專(zhuān)利名稱(chēng)：用于環(huán)氧乙烷制造的高純氧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)氧乙烷的制造方法，更具體地說(shuō)，涉及以高純氧對(duì)乙烯進(jìn)行選擇性氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法。
背景技術(shù)：
環(huán)氧乙烷在工業(yè)上是用氧氣對(duì)乙烯進(jìn)行銀催化部分氧化來(lái)生產(chǎn)的。氧氣源可以是市場(chǎng)供應(yīng)的氧氣或空氣。通常，在以氧氣為基礎(chǔ)的方法中，將乙烯、氧氣及平衡氣(ballast gas)與循環(huán)氣混合，并送入反應(yīng)器中。反應(yīng)器包含許多管子，它們裝在一個(gè)容器內(nèi)部并按照類(lèi)似于管殼式換熱器那樣排列。反應(yīng)管子內(nèi)充填了在含少量助催化劑的多孔載體上的銀催化劑。冷卻劑循環(huán)在包圍著反應(yīng)管的殼程內(nèi)以維持溫度處于控制之下。
在以氧氣為基礎(chǔ)的方法中，向反應(yīng)管送入的氣體流的典型組成包含20～30％(摩爾)乙烯、5～10％(摩爾)氧、4～20％(摩爾)氬氣、30～50％(摩爾)平衡氣、1～15％(摩爾)二氧化碳，組成的其余部分為乙烷、水及少量1，2-二氯乙烷。在充滿(mǎn)催化劑的管內(nèi)，乙烯與氧反應(yīng)生成反應(yīng)產(chǎn)物環(huán)氧乙烷，以及副產(chǎn)物二氧化碳和水。反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在反應(yīng)管內(nèi)可能會(huì)形成熱點(diǎn)?！盁狳c(diǎn)”是反應(yīng)器內(nèi)的局部高溫區(qū)。熱點(diǎn)若不適當(dāng)加以控制就有可能導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的失控反應(yīng)條件。
在以氧氣為基礎(chǔ)的方法中，引入平衡氣的目的在于獲得一種最佳反應(yīng)混合物，以便控制溫度，避免可燃混合物的存在。高溫有利于不希望的二氧化碳生成，降低催化劑活性和催化劑壽命。通過(guò)控制反應(yīng)速率和從反應(yīng)區(qū)移出熱量，可以使熱點(diǎn)的溫度和位置得到控制，從而使朝向環(huán)氧乙烷的選擇性達(dá)到最高并保持催化劑的活性。以往所公開(kāi)的平衡氣體系包括甲烷、乙烷、氮?dú)?、二氧化碳以及這些氣體的混合物。甲烷作為平衡氣要優(yōu)于氮?dú)猓驗(yàn)槠錈嵝再|(zhì)更好。所說(shuō)的熱性質(zhì)包括較高的摩爾熱容和較高的導(dǎo)熱系數(shù)。美國(guó)專(zhuān)利3，119，837公開(kāi)道，當(dāng)在平衡氣中以甲烷代替氮?dú)鈺r(shí)環(huán)氧乙烷的收率將得到提高。
在以氧氣為基礎(chǔ)的方法中，反應(yīng)區(qū)的流出物按兩個(gè)分開(kāi)的步驟進(jìn)行處理第一步，移出產(chǎn)物環(huán)氧乙烷；第二步，移出副產(chǎn)物二氧化碳。其余的氣體在泄放掉其中一部分之后再循環(huán)至反應(yīng)區(qū)。相當(dāng)數(shù)量的乙烯就這樣隨泄放流損失掉了，這也構(gòu)成選擇性的損失。平衡氣也隨泄放流損失掉了，故而還必須用新鮮平衡氣進(jìn)料予以補(bǔ)充。要求泄放的目的是為了使進(jìn)入反應(yīng)器的氣體混合物中的雜質(zhì)濃度維持在可接受的水平。一種雜質(zhì)，氬氣，是隨氧氣流帶入的。另一些雜質(zhì)，如乙烷或丙烷，存在于乙烯進(jìn)料流中。
環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)還可包括以空氣為基礎(chǔ)的方法，作為以氧氣為基礎(chǔ)的方法的替代方法。在以空氣為基礎(chǔ)的方法中，未反應(yīng)氣體也可以循環(huán)至反應(yīng)器，但是此種循環(huán)的程度由于必須從過(guò)程中移出過(guò)量的氮?dú)舛艿较拗?。隨著空氣被加入到氧化反應(yīng)區(qū)，氮?dú)庖策B續(xù)地被加入到過(guò)程中去了。當(dāng)移出氮?dú)鈺r(shí)，可觀比例的未反應(yīng)乙烯也就隨著氮?dú)舛鴵p失掉了。為了限制在這種情況下乙烯的損失，把抽出的氣體與另外的空氣混合，并通入處于更為極端的條件及銀催化劑的存在下的一個(gè)或多個(gè)增設(shè)的氧化反應(yīng)器中。但是，該增設(shè)的反應(yīng)器(或多個(gè)反應(yīng)器)顯著增加了環(huán)氧乙烷裝置的基本投資。以空氣為基礎(chǔ)的方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是所獲得的乙烯轉(zhuǎn)化率較低。
