联合的制备和分离方法

专利名称：联合的制备和分离方法
技术领域：
本发明涉及联合的制备和分离方法。

背景技术：
在化学工业中，可获得多种分离技术来分离在气态混合物内的两种或更多种组分。这种分离技术的实例是本领域已知的，且可在例如John Wiley & Sons，inc.1999出版的W.Seider等人的“Process DesignPrinciples”的第5.7章中找到。
最常用的技术是蒸馏。但蒸馏技术的缺点是消耗大量能量来分离混合物内的那些化合物。
可使用的另一技术是利用气体渗透的膜分离。此处的气体混合物被压缩到高压并与无孔膜接触。渗透物通过膜并在低压下排放，而渗余物不通过膜且维持在原料的高压下。在US-A-5435836和US-A-6395243中描述了这种膜分离方法的实例。在涉及利用膜分离气体的这些方法中，气体分子为了通过膜需要与膜相互作用。但这要求在膜上在膜的渗余侧和渗透侧之间施加高的压差。由于要求压差，因此这种膜技术仍然要求相当大量的能量和昂贵的设备来维持压差，例如利用真空或者压力泵来进行，即使使用高的吹扫流量和高选择性膜也是如此。
追溯至1924年的US-A-1496757描述了分离气体的方法，该方法包括使气体扩散通过扩散隔板(partition)，利用吹扫物料从隔板上除去扩散通过的气体，并从扩散通过的气体中除去吹扫物料。据说该方法基于反复分级扩散原理来操作。这一方法与以上所述的涉及膜的分离方法的区别在于下述事实不存在或者几乎不存在任何压差，同时通过与连续加入到一个腔室中并通过多孔隔板层逆流扩散的吹扫气体组分的摩擦扩散来控制传质。因此这一方法不要求使用昂贵的选择性可渗透膜。
最近，M.Geboers在其文章“FricDiffA novel concept for theseparation of azeotropic mixtures”，OSPT Process Technology，小型广告形式的PhD项目National Research School in ProcessTechnology OSPT(2003)出版第139页中描述了通过使之与CO2相互扩散分离2-丙醇(IPA)和水的共沸蒸汽混合物的方法。在随后的步骤中，通过冷凝进行2-丙醇和CO2的分离。
这一方法的缺点是要求从CO2物流中分离产物，和如果在工业规模上应用的话，则要求大的吹扫气体物流。
因此，仍然可通过与制备方法联合来改进所述基于扩散的分离方法的应用。因此本发明提供联合的分离和制备方法。


发明内容
因此，本发明提供联合的制备和分离方法，该方法包括制备工艺，其中产生副产物；和气体分离工艺，其中通过使第一组分经多孔隔板扩散进入吹扫组分的物流内，使第一组分从组分混合物中分离出来；其中在制备工艺中产生的副产物随后在分离工艺中用作吹扫组分。
通过使用制备工艺的副产物作为随后的分离工艺中的吹扫组分，对该副产物的应用更加有效，并获得有利的联合分离和制备工艺。可避免“单独”的吹扫组分，这是因为制备工艺的副产物可用作吹扫组分。
本发明的方法在其中第一组分从中分离的组分混合物是共沸混合物的工艺中是特别有利的，这是因为分离这种共沸混合物的常规蒸馏技术的成本过高。
本发明还提供其中可以进行上述方法的工业装置。



图1是本发明的分离单元的示意图。
图2是对比例1的结构的示意图。
图3是实施例2的结构的示意图。

具体实施例方式 联合的制备和分离方法应理解为其中在分离工艺中涉及的一种或多种组分也是在制备工艺中涉及的组分的方法。在本发明的方法中，在分离工艺中作为吹扫组分所使用的组分在制备工艺中用作原料组分。
气体分离工艺应理解为在这一分离工艺过程中，至少一部分第一组分、各组分的混合物和吹扫组分在分离工艺过程中处于气态。更优选地，至少50wt％的第一组分、各组分的混合物和吹扫组分为气态，优选至少80wt％和甚至更优选范围为90-100wt％为气态。最优选在分离工艺过程中，所有组分均完全为气态。在环境温度(25℃)和压力(1bar)下通常为液态的组分，例如通过升高温度或者降低压力可蒸发成气态，之后扩散通过多孔隔板。因此在气体分离工艺过程中的扩散优选为气体扩散。
