Способ получения оксида этилена

 

Сущность изобретения: продукт-оксид этилена. Реагент 1: этилен. Реагент 2: кислород . Условия реакции: диоксид углерода, аргон, 150-450°С. давление 100-400 фунт/кв. дюйм, серебряный катализатор, кислородная подпитка, содержащая 0,1-5,1 моль% аргона, через рециркуляцией промытый газ, содержащий 5-15 мол,% аргона и 5-15 мол.% диоксида углерода разделяют на первый, второй и третий поток, из первого потока удаляют диоксид углерода, второй поток направляют в сепарационный аппарат , имеющий полые трубчатые полупроницаемые мембраны, имеющие покрытия в окклудивном контакте с ними, и удаляют аргон вместе с диоксидом углерода при перепаде давления на мембране, равном 20- 400 фунт/кв.дюйм, для удаления аргона из второго потока при том же расходе, с которым он поступает в кислородной подпитке, после чего указанные первый и второй потоки объединяют с третьим потоком и рециркулируют. 1 ил. f Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 С 07 0 303/04, 301/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Г" Т И Я

НДК-ПЙФ; 5

БИЬЛИОТЕЛ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4027402/40 (22) 30.04.86 (46) 15.01.93. Бюл. N. 2 (31) 729431 (32) 01.05.85 (33) US (71) Сайентифик Дизайн Компани, Инк (US) (72) Брайан Дж.Озеро (US) (56) Патент Великобритании

N. 1321095, кл, В 1 Е, 1974, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЭТИЛЕНА (57) Сущность изобретения: продукт-оксид этилена. Реагент 1: этилен. Реагент 2: кислород, Условия реакции: диоксид углерода, аргон, 150 — 450ОС, давление 100 — 400 фунт/кв. дюйм, серебряный катализатор, Изобретение относится к области оксидов олефинов, в частности, к усовершенствованному способу получения оксида этилена, используемого в органическом синтезе.

Известен способ получения оксида этилена путем взаимодействия этилена с кислородом в присутствии диоксида углерода и аргона при температуре 150 — 450ОС и давлении 100 — 400 фунт/кв.дюйм на серебряном катализаторе с подачей в реакцию кислородной подпитки, содержащей 0,1-5,1 мол.% аргона, выделением оксида этилена из полученной при этом реакционной газовой смеси промывкой с получением промы„, БЦ„„1788954A3.2 кислородная подпитка, содержащая 0,1-5,1 моль% аргона, через рециркуляцией промытый газ, содержащий 5-15 мол,% аргона и

5-15 мол.% диоксида углерода разделяют на первый, второй и третий поток, из первого потока удаляют диоксид углерода. второй поток направляют в сепарационный аппарат, имеющий полые трубчатые полупроницаемые мембраны, имеющие покрытия в окклудивном контакте с ними, и удаляют аргон вместе с диоксидом углерода при перепаде давления на мембране, равном 20400 фунт/кв.дюйм, для удаления аргона из второго потока при том же расходе, с которым он поступает в кислородной подпитке, после чего указанные первый и второй потоки объединяют с третьим потоком и рециркулируют. 1 ил.

ОО того газа. содержащего 5-15 мол.% аргона и 5-15 мол.% диоксида углерода, его рециркуляцией после удаления диоксида углерода и аргона. ф

Недостатком данного способа являются сравнительно большие потери этилена (3,7..

Км ол ь/ч).

Цель изобретения — снижение потерь этилена.

