РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНКАРБОНАТА И ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ
RATIONAL USE OF HEAT ENERGY IN THE PROCESS OF PRODUCING ETHYLENE CARBONATE AND ETHYLENE GLYCOL

Область изобретения
Данное изобретение относится к способам и системам для получения этиленкарбоната и этиленгликоля из этиленоксида, в частности к рациональному использованию тепловой энергии при обработке потоков рециркулирующего газа.
Уровень техники
Этиленгликоль (ЭГ) представляет собой ценное промышленное соединение, которое широко применяется в качестве исходного материала для производства полиэфирных волокон и полиэтилентерефталатных (ПЭТ) смол; он также находит применение в автомобильных антифризах и гидравлических тормозных жидкостях, антиобледенителях для самолетов, а также в фармацевтической продукции.
Этиленгликоль, как правило, получают из этиленоксида (ЭО), который, в свою очередь, получают окислением этилена, катализируемым серебром. Конкретнее, этилен и кислород пропускают над катализатором на основе оксида серебра, как правило, при давлениях 10–30 бар и температурах 200–300°С, получая поток продукта, содержащий этиленоксид, диоксид углерода, этилен, кислород и воду. В одном хорошо известном способе этиленоксид затем подвергают взаимодействию с большим избытком воды в некаталитическом процессе с образованием потока готового гликоля, содержащего около 90% мас. моноэтиленгликоля (МЭГ); остальная часть представляет собой преимущественно диэтиленгликоль (ДЭГ), некоторое количество триэтиленгликоля (ТЭГ) и небольшое количество высших гомологов. В другом хорошо известном способе этиленоксид взаимодействует с диоксидом углерода в присутствии катализатора с образованием этиленкарбоната. Затем этиленкарбонат гидролизуют для получения этиленгликоля. Реакция через этиленкарбонат значительно улучшает селективность превращения этиленоксида в моноэтиленгликоль.
В последние несколько десятилетий много усилий было направлено на разработку упрощенных способов и оборудования для производства алкиленгликолей из алкиленов, особенно этиленгликоля из этилена. Например, GB2107712 описывает способ получения моноэтиленгликоля, в котором газы из реактора для получения этиленоксида (ЭО) подают непосредственно в реактор, где этиленоксид превращается в этиленкарбонат или в смесь этиленгликоля и этиленкарбоната.
ЕР 0776890 описывает способ, в котором газы из реактора для эпоксидирования этилена подают в абсорбционную установку, в которой абсорбирующий раствор содержит в основном этиленкарбонат (ЭК) и этиленгликоль (ЭГ). Этиленоксид в абсорбирующем растворе подают в реактор для карбоксилирования и дают возможность прореагировать с диоксидом углерода в присутствии катализатора карбоксилирования. Затем этиленкарбонат в абсорбирующем растворе с добавлением воды подают в отдельный реактор для гидролиза и подвергают гидролизу в присутствии катализатора гидролиза.
EP 2178815 описывает процесс реактивной абсорбции для получения моноэтиленгликоля, в котором газы из реактора для эпоксидирования этилена подают в реактивную абсорбционную установку, а этиленоксид контактирует с водным обедненным абсорбентом в присутствии одного или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза, и причем большая часть этиленоксида в абсорбционной установке превращается в этиленкарбонат (ЭК) или этиленгликоль (ЭГ).
В каждом из этих случаев в абсорбционной установке для этиленоксида или в реактивной абсорбционной установке образуется поток газа, содержащий газы, которые не абсорбируются рециркулирующим потоком абсорбента. Этот газовый поток отводят из верхней части абсорбционной установки или вблизи нее в виде потока, отбираемого сверху абсорбционной установки для этиленоксида, как правило, содержащего непрореагировавшие реагенты (например, этилен и кислород), балластный газ (например, метан), диоксид углерода и т.д.
Поток, отбираемый сверху абсорбционной установки для этиленоксида, как правило, по меньшей мере частично обрабатывают в секции удаления диоксида углерода, а затем воссоединяют с любыми газами, обходящими секцию удаления диоксида углерода. Затем объединенные газы, после сжатия, по меньшей мере частично рециркулируют в виде потока рециркулирующего газа в реактор для получения этиленоксида.
Однако было обнаружено, что в способах, в которых реакцию карбоксилирования проводят в абсорбционной установке с применением йодидсодержащего катализатора карбоксилирования, в потоке рециркулирующего газа и/или в потоке обогащенного абсорбента находятся продукты разложения и побочные продукты. Примеры таких продуктов разложения и побочных продуктов включают газообразные йодидсодержащие примеси, а именно йодистые алкилы (например, йодистый метил, йодистый этил и т.д.) и йодистый винил.
Катализаторы на основе серебра, обычно применяемые для превращения (эпоксидирования) этилена в этиленоксид, очень подвержены каталитическому отравлению, в частности отравлению газообразными йодсодержащими примесями, а именно йодистыми алкилами и йодистым винилом. Отравление катализатора влияет на эксплуатационные свойства катализатора эпоксидирования, в частности, на селективность и/или активность, и сокращает время, в течение которого катализатор эпоксидирования может оставаться в реакторе для эпоксидирования, прежде чем возникнет необходимость в замене катализатора на свежий катализатор.
Соответственно, желательно удалять такие каталитические яды из потока рециркулирующего газа настолько, насколько это практически возможно, прежде чем он вступит в контакт с катализатором эпоксидирования. С этой целью было разработано применение одной или более так называемых систем «защитного слоя», расположенных выше по потоку от реактора для получения ЭО, что было раскрыто, среди прочих, в EP 2285795, EP 2279182 и EP 2155375. Такие системы защитного слоя, как правило, содержат одную или более емкостей для защитного слоя, причем каждая емкость для защитного слоя содержит входное отверстие, выходное отверстие и уплотненный слой («защитный слой»), содержащий абсорбент («материал защитного слоя»), способный уменьшать количество йодидсодержащих примесей в газовом потоке химическими или физическими средствами, включая, но не ограничиваясь этим, реакцию с примесями и абсорбцию примесей.
Известно, что присутствие достаточно высокой концентрации воды в потоке рециркулирующего газа, который контактирует с материалом защитным слоем, отрицательно влияет на абсорбционную емкость материала защитного слоя. Следовательно, верхний поток абсорбера этиленоксида, как правило, охлаждают до температуры в диапазоне от около 15 до 50°С для конденсации и отделения воды из газообразного потока, отбираемого сверху. Следовательно, концентрация воды в потоке рециркулирующего газа, подаваемого в одну или более систем защитного слоя, уменьшается. Дополнительно, испаренные гликоли из абсорбера этиленоксида также конденсируются, извлекаются и возвращаются вместе с конденсированной водой обратно в абсорбер этиленоксида. Дополнительно, охлаждение потока рециркулирующего газа перед сжатием снижает потребление энергии компрессором и облегчает выбор подходящих материалов для компрессора.
Чтобы максимизировать абсорбционную емкость материалов защитного слоя, подходящих для удаления примесей из потока рециркулирующего газа, системы защитного слоя работают при повышенных температурах, как правило, в диапазоне от 65 до 145°C, в зависимости от удаляемых примесей и применяемого материала защитного слоя. Следовательно, охлажденный верхний поток абсорбера этиленоксида, должен быть снова нагрет до предпочтительной рабочей температуры первой системы защитного слоя, расположенной ниже по потоку от конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида.
Нагрев (и, необязательно, последующее охлаждение) газообразного исходного потока для одной или более систем защитного слоя до оптимальной рабочей температуры защитного слоя осуществляют с помощью разнообразного нагревательного и охладительного оборудования, как правило, включая подачу внешнего пара и охлаждающей воды. Однако, каждое дополнительное устройство для нагрева и охлаждения, входящее в состав завода по производству этиленгликоля, отрицательно повлияет на общие капитальные и эксплуатационные расходы.