以空氣為基礎(chǔ)的方法與以氧氣為基礎(chǔ)的方法在泄放上存在若干重大差別。以空氣為基礎(chǔ)的方法需要排出相當(dāng)數(shù)量的泄放流以及一套分段的反應(yīng)氣吸收系統(tǒng)。而以氧氣為基礎(chǔ)的方法，在引入到閉路循環(huán)中的惰性氣體數(shù)量方面要比以空氣為基礎(chǔ)的方法少得多，致使泄放量也少得多，未反應(yīng)乙烯幾乎是全部循環(huán)。然而，反應(yīng)器中生成的二氧化碳則必須連續(xù)移出。此外，要求進(jìn)行工藝泄放的目的還為了防止氬氣在循環(huán)氣中的積累。氬氣是由深冷空氣分離裝置產(chǎn)生的氧氣源中的主要雜質(zhì)。作為環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的典型氧氣源一般是深度冷凍裝置。
在采取以氧氣為基礎(chǔ)的方法的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置中，所使用的典型氧純度為95％～99．5％。已提出各種各樣用于處理來(lái)自以氧氣為基礎(chǔ)的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的泄放流的方法，以回收乙烯。例如，美國(guó)專(zhuān)利4，904，807公開(kāi)了一種氬選擇性膜的應(yīng)用，用這種膜處理泄放流后，可將其分離為兩股流，1)富氬氣流，放空，2)富乙烯流，可循環(huán)返回到環(huán)氧乙烷反應(yīng)器中；美國(guó)專(zhuān)利4，769，047公開(kāi)了壓力回轉(zhuǎn)吸收的應(yīng)用，用以從泄放氣中移出乙烯并將之循環(huán)返回到反應(yīng)器中。這兩種方法的主要缺點(diǎn)是相關(guān)設(shè)備的基本投資大。
還有一些其他專(zhuān)利討論了環(huán)氧乙烷的制造。美國(guó)專(zhuān)利3，083，213公開(kāi)道，采用高純氧會(huì)降低環(huán)氧乙烷的收率。美國(guó)專(zhuān)利5，262，551公開(kāi)了一種用于乙烯環(huán)氧化的方法，在生產(chǎn)過(guò)程中，乙烯與氧按3～9的摩爾比，在銀催化劑及鹵化物氣體抑制劑的存在下，在200～300psig．(磅／平方英寸，表壓)下進(jìn)行反應(yīng)。文中提到的乙烯進(jìn)料包含約30～90％(摩爾)乙烯。特別是，高濃度乙烯進(jìn)料，據(jù)公開(kāi)，顯示出改善的選擇性。
據(jù)信，迄今尚沒(méi)有有關(guān)降低環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中雜質(zhì)的實(shí)際工業(yè)解決辦法。因此，需要提供一種選擇性極高、乙烯隨泄放流損失最小的環(huán)氧乙烷制造新方法，以便改善環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過(guò)程的收率。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能夠改善以氧氣為基礎(chǔ)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的收率的方法。
另一個(gè)目的是提供能夠使選擇性達(dá)到最高，并使隨泄放的損失最小的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)方法。
