NL1039518A - Productie proces voor propyleenoxide en productie apparatuur daarvoor. - Google Patents

Description

Productie Proces voor propyleenoxide en Productie Apparatuur daarvoor.

[Technische Gebied]

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een productieproces voor propyleenoxide en een productie apparaat daarvoor. In het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een productieproces voor propyleenoxide door de reactie van waterstofperoxide en propyleen naar propyleenoxide en een productie apparaat daarvoor.

[Stand van de techniek]

Er is een werkwijze bekend van een productieproces voor propyleenoxide, waarbij propyleen, waterstof en zuurstof in een vloeibare fase in de aanwezigheid van vaste katalysatordeeltjes worden omgezet in propyleenoxide. Bijvoorbeeld Japanse Octrooi Kokai Publicatie nummer 2009-256301 beschrijft een productieproces voor propyleenoxide waarbij propyleen en een gasmengsel dat zuurstof, waterstof en stikstof voor verdunning bevat wordt toegevoerd aan een mengsel, dat een mengsel van acetonitril oplosmiddel en water en een vaste titanium katalysator en een palladium ondersteunende katalysator bevat, waarbij deze worden omgezet zodat propyleenoxide gevormd wordt.

[Verwijzingen] [Octrooi literatuur]

Japanse Octrooi Kokai Publicatie nummer 2009-256301 [Samenvatting van de uitvinding] [Technisch probleem]

Het wordt algemeen gezegd, dat het bovengenoemde productieproces voor propyleenoxide superieur is in productiviteit. In dit proces worden de vaste titanium katalysator en de palladium ondersteunende katalysator in een mengsel gebruikt, waarbij de duurzaamheden van deze twee katalysatoren verschillend kunnen zijn. In een dergelijke situatie, waar bij een van de katalysatoren het maximum van de duurzaamheid wordt bereikt, is het onmogelijk of zeer moeilijk, dat slechts de genoemde ene katalysator wordt teruggewonnen, om deze te vervangen of te regenereren, zodat dit proces niet noodzakelijk, vanuit het oogpunt van katalysator gebruiksefficiëntie, de voorkeur geniet.

[Oplossing voor het probleem]

Zo is het een doel, dat door de onderhavige uitvinding wordt bereikt, om te voorzien in een nieuw productieproces voor propyleenoxide en een nieuw productie apparaat daarvoor, die superieur zijn in de productie voor propyleenoxide.

Gebleken is dat de bovengenoemde doelstelling wordt bereikt, door een werkwijze voor het produceren van propyleenoxide, waarbij een eerste reactiemengsel dat waterstofperoxide omvat wordt verkregen in een eerste reactiestap, waarbij het eerste reactiemengsel en propyleen in een tweede reactietrap worden omgezet, om een tweede reactiemengsel dat propyleenoxide omvat te verkrijgen, waarbij het tweede reactiemengsel naar de eerste reactiestap wordt teruggevoerd, waarna de eerste reactiestap opnieuw wordt uitgevoerd om het eerste reactie mengsel te verkrijgen, en vervolgens de tweede reactiestap opnieuw wordt uitgevoerd en het tweede reactiemengsel verkregen wordt, waarop deze tweede reactiestap weer terug wordt gevoerd naar de eerste reactiestap, enzovoort. Dat wil zeggen, het is gevonden dat het doel wordt bereikt door een productieproces voor propyleenoxide met herhaling van de eerste reactiestap, de tweede reactiestap en de terugvoer naar de eerste reactiestap, onder terugwinning van een deel van het eerste reactiemengsel en/of een deel van het tweede reactiemengsel, gevolgd door het terugwinnen van propyleenoxide in de delen.

Zo verschaft de onderhavige uitvinding in een eerste aspect een productieproces voor propyleenoxide waardoor wordt omvat: (1) een eerste reactiestap van het verkrijgen van een eerste reactiemengsel, dat waterstofperoxide bevat, door de reactie van waterstof en zuurstof in een oplosmiddel in de aanwezigheid van een palladium katalysator in een eerste reactor; (2) een tweede reactiestap van het verkrijgen van een tweede reactiemengsel, dat propyleenoxide bevat, door de reactie van het eerste reactiemengsel en propyleen in de aanwezigheid van een titanium katalysator in een tweede reactor; en (3) een terugvoerstap van de terugvoer van het tweede reactiemengsel naar de eerste reactor, gekarakteriseerd doordat, dat de stappen (1) tot en met (3) worden herhaald.

In een voorkeur uitvoeringsvorm wordt een deel van het eerste reactiemengsel onttrokken naar de buitenzijde van het systeem, terwijl de bovengenoemde stappen (1) tot en met (3) worden herhaald, en de propyleenoxide die zich daarin bevindt wordt gewonnen. In andere uitvoeringsvorm wordt een deel van het tweede reactiemengsel dat wordt teruggevoerd naar de eerste reactor, onttrokken naar de buitenzijde van het systeem, terwijl de bovengenoemde stappen (1) tot en met (3) worden herhaald, en propyleenoxide die zich daarin bevindt wordt gewonnen. In een verdere uitvoeringsvorm worden zowel een deel van het eerste reactiemengsel en een deel van het tweede reactiemengsel onttrokken naar buiten het systeem en propyleenoxide die zich daarin bevindt wordt gewonnen. Deze winning kan worden uitgevoerd in een nabehandeling stap die elke geschikte wijze omvat. Ook in een verdere uitvoeringsvorm is het oplosmiddel een mengsel oplosmiddel dat acetonitril en water omvat.