Соответственно, авторы данного изобретения стремились предложить улучшенные способы и системы, подходящие для производства этиленкарбоната и/или этиленгликоля. В частности, авторы данного изобретения стремились предложить способы и системы, которые уменьшают количество примесей в газообразном технологическом потоке, чтобы его можно было повторно применять при производстве этиленкарбоната и/или этиленгликоля, и дополнительно стремились снизить связанное с этим потребление энергии.
Сущность изобретения
Соответственно, в одном аспекте предложен способ, включающий
подачу верхнего потока абсорбера этиленоксида, в конденсатор, расположенный над абсорбером этиленоксида, для получения потока охлажденного рециркулирующего газа и одного или более водных потоков,
нагревание, по меньшей мере, части указанного потока охлажденного рециркулирующего газа для получения потока нагретого рециркулирующего газа,
контактирование указанного потока нагретого рециркулирующего газа с одним или более материалами защитного слоя в одной или более системах защитного слоя, расположенных выше по потоку от реактора для получения этиленоксида, для получения потока обработанного рециркулирующего газа,
контактирование исходного газа для эпоксидирования, содержащего этилен, кислород и по меньшей мере часть указанного потока обработанного рециркулирующего газа с катализатором эпоксидирования в реакторе для получения этиленоксида, для получения потока продукта реакции эпоксидирования,
контактирование потока продукта реакции эпоксидирования в абсорбере этиленоксида с потоком обедненного абсорбента в присутствии катализатора карбоксилирования и гидролиза для получения потока обогащенного абсорбента, содержащего этиленкарбонат и/или этиленгликоль и верхнего потока, абсорбера этиленоксида,
причем поток охлажденного рециркулирующего газа нагревают путем теплообмена с горячими технологическими потоками, выбранными из (i) верхнего потока абсорбера этиленоксида, в конденсаторе, расположенном над абсорбером этиленоксида; (ii) пара, полученного в конденсаторе, расположенном над колонной для очистки этиленгликоля, в первом теплообменнике, расположенном ниже по потоку от конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида; и (iii) пара, полученного путем мгновенного испарения одного или более потоков конденсата, собранных в технологическом процессе, во втором теплообменнике, расположенном ниже по потоку от конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида, или их комбинации.
Дополнительно, в соответствии с другим аспектом предложена реакционная система для производства этиленкарбоната и/или этиленгликоля, содержащая
(i) линию рециркуляции газа, жидкостно соединенную с источником этилена и кислорода;
(ii) реактор для получения этиленоксида, содержащий катализатор эпоксидирования, входное отверстие и выходное отверстие, причем входное отверстие реактора для получения этиленоксида жидкостно соединено с линией рециркуляции газа;
(iii) абсорбер этиленоксида, сконфигурированный для получения верхнего потока абсорбера этиленоксида, и потока обогащенного абсорбента, содержащего этиленкарбонат и/или этиленгликоль, причем указанный абсорбер этиленоксида содержит катализатор карбоксилирования и гидролиза, входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием реактора для получения этиленоксида, входное отверстие для обедненного абсорбента, выходное отверстие для отвода потока рециркулирующего газа и выходное отверстие для отвода потока обогащенного абсорбента;
(iv) конденсатор, расположенный над абсорбером этиленоксида, сконфигурированный для получения потока рециркулирующего газа и потока конденсата, причем указанный конденсатор, расположенный над абсорбером этиленоксида, содержит входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием абсорбера этиленоксида для отвода потока рециркулирующего газа, входное отверстие для подачи потока охлажденного рециркулирующего газа, выходное отверстие, жидкостно соединенное с линией рециркуляции газа, и выходное отверстие для отвода потока охлажденного рециркулирующего газа;
(v) реактор для получения готового продукта, сконфигурированный для получения потока этиленгликоля, содержащий входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием абсорбера этиленоксида, для отвода потока обогащенного абсорбента, и выходное отверстие для отвода потока этиленгликоля;
(vi) дегидратор, сконфигурированный для получения потока концентрированного этиленгликоля, содержащий входное отверстие и выходное отверстие, причем входное отверстие жидкостно соединено с выходным отверстием для отвода потока этиленгликоля из реактора для получения готового продукта, и выходное отверстие для отвода потока концентрированного этиленгликоля;
(vii) колонну для очистки этиленгликоля, оборудованную конденсатором, расположенным над колонной для очистки этиленгликоля, входным отверстием, жидкостно соединенным с выходным отверстием дегидратора, для отвода потока концентрированного этиленгликоля, выходным отверстием для отвода потока конденсата и выходным отверстием для отвода потока пара,
(viii) одну или более систему защитного слоя, содержащую входное отверстие, выходное отверстие и одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих один или более материалов защитного слоя; причем входное отверстие системы защитного слоя жидкостно соединено с линией рециркуляции газа; причем один или более материалов защитного слоя выполнены для удаления по меньшей мере части одной или более примесей из потока рециркулирующего газа для получения потока обработанного рециркулирующего газа; и причем выходное отверстие системы защитного слоя жидкостно соединено с линией рециркуляции газа;
(ix) один или более нагревателей защитного слоя, расположенные выше по потоку от одной или более систем защитного слоя, содержащие входное отверстие для подачи потока рециркулирующего газа и выходное отверстие для отвода потока нагретого рециркулирующего газа, причем один или более нагревателей защитного слоя жидкостно соединены с выходным отверстием конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, для отвода потока пара и/или с выходным отверстием для пара в емкости для мгновенного испарения конденсата.
Краткое описание графических материалов
На Фиг. 1 и 2 изображены схематические иллюстрации, показывающие типичные, но не ограничивающие варианты реализации данного раскрытия.
Подробное описание
В данном документе описаны способы и системы для производства этиленкарбоната и/или этиленгликоля. Применяя описанные в данном документе способы и системы, становится возможным утилизировать тепло, генерируемое в одной или более выбранных частях технологического процесса, для нагревания более холодных исходных потоков для других частей, тем самым позволяя значительной части тепловой энергии, генерируемой при производстве этиленгликоля, быть извлеченной и утилизированной в том же технологическом процессе. Конкретнее, благодаря применению конкретных комбинаций теплообменников и нагревателей, потребляющих пар низкого и среднего давления, образующийся в технологическом процессе получения этиленгликоля, и благодаря непосредственному контактированию горячих и холодных технологических потоков, становится возможным существенно уменьшить количество внешней тепловой энергии, вводимой в технологический процесс, и даже становится возможным технологическому процессу стать поставщиком пара высокого давления.
Соответственно, раскрытые в данном документе системы и способы обеспечивают то преимущество, что тепловая энергия эффективно восстанавливается и утилизируется в соответствующих частях технологического процесса, что снижает эксплуатационные расходы. Дополнительно, такое рациональное использование тепла уменьшает поверхность теплопередачи существующего технологического оборудования, тем самым позволяя уменьшить его размер, что дополнительно способствует снижению капитальных затрат.
Способ получения этиленгликоля и/или этиленкарбоната с помощью эпоксидирования этилена и реакционной абсорбции этиленоксида был подробно описан, среди прочих, в WO2009021830, WO2009140318, WO2009140319, описания которых включены в данный документ посредством ссылки.
Как правило, процесс эпоксидирования включает реакцию в реакторе для получения этиленоксида этилена с кислородом в присутствии катализатора эпоксидирования с образованием этиленоксида. При такой реакции кислород подают в виде кислорода или в виде воздуха, но предпочтительно подают в виде кислорода. Балластный газ, например метан или азот, обычно подают для обеспечения работы при высоких уровнях кислорода без риска образования горючей смеси. Замедлитель, например, монохлорэтан (этилхлорид), винилхлорид или дихлорэтан, подают для контроля эксплуатационных свойств катализатора для этиленоксида.
Реактор для получения этиленоксида, как правило, представляет собой многотрубный реактор с неподвижным слоем. Катализатор эпоксидирования предпочтительно содержит серебро и необязательно металлы–промоторы, нанесенные на материал носителя, например, оксид алюминия. Реакцию эпоксидирования предпочтительно проводят при давлениях более чем 1 МПа и менее чем 3 МПа, и температурах более чем 200°С и менее чем 300°С. Поток готового этиленоксида, отводимый из реактора для получения этиленоксида, предпочтительно охлаждают в одной или более охладительных установках, предпочтительно с образованием пара при одном или более уровнях давления и температуры.
