, 1,2-디올 에테르, 1,2-카보네이트 또는 알칸올아민의 생산 방법
KR101573085B1 (ko) * 2007-05-18 2015-11-30 셀 인터나쵸나아레 레사아치 마아츠샤피 비이부이 반응기 시스템, 흡수재 및 공급물을 반응시키는 방법
US9144765B2 (en) 2007-05-18 2015-09-29 Shell Oil Company Reactor system, an absorbent and a process for reacting a feed
WO2009119416A1 (ja) * 2008-03-26 2009-10-01 株式会社日本触媒 エチレンオキシド製造用触媒および該触媒を用いたエチレンオキシドの製造方法
JP5868703B2 (ja) 2008-05-07 2016-02-24 シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー オレフィンオキシド、1,2−ジオール、1,2−ジオールエーテル、1,2−カーボネートまたはアルカノールアミンの製造方法
EP2297124B1 (en) 2008-05-07 2013-08-21 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for the start-up of an epoxidation process, a process for the production of ethylene oxide, a 1,2-diol, a 1,2-diol ether, a 1,2-carbonate, or an alkanolamine
EP2140933A1 (en) * 2008-07-02 2010-01-06 Werner Soyez Structured catalyst hold for pipe reactors
RU2554511C2 (ru) * 2009-11-10 2015-06-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ получения олефинов
EP2499220A2 (en) * 2009-11-10 2012-09-19 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process and integrated system for the preparation of a lower olefin product
BR112012010865A2 (pt) * 2009-11-10 2019-09-24 Shell International Res Maatshappij B V "processo para a produção de óxido de etileno".
EP2499219A2 (en) * 2009-11-10 2012-09-19 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for producing olefins
CN102666794B (zh) * 2009-11-10 2015-12-02 国际壳牌研究有限公司 用于制备低级烯烃产品的方法
AU2011244368B2 (en) 2010-04-23 2014-04-24 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for producing aromatic hydrocarbons and ethylene
WO2012050819A1 (en) * 2010-09-29 2012-04-19 Shell Oil Company Improved eo process control
US8742146B2 (en) 2010-12-08 2014-06-03 Shell Oil Company Process for improving the selectivity of an EO catalyst
US8742147B2 (en) 2010-12-08 2014-06-03 Shell Oil Company Process for improving the selectivity of an EO catalyst
CN103391929A (zh) 2011-01-24 2013-11-13 国际壳牌研究有限公司 制备环氧乙烷的方法
AU2012210661B2 (en) 2011-01-24 2015-04-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for the production of ethylene oxide
NL2006561C2 (en) 2011-04-06 2012-10-09 Univ Leiden Process to prepare an ethanol-derivate.
JP2014512949A (ja) * 2011-04-14 2014-05-29 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア エチレンをエチレンオキシドに酸化するための触媒の製造方法
US8921587B2 (en) 2011-04-14 2014-12-30 Basf Se Process for producing a catalyst for the oxidation of ethylene to ethylene oxide
EP2714670B2 (en) 2011-04-29 2022-03-02 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for improving the selectivity of an eo catalyst
US8987482B2 (en) 2011-10-28 2015-03-24 Basf Se Process for producing a supported silver catalyst
JP2015501212A (ja) * 2011-10-28 2015-01-15 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se 担持銀触媒を生成するための方法
EP2644604A1 (en) 2012-03-30 2013-10-02 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for the production of ethylene oxide
FR3001968B1 (fr) * 2013-02-12 2015-02-27 IFP Energies Nouvelles Procede de production d'oxyde d'ethylene a partir d'un flux d'ethanol thermo-mecaniquement integre
