專利名稱：借空氣或氧直接氧化乙烯以制備環(huán)氧乙烯的方法
技術領域：
本發(fā)明系關于一種借乙烯之直接氧化作用來制備環(huán)氧乙烷(后文稱為E0)之方法，并關于一種方法，根據(jù)其，二醇系借水解、加壓脫水、真空脫水及后續(xù)蒸餾等作用而由EO制成。
目前，EO系借由有銀催化劑存在下的乙烯與空氣或氧之直接氧化作用來工業(yè)制備。反應系高放熱的(每摩爾乙烯產(chǎn)生自225至400千焦耳(KJ)總熱)；因此，為消散反應之過量熱，使用習用管-殼式反應器，反應混合物被引導穿過管和沸騰液體，例如，煤油或四氫萘，近來經(jīng)常系水，該沸騰液體系在管間循環(huán)作為熱載體。本發(fā)明系關于一種方法，根據(jù)其，水系使用作為熱載體。
此種型式之方法說明于，例如，優(yōu)曼(Ullmann)的工業(yè)化學百科全書(Encyclopedia of Industrial Chemistry)，第5版，A 10冊，117以下等頁中。根據(jù)其，乙烯和氧系裝填入循環(huán)氣體流，其，除反應物外，還包含惰性氣體及乙烯全氧化的副產(chǎn)物-二氧化碳。
在已知方法中，于乙烯之直接氧化作用中制成之水蒸氣通常系經(jīng)由閥擴張至蒸氣柵之壓力。在此期間，來自擴張作用的水蒸氣之能量之含量未被利用。
聞名世界制造方法之中的大部份環(huán)氧乙烷(EO)逐漸進一步處理成單乙二醇。為增進EO水解作用之選擇性，水解反應器系以高過量水(水EO之重量比為15∶1)操作。結果，較高二元醇(尤其系二甘醇、三甘醇等等)之比率可被迫減少。水解反應器慣例在自120℃至250℃之溫度和30-40巴(bar)之壓力下操作。水解產(chǎn)物系先脫水至剩余水含量為100-200ppm，然后接著分餾成為純的各種二元醇。
脫水作用通常系在具漸減壓力之-交錯塔的階式槽中實行。為了熱整合，所以通常僅有第一個壓力塔之油腳再沸器(bottomsreboiler)系以新鮮蒸氣加熱，相反地，所有其他壓力塔皆系以各自的前一塔之蒸氣加熱。依水解反應器排放物之水含量及第一個塔之油腳再沸器中使用之外來蒸氣的壓力/溫度水準而定，加壓脫水階式槽系由2至7個塔組成。加壓脫水使用之后系真空脫水作用。脫水過含二元醇之溶液系在多個塔中分餾成純物質單乙二醇、二甘醇及三甘醇。
本發(fā)明之一目的是高能地使用，至最適宜程度，以水作為熱載體之環(huán)氧乙烷直接氧化作用中制成之水蒸氣，及增進EO及/或單乙二醇之制備方法的經(jīng)濟效率。
已發(fā)現(xiàn)該目的系借由使用水作為熱載體，同時形成接著要擴張之水蒸氣的借空氣或氧直接氧化乙烯以制備EO之方法來達成。本發(fā)明包括實行水蒸氣在一或多個反壓蒸氣渦輪機中的擴張作用。
蒸氣渦輪機系以已知方式描述為具旋轉移動部分之加熱引擎，其中不斷流動蒸氣之壓力降以一或多個步驟轉變成機械工作。依蒸氣去除之形式而定，不同型式之蒸氣渦輪機系有差別的；在稱為反壓蒸氣渦輪機的機器中，所消耗之蒸氣能量為其他目的，一般系為加熱作用而進一步利用。
對在本發(fā)明中之用途而言，原則上任何反壓蒸氣渦輪機皆可使用。
蒸氣渦輪機通常系在恒定條件下以蒸氣給料來操作。與其相反，根據(jù)本發(fā)明，蒸氣渦輪機系以連續(xù)增加之蒸氣流速及上升之蒸氣壓力來操作。對此溶液之經(jīng)濟效率而言，平均時間內的條件(蒸氣流速、壓力)系重要的。
乙烯氧化作用中使用之工業(yè)催化劑隨著操作時間之增加而失去活性，且環(huán)氧乙烷之部分氧化使選擇性減少，該工業(yè)催化劑通常包含最高15重量％為在載體上微細顆粒層形式之銀。為使EO工廠之產(chǎn)率在漸增之操作時間下保持固定，所以反應溫度必須在相同轉換速率下增加，作為其之結果，所產(chǎn)生之水蒸氣之壓力增加。同時減少之選擇性導致較大蒸氣速率。在習用工業(yè)工廠之情形中，經(jīng)常在操作起始時，在30巴范圍內之水蒸氣壓上升，而在2年之操作時間之后，持續(xù)增加至約65巴之值。
依所供應之能量而定，蒸氣渦輪機可驅動一或多個工作機器，尤其系加工泵(為運送循環(huán)水)或壓縮機(為氣體方法流)及/或一或多個發(fā)電機。
喂入蒸氣渦輪機之水蒸氣通常有自25至70巴，較佳系自30至65巴之壓力。
在特別佳之方法變體中，在借水解、加壓脫水、真空脫水及后續(xù)蒸餾等作用，而自環(huán)氧乙烷制造單乙二醇之方法中的乙烯直接氧化作用中產(chǎn)生之水蒸氣系，經(jīng)由蒸氣渦輪機擴張至加壓脫水塔之油腳再沸器或階式槽之第一個加壓脫水塔之油腳再沸器之壓力，且蒸氣渦輪機之廢蒸氣系用于加熱加壓脫水塔或階式槽之第一個加壓脫水塔。
