在碳酸亚乙酯和乙二醇制备方法中的热集成技术

提供了用于由环氧乙烷制备碳酸亚乙酯和乙二醇的方法和相关的反应系统，特别是涉及在再循环气流的处理中用于热集成的方法和相关的反应系统。具体而言，提供了一种方法，其包含将环氧乙烷吸收器顶部物流供应至冷凝器以产生冷却的再循环气流和一种或多种含水物流，加热至少一部分所述冷却的再循环气流以提供加热的再循环气流，在位于环氧乙烷反应器上游的一个或多个保护床系统中，使所述加热的再循环气流与一种或多种保护床材料接触，以提供经处理的再循环气流；在环氧乙烷反应器中使包含乙烯、氧气和至少一部分所述经处理的再循环气流的环氧化进料气与环氧化催化剂接触，以产生环氧化反应产物流，在羧化和水解催化剂的存在下，使环氧乙烷吸收器中的环氧化反应产物流与贫吸收剂流接触，以产生包含碳酸亚乙酯和/或乙二醇的富吸收剂流和环氧乙烷吸收器顶部物流，其中冷却的再循环气流通过与选自以下的热工艺流进行热交换而加热：(i)环氧乙烷吸收器顶部物流，(ii)乙二醇纯化塔顶部冷凝器中产生的蒸汽，和(iii)通过闪蒸所述方法中收集的冷凝物流产生的蒸汽，或其组合。