在不希望受任何一种理论束缚的情况下，据认为在分离工艺过程中第一组分通过多孔隔板的扩散是基于所谓的摩擦扩散原理。据认为这一摩擦扩散是由于一种组分与一种或多种其它组分相比的扩散速度差的缘故。同样如US-A-1496757中所解释的，与具有较慢扩散速度的组分相比，具有较快扩散速度的组分将更快通过多孔隔板。可通过吹扫组分物流来除去较快组分，从而导致该较快的第一组分与其余组分分离。以上较快组分应理解为与较慢组分相比与吹扫组分一起具有较高的二元扩散系数的组分。
吹扫组分应理解为能吹扫走已经扩散通过多孔隔板的第一组分的组分。它可以是本领域技术人员已知适合于这一目的的任何组分。优选地，使用在进行分离工艺的温度和压力下至少部分为气态的组分。更优选地，使用在进行分离工艺的温度和压力下几乎完全和优选完全为气态的吹扫组分。对于实际目的来说，经常在进行本发明的同时使用在大气压(1bar)下沸点范围为-200到500℃的吹扫组分。更优选使用在大气压(1bar)下吹扫组分沸点范围为-200℃到200℃的吹扫组分。可用作吹扫组分的组分实例包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、水、氧气、氧化物、含氮化合物、烷烃、烯烃、链烷醇、芳烃、酮。
通过多孔隔板分离混合物和吹扫组分，其中第一组分通过所述多孔隔板从混合物扩散到吹扫组分物流内。
多孔隔板可由本领域技术人员已知适合用于与反应物接触的工艺中的任何多孔材料制造。多孔隔板可由通过例如吸附或吸收作用有助于组分分离的多孔材料制造，条件是扩散分离占主导。
根据M Stanoevic，Review of membrane contactors designs andapplications of different modules in industry(膜接触器设计和不同组件在工业中的应用综述)，FME Transactions(2003)31，91-98，在两个本体相之间设置的膜相在膜工艺中能控制在两个本体相之间的传质。与该膜不同的是，本发明的多孔隔板层设定在两个本体相之间，但原则上不能控制所涉及的任何物质的传质。因此它除了提供孔隙以外，基本不与待分离的物质相互作用，仅仅起到避免两个本体相混合的作用，这与膜分离不同。
因此，本发明的多孔隔板基本不是选择性可渗透膜。膜是允许一些化合物通过同时有效地阻止其它化合物通过的阻挡层，因此由化合物的尺寸或特殊性质决定半渗透阻挡层的通量。在气体分离技术中所使用的膜例如是在US-A-5843209中所公开的那些。膜选择性控制在各相或环境之间的质量传递。
与这种膜不同，多孔隔板是允许所有组分流动但相对扩散速度不同的阻挡层。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据认为在多孔隔板中，通过利用连续加入到一个腔室中并离开另一腔室和逆流扩散通过多孔隔板层的吹扫气体组分的摩擦扩散来控制质量传递。
优选地，用于多孔隔板的材料对分离工艺中所使用的组分基本为惰性或者为惰性。在实践中，可常常在使用滤布、金属、塑料、纸张、砂床、沸石、泡沫体或其组合作为多孔隔板用材料的同时进行本发明。实例包括网形金属，例如网形不锈钢、网形铜、网形铁；织造金属，例如织造铜、织造不锈钢；棉、毛、亚麻；多孔塑料，例如多孔PP、PE或PS。在优选的实施方案中，由织造或网形不锈钢制备多孔隔板。
式I给出了通过多孔隔板层的对流体积流量(m3/s)(假设层流或泊肃叶流) 其中ε代表孔隙率(被孔隙覆盖的表面积分数)，dp代表孔径，δ代表多孔层的厚度，和ΔP代表通过多孔层的压降以及气体的物理性能(粘度和密度)。
优选的多孔材料应当具有高的孔隙率(ε)，以便最大化有用表面积。优选的多孔层的孔隙率大于0.5，优选大于0.9，仍更优选大于0.93。
多孔层的厚度优选尽可能低。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据认为扩散速度与多孔层的厚度成反比，因此多孔层所要求的表面积与厚度成正比。
多孔隔板的厚度可在宽范围内变化，且可例如是从厚度为大于或等于1米的隔板变化到厚度大于或等于1纳米的隔板。对于实际目的来说，可常常使用厚度范围为0.0001-1000mm的多孔隔板进行本发明，更优选范围为0.01-100mm，和仍更优选范围为0.1-10mm。优选的多孔层的厚度范围为0.5-1.5mm，优选范围为0.8-1.2mm，和更优选范围为0.9-1.1mm。