In de onderhavige beschrijving, worden waterstof en zuurstof verbruikt in de eerste reactiestap, zodat waterstofperoxide wordt geproduceerd, en waterstofperoxide en propyleen worden gebruikt bij de tweede reactiestap zodat propyleenoxide en water worden geproduceerd. Het is normaal dat niet alle reactiegrondstoffen worden omgezet in de beoogde reactieproduct(en) stoichiometrisch in een van de reactiestappen.

Het eerste reactiemengsel is een mengsel dat als een vloeibare fase in de eerste reactor wordt verkregen als resultaat van de eerste reactiestap, en omvat in het algemeen naast het oplosmiddel waterstofperoxide als reactieproduct, reactiegrondstoffen die niet met elkaar gereageerd hebben in de eerste reactiestap (meestal gassen (zuurstof, waterstof en eventueel stikstof) opgelost en/of daarin verspreid). Ook het tweede reactiemengsel omvat voorts, naast de componenten die in het eerste reactiemengsel aanwezig zijn, niet gereageerd propyleen en propyleenoxide als een reactieproduct. Opgemerkt kan worden, dat het eerste reactiemengsel verder geproduceerd propyleenoxide en niet gereageerd propeen van de tweede reactiestap omvat, aangezien het tweede reactiemengsel wordt teruggevoerd naar de eerste reactor.

Zoals goed te zien is, aangezien het eerste reactiemengsel wordt omgezet in de tweede reactor en het tweede reactiemengsel wordt teruggevoerd naar de eerste reactor, bevatten het eerste reactiemengsel en het tweede reactiemengsel in voornamelijk dezelfde componenten na het herhalen van de stappen (1) tot en met (3) zoals hierboven is beschreven. Echter, aangezien waterstofperoxide wordt geproduceerd in de eerste reactiestap en verbruikt in de tweede reactiestap, zijn de samenstellingen van het eerste reactiemengsel en het tweede reactiemengsel verschillend. Dat wil zeggen, wanneer we de samenstelling na de tweede reactiestap met die van voor de tweede reactiestap vergelijken, dan is de hoeveelheid waterstofperoxide afgenomen en eveneens de is hoeveelheid propyleen afgenomen, terwijl de hoeveelheid propyleenoxide is toegenomen.

In een tweede aspect, verschaft de uitvinding een productie apparaat voor propyleenoxide waardoor wordt omvat: (A) een eerste reactor waar waterstof en zuurstof reageren in de aanwezigheid van een palladium katalysator in een oplosmiddel zodat een eerste reactiemengsel wordt geproduceerd dat waterstofperoxide bevat; (B) een tweede reactor waar het eerste reactiemengsel en propyleen in de aanwezigheid van een vaste titaankatalysator reageren, zodat een tweede reactiemengsel dat propyleenoxide bevat wordt geproduceerd; en (C) een terugvoerleiding die het tweede reactiemengsel weer naar de eerste reactor terugvoert.

Een dergelijke apparaat wordt bij voorkeur gebruikt voor het uitvoeren van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

[Voordelen van de uitvinding]

Terwijl in de conventionele productie van propyleenoxide, zuurstof, waterstof en propeen reageren in een enkele reactor, om propyleenoxide te produceren, worden de waterstofperoxide productiestap en de propyleenoxide productiestap uitgevoerd in afzonderlijke stappen (of reactors) in het productieproces (of productie apparaat) voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Zo kan voor elke reactie die wordt uitgevoerd, de beste omstandigheden worden gekozen voor de reactie. Hierdoor wordt het mogelijk om verdere verbetering van de productiviteit van de propyleenoxide productie tot stand te brengen. Bovendien worden de palladium katalysator en de titanium katalysator in afzonderlijke reactoren gebruikt, zodat het vervangen van de katalysator of regeneratie van de katalysator erg eenvoudig wordt voor elk van de verbruikte katalysatoren.

[Korte beschrijving van de tekeningen]

Figuur 1 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 2 toont schematisch een stroomschema van een andere uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 3 toont schematisch een stroomschema van weer een andere uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 4 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 5 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 6 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 7 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 8 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

Figuur 9 toont schematisch een stroomschema van een uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding.

[Beschrijving van de Uitvoeringsvormen]

Vervolgens wordt het productieproces voor propyleenoxide, volgens de onderhavige uitvinding, toegelicht aan de hand van de tekeningen. Opgemerkt kan worden, dat in de Figuren 1 tot en met 9, dezelfde verwijzingen worden gebruikt voor dezelfde betekenis en dezelfde elementen. Ook illustreert een van de tekeningen een voorbeeld waarbij de eerste reactor wordt weergegeven als een geroerde tank type reactor en waarbij de tweede reactor wordt weergegeven als een vast bed katalysator reactor. Echter, zowel de eerste reactor als de tweede reactor kunnen uit geroerde tank type reactoren bestaan, de eerste reactor en de tweede reactor kunnen beide uit vast bed katalysator type reactoren bestaan, of de eerste reactor kan uit een vast bed katalysator type reactor bestaan terwijl de tweede reactor uit een geroerde tank type reactor kan bestaan. Eerst verwijzend naar Figuur 1, in het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding, wordt de eerste reactiestap uitgevoerd in een eerste reactor 10 en wordt de tweede reactiestap uitgevoerd in een tweede reactor 12 en de terugvoerstap wordt uitgevoerd met een retourleiding 14 naar de eerste reactor 10 vanaf de tweede reactor 12.

In de eerste reactiestap wordt een reactie uitgevoerd waarbij zuurstof en waterstof in een gasmengsel 18 (desgewenst verdund met stikstof) worden omgezet om waterstofperoxide te produceren in de aanwezigheid van een palladium katalysator die in een zwevende toestand in een oplosmiddel 16 aanwezig is. Deze reactie is op zichzelf bekend. Met betrekking tot de details, kan worden verwezen naar bijvoorbeeld Japanse Octrooi Kokai Publicatie nummers 1998-324507 en 1998-330103. Verder, zoals beschreven is in de werkwijze in de bovengenoemde octrooi literatuur 1, kan deze reactie worden uitgevoerd zonder de vaste titanium katalysator en propeen.

