(57)【要約】  本発明は、エチレンオキシドを含むガス状混合物を冷却するための方法、およびエチレンオキシドを濃縮もしくは精製するための方法においてマイクロチャネル装置を利用することを提供する。このマイクロチャネル装置に対するこのような用途は、エチレンオキシド吸収／脱着の方法またはカラムがマイクロチャネル装置に接続される蒸留方法における凝縮である。マイクロチャネル装置は、最上部トレーまたは充填物材料の上でカラムの外殻の内側に配置され得る。
2009520764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）エチレンオキシドを含むガス状混合物をマイクロチャネル装置の１つ以上のプロセスマイクロチャネルへ搬送すること、および次に
ｂ）熱伝導性材料を装置中の混合物の流れの方向に向流、並流もしくは交差流でマイクロチャネル装置に通すこと
を含む、エチレンオキシドを含むガス状混合物を冷却するための方法。
【請求項２】
ａ）エチレンオキシドを含む第１のガス流からエチレンオキシドを好適な吸収剤により吸収すること、
ｂ）蒸留ユニット中でエチレンオキシドを脱離させてエチレンオキシドを含有する第２のガス流を形成すること、および
ｃ）エチレンオキシドを回収すること
を含み、
段階ｂ）の第２のガス流はマイクロチャネル装置の１つ以上のプロセスマイクロチャネル中で凝縮される、
エチレンオキシドを濃縮もしくは精製するための方法。
【請求項３】
段階ｂ）において第２のガス流がエチレンオキシドの重量で５０％以上を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
段階ｂ）において第２のガス流がエチレンオキシドおよび重量で１０，０００ｐｐｍ未満の他の化合物を含み、ならびに精製エチレンオキシドが頂部またはサイドドローオフ経由にて単一の蒸留カラムの上部区画から別々に回収される、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項５】
マイクロチャネル装置が０．５から１．５ｍｍの範囲の内部高さおよび／または幅を有する１つ以上のプロセスマイクロチャネルを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
蒸留カラムとマイクロチャネル装置を含み、蒸留カラムがマイクロチャネル装置に接続されている、エチレンオキシドと水の混合物からエチレンオキシドを濃縮もしくは精製するための装置。
【請求項７】
マイクロチャネル装置が、最上部蒸留トレーまたは充填物材料以上の地点にて、蒸留カラムの外殻の内側に配置されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
マイクロチャネル装置が０．５から１．５ｍｍの範囲の内部高さおよび／または幅、および５から１００ｃｍの範囲の長さを有する１つ以上のプロセスマイクロチャネルを含む、請求項６または請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に炭化水素を含むプロセス運転における改善に関する。想定されたプロセス改善は、オレフィンおよび酸素からのオレフィンオキシドの製造と、このオレフィンオキシドの随意の更なる変換において特別な用途を見出す。
【背景技術】
【０００２】
商業規模で運転する場合、プロセス運転は、多数の重要な設計基準に合致しなければならない。今日の環境においては、プロセス設計は、環境立法を考慮に入れ、健康および安全標準に従うものでなければならない。危険な化学薬品を利用もしくは製造するプロセスは、特別な問題を引き起こし、爆発または反応暴走のリスクを最小とするために、このようなプロセス運転は時には最適ではない条件で行われなければならならず；これはプラントのランニングコスト（運転支出またはＯＰＥＸ）を増大させる。このようなプロセスは、このプロセスの実施のみに必要とされる以上の装置も利用しなくてはならず；これは建設コスト（資本支出またはＣＡＰＥＸ）の増加を生じる。
【０００３】
ＣＡＰＥＸおよびＯＰＥＸコストを低減することができ、特にプラントへの損傷のリスクと、一般人および／またはプロセスプラント作業員への危険のリスクを増大することなしで、プロセス運転を提供する必要性が継続して存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明の要旨
本発明は、プロセス運転においてマイクロチャネル装置を利用することを提供する。このような装置は、ある特定の応用分野における使用について以前に提案されたが、プラント安全リスクを維持、もしくは低減する一方で、ＣＡＰＥＸおよび／またはＯＰＥＸの低減の組み合わせをもたらすために以前に提案されたことはなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの態様においては、本発明は、