在多孔隔板内所使用的孔隙的数量、尺寸和形状可在宽范围内变化。在多孔隔板内所使用的孔隙的形状可以是本领域技术人员已知的适合于这一目的的任何形状。孔隙可以例如具有形状为狭缝、正方形、椭圆形或圆形的截面。或者截面可具有不规则形状。对于实际的目的来说，可常常使用截面形状为圆形的孔隙进行本发明。孔隙的截面直径可在宽范围内变化。此外，对于所有孔隙来说，不需要具有相同的直径。对于实际的目的来说，可常常使用具有范围为1纳米-10毫米的截面“最短”直径的孔隙来进行本发明。“最短”直径应理解为在孔隙的截面内的最短距离。优选地，这一直径位于20纳米-2毫米范围内，更优选0.1-1000微米，更优选范围为10-100微米。
优选地，在该材料内的孔隙(dp)应当相对小，以防止对流流动。确切的尺寸和比例取决于多孔层的厚度(Δ)和穿过多孔层的压降(ΔP)以及气体的物理性能(粘度和密度)。
具有小的直径例如范围为0.1-100纳米的孔隙的优点是更容易控制压差。具有大的直径例如范围为100-1000纳米的孔隙的优点是可获得更好的分离。例如在穿过多孔隔板约10Pa的压降(ΔP)下，孔隙的直径应当低于10微米，以便防止与所需的扩散流动相比明显的对流流动。在1Pa的压降(ΔP)下，应当优选直径为30微米的孔隙。但应当选择压降和孔径，其方式应避开努森扩散区域。
应理解不同气体经多孔层的相对扩散速度取决于其二元扩散系数的相对大小，且不取决于或者仅仅在较小的程度上取决于多孔材料的性能。
此外，孔隙的迂回度可在宽范围内变化，也就是说，它们的弯曲度可在宽范围内变化。但优选孔隙笔直或基本笔直，且迂回度范围为1-5，更优选范围为1-3。
在多孔隔板内所使用的孔隙的数量也可在宽范围内变化。优选地，多孔隔板总面积的1.0-99.9％是孔的面积，更优选40-99％和甚至更优选隔板总面积的70-95％是孔的面积。孔的面积应理解为孔隙的总表面积。对于实际目的来说，可常常使用下述孔隙数量和孔径进行本发明，以便在隔板内的孔隙的总表面积与组分混合物的气体体积之比位于0.01-100000m2/m3范围内，优选为1-1000m2/m3范围内。
在吹扫组分物流的流动方向上多孔隔板的长度也可在宽范围内变化。当该层的长度增加时，分离的建造成本以及分离程度二者均增加。对于实际目的来说，可常常使用沿着吹扫组分流动方向的长度在0.01-500米范围内、更优选在0.1-10米范围内的多孔隔板进行本发明。
吹扫组分和/或组分混合物在分离单元内的停留时间可在宽范围内变化。对于实际目的来说，可常常使用范围为1分钟-5小时的吹扫组分和/或组分混合物在分离单元内的停留时间进行本发明。优选地，使用范围为0.5-1.5小时的停留时间。
在本发明方法中所使用的吹扫组分的速度可在宽范围内变化。对于实际目的来说，可常常使用范围为1-10000m/h、优选范围为3-3000m/h和更优选范围为10-1000m/h的吹扫组分速度进行本发明。如果不是固定的话，对于组分混合物可使用类似的速度。
第一组分通过多孔隔板的扩散通量可在宽范围内变化。对于实际目的来说，可常常在0.03-30kg/m2/h范围内的第一组分通过多孔隔板的扩散通量进行本发明，优选范围为0.1-10kg/m2/h，和更优选范围为0.5-1.5kg/m2/h。
对于实际目的来说，当开始分离工艺时，基于存在于组分混合物内的第一组分的总量，可常常通过从组分混合物中除去10-100wt％的第一组分进行本发明。更优选在分离工艺过程中，从组分混合物中除去至少30wt％和更优选至少50wt％存在于该混合物内的第一组分。当开始分离工艺时，基于存在于组分混合物内的第一组分的总量，甚至更优选在分离工艺过程中从组分混合物中除去范围为70-100wt％的第一组分。特别地，当从组分混合物中除去高百分数例如范围为70-100wt％的第一组分时，其它组分也可能从组分混合物中扩散到吹扫组分物流内。当这些其它组分共同扩散时，它们可在附加的中间步骤中除去，之后进入制备工艺；或者替代地，在随后的制备工艺过程中，这些其它共同扩散的组分可保留在与吹扫组分和/或与扩散通过的第一组分的混合物内。可利用泄放(bleed)物流在随后的制备工艺过程中除去这些其它共同扩散的组分。