In de tweede reactiestap, wordt een reactie uitgevoerd waarbij propeen en waterstofperoxide worden omgezet, zodat propyleen wordt geëpoxydeerd om propyleenoxide te verkrijgen, in de aanwezigheid van de vaste titaan katalysator. Deze reactie is op zichzelf bekend. Met betrekking tot de details, kan worden verwezen naar bijvoorbeeld Japanse Octrooi Kokai Publicatie nummers 2005-262164 en 2010-159245. Verder zoals is beschreven in de werkwijze in de bovengenoemde octrooiliteratuur 1, kan deze reactie worden uitgevoerd zonder de palladium katalysator en het gasmengsel (zuurstof en waterstof).

Een oplosmiddel 16, bijvoorbeeld een mengsel oplosmiddel van acetonitril/water wordt van tevoren in de eerste reactor 10 gevoerd, en de palladium katalysator in een zwevende toestand in het oplosmiddel aanwezig. Het mengsel gas 18 wordt toegevoerd aan de eerste reactor 10 onder een dergelijke katalysator toestand, gevolgd door het onderwerping aan een vloeistofTase reactie, onder de vooraf bepaalde voorwaarden, om waterstofperoxide te produceren. Als gevolg daarvan, is het eerste reactiemengsel 20 aanwezig in de eerste reactor 10.

Zoals goed te zien is, aangezien het eerste reactiemengsel 20, in aanvulling op het oplosmiddel eveneens waterstofperoxide als product, zuurstof en waterstof als reactie grondstoffen, en optioneel stikstof voor verdunning en de palladium katalysator die gesuspendeerd is in dit eerste reactiemengsel omvat. Eveneens moet worden opgemerkt, dat de eerste reactor 10 uit elke geschikt reactieapparaat kan bestaan, en bijvoorbeeld bij voorkeur uit een geroerde tank type reactor kan bestaan, die bestaat uit een autoclaaf uitgerust met een roerder zoals is afgebeeld.

In andere uitvoeringsvorm kan de eerste reactor uit een vast bed type reactor bestaan, die de palladium katalysator in een vast bed bevat, en bijvoorbeeld uit een buisreactor bestaan. In deze uitvoeringsvorm worden het gasmengsel en het oplosmiddel toegevoerd naar de eerste reactor, en de eerste reactiestap wordt daar uitgevoerd.

Opgemerkt kan worden, dat de eerste reactor van elk type kan zijn, en in een van de uitvoeringsvormen uit een enkele reactor kan bestaan. Een andere uitvoeringsvorm, kan in een meerstappen reactorvorm worden uitgevoerd, die een aantal reactor eenheden in serie omvat. In deze uitvoeringsvorm wordt een reactie grondstof die waterstof, zuurstof en eventueel stikstof omvat, aan de meest stroomopwaarts gelokaliseerde reactor eenheid van het aantal van de reactor eenheden die de meerstaps reactor vormen toegevoerd, en de reactie wordt uitgevoerd in de meest stroomopwaarts gelokaliseerde reactor eenheid. Vervolgens wordt het reactiemengsel dat verkregen wordt bij de meest stroomopwaarts gelokaliseerde reactor eenheid, toegevoerd aan de volgende reactor eenheid, waar de reactie verder wordt uitgevoerd, en vervolgens wordt het verkregen reactiemengsel in die volgende reactor eenheid toegevoerd naar de verdere volgende reactor eenheid, waar de reactie verder wordt uitgevoerd. Door het herhalen van deze toevoer van het reactiemengsel van de ene reactor eenheid naar de volgende reactor eenheid waar de reactie verder wordt uitgevoerd, zoals is beschreven, kan de conversiegraad van waterstof/zuurstof worden verhoogd. Opgemerkt kan worden, dat indien nodig de eerste reactor zodanig kan worden opgebouwd dat de reactie grondstof additioneel kan worden aangevoerd door een leiding, die naar wens de reactor eenheden verbindt die naast elkaar zijn opgesteld.

Vervolgens wordt een deel van het eerste reactiemengsel 20 dat geproduceerd werd in de eerste reactor 10 naar de tweede reactor 12 gevoerd, door een eerste reactiemengsel leiding 22. Aangezien de palladium katalysator zich bevindt in het eerste reactiemengsel 20, wordt het eerste reactiemengsel uit de eerste reactor afgevoerd door een filter 24, die de palladium katalysator verwijderd. Om een voorbeeld te geven, kan het filter, zoals een doorstroom filter of dergelijke worden aangebracht in de eerste reactor 10. In een andere uitvoeringsvorm, wordt een leiding aangebracht die het eerste reactiemengsel 20 in de eerste reactor 10 circuleert, en een filter voor vaste stof -vloeistof scheiding zoals een doorstroom filter, een centrifugale scheiding of dergelijke wordt in een dergelijke leiding toegepast, om een eerste reactiemengsel te verkrijgen, waaruit de palladium katalysator is verwijderd.

De tweede reactor 12 is bijvoorbeeld een vast bed type reactor zoals getoond, waarin de titaniumkatalysator vooraf is geladen, en propyleen 26 en het eerste reactiemengsel 20 uit de eerste reactor 10 worden toegevoerd aan de tweede reactor 12. In de getoonde uitvoeringsvorm wordt het propyleen 26 met het eerste reactiemengsel 20 gemengd voordat het wordt geleverd aan de tweede reactor 12, en dan vervolgens toegevoerd aan de tweede reactor 12. In een andere uitvoeringsvorm, kan in een stap (of een apparaat) worden voorzien, voor het mengen van het eerste reactiemengsel 20 en het propeen 26 voor de tweede reactiestap (of de tweede reactor 12), en vervolgens wordt het resulterende mengsel naar de tweede reactietrap (of de tweede reactor 12) gevoerd.