Поставленная цель достигается предложенным способом получения оксида этилена путем взаимодействия этилена с кислородом в присутствии диоксида углеро- . да и аргона при температуре 150-450 С и давлении 7 — 28 атм на серебряном катализа1788954

15

40

50 торе с подачей в реакцию кислородной подпитки, содержащей 0,1 — 5,1 мол.% аргона, выделением оксида этилена из полученной при этом реакционной газовой смеси про. мывкой с получением промытого газа, содержащего 5 — 15 мол.% аргона и 5-15 Mon,% диоксида углерода, его рециркуляцией после удаления диоксида углерода и аргона, отличительной особенностью которого является то, что перед рециркуляцией промытый газ разделяют на первый, второй и третий поток, из первого потока удаляют диоксид углерода. второй поток направляют в сепарационный аппарат, имеющий полые трубчатые полупроницаемые мембраны, имеющие покрытия в окклудивном контакте с ними, и удаляют аргон вместе с диоксидом углерода при перепаде давления на мембране, равном 1,4-28 атм, для удаления аргона из второго потока при том же расходе, с которым он поступает в кислородной подпитке, после чего указаНные первый и второй потоки обьединяют с третьим потоком и рециркулируют.

Было установлено, что добавление соответствующей установки с полупроницаемыми мембр анами, нап.ример, одноступенчатой или многоступенчатой мембранной установки, с обычной сепарационной установкой, установленной в сосуде под давлением аналогичном кожухотрубчатому теплообменнику, может обеспечить эффективное и селективное извлечение аргона из остаточной рециркулирующей газовой смеси. Исходный газ, например требуемое количество рециркулирующего газового потока, вначале направляют в кожух сепаратора. Благодаря наличию существенного перепада давлений, например порядка 20-400 фунт/кв дюйм (1,4 — 28 атм, 0,14-2,8 МПа), а предпочтительно примерно 100-250 фунт/кв.дюйм (7-17,5 атм, 0,7-1,75 МПа) между наружной

in внутренней сторонами трубчатой мембраны из волокна, подлежащий извлечению аргон легче проникает через пленку мембраны по мере того, как поток газа пересекает пучок по его длине, В результате селективной сепарации получают поток пермеата(поток, прошедший через мембрану) со значительно более высоким; например порядка от 1,5:1 до 50;1, мольным отношением аргона к этилену на внутренней стороне трубчатой мембраны, чем на непроницаемой обогащенной этиленом стороне кожуха. Относительная скорость проницания каждого компонента, присутст,вующего в газовой смеси, обычно является функцией перепада парциального давления индивидуального компонента через стенку волокна, а также растворимости и диффузии компонента в волокне. Предпочтительной полупроницаемой мембраной для использования в данном процессе является мембрана, выпускаемая под торговым названием

PR1SM" Монсанто Компани, Сан Луи, Миссури, однако в данном способе может использоваться множество других таких мембран.

Газовая смесь, содержащая поток рециркулирующего реакционного газа, в дополнение к сырьевым газам и различным примесям также содержит значител ьн ые количества определенных продуктов реакции, например. С02. образующегося в качестве основного побочного продукта, который не извлекают, воду и небольшое количество .неизвлеченной окиси этилена, На чертеже представлена упрощенная схема предпочтительного варианта данного процесса.

Система включает реактор 2, содержащий соответствующий катализатор на основе металлического серебра, через который проходит смесь, содержащая этилен и кислород и подаваемая по линии 4, причем свежий этилен и кислород вводятся в линию 4 ранее. Выходящий из реактора поток, который содержит окись этилена, непрореагировавшие исходные компоненты, различные разбавители и побочные продукты реакции, выводят из реактора 2 по линии 6 и после охлаждения, в предпочтительном варианте в теплообменнике 8 преимущественно за счет нагрева входящей в реактор исходной смеси по линии 4, он поступает в установку промывки (или другую соответствующую сепарационную установку) 10, где газовую смесь промывают путем контактирования с водным потоком или другим соответствующим промывочным веществом для окиси этилена, поступающим по линии 12 и в конце концов покидающим установку вместе с абсорбированной окисью этилена по линии

