УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНОКСИДА
ETHYLENE OXIDE SYNTHESIS DEVICE AND METHOD

Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, используемому для получения этиленоксида или, в частности, для реабсорбции этиленоксида и отгонки диоксида углерода, на промышленном уровне. Данное устройство находит конкретное использование в качестве улучшенной единой колонны реабсорбции этиленоксида/ аппарата отгонки. Согласно данному изобретению стадии реабсорбции этиленоксида и отгонки диоксида углерода, которые обычно осуществляются в отдельных емкостях, осуществляются в емкости единой колонны, имеющей внутреннюю разделительную перегородку. Устройство также может использоваться для других химических технологических систем, где требуется секция реабсорбции и отгонки.
Описание прототипа
Окисление этилена с образованием этиленоксида и различные технологии извлечения, связанные с этим, а также дополнительная конверсия этиленоксида в этиленгликоль являются хорошо известными и широко осуществляются на промышленном уровне. Смотри, например, патенты США 5945551, 6184175, 5646087 и 6533843.
Обычно этиленоксидный продукт абсорбируется из газов реакции окисления в водной абсорбирующей жидкости с образованием разбавленного раствора этиленоксида. Этиленоксид отгоняется из разбавленного водного раствора, и верхний погон аппарата отгонки направляется в конденсатор, где масса воды конденсируется и отделяется. Поток паров этиленоксида из верхнего погона аппарата отгонки, концентрированный этиленоксидом, пропускают в колонну реабсорбции, где этиленоксид реабсорбируется в воде и затем отделяется от инертных компонентов, которые вентилируются. Этиленоксидный раствор колонны реабсорбции, который также содержит значительные количества растворенного диоксида углерода, направляется в аппарат отгонки гликолевого питания, где диоксид углерода отделяется отгонкой с помощью пара/инертного газа. Такая традиционная операция показана на прилагаемой фиг.1.
Настоящее изобретение предусматривает улучшенное устройство, в котором функции как традиционной колонны реабсорбции, так и колонны отгонки гликолевого питания объединяются и осуществляются в единой колонне, которая разделена внутренней перегородкой на отдельные секции реабсорбции и отгонки.
Такая комбинированная единая колонна обладает несколькими экономическими преимуществами, включая упрощение промышленных операций и снижение требуемой площади участка, необходимого для такого оборудования. Кроме того, поскольку возгорание этиленоксида от внешнего источника огня является значительным вредным фактором безопасности, уменьшение оборудования будет уменьшать площадь поверхности оборудования, требующую противопожарной защиты, снижать потенциальную возможность пожара и улучшать общую безопасность установки.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение предусматривает емкость для использования в сочетании с системой извлечения/отгонки этиленоксида, который содержит наружную стенку, образующую замкнутую единую колонну, внутреннюю разделительную перегородку, разделяющую колонну на секцию реабсорбции и отдельную секцию отгонки, впуск для введения потока пара, содержащего этиленоксид, в секцию реабсорбции, и для реабсорбирования этиленоксида в абсорбенте, линию для введения реабсорбированного этиленоксида в секцию отгонки и средство отгонки для отгонки содержащегося диоксида углерода из реабсорбированного этиленоксида.
Настоящее изобретение, кроме того, предусматривает систему извлечения/отгонки этиленоксида, которая содержит: емкость, содержащую наружную стенку, определяющую замкнутую единую колонну, внутреннюю разделительную перегородку для разделения колонны на секцию реабсорбции и отдельную секцию отгонки, средство для введения потока пара, содержащего этиленоксид, в секцию реабсорбции и для реабсорбирования этиленоксида в водном абсорбенте, средство для введения реабсорбированного этиленоксида в водном абсорбенте в секцию отгонки и средство для отгонки содержащегося диоксида углерода из реабсорбированного этиленоксида.
Настоящее изобретение еще дополнительно предусматривает способ извлечения этиленоксида из водной жидкости - абсорбента этиленоксида, содержащий следующие стадии:
i) обеспечение емкостью, которая содержит наружную стенку, образующую единую колонну, внутреннюю разделительную перегородку, разделяющую колонну на секцию реабсорбции и отдельную секцию отгонки, впуск для введения потока пара, содержащего этиленоксид, в секцию реабсорбции, и для реабсорбирования этиленоксида в водном абсорбенте, линию для введения реабсорбированного этиленоксида в водном абсорбенте в секцию отгонки и средство отгонки для отгонки содержащегося диоксида углерода из реабсорбированного этиленоксида;
ii) введение потока пара, содержащего этиленоксид, в секцию реабсорбции;
iii) пропускание потока пара через нижний уплотненный слой в секции реабсорбции;
iv) контактирование потока пара с охлажденным циркулирующим раствором, так что часть этиленоксида абсорбируется в циркулирующем растворе;
v) пропускание неабсорбированного этиленоксида и любых инертных компонентов через, по меньшей мере, один верхний уплотненный слой секции реабсорбции, так что остаток этиленоксида абсорбируется в водном абсорбенте и удаляется из инертных компонентов;
vi) удаление инертных компонентов из емкости;
vii) транспортирование реабсорбированного этиленоксида в водном абсорбенте в верхнюю часть секции отгонки;
viii) отгонка реабсорбированного этиленоксида от диоксида углерода; и
ix) выпуск отогнанного этиленоксида из емкости.
