专利名称：环氧烷纯化方法和系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种用于从含有环氧烷的进料流中蒸馏环氧烷的方法。更具体地，本 公开涉及一种用于从还包含醛杂质的不纯进料流中蒸馏环氧乙烷的改进方法。
背景技术：
每年全世界制备环氧乙烷的量为几百万吨。环氧乙烷可以通过如下过程大量制 备在高温(例如，一百(100)摄氏度(°C )至五百(500) °C )和在超大气压(例如二(2) 至二十五0 个大气压(atms))，用空气或纯氧在合适的催化剂例如含银催化剂上氧化乙 烯，由此乙烯和氧反应以形成环氧乙烷。环氧乙烷生产反应器流出物可以包含环氧乙烷、未转化的乙烯和氧、二氧化碳、 醛、其它低分子量烃以及固定气体如氩气和氮气，它可以用水处理以移出环氧乙烷。然后， 从所得的环氧乙烷和水的混合物中，可以将环氧乙烷进一步精制成对于工业应用具有足够 纯度的形式。发明概述本公开的实施方案提供用于从含有环氧烷的进料流中蒸馏环氧烷的方法和系统。 所述实施方案可应用于商业规模的环氧烷生产。尽管本文的实施方案提供了从含有环氧烷 的进料流中蒸馏环氧烷的方法和系统，但是本文将论述典型代表实例环氧乙烷。然后，应当 意识到，本文提供的方法和系统可用于蒸馏其它环氧烷。对于各种实施方案，用于蒸馏环氧乙烷的方法包括从蒸馏设备中将杂质馏分作 为位于蒸馏设备的顶取出部(top take-off)的顶部离开流移出；基于环氧乙烷流的总重 量，从蒸馏设备中移出至少99. 7重量％纯度的环氧乙烷流；和从蒸馏设备中将醛富集的馏 分作为底部流移出。对于各种实施方案，所述方法还可以包括在蒸馏设备中蒸馏含环氧乙烷的进料 流以产生杂质馏分和醛富集的馏分，其中基于所述醛富集的馏分的总重量，所述醛富集的 馏分包含按重量计约百分之七(7)至约百分之二十00)的环氧乙烷，以及按重量计约百分 之八十(80)至约百分之九十三(9 的水；和将所述醛富集的馏分在没有进一步处理的情况下进料到二醇反应器中。对于各种实施方案，蒸馏进料流可以产生至少99. 7重量％纯度 的环氧乙烷流。对于各种实施方案，所述方法可以包括将包含环氧乙烷的进料流引入到热交换 器中以加热该进料流；以及将加热的进料流在蒸馏设备的第一分离级下面进料。在各种实 施方案中，所述方法还可以包括在蒸馏设备的第一分离级下面原位加热蒸馏设备的液体 内容物。对于各种实施方案，能够在所述方法中使用所述热交换器与所述在蒸馏设备的第 一分离级下面原位加热蒸馏设备的液体内容物的组合。对于各种实施方案，在用于蒸馏环氧乙烷的系统中可以使用热交换器和蒸馏设 备，其中所述系统包括热交换器以及可操作连接到所述热交换器上的蒸馏设备，其中所述 热交换器加热进料流，所述进料流进入在蒸馏设备的第一分离级下面的蒸馏设备的基部 (I3ase)，并且其中所述蒸馏设备包含顶部离开流；位于蒸馏设备的顶部和底部之间的侧取 出部(side take-off)，其中所述环氧乙烷流作为侧流在侧取出部被移出；和底部离开流， 其中所述底部离开流与二醇反应器直接连接。^JL如本文使用的，如用于纯化或浓缩的，“蒸馏"和"蒸馏方法"是指将化合物基 于它们的挥发性差异而通过汽化和随后的冷凝而分离方法。在本文论述的实施方案中，可 以对含水混合物进行蒸馏以纯化、回收和/或分离环氧乙烷，其中“含水混合物”可以被定 义为环氧乙烷、水和其它液体形式的化合物的混合物。如本文使用的，术语"蒸馏"、“回 收"、“纯化"和"分离"应当被理解为指如本文中描述的蒸馏方法。如本文使用的，“蒸馏设备"是指实施蒸馏方法的装置。如在本文中论述的，蒸 馏设备或塔可以具有在例如六十五(65)厘米(cm)至六(6)米(m)的范围内的直径，并且 具有例如在例如六(6)至六十(60)m以上的高度。