In weer een andere uitvoeringsvorm, kan de tweede reactor uit een tank type reactor bestaan, zoals een geroerde tank type reactor. In deze uitvoeringsvorm wordt propeen omgezet onder de conditie waarbij de vaste titaankatalysator is verspreid in de tank type reactor waarin het eerste reactiemengsel zich bevindt.

Opgemerkt kan worden, dat de tweede reactor van elk type kan zijn, en in een uitvoeringsvoorbeeld uit een enkele reactor kan bestaan. In andere uitvoeringsvorm kan het als een meerstappen reactor zijn uitgevoerd, waarbij een aantal reactor eenheden in serie geplaatst worden omvat. In deze uitvoeringsvorm wordt het propyleen en het eerste reactiemengsel naar de meest stroomopwaarts gelokaliseerde reactor eenheid van het aantal van de reactor eenheden die de meerstaps reactor vormen gevoerd, en de reactie wordt uitgevoerd in de meest stroomopwaarts gelokaliseerde reactor eenheid. Vervolgens wordt het reactiemengsel verkregen bij de meest stroomopwaarts gelokaliseerde reactor eenheid toegevoerd aan de volgende reactor, waar de reactie verder wordt uitgevoerd en vervolgens wordt het verkregen reactiemengsel in de volgende reactor eenheid, toegevoerd naar de verdere volgende reactor eenheid, waarbij de reactie verder wordt uitgevoerd. Door het herhalen van deze toevoer van het reactiemengsel van de ene reactor eenheid naar de volgende reactor eenheid, waarbij de reactie verder wordt uitgevoerd, zoals is beschreven, wordt de omzetting van propyleen verhoogd. Opgemerkt kan worden, dat eventueel de tweede reactor zodanig kan worden opgebouwd, dat het propyleen additioneel kan worden geleverd via een leiding die de reactor eenheden verbindt die naast elkaar zijn opgesteld.

In de tweede reactor 12, reageert waterstofperoxide in het eerste reactiemengsel 20 met het propyleen dat zich in de vloeistoffase bevindt, in de aanwezigheid van een titanium katalysator om propyleenoxide te produceren, waarbij het tweede reactiemengsel wordt verkregen. Zoals onmiddellijk te zien is, bevat het tweede reactiemengsel zuurstof, waterstof, stikstof optioneel voor verdunning, waterstofperoxide, propyleen en propyleenoxide.

Dit tweede reactiemengsel wordt onttrokken uit de tweede reactor 12, en teruggevoerd naar de eerste reactor 10 via de retourleiding 14, voor de uitvoering van de terugvoerstap, terwijl een deel van het eerste reactiemengsel 20 wordt onttrokken uit het systeem, bijvoorbeeld uit de eerste reactor 10 door een eerste reactiemengsel buitenzijde van het systeem afvoerleiding 30. In het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding, is de verhouding, van een hoeveelheid van het oplosmiddel in het eerste reactiemengsel dat onttrokken wordt uit de eerste reactor 10 door het eerste reactiemengsel 22, tot een hoeveelheid oplosmiddel in het eerste reactie mengsel dat van buitenzijde van het systeem wordt onttrokken door de eerste reactiemengsel systeem buitenzijde afvoerleiding 30, die de verhouding is, van de hoeveelheid oplosmiddel die door het systeem wordt gecirculeerd ten opzichte van de hoeveelheid oplosmiddel die wordt onttrokken uit het systeem, en is bij voorkeur in het bereik tussen 1 en 12.000, en met een hogere voorkeur in het bereik tussen 10 en 5000 en met de hoogste voorkeur in het bereik tussen 50 en 500. Met een dergelijke grote gecirculeerde hoeveelheid, is het mogelijk dat het eerste reactiemengsel en het tweede reactiemengsel een hoge concentratie van propyleenoxide bevat, ondanks dat de concentratie van waterstofperoxide in het eerste reactiemengsel laag is. Opgemerkt kan worden, dat een deel van het tweede reactiemengsel kan worden afgevoerd uit de retourleiding 14 door een tweede reactiemengsel buitenzijde systeem afvoerleiding 30' zoals te zien is in Figuur 2, en dan kan propyleenoxide die wordt geproduceerd in de tweede reactor van dat deel worden verkregen.

Opgemerkt kan worden, dat wanneer het tweede reactiemengsel door de retourleiding 14 wordt teruggevoerd, het indirect kan worden geretourneerd naar de eerste reactor 10 in plaats van directe terugkeer naar de eerste reactor 10, zoals te zien is. Zo wordt bijvoorbeeld de retourleiding 14 aangesloten op een toevoerleiding 40 die de reactie grondstof levert aan de eerste reactor 10, en wordt het tweede reactiemengsel geretourneerd naar de eerste reactor 10 door de toevoerleiding 40, zoals dat getoond wordt in Figuur 3.

Een verdere uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding wordt getoond in Figuur 4. In de getoonde uitvoeringsvorm, omvat de eerste reactor 10 een aantal reactor eenheden, in het bijzonder drie reactor eenheden 10-1, 10-2 en 10-3, en de verbindingsleidingen 22-1 en 22-1 zijn aangebracht tussen de twee aangrenzende reactor eenheden. De reactie grondstof 18 die waterstof, zuurstof en eventueel stikstof bevat, wordt toegevoerd aan de eerste reactor eenheid 10-1, waarbij de reactie verloopt om een reactiemengsel te produceren, dat op zijn beurt wordt toegevoerd door de verbindingsleiding 22-1 naar de tweede reactor eenheid 10-2, waar de reactie verder verloopt om een reactiemengsel te produceren, dat op zijn beurt wordt toegevoerd via de verbindingsleiding 22-2 naar de derde reactor eenheid 10-3, waar de reactie verder verloopt om een reactiemengsel te produceren, dat wordt afgevoerd door de verbindingsleiding 22-3 van de derde reactor eenheid 10-3.