Thermal integration in the preparation of ethyl carbonate and glycol

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在碳酸亚乙酯和乙二醇制备方法中的热集成
本专利技术涉及由环氧乙烷制备碳酸亚乙酯和乙二醇的方法和系统，尤其涉及再循环气流处理中的热集成。
技术介绍
乙二醇(EG)是一种有价值的工业化合物，被广泛用作制造聚酯纤维和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂的原料；它还可用于汽车防冻液和液压制动液、飞机除冰器以及医药产品中。乙二醇通常由环氧乙烷(EO)制备，而环氧乙烷又通过银催化的乙烯氧化制备。更具体地说，乙烯和氧气通常在10-30巴的压力和200-300℃的温度下通过氧化银催化剂，从而生成包含环氧乙烷、二氧化碳、乙烯、氧气和水的产物流。在一种众所周知的方法中，然后在非催化过程中使环氧乙烷与大量过量的水反应，生成包含接近90重量％的单乙二醇(MEG)的乙二醇产物流，其余主要为二乙二醇(DEG)、一些三乙二醇(TEG)和少量高级同系物。在另一种众所周知的方法中，环氧乙烷在催化剂的存在下与二氧化碳反应以产生碳酸亚乙酯。随后将碳酸亚乙酯水解以提供乙二醇。通过碳酸亚乙酯的反应显著提高了环氧乙烷转化为单乙二醇的选择性。在过去的几十年中，已经进行了许多努力来开发用于由烯烃生产烷二醇，特别是由乙烯生产乙二醇的简化方法和设备。例如，GB2107712描述了一种制备单乙二醇的方法，其中将来自环氧乙烷(EO)反应器的气体直接供应至反应器中，其中将环氧乙烷转化为碳酸亚乙酯或转化为乙二醇和碳酸亚乙酯的混合物。EP0776890描述了一种方法，其中将来自乙烯环氧化反应器的气体供应至吸收器，其中吸收溶液主要含有碳酸亚乙酯(EC)和乙二醇(EG)。将吸收溶液中的环氧乙烷供应至羧化反应器，并使其在羧化催化剂存在下与二氧化碳反应。随后在添加水的情况下，将吸收溶液中的碳酸亚乙酯供应至单独的水解反应器中，并在水解催化剂的存在下进行水解。EP2178815描述了用于制备单乙二醇的反应吸收方法，其中将来自乙烯环氧化反应器的气体供应至反应吸收器，并使环氧乙烷在一种或多种羧化和水解催化剂的存在下与含水贫吸收剂接触，并且其中在吸收器中，大部分环氧乙烷会转化为碳酸亚乙酯(EC)或乙二醇(EG)。在这些情况的每一个中，将从环氧乙烷吸收器或反应性吸收器产生含有未被再循环吸收剂流吸收的气体的气流。该气流在吸收器顶部或顶部附近作为环氧乙烷吸收器顶部物流去除，该顶部物流通常包含未反应的反应物(例如，乙烯和氧气)、压载气体(例如，甲烷)、二氧化碳等。环氧乙烷吸收器顶部物流通常在二氧化碳去除段中至少部分地处理，然后与绕过二氧化碳去除段的任何气体再合并。然后，在压缩之后，将合并的气体至少部分地作为再循环气流再循环至环氧乙烷反应器。然而，已经发现，在使用含碘化物的羧化催化剂在吸收器中进行羧化反应的那些方法中，分解材料和副产物可能存在于再循环气流和/或富吸收剂流中。此类分解材料和副产物的实例包括含气态碘化物的杂质，例如烷基碘化物(例如，甲基碘化物、乙基碘化物等)和乙烯基碘化物。通常用于乙烯到环氧乙烷的转化(环氧化)中的银基催化剂非常容易受到催化剂中毒影响，特别是由于含气态碘化物的杂质如烷基碘化物和乙烯基碘化物而中毒。催化剂中毒会影响环氧化催化剂的性能，特别是选择性和/或活性，并缩短环氧化催化剂在必须用新鲜催化剂更换催化剂之前可以保留在环氧化反应器中的时长。因此，希望在与环氧化催化剂接触之前从再循环气流中尽可能地去除此类催化剂毒物。为此，已经开发了位于EO反应器上游的一个或多个所谓的“保护床”系统的应用，如先前在EP2285795、EP2279182和EP2155375等中所公开。此类保护床系统通常包含一个或多个保护床容器，每个保护床容器包含入口、出口和填充床(“保护床”)，所述填充床包含能够通过化学或物理手段减少气流中含碘化物的杂质的量的吸收剂(“保护床材料”)，所述化学或物理手段包括但不限于与杂质反应和吸收杂质。众所周知，与保护床接触的再循环气流中存在浓度很高的水会对保护床材料的吸收能力产生负面影响。因此，环氧乙烷吸收器顶部物流通常被冷却至约15至50℃的温度，以从顶部气流中冷凝和分离水。这样，减少了供应至一个或多个保护床系统的再循环气流中的水浓度。此外，来自环氧乙烷吸收器的蒸发的二醇也被冷凝和回收，并与冷凝水一起循环回到环氧乙烷吸收器。另外，在压缩之前对再循环气流进行冷却减少了压缩机的能量消耗，并有助于选择合适的压缩机材料。为了最大程度地提高适用于从再循环气流中去除杂质的保护床材料的吸收能力，保护床系统在通常介于65至145℃范围内的高温下操作，这取决于要去除的杂质和使用的保护床材料。因此，冷却的环氧乙烷吸收器顶部物流需要再次加热至位于环氧乙烷吸收器顶部冷凝器下游的第一保护床系统的优选操作温度。可以通过多种加热器和冷却器设备来实现将一个或多个保护床系统的气态进料流加热(以及任选地随后冷却)至最佳保护床操作温度，通常包括外部蒸汽和冷却水的进口。然而，乙二醇制造厂中包括的每个附加的加热和冷却装置都会对总体资本和运营支出产生负面影响。因此，本专利技术人寻求提供适合于生产碳酸亚乙酯和/或乙二醇的改进的方法和系统。特别地，本专利技术人试图提供减少气态工艺流中杂质的量的方法和系统，使得所述气态工艺流可以在碳酸亚乙酯和/或乙二醇的生产中再循环，并且还试图降低与之相关联的能量消耗。
