环氧烷纯化塔的制作方法

专利名称：环氧烷纯化塔的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于从含有环氧烷的进料流中回收环氧烷的蒸馏塔。更具体地，本公 开涉及用于将不纯进料流中的乙醛和环氧烷分离的环氧烷纯化塔。
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(例如两(2) 至十二五0 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，可以包括环氧乙烷、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高了用于从进料流中的环氧烷移出乙醛以及用于提供可以 直接转移至二醇反应工艺的环氧烷-水流的方法、塔和系统。实施方案可应用于商业规模 的环氧烷生产。在一些实施方案中，环氧烷纯化塔(AOPC)包括第一部分，所述第一部分用于将包 括环氧烷、水、乙醛和其它杂质的进料流转化成进料流的气相部分和进料流的液相部分，进 料流的气相部分包括环氧烷、乙醛、水和其它杂质，并且进料流的液相部分包括环氧烷和 水。AOPC还包括位于第一部分上方的塔中的第二部分，所述第二部分用于将环氧烷与由第 一部分进入第二部分的乙醛、水和其它杂质分离。第二部分包括位于第二部分的底部部分 的塔板，用于收集处于液相的环氧烷、乙醛和其它杂质，以及位于塔板处用于移出处于液相 的环氧烷、乙醛和其它杂质的第一侧取出部(side take-off)；和位于第二部分的顶部部分 的用于移出纯化的环氧烷离开流的第二侧取出部。在各种实施方案中，用于将乙醛与环氧烷分离的方法包括将包括环氧烷的进料流引入到AOPC的第一部分，其中所述塔包括第一部分以及位于第一部分上方的第二部分； 和将所述进料流分离成进料流的气相部分和进料流的液相部分，其中所述进料流的气相部 分包括环氧烷、乙醛、水和其它杂质，并且进料流的液相部分包括环氧烷和水，其中所述液 相部分作为环氧烷-水流离开第一部分。所述方法还包括将环氧烷与由第一部分进入第二 部分的乙醛、水和其它杂质分离，以制备纯化的环氧烷流。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的方法，其用于纯化或浓缩。在本文 论述的实施方案中，可以对含水混合物(即，进料流)进行蒸馏以纯化、回收和/或分离环 氧烷(例如环氧乙烷)，其中“含水混合物”可以被定义为环氧烷、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，‘‘环氧烷纯化塔〃、‘‘纯化塔〃禾P/或〃塔〃是指例如包含分离 级如塔板和/或填料元件的通常向上的柱状柱或塔，其中塔板和/或填料元件提供液体和 气体进行接触的表面区域，从而促进液体和气体之间的质量传递。如应当理解的，所述塔还 可以具有其它形状和通常的定位，包括以水平方向布置的多边形塔。环氧烷纯化塔包括被 塔板比如烟囱式塔板(chimney tray)分离的第一部分和第二部分。如本文中论述的，环氧 烷纯化塔或塔可以具有在例如65厘米(cm)至6米(m)的范围内的直径并且具有例如6m 至60m范围内或以上的高度。如本文使用的，“热交换器"指无论流体是通过固体壁分离以使得它们永不混 合，还是流体直接接触的情况下，建造用于从一种流体至另一种流体的热传递的装置。此 夕卜，"显热"是指由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，“冷凝器"是一种将蒸气转化成液体的装置。在本文论述的实 施方案中，进料流的气相部分可以进入冷凝器，在此，进料流的气相部分中的一些化合物冷 凝成液体，而其它化合物通过冷凝器并且保留在气相中。此外，在本文中使用的，“回流冷 凝器"是一种冷凝器，其使得沸腾液体上方的蒸汽冷凝，并且可以流回到容纳沸腾液体的 容器内以防止容器的内容物煮干。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。