Настоящее изобретение также предусматривает емкость, которая содержит наружную стенку, образующую замкнутую единую колонну; перегородку в наружной стенке, разделяющую колонну на секцию реабсорбции и отдельную секцию отгонки; по меньшей мере, один уплотненный слой абсорбента в секции реабсорбции и, по меньшей мере, один уплотненный слой для отгонки в секции отгонки; впуск для введения потока жидкости в секцию реабсорбции и через уплотненный слой абсорбента с получением абсорбированной текучей среды; линию для введения абсорбированной текучей среды в секцию отгонки и через уплотненный слой отгонки с получением отогнанной текучей среды; и выпуск для выгрузки отогнанной текучей среды из секции отгонки.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена схема известного многоколонного устройства повторной реабсорбции этиленоксида и отгонки диоксида углерода.
На фиг.2 представлена схема одноколонного устройства реабсорбции/отгонки согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Данное изобретение объединяет функции колонны реабсорбции этиленоксида и колонны отгонки гликолевого питания, так что их функции выполняются одноколонной емкостью. Внутренняя разделительная перегородка разделяет единую колонну на секцию реабсорбции и секцию отгонки.
На фиг.1 показано типичное устройство-прототип, предназначенное для работы традиционной установки получения этиленоксида. Входящий поток пара, содержащий этиленоксид из конденсатора колонны отгонки, содержащий 80-90% мас. этиленоксида и остальное до 100% воды и инертных газов, поступает в колонну реабсорбции 10 по линии потока пара 11. Входящий поток пара проходит через уплотненный слой 12, где циркулирующий поток охлажденного потока кубового остатка 13 охлаждает входящий поток пара, конденсируя 90-96% этиленоксида. Несконденсировавшийся газ из уплотненного слоя 12 проходит через два верхних уплотненных слоя 14, в которых несконденсировавшийся газ контактирует с потоком подачи воды, вводимым по линии потока подачи воды 15, который удаляет баланс этиленоксида. Поток верхнего погона отделяется по линии потока верхнего погона 16 и направляется в регенерирующий компрессор для рециклирования содержащегося этилена обратно в реакционную систему этиленоксида. Поток подачи воды регулируется количественно для поддержания требуемой концентрации этиленоксида для подачи в гликолевую секцию установки, которая обычно находится в интервале от примерно 3,8 до примерно 4,6% об. этиленоксида. Поток кубового остатка, удаляемый по линии потока кубового остатка 17, содержит некоторое количество растворенного диоксида углерода, который содержался в линии входящего потока пара 11, и указанный диоксид углерода в потоке кубового остатка должен быть удален для предотвращения коррозии гликолевой установки из углеродистой стали. Это делается в колонне отгонки гликолевого питания 21.
Поток жидкого кубового остатка из колонны реабсорбции 10 направляется в верхнюю часть колонны для отгонки гликолевого питания 21 по линии потока кубового остатка 17 и пропускается через два уплотненных слоя 22, где поток жидкого кубового остатка контактирует со средой для отгонки, такой как пар и/или метан, вводимый по линии среды для отгонки 23. Среда для отгонки отгоняет диоксид углерода и этиленоксид, и получаемый пар направляют по линии рециклирования верхнего погона 24 в колонну реабсорбции 10, где диоксид углерода выводится из верхнего погона, и извлекается этиленоксид. Кубовый остаток колонны для отгонки гликолевого питания 21, выведенный по линии выведения кубового остатка 25, является подходящим для использования в установке гликоля или в качестве питания системы очистки этиленоксида.
Размер верхних секций колонн 10 и 21 в традиционном устройстве на фиг.1 является по существу одинаковым. Таким образом, можно объединить функции верхних секций указанных колонн в емкости единой колонны 40, как показано на фиг.2, которая разделена разделительной перегородкой 30 на две секции А и В. При расширении диаметра днища емкости 40 для обеспечения дополнительного объема для скачков жидкости можно установить большой уплотненный слой 31, требуемый в секции А.
Согласно настоящему изобретению, как показано на фиг.2, поток пара из конденсатора (не показано) колонны для отгонки этиленоксида поступает в секцию А колонны 40 через впуск потока пара 32, где он объединяется с выходящим паром из секции В по линии выпуска пара 41 и проходит через нижний боковой уплотненный слой 31 колонны реабсорбции. Данный слой 31, предпочтительно, использует традиционный тип набивки для контактирования пар-жидкость, который хорошо известен в технике. Объединенный пар контактирует с охлажденным циркулирующим раствором жидкости кубового остатка, который поступает в секцию А по линии выведения кубового остатка 42. Предпочтительно, от примерно 90 до примерно 95% этиленоксида абсорбируется в циркулирующем растворе, и раствор обычно охлаждается в водоохлаждаемом теплообменнике (не показано) до уровня в пределах примерно на 7-15°C ниже температуры кубового остатка. Степень охлаждения и циркуляции, предпочтительно, регулируется с достижением желаемой концентрации этиленоксида кубового остатка при регулировании потока подачи воды 33 в верхней части секции А колонны 40.