Поток готового этиленоксида из реактора для получения этиленоксида, который, как правило, содержит этиленоксид, непрореагировавшие реагенты (то есть, этилен и кислород), диоксид углерода и воду, затем направляют в абсорбер, в котором он тесно контактирует с обедненным абсорбентом. Как правило, обедненный абсорбент содержит по меньшей мере 20% мас. воды и, предпочтительно, содержит от 20% мас. до 80% мас. воды. Обедненный абсорбент также содержит этиленгликоль.
В абсорбере поток готового этиленоксида тесно контактирует с обедненным абсорбентом в присутствии одного или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза. Если это происходит в присутствии только одного катализатора, тогда катализатор должен промотировать карбоксилирование и гидролиз. Если это происходит в присутствии двух или более катализаторов, то каждый катализатор промотирует карбоксилирование или гидролиз или промотирует обе реакции (при условии, что по меньшей мере один катализатор промотирует карбоксилирование и по меньшей мере один катализатор промотирует гидролиз). Предпочтительно, поток готового этиленоксида контактирует с обедненным абсорбентом в присутствии по меньшей мере двух катализаторов, включая первый катализатор, который промотирует карбоксилирование, и второй катализатор, который промотирует гидролиз. Соответственно, абсорбер представляет собой тип реактивного абсорера, описанного в WO2009021830 или в находящегося на рассмотрении заявке PCT/EP2015/071534.
Предпочтительно, один или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза являются гомогенными, и обедненный абсорбент содержит один или более катализаторов. Гомогенные катализаторы, известные как промоторы карбоксилирования, содержат галогениды щелочных металлов, а именно иодид калия и бромид калия, и галогенированные органические соли фосфония или аммония, а именно йодид трибутилметилфосфония, иодид тетрабутилфосфония, иодид трифенилметилфосфония, бромид трифенилпропилфосфония, хлорид трифенилбензилфосфония, бромид тетраэтиламмония, бромид тетраметиламмония, бромид бензилтриэтиламмония, бромид тетрабутиламмония и йодид трибутилметиламмония. Предпочтительные гомогенные катализаторы, известные как промоторы карбоксилирования, содержат галогениды щелочных металлов, а именно иодид калия и бромид калия, и галогенированные органические соли фосфония или аммония, а именно йодид трибутилметилфосфония, йодид тетрабутилфосфония, йодид трифенилметилфосфония и йодид трибутилметиламмония.
Гомогенные катализаторы, известные как промоторы гидролиза, содержат основные соли щелочных металлов, а именно карбонат калия, гидроксид калия и бикарбонат калия, или металлаты щелочных металлов, а именно молибдат калия. Предпочтительные гомогенные каталитические системы содержат комбинацию йодида калия и карбоната калия, и комбинацию йодида калия и молибдата калия.
В другом варианте реализации изобретения один или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза являются гетерогенными, и гетерогенный(ые) катализатор(ы) находится на вертикально уложенных полках. Гетерогенные катализаторы, которые промотируют карбоксилирование, содержат галогениды четвертичного аммония и четвертичного фосфония, иммобилизованные на диоксиде кремния, галогениды четвертичного аммония и четвертичного фосфония, связанные с нерастворимыми полистирольными бусинами, и соли металлов, а именно соли цинка, иммобилизованные на твердых носителях, содержащих группы четвертичного аммония или четвертичного фосфония, а именно ионообменные смолы, содержащие четвертичные аммониевые или четвертичные фосфониевые группы. Гетерогенные катализаторы, которые промотируют гидролиз, содержат металаты, иммобилизованные на твердых носителях, например, молибдаты, ванадаты или вольфраматы, иммобилизованные на ионообменных смолах, содержащих четвертичные аммониевые или четвертичные фосфониевые группы, или основные анионы, а именно бикарбонат–ионы, иммобилизованные на твердых носителях, например, бикарбонат, иммобилизованный на ионообменных смолах, содержащих четвертичные аммониевые или четвертичные фосфониевые группы.
Температура в абсорбере предпочтительно составляет от 50°С до 160°С, предпочтительно, от 80°С до 150°С, предпочтительнее, от 80°С до 120°С. Это выше, чем температура в абсорбере в традиционном способе и температура, которая требуется для ускорения реакций карбоксилирования и гидролиза. Температура выше 160°С не является предпочтительной, поскольку это может снизить селективность превращения этиленоксида в этиленгликоль. И поток готового этиленоксида, и обедненный абсорбент подают в абсорбер предпочтительно при температурах в диапазоне от 50°С до 160°С.
Давление в абсорбере составляет от 1 до 4 МПа, предпочтительно, от 2 до 3 МПа. Предпочтительное давление представляет собой компромисс между более низкими давлениями, для которых необходимо менее дорогостоящее оборудование (например, оборудования с более тонкими стенками), и более высокими давлениями, которые увеличивают абсорбцию и уменьшают объемный расход газа, тем самым уменьшая размеры оборудования и трубопроводов.
Предпочтительно, по меньшей мере 50% этиленоксида, поступающего в абсорбер, превращается в абсорбере. Предпочтительно, по меньшей мере 60%, предпочтительнее по меньшей мере 70%, еще предпочтительнее по меньшей мере 80%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 90% этиленоксида, поступающего в абсорбер, превращается в абсорбере. Этиленоксид подвергают карбоксилированию с образованием этиленкарбоната. Этиленоксид подвергают гидролизу с образованием этиленгликоля. Дополнительно, этиленкарбонат, который получают из этиленоксида, подвергают гидролизу с образованием этиленгликоля.
Поток готового этиленоксида, подаваемый в абсорбер, содержит диоксид углерода. Однако, возможно, что поток готового этиленоксида содержит недостаточно диоксида углерода для достижения целевых уровней карбоксилирования. Необязательно, в абсорбер подают дополнительный источник диоксида углерода, например, рециркулирующий диоксид углерода из реактора для получения готового продукта, диоксид углерода, извлеченный из секции удаления диоксида углерода ниже по потоку от абсорбера и/или, например, при запуске, диоксид углерода из внешнего источника.
В соответствии с данным изобретением верхний поток этиленоксида абсорбера, который, как правило, имеет температуру в диапазоне 90–130°С, затем подают в конденсатор. Как правило, для достижения целевой степени охлаждения горячего верхнего потока абсорбера этиленоксида, верхний поток абсорбера этиленоксида, подают последовательно по меньшей мере в первый и второй конденсатор. В одном варианте реализации изобретения верхний поток абсорбера этиленоксида, подают в первый конденсатор, а именно кожухотрубный теплообменник, для получения потока обезвоженного рециркулирующего газа и водного потока. Предпочтительно, поток обезвоженного рециркулирующего газа далее подают во второй конденсатор, а именно теплообменник с охлаждающей водой, для получения потока дополнительно обезвоженного и охлажденного рециркулирующего газа.
Следовательно, в одном варианте реализации изобретения верхний поток абсорбера этиленоксида, подают в первый конденсатор для получения потока обезвоженного рециркулирующего газа и водного потока, причем поток обезвоженного рециркулирующего газа подают во второй конденсатор для получения потока дополнительно обезвоженного и охлажденного рециркулирующего газа, и причем указанный поток рециркулирующего газа подают в парожидкостный сепаратор для получения потока охлажденного и обезвоженного рециркулирующего газа. Упомянутый парожидкостный сепаратор представляет собой, например, каплеотбойник или каплеотбойную абсорбционную колонну, содержащую промывочную секцию.
В некоторых вариантах реализации изобретения водный поток, отводимый из парожидкостного сепаратора, подают в дистилляционный аппарат для получения отбираемого сверху потока примесей и очищенного водного технологического потока, причем, по меньшей мере, часть очищенного водного технологического потока подают в абсорбер этиленоксида.