因此，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 部分的第一部分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提供了本公开的环氧烷纯化塔的一个实施方案。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料流中的环氧烷分离乙醛以及用于提供可以直 接传递给二醇反应工艺的环氧烷-水流的塔、方法和系统。实施方案可应用于工业规模的 环氧烷生产。如本文中论述的，本公开的实施方案包括从进料流中回收环氧烷。优选的实施方 案包括从进料流中回收环氧乙烷。同样地，本文将论述在本公开的实施方案涉及环氧乙烷 时的实施方案。然而，本领域的技术人员将意识到本公开的实施方案也应用于其它环氧烷， 包括环氧丙烷、环氧丁烷、甲醛等等。系统实施方案包括热交换器以及可操作连接到所述热交换器上的环氧乙烷纯化 塔(EOPC)。本公开的实施方案通过如下实现了在单个蒸馏塔中环氧乙烷和杂质(例如乙酸) 的分离使用了含水混合物作为进料流，所述塔的第一部分用于从进料流中移出环氧乙烷 的一部分和其它组分，而第二部分用于将环氧乙烷与由第一部分进入第二部分的乙醛、水 和其它杂质分离，这如本文中进一步论述的。此外，EOPC的使用可以制备可以直接进料至 二醇反应器的环氧乙烷-水流。此外，当建造如如上所述的系统时，与具有两个或三个用于纯化环氧乙烷的蒸馏塔的系统相比，在一些实施方案中单个塔的使用导致了更低的设备成 本。在一些实施方案中，纯的环氧乙烷可以作为侧流从EOPC中取出，同时含有轻质杂质比 如二氧化碳、氧、氮和氩气等等的环氧乙烷可以作为顶部流从所述塔中取出。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EOPC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装置中发 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
1.一种环氧烷纯化塔，所述环氧烷纯化塔包含第一部分，所述第一部分位于所述塔中，用于将包括环氧烷、水、乙醛和其它杂质的进 料流转化成所述进料流的气相部分和所述进料流的液相部分，所述进料流的气相部分包括 环氧烷、乙醛、水和其它杂质，并且所述进料流的液相部分包括环氧烷和水；和第二部分，所述第二部分位于所述第一部分上方的所述塔中，用于将环氧烷与由所述 第一部分进入所述第二部分的乙醛、水和其它杂质分离，其中所述第二部分包括塔板，所述塔板位于所述第二部分的底部部分，用于收集处于液相的环氧烷、乙醛和其 它杂质；和第一侧取出部，所述第一侧取出部位于所述塔板处，用于移出处于液相的所述环 氧烷、乙醛和其它杂质；和第二侧取出部，所述第二侧取出部位于所述第二部分的顶部部分，用于移出纯化的环 氧烷离开流。
2.权利要求1所述的塔，其中所述第一部分包括位于所述第一部分的顶部部分与所述 塔形成一体的冷凝器。
3.权利要求1所述的塔，其中所述第一部分包括位于所述塔的外部的冷凝器。
4.前述权利要求中任一项所述的塔，其中所述第一部分包括在所述第一部分的顶部部 分中的至少一个分离级。
5.权利要求4所述的塔，其中所述第一部分包括位于所述至少一个分离级上方的用于 所述进料流的进口。
6.权利要求4所述的塔，其中所述第一部分包括位于所述至少一个分离级下方的用于 所述进料流的进口。
7.权利要求4所述的塔，其中所述第一部分包括位于所述至少一个分离级上方的用于 所述进料流的第一部分的第一进口和位于所述至少一个分离级下方的用于所述进料流的 第二部分的第二进口。
8.前述权利要求中任一项所述的塔，其中所述进料流的液相部分作为环氧烷-水流经 由出口离开所述第一部分，并且其中所述环氧烷-水流含有至少35%的在所述进料流中的 环氧烷并且具有基于所述环氧烷-水流的总重量包括至多10重量％的环氧烷的组成。
9.前述权利要求中任一项所述的塔，其中所述第二部分包括位于所述第二部分的顶部 部分与所述塔形成一体的冷凝器，其中所述纯化的环氧烷离开流在所述第二侧取出部离开 所述冷凝器。
10.前述权利要求中任一项所述的塔，其中所述第二部分包括至少一个分离级，用于将 环氧烷与所述进料流的所述气相部分中的乙醛分离。
