一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统技术方案

本发明专利技术提供一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统，涉及乙二醇的生产工艺。该系统包括环氧乙烷反应系统、环氧乙烷水合反应系统、乙二醇蒸发系统和真空脱水系统。其中环氧乙烷反应器为列管式固定床反应器，其反应管的管径在４０～５０毫米。所述蒸发系统，包括串联的多效蒸发器系统和一个以低压蒸汽为热源的换热器；其中蒸发系统再沸器的管板为双面复合结构的钢板，基材层是碳钢，管侧复合层是蒙乃尔合金，壳侧复合层是不锈钢。所述真空脱水系统中，脱水塔前设置有预热器，加热进料溶液，使其温度达到或高于其泡点温度。本发明专利技术系统的设备投资少、占地省、有效解决设备的防腐和结焦问题，具有很好的经济效果，尤其适用于乙二醇生产的增产扩建。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产乙二醇的系统，特别地涉及由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统。
技术介绍
环氧乙烷/乙二醇(EG)是乙烯系列产品中的第三大品种，用途广泛，是生产聚酯、表面活性剂、防冻液等的重要化工原料。由乙烯经环氧乙烷制备单乙二醇的方法是用乙烯和氧气在银催化剂存在下通过催化氧化反应生成环氧乙烷，环氧乙烷再经水解生成乙二醇。整个生产系统包括环氧乙烷反应系统、环氧乙烷水合反应系统、乙二醇分离纯化系统，所述的乙二醇分离纯化系统包括蒸发系统和真空脱水系统。目前环氧乙烷/乙二醇生产系统中尚存在以下问题一、环氧乙烷反应器的设计乙二醇生产系统中关键设备之一的环氧乙烷反应器通常是一个列管式固定床反应器，反应管内装有催化剂；乙烯和氧气自上而下通过反应管。反应放出的热量由管外冷却水带走。由于环氧乙烷/乙二醇装置流程复杂，其关键设备环氧乙烷反应器设计难度很大。目前大型环氧乙烷/乙二醇工业化装置中用于高活性催化剂的环氧乙烷反应器反应管直径较小；若采用大型的列管式固定床反应器，其设计压力和设计温度较高，又由于工艺介质为易燃易爆且有高度毒性危害的气体混合物，对设备的安全可靠性要求很高。例如在生产能力为10万吨/年的乙二醇装置中的环氧乙烷反应器反应管根数近万根，设备的直径为5160毫米，高度11400毫米，设备重量达500多吨。这样由于反应器本身设计压力较高，直径较大，需要的反应器壁厚增大后，导致反应器重量加大，投资及运输难度增大。因此需要在满足工艺要求的前提下，对环氧乙烷反应器进行优化设计。二、环氧乙烷/乙二醇生产系统扩建带来的蒸发系统负荷增大目前工业上制备乙二醇采用直接水合法的非催化水合工艺，通过环氧乙烷的水解、脱水和精馏来制备。该方法不使用催化剂，反应进料水和环氧乙烷的摩尔比为20-25∶1，反应温度150-200℃，反应压力0.8-2.0Mpa，环氧乙烷转化率接近100％，乙二醇选择性88％左右。反应中，由于乙二醇与环氧乙烷反应活性高于水与环氧乙烷的反应活性，未转化的环氧乙烷继续和产物乙二醇反应，生成二甘醇、三甘醇等付产物，为提高乙二醇选择性，工业上常采用水大为过量的办法来运行水解反应器。这可以抑制较高级的二醇，尤其是二甘醇和三甘醇的比例。然后，将水解产物脱水到100-200ppm的残留含水量，再经精馏分离成纯的各种二醇。该方法的最大缺点是生产中需要大量的能量用于蒸发产品中约85％的水份。所述脱水过程一般在一组压力梯度不断下降的压力塔中进行。首先在蒸发系统进行加压处理，将从反应器得到的反应产物溶液进行浓缩；然后经蒸发浓缩的乙二醇水溶液，进入具有汽提段的脱水塔进行真空脱水，得到含微量水的物料。在蒸发系统中为进行热的综合利用，一般只有第一个压力塔的底部的再沸器用外部蒸汽加热，而所有其它压力塔均用来自其前面塔的气体加热。