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CN1038017C - 从环氧乙烷生产厂排出气中回收乙烯的方法 - Google Patents

从环氧乙烷生产厂排出气中回收乙烯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种从生产环氧乙烷工厂的含乙烯排出气中回收乙烯的经济方法，其中将乙烯与饱和烃(如甲烷、乙烷)及氧进行分离，然后有效地回收。在该方法中，排出气与分子筛碳相接触以选择性地吸附乙烯而对排出气中所含的氧基本不吸附，然后将乙烯解吸及回收。

Description

从环氧乙烷生产厂排出气中回收乙烯的方法
本发明涉及从生产环氧乙烷工厂的排出气中回收乙烯的方法。更具体地说，本发明涉及将乙烯从含饱和烃(如甲烷、乙烷)与氧的排出气中分离的方法，通过该方法可有效地回收乙烯。
在用乙烯氧化法制造环氧乙烷的工厂中，从排出的反应气回收环氧乙烷后得到的生产气体含大量的未反应乙烯。因此，为了提高乙烯的反应效率要将生产气体循环回到反应系统中。
生产气体除了含未反应的乙烯外，还含饱和烃(如甲烷、乙烷)、惰性气体(如二氧化碳、氩和氮)以及氧。由于生产气体重复循环进入反应系统，惰性气体(如氮及氩)被提浓，部分提浓物连续地从反应系统中被提取以作为燃料气体使用。
但是，排出气常含约30％的乙烯，将排出气仅用作燃料是不经济的。因此，为了将排出气再用作原料气，已对从排出气体中回收乙烯提出过种种方法，其中将排出气用硅胶或活性炭处理以吸附乙烯，然后解吸及回收乙烯(参见，如，Japanese Patent Application Laid-open Nos.109117/1983，174732/1985 and 116721/1988)。
但是，这些方法有下述缺点：
(i)因为在排出气中甲烷含量大于乙烯，其被吸附的情况与乙烯相同，通过解吸后回收的气体量是增加了。通常在采用循环的环氧乙烷生产厂中，必须将回收气体再加压至反应压力(正常为20kg/cm2)。从工业观点看，加压含有对氧化反应是惰性的甲烷的气体是极不经济的。
(ii)含在排出气中的惰性气体(如氩、氮、二氧化碳等)的完全分离和除去一定会促使乙烯进入废气而受损失；而乙烯回收效率的提高会导致惰性气体(如氩)在回收气中浓度的增加；这是不希望的。
因此，采用这种常规方法要避免乙烯损失并有效地使回收气体中的乙烯有高的浓度是困难的。
本发明的目的是解决上述常规方法的问题并提供一种从排出气中有效地回收乙烯的方法。
本发明人为解决上述问题已进行了广泛的研究。因此，他们已经发现采用专门设计的分子筛碳能够使乙烯从来自环氧乙烷生产厂的含有饱和烃气体(如甲烷、乙烷)和氧的排出气中有效地分离出来。这一发现导致了本发明。
本发明涉及从用乙烯氧化生产环氧乙烷工厂的排出气混合物中回收乙烯的方法，其特征在于将含乙烯的排出气在加压下与分子筛碳相接触，以选择性地吸附乙烯，然后在减压下解吸乙烯并回收之。
图1示意地说明了根据本发明的方法流程实施方案。
在本发明中，用乙烯氧化生产环氧乙烷工厂的排出气(在下文称为“生产气体”)首先在加压下与分子筛碳相接触(在下文称为“吸附步骤”)。
本发明中使用的分子筛碳(也称为“碳分子筛”、“分子筛分离碳”、分子筛分离活性碳等等)是由类似于活性炭的微晶碳所组成)，因此它的性质(如元素组成、化学性质、对极性分子的吸附选择性等)几乎与活炭相类似。但是本发明采用的分子筛碳具有均匀的超微孔，其直径不超过10_并具有分子筛分离性质。
分子筛碳可以被制造，如根据日本专利公报18675/1977所公开的方法。即将含挥发物最多5％的焦炭加到通过热分解可释放碳的烃中，然后在600-900℃热处理1至60分钟。由于释放的碳部分地装填到焦炭的微孔中，于是形成了由焦炭构成的分子筛碳。分子筛碳也可根据日本专利公报37036/1974、日本专利申请Laid-open45914/1984等公开的方法制造。
本发明使用的分子筛碳，优选的是那些具有下述物理性质的分子筛碳：(i)平均微孔直径：3至5_(ii)平衡吸附率(25℃，1.01×105帕(1atm)下)：
每种化合物的平衡吸附率如下：
乙烯：35至65Nl/kg，优选40至60Nl/kg
乙烷：35至65Nl/kg，优选40至60Nl/kg
二氧化碳：25至60Nl/kg，优选30至55Nl/kg
甲烷：10至30Nl/kg，优选15至25Nl/kg(iii)吸附参数
在此的术语“吸附参数”的数值是指每种化合物吸附达半平衡吸附率所需的时间。每种化合物在25℃×1.01×105帕(1atm)下的吸附参数如下：
乙烯：0.2至10分钟，优选0.3至5分钟，特别优选0.4至4分钟
乙烷：40至3000分钟，优选60至2000分钟，特别优选80至1500分钟
二氧化碳：0.01至0.3分钟，优选0.015至0.2分钟，特别优选0.02至0.15分钟
甲烷：1至200分钟，优选2至100分钟，特别优选3至60分钟
按照上述方法经选择适当的条件可制造出具有这些物理性质的分子筛碳。
在本发明中，可采用不同形式(如粒状、经粉碎的、蜂窝结构模制件)的分子筛碳。其中，粒状分子筛碳是优选的。分子筛碳的粒径优选不大于3mm直径，更优选不大于2mm直径。但是粒径太小工业上是不优选的，因为它在加压下会大量损失。
上述生产气体常常含约15-约35％(体积)的乙烯及约45-约65％(体积)的甲烷。以及分别含约1-约8％(体积)的二氧化碳、氧和氩及含1％(体积)或不足1％(体积)的乙烷。