又一個(gè)目的是提供通過(guò)調(diào)節(jié)乙烯、甲烷、氧及二氧化碳中至少一種的濃度來(lái)提高朝向環(huán)氧乙烷的選擇性生產(chǎn)的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法，它包括將乙烯、高純氧及平衡氣與循環(huán)氣相合并，形成氣態(tài)反應(yīng)混合物；將該反應(yīng)混合物送入充填了催化劑的反應(yīng)器中，于是，從反應(yīng)器中流出流出物；將至少一部分從反應(yīng)器出來(lái)流出物通入回收單元以選擇性地取出環(huán)氧乙烷，從而得到取出了環(huán)氧乙烷的氣流；將至少一部分該取出了環(huán)氧乙烷的氣流通入二氧化碳提取單元(stripping unit)以選擇性移出其中的二氧化碳；將至少一部分驅(qū)除了二氧化碳的氣流泄放掉并將剩余部分作為循環(huán)氣循環(huán)返回；將該循環(huán)氣再壓縮。
本發(fā)明還涉及一種通過(guò)減少環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中存在的氬氣來(lái)提高環(huán)氧乙烷收率的方法，該方法包括將乙烯、高純氧及平衡氣與循環(huán)氣相合并，形成氣態(tài)反應(yīng)混合物；將該反應(yīng)混合物送入充填了催化劑的反應(yīng)器中，于是，從反應(yīng)器中流出流出物；將至少一部分從反應(yīng)器出來(lái)的流出物通入回收單元以選擇性地取出環(huán)氧乙烷，從而形成取出了環(huán)氧乙烷的氣流；將至少一部分該取出了環(huán)氧乙烷的氣流通入二氧化碳提取單元以選擇性移出其中的二氧化碳；將至少一部分驅(qū)除了二氧化碳的氣流泄放掉并將剩余部分作為循環(huán)氣循環(huán)返回；將該循環(huán)氣再壓縮；以及調(diào)節(jié)泄放流率以有效地降低氬氣濃度。另外，還調(diào)節(jié)乙烯、高純氧、平衡氣及二氧化碳中至少一種的濃度。
降低氬氣濃度使得可以對(duì)循環(huán)中其他氣體濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善循環(huán)氣的傳熱性質(zhì)。循環(huán)氣傳熱性質(zhì)的改善可減少反應(yīng)器中形成的熱點(diǎn)的效應(yīng)，從而提高朝向環(huán)氧乙烷的選擇性并延長(zhǎng)催化劑壽命。
循環(huán)氣中氬氣濃度的降低可減少循環(huán)壓縮機(jī)的負(fù)荷，從而減少因以較輕氣體(如乙烯和／或甲烷，和／或氧氣)置換較重氣體(氬氣)而引起的壓縮功。替代地，也可以在維持壓縮機(jī)的負(fù)荷不變的條件下通過(guò)提高其氬氣濃度降低了的循環(huán)氣的流率來(lái)提高環(huán)氧乙烷產(chǎn)量。
本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法，它包括讓乙烯與高純氧按乙烯對(duì)高純氧至少為約1的摩爾比，在催化劑及抑制劑的存在下進(jìn)行反應(yīng)，其中引入到反應(yīng)區(qū)中的進(jìn)料氣包含15～40％(摩爾)乙烯、4～20％(摩爾)氬氣、6～10％(摩爾)非常高純氧、15～65％(摩爾)平衡氣以及5～15％(摩爾)二氧化碳。
在本發(fā)明中，該高純度氣體包含至少95％氧，優(yōu)選至少約99．5％氧。就本發(fā)明的目的而言，至少99．5％氧純度的氧氣也稱(chēng)作“非常高純氧”。平衡氣包含甲烷和氮?dú)狻３涮盍舜呋瘎┑姆磻?yīng)器包含充填了在多孔載體上的銀的反應(yīng)管。
附圖簡(jiǎn)述其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，在本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合附圖研讀了下文中有關(guān)優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明之后自然會(huì)想到，這些附圖包括