В некоторых вариантах реализации изобретения абсорбер этиленоксида временно обходят. В таком случае газообразный технологический поток непосредственно отводят в виде потока, выходящего из реактора для получения этиленоксида, как правило, после предварительного охлаждения в одной или более охладительных установках для продуктов эпоксидирования, расположенных ниже по потоку от реактора для получения этиленоксида, и подают в один или более конденсаторов для получения потока охлажденного рециркулирующего газа.
Как правило, компрессор для рециркулирующего газа расположен в линии рециркуляции газа, предпочтительно ниже по потоку от последнего конденсатора в технологической линии, чтобы компрессор для рециркулирующего газа работал при самой низкой температуре подачи и точке росы. Предпочтительное рабочее давление в линии рециркуляции газа находится в диапазоне от 1 до 4 МПа (по манометру). Более предпочтительное рабочее давление находится в диапазоне от 1,5 до 3 МПа (по манометру).
Поток «обогащенного абсорбента» отводят из абсорбера, предпочтительно путем отвода жидкости снизу абсорбера. Поток обогащенного абсорбента содержит этиленкарбонат и/или этиленгликоль и любой оставшийся этиленоксид, если он присутствует, в зависимости от условий, конфигурации и катализатора в абсорбере. Дополнительно, если один или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза являются гомогенными, поток обогащенного абсорбента дополнительно содержит один или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза.
Необязательно, часть или весь поток обогащенного абсорбента, выходящий из абсорбера этиленоксида, подают в один или более реакторов для получения готового продукта (например, для обеспечения дальнейшего превращения любого этиленоксида и/или этиленкарбоната, который не был превращен в этиленгликоль в абсорбере). Подходящие реакторы для получения готового продукта включают реактор карбоксилирования, реактор гидролиза, реактор карбоксилирования и гидролиза и их комбинацию. Подача в один или более реакторов для получения готового продукта является предпочтительной, если значительное количество (например, по меньшей мере 1%) этиленоксида или этиленкарбоната не превращается в этиленгликоль в абсорбере.
Предпочтительно один или более реакторов для получения готового продукта содержат по меньшей мере реактор гидролиза.
Диоксид углерода получают в одном или более реакторах для получения готового продукта и, при необходимости, отделяют от одного или более потока(ов) продуктов из реактора для получения готового продукта, при его отведении из одного или более реакторов для получения готового продукта и, необязательно, повторно подают в абсорер.
Температура в одном или более реакторах для получения готового продукта, как правило, составляет от 100°С до 200°С, предпочтительно от 100°С до 180°С. Давление в одном или более реакторах для получения готового продукта, как правило, составляет от 0,1 до 3 МПа (по манометру).
В одном варианте реализации изобретения по меньшей мере часть этиленгликоля, полученного в абсорбере этиленоксида, и/или по меньшей мере часть этиленгликоля, полученного в реакторе(ах) для получения готового продукта, подают в один или более дегидраторов для получения потока концентрированного этиленгликоля.
Дегидратор предпочтительно представляет собой одну или более колонн, включая по меньшей мере одну вакуумную колонну, предпочтительно работающую при давлении менее чем 0,05 МПа, предпочтительнее менее чем 0,025 МПа и наиболее предпочтительно около 0,0125 МПа.
В одном варианте реализации изобретения по меньшей мере часть потока концентрированного этиленгликоля подают в колонну для очистки этиленгликоля, из которой отводят поток очищенного готового этиленгликоля. Дополнительно, образуется верхний парообразный поток, который подают в расположенный сверху конденсатор для получения потока конденсата и пара.
В предпочтительном варианте реализации изобретения по меньшей мере часть потока обогащенного абсорбента, содержащего этиленкарбонат и/или этиленгликоль, подают в один или более реакторов для получения готового продукта и/или один или более дегидраторов для получения потока концентрированного этиленгликоля, и по меньшей мере часть указанного потока концентрированного этиленгликоля подают в колонну для очистки этиленгликоля для получения потока готового очищенного этиленгликоля и верхнего парообразного потока, причем указанный верхний парообразный поток подают в конденсатор, расположенный над колонной для очистки этиленгликоля, для получения потока конденсата и пара.
После подачи в один или более конденсаторов и, необязательно, после дополнительного удаления воды температуру охлажденного таким образом потока рециркулирующего газа необходимо увеличить до целевого диапазона рабочих температур одной или более систем защитного слоя, применяемых для удаления примесей из потока рециркулирующего газа перед контактированием с катализатором эпоксидирования в реакторе для эпоксидирования. Например, система защитного слоя, содержащая материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа, как правило, имеет предпочтительную рабочую температуру в диапазоне от 80 до 145°С. Предпочтительно одна или более емкостей с защитным слоем в системе защитного слоя, содержащих материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа, работают при температуре по меньшей мере 100°С, еще предпочтительнее по меньшей мере 115°С, наиболее предпочтительно по меньшей мере 120°С. Дополнительно, одна или более емкостей с защитным слоем в системе защитного слоя, содержащих материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа, предпочтительно работают при температуре не более 140°С, наиболее предпочтительно не более 135°C, или от 100°C до 145°C, или от 115°C до 140°C. Предпочтительно они работают в температурном диапазоне от 120°С до 135°С.
В качестве дополнительного примера, система защитного слоя, содержащая одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих материал защитного слоя, способный удалять примеси йодистого винила из потока рециркулирующего газа, как правило, имеет предпочтительную рабочую температуру в диапазоне от 65 до 95°С. Предпочтительно, такие емкости с защитным слоем в системе защитного слоя, способные удалять примесь йодистого винила из потока рециркулирующего газа, работают при температуре по меньшей мере 70°С, наиболее предпочтительно по меньшей мере 83°С. Дополнительно, такие емкости с защитным слоем в системе защитного слоя, способные удалять примесь йодистого винила из потока рециркулирующего газа, предпочтительно работают при температуре не более 90°С, наиболее предпочтительно не более 87°С или от 65°С до 95°C, или от 70°C до 90°C, или от 83°C до 87°C.
Следовательно, в соответствии с данным раскрытием, по меньшей мере часть и предпочтительно весь поток охлажденного рециркулирующего газа нагревают перед подачей в систему защитного слоя, расположенную ниже по потоку от абсорбера этиленоксида и одного или более конденсаторов. Дополнительно, в соответствии с данным раскрытием поток охлажденного рециркулирующего газа нагревают путем теплообмена с одним или более горячими технологическими потоками, причем указанные горячие технологические потоки содержат один или более из (1) верхнего потока абсорбера этиленоксида, (2) пара, полученного из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, и (3) пара, полученного путем мгновенного испарения одного или более потоков конденсата, собранных в технологическом процессе.
Предпочтительно, поток охлажденного рециркулирующего газа нагревают путем последующего теплообмена с верхним потоком абсорбера этиленоксида, и теплообмена с потоками пара, образующимися в технологическом процессе. Предпочтительно, последнее выполняют с помощью пара низкого давления, получаемого из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, с последующим применением пара, получаемого путем мгновенного испарения одного или более потоков конденсата, собранных в технологическом процессе. Эта последовательность теплообмена с технологическими потоками с возрастающей температурой обеспечивает максимально рациональное использование тепла, получаемого в различных частях данного технологического процесса, причем максимальное повышение температуры за этап ограничено минимально допустимым перепадом температур между горячей и холодной стороной или наличием пара.
Теплообмен с верхним потоком абсорбера этиленоксида, осуществляют путем контактирования в противотоке охлажденного рециркулирующего потока с горячим верхним потоком абсорбера этиленоксида, в первом конденсаторе, расположенном ниже по потоку от указанного абсорбера этиленоксида. Как правило, это способствует нагреванию потока рециркулирующего газа до температуры в диапазоне от 70 до 125°C.