ａ）エチレンオキシドを含むガス状混合物をマイクロチャネル装置の１つ以上のプロセスマイクロチャネルへ搬送すること、および次に
ｂ）熱伝導性材料を装置中の混合物の流れの方向に向流、並流もしくは交差流でマイクロチャネル装置に通すこと
を含む、エチレンオキシドを含むガス状混合物を冷却するための方法を提供する。
【０００６】
好ましい態様においては、本発明は、
ａ）エチレンオキシドを含む第１のガス流からエチレンオキシドを好適な吸収剤により吸収すること、
ｂ）蒸留ユニット中でエチレンオキシドを脱離させてエチレンオキシドを含有する第２のガス流を形成すること、および
ｃ）エチレンオキシドを回収すること
を含み、
段階ｂ）の第２のガス流はマイクロチャネル装置の１つ以上のプロセスマイクロチャネル中で凝縮される、エチレンオキシドを濃縮もしくは精製するための方法を提供する。この方法の段階ｂ）を行うのに好適である装置も提供される。
【０００７】
図面の簡単な説明
図１は、マイクロチャネル反応器とこの主な構成要素の概略図を示す。
図２は、プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルと、本発明の実施において使用される場合のこの運転を含む、繰り返し単位の通常の例の概略図を示す。本発明で利用されるマイクロチャネル装置もしくは反応器は、複数のこのような繰り返し単位を含み得る。
図３は、本発明によりエチレンオキシドを精製するための方法の例の概略図を示す。
【０００８】
発明の詳細な説明
本発明は、物理的操作のためにマイクロチャネル装置を利用する方法を提供する。以下に、このような装置の説明を述べる。
【０００９】
本発明およびこれらの運転での使用に好適なマイクロチャネル反応器は、ＷＯ−Ａ−２００４／０９９１１３、ＷＯ−Ａ−０１／１２３１２、ＷＯ−０１／５４８１２、ＵＳ−Ａ−６４４０８９５、ＵＳ−Ａ−６２８４２１７、ＵＳ−Ａ−６４５１８６４、ＵＳ−Ａ−６４９１８８０、ＵＳ−Ａ−６６６６９０９、ＵＳ−Ａ−６８１１８２９、ＵＳ−Ａ−６８５１１７１、ＵＳ−Ａ−６４９４６１４、ＵＳ−Ａ−６２２８４３４、およびＵＳ−Ａ−６１９２５９６で述べられた。マイクロチャネル反応器を製造し、ならびにこれらの参考文献で述べられているように運転し得る方法は、本発明の実施において全般的に適用可能であり得る。
【００１０】
図１を参照すると、マイクロチャネル反応器１００は、ヘッダー１０２、複数のプロセスマイクロチャネル１０４およびフッター１０８からなり得る。ヘッダー１０２は、流体がプロセスマイクロチャネル１０４の中に流れる通路を提供する。フッター１０８は、流体がプロセスマイクロチャネル１０４から流れる通路を提供する。
【００１１】
マイクロチャネル反応器中に収められているプロセスマイクロチャネル数は極めて多いことがあり得る。例えば、この数は、１０５まで、または更には１０６まで、または２×１０６までであり得る。通常、プロセスマイクロチャネルの数は、少なくとも１０または少なくとも１００、または更に少なくとも１０００であり得る。
【００１２】
プロセスマイクロチャネルは、通常、平行に配列され、例えば平面のマイクロチャネルのアレーを形成し得る。プロセスマイクロチャネルの各々は、１５ｍｍまでの、例えば０．０５から１０ｍｍの、特に０．１から５ｍｍの、更に特に０．５から２ｍｍの高さまたは幅の少なくとも１つの内部寸法を有し得る。高さまたは幅の他の内部寸法は、例えば、０．１から１００ｃｍ、特に０．２から７５ｃｍ、更に特に０．３から５０ｃｍであり得る。プロセスマイクロチャネルの各々の長さは、例えば、１から５００ｃｍ、特に２から３００ｃｍ、更に特に３から２００ｃｍ、または５から１００ｃｍであり得る。
【００１３】
マイクロチャネル反応器１００は、プロセスマイクロチャネル１０４と熱交換接触している熱交換チャネル（図１に図示せず）をさらに含む。熱交換チャネルはマイクロチャネルであり得る。マイクロチャネル反応器は、熱交換流体が熱交換ヘッダー１１０から熱交換チャネルを通って熱交換フッター１１２に流れることができるようになされている。熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネル１０４中の流れに対して並流、向流で、もしくはある態様においては、好ましくは交差流方向で流れをもたらすように配列され得る。交差流方向は、矢印１１４および１１６により示される。
【００１４】