圖1是通過(guò)以氧對(duì)乙烯進(jìn)行選擇性氧化來(lái)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法示意；圖2是當(dāng)氧濃度從99．5％氧提高到99．95％，并且循環(huán)流中氬氣濃度恒定在16％時(shí)，相應(yīng)乙烯用量的節(jié)省及泄放流體積減少效果的曲線圖；圖3是，假定氬氣濃度每減少1％，選擇性提高0．1％，在各種不同進(jìn)料流氧濃度之下的泄放流率的效果(氬氣濃度降低)，以及相應(yīng)的乙烯用量方面節(jié)省的曲線圖；以及圖4是假定氬氣濃度每減少1％，選擇性提高0．15％，在各種不同進(jìn)料流氧濃度之下的泄放流率的效果(氬氣濃度降低)，以及相應(yīng)的乙烯用量方面節(jié)省的曲線圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及采取循環(huán)流的以氧氣為基礎(chǔ)的環(huán)氧乙烷部分氧化法。以生產(chǎn)500MM(百萬(wàn))磅／年環(huán)氧乙烷的裝置作為例子。送入反應(yīng)管的氣流包含約25％(摩爾)乙烯、8％(摩爾)氧、16％(摩爾)氬氣、42％(摩爾)平衡氣甲烷、6．5％(摩爾)二氧化碳，其余為乙烷和水。反應(yīng)的選擇性為約80％朝向環(huán)氧乙烷。
在維持循環(huán)氣中氬氣濃度恒定的條件下減少泄放流率可減少隨泄放流的乙烯損失和平衡氣損失。作為維持氬氣濃度恒定并減少泄放流率的替代做法，本發(fā)明提供一種通過(guò)采用高純氧來(lái)降低氬氣濃度的方法。降低氬氣濃度可使乙烯、甲烷、氧氣或二氧化碳中每一種或全部的濃度得到提高，從而使反應(yīng)器進(jìn)料氣體組合物具有更好的傳熱性質(zhì)。需要的環(huán)氧乙烷生成和不需要的二氧化碳生成的速率取決于全部反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。調(diào)節(jié)進(jìn)料中反應(yīng)物與產(chǎn)物的濃度可以提高環(huán)氧乙烷的收率。此時(shí)的泄放流率仍將小于不采用高純氧時(shí)的泄放流率。
之所以氬氣濃度降低能改善選擇性，有兩個(gè)原因1)送入反應(yīng)器的氣體傳熱性質(zhì)改善，這就可減少熱點(diǎn)效應(yīng)從而改善選擇性，以及2)通過(guò)對(duì)其余氣體(反應(yīng)物及產(chǎn)物)濃度的調(diào)節(jié)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性得到改善。朝向環(huán)氧乙烷的選擇性改善意味著送入反應(yīng)器中的乙烯有更多的轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷，更少的轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物。改善的程度取決于各種條件，包括催化劑的類(lèi)型和已使用的時(shí)間，以及各種操作條件，如反應(yīng)管內(nèi)的溫度、壓力及停留時(shí)間，和在包圍反應(yīng)管的殼程中流動(dòng)的冷卻劑流體溫度、壓力及流率。
鑒于每一套工業(yè)裝置所使用的催化劑及操作條件不盡相同，選擇性改善的程度必須根據(jù)具體情況和基準(zhǔn)情況才能確定。據(jù)報(bào)道，在環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中若氮?dú)鈸Q成甲烷，則氮?dú)饷繙p少1％(摩爾)，選擇性可改善0．8％(摩爾)。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利3，119，837。進(jìn)料中乙烯濃度從30．6％(摩爾)增加到74．5％(摩爾)，則選擇性將從79．7％(摩爾)提高到80．8％(摩爾)。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5，262，551．對(duì)反應(yīng)器進(jìn)料中的氬氣進(jìn)行置換將獲得類(lèi)似的好處。
鑒于上述種種原因，當(dāng)采用高純氧時(shí)，氬氣濃度每降低1％，同時(shí)其他氣體濃度之和也相應(yīng)提高以頂替該氬氣，則乙烯選擇性的改善預(yù)期可達(dá)0．05％(摩爾)～1％(摩爾)。然而，降低氬氣濃度將增加泄放流率，且還可能增加循環(huán)氣流中的乙烯濃度，從而導(dǎo)致乙烯隨泄放而損失的增加。因此，當(dāng)采用高純氧時(shí)，存在著最佳循環(huán)流氬濃度降低值和使乙烯產(chǎn)率達(dá)到最大值的泄放流率。
改善反應(yīng)器的選擇性也能提高環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量。如果乙烯進(jìn)料流率維持恒定，則改善選擇性可生產(chǎn)出額外的環(huán)氧乙烷。假定下游分離設(shè)備有能力加工該額外的負(fù)荷，這就相當(dāng)于將產(chǎn)量提高約0．5％～約5％這一幅度的零基本投資法。