Opgemerkt kan worden, dat de verbindingsleiding 22-3 overeenkomt met de eerste reactiemengsel leiding 22 en het eerste reactiemengsel 20 dat wordt afgevoerd uit de derde reactor eenheid 10-3 en die dus wordt afgevoerd uit de eerste reactor 10 en wordt toegevoerd aan de tweede reactor 12. In deze uitvoeringsvorm, kan de reactie grondstof die waterstof, zuurstof en optioneel stikstof bevat, worden toegevoegd aan ten minste een van de verbindingsleidingen. Deze uitvoeringsvorm wordt getoond in Figuur 5, waarbij de grondstof toevoerleidingen 18-1 en 18-2 zijn verbonden met de verbindingsleidingen 22-1 en 22-2 respectievelijk. De toevoeging van de reactie grondstof zoals werd beschreven houd een afgesplitste toevoer van de reactie grondstof in, waardoor mogelijk wordt om een reactie snelheid te controleren van de bij de reactie gebruikte grondstoffen in elk van de reactor eenheden, zodat de reactie hoeveelheid van zuurstof en waterstof gemakkelijk kan worden gecontroleerd.

Een andere uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide, zoals uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding, wordt getoond in Figuur 6. In de getoonde uitvoeringsvorm wordt een deel van het eerste reactiemengsel dat wordt toegevoerd aan de tweede reactor 12 geretourneerd naar de eerste reactor 10. In de uitvoeringsvorm zoals uiteen wordt gezet in Figuur 6(a), wordt het eerste reactiemengsel direct teruggevoerd naar de eerste reactor 10, door de circulatieleiding 42 omvat, en in de uitvoeringsvorm zoals uiteen wordt gezet in Figuur 6(b), wordt het eerste reactiemengsel indirect geretourneerd naar de eerste reactor 10, door de circulatieleiding 44 die verbonden is met de toevoerleiding 40. Door het retourneren van een deel van het eerste reactiemengsel naar de eerste reactor 10, zoals hierboven beschreven is, wordt een deel van het eerste reactiemengsel gecirculeerd, waardoor de hoeveelheid van de katalysator in de eerste reactor 10 kan worden verminderd. Met andere woorden, de omzetting in de eerste reactor is verhoogd, zodat de katalysator gebruiksefficiëntie is verbeterd.

Weer een andere uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding wordt getoond in Figuur 7. In de getoonde uitvoeringsvorm, omvat de tweede reactor 12 een aantal reactor eenheden, in het bijzonder drie reactor eenheden 12-1, 12-2 en 12-3, waarbij de verbindingsleidingen 23-1 en 23-1 zijn aangebracht tussen de twee aangrenzende reactor eenheden. Het eerste reactiemengsel en propeen worden toegevoerd aan de eerste reactor eenheid 12-1, waarbij de reactie verloopt om een reactiemengsel te produceren, dat op zijn beurt wordt toegevoerd door de verbindingsleiding 23-1 naar de tweede reactor eenheid 12-2, waarbij de reactie verder verloopt om een reactiemengsel te produceren, dat op zijn beurt weer wordt toegevoerd via de verbindingsleiding 23-2 naar de derde reactor eenheid 12-3, waar de reactie verder verloopt om een reactiemengsel te produceren, dat afgevoerd wordt uit de derde reactor eenheid 12-3. In deze uitvoeringsvorm, kan de reactie grondstof die propyleen bevat worden toegevoerd aan ten minste een van de verbindingsleidingen. Deze uitvoeringsvorm wordt getoond in Figuur 8, waarbij de propyleen toevoerleidingen 26-1 en 26-2 zijn verbonden met verbindingsleidingen 23-1 en 23-2, respectievelijk. De toevoeging van de reactie grondstof zoals is beschreven, maakt het mogelijk om de hoeveelheid propeen te bepalen, die moet worden geleverd in elk van de reactor eenheden, zodat de hoeveelheid reactiewarmte gemakkelijk gecontroleerd kan worden.

Weer een andere uitvoeringsvorm van het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding wordt getoond in Figuur 9. In de getoonde uitvoeringsvorm, wordt een deel van het tweede reactiemengsel dat wordt toegevoerd aan de eerste reactor weer teruggevoerd naar de tweede reactor.

In de uitvoeringsvorm zoals die uiteen wordt gezet in Figuur 9(a), wordt het tweede reactiemengsel direct teruggevoerd naar de tweede reactor 12 door de circulatieleiding 46, en in de uitvoeringsvorm zoals die uiteen wordt gezet in Figuur 9(b) wordt het tweede reactiemengsel indirect weer naar de tweede reactor 12 teruggevoerd door de circulatieleiding 46, die verbonden is met de eerste reactiemengsel leiding 22. Door het weer terugvoeren van een deel van het tweede reactiemengsel naar de tweede reactor 12, zoals hierboven beschreven is, wordt een deel van het tweede reactiemengsel gecirculeerd, waardoor de hoeveelheid van de katalysator in de tweede reactor kan worden verminderd. Met andere woorden, de conversie in de tweede reactor wordt verhoogd zodat de katalysator gebruiksefficiëntie wordt verbeterd.