熱交換チャネルの各々は、１５ｍｍまでの、例えば０．０５から１０ｍｍの、特に０．１から５ｍｍの、更に特に０．５から２ｍｍの高さまたは幅の少なくとも１つの内部寸法を有し得る。高さまたは幅の他の内部寸法は、例えば、０．１から１００ｃｍ、特に０．２から７５ｃｍ、更に特に０．３から５０ｃｍであり得る。熱交換チャネルの各々の長さは、例えば、１から５００ｃｍ、特に２から３００ｃｍ、更に特に３から２００ｃｍ、または５から１００ｃｍであり得る。
【００１５】
各プロセスマイクロチャネル１０４と次の隣接する熱交換チャネルの間の分離は、０．０５ｍｍから５ｍｍの、特に０．２から２ｍｍの範囲にあり得る。
【００１６】
本発明のある実施形態においては、第１の熱交換チャネルおよび第２の熱交換チャネル、または第１の熱交換チャネル、第２の熱交換チャネル、および第３の熱交換チャネル、もしくは第５までの熱交換チャネル、もしくは更なる熱交換チャネルが準備される。このようにして、このような場合には、複数の組の熱交換チャネルがあり、したがって複数の熱交換ヘッダー１１０および熱交換フッター１１２があり得、これにより各組の熱交換チャネルは、熱交換ヘッダー１１０から熱交換流体を受け取り、熱交換フッター１１２の中に熱交換流体を送達するようになされ得る。
【００１７】
ヘッダー１０２、フッター１０８、熱交換ヘッダー１１０、熱交換フッター１１２、プロセスマイクロチャネル１０４、および熱交換チャネルは、独立して、本発明によりプロセスの運転を可能とさせる充分な強度、場合により寸法安定性、および伝熱特性を提供するいかなる構造材料からも作製され得る。好適な構造材料は、例えばスチール（例えば、ステンレススチールおよびカーボンスチール）、モネル、チタン、銅、ガラスおよびポリマー組成物を含む。熱交換流体の種類は本発明には重要でなく、熱交換流体は各種のものから選択され得る。好適な熱交換流体はスチーム、水、空気、およびオイルを含む。複数の組の熱交換チャネルを含む本発明の実施形態においては、このような組の熱交換チャネルは、異なる熱交換流体と、もしくは異なる温度を有する熱交換流体により動作し得る。
【００１８】
本発明において使用のマイクロチャネル反応器は、１つ以上のプロセスマイクロチャネルと１つ以上の熱交換チャネルそれぞれを含む複数の繰り返し単位を含み得る。ここで図２を参照すると、これは通常の繰り返し単位とこの運転を示す。
【００１９】
プロセスマイクロチャネル２１０は、上流末端２２０と下流末端２３０を有し、第１の区分２４０からなり得る。第１の区分２４０は、第１の熱交換チャネル２５０と熱交換接触し、プロセスマイクロチャネル２１０と第１の熱交換チャネル２５０の第１の区分２４０の間の熱交換を可能とし得る。繰り返し単位は、１つ以上の第１のオリフィス２８０を通って第１の区分２４０の中に至る第１のフィードチャネル２６０を含み得る。通常、１つ以上の第１のオリフィス２８０は、もう一つの第１のオリフィス２８０に対して下流に配置され得る。運転時、フィードは、上流末端２２０中の開口および／または第１のフィードチャネル２６０および１つ以上の第１のオリフィス２８０を通ってプロセスマイクロチャネル２１０の第１の区分２４０の中に入り得る。
【００２０】
プロセスマイクロチャネル２１０は、第２の区分３４０を含み得る。第２の区分３４０は、第１の区分２４０の下流に配置される。第２の区分３４０は、第２の熱交換チャネル３５０と熱交換接触にあり得、プロセスマイクロチャネル２１０の第２の区分３４０と第２の熱交換チャネル３５０の間の熱交換を可能とする。ある実施形態においては、第２の区分３４０は、第２の熱交換チャネル３５０中の熱交換流体との熱交換により第１の区分２４０において得られ、受け取られる生成物を急冷するようになされる。急冷は、必要とされるならば、複数の、例えば２つもしくは３つもしくは４つの第２の熱交換チャネル３５０の存在により段階で行われ得る。このような複数の第２の熱交換チャネル３５０は、異なる温度を有し、特に第２の区分３４０の下流方向において低い温度を有する熱交換流体を含む第２の熱交換チャネル３５０と熱交換が行われる熱交換流体を含むようになされ得る。繰り返し単位は、１つ以上の第２のオリフィス３８０を通って第２の区分３４０の中に至る第２のフィードチャネル３６０を含み得る。運転時、フィードは、プロセスマイクロチャネル２１０中の上流から、ならびに第２のフィードチャネル３６０および１つ以上の第２のオリフィス３８０を通って第２の区分３４０の中に入り得る。
【００２１】
第１および第２のオリフィス２８０もしくは３８０と組み合わされた、第１および第２のフィードチャネル２６０もしくは３６０によって、１つ以上の第１もしくは第２のオリフィス２８０もしくは３８０は、もう一つの第１もしくは第２のオリフィス２８０もしくは３８０それぞれに対して下流に配置され、反応物質の補給が可能となる。反応物質の補給が本発明のいくつかの実施形態で利用可能である。