吸附处理是在加压下进行的，通常优选压力为约5至约20kg/cm2。因为环氧乙烷工厂形成的排出气的压力通常为13至17kg/cm2G，所以在该压力范围内进行吸附处理是经济的。
吸附阶段的吸附时间为6至10分钟，优选7至8分钟。在这种情况下，合适的供气流速是吸附柱中吸附剂体积的约40至120倍(SV＝40-120/hr)。流速为约50倍时得到高的乙烯回收率。
吸附过程中最初所采用的温度为常温，如约20至约50℃。虽然由于吸附反应放热通常会引起温度升高，但温度控制不是特别必要的。
用下面的附图详细地说明本发明。
图1说明了根据本发明方法工艺流程的实施方案。
在图1方法中，采用了三个吸附塔A、B、及C。但是根据需要塔的数量可以增加。在每个吸附塔中装有作为吸附剂的分子筛碳。
生产气体(即含乙烯的排出气)经气体供给管路1喂入塔A，接着在塔内与吸附剂相接触，主要是乙烯与二氧化碳被吸附在吸附剂上。在此吸附阶段，排出气中的大部分乙烯可被吸附，如90％以上。虽然氧也有部分吸附，但吸附量少于1％。
从吸附塔中提取的气体仅含微量的乙烯(少于5％)，其主要成分为甲烷，该提取气体是从置于吸附塔之上的废气管路2提取的。
接着，在吸附塔A中，进行乙烯从吸附剂的解吸。另一方面，在吸附塔A中进行解吸的过程中，又将生产气体供给吸附塔C，如上述进行同样的吸附作用。在解吸阶段，在正常情况吸附塔已经处于加压状态，吸附在吸附剂上的各气体组分解吸直至吸附塔减压至环境压力。
当吸附塔内部压力达到常压时，接着用抽气泵(如真空泵)对吸附塔抽真空使其内部压力降至约6.67×103至约6.67×104帕，从而被吸附的各气体组分能充分地解吸。所需解吸温度随解吸速度和各组分的吸附量而定，但通常在约-5℃至约30℃范围内。
在解吸的最初阶段，来自吸附塔的排出气中的乙烯浓度是很低的。因此，将初期的排出气经排气管路3和4进入储气器，或当含富集乙烯的排出气开始排放时经排气管路5然后换向排气管路6而被回收。
按另一种方法，在借塔内剩余压力而进行的解吸最初阶段期间，从经过吸附塔顶部的废气管路2提取乙烯含量低的吸附气体后，富含乙烯的气体可被解吸，并从经过吸附塔底部的排气管路3而被回收。
为了达到更完全的解吸，可从吸附塔顶部导入清洗气体。为了防止回收气体中的氧浓度达到可燃极限，所使用的清洗气体基本上不含氧而主要含甲烷。
这样得到的回收气体基本上不合氧或乙烷，主要是含乙烯及少量的甲烷及二氧化碳。因此回收气体可作为生产环氧乙烷的原料气而被再利用。
在另一方面，在储气器中收集的乙烯含量很低的气体，其体积是小的。因此该气体可喂入环氧乙烷厂现有的气体压缩机的抽气孔的一面，或可通过排气管路7喂入循环气体压缩机，气体在此经再升压并作为原料气(即生产气体)喂入供气管路1。
当解吸完全，然后吸附塔A经再升压处理，作为下一步吸附的准备阶段。在该阶段，为了防止达可燃极限的危险，采用部分生产气体作为再升压剂是优选的。
实施例
下述实施例是为了更充分地说明本发明。实施例1
该实施例如图1所示，采用具有三个吸附塔的系统。所有吸附塔有同样的结构，都充填有作为吸附剂的分子筛碳(商品名“MolsievonHGY-813”；由Takeda Chemical Industries，Led.生产)。使用的分子筛碳的物理性质如下：
平均微孔径：4.2_
平衡吸附率：
乙烯：47.5Nl/kg
乙烷：49.0Nl/kg
二氧化碳：40.1Nl/kg
甲烷：20.3Nl/kg
吸附参数
乙烯：0.65分钟
乙烷：190分钟
二氧化碳：0.038分钟
甲烷：6.4分钟
作为生产气体，表1左栏所示为使用的混合气体组成，它是来自环氧乙烷工厂排出气的配制气体。<吸附阶段>
生产气体在20℃。压力为7kg/cm2G，以流速为约0.31m3/hr(SV＝50)经供气管路1喂入吸附塔A的底部，然后与吸附剂充分接触，接着从废气管路2从塔中排出废气(速度：0.16m3/hr，处理时间：8分钟)。得到的废气的组成如表1中间一栏所示。<解吸阶段>
在此阶段，降低吸附塔内压力，通过降压，借塔内剩余压力吸附气体经排气管路3流出塔外，用真空泵对塔减压至1.33×104帕以回收解吸的气体。此时，吸附层底部的温度为3℃，如此获得的回收气体的组成示于表1之右栏，在该过程中乙烯的回收率为90％。<再升压阶段>
为了进行下一步吸附阶段，将部分生产气体重新从塔顶供给吸附塔，以此将塔内压力提高列7kg/cm2G。
                            表1
                    气体组成(％by vol)
    组分     生产气体     废  气     回收气体
 EthyleneCarbon dioxideMethaneOxygenEthaneNitrogenArgon     30.06.052.06.0＜1＜15.0     4.81.675.79.7＜1＜15.0     73.013.513.5＜1---
根据上述过程，吸附阶段，解吸阶段及再升压阶段是在三个吸附塔中依次进行的。每个塔的操作次序如下：
吸附塔A：吸附-解吸-再升压
吸附塔B：解吸-再升压-吸附
吸附塔C：再升压-吸附-解吸
如上所述，本发明方法能有效地从环氧乙烷工厂排出气中回收富含乙烯(如乙烯含量为65至75％(体积)的气体，该气体基本上不含氧，即使有也是极少量的。此外，该方法还几乎能完全除去回收气中的乙烷等气体。因此，该方法对回收气的再利用是安全的并极适合于工业应用。