Tijdens het herhalen van de bovengenoemde eerste reactiestap en tweede reactiestap in deze volgorde, worden het gasmengsel 18 en propyleen 26 aan de eerste reactor 10 en de tweede reactor 12 toegevoerd, respectievelijk, afhankelijk van een hoeveelheid van het eerste reactiemengsel, dat naar buiten het systeem wordt afgevoerd. Bovendien, omdat het oplosmiddel dat uit het systeem wordt afgevoerd samen gaat met het eerste reactiemengsel, wordt samengesteld oplosmiddel 28 toegevoerd aan de eerste reactor 10. Het mengsel gas 18, propyleen 26 en samenstelling oplosmiddel 28 worden toegevoerd en een deel 30 van het eerste reactiemengsel wordt afgevoerd zodanig dat een evenwichtstoestand wordt verwezenlijkt en behouden. In weer een andere uitvoeringsvorm, kan in plaats van, of naast de toevoer van het gasmengsel 18, de samenstelling oplosmiddel 28 worden toegevoerd aan de eerste reactiemengsel leiding 22 die het eerste reactiemengsel levert.

Zoals goed te zien is voor de deskundige die bekwaam is in het vakgebied, teneinde evenwichtstoestand te bereiken en te behouden, worden de toevoer van het gasmengsel 18 naar de eerste reactiestap, de toevoer van een deel van het eerste reactiemengsel 20 uit de eerste reactiestap naar de tweede reactiestap, de toevoer van propeen 26 en de terugvoer van een deel van het tweede reactiemengsel uit de tweede reactiestap naar de eerste reactor 10, bij voorkeur continu uitgevoerd. Aldus verdient het de voorkeur dat stappen (1) tot en met (3) van het productieproces voor propyleenoxide, zoals deze uiteen worden gezet in de onderhavige uitvinding, continu worden uitgevoerd. In deze uitvoeringsvorm is het ook de voorkeur dat de toevoer van buiten naar het systeem en het uit het systeem naar buiten continu worden uitgevoerd.

Het is echter niet noodzakelijk vereist, om alles volledig continu uit te voeren, zoals hierboven is beschreven, en onderbroken operatie is ook mogelijk, zodanig dat de samenstellingen van het eerste reactiemengsel en het tweede reactiemengsel schommelen binnen vooraf bepaalde marges. In een weer een andere uitvoeringsvorm kan ten minste een deel van de toevoer en ten minste een deel van de afvoer continu worden uitgevoerd, terwijl de overige delen onderbroken worden uitgevoerd.

In het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding, omvat de vloeibare fase van de eerste reactor 10, namelijk het eerste reactiemengsel 20, acetonitril en water als oplosmiddel, waterstofperoxide dat geproduceerd wordt in de eerste reactiestap, waterstofperoxide dat niet gereageerd heeft in en teruggevoerd is van de tweede reactiestap, propyleenoxide die geproduceerd wordt in de tweede reactiestap en toegevoerd is naar de eerste reactor 10, en propyleen dat niet gereageerd heeft in de tweede reactiestap en teruggevoerd is naar de eerste reactor 10. Het is normaal dat een deel van het eerste reactiemengsel ook hetzelfde is als dat wat uit de eerste reactor 10 wordt afgevoerd naar de buitenzijde van het systeem door de eerste reactie mengsel systeem naar buiten afvoerleiding 30. Om te voorkomen dat de katalysator palladium naar buiten wordt gevoerd, doordat het met het eerste reactie mengsel wordt afgevoerd wordt het eerste reactiemengsel afgevoerd via een filter 32.

Opgemerkt kan worden, zoals boven is beschreven, dat het eerste reactiemengsel 20 naast propyleenoxide, zuurstof, waterstof en optioneel stikstof die zijn opgelost of zijn verspreid in het eerste reactie mengsel, eveneens andere componenten bevat. Derhalve, om propyleenoxide als doelproduct te winnen van het eerste reactiemengsel, dat wordt afgevoerd door de eerste reactiemengsel buiten systeem afvoerleiding 30, worden de overige bestanddelen verwijderd in een nabehandeling stap (die hier niet is getoond). Deze nabehandeling stap kan elke geschikte bewerking te zijn, en bijvoorbeeld kunnen de gasvormige componenten (waterstof, zuurstof en stikstof) eerst worden verwijderd door drukafname in het systeem. Waterstofperoxide kan eveneens op gelijkerwijze worden verwijderd. Propyleen en het oplosmiddel kunnen door destillatie onder druk worden verwijderd om de propyleenoxide te winnen. Het tweede reactiemengsel bevat voornamelijk dezelfde componenten als het eerste reactiemengsel, terwijl de samenstelling verschilt van die van het eerste reactiemengsel. Daarom, zelfs wanneer een deel van het tweede reactiemengsel dat uit de tweede reactor 12 terug wordt gevoerd naar de eerste reactor 10, en wordt afgevoerd via de tweede reactiemengsel buiten systeem afvoerleiding 30', kan het gewenste propyleenoxide worden teruggewonnen uit het genoemde deel van het tweede reactiemengsel. Deze winning kan worden uitgevoerd op elke passende wijze, vergelijkbaar met de hierboven beschreven nabehandeling.

Zoals goed te zien is uit de bovenstaande beschrijving, wordt een van de kenmerken van het productieproces voor propyleenoxide, zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding, gekenmerkt doordat het tweede reactiemengsel wordt geretourneerd naar de eerste reactor 10. Een productie apparaat voor propyleenoxide zoals uiteen dat wordt gezet in de onderhavige uitvinding, dat gebruikt kan worden voor deze productie omvat de retourleiding 14. Dat wil zeggen, het productie apparaat voor propyleenoxide, zoals uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding, wordt gekenmerkt doordat deze omvat: (A) de eerste reactor die de reactie verzorgt tussen waterstof en zuurstof in de aanwezigheid van een palladium katalysator in het oplosmiddel, om het eerste reactiemengsel dat waterstofperoxide bevat te produceren; (B) de tweede reactor, die de reactie verzorgt tussen het eerste reactiemengsel en propeen in de aanwezigheid van de vaste titaniumkatalysator, om het tweede reactiemengsel dat propyleenoxide bevat te produceren; en (C) de terugvoerleiding die het tweede reactiemengsel weer naar de eerste reactor terugvoert.