如本文使用的，“热交换器"是指无论 流体是通过固体壁分离以使得它们永不混合，还是直接接触的情况下，建造用于从一种流 体至另一种流体的有效热传递的装置。如本文使用的，“显热"是指物质在不伴随状态改变的温度变化过程中所吸收或 放出的热。因此，“显热热交换器"是指从一种流体至另一种流体在不改变加热流体的状 态的情况下传热的热交换器。如本文使用的，“潜热”是指由物质在状态改变过程中如在蒸汽的冷凝过程中释放 或吸收的能量的量。因此，“潜热热交换器"是指从一种流体至另一种流体在加热流体 (例如蒸汽)的状态改变过程中传热的热交换器。在物质被分离成组分的操作中，所述物质的液相和气相可以借助于具有至少一个 分离级的蒸馏设备而密切接触。多种这样的用于进行这种分离的蒸馏设备是可能的。这 些包括板式塔，所述板式塔包括提供分离级的塔板或板(在本文中称作“塔板(tray)”或 “多块塔板(trays)”)；和填料塔，所述填料塔包括促进分离级的填料(无规和/或规则填 料)。如所理解的，填料塔以不同于板式塔的方式操作，在于液相和气相在它们的经由填料 塔的路径持续接触，而不是如在板式塔中那样间歇接触。因此，在填料塔中，液体和气体组 成随填料的高度而持续改变。在本文中使用的，“分离级”被定义为在如下这样的蒸馏设备中的体积、装置或装 置的组合相在这种蒸馏设备内或在蒸馏设备处进行密切接触，在此所述相之间发生质量传递，从而趋向于将它们处于平衡，并且随后所述相在此机械地分离。对于各种实施方案， 具有理论塔板高度(“HETP“)的板式塔的每一块塔板和/或填料塔的填料是一个分离 级，因为这些是流体进行密切接触、发生相间扩散以及流体分离的场所。同样，在蒸馏设备 中的塔板的数量也被归因于使用填料获得的分离级的等价数量。对于各种实施方案，术语 具有HETP的分离级、塔板和/或填料可以交换使用，除非另外有相反的说明。如本领域的技术人员所理解的，确定在蒸馏设备中使用的平衡级(理论塔板)的 数量可以基于物料平衡以及在物质(例如，本公开的含水混合物)中的待分离的化合物 (例如，环氧乙烷，水和其它液体形式的化合物)的平衡考虑因素计算。分离级的效率，以 及因此的实际使用的分离级的数量，可以由所使用的机械设计以及蒸馏设备的操作条件确 定。对于本文中提供的各种实施方案，通过利用蒸馏设备的分离级的效率，可以使用平衡级 (或理论塔板)的数量来代替在本公开中提供的分离级的数量。如本文中使用的，所提及的分离级数量是从蒸馏设备的底部至蒸馏设备的顶部 的。因此，第一分离级是在蒸馏设备的底部或附近，而随后的分离级是沿蒸馏设备逐渐向上 编号的(例如，第二分离级接着第一分离级，第三分离级接着第二分离级，等等)。如本文中使用的，‘‘一个、‘‘一种〃、‘‘所述〃、‘‘至少一个〃和〃 一种以上" 交换使用。术语"包含"及其变体在出现在说明书和权利要求书的情况下，这些术语不具 有限制意义。例如，位于环氧乙烷回收塔中以将"一种"进料流的一部分转化成气相部分 的汽提部可以被解释为意思是指环氧乙烷回收塔包括"一种以上(one or more)“的进料 流。术语"和/或"是指所列出要素中的一种、多于一种或全部。如本文中使用的，术语"约"可以不限于所规定的精确值。在至少一种情况下，由 术语"约"所表示的变化可以参考测量仪器的精确度来确定。此外在本文中，所提及的由端点限定的数值范围包括在该范围内所包含的所有的 数字(例如，1 至 5 包括 1,1. 5、2、2· 75,3,3. 80、4、5、等)。本公开的上述概述并不是意图描述本公开的每一个公开的实施方案或每一种实 施。下面的描述更具体地示例了说明性的实施方案。在贯穿本申请的若干地方中，通过实 施例的列举提供了指导，这些实施例可以以各种不同的组合使用。在每一种情况下，所提及 的列举仅起着代表性组的作用，并且不应当被解释为排它性的列举。附图简述
图1提供了本公开的系统的一个实施方案。图2提供了本公开的系统的一个实施方案。图3提供了本公开的系统的一个实施方案。发明详述本公开的实施方案包括用于从进来流中蒸馏环氧乙烷的方法和系统。系统实施方 案包括热交换器以及可操作连接到热交换器上的蒸馏设备。对于各种实施方案，热交换器 可以是显热热交换器，其将热从一种流体传递到另一种流体，而不会改变加热流体的状态。 对于各种实施方案，热交换器还可以是潜热热交换器，其中加热流体可以在加热处理过程 中至少部分地改变相态。本公开的实施方案通过如下在单个蒸馏设备中实现了环氧乙烷和杂质的分离使用含水混合物作为进料流，对蒸馏设备内的含水混合物和/或液体提供热量的热交换器而 不使用外部再沸器和/或包含环氧乙烷的外部循环回路，和操作所述蒸馏设备，使得产生 可以直接进料至二醇反应器的醛富集的馏分底部流。当建造如本文中描述的系统时，与具 有两个或三个用于纯化环氧乙烷的蒸馏设备的系统相比，在一些实施方案中单个蒸馏设备 的使用导致了更低的设备成本。在一些实施方案中，纯的环氧乙烷可以从蒸馏设备中作为 侧流取出；通过这样做，轻质杂质比如二氧化碳、氧、氮和氩气等等可以从蒸馏设备中作为 顶部流取出。可以进行若干步骤以获得含水混合物，该含水混合物被用作蒸馏设备的进料流。 如本文中所述，制备环氧乙烷以及在进一步的反应中使用所制备的环氧乙烷的步骤在一个 地方发生，例如在环氧乙烷加工装置中发生。然而，各个不同的步骤也可以在分开的设施中 发生。此外，在环氧乙烷生产装置(unit)中，环氧乙烷生产工艺可以与环氧乙烷回收工 艺互连。在环氧乙烷生产装置与下游产品制备装置比如例如乙二醇制备装置一起操作的某 些情况中，环氧乙烷工艺还可以与乙二醇制备工艺互连，以使能量利用最大化，这进而可以 降低生产成本。在本公开的方法中使用的烯(alkylenes)(烯烃(olefins))可以由下面的结构式
⑴表征
权利要求
1.一种用于蒸馏环氧乙烷的方法，所述方法包括从蒸馏设备中将杂质馏分作为位于所述蒸馏设备上的顶取出部处的顶部离开流移出；从所述蒸馏设备中移出基于环氧乙烷流的总重量为至少99. 7重量％纯度的环氧乙烷 流；和从所述蒸馏设备中将醛富集的馏分作为底部流移出。
2.权利要求1所述的方法，其中所述方法包括将包括环氧乙烷的进料流引入到热交 换器中以加热所述进料流；和将加热的进料流在所述蒸馏设备的第一分离级下面进料。
3.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述方法包括在所述蒸馏设备的第一分 离级下面原位加热所述蒸馏设备的液体内容物。
4.权利要求1所述的方法，其中所述方法包括将所述醛富集的馏分在没有进一步纯 化的情况下进料至二醇反应器。
5.权利要求1-2中任一项所述的方法，所述方法包括将加合化合物引入到所述蒸馏 设备中，以与杂质化合物在所述蒸馏设备中结合。
6.一种用于将根据权利要求1-5中任一项所述的方法蒸馏的环氧乙烷转化成1，2_ 二 醇、1，2- 二醇醚、1，2-碳酸酯或烷醇胺的方法。
7.一种用于蒸馏环氧乙烷的系统，所述系统包括 热交换器；和蒸馏设备，所述蒸馏设备可操作连接到所述热交换器上，其中所述热交换器加热进料 流，所述进料流进入在所述蒸馏设备的第一分离级下面的所述蒸馏设备的基部，并且其中 所述蒸馏设备包括 顶部离开流；侧取出部，所述侧取出部位于所述蒸馏设备的顶部和底部之间，其中环氧乙烷流作为 侧流在所述侧取出部被移出；和底部离开流，其中所述底部离开流与二醇反应器直接连接。
8.权利要求7所述的系统，其中所述蒸馏设备具有八十六(86)个分离级并且所述侧取 出部位于在分离级七十五(75)至八十六(86)的范围内的一个分离级处。
9.权利要求7所述的系统，其中所述蒸馏设备的顶部部分处于约三十五(35)摄氏度的温度。
10.权利要求9所述的系统，其中所述蒸馏设备的基部部分处于约九十五(95)至约 一百(100)摄氏度的范围内的温度。
11.权利要求10所述的系统，其中所述蒸馏设备的第一分离级处于约四十八(48)至约 五十(50)摄氏度的范围内的温度。
12.权利要求7所述的系统，其中所述进料流包括基于其重量，按重量计约百分之五 (5)至约百分之二十(20)的范围内的环氧乙烷。
13.权利要求7所述的系统，其中所述进料流包括按重量计在约百万分之一(1)至约 百万分之一百(100)份的范围内的醛。
14.权利要求13所述的系统，其中所述底部离开流包括醛富集的馏分，基于所述醛富集的馏分的总重量，所述醛富集的馏分具有按重量计在约百分之七(7)至约百分之二十 (20)的范围内的环氧乙烷和按重量计在约百分之八十(80)至约百分之九十三(93)的范围 内的水。
15.权利要求7所述的系统，其中所述蒸馏设备在蒸馏设备的底部部分中具有结构化 填料和1至5块塔板，所述结构化填料具有所需要的约五十个分离级的等效高度。
16.前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述蒸馏设备包括在所述蒸馏设备的 上部部分中通往所述蒸馏设备的加合化合物进口。
17.一种方法，所述方法包括在蒸馏设备中蒸馏包括环氧乙烷的进料流以产生杂质馏分和醛富集的馏分，其中基于 所述醛富集的馏分的总重量，所述醛富集的馏分包括按重量计在约百分之七(7)至约百 分之二十(20)的范围内的环氧乙烷和按重量计在约百分之八十(80)至约百分之九十三 (93)的范围内的水；和将所述醛富集的馏分在没有进一步处理的情况下进料至二醇反应器。
18.权利要求17所述的方法，其中蒸馏所述进料流产生至少99.7重量％纯度的环氧乙 烷流。
19.权利要求17-18中任一项所述的方法，其中所述醛富集的馏分还包括为所述进料 流中的醛的1.3倍量的醛。
20.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括使在所述醛富集的馏分 中的环氧乙烷和水反应以制备单乙二醇、二甘醇和三甘醇。
全文摘要
用于纯化环氧乙烷的方法和系统，包括将包含环氧乙烷的进料流(106)引入到热交换器(102)中以加热进料流，将加热的进料流在第一级下面进料到蒸馏设备(104)基部，从蒸馏设备中将杂质馏分作为来自位于蒸馏设备(104)上的顶取出部的蒸馏设备(104)的顶部离开流(116)移出，从蒸馏设备(104)中将基于环氧乙烷流的总重量为99.7重量％纯度的来自蒸馏设备的环氧乙烷流移出，以及从蒸馏设备(104)中将醛富集的馏分作为来自蒸馏设备(104)的底部流(122)移出，其中将所述醛富集的馏分直接进料到二醇反应器(123)。
文档编号B01D3/42GK102137700SQ200980129852
公开日2011年7月27日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年7月31日
发明者伯尼·B·奥斯本, 克拉伦斯·P·斯特德维泽, 加里·L·卡尔普, 哈维·E·安德烈森, 安德鲁·阿迪, 张丽萍, 斯蒂文·R·奥斯本, 约翰·P·德弗, 迈克尔·L·哈钦森, 迈克尔·哈本舒斯 申请人:陶氏技术投资有限公司