2
2
В одном варианте реализации изобретения этот нагретый поток дополнительно нагревают с помощью первичного теплообменника защитного слоя, предпочтительно, с применением пара, полученного из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля. Пар, полученный из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, представляет собой пар низкого давления, как правило, имеющий давление в диапазоне от 1,5 до 3 кг/см по манометру (г) [от 0,15 до 0,29 МПа по манометру], предпочтительно от 1,5 до 2,5 кг/см (г) [от 0,15 до 0,25 МПа (г)]. Этот поток пара применяют для нагрева, после предварительного нагрева с верхним потоком абсорбера этиленоксида, потока рециркулирующего газа до температуры, которая, как правило, находится в диапазоне от 90 до 130°С, предпочтительно от 110 до 125°С.
2
В одном варианте реализации изобретения нагретый таким образом поток рециркулирующего газа дополнительно нагревают до целевой (первой) рабочей температуры защитного слоя с помощью вторичного теплообменника защитного слоя. Предпочтительно, в этом вторичном нагревателе защитного слоя применяют пар, образующийся в результате мгновенного испарения (снижения давления) потоков конденсата, собранных в технологическом процессе от потребителей пара (более высокого давления), что позволяет утилизировать тепловую энергию, содержащуюся в отводимом(мых) конденсате(ах). Как правило, это достигается путем сбора всех или практически всех потоков конденсата, отводимых из паровых нагревательных установок и ребойлеров в технологическом процессе, и снижения давления (в емкости для мгновенного испарения конденсата) собранных конденсатов до достаточно низкого давления для получения максимального количества пара достаточно высокой температуры для выбранных потребителей тепла в технологическом процессе. В описанном в данном документе способе этот поток пара, полученного мгновенным испарением, как правило, имеет давление в диапазоне от 2,5 до 3,5 кг/смг [от 0,25 до 0,34 МПа] и применяется во вторичном теплообменнике защитного слоя для дополнительного нагрева потока рециркулирующего газа, при необходимости, до температуры в диапазоне от 110 до 145°С, предпочтительно от 120 до 135°С, до контактирования его с защитным слоем в системе защитного слоя.
Соответственно, в предпочтительном варианте реализации изобретения поток охлажденного рециркулирующего газа нагревают в конденсаторе путем последующего теплообмена с верхним потоком абсорбера этиленоксида; паром, полученным в конденсаторе, расположенном над колонной для очистки этиленгликоля; и паром, полученным путем мгновенного испарения одного или более потоков конденсата, собранных в технологическом процессе.
Хотя преимущества данного изобретения наиболее заметны при применении этой последовательности первичного и вторичного нагревателей защитного слоя при повышении давления пара и тепла, также возможно, предпочтительно временно, применять только один из вариантов рационального использования тепла пара. Это может произойти, например, если имеется недостаточное количество пара требуемого давления или температуры или когда требуется меньшая нагрузка на первичный или вторичный теплообменник защитного слоя.
В некоторых вариантах реализации изобретения, например, при запуске процесса эпоксидирования этилена, когда верхний поток абсорбера этиленоксида, недостаточно горячий или при (временном) обходе указанного абсорбера первичный и/или вторичный теплообменник защитного слоя по меньшей мере частично заменяет работу (первого) конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида. В альтернативном варианте, если реактивный абсорбер работает при более высокой температуре, чем нормальная рабочая температура, образуется больше паров, что приводит к более высокой восстановительной нагрузке на конденсатор, расположенный над абсорбером этиленоксида, и уменьшенной нагрузке на первичный и/или вторичный теплообменник защитного слоя.
В некоторых вариантах реализации изобретения, чтобы, при необходимости, по меньшей мере частично заменить работу конденсатора, расположенного над реактивным абсорбером, первичный и/или вторичный нагреватель защитного слоя по меньшей мере временно работает с паром более высокого давления (чем обычно), находящимся в технологическом процессе.
В других вариантах реализации изобретения пар низкого давления, используемый для работы первичного и вторичного нагревателей защитного слоя, полученный из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, или полученный путем мгновенного испарения собранных технологических потоков конденсата, соответственно, (временно) по меньшей мере частично заменяют или дополняют паром низкого давления, полученным путем последовательного сбрасывания давления потоков пара высокого давления, образующихся в технологическом процессе. Примерами источников пара высокого давления в технологическом процессе являются реактор для получения этиленоксида и первичная охладительная установка для продукта из реактора для получения этиленоксида. В таком случае нагревательные установки защитного слоя имеют достаточную площадь теплопередачи для (частичной) замены первого конденсатора абсорбера ЭО.
В способе по данному изобретению поток нагретого рециркулирующего газа контактирует с одним или более материалом защитного слоя в одной или более системах защитного слоя, расположенных выше по потоку от реактора для получения этиленоксида, для образования потока обработанного рециркулирующего газа.
В одном варианте реализации изобретения одна или более систем защитного слоя содержат материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа. В другом варианте реализации изобретения одна или более систем защитного слоя содержат материал защитного слоя, способный удалять примесь йодистого винила из потока рециркулирующего газа.
В еще одном варианте реализации изобретения одна или более систем защитного слоя содержат первый материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа, и второй материал защитного слоя, способный удалять примесь йодистого винила из потока рециркулирующего газа.
Как правило, технологический процесс включает контактирование потока рециркулирующего газа с первой системой защитного слоя, содержащей одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих первый материал защитного слоя, и со второй системой защитного слоя, содержащей одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих второй материал защитного слоя.
Предпочтительно, способ, раскрытый в данном документе, включает контактирование по меньшей мере части потока рециркулирующего газа в первой системе защитного слоя, содержащей одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих первый материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа для получения потока частично обработанного рециркулирующего газа; и контактирование по меньшей мере части потока частично обработанного рециркулирующего газа во второй системе защитного слоя, содержащей одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих второй материал защитного слоя, способный удалять примесь винила из потока рециркулирующего газа, для получения потока обработанного рециркулирующего газа.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Соответственно, материал защитного слоя, способный удалять одну или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа, содержит первый носитель, и он нанесено на первый носитель, и серебро в количестве от 2% до 10% по массе. Соответственно, первый носитель содержит оксид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония, диоксид кремния, активированный уголь или любую их комбинацию. Предпочтительно, первый носитель содержит оксид алюминия, в частности гамма–оксид алюминия. Подходящий первый носитель имеет площадь поверхности более чем 20 м/г относительно массы носителя, или по меньшей мере 25 м/г, или по меньшей мере 50 м/г, или по меньшей мере 75 м/г, или по меньшей мере 100 м/г, или по меньшей мере 125 м/г, или не более 1200 м/г, или не более 500 м/г, или не более 300 м/г, или не более 200 м/г, или не более 175 м/г, или от 20 м/г до 1200 м/г, или от 50 м/г до 500 м/г, или от 75 м/г до 300 м/г, или от 100 м/г до 200 м/г, или от 125 м/г до 175 м/г на той же основе. Подразумевается, что применяемый в данном документе термин «площадь поверхности» относится к площади поверхности носителя, измеренной в соответствии с методом БЭТ (Брунауэра, Эммета и Теллера), как подробно описано в Brunauer S., Emmet, PY and Teller E., J. Am. Химреагент Soc., 60, pgs. 309–316 (1938). Предпочтительно первый носитель представляет собой сферический носитель и имеет диаметр менее чем 2 мм, или 1,8 мм или менее, или 1,6 мм или менее, или 1,5 мм или менее, или 1,3 мм, или менее, или 1,0 мм или менее, или диаметр от 0,25 мм до менее чем 2 мм, или от 0,5 мм до менее чем 2 мм, или от 0,75 мм до менее чем 2 мм, или от 1 мм до менее чем 2 мм, или от 0,25 мм до 1,5 мм, или от 0,5 мм до 1,5 мм, или от 0,75 мм до 1,5 мм, или от 1 мм до 1,5 мм.