降低氬氣濃度還可減輕反應(yīng)器中熱點(diǎn)生成的效應(yīng)，從而延長(zhǎng)催化劑壽命。這種效應(yīng)與選擇性的改善(反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的熱量減少)和反應(yīng)氣體混合物熱性質(zhì)的改善(從反應(yīng)器撤熱的改善)有關(guān)。催化劑壽命的延長(zhǎng)將減少催化劑的消耗。
本發(fā)明方法中所使用的催化劑可以是任何一種用于催化以分子氧對(duì)乙烯進(jìn)行控制氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的技術(shù)領(lǐng)域中已知的含銀金屬的催化劑。該催化劑可以是在合適載體上的銀金屬。載體可以是由硅質(zhì)或鋁土材料構(gòu)成的。特別合適的催化劑是那些主要由在載體低表面區(qū)的銀金屬與助催化劑構(gòu)成，載體包含α礬土及少量二氧化硅、碳化硅及其他耐火材料。
一般而言，本發(fā)明的操作溫度以約150℃～約350℃為合適，優(yōu)選在約200℃～約300℃，最優(yōu)選在約220℃～約260℃范圍。
用于實(shí)施本發(fā)明的操作壓力以在約100psig～約400psig為合適，優(yōu)選在約200～約300psig。空間速度應(yīng)根據(jù)所要求的產(chǎn)量確定，優(yōu)選在約3000～約4000小時(shí)-1。這些參數(shù)范圍乃是目前環(huán)氧乙烷工業(yè)生產(chǎn)中典型條件下使用的。
本發(fā)明采用高純氧的做法也可用到傳統(tǒng)的泄放流回收設(shè)備上去，例如以膜分離或壓力回轉(zhuǎn)吸收處理泄放流以回收殘余乙烯，并將之返回反應(yīng)器。采用高純氧能大大降低此類(lèi)系統(tǒng)所需要的資本投資。
圖1提供一種以氧氣對(duì)乙烯進(jìn)行選擇性還原生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法示意。有效數(shù)量的氧氣101(含視為雜質(zhì)的氬氣)、乙烯102及平衡氣103(氮?dú)饣蚣淄?與至少一部分循環(huán)氣110摻混并送入反應(yīng)器120。從二氧化碳提取單元130流出循環(huán)吹掃氣110和泄放廢氣115。反應(yīng)器120由若干以類(lèi)似于換熱器的方式排列的管子構(gòu)成，裝在反應(yīng)器殼內(nèi)。反應(yīng)管內(nèi)充填了催化劑，它優(yōu)選地是載于多孔載體如礬土上的銀，以及少量助催化劑。包含不純的乙烯的反應(yīng)器流出流125，即氧氣(來(lái)自101和110)與乙烯(來(lái)自102和110)彼此反應(yīng)的生成物，離開(kāi)反應(yīng)器。反應(yīng)器流出物125被送入到環(huán)氧乙烷回收單元140。經(jīng)過(guò)在單元140中處理之后流出的是環(huán)氧乙烷產(chǎn)物145和富二氧化碳流148。二氧化碳提取單元130將富二氧化碳流148轉(zhuǎn)變成二氧化碳135和流138，后者又進(jìn)一步分成循環(huán)流110，送往反應(yīng)器120以便與氧氣101(含雜質(zhì)氬氣的)和乙烯102再次進(jìn)行反應(yīng)，以及泄放流115，作為廢物被抽出。
在以氧氣為基礎(chǔ)的方法中，隨氧氣流一同引入的氬氣雜質(zhì)決定了泄放流的多少。隨泄放流(115)移出的氬氣量等于泄放流中的氬氣濃度乘以泄放流體積，而且該乘積必須等于由新鮮氧氣進(jìn)料(101)帶入到反應(yīng)器中的氬氣量，即符合下列等式(1)(泄放流體積流率)×(氬氣體積濃度)=(隨新鮮氧氣進(jìn)料加入的氬氣量) (1)如果隨新鮮氧氣進(jìn)料加入到過(guò)程中的氬氣量減少而氬氣濃度仍然維持恒定，則根據(jù)等式(1)，泄放流的量就可減少，于是隨泄放流而損失掉的乙烯也隨之減少。如果引入到過(guò)程中的氬氣量減少，而氬氣濃度又降低了，則泄放流的量將比氬氣濃度恒定時(shí)高。