14, откуда поток окиси этилена в конце концов удаляют из установки в виде целевого продукта, Не содержащий окиси этилена поток из скруббера по линии 16 проходит через сепаратор тумана 18, в котором отделяется от газа вся увеличенная жидкость. Промытый газ из сепаратора 18 по линии 20 вводится в компрессор 22, где он дожимается до требуемого давления, например, порядка 240-340 ppm (16,8-23,8 ата, 1,68-2,38 МПа). Сжатый таким образом газовый поток, направляемый в линии 24, обычно содержит примерно -15 мол.% аргона и 5-15 мол.% СОг. После этого рециркулирующий поток делят с тем, чтобы извлечь избыточное количество С02 и аргона таким

1788954

40

55 образом, что обычно примерно 10 — 20 no линии 26 поступает в установку для извлечения COz 28, примерно 0,5-25 по линии

30 направляется в установку 32 с полупроницаемой мембраной, а остаточный газовый поток проходит через бай пасную линию

34, направляясь обратно в реактор.

В мембранной ячейке 32. предпочтительная конструкция которой описана выше, наибольший, обогащенйый аргоном и обедненный этиленом поток пермеата (содержание аргона составляет примерно

0,001 — 0,1 мол., предпочтительно около

0,01 мол. от общей реакционной газовой смеси) выделяют из входящей газовой смеси и соответствующим образом выводят по линии 33, например, подают в печь дожига или подобное оборудование, тогда как непроницающий поток, в котором в предпочтительном варианте лишь слегка снижена концентрация аргона, выходит из мембранной ячейки по линии 36. Одновременно часть рециркулирующей газовой смеси, которая поступает в установку 28 для удале,ния СОг, в предпочтительном варианте обрабатывается с этой целью в крупной промышленной установке, как правило, с . минимальными потерями этилена, например, в системе промывки горячим карбонатом калия или в подобной системе, причем извлеченный обогащенный СО поток в предпочтительном варианте выводят в атмосферу по линии 29 или сбрасывают иным приемлемым способом. Обработанная часть газа с пониженным содержанием СО выводится из установки 28 по линии 38 и в предпочтительном варианте обьединяется с байпасированным потоком в линии 34 и отходящим газом из мембранной ячейки 32 (линия 36) с образованием конечной смеси сырьевого газа, циркулирующего в линии 4.

Примерно 5 — 25 от имеющегося СОр обычно удаляют из системы таким образом., В более широком варианте данного изобрете ния извлечение аргона или СО может производиться в любой точке технологического цикла, начиная от извлечения целевой окиси этилена из газового потока перед добав лением потока свежего этилена, хотя предпочтительный порядок работы был описан ранее. Другим подходящим местом для установки мембранной ячейки для извлечения аргона является линия 38, выводящая газовый поток из установки для извлечения COz, а также для рециркуляции непроницающего потока, выходящего из мембранной ячейки обратно в линию всасывания компрессора (линия 20).

Затем обработанную рециркулирующую газовую смесь в предпочтительном варианте восполняют потоками свежего этилена и кислорода (потоки 40 и 42 соответственно); имеется большая свобода в части выбора точной точки ввода, но это не является частью данного изобретения. В предпочтительном варианте поток вновь проходит через теплообменник 8 и поступает в реактор и таким образом процесс продолжается неопределенно долго.

Регулируемая реакция окисления может осуществляться при температурах в диапазоне от 150 до 450 С, предпочтительно в диапазоне примерно 200-300 С. Соответствующие давления, которые могут применяться, находятся в .области примерно от

7-28 ата, 0,7-2,8 МПа, хотя при необходимости могут использоваться и более высокие давления.