Предпочтительно, материал защитного слоя, способный удалять примесь йодистого винила из потока рециркулирующего газа, содержит второй носитель, палладий и золото. Подходящими вторыми носителями являются те, которые содержат диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид кремния–оксид алюминия, силикагель, кремниевую кислоту, силикаты, карбид кремния, диоксид титана, диоксид циркония, триоксид вольфрама, пемзу, оксид магния, цеолиты и их комбинации. Предпочтительно, второй носитель содержит диоксид кремния и дополнительно содержит или не содержит оксид алюминия. В этих вариантах реализации изобретения содержание диоксида кремния во втором носителе составляет по меньшей мере 50% мас., как правило, по меньшей мере 90% мас. от массы носителя. Часто содержание диоксида кремния во втором носителе составляет не более 99,99% мас., чаще не более 99,9% мас. от той же массы. Предпочтительно, второй носитель находится в форме частиц или сфер, имеющих диаметр от около 2 до 10 мм, или от 3 до 9 мм, или от 4 до 7 мм.
В предпочтительном варианте реализации изобретения способ, раскрытый в данном документе, включает контактирование по меньшей мере части потока рециркулирующего газа, содержащего примесь йодистого алкила и примесь йодистого винила, в первой системе защитного слоя, содержащей одну или более емкостей с защитным слоем с первым материалом защитного слоя для получения потока частично обработанного рециркулирующего газа, причем первый материал защитного слоя содержит первый носитель, и нанесенное на первый носитель серебро в количестве от 2% до 10% по массе; и контактирование, по меньшей мере, части потока частично обработанного рециркулирующего газа во второй системе защитного слоя, содержащей одну или более емкостей с защитным слоем со вторым материалом защитного слоя для получения потока обработанного рециркулирующего газа, причем второй материал защитного слоя содержит второй носитель, палладий и золото.
Вторая система защитного слоя, сконфигурированная для удаления примеси винила из потока рециркулирующего газа, как это описано в данном документе, как правило, имеет предпочтительный диапазон рабочих температур ниже, чем у первой системы защитного слоя, сконфигурированной для удаления одной или более примесей йодистого алкила из потока рециркулирующего газа. Следовательно, в таком случае поток частично обработанного рециркулирующего газа, выходящий из первой системы защитного слоя для удаления примесей йодистых алкилов, необходимо охлаждать до предпочтительного диапазона рабочих температур второй системы защитного слоя, сконфигурированной для удаления примеси винила из потока рециркулирующего газа.
Предпочтительно, поток горячего рециркулирующего газа, выходящий из одной или более первых систем защитного слоя для удаления примесей йодистого алкила, охлаждают до предпочтительной температуры подачи в одну или более вторых систем защитного слоя для удаления примесей йодистого винила с помощью водяного охлаждения.
Как упоминалось выше, после обработки в одной или более системах защитного слоя и перед объединением с потоком исходного газа в реакторе для получения этиленоксида поток обработанного рециркулирующего газа, как правило, по меньшей мере частично обрабатывают в секции удаления диоксида углерода, для получения потока рециркулирующего газа, обедненного диоксидом углерода, который можно повторно объединять с любой частью потока рециркулирующего газа, обходя секцию удаления диоксида углерода, и затем возвращать в реактор для получения этиленоксида, где он контактирует с катализатором эпоксидирования.
Секция удаления диоксида углерода, как правило, содержит абсорбер для диоксида углерода, в которой диоксид углерода по меньшей мере частично абсорбируется потоком рециркулирующего абсорбента для получения верхнего потока, обедненного диоксидом углерода, и отпарную колонну для диоксида углерода для регенерации потока насыщенного абсорбента.
Благоприятной для поглощения диоксида углерода в абсорбере диоксида углерода является температура в диапазоне от 40 до 80 °С. Следовательно, поток обработанного рециркулирующего газа, выходящий из одной или более систем защитного слоя, предпочтительно охлаждают перед подачей в секцию удаления диоксида углерода.
Охлаждение потока рециркулирующего газа перед удалением диоксида углерода осуществляют с помощью теплообмена с верхним потокомабсорбера диоксида углерода, предпочтительно в кожухотрубном теплообменнике. Следовательно, перед контактированием его с катализатором эпоксидирования в реакторе для получения этиленоксида преимущественно охлажденный поток рециркулирующего газа, обедненный диоксидом углерода, отводящийся из секции удаления диоксида углерода, снова нагревают путем его контактирования в противотоке с потоком горячего обработанного рециркулирующего газа, отводящегося из одной или более систем защитного слоя. Это выгодно как с точки зрения повышенной экономии энергии, так и потому, что позволяет снизить нагрузку на обменник сырья и продукта, расположенный ниже по потоку и используемый для нагревания потока рециркулирующего газа перед подачей его в реактор для получения этиленоксида.
Соответственно, в одном варианте реализации изобретения поток обработанного рециркулирующего газа подают в теплообменник, расположенный выше по потоку от секции удаления диоксида углерода, для получения потока охлажденного обработанного рециркулирующего газа посредством теплообмена с верхним потоком абсорбера диоксида углерода, причем указанный поток охлажденного обработанного рециркулирующего газа подают в секцию удаления диоксида углерода для получения потока рециркулирующего газа, обедненного диоксидом углерода.
Предпочтительно, поток рециркулирующего газа, обедненного диоксидом углерода, дополнительно подают в конденсатор для получения потока охлажденного рециркулирующего газа, обедненного диоксидом углерода, причем указанный поток охлажденного рециркулированного газа, обедненного диоксидом углерода, снова нагревают путем теплообмена с обработанным рециркулирующим потоком в теплообменнике, расположенном выше по потоку от секции удаления диоксида углерода, для получения потока нагретого рециркулирующего газа, обедненного диоксидом углерода. Затем по меньшей мере часть этого потока, необязательно после нагревания в теплообменнике сырья и продукта, контактирует с катализатором эпоксидирования в реакторе для получения этиленоксида.
Предпочтительно, секция удаления диоксида углерода содержит ребойлер отпарной колонны, причем тепло подают в ребойлер отпарной колонны для диоксида углерода с помощью по меньшей мере части потока пара, полученного из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, или пара, полученного путем мгновенного испарения одного или более потоков конденсата, собранных в технологическом процессе; предпочтительно пара, полученного из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля.
Данное раскрытие дополнительно относится к реакционной системе для получения этиленкарбоната и/или этиленгликоля, содержащей
(i) линию рециркуляции газа, жидкостно соединенную с источником этилена и кислорода;
(ii) реактор для получения этиленоксида, содержащий катализатор эпоксидирования, входное отверстие и выходное отверстие, причем входное отверстие реактора для получения этиленоксида жидкостно соединено с линией рециркуляции газа;
(iii) абсорбер этиленоксида, сконфигурированный для получения верхнего потока абсорбера этиленоксида, и потока обогащенного абсорбента, содержащего этиленкарбонат и/или этиленгликоль, причем указанный абсорбер этиленоксида содержит катализатор карбоксилирования и гидролиза, входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием реактора для получения этиленоксида, входное отверстие для обедненного абсорбента, выходное отверстие для отвода потока рециркулирующего газа и выходное отверстие для отвода потока обогащенного абсорбента;
(iv) конденсатор, расположенный над абсорбером этиленоксида, сконфигурированный для получения потока рециркулирующего газа и потока конденсата, причем указанный конденсатор, расположенный над абсорбером этиленоксида, содержит входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием абсорбера этиленоксида, для отвода потока рециркулирующего газа, входное отверстие для подачи потока охлажденного рециркулирующего газа, выходное отверстие, жидкостно соединенное с линией рециркуляции газа, и выходное отверстие для отвода потока охлажденного рециркулирующего газа;
(v) реактор для получения готового продукта, сконфигурированный для получения потока этиленгликоля, содержащий входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием абсорбера этиленоксида, для отвода потока обогащенного абсорбента, и выходное отверстие для отвода потока этиленгликоля;
(vi) дегидратор, сконфигурированный для получения потока концентрированного этиленгликоля, содержащий входное отверстие и выходное отверстие, причем входное отверстие жидкостно соединено с выходным отверстием для отвода потока этиленгликоля из реактора, для получения готового продукта, и выходное отверстие для отвода потока концентрированного этиленгликоля;
(vii) колонну для очистки этиленгликоля, оборудованную конденсатором, расположенным над колонной для очистки этиленгликоля, входным отверстием, жидкостно соединенным с выходным отверстием дегидратора, для отвода потока концентрированного этиленгликоля, выходным отверстием для отвода потока конденсата и выходным отверстием для отвода потока пара,
(viii) одну или более систему защитного слоя, содержащую входное отверстие, выходное отверстие и одну или более емкостей с защитным слоем, содержащих один или более материалов защитного слоя; причем входное отверстие системы защитного слоя жидкостно соединено с линией рециркуляции газа; причем один или более материалов защитного слоя выполнены для удаления по меньшей мере части одной или более примесей из потока рециркулирующего газа для получения потока обработанного рециркулирующего газа; и причем выходное отверстие системы защитного слоя жидкостно соединено с линией рециркуляции газа;
(ix) нагреватель защитного слоя, расположенный выше по потоку от одной или более систем защитного слоя, содержащий входное отверстие для подачи потока рециркулирующего газа и выходное отверстие для отвода нагретого потока рециркулирующего газа, причем нагреватель защитного слоя жидкостно соединен с выходным отверстием конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, для отвода потока пара или с выходным отверстием для пара емкости для мгновенного испарения конденсата.