11.一种用于纯化环氧烷的系统，所述系统包含热交换器，所述热交换器包括进料流离开流；以及环氧烷纯化塔，所述环氧烷纯化塔操作性连接到所述热交换器上，其中所述进料流离 开流作为进料流连接至所述塔，并且其中所述塔包括第一部分，所述第一部分位于所述塔中，用于将包含环氧烷、水、乙醛和其它杂质的进 料流转化成所述进料流的气相部分以及所述进料流的液相部分，所述进料流的气相部分包 括环氧烷、乙醛、水和其它杂质，并且所述进料流的液相部分包括环氧烷和水；和第二部分，所述第二部分位于所述第一部分的上方的所述环氧烷纯化塔中，用于将环氧烷与由所述第一部分进入所述第二部分的水、乙醛和其它杂质分离，其中所述第二部分 包括塔板，所述塔板位于所述第二部分的底部部分，用于收集处于液相的环氧烷、乙醛和其 它杂质；和第一侧取出部，所述第一侧取出部位于所述塔板处，用于移出处于液相的所述环 氧烷、乙醛和其它杂质；以及第二侧取出部，所述第二侧取出部位于所述第二部分的顶部部分，用于移出纯化的环氧烷离开流。
12.权利要求11所述的系统，其中所述进料流的液相部分包括至少35%的所述进料流 中的所述环氧烷。
13.权利要求12所述的系统，其中基于所述进料流的液相部分的总重量，所述进料流 的液相部分包括至多10%的环氧烷。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述从第二部分中移除的处于液相 的所述环氧烷、乙醛和其它杂质包括至少60%的在所述进料流中的乙醛。
15.一种用于从环氧烷中分离乙醛的方法，所述方法包括将包含环氧烷的进料流引入到环氧烷纯化塔的第一部分，其中所述塔包括所述第一部 分以及位于所述第一部分上方的第二部分。将所述进料流分离成所述进料流的气相部分和所述进料流的液相部分，其中所述进料 流的气相部分包括环氧烷、乙醛、水和其它杂质，并且所述进料流的液相部分包括环氧烷和 水，其中所述液相部分作为环氧烷-水流离开所述第一部分；和将环氧烷与由所述第一部分进入所述第二部分的乙醛、水和其它杂质分离，以制备纯 化的环氧烷离开流。
16.权利要求15所述的方法，其中将所述进料流分离成所述进料流的气相部分和所述 进料流的液相部分包括对所述第一部分提供热量以产生所述进料流的气相部分。
17.前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括将所述进料流的气相部分部 分地冷凝成液体回流流和富环氧烷蒸气流，其中所述液体回流流与所述第一部分物理连 通，并且所述富环氧烷蒸气流流入到所述第二部分中。
18.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括将液相环氧烷-水流在没 有进一步纯化的情况下进料至二醇反应器中。
19.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述进料流包括基于其重量，在约5至 约95重量％的范围内的环氧烷。
20.前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述第二部分中将所述环氧烷与乙醛、 水和其它杂质分离以产生纯化的环氧烷离开流包括从所述进料流中移出至少60%的所 述乙酸。
全文摘要
本公开的实施方案提供用于从进料流(108)的环氧烷中移除乙醛以及用于提供可以直接转移至二醇反应工艺的环氧烷-水流(120)的方法、塔和系统。环氧烷纯化塔(100)包括第一部分(102)，所述第一部分将进料流转化成气相部分(111)和液相部分(122)；以及第二部分(104)，所述第二部分位于在所述第一部分(102)上方的塔中，用于将环氧烷与由第一部分进入第二部分的乙醛、水和其它杂质分离。
文档编号B01D3/42GK102112189SQ200980130650
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年7月31日
发明者哈维·E·安德烈森, 弗洛伊德·L·普费弗, 约翰·F·苏尔, 肯特·E·纽曼, 菲利普·R·费尔柴尔德, 詹姆斯·H·麦凯恩 申请人:陶氏技术投资有限公司