借二元醇加壓脫水步驟之適當設計，加壓脫水作用所需之蒸氣速率可近似于乙烯直接氧化作用中產(chǎn)生之蒸氣速率。其明顯地使平均時間內的高壓蒸氣之外部消耗減少。
加壓脫水塔或階式槽之第一個加壓脫水塔系借油腳再沸器加熱，而冷凝物重回EO反應階段。
反應根據(jù)進一步具體實施方案，借蒸氣渦輪機之擴張作用系進行至蒸氣柵之壓力或至消耗者，例如，蒸氣注射器或油腳再沸器，之操作壓力。
借由本發(fā)明之方法，EO及/或單乙二醇工廠之特殊能量消耗可借由高度熱整合來減少。二元醇方法中的塔主要可以由來自加壓脫水作用之污染蒸氣來操作。外部供應之高壓蒸氣在平均時間內明顯減少。
經(jīng)濟且有活力地最適合溶液系依位置界限條件而定，尤其系蒸氣柵水準及能量成本。
下面借參考附圖及實例而更詳細說明本發(fā)明。
下列實例中之蒸氣數(shù)據(jù)系適用于EO反應中催化劑之平均操作期間。


圖1圖示蒸氣之多種利用之實例，該蒸氣系來自與發(fā)電機連接之反壓蒸氣渦輪機中之EO反應，并擴張成二元醇加壓脫水作用之第一個步驟的油腳再沸器之反壓。蒸氣數(shù)據(jù)列于表1。
自EO反應器之蒸氣鼓D中除去之飽和蒸氣1系在反壓蒸氣渦輪機T內擴張成21巴絕對壓力。渦輪機T驅動產(chǎn)生電力之發(fā)電機G(例如，400伏)。依渦輪機T之效率而定，驅動力系約2百萬瓦特(MV)。渦輪機T內的擴張作用系在濕蒸氣區(qū)域內發(fā)生，為此，在分離器A內，分離冷凝液2及飽和蒸氣3。冷凝液2泵送回蒸氣鼓D。飽和蒸氣3喂入二元醇加壓脫水作用之第一個步驟的油腳再沸器S。在不適當速度之情形中，飽和蒸氣3系以柵蒸氣4補充。自油腳再沸器S流出之冷凝液6同樣泵送回蒸氣鼓D。
圖2顯示第二個實例。在此，擴張作用系進行至5巴絕對反壓(蒸氣數(shù)據(jù)參見表2)，借由蒸氣渦輪機T，一或多個工作機器M(加工泵、壓縮機)可以約2.7百萬瓦特之能量驅動。飽和蒸氣大部分喂入塔之油腳再沸器S(蒸氣5)。剩余飽和蒸氣4排入至蒸氣柵N。
圖3顯示第三個實例。擴張作用系進行至17巴絕對反壓(蒸氣數(shù)據(jù)參見表3)。蒸氣渦輪機T系以約3.8百萬瓦特之能量驅動產(chǎn)生電力(例如，400伏)之發(fā)電機G。飽和蒸氣3系大部份排放進入蒸氣柵N(物流4)。部份蒸氣5操作一或多個蒸氣注射器I。在所示之實例中，使用注射器，塔K之底部被加熱且同時，排放之底部蒸氣系借由下游容器B內產(chǎn)生之減壓而冷卻(蒸發(fā)冷卻作用)。在此情形中，冷凝液系喂入加工水W中。表1
g氣體l液體表2
g氣體l液體表3
g氣體l液體
權利要求
1．一種制備環(huán)氧乙烷之方法，其系使用水作為熱載體，同時形成接著要擴張之水蒸氣的借空氣或氧直接氧化乙烯，該方法包括在一或多個反壓蒸氣渦輪機T中進行水蒸氣之擴張作用。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其中蒸氣渦輪機T驅動一或多個工作機器M，尤其系加工泵及壓縮機，及/或一或多個發(fā)電機G。
3．根據(jù)權利要求1或2的方法，其中喂入蒸氣渦輪機T之水蒸氣有自25至70巴，較佳系自30至65巴之壓力。
4．根據(jù)權利要求1至3中任何一項的方法，其單乙二醇系藉由水解、加壓脫水、真空脫水及后續(xù)蒸餾等作用而由環(huán)氧乙烷制成，且在乙烯之直接氧化作用中發(fā)生之水蒸氣系借蒸氣渦輪機T擴張成加壓脫水塔之油腳再沸器S或階式槽之第一個加壓脫水塔之油腳再沸器S之壓力，且其中蒸氣渦輪機T之廢氣系用于加熱加壓脫水塔或階式槽之第一個加壓脫水塔。
5．根據(jù)權利要求1至3中任何一項的方法，其中擴散作用系借蒸氣渦輪機T進行至蒸氣柵N之壓力，或至消耗者尤其系蒸氣注射器或油腳再沸器之操作壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及在使用水作為熱載體來消散反應熱,同時形成水蒸氣之借空氣或氧直接氧化乙烯以制備環(huán)氧乙烷之方法中,使特殊能量消耗最適宜之方法。在其中,于為了進一步使用而將水蒸氣喂入一或多個消耗器,例如,油腳再沸器或蒸氣注入器之前,為要操作工作機械M,其先在一或多個反壓蒸氣渦輪機T內擴張。
文檔編號C07D303/04GK1319098SQ99811285
公開日2001年10月24日 申請日期1999年9月20日 優(yōu)先權日1998年9月23日
發(fā)明者G·泰斯, F·范桑特 申請人:Basf公司