在另一实施方案中，本发明的分离工艺可结合附加的分离工艺，其中包括常规的蒸馏和/或膜分离。附加的分离工艺可例如用于从吹扫组分和第一组分的混合物中除去其它共同扩散的组分。或者在除去第一组分之前或之后，可使用附加的分离工艺从组分混合物中除去其它组分。此外，可使用附加的分离工艺，从其中已经从中除去至少一部分第一组分的组分混合物中进一步除去第一组分。
可通过经多孔隔板扩散到吹扫组分的物流内从静态混合物中分离第一组分。但优选使用分离工艺，其中通过使第一组分在多孔隔板的一侧经该多孔隔板扩散到多孔隔板另一侧的吹扫组分物流内，从而使第一组分从组分混合物的物流中分离出来。可并流或逆流进行该分离工艺。但优选在组分混合物的物流和吹扫组分的物流相对于彼此逆流流动的同时进行这一分离工艺。该分离工艺可连续、半间歇或间歇地进行。优选该分离工艺连续进行。
吹扫组分物流的流量可在宽范围内变化。对于实际目的来说，可常常使用范围为0.01-300kmol/h、更优选范围为0.1-100kmol/h的吹扫组分物流的流量进行本发明。组分混合物的任何物流的流量(如果不是静态的话)也可在宽范围内变化。对于实际的目的来说，常常可使用范围为0.01-300kmol/h、更优选范围为0.1-100kmol/h的吹扫组分物流的流量进行本发明。
在分离工艺过程中所采用的温度可在宽范围内变化。优选选择该温度，以便在扩散工艺过程中所有组分完全为气态。更优选在分离工艺中的温度与在制备工艺中的温度相同。对于实际的目的来说，可常常使用范围为0-500℃、优选范围为0-250℃和更优选范围为15-200℃的温度进行本发明。
所采用的压力可在宽范围内变化。优选选择该压力，以便在扩散工艺过程中所有组分完全为气态。更优选在分离工艺中的压力与在制备工艺中的压力相同。对于实际目的来说，可常常使用范围为0.01-200bar(1×103-200×105Pa)、优选范围为0.1-50bar的压力进行本发明。例如，可在大气压(1atm，即1.01325bar)下进行分离工艺。
独立于所采用的总压力，在多孔隔板上的压差维持尽可能小，即在多孔隔板两侧的压力基本相等，例如压差范围为0.0001-0.1bar，条件是与因为压差大使物质运动导致的任何分离相比，扩散分离占主导。压差优选在0.0001-0.01bar范围内，更优选在0.0001-0.001bar范围内，仍更优选在0.0001-0.0001范围内，和最优选在0.0001-0.0005bar范围内。因此，在多孔隔板两侧的压力被视为几乎相等或者基本相等。
这优选通过向体系内添加压力平衡设备例如通过提供允许将两种流体物流之一的压力峰值传递给另一种流体的柔性隔膜来实现。
可在本领域技术人员已知的适合于这一目的的任何装置内进行分离工艺。例如，可使用诸如在US-A-1496757中例举的分离单元。优选地，使用适合于通过第一组分经多孔隔板扩散到吹扫组分的物流内而使第一组分从组分混合物中分离出来的分离单元，所述分离单元包括 -第一腔室； -通过多孔隔板与第一腔室分隔的第二腔室； -将组分混合物输送到第一腔室中的第一入口； -在至少一部分第一组分已经从第一腔室中除去之后，排放剩余组分混合物的第一出口； -输送吹扫组分到第二腔室内的第二入口； -将吹扫组分和已扩散的第一组分的混合物从第二腔室中排放的第二出口。
可按照多种方式设置第一和第二腔室。在优选的实施方案中，通过管道的内部空间形成一个腔室，和通过围绕这一管道的优选环形的空间形成另一腔室。
这一实施方案被视为新的，因此本发明进一步提供分离单元，它适合于通过使第一组分经多孔隔板扩散到吹扫组分的物流内而使第一组分从组分混合物中分离出来，所述分离单元包括 -外部管道；和 -内部管道，所述内部管道具有多孔壁，和所述内部管道设置在外部管道内，以便第一空间存在于内部管道内，和第二空间存在于内部管道的外表面和外部管道的内表面之间；和 -输送流体到第一空间内的第一入口；和 -从第一空间排放流体的第一出口；和 -输送流体到第二空间内的第二入口；和 -从第二空间排放流体的第二出口。
流体各自独立地优选至少50wt％为气态，更优选至少80wt％，和甚至更优选为90-100wt％。最优选流体几乎完全或者完全为气态。
此外，内部管道和外部管道优选基本同轴设置。第一空间可以用作第一腔室或者用作第二腔室，和第二空间可以分别用作第二腔室或用作第一腔室。第一以及第二空间二者可具有多个入口和出口。优选存在于内部管道内的第一空间具有仅仅一个入口和仅仅一个出口。第二空间优选具有两个或更多个、优选2-100个入口和/或出口或者为环形狭缝形状的入口和/或出口。
