用于改进乙二醇的制备的方法技术

一种用于改进现有制备乙二醇的制备的方法，其包括插入具有多个绝热反应器的催化水合反应部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进乙二醇的制备的方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年4月30日提交的美国临时专利申请No.62/664,706的优先权，其全部内容和公开通过引用并入本文。
本专利技术涉及将乙烯氧化成环氧乙烷和将环氧乙烷水合成乙二醇的方法。
技术介绍
乙二醇在社会中的作用从其第一次合成后不久的时间已经大大提高，该分子的性质成为两个早期有机化学巨头AdolpheWurtz和HermannKolbe之间激烈争议的主题。特别是，Wurtz和Kolbe争议在有关酒精同系物的新认识中乙二醇的功能和化学式，这对于Kolbe关于化学结构的更多理论至关重要。该实验室很快就成为了德国和法国之间竞争日益激烈的工业和技术力量的代理战争，两国都投入了大量资源进行科学调查，而Wurtz在化学合成方面的魔力赋予法国相当大的优势。该争议最终仅仅凭借武力在俾斯麦的德国联邦因法国-普鲁士战争而吞并了Wurtz的阿尔萨斯家园时终结，并且因此使国际争议本质上变成了国内争议。今天，对乙二醇的兴趣更加平和，但更具竞争力，因为乙二醇是最广泛生产的有机化学品之一。由于乙二醇的大规模工业生产始于第一次世界大战前夕，因此为汽车和其他车辆提供动力的内燃机的使用的急剧增加刺激了对乙二醇作为冷却剂和防冻剂的需求。从那时起，乙二醇产量的增加只会加速，以至于到2017年，全球乙二醇产量估计超过250亿吨。通常将乙二醇制备为环氧乙烷的许多衍生物中的一种，并且尽管可使用其他生产途径，但大多数是在液相非催化热水合方法中由环氧乙烷制备的。因为环氧乙烷与乙二醇反应比与水反应更容易，所以不可避免地会形成单乙二醇和高级乙二醇副产物的混合物，高级乙二醇副产物如二甘醇、三甘醇以及甚至更高级的乙二醇。虽然这些较高级的甘醇具有相当大的经济价值，但许多生产商和工厂经营者希望避免生产它们，因为这些产品的最终用户市场不是很发达，并且可能难以找到并将这些高级甘醇分配给对其有需求的工业用户。为了抑制产物甘醇和环氧乙烷之间的反应并且因此减少这些高级甘醇的形成，常规的非催化水合用一定量的水进行，其中水的量远远超过用于将环氧乙烷水合为乙二醇的化学计算量的水，例如每摩尔环氧乙烷15至40摩尔水。这种过量水的添加有效地平衡了产物甘醇和环氧乙烷之间的动力学上有利的竞争反应，如上所述，其与将环氧乙烷转变为单乙二醇的水合作用相竞争。然而，尽管有效地抑制了较高乙二醇的产生，但是相对于环氧乙烷使用大量过量的水对于工厂操作者来说存在去除这些大量过量的未反应水的问题，因为这种去除是能量密集的并且需要大规模的蒸发/蒸馏设施。因此，人们一直关注用于生产乙二醇的环氧乙烷热水合的替代方案，例如环氧乙烷均相催化水合成单乙二醇。该方式的最早示例包括硫酸及其相关盐的均相催化(参见Othmer,D.F.andThakar,M.S.,GlycolProduction–HydrationofEthyleneOxide.Ind.Eng.Chem.1958,50,1235)。欧洲专利No.0123700描述了这些前几代酸催化剂的改进，其中用例如乙胺处理它们以部分中和它们，以期改善水合反应对单乙二醇的选择性。从那时起，已经提出了其他盐用于均相体系，例如美国专利No.4,160,116中所述的季鏻盐和美国专利No.7,683,221中所述的金属盐和碳酸氢盐。还提出了越来越有创意的有机物质(如EDTA和Salen化合物)的组合作为均相催化剂(参见Hal,J.W.,Ledford,J.S.,andZhang,X.,CatalysisToday123(2007),310–315)。均相催化剂体系通常用于制备乙二醇的两步法中，参见例如美国专利No.4,519,875，其中环氧乙烷首先与二氧化碳反应以制备碳酸亚乙酯，然后将其水解成乙二醇，通常在两个步骤中使用相同的催化剂。在这项开创性的专利之后，持续的研究已经在两步过程中产生了渐进的改进。例如，在美国专利No.5,763,691中，碳酸化反应在卤代有机鏻盐碳酸化催化剂存在下在环氧乙烷吸收物中催化。其他研究大大扩展了已知催化剂的范围；参见例如美国专利No.7,453,015中描述的大环螯合化合物(“冠醚”)。虽然均相催化剂与非催化热水合相比改善了对单乙二醇的选择性，但均相催化剂水合方法具有增加相当多的工艺复杂性的缺点。除了上述的多步骤、多反应催化水合步骤之外，在反应完成之后还有许多步骤。仅举一个示例：由反应产生的甘醇产物溶液含有可溶或悬浮的均相催化剂。这需要将均相催化剂与甘醇产物溶液分离的额外步骤，这增加了该方法的成本和复杂性。均相催化剂水合作用的额外复杂性带来了额外的缺陷，即它既不是通用也不是灵活的。特别是两步水合法还缺乏用于新设施和改造的多功能性。为了获得使用这种两步法改造现有乙二醇设施的全部益处，现有设施的整个反应和蒸发部分必须被移除并由新的工艺部分替代。因此，这种两步水合法只能用于新的“草根”设施，并且不能用于改造，因为在改造的情况下，有必要拆除和更换整个“后端”，这样做改造成本过高。因此，对于寻求用催化方法补充或替换现有的热、非催化水合方法的现有设施操作员来说，这种两步水合法将是不合适的。本