技术实现思路
因此，在一个方面，提供了一种方法，其包含将环氧乙烷吸收器顶部物流供应至环氧乙烷吸收器顶部冷凝器，以产生冷却的再循环气流和一种或多种含水物流，加热至少一部分所述冷却的再循环气流以提供加热的再循环气流，在位于环氧乙烷反应器上游的一个或多个保护床系统中，使所述加热的再循环气流与一种或多种保护床材料接触，以提供经处理的再循环气流，在环氧乙烷反应器中使包含乙烯、氧气和至少一部分所述经处理的再循环气流的环氧化进料气与环氧化催化剂接触，以产生环氧化反应产物流，在羧化和水解催化剂的存在下，使环氧乙烷吸收器中的环氧化反应产物流与贫吸收剂流接触，以产生包含碳酸亚乙酯和/或乙二醇的富吸收剂流以及环氧乙烷吸收器顶部物流，其中冷却的再循环气流通过与选自以下的热工艺流进行热交换而加热：(i)环氧乙烷吸收器顶部冷凝器中的环氧乙烷吸收器顶部物流；(ii)在位于环氧乙烷吸收器顶部冷凝器下游的第一热交换器中，在乙二醇纯化塔顶部冷凝器中产生的蒸汽；(iii)在位于环氧乙烷吸收器顶部冷凝器下游的第二热交换器中，通过闪蒸工艺中收集的一种或多种冷凝物流产生的蒸汽，或其组合。此外，根据另一方面，提供了用于生产碳酸亚乙酯和/或乙二醇的反应系统，其包含(i)流体连接至乙烯和氧气源的再循环气体回路；(ii)环氧乙烷反应器，其包含环氧化催化剂、入口和出口，其中环氧乙烷反应器的入口流体连接至再循环气体回路；(iii)环氧乙烷吸收器，其配置成产生环氧乙烷吸收器顶部物流和包含碳酸亚乙酯和/或乙二醇的富吸收剂流，所述环氧乙烷吸收器包含羧化和水解催化剂、流体连接至环氧乙烷反应器的出口的入口、用于贫吸收剂的入口、用于排出再循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包含/n将环氧乙烷吸收器顶部物流(14)供应至冷凝器(15)以产生冷却的再循环气流(20)和一种或多种含水物流，/n加热至少一部分所述冷却的再循环气流(20)以提供加热的再循环气流(30)，/n在位于环氧乙烷反应器(2)上游的一个或多个保护床系统(31)中，使所述加热的再循环气流(30)与一种或多种保护床材料接触，以提供经处理的再循环气流(36)，/n在环氧乙烷反应器(2)中使包含乙烯、氧气和至少一部分所述经处理的再循环气流(36)的环氧化进料气(1)与环氧化催化剂接触，以产生环氧化反应产物流(4)，/n在羧化和水解催化剂的存在下，使环氧乙烷吸收器(9)中的所述环氧化反应产物流(4)与贫吸收剂流(10)接触，以产生包含碳酸亚乙酯和/或乙二醇的富吸收剂流(13)和环氧乙烷吸收器顶部物流(14)，/n其中冷却的再循环气流(20)通过与选自以下的热工艺流进行热交换而加热：/n(i)在冷凝器(15)中的所述环氧乙烷吸收器顶部物流(14)；/n(ii)在位于冷凝器(15)下游的第一热交换器中，在乙二醇纯化塔顶部冷凝器中产生的蒸汽(24)；/n(iii)在位于冷凝器(15)下游的第二热交换器中，通过闪蒸所述方法中收集的一种或多种冷凝物流而产生的蒸汽(25)，/n或其组合。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170519 EP 17171869.51.一种方法，其包含
将环氧乙烷吸收器顶部物流(14)供应至冷凝器(15)以产生冷却的再循环气流(20)和一种或多种含水物流，
加热至少一部分所述冷却的再循环气流(20)以提供加热的再循环气流(30)，
在位于环氧乙烷反应器(2)上游的一个或多个保护床系统(31)中，使所述加热的再循环气流(30)与一种或多种保护床材料接触，以提供经处理的再循环气流(36)，
在环氧乙烷反应器(2)中使包含乙烯、氧气和至少一部分所述经处理的再循环气流(36)的环氧化进料气(1)与环氧化催化剂接触，以产生环氧化反应产物流(4)，
在羧化和水解催化剂的存在下，使环氧乙烷吸收器(9)中的所述环氧化反应产物流(4)与贫吸收剂流(10)接触，以产生包含碳酸亚乙酯和/或乙二醇的富吸收剂流(13)和环氧乙烷吸收器顶部物流(14)，
其中冷却的再循环气流(20)通过与选自以下的热工艺流进行热交换而加热：
(i)在冷凝器(15)中的所述环氧乙烷吸收器顶部物流(14)；
(ii)在位于冷凝器(15)下游的第一热交换器中，在乙二醇纯化塔顶部冷凝器中产生的蒸汽(24)；
(iii)在位于冷凝器(15)下游的第二热交换器中，通过闪蒸所述方法中收集的一种或多种冷凝物流而产生的蒸汽(25)，
或其组合。