在现有的环氧乙烷/乙二醇生产流程中，蒸发系统就是由多效蒸发(四效至六效)构成的。一般来说，一效蒸发包括有蒸发器和与蒸发器相连接的再沸器组成。这样的蒸发器系统串联起来就组成了多效蒸发。一般一效至六效的压力顺序如下由一效的1.2～1.4MPaG降至末效的0.2～0.3MpaG(本说明书中的MPaG指压力的表压值)。一效再沸器的蒸汽是采用中压蒸汽约2.2MPaG，其凝液被收集在凝液罐中，二效再沸器的热源是采用一效蒸发器顶部的蒸汽，其凝液被收集在凝液罐中，各效蒸发器顶部的蒸汽依次作为下一效再沸器的热源以回收热量。二效、三效、四效、五效、六效再沸器的凝液依次经减压闪蒸送到下一效凝液罐，最终收集到六效再沸器凝液罐中。多效蒸发器系统之后连接有真空脱水系统。由此完成物料的蒸发、脱水过程，同时可合理利用各效蒸发出的蒸汽。多效蒸发器系统是生产合格乙二醇产品的关键工序，但也是装置增产的瓶颈。由于在乙二醇生产装置扩建时，环氧乙烷水解反应亦相应带入大量的水以满足生产能力提高的要求，由此带来多效蒸发和脱水系统这两个系统的脱水负荷增加很大，而目前各效之间压力梯度已经很小，各效间的换热温差相应也小。为了解决这个问题，国外一般的解决办法是增加一组或两组蒸发器系统，以此来脱除增产带来的水量。但对于一些乙二醇的生产装置来说，由于场地及成本的问题，增加蒸发器系统非常困难。三、环氧乙烷/乙二醇生产系统中蒸发系统的再沸器防腐在以上所述的蒸发系统中使用的再沸器通常是列管式换热器。早期的再沸器采用碳钢材料，但腐蚀严重，同时产生的铁离子污染物料。后来筒体改为不锈钢，但如果管板也采用不锈钢锻件，成本太高。现有技术中的管板采用碳钢锻件为基材，在管侧复合一层不锈钢；换热管采用美国UOP公司的高通量换热管，管材是铜镍合金，由于管材与不锈钢之间不便于焊接，管板与管子只能采用强度胀接方式连接，胀接连接有可能出现回弹现象，使连接强度下降，当热膨胀应力较大时，可能出现裂缝，导致泄漏。四、环氧乙烷/乙二醇生产系统中真空脱水系统的再沸器结焦如前所述环氧乙烷/乙二醇装置的脱水塔进料是经蒸发系统浓缩的乙二醇水溶液，该水溶液一般含85％(wt)左右的乙二醇，其它为水和杂质，脱水塔的再沸器热源通常采用2～2.3MpaG蒸汽。乙二醇是热敏性物质，遇高温极易分解，分解的杂质附着在再沸器的管壁上，使再沸器的传热效果降低，为了保证脱水塔塔底的含水量，就必须加大加热蒸汽量，而加大蒸汽量又势必加快结焦的速度，当结焦到一定程度，传热速率下降到一定程度，必须停车清焦。为了解决脱水塔再沸器结焦问题，现有技术一般采用强制循环的方法。须增加卧式再沸器及泵，同时更换脱水塔上游塔设备的材质，这样就要增加较大投资。在现有的生产装置中，脱水塔再沸器结焦的问题极大的影响了脱水塔的负荷，也影响了整套装置的负荷；在乙二醇装置增产扩建时，由于环氧乙烷水解反应相应带入大量的水以满足生产能力提高的要求，由此带来脱水塔的脱水负荷增加很大，若整套装置负荷提高10％以上，结焦情况就更严重，停车清焦的次数就更多了。因此，脱水塔再沸器结焦问题急需解决。
技术实现思路
针对上述现有技术中环氧乙烷/乙二醇生产系统中存在的种种问题，本专利技术提供了一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统。该系统具有优化设计的环氧乙烷反应器；具有占地省、投资少的蒸发系统；同时可有效解决蒸发系统再沸器腐蚀及脱水系统再沸器的结焦问题。本专利技术提供的一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统，包括环氧乙烷反应系统、环氧乙烷水合反应系统、乙二醇分离纯化系统，所述的乙二醇分离纯化系统包括蒸发系统和真空脱水系统。其中，所述的环氧乙烷反应系统中的反应器为列管式固定床反应器。其包括反应器壳体、反应气体进口、反应气体出口、液体进口、液体出口以及置于所述反应器壳体的内部的反应管和两端的管板。