内部管道可基本同心地设置在外部管道内，以便内部管道的中心轴基本平行于外部管道的中心轴设置。但优选内部管道在外部管道内基本同心地设置，以便内部管道的中心轴基本与外部管道的中心轴重合。
管道的截面可具有本领域技术人员已知合适的任何形状。例如，所述管道可彼此独立地具有正方形、矩形、圆形或椭圆形的截面形状。优选管道截面基本为圆形。
在不同的优选实施方案中，通过由多孔材料的板或片材的层叠件形成的多孔隔板分隔第一和第二腔室。在这些层叠件中，至少两个板即含多孔隔板材料的上部板和下部板彼此层置，其方式提供在一端封闭而在另一端与开放空间流体连通的中间隔室。在含有两层以上的层叠件中，在每一中间隔室相邻侧上的开口交替封闭。因此，层叠件将以上所述的第一腔室和第二腔室隔开，同时各腔室至少部分由该层叠件形成。含多孔隔板材料的板可以是任何合适的形状，例如矩形；它们可以是均匀的形状和尺寸，或者不均匀。优选后者，这是因为这样板的一侧比另一侧长，因此流动较快的气体流通过较短的距离，从而降低压降。
典型地通过间隔件或偏置(offset)和支持多孔隔板的结构确定所述隔室。间隔件以及与其相连的多孔隔板材料一起确定中间隔室，所述中间隔室可充当渗余或吹扫隔室。也可方便地通过使用用于吹扫气体和原料气体的隔室的不同间隔件来调节压降。
相邻隔室具有在其间设置的多孔隔板，其形状为层叠的板状或者片状结构，从而为两种流体物流提供具有大的表面的流动路径。渗余和吹扫隔室的组件可以是交替的顺序或者满足设计和性能要求所必须的任意不同设置。典型地通过在一端密封和在相对端与另一隔室流体连通，从而使层叠件设置毗连(border)。
将隔室合适地置于分离器容器内，以便它们与一个流体物流流体相连，同时它们对各自相对的流体物流密封，从而分离这两个流体原料物流。这两个流体物流的原料优选以交叉流设置进料到分离器容器的交替侧，即以彼此垂直流动或者交叉流动的方向进入。这起到引起流动无序(即非共线性流动)的作用，以便它们可以更容易地进料到容器的流体入口和出口开口。
合适的分离装置包括容器，所述容器包括邻近该容器一侧设置的第一流体入口开口和邻近该容器相对侧设置的第一流体出口开口；邻近该容器一侧设置的第二流体入口开口和邻近该容器相对侧设置的第二流体出口开口，其中分别设置第一和第二入口与出口，其方式使得在第一入口处进入容器并在第一出口处离开容器的第一流体物流与在第二入口处进入容器并在第二出口处离开容器的第二流体物流的流动方向基本彼此垂直；和其中在两个流体之间的多孔隔板包括对第一流体物流密封而与第二流体物流流体相连的板状结构的层叠件，从而形成至少部分由多孔材料的上部板和下部板确定且至少部分设置在该多孔材料的上部板和下部板之间的第一物流的外部流动空间，和至少部分由所述上部板和下部板的相对侧确定且至少部分设置在所述上部板和下部板的相对侧之间的第二物流的内部流动空间，以防止流体从外部流动空间流到内部流动空间。使用层叠分离装置的优点是，在交叉流中，许多平行的隔室与原料物流和吹扫气体物流交替相连，于是在相对紧凑的布局中提供大的表面。
通过实例参考图1描述本发明。图1是本发明的分离单元的三维示意图。图1描述了具有外部管道(101)和内部管道(102)的分离单元，所述内部管道在外部管道内同轴设置，以便 第一空间(103)存在于内部管道(102)内，和 第二空间(104)存在于内部管道(102)的外表面和外部管道(101)的内表面之间；和 包括进入第一空间的入口(105)和离开第一空间的出口(106)；和进入第二空间的入口(107)和离开第二空间的出口(108)； 其中内部管道具有多孔壁(109)。
在进一步优选的实施方案中，在含有多个分离单元的分离装置内进行分离工艺。优选每个分离装置含有范围为2-100000、更优选范围为100-10000个分离单元。这种分离装置被视为新的，因此本发明还提供一种分离装置，所述分离装置包括适合于通过使第一组分经多孔隔板扩散到吹扫组分的物流内而使第一组分从组分混合物中分离出来的两个或更多个分离单元，其中每一分离单元可包括 -第一腔室； -通过多孔隔板与第一腔室分隔的第二腔室； -将组分混合物输送到第一腔室中的第一入口； -在至少一部分第一组分已经从第一腔室中除去之后，排放剩余组分混合物的第一出口； -输送吹扫组分到第二腔室内的第二入口； -将吹扫组分和已扩散的第一组分的混合物从第二腔室中排放的第二出口。