2.根据权利要求1所述的方法，其中将环氧乙烷吸收器顶部物流(14)提供至第一冷凝器(15)以产生脱水的再循环气流(16)和含水物流，
其中将脱水的再循环气流(16)供应至第二冷凝器(17)以产生进一步脱水和冷却的再循环气流(18)，以及
其中将再循环气流(18)供应至气液分离器(19)以产生冷却和脱水的再循环气流(20)。


3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含
将至少一部分包含碳酸亚乙酯和/或乙二醇的富吸收剂流(13)供应至一个或多个精制反应器(44)和/或一个或多个脱水器(46)，以提供浓缩的乙二醇流(47)，
将至少一部分所述浓缩的乙二醇流(47)供应至乙二醇纯化塔(49)以产生纯化的乙二醇流(50)和汽态顶部物流(52)，以及
将所述汽态顶部物流(52)供应至乙二醇纯化塔顶部冷凝器(53)以产生冷凝物流(54)和蒸汽流(55)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述冷却的再循环气流(20)通过随后与冷凝器(15)中的所述环氧乙烷吸收器顶部物流(14)；在乙二醇纯化塔顶部冷凝器中产生的蒸汽(24)；和通过闪蒸所述方法中收集的一种或多种冷凝物流而获得的蒸汽(25)进行热交换来加热。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其中将所述经处理的再循环气流(36)供应至热交换器(37)以产生冷却的经处理的再循环气流(38)，
其中将所述冷却的经处理的再循环气流(38)供应至二氧化碳去除段(39)以产生贫二氧化碳的再循环气流(42)。


6.根据权利要求5所述的方法，其中将贫二氧化碳的再循环气流(42)提供至冷凝器以提供冷却的贫二氧化碳的再循环气流(56)，
其中物流(56)通过在热交换器(37)中与所述经处理的再循环物流(36)进行热交换而被加热，以提供加热的贫二氧化碳的再循环气流(57)。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述二氧化碳去除段(39)包含二氧化碳吸收器(40)和配备有二氧化碳汽提器再沸器(41)的二氧化碳汽提器，
其中通过使用至少一部分从所述乙二醇纯化塔顶部冷凝器(53)获得的蒸汽流(55)或通过闪蒸所述方法中收集的一种或多种冷凝物流产生的蒸汽，将热量供应至所述二氧化碳汽提器再沸器。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个保护床系统包含能够从所述再循环气流中去除一种或多种烷基碘杂质的保护床材料和/或能够从所述再循环气流中去除碘化乙烯杂质的保护床材料。


9.根据权利要求8所述的方法，其包含
在第一保护床系统中使至少一部分包含烷基碘杂质和碘化乙烯杂质的再循环气流与第一保护床材料接触，以产生经部分处理的再循环气流，其中所述第一保护床材料包含第一载体材料，并以2重量％至10重量％的量沉积在所述第一载体材料银上；以及
在第二保护床系统中使至少一部分所述经部分处理的再循环气流与第二保护床材料接触以产生经处理的再循环气流，其中所述第二保护床材料包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·H·L·巴斯廷格斯，V·波约维奇，A·莫里纳，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL