ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ГЛИКОЛЯ
GLYCOL EXTRACTION AND PURIFICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к аппарату и способу отделения катализатора от полученного неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) и очистки моноэтиленгликоля (MEG); и применению такового в блоке для получения этиленгликоля (EG) из этиленоксида (ЕО).
Уровень техники
Моноэтиленгликоль (MEG) преимущественно применяется для изготовления волокон из сложных полиэфиров, полиэтилентерефталата (РЕТ) и, в меньшем масштабе, в системах охлаждения автомобилей, где он служит в качестве антифриза.
2
2
Моноэтиленгликоль (MEG) может быть получен преобразованием этиленоксида (ЕО) в этиленгликоль (EG) в присутствии гомогенного катализатора, прямым синтезом при катализе, например, бикарбонатом или металлатными комплексными солями. Альтернативно моноэтиленгликоль (MEG) может быть получен в двухстадийном процессе, способом кетального типа (при кислотном катализе) или через этиленкарбонат (ЕС) при катализе, например, галогенидом щелочного или щелочноземельного металла, цинка, олова, алкиламином или четвертичной солью аммония или тому подобными. В последнем случае комплексный процесс превращения этиленоксида (ЕО) в этиленгликоль (EG) обычно подразделяется на четыре секции: реакции этиленоксида (ЕО) с диоксидом углерода (СО) с удалением и регенерацией этиленоксида (ЕО); удаления легких фракций (LE) и очистки этиленоксида (ЕО); реакции преобразования этиленкарбоната (ЕС) в этиленгликоль (EG) и отделения этиленгликоля (EG); и очистки моноэтиленгликоля (MEG). В секции превращения этиленкарбоната (ЕС) в этиленгликоль (EG) этиленоксид (ЕО) реагирует с СО с образованием этиленкарбоната (ЕС) в присутствии гомогенного катализатора. Этиленкарбонат (ЕС) и катализатор подаются в секцию гидролиза, в которой этиленкарбонат (ЕС) гидролизуется до моноэтиленгликоля (MEG) в присутствии катализатора, и катализатор отделяется от моноэтиленгликоля (MEG) для рециркуляции в секцию превращения этиленкарбоната (ЕС) в этиленгликоль (EG).
В описании Патента США № 6080897 показан процесс, в котором в емкости для отделения катализатора моноэтиленгликоль (MEG) отделяют от катализатора путем испарения моноэтиленгликоля (MEG), и испаренный моноэтиленгликоль (MEG) затем опять конденсируют для подачи жидкого моноэтиленгликоля (MEG) в главную колонну очистки моноэтиленгликоля (MEG) для отделения легких фракций, ректификации и пастеризации. В процессе этого типа колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG) работает при более высоком давлении, чем емкость для отделения, и требуется насос или сила тяжести для транспортировки сконденсированного моноэтиленгликоля (MEG) в колонну очистки моноэтиленгликоля (MEG).
Недостаток этой системы состоит в том, что поток моноэтиленгликоля (MEG) требуется выпаривать дважды, что сопряжено с необходимостью применения пара высокого давления. Авторы настоящего изобретения теперь нашли, что может быть достигнута весьма существенная экономия пара и капиталовложений путем сведения процесса к однократному испарению потока моноэтиленгликоля (MEG), устранения стадии конденсации моноэтиленгликоля (MEG) и снижения рабочего давления в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), что позволяет транспортировать пары из секции отделения катализатора в стадию очистки моноэтиленгликоля (MEG) без употребления механического перекачивающего устройства.
Сущность изобретения
5
-2
Согласно самому общему аспекту изобретения представляется способ отделения раствора гомогенного катализатора от неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) и очистки моноэтиленгликоля (MEG) для применения в процессе каталитического превращения этиленоксида (ЕО) в моноэтиленгликоль (MEG), в котором способ включает отделение раствора катализатора в секции отделения катализатора путем испарения неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) и подачу неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) в секцию ректификации, секцию отделения легких фракций и оттуда в секцию пастеризации, причем каждая секция работает при давлении ниже атмосферного на уровне 0,5×10 Нм или менее, секции ректификации и пастеризации действуют при давлении, меньшем, чем таковое в секции отделения катализатора, в котором процесс создает разность давлений между секциями отделения катализатора и ректификации и в котором парофазное питание неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) из секции отделения катализатора подается в виде по существу паровой фазы, подводимой в секцию ректификации.
В первом предпочтительном варианте исполнения секции отделения, ректификации и пастеризации работают с внутренним питанием, в открытом сообщении между секциями, и секция отделения легких фракций действует как отдельная секция отделения легких фракций при давлении ниже атмосферного, но более высоком, чем давление в секции ректификации, с внешним питанием, в открытом сообщении с секцией ректификации. Сконденсированные жидкости из секции ректификации подаются в секцию отделения легких фракций с внешним питанием. Освобожденные от легких компонентов пары моноэтиленгликоля (MEG) затем возвращаются снаружи в область между секциями отделения и ректификации.
Альтернативно, во втором варианте осуществления секции отделения легких фракций, ректификации и пастеризации работают с внутренним питанием в открытом сообщении между секциями, и секция отделения легких фракций размещена ниже секции ректификации. В этом варианте осуществления секция отделения катализатора действует с внешним снабжением, в открытом сообщении с секцией ректификации. Паровая фаза неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) из секции отделения преимущественно подается снаружи в область между секцией отделения легких фракций и секцией ректификации.
Упоминаемое здесь выражение «в открытом сообщении» означает работу без применения приспособлений для создания разности давлений сверх такового, обусловленного функционированием самих секций, например, в выпусках, внутренних коммуникациях и тому подобных.
В дальнейшем аспекте изобретения представляется аппарат очистки моноэтиленгликоля (MEG) для отделения раствора гомогенного катализатора от неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) и для очистки моноэтиленгликоля (MEG), для применения в блоке каталитического превращения этиленоксида (ЕО) в моноэтиленгликоль (MEG), в которой аппарат включает секцию отделения катализатора, секцию ректификации моноэтиленгликоля (MEG), секцию отделения легких фракций и секцию пастеризации, в которой секции ректификации моноэтиленгликоля (MEG) и пастеризации расположены внутри колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG), и секция отделения катализатора размещена либо в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), либо в отдельной емкости выше по потоку, и в которой секция отделения снабжена подающим впуском неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) в секцию ректификации моноэтиленгликоля (MEG) и выпуском отделенного катализатора, причем подающий впуск неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) в секцию ректификации моноэтиленгликоля (MEG) представляет собой подающий впуск пара. Секция отделения легких фракций расположена либо в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), либо в виде отдельной колонны отделения легких фракций.
В первом предпочтительном варианте осуществления секция отделения катализатора размещена в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), ниже впуска для введения жидкой фазы раствора гомогенного катализатора в моноэтиленгликоле (MEG) в секцию отделения катализатора, секции ректификации моноэтиленгликоля (MEG) и пастеризации размещены выше впуска в той же колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), и подающий впуск неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) из секции отделения в секцию ректификации моноэтиленгликоля (MEG) представляет собой внутренний подающий впуск пара.
В этом предпочтительном варианте осуществления секция отделения легких фракций размещена в виде отдельной колонны отделения легких фракций, включающей впуск, питаемый от выпуска для сконденсированной жидкости из секции ректификации, и имеющей выпуск для паровой фазы, возвращаемой во внутрь подающего впуска паров неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) из секции отделения катализатора в секцию ректификации.
Во втором варианте осуществления секция отделения катализатора расположена в отдельной емкости, расположенной выше по потоку относительно колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG), и подающий впуск неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) из секции отделения в секцию ректификации моноэтиленгликоля (MEG) представляет собой внешний подающий впуск для пара, более предпочтительно впуск подачи паров с боковым входом. В этом варианте осуществления секция отделения легких фракций расположена в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG) ниже секции ректификации.
В дальнейшем аспекте изобретения предусматривается применение аппарата или процесса согласно настоящему изобретению в блоке или процессе для каталитического превращения этиленоксида (ЕО) в моноэтиленгликоль (MEG), предпочтительно производственного аппарата для получения этиленгликоля (EG) из этиленоксида (ЕО), в которой моноэтиленгликоль (MEG) присутствует с катализатором, как здесь описано выше.
Хотя известны системы, например, из патента US-A-6,080,897, для отделения раствора катализатора от неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) с очисткой моноэтиленгликоля (MEG) путем последовательной дистилляции, типично в двух дистилляционных колоннах, нет системы, которая выполняет отделение раствора катализатора от неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) при низком давлении, с очисткой моноэтиленгликоля (MEG) в одной колонне или в отдельной колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG) и отдельной емкости отделения катализатора, расположенной выше по потоку, и которая также включает подачу мгновенно испаренного гликоля в секцию ректификации, эффективно используя образование паров моноэтиленгликоля (MEG) в первой секции отделения для применения во второй секции ректификации, без конденсирования неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) после отделения и перед подачей в секцию ректификации. Это обеспечивает экономию общих затрат энергии и исключает необходимость в оборудовании для промежуточного накопления и транспортировки сконденсированного неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) по сравнению с известным способом, в котором действует секция промежуточной конденсации, чтобы обеспечить подачу жидкого неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) в секцию ректификации и отделения легких фракций при более высоком давлении, где его еще раз приходится испарять. В дополнение, это позволяет секции отделения легких фракций действовать при более низкой нагрузке по жидкости и пару, чем нагрузка по жидкости и пару секций ректификации и пастеризации в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG). Дальнейшим преимуществом настоящего изобретения является работа без применения механического перекачивающего приспособления между секцией отделения катализатора и секцией ректификации для транспортировки жидкого конденсата между секциями, в отличие от известного процесса. В целом это имеет результатом преимущества в плане эксплуатационных расходов и стоимости строительства аппарата.
Изобретение также позволяет снизить температуру обработки моноэтиленгликоля (MEG) и понизить температуру обработки катализатора в секции отделения катализатора благодаря работе при более низком давлении. Дополнительное преимущество работы при более низком давлении состоит в том, что еще больше упрощается выделение моноэтиленгликоля (MEG) в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), что позволяет добиться более высокой регенерации энергии в секции очистки моноэтиленгликоля (MEG) и снизить степень рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG). Подача неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) в виде паров в колонну очистки моноэтиленгликоля (MEG) в сочетании с более высокой селективностью процесса каталитического получения гликоля ведет к сокращению размера секции отделения легких фракций колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) согласно изобретению. Более компактная компоновка оборудования тем самым может быть реализована в предпочтительном варианте осуществления путем размещения секции ректификации и пастеризации колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) на верхней части секции отделения катализатора и расположения секции отделения легких фракций в виде отдельной отпарной колонны после реконструированной колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG), с питанием от дренажной тарелки колонны, встроенной между секциями отделения катализатора и ректификации. В целом это имеет результатом преимущества в плане эксплуатационных расходов и стоимости строительства аппарата.
Подробное описание изобретения
Типично в процессе и аппарате согласно изобретению отделяется раствор катализатора, образованный в секции обезвоживания гликоля. Раствор катализатора в основном или преимущественно представляет собой жидкую фазу, хотя он может включать пары, на входе в секцию отделения. Раствор катализатора включает катализатор в неочищенном моноэтиленгликоле (MEG). В секции отделения подведение теплоты с нагреванием до температуры, как описано далее, обусловливает однократное испарение при пониженном давлении неочищенного моноэтиленгликоля (MEG), в ходе которого паровая фаза неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) отделяется от раствора с удалением более чем от 0 весовых процентов до 95 весовых процентов катализатора в неочищенном моноэтиленгликоле (MEG), каковой катализатор вовлекается в рециркуляцию для дальнейшего использования в реакции превращения этиленоксида (ЕО) в моноэтиленгликоль (MEG). Как здесь описано выше, паровая фаза неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) подается в секцию ректификации, где массоперенос между жидкой фазой и паровой фазой проявляется в ректификации с отделением моноэтиленгликоля (MEG) в виде верхнего погона от диэтиленгликоля (DEG) и более высококипящих гликолей. Отделенный моноэтиленгликоль (MEG) поднимается в секцию пастеризации, где дальнейший массоперенос между фазами проявляется в отделении моноэтиленгликоля (MEG) от потока верхнего погона более низкокипящей остаточной воды и прочих легких компонентов.
Процесс согласно изобретению включает секцию отделения легких фракций, в которой предпочтительно проводится обработка жидкости, подводимой из секции ректификации и включающей моноэтиленгликоль (MEG), диэтиленгликоль (DEG) и высшие гликоли. Упомянутые здесь «высшие гликоли» имеют отношение к триэтиленгликолю и высшим замещенным гликолям. Отделение легких фракций образует рециркулирующий паровой верхний погон, который далее концентрируется, обогащаясь моноэтиленгликолем (MEG) сравнительно с подводимым исходным сырьем.
5
-2
Подаваемая жидкость предпочтительно представляет собой жидкий донный продукт, спускающийся вниз из секции ректификации, стекая непосредственно во внутреннюю секцию отделения легких фракций или перетекая в отдельную секцию отделения легких фракций. Пары из верхней части секции отделения легких фракций поднимаются в секцию ректификации или возвращаются в колонну очистки моноэтиленгликоля (MEG) и, объединяясь с неочищенными парами из секции отделения катализатора, подаются в секцию ректификации. Секция отделения легких фракций работает при давлении ниже атмосферного на уровне 0,5×10 Нмили меньше, но более высоком, нежели таковое в секции ректификации. Такая компоновка исключает необходимость в механическом перекачивающем приспособлении между секциями отделения легких фракций и ректификации.
Секция отделения легких фракций направляет донный поток, обогащенный диэтиленгликолем (DEG) и высшими гликолями, в колонну рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG), которая извлекает моноэтиленгликоль (MEG) из смеси, обогащенной диэтиленгликолем (DEG) и высшими гликолями. Дальнейшим преимуществом изобретения является работа при пониженном давлении в отдельной колонне отделения легких фракций, позволяющая снизить рабочую температуру в донных продуктах отдельной колонны отделения легких фракций, что сводит к минимуму термическое разложение моноэтиленгликоля (MEG) и также интенсифицирует разделение. Содержание диэтиленгликоля (DEG) и высших гликолей в донных продуктах отдельной колонны отделения легких фракций возрастает по сравнению с вводимым исходным сырьем, благодаря чему колонна рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) имеет пониженную нагрузку по подводимому моноэтиленгликолю (MEG). Пониженная нагрузка при извлечении моноэтиленгликоля (MEG) по сравнению с прототипом обеспечивает преимущества в плане более выгодных эксплуатационных расходов и стоимости строительства аппарата.
Предпочтительно теплота, используемая в секции отделения катализатора и секции отделения легких фракций, регенерируется в верхнем погоне из секции пастеризации. Генератор пара низкого давления может быть задействован как конденсатор потока паров верхнего погона секции пастеризации, или конденсатор верхнего погона может быть использован для нагревания еще одного блока или потока в производственном процессе. Процесс и аппарат согласно изобретению тем самым работают с регенерацией энергии, отбираемой от верхнего погона секции пастеризации, сравнимой с таковой для прототипных систем, несмотря на функционирование при пониженном давлении. Это позволяет направить увеличенную долю общей подводимой энергии, требуемой для отделения и очистки моноэтиленгликоля (MEG), в секцию отделения легких фракций, каковая энергия регенерируется в конденсаторе верхнего погона колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG), обеспечивая улучшенное извлечение моноэтиленгликоля (MEG) в секции отделения легких фракций, но без термического разложения такового благодаря работе при пониженном давлении.
Это является полезным, поскольку энергия, которая используется для извлечения моноэтиленгликоля (MEG) в колонне рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG), не может быть регенерирована, так как рабочая температура является слишкой низкой. Это побуждает добиваться извлечения большего, насколько это возможно, количества моноэтиленгликоля (MEG) в колонне отделения легких фракций, так как эта энергия может быть регенерирована для полезного употребления. Большее количество моноэтиленгликоля (MEG), поступающего в колонну рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG), означает меньшую долю энергии, регенерируемой в конденсаторе колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG).
5
-2
5
-2
5
-2
5
-2
5
-2
5
-2
Существует баланс между снижением давления для понижения температуры разделительного устройства и сохранения моноэтиленгликоля (MEG) и катализатора и для понижения температуры и нагрузки донных продуктов колонны отделения легких фракций и нагрузки в рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) и поддержанием давления для обеспечения достаточной регенерации энергии в верхнем погоне секции пастеризации. Предпочтительно, чтобы процесс проводился при давлениях в соответствующих секциях отделения, ректификации, отделения легких фракций и пастеризации, которые, как минимум, составляют по меньшей мере 0,01×10 Нм, более предпочтительно по меньшей мере 0,02×10 Нм и в особенности по меньшей мере 0,05×10 Нм. Предпочтительно процесс действует с давлениями в соответствующих секциях отделения, ректификации, отделения легких фракций и пастеризации, которые, как максимум, составляют не более 0,5×10 Нм, более предпочтительно не более 0,4×10 Нм и в особенности не более 0,2×10 Нм.
5
-2
5
-2
Предпочтительно секции ректификации и пастеризации и, если таковые расположены в одной колонне, секции отделения катализатора и отделения легких фракций работают в объединенном режиме в открытом сообщении, упрощая внутреннее сырьевое снабжение между секциями. Предпочтительно движущей силой внутреннего сырьевого снабжения является разность давлений в пределах длины колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) и с расположенной выше по потоку емкости для отделения катализатора и отдельной колонной отделения легких фракций, где таковые присутствуют. В некоторых примерах для упрощения сырьевого снабжения используется сила тяжести, например, в боковом отборе жидкости к отдельной колонне отделения легких фракций, если таковая присутствует. Предпочтительно разность давлений по всей высоте колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) составляет менее чем 0,3×10 Нм, предпочтительно менее чем 0,1×10 Нм, со снижением давления по мере подъема по колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG).
Процесс согласно изобретению действует при давлении ниже атмосферного, благодаря чему работа может проводиться при более низкой температуре, чем каковая имела бы место в противном случае. Предпочтительно температура в обобщенном процессе очистки моноэтиленгликоля (MEG) составляет, например, по меньшей мере 50°С и не более 200°С, в зависимости от типа катализатора, качества моноэтиленгликоля (MEG) и доминирующего давления, более предпочтительно по меньшей мере 100°С и не более 170°С, чем упрощается регенерация энергии и сохраняется качество моноэтиленгликоля (MEG), и в особенности по меньшей мере 120°С и не более 160°С.
Обращаясь теперь к дальнейшему аспекту изобретения, как здесь определено выше, предпочтительно аппарат включает такие впуски, выпуски, внутренние приспособления и тому подобные, которые обеспечивают малое падение давления, тем самым соответствуя ограничениям, накладываемым на допустимое падение давления.
Предпочтительно аппарат включает впуск подачи жидкости для снабжения секции отделения катализатора, подводимой от блока обезвоживания этиленгликоля (EG). Может быть использован любой подходящий питающий впуск, и предпочтительно применяется низкоскоростной патрубок подачи для оптимизации отделения паров, полученных однократным испарением при пониженном давлении, на входе. Предпочтительно впуск имеет большую площадь поверхности для облегчения отделения неочищенного моноэтиленгликоля (MEG).
Аппарат согласно изобретению обеспечивает скоротечное испарение с отделением катализатора от паров моноэтиленгликоля (MEG) in situ внутри колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) или в отдельной емкости выше по потоку относительно колонны. Предпочтительно секция отделения катализатора включает устройство для подведения теплоты. Предпочтительно подведение теплоты выполняется с помощью ребойлера, предпочтительно ребойлера типа испарителя с падающей пленкой. Это имеет преимущество в низких температурах слоя и малом времени пребывания раствора катализатора в ребойлере, чем ограничивается нагревание катализатора.
Отделенный катализатор в виде концентрированного раствора в моноэтиленгликоле (MEG) выводится через донный выпуск. Предпочтительно донный выпуск включает подавитель вихревого движения.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что есть возможность подавать отделенный неочищенный моноэтиленгликоль (MEG) из секции отделения катализатора в виде потока паров в секцию очистки, без необходимости промежуточного конденсирования отделенного моноэтиленгликоля (MEG), механической транспортировки и повторного испарения в ректификационной очистке. Тем самым отделение катализатора может быть проведено в отдельной емкости выше по потоку или в одиночной колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG). Предпочтительно секции отделения катализатора, ректификации и пастеризации имеют по существу равный диаметр. Секция отделения легких фракций может быть меньшего диаметра, чем прочие секции. Тем самым отделение легких фракций может быть проведено в отдельной колонне отделения легких фракций с меньшим диаметром или в единой колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), для чего между секциями ректификации и отделения легких фракций может быть предусмотрена переходная секция для уменьшенного диаметра секции отделения легких фракций. Особенно преимущественно секция отделения катализатора включает отстойник, который имеет меньший диаметр, чем главная секция, благодаря чему сводится к минимуму удерживание катализатора и время пребывания и тем самым минимизируется нагревание катализатора.
В предпочтительном варианте осуществления колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG) включает жидкостный выпуск для выведения жидкой фазы моноэтиленгликоля (MEG), диэтиленгликоля (DEG) и более высококипящих гликолей в отдельную колонну отделения легких фракций и рециркуляционный паровой впуск для освобожденного от легких компонентов концентрированного моноэтиленгликоля (MEG), причем выпуск и впуск расположены в промежутке между секцией отделения катализатора и секцией ректификации. Предпочтительно выпуск представляет собой дренажный канал, действующий от силы тяжести.
Дренажная тарелка колонны, обеспечивающая возможность прохождения паров из секции отделения катализатора в секцию ректификации и собирающая жидкость из секции ректификации для выведения в отдельную колонну отделения легких фракций, предпочтительно расположена в промежутке между секцией отделения катализатора и секцией ректификации.
Предпочтительно отдельная колонна отделения легких фракций имеет меньший диаметр, чем секции отделения катализатора, ректификации и пастеризации колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG), поскольку нагрузки по жидкости и пару отдельной колонны отделения легких фракций сокращаются благодаря прямой подаче паров в секцию ректификации и улучшенной селективности каталитической реакции с образованием гликоля, в частности, с уменьшением нагрузки по диэтиленгликолю (DEG) и высшим гликолям. Компоновка с отдельной колонной отделения легких фракций имеет то преимущество, что не надо монтировать крупную переходную секцию между секцией ректификации и секцией отделения легких фракций. Это имеет преимущество в снижении стоимости строительства аппарата, так как может быть реализована более компактная конструкция.
Отдельная колонна отделения легких фракций снабжена выпуском верхнего погона освобожденного от легких компонентов моноэтиленгликоля (MEG). Отдельная колонна отделения легких фракций включает донный выпуск для подачи концентрированной смеси диэтиленгликоля (DEG) и высших гликолей в колонну рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG), в которой извлекается остаточный моноэтиленгликоль (MEG) для рециркуляции в водоотделитель. Колонна рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) работает при более низком давлении, чем отдельная колонна отделения легких фракций, для извлечения моноэтиленгликоля (MEG) для рециркуляции. В особенности преимущественно отдельная колонна отделения легких фракций извлекает большее количество моноэтиленгликоля (MEG) по сравнению с прототипным процессом, благодаря чему уменьшенное количество моноэтиленгликоля (MEG), содержащегося в потоке донного выпуска, направляется в колонну рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG). Поэтому предпочтительно извлечение рециркуляционного моноэтиленгликоля (MEG) происходит с меньшей нагрузкой по сравнению с прототипом, обеспечивая преимущество в снижении эксплуатационных расходов и стоимости строительства аппарата.
Колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG) согласно изобретению включает внутреннее сырьевое снабжение парами между секциями. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что если есть возможность подавать потоки паров и флегмы в режиме противотока внутри блока с минимальным уносом, то можно объединить отделение катализатора и ректификацию в единой колонне в предпочтительном варианте осуществления, как здесь описано выше. Предпочтительно колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG) снабжена дренажной тарелкой для выпуска полученного в качестве продукта моноэтиленгликоля (MEG), которая позволяет парам, подаваемым из секции ректификации, проходить в секцию пастеризации и обеспечивает возвращение моноэтиленгликоля (MEG) из секции пастеризации для сбора моноэтиленгликоля (MEG) как продукта предпочтительно в виде бокового жидкостного дренажного вывода. Секция пастеризации размещена над выпуском полученного моноэтиленгликоля (MEG) вместе с выпуском паров верхнего погона моноэтиленгликоля (MEG), остаточной воды и других легких компонентов, флегмы сконденсированного продукта верхнего погона и потока жидких сливов для удаления воды и легких компонентов.
Дополнительно в предпочтительном варианте осуществления колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG) снабжена дополнительной дренажной тарелкой, которая обеспечивает проход паров для снабжения из секции отделения катализатора в секцию ректификации моноэтиленгликоля (MEG), и предусмотрена для возвращения жидкости, содержащей моноэтиленгликоль (MEG), диэтиленгликоль (DEG) и более высококипящие гликоли, из секции ректификации для дренажного выпуска в отдельную колонну отделения легких фракций.
Предпочтительно дренажные тарелки создают малое падение давления. Например, преимущественно дренажная тарелка включает колпачковую тарелку, ротационный коллектор или двухъярусный желобчатый коллектор.
Аппарат может дополнительно включать внутренние коммуникации для упрощения разделения и распределения внутри секций и между таковыми, например один или более матов против выпотевания, устройства для подачи материала самотеком и тому подобные.
Секции ректификации, пастеризации и отделения легких фракций преимущественно включают внутренние приспособления, такие как предпочтительно структурированная насадка или менее предпочтительно неупорядоченная насадка, формирующие температурный профиль по мере подъема по таковым, тем самым обеспечивая отделение паров моноэтиленгликоля (MEG) от диэтиленгликоля (DEG) и более высококипящих гликолей в секция ректификации и секции отделения легких фракций и отделение моноэтиленгликоля (MEG) от остаточной воды и прочих легких компонентов в секции пастеризации. Температурный профиль можно регулировать подбором структуры и количества и плотности внутренних приспособлений, как известно в технологии.
Предпочтительно устройства для подачи материала самотеком производят распределение жидкости во внутренних коммуникациях в секциях ректификации, пастеризации и отделения легких фракций, создавая максимальное контактирование паров и жидкости, чтобы обеспечить оптимальную ректификацию и пастеризацию с малым падением давления.
5
-2
Как здесь описано выше, секция пастеризации включает верхний погон для парогенераторной емкости с регенерацией энергии или другого блока или устройства нагревания рабочего потока, для регенерации теплоты, введенной в колонну очистки моноэтиленгликоля (MEG) и отдельную колонну отделения легких фракций. Предпочтительно конденсатор действует при давлении ниже атмосферного на уровне 0,5×10 Нм и способен утилизировать теплоту конденсации паров верхнего погона колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) при температуре выше чем 50°С, предпочтительно выше чем 100°С, более предпочтительно выше чем 120°С и передавать эту теплоту для употребления где бы то ни было в аппарате или в связанных с таковым блоках.
Аппарат и процесс согласно изобретению могут быть использованы в любом процессе каталитического преобразования этиленоксида (ЕО) в моноэтиленгликоль (MEG). Предпочтительно применение представляет собой блок или процесс превращения этиленоксида (ЕО) в моноэтиленгликоль (MEG) в условиях гомогенного катализа, получаемый в двухстадийном процессе, процессе кетального типа (при кислотном катализе) или через этиленкарбонат (ЕС) при катализе, например, галогенидом щелочного или щелочноземельного металла, цинка, олова, алкиламином, или четвертичной солью аммония, или тому подобными или в любом другом процессе в условиях гомогенного катализа.
2
Предпочтительно система используется в каталитическом процессе для получения моноэтиленгликоля (MEG), который включает стадию, в которой этиленоксид (ЕО) вводится в реакцию с СО в присутствии катализатора, тем самым обусловливая образование реакционного раствора, содержащего этиленкарбонат (ЕС), и стадию, в которой реакционный раствор преобразуется в водный раствор этиленгликоля (EG) путем гидролиза этиленкарбоната (ЕС) в реакционном растворе, стадию дистилляции, в которой вода удаляется из водного раствора этиленгликоля (EG), и стадию дистилляции, в которой очищенный этиленгликоль (EG) и раствор, содержащий катализатор, получаются из образованного раствора этиленгликоля (EG) путем дистилляции.
Предпочтительно катализатор в таком процессе представляет собой гомогенный катализатор, более предпочтительно представляет собой галогенид щелочного металла, такой как бромид или иодид, необязательно в комбинации с каталитическим краун-эфиром, галогенид щелочноземельного металла, гомогенный цинковый катализатор, органическое соединение олова, или германия, или теллура или предпочтительно алкиламин или четвертичное аммониевое соединение, такое как четвертичный галогенид аммония или четвертичный галогенид фосфония. Пригодные катализаторы представлены в патенте США 6080897, содержание которого приведено здесь для сведения. Предпочтительно гомогенные катализаторы для стадии гидролитического превращения этиленкарбоната (ЕС) в моноэтиленгликоль (MEG) включают карбонаты, такие как карбонат калия, молибдат калия, как изложено в патенте США 4283580, и тому подобные. Известны многочисленные гомогенные катализаторы для прямого превращения этиленкарбоната (ЕС) в моноэтиленгликоль (MEG), например, как в патенте ЕР-1,484,300-А1, содержание которого приведено здесь для сведения.
Предпочтительно изобретение предназначено для применения в процессе, в котором степень превращения в моноэтиленгликоль (MEG), диэтиленгликоль (DEG) и высшие гликоли составляет по существу 100%, то есть по существу без необходимости выделения промежуточных полупродуктов, таких как этиленкарбонат (ЕС). Предпочтительно процесс является высокоселективным по отношению к моноэтиленгликолю (MEG).
Изобретение теперь иллюстрируется без ограничения такового с привлечением нижеследующих Фигур, в которых:
Фиг. 1 иллюстрирует прототипный процесс и аппарат очистки моноэтиленгликоля (MEG), как показано в патенте US-A-6,080,897;
Фиг. 2 и 3 иллюстрируют варианты осуществления процесса и аппарата очистки моноэтиленгликоля (MEG) согласно изобретению.
На Фиг. 1 показаны гликолевый реактор (1), блок (2) обезвоживания этиленгликоля (EG), емкость отделения катализатора (скоротечного испарения при пониженном давлении), или испаритель (3), и колонна (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG), включающая секцию (7) отделения легких фракций, секцию (5) ректификации и секцию (6) пастеризации. Сконденсированная жидкость из емкости (3) скоротечного испарения при пониженном давлении накапливается в барабане (не показан) и затем направляется либо путем перекачки, либо самотеком в колонну (4).
На Фиг. 2 показаны гликолевый реактор (1), блок (2) обезвоживания этиленгликоля (EG), колонна (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG), включающая секцию (3) отделения катализатора, секцию (5) ректификации моноэтиленгликоля (MEG) и секцию (6) пастеризации. Показана отдельная колонна (7) отделения легких фракций моноэтиленгликоля (MEG) и колонна (22) рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG). Каждый(ая) из блока (2) обезвоживания этиленгликоля (EG), колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG), отдельной колонны (7) отделения легких фракций моноэтиленгликоля (MEG) и колонны (22) рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) включает ребойлер, как показано. Водоотделитель (2) и колонна (22) рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) включают конденсатор с охлаждением холодной водой на верхней части.
Согласно Фиг. 2, донные продукты блока обезвоживания гликоля содержат главным образом моноэтиленгликоль (MEG), некоторое количество катализатора и незначительное количество диэтиленгликоля (DEG), и направляются в колонну (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG). Эта вакуумная колонна работает в условиях давления ниже атмосферного и состоит из донной секции (3) отделения катализатора, срединной секции (5) ректификации и верхней секции (6) пастеризации, которые разделены дренажными тарелками (8, 9) общего сбора жидкости. В донной секции (3) отделения катализатора большая часть моноэтиленгликоля (MEG), присутствующего в подаваемом в колонну сырьевом материале (11), испаряется. Концентрированный раствор катализатора в моноэтиленгликоле (MEG) извлекается из потока (12) донных продуктов и вводится в рециркуляцию обратно в процесс, например в реактор для этиленкарбоната (ЕС) (не показан) через насос рециркуляции катализатора (не показан).
Подведение теплоты к колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG) производится через ребойлер (13) с падающей пленкой при блоке отделения катализатора.
Верхняя секция колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG), то есть секция (6) пастеризации, содержит насадку и отделяет остаточную воду и другие легкие компоненты, удаляемые в виде верхнего погона (16) из полученного моноэтиленгликоля (MEG). Высокочистый моноэтиленгликоль (MEG) выводится в виде жидкого бокового потока (14) и направляется в емкость-хранилище (15) очищенного моноэтиленгликоля (MEG).
Пары из верхнего погона (16) колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG) конденсируются в конденсаторе (17), который генерирует пар низкого давления или нагревает еще какую-нибудь среду. Конденсатор имеет малую разность температур, что требует тщательного контроля давления в колонне. Конденсат (18) верхнего погона из колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG) собирается в барабане (19) для сбора флегмы из колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG), из которого таковая направляется в блок (2) обезвоживания гликоля для удаления воды и прочих легких компонентов. Часть возвращается в колонну (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG) в качестве флегмы.
Срединная секция (5) ректификации колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG) содержит насадку и отделяет моноэтиленгликоль (MEG) от диэтиленгликоля (DEG) плюс более тяжелых компонентов. Диэтиленгликоль (DEG) и более тяжелые компоненты накапливаются в нижней части (21) секции (5) ректификации колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG) и удаляются из колонны через общую жидкостную дренажную тарелку (9) в качестве сырьевого материала (20) для подачи в отдельную колонну отделения легких фракций. Моноэтиленгликоль (MEG) далее концентрируется в отдельной колонне (7) отделения легких фракций, и диэтиленгликоль (DEG) и более тяжелые гликоли отделяются от моноэтиленгликоля (MEG) в отдельной колонне (7) отделения легких фракций и колонне (22) рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG). Температура донной части колонны (7) отделения легких фракций контролируется с помощью регулируемого потока пара в ребойлер (23) отдельной колонны отделения легких фракций моноэтиленгликоля (MEG), ребойлер с падающей пленкой приводится в действие паром или другим теплоносителем.
Отдельная колонна (7) отделения легких фракций моноэтиленгликоля (MEG) представляет собой вакуумную колонну, которая при стабильном режиме работает в условиях вакуума, слегка более низкого, чем в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG), и имеет слой насадки. Отдельная колонна (7) отделения легких фракций концентрирует диэтиленгликоль (DEG) и более тяжелые компоненты в донных продуктах (24) отдельной колонны отделения легких фракций. Пары верхнего погона (25) отдельной колонны отделения легких фракций, главным образом моноэтиленгликоля (MEG), возвращаются в секцию (5) ректификации колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG).
Колонна (22) рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) представляет собой вакуумную дистилляционную колонну, которая при стабильном режиме внутреннего конденсатора работает при более глубоком вакууме, чем в колонне очистки моноэтиленгликоля (MEG). Колонна извлекает остаточный моноэтиленгликоль (MEG), который присутствует в потоке (24) донных продуктов отдельной колонны отделения легких фракций моноэтиленгликоля (MEG). Колонна (22) рециркуляции содержит насадку. Подведение теплоты производится от ребойлера типа испарителя с падающей пленкой, приводимого в действие паром или другим теплоносителем. Колонна включает конденсатор верхнего погона, в этом случае в виде внутреннего конденсатора, чтобы уменьшить падение давления. Жидкость из конденсатора собирается на жидкостной дренажной тарелке, которая также может действовать как накопитель. Моноэтиленгликоль (MEG) извлекается как верхний продукт (26) колонны рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) и вовлекается в рециркуляцию в блок (2) обезвоживания гликоля, где удаляются любые легкие продукты разложения. Донные продукты (27) колонны рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) содержат диэтиленгликоль (DEG) в высокой концентрации и выводятся на хранение для последующей переработки.
Фиг. 3 показывает вариант осуществления, альтернативный Фиг. 2, в котором секция (3) отделения катализатора расположена выше по потоку относительно колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG), колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG), включающая секцию (7) отделения легких фракций, секцию (5) ректификации и секцию (6) пастеризации, в многоярусной конструкции. Секция (7) отделения легких фракций имеет меньший диаметр, чем секции ректификации (5) и пастеризации (6), присутствует переходная секция между секцией (7) отделения легких фракций и секцией (5) ректификации. Подача сырья в виде пара производится через боковой впуск (11а) из секции (3) отделения катализатора в промежуток между секциями отделения легких фракций (7) и ректификации (5). Диэтиленгликоль (DEG) и более тяжелые компоненты накапливаются в нижней части (21) секции (5) ректификации колонны (4) очистки моноэтиленгликоля (MEG), как в Фиг. 2, но в этом варианте осуществления не удаляются из колонны, но подаются в секцию (7) отделения легких фракций.
Колонна очистки моноэтиленгликоля (MEG), отдельная емкость отделения катализатора и колонна отделения легких фракций моноэтиленгликоля (MEG), где таковые присутствуют, и колонна рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) работают в условиях давления ниже атмосферного. Ввиду ограничений на допустимое падение давления в пределах колонн используется насадка с малым падением давления. Пригодная насадка имеет низкую степень захлебывания. Для всех колонн также выбираются ребойлеры с падающей пленкой, чтобы свести к минимуму термическое разложение полученного моноэтиленгликоля (MEG) или катализатора.
Преимущества в стоимости строительства аппарата состоят в компактности конструкции колонны очистки моноэтиленгликоля (MEG) (Фиг. 2) или, в меньшей степени, в конструкции с переходником (Фиг. 3) и в уменьшенном размере конструкции колонны рециркуляции моноэтиленгликоля (MEG) и связанного с таковой оборудования. Экономия эксплуатационных расходов достигается благодаря тому, что относительно много энергии, требуемой для отделения моноэтиленгликоля (MEG), регенерируется в конденсаторе очистки моноэтиленгликоля (MEG), и подведение дополнительной энергии исключается путем подачи потока неочищенного моноэтиленгликоля (MEG) в виде паров в секцию ректификации непосредственно из секции отделения катализатора.