分离单元可在分离装置中以本领域技术人员已知适合于这一目的的任何方式设置。优选地，可在分离装置内顺序或彼此平行地设置分离单元。分离单元可以例如顺序地以成排的方式设置。若使用这种成排顺序设置的分离单元，则优选通过组分混合物或吹扫组分各自的中间物流补偿在任何一侧上的任何压力损失。
在有利的实施方案中，两个或更多个分离单元的第一或第二腔室重合在一起，以便两个或更多个分离单元共用相同的第一或第二腔室。
例如，本发明提供多管式分离装置，其包括 -基本垂直延伸的容器， -具有多孔壁的多根管道，所述管道在所述容器内与所述容器的中心纵轴平行设置，其中所述管道上端固定到上部管板上并与上部管板上方的顶部流体腔室流体连通和下端固定到下部管板上并与在下部管板下方的底部流体腔室流体连通， -供应第一流体到顶部流体腔室中的供应设备，和 -设置在底部流体腔室内的流出液出口； -供应第二流体到上部管板、下部管板、管道外表面和容器壁之间的空间中的供应设备；和 -离开管道外表面和容器壁之间的这一空间的流出液出口。
流体各自独立地优选至少50wt％为气态，更优选至少80wt％，和甚至更优选为90-100wt％。最优选流体几乎完全或者完全为气态。
组分混合物可以例如供应到管道内部的空间中或者管道外表面和容器壁内表面之间的空间中；和吹扫气体可以分别供应到管道外表面和容器壁内表面之间的空间中或管道内部的空间内。
在制备工艺中，可使一种或多种反应物反应成为一种或多种产物和至少一种副产物。反应应理解为吹扫组分发生了化学变化。例如，可将吹扫组分化学分裂为两个或更多个单独的产物或者吹扫组分可以与一种或多种其它组分反应成为一种或多种产物。可能的反应的实例包括但不限于水合、脱水、氢化和脱氢、氧化、水解、酯化、胺化、碳化、羰基化、羧基化、脱硫、脱胺、缩合、加成、聚合、取代、消除、重排、歧化、酸-碱反应、调聚反应、异构化、卤化、脱卤化和硝化反应。所采用的反应条件可在宽范围内变化，且可以是本领域技术人员已知的适合于这一反应的那些反应条件。在实践中，可常常在范围为-100到500℃、更优选范围为0-300℃的温度下和范围为0.0001-100bar、更优选范围为1-50bar的压力下进行本发明。可使用本领域技术人员已知适合于这一反应的任何类型的反应器。反应器类型的实例包括连续搅拌的反应器、淤浆反应器或管状反应器。
可任选在催化剂存在下进行制备工艺中的一个或多个反应。可使用本领域技术人员已知的适合于所采用的特定反应的任何催化剂。这种催化剂可以是均相或非均相催化剂，且可以例如存在于溶液、淤浆内或者存在于固定床内。可在分离单元内除去催化剂。
本发明方法中的步骤可以各自按照连续、半间歇或间歇的方式进行。例如，可按照连续或半间歇的方式进行分离工艺，而随后的制备工艺可按照间歇的方式进行。在优选的实施方案中，所有步骤按照连续的方式进行。因此，本发明还提供其中这一方法是连续的本发明方法。
优选在工业装置中进行联合的分离和制备工艺，所述工业装置包括 -分离装置，其包括适合于通过使第一组分经多孔隔板扩散到吹扫组分物流内而使第一组分从组分混合物中分离出来的一个或多个分离单元，所述分离单元包括一个或多个第一腔室、通过多孔隔板与一个或多个第一腔室分隔的一个或多个第二腔室、一个或多个入口及一个或多个出口， -一个或多个反应器，所述反应器包括一个或多个入口及一个或多个出口，其中至少一个出口包括反应副产物的物流，其中一个或多个制备单元的这一副产物出口与一个或多个分离单元的一个或多个入口直接或间接相连。
在优选的实施方案中，联合的制备和分离工艺包括下述步骤 a)使一种或多种反应物反应，以获得含产物、至少一种副产物和至少一种污染物的反应混合物； b)使副产物从反应混合物中分离出来，以获得副产物与含产物和至少一种污染物的混合物； c)通过使污染物经多孔隔板扩散到副产物的物流内，从产物和污染物的混合物中气体分离污染物，以获得污染物和副产物的混合物的物流与纯化产物的物流。
任选地，在步骤c)中获得的产物可进一步通过例如蒸馏方法来纯化。