Преимущества данного раскрытия особенно очевидны, если для нагревания потока рециркулирующего газа до требуемой рабочей температуры защитного слоя используется конкретная последовательность вариантов рационального использования тепла, как правило, включающая последующий теплообмен с верхним потоком абсорбера этиленоксида, в конденсаторе, расположенном над абсорбером; паром, полученным в конденсаторе, расположенном над колонной для очистки этиленгликоля; и паром, полученным путем мгновенного испарения одного или более потоков конденсата, собранных в технологическом процессе. Следовательно, предпочтительно, реакционная система содержит первичный нагреватель защитного слоя, расположенный выше по потоку от одной или более систем защитного слоя, содержащий входное отверстие для приема потока рециркулирующего газа и выходное отверстие для отвода нагретого потока рециркулирующего газа, причем первичный нагреватель защитного слоя жидкостно соединен с выходным отверстием конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, для отвода потока пара; и вторичный нагреватель защитного слоя, расположенный выше по потоку от одной или более систем защитного слоя и ниже по потоку от первичного нагревателя защитного слоя, содержащий входное отверстие для приема потока нагретого рециркулирующего газа и выходное отверстие для отвода потока дополнительно нагретого рециркулирующего газа, причем вторичный нагреватель защитного слоя жидкостно соединен с выходным отверстием для пара емкости для мгновенного испарения конденсата.
Как отмечался ранее, для достижения достаточного глубокого охлаждения для конденсации верхнего потока абсорбера этилена, применяют второй конденсатор, как правило, ниже по потоку от конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида. Соответственно, в предпочтительном варианте реализации изобретения система дополнительно содержит конденсатор, расположенный ниже по потоку от конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида, включающий входное отверстие, жидкостно соединенное с выходным отверстием конденсатора, расположенного над абсорбером этиленоксида, для отвода потока охлажденного рециркулирующего газа, и выходное отверстие для отвода потока охлажденного рециркулирующего газа.
Предпочтительно, реакционная система дополнительно содержит секцию удаления диоксида углерода, жидкостно соединенную с линией рециркуляции газа, как это описано подробно выше. Как правило, такая секция удаления диоксида углерода содержит отпарную колонну для диоксида углерода, содержащую ребойлер отпарной колонны для диоксида углерода, причем указанный ребойлер нагревают путем рационального использования тепла от горячего технологического потока, отводимого из реакционной системы, предпочтительно от пара из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, или пара, полученного путем мгновенного испарения собранных потоков конденсата.
Теперь обратимся к Фиг. 1 и 2, на которых изображены схематические виды реакционной системы для производства этиленкарбоната и/или этиленгликоля, согласно варианту реализации данного изобретения. Специалисту будет понятно, что как упрощенные схемы эти фигуры не изображают все необходимые входные отверстия, выходные отверстия, рециркулирующие потоки и т.д., которые находятся в реакционной системе. Дополнительно, будет понятно, что на Фигурах в данном документе элементы могут быть добавлены, заменены и/или удалены, чтобы обеспечить любое количество дополнительных вариантов реализации изобретения и последовательность, в которой различные сырьевые компоненты и/или потоки подаются в технологический процесс, и их соответствующие места подачи, а также соединения потоков могут отличаться от изображенных. Дополнительно, следует понимать, что пропорции и относительный масштаб элементов, изображенных на Фигурах, предназначены для иллюстрации вариантов реализации данного раскрытия, и не должны рассматриваться в ограничительном смысле.
2
1
2
2
4
4
2
9
Как изображено на Фиг. 1, реакционная система содержит реактор для получения этиленоксида (), который содержит катализатор эпоксидирования. Исходный газ для эпоксидирования () подают в реактор для получения этиленоксида () через одно или более входных отверстий, и он, как правило, содержит этилен, кислород, балластный газ (например, метан или азот) и замедлитель реакции (например, монохлорэтан, винилхлорид или дихлорэтан). В реакторе для получения этиленоксида () этилен реагирует с кислородом в присутствии катализатора эпоксидирования с получением потока готового этиленоксида (). Поток готового этиленоксида () отводят из реактора для получения этиленоксида () и подают во входное отверстие абсорбера ().
9
10
13
9
9
14
15
16
16
17
18
18
19
20
19а
20
21
15
15
14
20
22
22
23
28
27
30
24
25
23
24
28
25
В абсорбере () поток готового этиленоксида тесно контактирует с обедненным абсорбентом, подаваемым по линии (), в присутствии одного или более катализаторов карбоксилирования и гидролиза. По меньшей мере часть и предпочтительно практически весь этиленоксид из потока готового этиленоксида абсорбируется обедненным абсорбентом. Поток обогащенного абсорбента (), который содержит этиленкарбонат и/или этиленгликоль, отводят из абсорбера () через выходное отверстие. Любые газы, которые не абсорбируются в абсорбере (), отводят в виде горячего верхнего потока абсорбера для этиленоксида, который по меньшей мере частично подают в виде потока () в конденсатор (), для получения охлажденного верхнего потока абсорбера (). Охлажденный верхний поток абсорбера(), как правило, дополнительно охлаждают во вторичном конденсаторе (), например, с помощью водяного охлаждения для получения дополнительно охлажденного верхнего потока абсорбера (). Дополнительно охлажденный верхний поток абсорбера (), подают в подходящий парожидкостный сепаратор () (а именно каплеотбойник, каплеотбойную абсорбционную колонну, содержащую промывочную секцию, и т.д.) для получения потока охлажденного и обезвоженного рециркулирующего газа () и водного потока (). Поток охлажденного рециркулирующего газа (), как правило, сжимают с помощью компрессора () и подают в конденсатор (). Конденсатор (), как изображено в данном документе, представляет собой встроенный конденсатор для охлаждения горячего потока () и нагрева охлажденного рециркулирующего потока () в противотоке для получения потока нагретого рециркулирующего газа (). Поток нагретого рециркулирующего газа () дополнительно нагревают до предпочтительной рабочей температуры системы защитного слоя в теплообменнике [«нагреватель защитного слоя»] () или () или, как правило, в нескольких теплообменниках, расположенных выше по потоку от системы(систем) защитного слоя, чтобы получить потоки дополнительно нагретых рециркулирующих газов () и (). Тепловая энергия, необходимая для работы одного или более нагревателей защитного слоя, подается за счет рационального использования тепла от пара низкого давления, полученного в других местах технологического процесса, а именно пара из конденсатора, расположенного над колонной для очистки моноэтиленгликоля (МЭГ), подаваемого по линии (), или пара, полученного путем мгновенного испарения объединенных конденсатов, собранных от потребителей пара в технологическом процессе, подаваемого по линии (), или, предпочтительно, как изображено на Фиг. 1, за счет комбинации первичного нагревателя защитного слоя () с помощью пара низкого давления из конденсатора, расположенного над колонной для очистки моноэтиленгликоля (МЭГ), подаваемого по линии (), и вторичного нагревателя защитного слоя (), с помощью пара немного более высокого давления, полученного путем мгновенного испарения объединенных конденсатов, собранных от потребителей пара в технологическом процессе, подаваемого по линии ().