Материальный баланс процесса и данные по потерям этилена приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ получения оксида этилена путем взаимодействия этилена с кислородом в присутствии диоксида углерода.и аргона при температуре 150-450 С и давлении 7—

28 атм на серебряном катализаторе с подачей в реакцию кислородной подпитки, содержащей 0,1 — 5,1 мол. аргона. выделением оксида этилена из полученной при этом реакционной газовой смеси промывкой с получением промытого газа, содержащего 5 — 15 мол. аргона и 5 — 15 мол. диоксида углерода, его рециркуляцией после удаления диоксида углерода и аргона, отличающийся тем, что, с.целью снижения потерь этилена, перед рециркуляцией промытый газ разделяют на первый, второй и третий потоки, из первого потока удаляют диоксид углерода, второй поток направляют в сепарационный аппарат, имеющий полые точбчатые полупроницаемые мембраны, имеющие покрытия в окклудивном контакте с ними, и удаляют аргон вместе с диоксидом углерода при перепаде давления на мембране, равном 1,4 — 28 атм, для удаления аргона из второго потока при том же расходе, с которым он поступает в кислородной подпитке, после чего указанные первый и второй потоки объединяют с третьим потоком и рециркулируют.

1788954

Е т

6 14 24 26

-г —--кноль/час смол 8 кюль/час! юл е кноль/час!мол 2 кмэпь uncrown 2

Поток 4

Компонент кмоль/час нзл а

29

1 юл 4 кноль/час мол 4 кноль/час

130.9 14,3 13,1 бг,б 6,8 6,3

103,9 11 ° 3 10,4

0,0 0,0 О,О

47,4 5,2 4,7

568,0 62,t 56,8

3,2 0,3 0,3

gl6,О to0,a g1,6

0,1.

99.9

100, О м

Прололкенне таблнкы

36 38 40

" — -"-.---г-" —- Г

Ткмоль/час(мол Ф кмзль/ма мол Ф кмоль/ча мол

f 33 кюль/чвс(юл

Поток

Известный способ

34 ас) но

2J кюль/час! юл 2 «sana/u л 4

Ф кмоль/час юл

Коюонент

0 0 О ° О

24,4 94,9

0,0 0,0

0,0 0,0

1,3 S, l

0,0 0,0

0,0 . 0,0

25 7 100,0!

Составитель

Техред M.Ìîðãåíòàë .. Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 82 Тираж П

ВНИИПИ Гос осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгоро, .Г жгород, ул. агаринэ, 101 св" ь

0i со, со

Лт

Иа

И,а

Итого си

Оз . со

Е0

Лт

Иг но

Итого.f.(15о,5 15,9

85,4 9,0

94,6 10,0

o,о o,о

47,4 5,0

568,! 59,8

2,8 О ° 3

g48,8 !Оо,о o,6 5,6

1,6 14,8

0,0 0,0

0,0 О,а

1,3 12,0

6,9 63,9

0,4 3,7

la,8 1оо,о

131, 1

62,6

105,0

14,2

47,4

568,.!

13,2

941,6

85,1

40,7

67,5

0,0

30,9

369,1

2,1

595, 4

13,9

6,6

11, 2

1,5

S,a

60,4

1,4

100,0

14,3

6,8

11,3

О,О

5,2

62, 1

0,3

100,0

0,20

0,02

1 ° 10

l4,30

0,03

0,10

1800,00

1815 ° 65

32,1, 14,0

26,1

0,0

10. S

135,2

0,4

2t8,3

14 7

l1 9

0,0

4,8

61,9

0,2

100,0

13,!

6 ° 3

1,0

0,0

4,7

56,8

0,3.

82,2 .

15 9

7,7

1,2

0,0

5,7

69,1

0,4

100,0

20,2

0,О

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

20,2

14,3

6,8

it,3 о,о

5,2

62,1

0,3 !

Оо,о

100, О

0,0

0,0.

0,0

0,0

0,0

0,0

100,0

0,0

0,0

g,4

О;О

0,0

0,0

0,0

9,4 а,о

0,0

1OO,О

0,0 о,a

0,0

a,о оо,о

32,7

15.6 .

26,0

o,о и,о

142, l

0,8

229,0

3,7

1,7

2,8

0,0

1,3

15,4

0,1

25,0

t4,3

6,8

l1,3 о,о

S,2 бг,! о,3 ! оо,о

14 7

6,8

11,3

О,О

5,2

62,1

0,3

100,0