在这一工艺中，可如以上针对制备工艺所述进行步骤a)，和可以如以上针对分离工艺所述进行步骤c)。
可通过本领域技术人员已知的适合于这一目的的任何方式进行步骤b)中的分离。优选的方法包括气液分离和蒸馏。
在进一步优选的实施方案中，联合的制备和分别方法包括下述步骤 a)使一种或多种反应物反应，以获得含产物、至少一种未反应的反应物、至少一种副产物和至少一种污染物的反应混合物； b)分离反应混合物，以获得副产物的物流、未反应的反应物和污染物的混合物的物流与纯化的产物的物流； c)通过使污染物经多孔隔板扩散到副产物的物流内，从至少一部分未反应的反应物和污染物的混合物中气体分离污染物，以获得污染物和副产物的混合物的物流与纯化的未反应的反应物的物流。
任选地，在步骤b)中获得的产物和步骤c)中获得的未反应的反应物可通过例如蒸馏方法进一步纯化。
在这一方法中，可如以上针对制备工艺所述进行步骤a)，和如以上针对分离工艺所述进行步骤c)。
其中未反应的反应物可被纯化的如上所述的方法，可有利地用于其中未反应的反应物循环到反应中的联合制备和分离工艺中。常规地，通过泄放物流除去在这一未反应的反应物的循环物流内的污染物。通过采用本发明的方法从这一未反应的反应物中除去污染物，有利地可以使用较小的泄放物流。进入分离单元内的未反应的反应物和污染物的物流可以是步骤b)中获得的未反应的反应物和污染物的混合物的一部分或者可以是步骤b)中获得的混合物的全部。当只有一部分在步骤b)中获得的未反应的反应物和污染物的混合物在步骤c)中分离时，这一部分优选为步骤b)中分离的全部混合物的0.1-50wt％，更优选为0.1-30wt％。在步骤c)中只使用一部分在步骤b)中获得的未反应的反应物和污染物的混合物的优点是可以使用小的分离单元。该小的分离单元可容易地结合到已经存在的工业装置内。在步骤c)中使用全部在步骤b)中获得的未反应的反应物和污染物的混合物的优点是可除去更多的污染物和可进一步减少泄放物流。
本发明的方法可在宽范围内应用。例如，该方法可用于制备环氧烷的方法中，其中烯烃与被惰性气体污染的氧气反应，和其中二氧化碳作为副产物制备。
因此本发明还提供制备环氧烷的方法，该方法包括下述步骤 a)使烯烃与被惰性气体污染的氧气反应，以获得含环氧烷、未反应的烯烃、二氧化碳和惰性气体的反应混合物； b)分离反应混合物，以获得二氧化碳的物流、烯烃和惰性气体的混合物的物流及纯化的环氧烷的物流； c)通过使惰性气体经多孔隔板扩散到二氧化碳物流内从至少一部分未反应的烯烃和惰性气体的混合物中气体分离惰性气体，以获得惰性气体和二氧化碳的混合物的物流及纯化的烯烃的物流。
优选地，烯烃是具有2-10个碳原子的烯烃。优选的实例包括乙烯、丙烯、丁烯类和戊烯类。优选地，可使用本发明的方法制备具有2-10个碳原子的相应环氧烷。优选的实例包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷类和环氧戊烷类。另外，可将烯烃的混合物转化成相应环氧烷的混合物。最优选其中乙烯或丙烯或其混合物转化成环氧乙烷、环氧丙烷或其混合物的方法。除上述以外，视需要，还可使用进一步的稀释剂气体，例如甲烷。正如在US-A-5519152中所例举的，可以使用这种稀释剂气体。除以上所述的以外，还可在本发明的方法中使用均相或非均相催化剂。
在这一方法中二氧化碳作为副产物制备。惰性气体可以是例如氮气或氩气。优选惰性气体是氩气。
在另一方法中，烷烃可用作吹扫气体，因此本发明还提供一种方法，该方法包括通过使氢气经多孔隔板扩散到烷烃物流内而从氢气、甲烷和二氧化碳的混合物中气体分离氢气，以获得烷烃和氢气的混合物以及甲烷和二氧化碳的纯化混合物。
优选地，这种烷烃具有2-10个碳原子。这种烷烃的优选实例包括乙烷、丙烷和丁烷类。
通过下述非限制性实施例阐述本发明。
对比例1 在对比例中，通过使乙烯与被氩气污染的氧气反应制备环氧乙烷(EO)。在反应之后，将反应混合物输送到分离器中，在此利用吸收差分离混合物，其中反应混合物被分离成富环氧乙烷的物流和乙烯循环物流。乙烯循环物流进一步包括副产物二氧化碳和污染物氩气。泄放物流离开该工艺，以避免氩气积累。图2描述了这一方法。