FR3001969B1 (fr) * 2013-02-12 2015-08-21 IFP Energies Nouvelles Procede de production d'oxyde d'ethylene a partir d'un flux d'ethanol thermiquement integre
TWI723100B (zh) * 2015-12-15 2021-04-01 荷蘭商蜆殼國際研究所 從環氧乙烷製造中的循環氣體流移除烷基碘雜質之方法及系統
US11801493B2 (en) 2016-12-02 2023-10-31 Shell Usa, Inc. Methods for conditioning an ethylene epoxidation catalyst and associated methods for the production of ethylene oxide
KR102258044B1 (ko) * 2017-11-17 2021-05-27 롯데케미칼 주식회사 Pvp를 첨가한 산화에틸렌 제조용 촉매의 제조 방법 및 이의 적용
TW201943709A (zh) 2018-04-09 2019-11-16 荷蘭商蜆殼國際研究公司 用於生產環氧乙烷之方法
CN110605073B (zh) * 2018-06-15 2022-03-15 中国石油化工股份有限公司 用于烯烃环氧化工艺的催化剂装填方法及烯烃环氧化方法
EP3639924A1 (en) 2018-10-15 2020-04-22 Basf Se Catalyst for producing ethylene oxide by gas-phase oxidation
EP3639923A1 (en) 2018-10-15 2020-04-22 Basf Se Process for producing ethylene oxide by gas-phase oxidation of ethylene
EP3659703A1 (en) 2018-11-28 2020-06-03 Basf Se Catalyst for producing ethylene oxide by gas-phase oxidation
WO2021038027A1 (en) 2019-08-28 2021-03-04 Basf Se Process for preparing an epoxidation catalyst
US20230114770A1 (en) 2020-03-27 2023-04-13 Basf Se Process for producing a silver-based epoxidation catalyst
EP3885038A1 (en) 2020-03-27 2021-09-29 Basf Se Process for producing an epoxidation catalyst
US20230256420A1 (en) 2020-06-26 2023-08-17 Basf Se Shaped catalyst body for the production of ethylene oxide
WO2021260185A1 (en) 2020-06-26 2021-12-30 Basf Se Tableted alpha-alumina catalyst support
WO2021260140A1 (en) 2020-06-26 2021-12-30 Basf Se Production of porous alpha-alumina supports from boehmitic derived aluminas
CN116723893A (zh) 2021-01-26 2023-09-08 巴斯夫欧洲公司 环氧化催化剂
WO2024079247A1 (en) 2022-10-12 2024-04-18 Basf Se Epoxidation catalyst
WO2024089254A1 (en) 2022-10-28 2024-05-02 Basf Se Process for the manufacture of a c4-olefin-derived chemical of interest, in particular citral, from renewably-sourced ethanol
WO2024133081A1 (en) 2022-12-20 2024-06-27 Basf Se Manufacture of an ethylene-derived chemical of interest, in particular acrylic acid, in combination with generation of heated steam

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266015A1 (en) * 1986-10-31 1988-05-04 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Ethylene oxide catalyst and process for the catalytic production of ethylene oxide
WO2004056463A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-08 Bp Chemicals Limited Process for manufacturing ethylene oxide
WO2004072055A1 (en) * 2003-02-14 2004-08-26 Bp Chemicals Limited Process for manufacturing ethylene oxide
WO2004101141A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A reactor system and process for the manufacture of ethylene oxide

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH529586A (fr) * 1970-09-16 1972-10-31 Montedison Spa Catalyseur pour la fabrication de l'oxyde d'éthylène à partir de l'éthylène
US4130570A (en) * 1973-10-19 1978-12-19 Boreskov Georgy K Method of producing ethylene oxide
US4203906A (en) * 1977-07-13 1980-05-20 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. Process for catalytic vapor phase oxidation
NL8201396A (nl) * 1982-04-01 1983-11-01 Dow Chemical Nederland Zilver katalysator en een werkwijze voor de bereiding daarvan.