【００２２】
プロセスマイクロチャネル２１０は、第１の区分２４０の下流および第２の区分３４０の上流に配置されている中間区分４４０を含み得る。中間区分４４０は、第３の熱交換チャネル４５０と熱交換接触にあり得、プロセスマイクロチャネル２１０の中間区分４４０と第３の熱交換チャネル４５０の間の熱交換を可能とする。
【００２３】
ある実施形態において、プロセスマイクロチャネル２１０は、第２の区分３４０の下流の第３の区分（図示せず）と、場合により第２の区分３４０の下流および第３の区分の上流の第２の中間区分（図示せず）を含み得る。第３の区分は、第４の熱交換チャネル（図示せず）と熱交換接触にあり得、プロセスマイクロチャネル２１０の第３の区分と第４の熱交換チャネルの間の熱交換を可能とする。第２の中間区分は、第５の熱交換チャネル（図示せず）と熱交換接触にあり得、プロセスマイクロチャネル２１０の第２の中間区分と第５の熱交換チャネルの間の熱交換を可能とする。繰り返し単位は、１つ以上の第３のオリフィス（図示せず）を通って第３の区分の中に至る第３のフィードチャネル（図示せず）を含み得る。通常、１つ以上の第３のオリフィスは、もう一つの第３のオリフィスに対して下流に配置され得る。運転時、フィードは、プロセスマイクロチャネル２１０中の上流から、ならびに第３のフィードチャネルおよび１つ以上の第３のオリフィスを通して第３の区分の中に入り得る。
【００２４】
フィードチャネルの各々はマイクロチャネルであり得る。これらは、１５ｍｍまでの、例えば０．０５から１０ｍｍの、特に０．１から５ｍｍの、更に特に０．５から２ｍｍの高さまたは幅の少なくとも１つの内部寸法を有し得る。高さまたは幅の他の内部寸法は、例えば、０．１から１００ｃｍ、特に０．２から７５ｃｍ、更に特に０．３から５０ｃｍであり得る。フィードチャネルの各々の長さは、例えば、１から２５０ｃｍ、特に２から１５０ｃｍ、更に特に３から１００ｃｍ、または５から５０ｃｍであり得る。
【００２５】
プロセスマイクロチャネルの区分の各々の長さは、例えば、必要とされる熱交換容量により、相互に独立して選択され得る。この区分の長さは、独立して少なくとも１ｃｍ、または少なくとも２ｃｍ、または少なくとも５ｃｍであり得る。この区分の長さは、独立して多くても２５０ｃｍ、または多くても１５０ｃｍ、または多くても１００ｃｍ、または多くても５０ｃｍであり得る。この区分の他の寸法は、プロセスマイクロチャネル２１０の対応する寸法により規定される。
【００２６】
本発明のマイクロチャネル反応器は、既知の方法、例えば従来の機械加工、レーザー切断、成形、型打ち、およびエッチングおよびこれらの組み合わせを用いて製造され得る。本発明のマイクロチャネル反応器は、通路を可能とさせる除去済の形状付きのシートを形成することにより製造され得る。このようなシートの積重体は、既知の方法、例えば拡散接合、レーザー溶接、冷溶接、拡散ろう付け、およびこれらの組み合わせを使用することにより組み立てられて集積化素子を形成する。本発明のマイクロチャネル反応器は、反応物質の入力、生成物の出力、および熱交換流体の流れを制御するための適切なヘッダー、フッター、バルブ、導管ライン、および他の形状を含む。これらは図面中には示されていないが、当業者によれば容易に設置可能である。また、プロセスマイクロチャネルに入る前に、フィードの温度制御のための、特にフィードまたはフィード成分を加熱するための、もしくはプロセスマイクロチャネルを出た後で生成物の温度制御のための、特に生成物を冷却するための更なる熱交換装置（図示せず）があり得る。このような更なる熱交換装置は、マイクロチャネル反応器と一体であり得るが、通常、別々の装置である。これらは図面中には示されていないが、当業者によれば容易に設置可能である。
【００２７】
ある態様において、本発明は、酸素または空気を用いるアルキレンの直接的なエポキシ化によるアルキレンオキシド、および特にエチレンオキシドの製造方法において特別な用途を見出す。Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ  ９，１９８０，ｐａｇｅｓ  ４４５−４４７を参照のこと。空気をベースとする方法においては、空気または酸素により富化された空気が酸化剤源として使用され、酸素をベースとする方法においては、高純度（少なくとも９５モル％）の酸素が酸化剤源として使用される。現在は、大部分のエポキシ化プラントは酸素をベースとする。このエポキシ化方法は、広い範囲から選択される反応温度を用いて行われ得る。好ましくは、エポキシ化反応器内の反応温度は、１５０℃から３４０℃の範囲に、更に好ましくは１８０から３２５℃の範囲にある。反応は、好ましくは１０００から３５００ｋＰａの範囲の圧力で行われる。
【００２８】
特にエチレンオキシドプラント中で爆発リスクを呈するプロセス運転は、エチレンオキシドそれ自体の取り扱いである。エチレンオキシド（ＥＯ）は不安定で、極めて反応性の成分である。ＥＯ蒸気を含む装置中では、発熱性であるいくつかの反応が起こる可能性がある。反応熱を充分に速く除去しない場合には、装置中の温度は急速に増大し、チェックしないと、ＥＯ蒸気の爆発的分解反応に至る可能性がある。更なる物質が存在する場合には、爆発的反応は純粋エチレンオキシドよりも低温で起こる可能性がある。ある環境下ではＥＯ液体でも危険であり得る。
【００２９】
商用のエチレンオキシド製造プラントにおいては、このことが最大の懸念となる区画は、ＥＯ濃縮器およびＥＯ精製区画である。ＥＯ濃縮器はしばしばＥＯストリッパーとも呼ばれる。ＥＯ濃縮器およびＥＯ精製区画は、両方とも水からＥＯを分離するのに凝縮器およびＥＯ濃縮物捕集容器を備えた蒸留カラムを利用する。ＥＯ濃縮物捕集容器中では、よどんだ液体ＥＯがおそらく水と一緒に存在する。蒸留カラム中もしくはＥＯ濃縮物捕集容器中で、爆発的分解反応の可能性を低下させるためには、ＥＯ濃縮カラムおよびＥＯ精製カラムの頂部区画プラス塔頂系は、便宜的には、運転圧力を少なくとも１．７倍増加させる窒素圧力下で運転される。二酸化炭素、メタン、およびプロセスガス、例えばライトエンドガスの１つ以上から選択され得る窒素以外のガスを使用することにより、この圧力は生成可能でもある。しかしながら、通常、窒素が使用される。頂部区画中での加圧の必要無しでこれらのカラムを運転し得ることが最も望ましいが、なお低い爆発リスクを有する。
【００３０】
マイクロチャネル装置を使用することは、エチレンオキシド含有混合物を極めて効率的に冷却して、爆発的分解反応の可能性を最小とし得る利点を有する。マイクロチャネル装置内には多数のプロセスマイクロチャネルが存在するので、プロセスマイクロチャネルの寸法のために、ＥＯ含有フィードは多数の小体積に分割される。伝熱媒体が装置の熱交換チャネルの中を通されてＥＯから伝熱媒体への迅速な熱流束を確保する。これらの特徴は、高伝熱効率を確保し、爆発的領域にある可能性のあるガスの体積を最小とする。更には、プロセスマイクロチャネルの性状は、装置がフレームアレスタとして挙動し、ＥＯ含有ガスに対して本質的に安全な凝縮系を提供することができるということを意味する。本発明のこの態様においては、多くても５ｍｍの、最も好ましくは多くても２ｍｍの、および特に多くても１．５ｍｍの高さおよび／または幅の内部寸法を有するプロセスマイクロチャネルの１つ以上、および好ましくは全部を有するマイクロチャネル装置を使用することも好ましい。上記の内部寸法は、好ましくは少なくとも０．１ｍｍ、最も好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、および特に少なくとも０．５ｍｍである。
【００３１】
本発明の方法においては、エチレンオキシドを含むガス状混合物はＥＯの重量で５０から１００％の範囲を含有し得る。このガス状混合物は、以下の水；二酸化炭素；アルゴン；窒素；酸素；エチレングリコール、例えばモノ−エチレングリコール、ジ−エチレングリコール、およびトリ−エチレングリコール；アルデヒド、例えばアセトアルデヒド、およびホルムアルデヒド；炭化水素、例えばエチレン、メタン、およびエタン；および炭化水素物質および／または塩素化炭化水素不純物、例えばアルコール、酸、アセタール、環状アセタール、エーテル、環状エーテル、エステル、例えば１，４−ジ−オキサン、１，４，７−トリ−オキサン、１，３−ジ−オキソラン、２−メチル−１，３−ジ−オキソラン、２−クロロ−メチル−１，３−ジ−オキソラン、２−クロロ−エタノール、２−クロロ−メチル−１，３−ジ−オキソラン、グリオキサール、シュウ酸、グリコール酸、グリオキシル酸、乳酸、酢酸、ギ酸、およびこれらのエステルの１つ以上もガス状の形で含み得る。
【００３２】
マイクロチャネル装置の使用は、従来の外殻および管式の熱交換器よりもはるかに大きい伝熱をもたらすことができ、およびはるかに小さい装置品目である。このようにして、小さい凝縮装置を組み合わせることにより、ならびに還流ドラムを除去することにより、ＣＡＰＥＸの改善が得られる。この装置は、これらのカラムの上部区画の過剰な加圧の必要性を低減する潜在能力も有する。ＯＰＥＸは、これらのＥＯ蒸留カラムの頂部区画における加圧の任意の低減によっても改善され得る。圧力を低減することができる場合には、特にＥＯストリッパーもしくは濃縮器において、カラムの加熱に低い温度スチームを使用することができ、グリコール副生成物の量を低下させることができる点で、更なる顕著な利点が存在する。更には、マイクロチャネル装置は、フレームアレスタとして挙動し、本質的に安全なＥＯ凝縮系を提供する。
【００３３】
このようにして、本発明は、好ましくは、
ａ）第１のガス流からエチレンオキシドを好適な吸収剤により吸収すること、
ｂ）蒸留ユニット中でエチレンオキシドを脱離させてエチレンオキシドを含有する第２のガス流を形成すること、および
ｃ）エチレンオキシドを回収すること
を含み、
段階ｂ）の第２のガス流はマイクロチャネル装置の１つ以上のプロセスマイクロチャネル中で凝縮される、エチレンオキシドを濃縮もしくは精製するための方法を提供する。
【００３４】
エチレンオキシドを吸収することができる好適な吸収剤は、文献に記録されており、水（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ  Ｎｏ．４６５１１７を参照、同上）；エチレンカーボネート（ＵＳ−Ａ−４，２２１，７２７およびＥＰ−Ａ−７７６８９０を参照）；プロピレンカーボネート（ＥＰ−Ａ−７０５８２６）；４０％までのグリコール含量と５００ｐｐｍまでの発泡防止添加物含量を有するエチレングリコール水溶液（ＵＳ−Ａ−４，８７５，９０９およびＧＢ−Ａ−１４３５８４８）；メタノール（ＵＳ−Ａ−３，９４８，６２１）；有機液体溶剤（ＵＳ−Ａ−４，２４９，９１７）；および液体の形の液体炭化水素、例えばメタン、エタンおよび／またはエチレン（ＵＳ−Ａ−３，６４４，４３２）を含む。しかしながら、最も普通には水または水溶液が利用され、本発明の方法において好ましい。
【００３５】
段階ａ）においては、水または水溶液によるエチレンオキシドの吸収がエチレンオキシドの水溶液を生じる。次いで、段階ｂ）においては、エチレンオキシドが蒸留ユニットでの脱水により脱離される。
【００３６】
蒸留ユニットは１本以上の蒸留カラムを含み得る。最も好適には、最大５本の蒸留カラムがユニット内で直列で利用され、「蒸留系列」を形成する。好ましくは、蒸留ユニットは、１から３本の蒸留カラム、最も好ましくは１本のみの蒸留カラムを含む。段階ｂ）で単一のカラムを利用する場合、第２のガス流がカラムの上部区画中で得られ、水性生成物が底部区画で得られる。カラムの蒸留系列においては、当業者には周知のように、等価の生成物流が適切な地点で得られる。
【００３７】
用語「脱水」は、本明細書中では水の除去を意味すると理解されるべきである。
【００３８】
好ましい実施形態においては、段階ａ）は、水溶液中でエチレンオキシドを吸収して、水をＥＯにより富化する流れを生成することであり、および段階ｂ）は、単一の蒸留カラムであるＥＯストリッパーもしくは濃縮器中で行われる。ＥＯは水性フィード流からストリッピングもしくは濃縮されるが、上部区画から引き出される、および好ましくは蒸留カラムの最頂部から引き出される生成物は、なおエチレンオキシドと水の混合物である。このガス状混合物生成物はマイクロチャネル装置中で凝縮され、得られるＥＯ含有流れは、他の化学薬品、例えば１，２−ジオール、１，２−ジオールエーテル、１，２−カーボネートまたはアルカノールアミンを当分野で既知の方法により製造するのに利用可能であるか、もしくは高純度ＥＯを得るのに更に精製可能である。上記の得られるＥＯ含有流の一部は、ＥＯ濃縮カラムまで再循環され得、およびガス、例えばメタン、ＣＯ２、およびエチレンのブリードは、当業者には周知の方法により引き出し可能である。この実施形態においては、第１のガス流は、エチレンと酸素を反応させて、エチレンオキシドを形成する反応器のＥＯ含有生成物流である。好ましくは、第１のガス流は、重量で２から５０％の、更に好ましくは重量で２から１０％の、および特に重量で４から６％の範囲でＥＯを含む。段階ａ）の水溶液は、重量で５０から１００％の量で水を主として含む。大部分モノ−エチレングリコールであるグリコールは上記の水溶液の重量で０．１から２０の、例えば２から１０％の範囲にあるということが可能である。このような溶液中では発泡防止添加物は必要ではないが、所望ならば利用され得る。
【００３９】
代替の好ましい実施形態においては、段階ｂ）は、段階ａ）の数段階下流で、ならびに第２のガス流が痕跡量の不純物と共に主としてＥＯを含有する、ＥＯ製造方法のＥＯ精製区画において行われ得る。このようにして、他の化合物の１０，０００ｐｐｍ未満、例えば１ｐｐｍから１０，０００ｐｐｍも存在し得る。このような化合物は、例えば水、二酸化炭素、アルゴン、窒素、酸素、アルデヒド、例えばアセトアルデヒド、およびホルムアルデヒドと、上記のように他の炭化水素、アルコール、酸、アセタール、環状アセタール、エーテル、環状エーテル、およびエステルを含み得る。この実施形態においては、第２のガス流は、蒸留カラムの上部区画のいかなる地点においても引き出され得る精製エチレンオキシドであり、このようにして、上部プレートまたは内部充填物の上の頂部ドローオフ経由で、もしくは上部トレーまたは充填物の上部レベルの下のガスもしくは液側のドローオフ経由でガス状の形で直接に引き出され得る。
【００４０】
両方の実施形態においては、第２のガス流は、重量で５０％以上のＥＯを含むということが好ましい。
【００４１】
本発明の更なる態様においては、エチレンオキシドと水の混合物からエチレンオキシドを濃縮もしくは精製するために、マイクロチャネル装置に接続された蒸留カラムである、装置が提供される。有利には、マイクロチャネル装置は、最上部の蒸留トレーもしくは充填物材料よりも上の地点で蒸留カラムの外殻の内側に配置される。
【００４２】
マイクロチャネル装置を蒸留カラムの内側に組み込むことにより、カラム内に統合的な還流を設けることが可能であり、プロセス安全性を著しく改善する。商用のＥＯ製造プラントにおいては、集積化マイクロチャネル装置を本発明によりこのように使用して、ＥＯガスを蒸留カラム内で冷却することによって、外部の濃縮物捕集容器を必要とせずに凝縮による冷却を行うことが可能となる。従って、停滞するＥＯの存在が回避され、爆発の可能性が最小とされる。
【００４３】
例えば、このようにして図１を参照しながら、本発明の方法の運転を説明することができる。
【００４４】
好ましくはＥＯストリッパーまたはＥＯ精製カラムの頂部流を形成するガス流である、エチレンオキシドを含むガス状混合物は、ヘッダー１０２に入り、多数の部分に分割されて複数のプロセスマイクロチャネル１０４経由で反応器中を進む。冷却剤は、熱交換ヘッダー１１０経由で装置の中にフィードされ、交差流（図１に示すように）もしくは並流もしくは向流として熱交換チャネル経由で装置の中をフッター１１２まで流れる。
【００４５】
マイクロチャネル装置は、蒸留カラム内に配置される場合、最も好適にはカラムの中心に配置され、およびカラム壁に直接に固定されてカラムの全直径に拡がって延びるか、もしくは直径の一部のみに拡がって延び得る。後者の場合には、この装置は、カラム内壁から延びる梁上に配置されるか、もしくはカラム内壁から延びるアームにより懸垂され得る。但し、梁またはアームは、カラム中のガスおよび液体の流れを制限しないものとする。マイクロチャネル装置の高さは、好適には、蒸留カラムの正常な運転を妨げないようなものであり；プロセスマイクロチャネルの長さは、最も好適には５から１００ｃｍの範囲のものである。
【００４６】
すべての場合、蒸留カラム中のガス流がマイクロチャネル装置の外側を巡るか、もしくは装置中のチャネルまたは孔を通ってカラムの頂部まで循環できるということが重要である。マイクロチャネル装置は、第２のガス流が図１におけるようにヘッダー経由で装置の頂部で装置に入るように配置される。ガス流は、プロセスマイクロチャネル内で凝縮し、液体エチレンオキシドは、プロセスマイクロチャネル中を通り、および出口ヘッダーまたは他の捕集ユニット中装置の底部において、もしくは底部の下で集まり、およびカラムから取り出し可能である。凝縮によって、ガス流は、プロセスマイクロチャネルの中に自動的に引き込まれる。冷却剤は装置の中に送入可能であり、例えば水または凝縮により生じる熱を吸収する他の冷却材料であり得る。
【００４７】
好適には、本発明のＥＯ凝縮プロセスでのマイクロチャネル装置の使用に対して当てはまり得る一般的なプロセス条件は、外周温度（２０℃）から１００℃の、例えば３０から５０℃の範囲の温度であり、および１００から１，０００ｋＰａの、例えば２００から４００ｋＰａの範囲の圧力である。
【００４８】
ここで、本発明を次の実施例により例示する。
【実施例】
【００４９】
４００，０００ｍｔ／ａ  エチレンオキシドプラント中で反応器系への再循環ガスの流れは、６００ｍｔ／時である。この流れは、主としてメタン、エチレン、酸素、アルゴン、二酸化炭素、および窒素からなる。反応器入口における温度は１４０℃であり、圧力は２０００ｋＰａゲージである。図３中で反応器１内部の触媒上でエチレンオキシドと二酸化炭素を製造する。ＥＯをＥＯ吸収器２中で洗浄し、および再循環ガスの一部をＣＯ２吸収器３中でＣＯ２を洗浄する。ＥＯ洗浄に使用される吸収剤は、通常、低濃度のモノエチレングリコール（２から１０重量％）を含む水である。ＥＯ吸収器２の底部からのライン５経由のエチレンオキシドにより飽和された水をＥＯストリッパー４の頂部までフィードする。ＥＯストリッパー４の底部流のライン６は実質的にＥＯを含まず、および再循環されて、ＥＯ吸収器３の頂部に戻される。エチレンオキシド−水混合物（通常、５０から殆ど１００重量％のエチレンオキシドを含有）は沸騰して、ライン７により示されるように蒸気流としてＥＯストリッパーの頂部を越えて、容器１６の中に凝縮される。場合により、凝縮された蒸気の一部を還流して、ＥＯストリッパーの頂部におけるＥＯ濃度を増大させることができる。メタン、ＣＯ２、およびエチレンのようなガスをライトエンドカラム８中で凝縮された水／エチレンオキシド混合物からライン９経由で除去する。純粋なＥＯ用途に対してはＥＯを脱水し、およびＥＯ精製カラム１０中で精製する。水または水とＥＯの混合物がライン１５経由でこのカラムの底部を出る。頂部蒸気を凝縮し、および大部分還流し、および濃縮物捕集／還流容器１１からライン１２経由でカラムに再入させる。通常、小さいＥＯ流を軽質成分用のブリードとしてＥＯ還流ドラム１１からグリコール区画にフィードする（ライン１３を参照）。純粋なＥＯ生成物流（ライン１４）をこのカラムの頂部区画から、この実施例においては還流トレーの数トレー下で採取する。
【００５０】
この実施例においては、ＥＯストリッパー４の頂部、頂部ストリッパー凝縮器、ＥＯ／水ライン１５、ライトエンドカラム８、ＥＯ精製カラム１０の頂部区画、およびＥＯ還流ドラム１１がＥＯの高濃度を含有する。爆発危険性を制限するために、両方のＥＯ凝縮器は、図１および図２に関して述べられているようなマイクロチャネル装置である。これらは本発明にしたがって凝縮器として作動する。この装置においては全ＥＯ体積をマイクロチャネル内部で大量の小体積に分割する。これに加えて、伝熱を大々的に増大させ、最終的に爆発に至る暴走反応のリスクを最小とする。この実施例においては、マイクロチャネル凝縮器をＥＯストリッパー４およびＥＯ精製カラム１０の内部でいわゆるコールドフィンガーとして、場合により集積化して、内部還流を可能とすることができる。このようにして、還流容器中のＥＯの大きな体積を回避し、爆発リスクを更に低減させる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】マイクロチャネル反応器とこの主な構成要素の概略図を示す。
【図２】プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルと、本発明の実施において使用される場合のこの運転を含む、繰り返し単位の通常の例の概略図を示す。
【図３】本発明によりエチレンオキシドを精製するための方法の例の概略図を示す。
【図１】
2009520764.tif 000003
【図２】
2009520764.tif 000004
【図３】
2009520764.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月31日(2007.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）エチレンオキシドを含む第１のガス流からエチレンオキシドを好適な吸収剤により吸収すること、
ｂ）蒸留ユニット中でエチレンオキシドを脱離させて、エチレンオキシドを含有する第２のガス流を形成すること、および
ｃ）エチレンオキシドを回収すること
を含み、
段階ｂ）の第２のガス流はマイクロチャネル装置の１つ以上のプロセスマイクロチャネル中で凝縮され、およびマイクロチャネル装置が最上部蒸留トレーまたは充填物材料以上の地点にて蒸留カラムの外殻の内側に配置されている、
エチレンオキシドを濃縮もしくは精製するための方法。
【請求項２】
段階ｂ）において第２のガス流がエチレンオキシドの重量で５０％以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
段階ｂ）において第２のガス流がエチレンオキシドおよび重量で１０，０００ｐｐｍ未満の他の化合物を含み、ならびに精製エチレンオキシドが頂部またはサイドドローオフ経由にて単一の蒸留カラムの上部区画から別々に回収される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
マイクロチャネル装置が０．５から１．５ｍｍの範囲の内部高さおよび／または幅を有する１つ以上のプロセスマイクロチャネルを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
蒸留カラムとマイクロチャネル装置を含み、マイクロチャネル装置が最上部蒸留トレーまたは充填物材料以上の地点で蒸留カラムの外殻の内側に配置されている、エチレンオキシドをエチレンオキシドと水の混合物から濃縮もしくは精製するための装置。
【請求項６】
マイクロチャネル装置が０．５から１．５ｍｍの範囲の内部高さおよび／または幅および５から１００ｃｍの範囲の長さを有する１つ以上のプロセスマイクロチャネルを含む、請求項５に記載の装置。
【国際調査報告】
2009520764.tif 000006
2009520764.tif 000007
2009520764.tif 000008