30
31
30
30
36
30
36
1
2
Поток нагретого рециркулирующего газа () контактирует с уплотненным защитным слоем в системе защитного слоя (), содержащей одну или более емкостей с защитным слоем, причем указанный материал защитного слоя способен удалять газообразные йодистые примеси из потока рециркулирующего газа. При контактировании потока нагретого рециркулирующего газа () с материалом защитного слоя, по меньшей мере часть йодистых примесей удаляется из потока рециркулирующего газа () с получением потока обработанного рециркулирующего газа (), который содержит уменьшенное количество йодистых примесей относительно потока рециркулирующего газа (). По меньшей мере часть потока обработанного рециркулирующего газа () объединяют с потоком исходного газа () и подают в реактор для получения этиленоксида ().
7
9
4
15
15
14
23
На Фиг. 1 пунктирной линией () также показан обход абсорбера () путем непосредственной подачи выходящего из реактора для получения ЭО потока (), не содержащего ЭО (например, во время запуска), и когда абсорбер ЭО не работает, как газообразного потока в конденсатор (). В таком случае исходный поток в конденсатор (), как правило, холоднее, чем верхний поток абсорбера этиленоксида (), что требует дополнительной тепловой нагрузки на теплообменник () (или любых дополнительных нагревателей выше по потоку от системы (систем) защитного слоя).
6
57
2
5а
5b
23
24
27
23
28
25
31
30
32
30
32
33
32
35
34
33
35
34
34
34
36
34
36
35
37
36
38
39
39
40
41
24
55
25
Дополнительно к компонентам, изображенным на Фиг. 1, реакционная система на Фиг. 2 содержит теплообменник сырья и продукта () для нагрева потока рециркулирующего газа () в противотоке, подаваемого в реактор для получения этиленоксида (), а также первичную охладительную установку для продукта () и вторичную охладительную установку для продукта (). В системе, изображенной на Фиг. 2, тепловая энергия, необходимая для работы первичного нагревателя защитного слоя (), предпочтительно подается посредством рационального использования тепла от пара низкого давления [как правило, от 0,15 до 0,25 МПа по манометру] из конденсатора, расположенного над колонной для очистки моноэтиленгликоля (МЭГ), подаваемого по линии (). Поток дополнительно нагретого рециркулирующего газа (), который отводят из первичного нагревателя защитного слоя (), дополнительно нагревают во вторичном нагревателе защитного слоя (), который предпочтительно нагревают путем рационального использования тепла от пара низкого давления [как правило, от 0,25 до 0,34 МПа по манометру], подаваемого по линии () и получаемого путем мгновенного испарения конденсатов, собранных в технологическом процессе. Предпочтительно, в системе защитного слоя () по меньшей мере часть примесей йодистого алкила, присутствующих в потоке рециркулирующего газа (), удаляют для получения потока частично обработанного рециркулирующего газа (), который содержит пониженное количество примесей йодистого алкила по сравнению с потоком рециркулирующего газа (). По меньшей мере часть потока частично обработанного рециркулирующего газа () подают в охладитель () защитного слоя, причем поток рециркулирующего газа (), как правило, охлаждают охлаждающей водой до целевой рабочей температуры второй системы защитного слоя (). Поток охлажденного частично обработанного рециркулирующего газа () отводят из охладителя защитного слоя () и подают во вторую систему защитного слоя (), где поток частично обработанного рециркулирующего газа () контактирует с уплотненным слоем второго защитного слоя в емкости с защитным слоем, причем указанный второй материал защитного слоя предпочтительно способен удалять примесь йодида винила из потока рециркулирующего газа. При контактировании потока частично обработанного рециркулирующего газа () со вторым материалом защитного слоя предпочтительно по меньшей мере часть примеси йодистого винила удаляется из потока частично обработанного рециркулирующего газа () с получением потока обработанного рециркулирующего газа (), который содержит пониженное количество примеси йодистого винила относительно потока рециркулирующего газа (). Поток обработанного рециркулирующего газа () отводят из второй системы защитного слоя () и подают в теплообменник защитного слоя () для продукта. Здесь поток обработанного рециркулирующего газа () охлаждают путем теплообмена с верхним потоком абсорбера диоксида углерода, для получения потока охлажденного обработанного рециркулирующего газа (), имеющего температуру, соответствующую предпочтительной рабочей температуре секции удаления диоксида углерода (), которая находится в жидкостном соединении с линией рециркуляции газа. Секция удаления диоксида углерода (), как правило, содержит абсорбер диоксида углерода () и отпарную колонну для диоксида углерода, снабженную ребойлером отпарной колонны () для диоксида углерода (подробности не изображены). Необязательно, ребойлер отпарной колонны для диоксида углерода нагревают путем рационального использования тепла от горячего технологического потока, отводимого из реакционной системы, предпочтительно пара, подаваемого по линии () и отводимого в виде потока () из конденсатора, расположенного над колонной для очистки этиленгликоля, или пара, подаваемого по линии () и полученного путем мгновенного испарения собранных технологических потоков конденсата.
42
,
39
,
43
56
56
37
36
57
1
6
2
Поток рециркулирующего газа, обедненного диоксидом углерода () отводят из секции удаления диоксида углерода () и предпочтительно подают в конденсатор () и парожидкостный сепаратор (например, каплеотбойник; не изображен) для получения дополнительно охлажденного верхнего потока (). Этот поток рециркулирующего газа (), обедненный диоксидом углерода, нагревают путем его контактирования в потоке продукта после теплообменника защитного слоя () в противотоке с потоком обработанного рециркулирующего газа () для получения потока нагретого обработанного, обедненного диоксидом углерода, рециркулирующего газа (), из которого по меньшей мере часть объединена с потоком исходного газа (), подаваемого через теплообменник сырья и продукта (), и затем подают в реактор для получения этиленоксида ().
13
(9),
44
45
44
46
46
47
48
В системе, изображенной на Фиг. 2, обогащенный поток абсорбента () получают в виде кубового потока из абсорбера  содержащего этиленкарбонат и/или этиленгликоль, и подают в один или более реакторов готового продукта, а именно реактор гидролиза () (например, для обеспечения дальнейшего превращения любого этиленоксида и/или этиленкарбоната, который не был превращен в абсорбере этиленоксида). Поток продукта () из реактора для получения готового продукта отводят из одного или более реакторов для получения готового продукта, а именно реактора гидролиза (), и подают в дегидратор (). В дегидраторе () воду удаляют из исходного потока для дегидратора с получением кубового потока дегидратора (), содержащего преимущественно МЭГ, и потока, отбираемого сверху дегидратора ().
47
46
49
50
51
10
9
52
53
54
55
24
23
53
41
Кубовый поток дегидратора () отводят из дегидратора () и, необязательно, подают в колонну для очистки моноэтиленгликоля () для получения очищенного потока МЭГ () и кубового потока (), который повторно подают в качестве потока обедненного абсорбента () в абсорбер (). Верхний поток колонны для очистки моноэтиленгликоля (), подают в конденсатор колонны для очистки моноэтиленгликоля () для получения потока конденсата [] (который, как правило, частично отводится в виде пастеризационного отгона и стекает обратно в колонну для очистки) и потока пара низкого давления (), который утилизируют для рационального использования тепла по линии () с первичным нагревателем защитного слоя (). В некоторых вариантах реализации изобретения любой избыточный пар, полученный в конденсаторе () колонны для очистки моноэтиленгликоля, применяют для подачи тепла в ребойлер отпарной колонны для диоксида углерода () (не изображено).