US4820496A (en) * 1983-07-15 1989-04-11 Catalyst Technology, Inc. Catalyst recovery trough for unloading multi-tube reactors with maximum dust containment
US4845296A (en) * 1983-12-13 1989-07-04 Union Carbide Corporation Process for preparing alkanolamines
JPS60216844A (ja) * 1984-04-13 1985-10-30 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd エチレンオキシド製造用銀触媒
DE3663518D1 (en) * 1985-06-28 1989-06-29 Shell Int Research Process for the preparation of a silver-containing catalyst
US4701347A (en) * 1986-04-18 1987-10-20 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Method for growing patterned metal layers
GB8618325D0 (en) * 1986-07-28 1986-09-03 Shell Int Research Catalyst
US4766105A (en) * 1986-10-31 1988-08-23 Shell Oil Company Ethylene oxide catalyst and process for preparing the catalyst
GB8716653D0 (en) * 1987-07-15 1987-08-19 Shell Int Research Silver-containing catalyst
US4921681A (en) * 1987-07-17 1990-05-01 Scientific Design Company, Inc. Ethylene oxide reactor
US4874879A (en) * 1988-07-25 1989-10-17 Shell Oil Company Process for starting-up an ethylene oxide reactor
CA1339317C (en) * 1988-07-25 1997-08-19 Ann Marie Lauritzen Process for producing ethylene oxide
US5380697A (en) * 1993-09-08 1995-01-10 Shell Oil Company Ethylene oxide catalyst and process
US5739075A (en) * 1995-10-06 1998-04-14 Shell Oil Company Process for preparing ethylene oxide catalysts
US5801259A (en) * 1996-04-30 1998-09-01 Shell Oil Company Ethylene oxide catalyst and process
AU749910B2 (en) * 1998-03-19 2002-07-04 Mitsubishi Chemical Corporation Method for producing monoethylene glycol
CA2343783C (en) * 1998-09-14 2008-02-12 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for removing ionizable species from catalyst surface to improve catalytic properties
JP4499219B2 (ja) * 1999-10-04 2010-07-07 株式会社日本触媒 エチレンオキシドの製造方法
US6372925B1 (en) * 2000-06-09 2002-04-16 Shell Oil Company Process for operating the epoxidation of ethylene
JP4042332B2 (ja) * 2001-02-27 2008-02-06 三菱化学株式会社 レニウム含有触媒を用いるオレフィンオキシドの製造方法
US20040225138A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-11 Mcallister Paul Michael Reactor system and process for the manufacture of ethylene oxide
US20040224841A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-11 Marek Matusz Silver-containing catalysts, the manufacture of such silver-containing catalysts, and the use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266015A1 (en) * 1986-10-31 1988-05-04 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Ethylene oxide catalyst and process for the catalytic production of ethylene oxide
WO2004056463A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-08 Bp Chemicals Limited Process for manufacturing ethylene oxide
WO2004072055A1 (en) * 2003-02-14 2004-08-26 Bp Chemicals Limited Process for manufacturing ethylene oxide
WO2004101141A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A reactor system and process for the manufacture of ethylene oxide

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006102189A1 (en) 2006-09-28
AU2006227295A1 (en) 2006-09-28
MX2007011550A (es) 2007-10-19
CA2602163C (en) 2014-02-18
KR20070112870A (ko) 2007-11-27
TW200640892A (en) 2006-12-01
BRPI0608862A2 (pt) 2010-02-02
TWI510475B (zh) 2015-12-01
JP5421587B2 (ja) 2014-02-19
US20090234144A1 (en) 2009-09-17
CN101146604A (zh) 2008-03-19
EP1861196A1 (en) 2007-12-05
EA200702028A1 (ru) 2008-02-28
CA2602163A1 (en) 2006-09-28
JP2008534501A (ja) 2008-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA011641B1 (ru) Реакторная система и способ для производства окиси этилена
RU2328491C2 (ru) Способ эпоксидирования олефинов и катализатор для применения в способе
US7835868B2 (en) Process for selecting shaped particles for use in a packed bed
RU2506123C2 (ru) Способ получения алкиленкарбоната и алкиленгликоля
KR101704079B1 (ko) 레늄-촉진된 에폭시화 촉매의 효율을 개선하는 방법 및 이를 이용한 에폭시화 방법
CA2525520C (en) Process for the production of an olefin oxide using oxygen and a silver-containing catalyst
RU2474470C2 (ru) Реакторная система, абсорбент и способ осуществления реакции в подаваемом материале
GB2433502A (en) Epoxidation of an olefin by reacting olefin, oxygen & catalyst in a microchannel reactor, and chemicals derivable from an olefin oxide
US9856227B2 (en) Method for the production of ethylene oxide
RU2581365C2 (ru) Способ получения этиленоксида с улучшенным регулированием
GB2460514A (en) An epoxidation reactor and process for the production of an olefin oxide
US20140135513A1 (en) Eo reactor, process and thermocouple placement

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Registration of a licence in a contracting state
QB4A Registration of a licence in a contracting state