Неабсорбированный этиленоксид с инертными газами из нижнего бокового уплотненного слоя 31 колонны реабсорбции проходит, по меньшей мере, в один верхний боковой уплотненный слой 34 колонны реабсорбции, где остаток этиленоксида абсорбируется в воде и удаляется из инертных газов. В предпочтительном варианте присутствуют два верхних боковых уплотненных слоя колонны реабсорбции. Верхние уплотненные слои 34 также, предпочтительно, содержат традиционный тип набивки для контактирования пар-жидкость, который хорошо известен в технике. Инертные пары проходят по линии инертных паров 35 в регенерирующий компрессор или на сжигание для извлечения или утилизации.
Кубовый остаток из секции А после отделения рецикла подается насосом по линии выпуска кубового остатка в верхнюю часть секции В, где жидкость отгоняется паром и/или инертным газом для отгонки, вводимым по линии газа для отгонки 37, или при использовании ребойлера в нижней части секции В (не показано). Обычно, по меньшей мере, один верхний боковой уплотненный слой 38 используется для обеспечения контактирования между жидкостью и паром в секции В. В предпочтительном варианте присутствуют два верхних боковых уплотненных слоя. Указанные верхние уплотненные слои 38 также, предпочтительно, содержат традиционный тип набивки для контактирования пар-жидкость, который хорошо известен в технике. Жидкость отгоняется свободной от диоксида углерода и других инертных газов и подается насосом из нижней части секции В по выпускной линии 39 и может транспортироваться в гликольную секцию установки или в систему очистки этиленоксида, или подобное.
Емкость единой колонны данного изобретения может содержать любой подходящий материал, известный в технике, такой как нержавеющая сталь и т.п. Предпочтительные материалы неисключительно включают нержавеющую сталь 304.
Важным признаком настоящего изобретения является присутствие разделительной перегородки 30 в емкости единой колонны, где разделительная перегородка разделяет колонну на две зоны - секцию реабсорбции А и секцию отгонки В. Предпочтительно, разделительная перегородка 30 идет вертикально от верха к низу колонны 40. Однако могут использоваться другие варианты размещения. Разделительная перегородка может содержать материал, который является одинаковым или отличающимся от материала емкости и является соответствующей толщины для обеспечения конструкционной целостности. Подходящие материалы неисключительно включают нержавеющую сталь, такую как нержавеющая сталь 304. В предпочтительном варианте разделительная перегородка содержит материал, который является по существу таким же, как материал емкости.
Поскольку обе секции А и В работают при по существу равном давлении 0,2-0,5 бар с перепадом давления 0,1-0,2 бар, разделительная перегородка 30 является соответствующей толщины для поддержания перепада давления. Функциональность системы является неизменной.
Хотя ссылки здесь делаются на впуски, выпуски и линии в общем смысле, должно быть понятно, что впуски, выпуски и линии являются просто точками доступа, через которые газ или жидкость могут быть либо поданы в емкость, либо выгружены из емкости. Каждый впуск, выпуск или линия могут различаться по размеру диаметра и каждый может быть оборудован соплом. Емкость может, кроме того, включать дополнительные впуски, выпуски и/или линии, если требуется специалисту в данной области техники для поддержания целостности емкости, и когда требуется конкретными реакционными процессами. Емкость может быть, кроме того, оборудована датчиками, которые измеряют условия давления и/или температуры в зонах емкости. Например, емкость может быть оборудована впуском/выпуском/линией, с помощью которых присоединяется манометр, и другими, с помощью которых присоединяется термометр. Емкость также может быть оборудована пробоотборниками, если требуется.
Емкость также способна нагреваться или охлаждаться достаточно хорошо, чтобы иметь желаемую температуру, а также быть при желаемом давлении. Должно быть понятно, что емкость может также включать дополнительные характеристики, специально не указанные здесь, как может быть обычно известно специалисту в данной области техники, в частности, характеристики, используемые для разборки и удаления емкости.
Емкость единой колонны 40 данного изобретения обладает преимуществом над устройством на фиг.1 в том, что упрощает оборудование и снижает площадь поверхности, которая требует защиты. Поскольку этиленоксид является чрезвычайно опасным материалом, и возгорание от внешнего источника огня является значительным вредным фактором безопасности, снижение возможности возгорания от внешнего источника огня улучшает общую безопасность установки. Кроме того, емкость единой колонны 40 значительно снижает площадь участка, необходимого для размещения такого устройства, таким образом, снижая затраты.
Хотя настоящее изобретение было, в частности, показано и описано со ссылкой на предпочтительные варианты, специалисты в данной области техники легко поймут, что могут быть сделаны различные изменения и модификации без отступления от сути и объема изобретения. Подразумевается, что формула изобретения должна интерпретироваться как охватывающая рассмотренный вариант, те альтернативы, которые были рассмотрены выше, и все эквиваленты.