實(shí)例1圖2提供一個(gè)圖示關(guān)系，表明泄放流體積隨氧氣純度的增加而減少?？紤]一個(gè)生產(chǎn)500MM磅／年環(huán)氧乙烷的裝置。送入反應(yīng)管中的氣體流包含約25％(摩爾)乙烯、8％(摩爾)氧、16％(摩爾)氬氣、42％(摩爾)平衡氣甲烷、6．5％(摩爾)二氧化碳，其余為乙烷和水。圖2表示出當(dāng)氧純度從99．5％氧純度提高到99．95％氧純度并且循環(huán)流中氬氣濃度恒定在16％(摩爾)時(shí)，泄放流率減少的情況。純度大于99．5％的氧氣為市場(chǎng)上可供應(yīng)的，本文稱(chēng)之為高純氧。這代表著目前高純氧使用的做法，于是，圖2中的情況被視為基準(zhǔn)情況，用它與本發(fā)明的結(jié)果進(jìn)行比較。
實(shí)例2考慮一個(gè)按以氧氣為基礎(chǔ)的工藝生產(chǎn)500MM磅／年環(huán)氧乙烷的裝置。送入反應(yīng)管中的氣體流包含約25％(摩爾)乙烯、8％(摩爾)氧、16％(摩爾)氬氣、42％(摩爾)平衡氣甲烷、6．5％(摩爾)二氧化碳，其余為乙烷和水。該反應(yīng)的選擇性為約80％轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷。純度為99．5％的氧氣進(jìn)料代表乙烯節(jié)約量為零的情況。降低氬氣濃度，并將該部分濃度換成甲烷。調(diào)節(jié)泄放流率。在節(jié)約量計(jì)算中采用氬氣濃度每降低1％選擇性改善0．1％的假定。將乙烯節(jié)約量作為氧純度及泄放流率的函數(shù)算出。圖3給出的計(jì)算結(jié)果表示當(dāng)采用非常高純氧時(shí)乙烯節(jié)約量與泄放流率之間的關(guān)系。從圖3中可看出，在99．95％氧純度的情況下，提高泄放流率并降低氬氣濃度，開(kāi)始時(shí)可提高乙烯節(jié)約量，然而當(dāng)繼續(xù)增加泄放流率時(shí)，該節(jié)約量將下降。該曲線的最大值代表最佳操作點(diǎn)，它顯著高于基準(zhǔn)情況的節(jié)約量。該最大值的獲得不僅是由于采用了高純氧，而且也是由于將泄放流體積流率調(diào)節(jié)到某一使循環(huán)流中氣體濃度達(dá)到最佳化從而提高選擇性的數(shù)值所致。
實(shí)例3考慮一個(gè)按以氧氣為基礎(chǔ)的工藝生產(chǎn)500MM磅／年環(huán)氧乙烷的裝置。送入反應(yīng)管中的氣體流包含約25％(摩爾)乙烯、8％(摩爾)氧、16％(摩爾)氬氣、42％(摩爾)平衡氣甲烷、6．5％(摩爾)二氧化碳，其余為乙烷和水。該反應(yīng)的選擇性為約80％轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷。純度為99．5％的氧氣進(jìn)料代表乙烯節(jié)約量為零的情況。降低氬氣濃度，并將該部分濃度換成甲烷。調(diào)節(jié)泄放流率。在節(jié)約量計(jì)算中，采用氬氣濃度每降低1％選擇性改善0．15％的假定。將乙烯節(jié)約量作為氧純度及泄放流率的函數(shù)算出。圖4給出的計(jì)算結(jié)果表示采用高純氧時(shí)乙烯節(jié)約量與泄放流率之間的關(guān)系。
從圖3中可看出，在99．95％氧純度的情況下，提高泄放流率并降低氬氣濃度，開(kāi)始時(shí)可提高乙烯節(jié)約量，然而當(dāng)繼續(xù)增加泄放流率時(shí)，該節(jié)約量將下降。該曲線的最高點(diǎn)代表最佳操作點(diǎn)。該最大值的獲得不僅是由于采用了高純氧，而且也是由于將泄放流體積流率調(diào)節(jié)到某一使循環(huán)流中氣體濃度達(dá)到最佳化并提高環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化選擇性的數(shù)值所致。
本發(fā)明還可延伸到乙酸乙烯酯單體的生產(chǎn)和氯乙烯的生產(chǎn)。這些化學(xué)產(chǎn)品都采用帶有循環(huán)流和泄放流的類(lèi)似反應(yīng)器通過(guò)部分氧化法生產(chǎn)。