所述的反应器内部分隔成管程和壳程两个流体空间反应气体进口、反应气体出口位于反应器壳体的两端并且通过管板和反应管相通，形成管程；液体进口和液体出口分别设置在所述的反应器壳体的侧壁上，形成壳程。进入所述反应管的反应气体为乙烯和氧气的混合气体，且在反应管中填充有催化剂。本专利技术的制备乙二醇的系统中反应器的反应管为竖直列管结构；反应管的管径为40～50毫米、优选为42～48毫米；反应管间距为52.5～60毫米。在具体的应用中上述反应气体进口设置在反应器壳体的顶部，上述反应气体出口设置在反应器壳体的底部；上述液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统，包括环氧乙烷反应系统、环氧乙烷水合反应系统、乙二醇分离纯化系统，所述的乙二醇分离纯化系统包括蒸发系统和真空脱水系统，其中环氧乙烷反应系统中的反应器为列管式固定床反应器，包括反应器壳体（１）、反应气体进口（２）、反应气体出口（３）、液体进口（４）、液体出口（５），以及置于所述反应器壳体（１）的内部的反应管（６）和两端的管板（７）；所述的反应器内部分隔成管程和壳程两个流体空间；所述的反应气体进口（２）、反应气体出口（３）位于反应器壳体（１）的两端并且通过管板（７）和反应管（６）相通，形成管程；液体进口（４）和液体出口（５）分别设置在所述的反应器壳体（１）的侧壁上，形成壳程；进入所述反应管（６）的反应气体为乙烯和氧气的混合气体，且在反应管（６）中填充有催化剂（８）；其特征在于：　　所述的反应管（６）为竖直列管结构，所述反应管（６）的管径为４０～５０毫米。

【技术特征摘要】
1.一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统，包括环氧乙烷反应系统、环氧乙烷水合反应系统、乙二醇分离纯化系统，所述的乙二醇分离纯化系统包括蒸发系统和真空脱水系统，其中环氧乙烷反应系统中的反应器为列管式固定床反应器，包括反应器壳体(1)、反应气体进口(2)、反应气体出口(3)、液体进口(4)、液体出口(5)，以及置于所述反应器壳体(1)的内部的反应管(6)和两端的管板(7)；所述的反应器内部分隔成管程和壳程两个流体空间；所述的反应气体进口(2)、反应气体出口(3)位于反应器壳体(1)的两端并且通过管板(7)和反应管(6)相通，形成管程；液体进口(4)和液体出口(5)分别设置在所述的反应器壳体(1)的侧壁上，形成壳程；进入所述反应管(6)的反应气体为乙烯和氧气的混合气体，且在反应管(6)中填充有催化剂(8)；其特征在于所述的反应管(6)为竖直列管结构，所述反应管(6)的管径为40～50毫米。2.根据权利要求1所述的制备乙二醇的系统，其特征在于所述反应器中的反应管(6)的管径为42～48毫米；所述的反应管(6)间距为52.5～60毫米。3.根据权利要求1所述的制备乙二醇的系统，其特征在于所述反应器的反应气体进口(2)设置在反应器壳体(1)的顶部，所述的反应气体出口(3)设置在反应器壳体(1)的底部；所述反应器的液体进口(4)和液体出口(5)依次分别设置在反应器壳体(1)的侧壁的下部和上部，且液体出口(5)为沸水出口。4.根据权利要求1所述的制备乙二醇的系统，其中乙二醇分离纯化系统中的蒸发系统包括串联的多效蒸发器系统，其每一效蒸发器系统包括蒸发器和再沸器，其特征在于所述多效蒸发器系统的末效蒸发器系统之后串联有换热器。5.根据权利要求4所述的制备乙二醇的系统，其特征在于所述蒸发系统中的换热器为卧式换热器，热源使用低压蒸汽。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄耀相，李红凯，吉京华，高全乐，陈小新，王红，熊玉云，洪传辉，许志远，朱为明，
申请(专利权)人：中国寰球工程公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]