Claims (6)

1.从用乙烯氧化法生产环氧乙烷的工厂的含乙烯的排出气中回收乙烯的方法，其特征在于含乙烯的排出气在增压下与分子筛碳相接触，以选择性地吸附排出气中的乙烯，然后乙烯在减压下解吸并被回收，其中分子筛碳的平均微孔直径为3至5A，乙烯与乙烷达半平衡吸附率所需的时间在25℃、1.01×105帕下分别为0.2至10分钟及40至3000分钟。
2.根据权利要求1的方法，其中分子筛碳对二氧化碳和甲烷的吸附达半平衡吸附率所需的吸附时间在25℃、1.01×105帕下分别为0.01至0.3分钟及1至200分钟。
3.根据权利要求1的方法，其中分子筛碳对乙烯和乙烷的平衡吸附率在25℃、1.01×105帕下分别为35至65Nl/kg及35至65Nl/kg。
4.根据权利要求1的方法，其中排出气含15-35％(体积)的乙烯、45-65％(体积)的甲烷，以及分别含1-8％(体积)的二氧化碳、氧和氩，及含1％(体积)或不足1％(体积)的乙烷。
5.根据权利要求1的方法，其中乙烯吸附是在压力为520kg/cm2、温度为20-50℃下进行的。
6.根据权利要求1的方法，其中乙烯解吸是在压力为6.67×103-6.67×104帕、温度为-5-30℃下进行的。
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