In het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding zoals die hierboven is beschreven, wordt de eerste reactiestap die waterstofperoxide produceert uitgevoerd in de eerste reactor en de tweede reactiestap die propyleenoxide produceert uitgevoerd in de tweede reactor, terwijl bij de terugvoerstap het tweede reactiemengsel naar de eerste reactor wordt uitgevoerd, zodat propyleenoxide effectief kan worden verkregen, zelfs wanneer de concentratie van waterstofperoxide in het eerste reactiemengsel dat wordt toegevoerd naar de tweede reactor laag is.

Specifiek kan het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in de onderhavige uitvinding worden gesimuleerd, gebaseerd op het materiaal evenwicht zoals dat hieronder beschreven is.

Propyleenoxide wordt in voornamelijk enkel in de tweede reactor geproduceerd. Wanneer het tweede reactiemengsel, dat 10% per gewicht propyleenoxide bevat, wordt afgevoerd naar buiten het systeem, door de tweede reactiemengsel buiten systeem afvoerleiding 30' zoals in Figuur 2 wordt getoond, met een snelheid van 1 kg/sec, dan moet propyleenoxide worden geproduceerd in de tweede reactor met een snelheid van 0,1 kg/seconde. Deze productie snelheid komt overeen met een propyleenoxide productie snelheid van 1,7 mol/seconde. Wanneer wordt aangenomen dat nagenoeg 100% van de waterstofperoxide toegevoerd aan de tweede reactor wordt gebruikt voor de oxidatie van propyleen, dan moet 1,7 mol/seconde waterstofperoxide worden toegevoerd aan de tweede reactor, zodat 1,7 mol/seconde propyleenoxide wordt geproduceerd. Bijvoorbeeld, wanneer het eerste reactiemengsel wordt toegevoerd aan de tweede reactor met 90 kg/seconde, dan is de concentratie van waterstofperoxide in het eerste reactie mengsel 0,064% per gewicht (1,7 x 34/90000 = 0,00064). Dat wil zeggen, het volstaat dat de waterstofperoxide concentratie in de eerste reactor ten hoogste 0,1% per gewicht is.

Wanneer het tweede reactiemengsel dat 10% per gewicht propyleenoxide bevat, wordt afgevoerd naar buiten het systeem met een snelheid van 1 kg/seconde zonder de terugvoer stap uit te voeren, dan moet propyleenoxide in de tweede reactor worden geproduceerd met een snelheid van 0,1 kg/seconde, namelijk 1,7 mol/seconde. In dit geval moet 0,9 kg /sec van het eerste reactiemengsel worden geleverd aan de tweede reactor gebaseerd op het materiaal evenwicht. Op dezelfde manier als in het bovenstaande beschreven is, onder de aanname dat nagenoeg 100 % van de waterstofperoxide die toegevoerd wordt naar de tweede reactor, wordt gebruikt voor de oxidatie van het propyleen, dan moet 1,7 mol/sec waterstofperoxide worden toegevoerd aan de tweede reactor om 1,7 mol/sec propyleenoxide te produceren. Daarom is de concentratie aan waterstofperoxide in het eerste reactiemengsel 6,4 gewicht % (1,7 x 34/900 = 0,064).

Dat wil zeggen, in vergelijking met het geval van het uitvoeren van de terugvoer stap, dan moet de waterstofperoxide concentratie in de eerste reactor aanzienlijk hoog zijn wanneer de terugvoer stap niet wordt uitgevoerd.

[Referentie Tekens Lijst] 10: eerste reactor 10-1: eerste reactor eenheid, 10-2: tweede reactor eenheid, 10-3: derde reactor eenheid, 12: tweede reactor, 12-1: eerste reactor eenheid, 12-2: tweede reactor eenheid, 12-3: derde reactor eenheid, 14 : retourleiding, 16: oplosmiddel, 18: mengsel gas, 18-1, 18-2: grondstof toevoer leiding, 20: eerste reactiemengsel, 22: eerste reactiemengsel leiding, 22-1,22-2, 23-1, 23-2: verbinding leiding, 24: filter, 26: propyleen, 26-1,26-2: propyleen toevoer leiding, 28: oplosmiddel samenstelling, 30: eerste reactie mengsel systeem buiten afvoer leiding, 30': tweede reactie mengsel systeem buiten afvoer leiding, 32: filter, 40: toevoer leiding, 42, 44, 46: circulatie leiding.

Claims (19)

1. Een productieproces voor propyleenoxide waardoor wordt omvat: (1) een eerste reactiestap voor het verkrijgen van een eerste reactiemengsel dat waterstofperoxide bevat door de reactie van waterstof en zuurstof in een oplosmiddel in de aanwezigheid van een palladium katalysator in een eerste reactor; (2) een tweede reactiestap voor het verkrijgen van een tweede reactiemengsel dat propyleenoxide bevat door de reactie van het eerste reactiemengsel en propyleen in de aanwezigheid van een titanium katalysator in een tweede reactor; en (3) een terugvoer stap van de terugvoer van het tweede reactiemengsel naar de eerste reactor; gekarakteriseerd doordat, de stappen (1) tot en met (3) worden herhaald.

2. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 1 met het kenmerk, dat tijdens herhalen van de stappen (1) tot en met (3), een deel van het eerste reactiemengsel wordt afgevoerd naar buiten het systeem en propyleenoxide in het genoemde deel wordt verkregen.

3. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 1 met het kenmerk, dat tijdens herhalen van de stappen (1) tot en met (3), een deel van het tweede reactiemengsel wordt afgevoerd naar buiten het systeem en propyleenoxide in het genoemde deel wordt verkregen.

4. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat het oplosmiddel een oplosmiddel mengsel is van acetonitril en water.

5. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat het tweede reactiemengsel direct wordt teruggevoerd naar de eerste reactor of indirect naar de eerste reactor via een toevoerleiding die met de eerste reactor in de terugvoer stap (3) is verbonden.

6. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat de eerste reactor uit een meerstaps reactor bestaat, die een aantal reactor eenheden in serie omvat.

7. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 6, met het kenmerk, dat een reactie grondstof die waterstof en zuurstof bevat, wordt toegevoerd aan de meest stroomopwaarts geplaatste reactor eenheid van het aantal van reactor eenheden, waardoor de meerstaps reactor gevormd wordt, en bovendien eveneens wordt geleverd door een leiding die de twee aangrenzende reactor eenheden met elkaar verbindt.

8. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 1 tot en met 7, met het kenmerk, dat een deel van het eerste reactiemengsel wordt onttrokken uit een eerste reactiemengsel leiding, die het eerste reactiemengsel levert van de eerste reactor naar de tweede reactor, en het genoemde deel direct wordt teruggevoerd naar de eerste reactor, of indirect naar de eerste reactor door een toevoerleiding naar de eerste reactor.

9. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 1 tot en met 8, met het kenmerk, dat de tweede reactor uit een meerstaps reactor bestaat, die een aantal reactor eenheden in serie omvat.

10. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 9 met het kenmerk, dat propyleen wordt toegevoerd aan de meest stroomopwaarts geplaatste reactor eenheid van het aantal reactor eenheden, waardoor de meerstaps reactor gevormd wordt, en eveneens wordt geleverd door een leiding die twee aangrenzende reactor eenheden verbindt.

11. Het productieproces voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat een deel van het tweede reactiemengsel wordt onttrokken uit een terugvoerleiding die het tweede reactiemengsel levert van de tweede reactor aan de eerste reactor, en het genoemde deel weer direct wordt teruggevoerd naar de tweede reactor of indirect naar de tweede reactor door een toevoerleiding naar de tweede reactor.

12. Een productie apparaat voor de productie van propyleenoxide, dat wordt gekenmerkt doordat deze omvat: (A) een eerste reactor waar waterstof en zuurstof reageren in de aanwezigheid van een palladium katalysator in een oplosmiddel om een eerste reactiemengsel te produceren dat waterstofperoxide bevat; (B) een tweede reactor waar het eerste reactiemengsel en propyleen reageren in de aanwezigheid van een vaste titanium katalysator om een tweede reactiemengsel te produceren dat propyleenoxide bevat; en (C) een terugvoerleiding die het tweede reactiemengsel weer naar de eerste reactor terugvoert.

13. Het productie apparaat voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 12, met het kenmerk, dat de retourleiding uit een leiding bestaat die het tweede reactiemengsel direct terugvoert naar de eerste reactor of indirect naar de eerste reactor door gebruik van een toevoerleiding die verbonden is met de eerste reactor.

14. Het productie apparaat voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 13, met het kenmerk, dat de eerste reactor uit een meerstaps reactor bestaat, die een aantal in serie geplaatste reactor eenheden omvat.

15. Het productie apparaat voor propyleenoxide zoals dat uiteen wordt gezet in conclusie 14, met het kenmerk, dat het een toevoerleiding omvat, die een reactie grondstof levert die waterstof en zuurstof bevat, aan de meest stroomopwaarts geplaatste reactor eenheid van het aantal reactor eenheden, waardoor de meerstaps reactor gevormd wordt, en een toevoerleiding, die bovendien de reactie grondstof levert door een leiding die de twee aangrenzende reactor eenheden verbindt.

16. Het productie apparaat voor propyleenoxide, zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 12 tot en met 15, met het kenmerk, dat het een leiding omvat die een deel onttrekt van het eerste reactiemengsel van een eerste reactiemengsel leiding die het eerste reactiemengsel levert uit de eerste reactor naar de tweede reactor, en het genoemde deel direct terugvoert naar de eerste reactor, of indirect naar de eerste reactor via een toevoerleiding naar de eerste reactor.

17. Het productie apparaat voor propyleenoxide, zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 12 tot en met 16, met het kenmerk, dat de tweede reactor uit een meerstaps reactor bestaat, die een aantal reactor eenheden in serie omvat.

18. Het productie apparaat voor propyleenoxide, zoals dat uiteen wordt gezet in de conclusie 17, met het kenmerk, dat het een propyleen leiding omvat die propyleen levert aan de meest stroomopwaarts geplaatste reactor eenheid van het aantal reactor eenheden die de meerstaps reactor vormen, en een propyleen toevoerleiding die bovendien propyleen levert door middel van een leiding die de twee aangrenzende reactor eenheden verbindt.

19. Het productie apparaat voor propyleenoxide, zoals dat uiteen wordt gezet in om het even welke van de conclusies 12 tot en met 18, met het kenmerk, dat het een leiding omvat, die een deel onttrekt van het tweede reactiemengsel uit de retourleiding die het tweede reactiemengsel levert aan de tweede reactor aan de eerste reactor, en het genoemde deel rechtstreeks naar de tweede reactor terugvoert of indirect naar de tweede reactor via een toevoerleiding naar de tweede reactor.