PL100734B1 - Sposob zatezania i oczyszczania tlenku etylenu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zatezania i oczyszczania tlenku etylenu. Bardziej szczególowo wynalazek dotyczy wydzielania dwutlenku wegla ze strumienia gazowego weglowodoru, zawierajacego nieprzereagowany etylen w procesie katalitycznego utleniania etylenu do tlenku etylenu.

Sposób wedlug wynalazku polega na odzyskiwaniu weglowodorów rozpuszczonych lub wprowadzonych podczas konwencjonalnego przemywania dwutlenku wegla, celem latwiejszego ekonomicznego wykorzystania tych weglowodorów i zasadniczego unikniecia wypuszczania tych weglowodorów do atmosfery. Podano kolejne etapy przetwarzania, pozwalajace polepszyc wykorzystanie weglowodoru z procesu utleniania etylenu, przy zasadniczym zmniejszeniu ilosci wypuszczanego weglowodoru.

Tlenek etylenu jest podstawowym zwiazkiem chemicznym oznaczeniu handlowym, sluzacym jako material wyjsciowy do produkcji róznorodnych produktów takich, jak substancja zapobiegajaca zamarzaniu, kosmetyki, smary, masy plastyczne, srodki powierzchniowe. Ponadto jest równiez srodkiem sterylizujacym i srodkiem do odymiania.

Glównym procesem wytwarzania tlenku etylenu jest katalityczne utlenianie etylenu na srebrze. Typowa mieszanina poreakcyjna zawiera male ilosci tlenku etylenu razem z duzymi ilosciami nieskonwertowanego etylenu i tlenu, jak równiez znacznymi ilosciami dwutlenku wegla, weglowodorów o niskim ciezarze czasteczko¬ wym i gazów obojetnych takich jak azot. Tlenek etylenu odzyskuje sie zazwyczaj przez absorpcje w wodzie, a nastepnie przeróbke bogatego w tlenek etylenu absorbatu w rózny sposób, obejmujacy frakcjonowanie, przemywanie, odpedzanie itp. » W polskich opisach patentowych nr nr 89035 i 84711 zastrzezono; ze z wyjatkiem niewielkich wypuszcza¬ nych ilosci, pozostale strumienie gazowe, po usunieciu tlenku etylenu, sa sprezane i zawracane do reaktora katalitycznego. Uboczny strumien obiegowego gazu jest wymywany odpowiednim absorbentem dla usuniecia nadmiaru dwutlenku wegla. Dwutlenek wegla zostaje nastepnie odpedzony z absorbenta i zwykle wypuszczany, lub jesli to pozadane, odzyskiwany do przerobu lub sprzedawany jako produkt oboczny.

Problem powstaje szczególnie w instalacjach o duzej pojemnosci, w których podczas wymywania gazu2 100 734 obiegowego male ilosci weglowodoru rozpuszczaja sie i/lub wchodza w absorbent i ostatecznie sa wypuszczane razem z dwutlenkiem wegla. Byloby bardzo pozadane, gdyby odzyskiwanie weglowodorów nastepowalo z dobra wydajnoscia, zarówno dla podwyzszenia ogólnej wydajnosci procesu produkcji tlenku etylenu, jak i dla zapobiegania odprowadzaniu tych weglowodorów do otoczenia. Ponadto, jesli pozadane jest odzyskanie dwutlenku wegla, to zmniejszenie jego zanieczyszczenia weglowodorami moze byc równiez wazne. « Obecnie stwierdzono, ze w procesie wydzielania dwutlenku wegla z mieszaniny gazowej zawierajacej tlen i weglowodory o 1—2 atomach wegla, nieskonwertowane w czasie czesciowego utleniania etylenu do tlenku etylenu, weglowodory rozpuszczone i/lub wprowadzone w strefe wymywania, moga byc odzyskane, a ogólna wydajnosc tlenku etylenu polepszona, przez zetkniecie przynajmniej czesci zawracanego strumienia weglowodo¬ rów z wodnym absorbentem dwutlenku wegla w strefie wymywania, dzieki czemu otrzymuje sie bogaty w weglowodór górny strumien i bogaty absorbat dwutlenku wegla zawierajacy weglowodór, przez odparowanie rzutowe absorbatu bogatego w dwutlenek wegla dla wytworzenia strumienia parowego, zawierajacego weglowo¬ dór i absorbatu ubogiego w weglowodór a bogatego w dwutlenek wegla i przez odpedzanie w strefie odpedzania ubogiego w weglowodór a bogatego w dwutlenek wegla absorbatu, celem otrzymania strumienia dwutlenku wegla pozbawionego w zasadzie weglowodoru.