利用计算机模型模拟这一方法。在这一计算机模型中，设置该方法中的物流，以便离开该工艺的泄放物流包括3.5kmol/h的氩气。在这一情况下，发现泄放物流还包括8.5kmol/h的乙烯。将甲烷添加到该工艺中作为稀释剂。利用计算机模型模拟这一工艺，得到表1中概述的泄放物流 表1如图2所示的对比例1中的泄放物流的组成 实施例2 在本发明方法的实施例中，如上面针对实施例1所述进行环氧乙烷的制备，所不同的是在本发明的气体分离单元内进一步分离泄放物流，其中通过使氩气经多孔隔板扩散到二氧化碳物流内而除去氩气。
图3描述了这一方法。
利用计算机模型模拟这一方法。在这一计算机模型中，在约35℃的温度下和约1bar的压力下进行气体分离；气体分离器的长度为1.53m和多孔隔板的厚度为1mm；和在多孔隔板内孔隙的总表面积相对于气体体积为100m2/m3。离开对比例1的方法的二氧化碳物流(纯的，450kmol/h)现被逆流进料到含有氩气的泄放物流内。结果是新的泄放物流(4)和氩气浓度比前一泄放物流(1)更低的新的循环物流(2)。设置各物流，以便离开该方法的新的泄放物流(4)包括3.5kmol/h的氩气。在此情况下，新的泄放物流包括7.8kmol/h乙烯，正如表2所示。表3和4中概述了图3所示的其余物流的流量。
表2在实施例2中新的泄放物流(4)的组成 表3针对实施例2，图3所示的流量 表4针对实施例2，新的循环物流(2)的组成 可以看出，通过使用本发明的气体分离，可使泄放物流内乙烷的损失从8.5kmol/h降低到7.8kmol/h。
权利要求
1.联合的制备和分离方法，该方法包括制备工艺，其中产生副产物；和气体分离工艺，其中通过使第一组分经多孔隔板扩散进入吹扫组分的物流内，使第一组分从组分混合物中分离出来；其中在制备工艺中产生的副产物随后在分离工艺中用作吹扫组分。
2.权利要求1的方法，其中在多孔隔板两侧上的压力基本相等。
3.权利要求1或2的方法，它包括下述步骤
a)使一种或多种反应物反应，以获得含产物、至少一种副产物和至少一种污染物的反应混合物；
b)使副产物从反应混合物中分离出来，以获得副产物与含产物和至少一种污染物的混合物；
c)通过使污染物经多孔隔板扩散到副产物的物流内，从产物和污染物的混合物中气体分离污染物，以获得污染物和副产物的混合物的物流与纯化产物的物流。
4.权利要求1或2的方法，它包括下述步骤
a)使一种或多种反应物反应，以获得含产物、至少一种未反应的反应物、至少一种副产物和至少一种污染物的反应混合物；
b)分离反应混合物，以获得副产物的物流、未反应的反应物和污染物的混合物的物流与纯化产物的物流；
c)通过使污染物经多孔隔板扩散到副产物的物流内，从至少一部分未反应的反应物和污染物的混合物中气体分离污染物，以获得污染物和副产物的混合物的物流及纯化的未反应的反应物的物流。
5.权利要求4的方法，该方法包括下述步骤
a)使烯烃与被惰性气体污染的氧气反应，以获得含环氧烷、未反应的烯烃、二氧化碳和惰性气体的反应混合物；
b)分离反应混合物，以获得二氧化碳的物流、烯烃和惰性气体的混合物的物流及纯化的环氧烷的物流；
c)通过使惰性气体经多孔隔板扩散到二氧化碳的物流内，从至少一部分未反应的烯烃和惰性气体的混合物中气体分离惰性气体，以获得惰性气体和二氧化碳的混合物的物流及纯化的烯烃的物流。
6.工业装置，其包括
-分离装置，其包括适合于通过使第一组分经多孔隔板扩散到吹扫组分物流内使第一组分从组分混合物中分离出来的一个或多个分离单元，所述分离单元包括一个或多个第一腔室、通过多孔隔板与一个或多个第一腔室分隔的一个或多个第二腔室、一个或多个入口及一个或多个出口，
-一个或多个反应器，其包括一个或多个入口及一个或多个出口，其中至少一个出口包括反应副产物的物流，其中该副产物出口与一个或多个分离单元的一个或多个入口直接或间接相连。
全文摘要
联合的制备和分离方法，该方法包括制备工艺，其中产生副产物；和气体分离工艺，其中通过使第一组分经多孔隔板扩散进入吹扫组分的物流内，使第一组分从组分混合物中分离出来；其中在制备工艺中产生的副产物随后在分离工艺中用作吹扫组分；和在这一方法中使用的工业装置。
文档编号C07D301/32GK101102832SQ200580046748
公开日2008年1月9日 申请日期2005年12月27日 优先权日2004年12月31日
发明者A·布伊杰斯, G·J·哈姆森, D·F·米尔德, A·P·韦斯特林克 申请人:国际壳牌研究有限公司