需要一种设施操作者改进现有非催化热方法的对单乙二醇的选择性的方法。在本专利技术中发现了一种改进的方法，其用于将环氧乙烷有效和选择性地水合成乙二醇。这种改进的方法使得使用常规非催化水合方法的现有设施能进行改造以结合催化水合方法，该方法用非均相催化水合方法取代或补充非催化方法。这些非均相催化方法相当容易操作，因为它们不需要多个催化步骤、均相催化剂分离步骤和其他工艺步骤。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于改进现有制备乙二醇的制备工艺的方法，其包括：将包含环氧乙烷和水的管式反应器进料流供应至非催化甘醇反应器；使所述环氧乙烷和水在所述非催化甘醇反应器中反应，以产生产物流；按下述方式修改所述管式反应器流的供应：提供含有环氧乙烷和水的催化水合进料流；将所述催化水合进料流与再循环分流合并以形成第一反应器入口流；将所述第一反应器入口流供应到第一绝热反应器的入口，所述第一绝热反应器的所述入口处于第一入口温度；使所述环氧乙烷和水在所述第一绝热反应器中在第一离子交换树脂催化剂存在下反应，从而产生含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的流出物流；进一步将所述流出物流与再循环供应流合并，以形成含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的合并的流；将所述合并的流供应到第二绝热反应器的入口，所述第二绝热反应器的所述入口处于第二入口温度；在所述第二绝热反应器中在第二离子交换树脂催化剂存在下使环氧乙烷和水反应，从而产生含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的第二反应器流出物流；压缩所述第二反应器流出物流；将所述第二反应器流出物流分成再循环流和前向流；将所述再循环流分成所述再循环分流和所述再循环供应流；将所述前向流作为所述管式反应器进料流供给非催化管式反应器以产生产物流，其中所述产物流中的DEG、TEG和高级甘醇的总浓度大于所述前向流中的DEG、TEG和高级甘醇的总浓度。附图说明本专利技术的前面的概述以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改进现有制备乙二醇的制备工艺的方法，其包括：/n(a)将包含环氧乙烷和水的管式反应器进料流供应至非催化甘醇反应器；/n(b)使所述环氧乙烷和水在所述非催化甘醇反应器中反应，以产生产物流；/n(c)按下述方式修改所述管式反应器流的供应：/n提供含有环氧乙烷和水的催化水合进料流；/n将所述催化水合进料流与再循环分流合并以形成第一反应器入口流；/n将所述第一反应器入口流供应到第一绝热反应器的入口，所述第一绝热反应器的所述入口处于第一入口温度；/n使所述环氧乙烷和水在所述第一绝热反应器中在第一离子交换树脂催化剂存在下反应，从而产生含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的流出物流；/n进一步将所述流出物流与再循环供应流合并，以形成含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的合并的流；/n将所述合并的流供应到第二绝热反应器的入口，所述第二绝热反应器的所述入口处于第二入口温度；/n在所述第二绝热反应器中在第二离子交换树脂催化剂存在下使环氧乙烷和水反应，从而产生含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的第二反应器流出物流；/n压缩所述第二反应器流出物流；/n将所述第二反应器流出物流分成再循环流和前向流；/n将所述再循环流分成所述再循环分流和所述再循环供应流；/n将所述前向流作为所述管式反应器进料流供给非催化管式反应器以产生产物流，其中所述产物流中的DEG、TEG和高级甘醇的总浓度大于所述前向流中的DEG、TEG和高级甘醇的总浓度。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180430 US 62/664,9141.一种用于改进现有制备乙二醇的制备工艺的方法，其包括：
(a)将包含环氧乙烷和水的管式反应器进料流供应至非催化甘醇反应器；
(b)使所述环氧乙烷和水在所述非催化甘醇反应器中反应，以产生产物流；
(c)按下述方式修改所述管式反应器流的供应：
提供含有环氧乙烷和水的催化水合进料流；
将所述催化水合进料流与再循环分流合并以形成第一反应器入口流；
将所述第一反应器入口流供应到第一绝热反应器的入口，所述第一绝热反应器的所述入口处于第一入口温度；
使所述环氧乙烷和水在所述第一绝热反应器中在第一离子交换树脂催化剂存在下反应，从而产生含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的流出物流；
进一步将所述流出物流与再循环供应流合并，以形成含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的合并的流；
将所述合并的流供应到第二绝热反应器的入口，所述第二绝热反应器的所述入口处于第二入口温度；
在所述第二绝热反应器中在第二离子交换树脂催化剂存在下使环氧乙烷和水反应，从而产生含有水、乙二醇和未反应的环氧乙烷的第二反应器流出物流；
压缩所述第二反应器流出物流；
将所述第二反应器流出物流分成再循环流和前向流；
将所述再循环流分成所述再循环分流和所述再循环供应流；
将所述前向流作为所述管式反应器进料流供给非催化管式反应器以产生产物流，其中所述产物流中的DEG、TEG和高级甘醇的总浓度大于所述前向流中的DEG、TEG和高级甘...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤妮斯·雅玛达，巴里·杰伊·比利格，肖恩·麦格文，
申请(专利权)人：科学设计有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US