Sposób wedlug wynalazku dotyczy procesu zatezania i oczyszczania tlenku etylenu, otrzymanego przez utlenianie etylenu tlenem czasteczkowym, przez traktowanie mieszaniny reakcyjnej roztworem wodnym w strefie absorpcji i dalsze przerabianie wodnego absorbatu zawierajacego tlenek etylenu, w którym przynajmniej czesc strumienia górnego ze strefy absorpcji styka sie z wodnym absorbentem dwutlenku wegla w strefie wymywania, dzieki czemu powstaje górny strumien bogaty w weglowodór i bogaty absorbat dwutlenku wegla zawierajacy weglowodór, odparowanie rzutowe otrzymanego absorbatu bogatego w dwutlenek wegla, celem otrzymania strumienia pary, zawierajacego weglowodór i absorbatu ubogiego w weglowodór a bogatego w dwutlenek wegla, który odpedza sie w strefie odpedzania uzyskujac strumien dwutlenku wegla w zasadzie bez weglowodoru.

Wynalazek przedstawiono na zalaczonym rysunku, który ilustruje korzystne wykonanie sposobu wedlug wynalazku. Na rysunku przedstawiono czesc strefy utleniania etylenu do tlenku etylenu, pierwsza strefe absorpcji do odzyskiwania tlenku etylenu z wycieku ze strefy reakcji; sprezenie dla zawrócenia niezaabsorbowa- nych gazów do strefy reakcji; strefe wymywania (druga strefe absorpcji) do absorpcji dwutlenku wegla z przynajmniej czesci zawracanego gazu; strefe odparowywania rzutowego dla zasadniczego oddzielenia weglowodoru wprowadzonego i rozpuszczonego w absorbacie bogatym w dwutlenek wegla ze strefy wymywania; glówna strefe odpedzania do wydzielania weglowodoru bez dwutlenku wegla i polaczenia miedzy strefami. « Przedstawiono takze wariant wykonania sposobu w/g wynalazku, w którym pomiedzy strefa odparowywa¬ nia rzutowego i glówna strefa odpedzania istnieje posrednia strefa odpedzania, sluzaca do dalszego oddzielenia sladów weglowodoru nie usunietego zabsorbentu bogatego w.dwutlenek wegla w strefie odparowywania rzutowego. Z koniecznosci na tym schemacie musza byc ograniczenia które nie maja wplywu na zakres wynalazku odnosnie surowca, szybkosci strumienia, katalizatorów itp. Róznorodne mechanizmy, wlaczajac zawory, regulatory, pompy i kompresory wyeliminowano, a pokazano jedynie te zawory i przewody, które sa konieczne do calkowitegoi jasnego zrozumienia wynalazku.

Na zalaczonym schemacie, strumien 10 gazowych weglowodorów o 1—2 atomach wegla, bogaty w etylen, ze zródla nie pokazanego, laczy sie z zawracanymi gazami plynacymi przez rurociag 39 i miesza ze strumieniem 12 zawierajacym tlen (np, tlen, powietrze lub ich mieszanine), ze zródla nie pokazanego i styka sie w strefie reakcji utleniania 14 z katalizatorem utleniajacym, zwykle stosowanym takim, jak np. katalizator srebrowy.

Strumien gazowych weglowodrów 10 nie moze zawierac acetylenu, poniewaz nawet w sladowych ilosciach acetylen jest zarówno szkodliwy, jak i niebezpieczny podczas etapu utleniania. Dla fachowca w tej dziedzinie jest oczywiste, ze strefa reakcyjna moze obejmowac wiele reaktorów (nie pokazanych) ustawionych w seriach lub wciagu równoleglym. W strefie reakcji 14 czesc etylenu jest czesciowo utleniana do tlenku etylenu. Cieplo wyzwalane podczas etapu czesciowego utleniania mozna kontorowac i/lub odzyskiwac w zwyklych wymienni¬ kach ciepla (nie pokazano) z zawartosciami reaktorów, aby utrzymac pozadane warunki konwersji. < Wychodzacy strumien ze strefy reakcji 14 zwykle sklada sie z 0,5-3% molowych tlenku etylenu, do 35% molowych etylenu, do 8% molowych tlenu, od 0,5-20% molowych dwutlenku wegla i innych weglowodorów o 1—2 atomach wegla, jak równiez skladników obojetnych takich, jak azot i argon. Strumien ze strefy reakcji 14 wychodzi przewodem 16 w temperaturze w zakresie 200°C - 300°C oraz pod cisnieniem przewaznie w zakresie lOatm — 25atm i jest chlodzony do temperatury w zakresie 35°C - 100°C przez posrednie wymienniki ciepla 18.

W urzadzeniu dostepnym w handlu wymienniki ciepla 18 obejmuja zwykle jedna lub wiele stref wymiany ciepla. Oziebiony produkt reakcji przechodzi przewodem 20 do pierwszej strefy absorpcji 22. W tej pierwszej100 734 3 strefie absorpcji oziebiony strumien wyplywajacy z reaktora laczy sie z ubogim strumieniem wodnym 24, zwykle z woda, aby zaabsorbowac i wydzielic tlenek etylenu do nieprzereagowanego etylenu i innych weglowodorów o 1-2 atomach wegla, dwutlenku wegla i tlenu, jak równiez wiekszosci innych skladników gazowych. Odpowiednie warunki absorpcji sa nastepujace: temperatura w zakresie 15°-50°C i cisnienie w zakresie 7atm-21 atm. Absorbent wodny zawierajacy tlenek etylenu w rozcienczonym stezeniu przechodzi przewodem 26 do dalszej przeróbki np. do odzyskania tlenku etylenu lub, jesli to pozadane, do przeróbki chemicznej na takie pochodne, jak glikole, etery, aminy itp. Niezaabsorbowane skladniki gazowe przechodza przewodem 28 do ukladu sprezenia 30 i przewodem 32 do dalszej przeróbki i ostatecznego zawrócenia do strefy reaktora 14, • Sprezarki 30, jesli to pozadane, moga byc zlokalizowane w innym miejscu w petli zawracania, jak np. w przewodzie 20 lub 39. Przynajmniej czesc niezaabsorbowanych skladników gazowych w przewodzie 32 przechodzi przewodem 34 i 35 do strefy wymywania 36, gdzie styka sie ze zregenerowanym absorbentem dwutlenku wegla, wprowadzanego przewodem 74. Ilosc zawracanych skladników gazowych przechodzacych do strefy wymywania 36 mozna regulowac zwyklymi zaworami 30 — waha sie ona zazwyczaj w zakresie 10%-50% wagowych calkowitej ilosci zawracanych skladników gazowych. Przykladami absorbentów dla dwutlenku wegla sa wodne roztwory weglanów metali alkalicznych takie, jak weglan potasu, alkanoloaminy takie, jak dwuizopropanoloamina, alkiloalkanoloaminy i sole metali alkalicznych aminokwasów.

Warunki absorpcji w strefie wymywania 36 róznia sie zaleznie od stosowanego absorbenta; jednakze przewaznie temperatury wahaja sie w zakresie 35°-125°C, a stosowane cisnienia sa 10 atm—25 atm. Ze strefy wymywania 36 (absorpcja dwutlenku wegla) przerobiony strumien gazów, ubogi w dwutlenek wegla, przechodzi jako strumien górny przewodem 37 i 39 do strefy reakcji 14. Absorbat bogaty w dwutlenek wegla, zawierajacy male ilosci wprowadzonych i/lub rozpuszczonych weglowodorów(u) przechodzi ze strefy wymywania 36 przewodem 40 do strefy odparowania rzutowego 42. Weglowodór(ory) zawarte wabsorbacie bogatym w dwutlenek wegla sa odparowywane rzutowo w strefie odparowania rzutowego 42 w temperaturze w zakresie 95°—120°C i pod cisnieniem 3 atm—7 atm, a wyplywajacy górny strumien gazowy ze strefy odparowywania rzutowego przechodzi przewodem 44 do odzyskania w ukladzie. • Rysunek przedstawia korzystne rozwiazanie, w którym frakcja górnego strumienia gazowego ze strefy odparowywania rzutowego zostaje zawrócona do reacyrkulujacego gazu plynacego przewodem 39 poprzez przewód 44, kompresory 46, przewody 48 i 35, strefe wymywania 36 i przewód 37. •Jednakze ilosc górnego strumienia ze strefy odparowywania rzutowego jest w zasadzie bardzo mala i moze byc zawrócona do recyrkulacyjnego materialu gazowego w dowolnym miejscu, jak np. do pierwszej strefy absorpcji przewodem 22 (nie pokazanym), lub przewodem (nie pokazanym) bezposrednio do przewodu 39, który zawraca podstawowy recyrkulacyjny gaz do strefy reakcji 14.

Mozliwe jest takze inne wykorzystanie frakcji górnego strumienia ze strefy odparowywania rzutowego np. > jako gazu opalowego. Odparowany rzutowo ciekly absorbat, bogaty w dwutlenek wegla, odprowadzony zostaje ze strefy odparowywania rzutowego 42 przewodem 50 do glównej strefy odpedzania 56.

Na rysunku pokazano takze wykorzystanie, w którym odparowany rzutowo absorbat bogaty w dwutlenek wegla odprowadzony ze strefy odparowania rzutowego 42 przewodem 50, styka sie z gazem odpedzonym w posredniej strefie odpedzania 62 dla wydzielenia w zasadzie calego weglowodoru, jaki moze byc w nim zawarty. Zgodnie z tym wykorzystaniem zawory 52, znajdujace sie na przewodzie 51 i zawory 53 na przewodzie 50 zainstalowane sa dlatego, aby przynajmniej czesc, a lepiej caly absorbent bogaty w dwutlenek wegla, skierowac bezposrednio przewodem 60 do posredniej strefy odpedzania 62, w której styka sie z obojetnym gazem odpedzajacym takim, jak azot, dwutlenek wegla lub para wodna, wprowadzonym przewodem 64.

Mozna takze zastosowac powietrze jako gaz odpedowy, poniewaz uzywane sa przewaznie bardzo male ilosci gazu odpedowego. Cisnienia w posredniej strefie odpedzania 62 moga wahac sie od 2 atm do 5,5 atm, jednak zwykle cisnienie utrzymuje sie na nieco nizszym poziomie niz w strefie odparowywania rzutowego 42.

Posrednia usuwana frakcja gazowego strumienia górnego, opuszczajacego strefe odpedowa, zawiera w zasadzie caly weglowodór, jaki moze pozostawac w absorbacie bogatym w dwutlenek wegla, wprowadzony do posredniego odpedzacza 62. Usunieta frakcje posrednia, wychodzaca góra z odpedzacza przewodem 66 mozna polaczyc z recyrkulacyjnym gazem, jednak zawierac ona bedzie zwykle jedynie sladowe ilosci weglowodoru(ów), wiec bardziej praktyczne bedzie rozproszenie do gazu opalowego lub spalenie w inny sposób.

Absorbat bogaty w dwutlenek wegla z posredniej strefy odpedzania 62 przechodzi przewodami 68 i 54 do glównej strefy, gdzie dwutlenek wegla zostaje odpedzony z wodnego absorbatu pod cisnieniem do 2 atm. Mozna wprowadzac pare wodna do glównej strefy odpedzania 56 przewodem 70 dla ulatwienia odpedzania. Do ogrzewania i odparowania wodnego absorbatu i dzieki temu uzyskania odpedzania moga byc zastosowane spirale4 100 734 grzejne lub urzadzenia do ponownego odparowania skroplonych par (nie pokazano).

Gdy stosuje sie pare odpedowa, górny strumien przechodzacy z glównej strefy 56 przewodem 72 zostaje zwykle oziebiony za pomoca wymienników ciepla (nie pokazano) dla skondensowannia przynajmniej czesci zawartych w nim oparów wodnych, celem uzyskania i mozliwie powtórnego uzycia kondensatu. Dwutlenek wegla, który jest odpedzony z wodnego absorbentu pozbawiony jest zasadniczo weglowodoru i moze byc odzyskany i wykorzystany jako taki lub wypuszczony przewodem 72 bez szkodliwego wplywu na otoczenie.

Ciekly strumien dolny z glównej strefy odpedzania, zawierajacy absorbent ubogi'w dwutlenek wegla, przechodzi przewodem 74 do nastepnej strefy absorpcji (strefa wymywania dwutlenku wegla) 36, gdzie styka sie z zawracanym materialem gazowym, wchodzacym przewodem 35. Sposób wedlug wynalazku ilustruje nastepujacy przyklad. • Przyklad. Odciek gazowy z pierwszej strefy absorpcji 22 zwykle stosowany przy zatezaniu i oczyszczaniu tlenku etylenu, jak poprzednio opisano, zawiera 5-15% wagowych dwutlenku wegla, 65-75% wagowych weglowodorów o 1—2 atomach wegla, 3-8% wagowych tlenu i pozostala ilosc takich obojetnych gazów, jak azot i argon, jak równiez pare wodna, przerabia sie zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku. Okolo % objetosciowych gazowego odcieku styka sie z wodnym roztworem weglanu potasu jako absorbentem dwutlenku wegla. Zgodnie z rysunkiem przyblizone cisnienia i temperatury utrzymywane w skruberze dwutlenku wegla*36, w strefie odparowywania rzutowego 42 i glównej strefie odpedzania 56 przedstawiono na tablicy I.

Tablica I Strefa Górna temp.

°C Górne cisnienie atm Strefa przemywania (36) Strefa odparowywania rzutowego (42) Glówna strefa odpedzania (56) 110 107,2 110 22,1 3,04 1,14 Mieszaniny róznych strumieni pokazano w tablicy II.

Tablica II Strumien Przeplyw - mole/jednostke czasu liczac na 100 moli obiegowego strumienia (32) Sklad - % wagowe weglowodory C^-Cj) CO.

Woda/wodny weglan potasowy Produkty obojetne i utlenione 40 ' 140 0,05 - 98,5 + 1+ 44 0,07 40 74 145 - 98,5 1,5 72 0016 zawiera mniej niz okolo 5% calkowitej ilo¬ sci w (34) 92+* 7+ slady * Mieszanina bedzie sie bardzo róznic zaleznie od stopnia kondensacji stosowanego do odzyskania pary odpedowej.

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. , Sposób zatezania i oczyszczania tlenku etylenu, otrzymanego przez utlenianie etylenu tlenem czasteczkowym, polegajacy na traktowaniu mieszaniny poreakcyjnej woda w strefie absorpcji i przerabianiu dalej absorbatu wodnego, zawierajacego tlenek etylenu, i na kontaktowaniu przynajmniej czesci górnego strumienia ze strefy absorbcji z wodnym absorbentem dwutlenku wegla w strefie przemywania, z utworzeniem górnego100 734 5 strumienia bogatego w weglowodór i absorbenta bogatego w dwutlenek wegla, który zawiera weglowodór, a nastepnie na odpedzaniu w strefie odpedzania absorbatu bogatego w dwutlenek wegla dla uzyskania strumienia dwutlenku wegla, znamienny tym, ze absorbat bogaty w dwutlenek wegla, przed odpedzaniem, poddaje sie odparowaniu rzutowemu dla otrzymania strumienia parowego, zawierajacego weglowodór i absorbatu ubogiego w weglowodór a bogatego w dwutlenek wegla. ¦

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny t y m, ze absorbat bogaty w dwutlenek wegla odparowuje sie rzutowo w temperaturze w zakresie 95—120°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1,< znamienny t y m, ze absorbat bogaty w dwutlenek wegla odparowuje sie rzutowo pod cisnieniem 3-7 atm. <

4. Sposób wedlug zastrz. 1,- znamienny tym, ze górny strumien ze strefy odparowania rzutowego, zawierajacy weglowodór zawraca sie do strefy absorpcji lub korzystnie poprzez skruber, do górnego strumienia gazowego strefy absorpcji.