本發(fā)明的具體特征展示在一幅或多幅附圖中僅為方便起見(jiàn)，要知道，每一項(xiàng)特征均可按照本發(fā)明與其他特征組合起來(lái)。眾多替代實(shí)施方案可由本領(lǐng)域技術(shù)人員自己去體會(huì)，并且都應(yīng)屬于權(quán)利要求范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1．一種生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法，它包括a)將乙烯、高純氧及平衡氣與循環(huán)氣相合并，形成氣態(tài)反應(yīng)混合物；b)將所述反應(yīng)混合物送入充填了催化劑的反應(yīng)器中，于是，從反應(yīng)器中流出流出物；c)將至少一部分從所述反應(yīng)器出來(lái)的流出物通入回收單元以選擇性地取出環(huán)氧乙烷，從而形成取出了環(huán)氧乙烷的氣流；d)將至少一部分該取出了環(huán)氧乙烷的氣流通入二氧化碳提取單元以選擇性移出其中的二氧化碳；e)將至少一部分驅(qū)除了二氧化碳的氣流泄放掉并將剩余部分作為循環(huán)氣循環(huán)返回；以及f)將該循環(huán)氣再壓縮。
2．權(quán)利要求1的方法，其中所述高純氣體包含至少99．5％氧。
3．權(quán)利要求1的方法，其中所述平衡氣包含甲烷。
4．權(quán)利要求1的方法，其中所述平衡氣包含氮?dú)狻?br> 5．權(quán)利要求1的方法，其中所述充填了催化劑的反應(yīng)器包含充填了在多孔載體上的銀的反應(yīng)管。
6．一種通過(guò)降低環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中氬氣含量來(lái)提高環(huán)氧乙烷收率的方法，所述方法包括a)將乙烯、高純氧及平衡氣與循環(huán)氣相合并，形成氣態(tài)反應(yīng)混合物；b)將該反應(yīng)混合物送入充填了催化劑的反應(yīng)器中，于是，從反應(yīng)器中流出流出物；c)將至少一部分從所述反應(yīng)器出來(lái)的所述流出物通入回收單元以選擇性地取出環(huán)氧乙烷，從而形成取出了環(huán)氧乙烷的氣流；d)將至少一部分該取出了環(huán)氧乙烷的氣流通入二氧化碳提取單元以選擇性移出其中的二氧化碳；e)將至少一部分驅(qū)除了二氧化碳的氣流泄放掉并將剩余部分作為循環(huán)氣循環(huán)返回；以及f)將該循環(huán)氣再壓縮；以及g)調(diào)節(jié)泄放流的流率以有效地降低氬氣濃度。
7．權(quán)利要求6的方法，其中步驟(g)還包括調(diào)節(jié)所述乙烯、高純氧、平衡氣中至少一種的進(jìn)料流率，從而增加所述環(huán)氧乙烷的選擇生成量。
8．權(quán)利要求6的方法，其中步驟(g)還包括調(diào)配一種具有強(qiáng)化傳熱性質(zhì)的氣體以減少在反應(yīng)器中形成熱點(diǎn)的效應(yīng)。
9．權(quán)利要求8的方法，其中所述熱點(diǎn)效應(yīng)的減少提高了轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷的選擇性并延長(zhǎng)了催化劑壽命。
10．一種生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法，它包括讓乙烯與高純氧按至少約1的乙烯對(duì)高純氧的摩爾比，并在催化劑及抑制劑的存在下進(jìn)行反應(yīng)，其中加入到反應(yīng)區(qū)的進(jìn)料氣包含15～40％(摩爾)乙烯、4～20％(摩爾)氬氣、6～10％(摩爾)非常高純氧、15～70％(摩爾)平衡氣，以及5～15％(摩爾)二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法,它包括:將乙烯、高純氧及平衡氣與循環(huán)氣加入到充填了催化劑的反應(yīng)器內(nèi),生成氣態(tài)混合物;將從反應(yīng)器出來(lái)的氣態(tài)混合物通入回收單元以選擇性地分離為含環(huán)氧乙烷和二氧化碳的氣體;將至少一部分含二氧化碳的氣體通入二氧化碳提取單元以選擇性地分離成二氧化碳及廢氣;將至少一部分廢氣泄放掉并將剩余部分作為循環(huán)氣循環(huán)返回;并從該回收單元回收環(huán)氧乙烷。
文檔編號(hào)C07C67/055GK1206711SQ98116138
公開(kāi)日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1998年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月24日
發(fā)明者V·帕帕瓦斯利奧, M·L·瓦格納, R·W·戴 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司