TWI393713B - 環氧乙烷工廠操作 - Google Patents

Description

環氧乙烷工廠操作

本發明係關於一種用於形成環氧乙烷或更特定言之，在商業規模上用於環氧乙烷再吸收及二氧化碳汽提之裝置。發現此裝置作為一改良之單塔環氧乙烷再吸收器/汽提器之特定用途。根據本發明，通常於獨立容器內進行之環氧乙烷再吸收及二氧化碳汽提步驟，於一具有一內部分隔擋板之單塔容器內進行。該裝置亦可用於需要再吸收及汽提之其他化學處理系統。

使乙烯氧化以形成環氧乙烷及與其相關聯之各種回收程序，以及將環氧乙烷額外轉化為乙二醇，已為吾人所熟知且於商業上廣泛實踐。參見(例如)美國專利第5,945,551號、第6,184,175號、第5,646,087號及第6,533,843號。

通常，自含水吸收液體中之氧化反應氣體吸收環氧乙烷產物，以形成稀釋環氧乙烷溶液。將環氧乙烷自該稀釋水溶液中汽提，且將頂置汽提器送至一冷凝器，於該冷凝器中凝結且分離大量水。來自頂置汽提器於環氧乙烷中濃縮之環氧乙烷蒸氣流通過一再吸收器，其中環氧乙烷經再吸收於水中且因此與排出之惰性物分離。將亦含有大量溶解二氧化碳之環氧乙烷再吸收溶液送至乙二醇進料汽提器，其中藉由蒸氣/惰性氣體來汽提分離二氧化碳。此習知操作說明於所附圖式1中。

本發明提供一改良之裝置，其中一習知再吸收塔與乙二醇進料汽提塔之功能經組合且於一單塔中進行，該單塔藉由一內部擋板而分隔成獨立之再吸收段及汽提段。

此組合單塔容器提供若干經濟優點，包括工業操作之簡化，及此設備所必需占地面積之減少。此外，因為將環氧乙烷曝露於外部火為一顯著之安全危害，所以設備占地面積之減少將減少設備需要防火之表面面積，降低曝露於火之可能，且改良工廠之整體安全性。

本發明提供一種結合一環氧乙烷回收/汽提系統使用之容器，該容器包含：一界定一封閉單塔之外壁；一將該塔分隔為一再吸收段及一獨立汽提段之內部分隔擋板；一用於將包含環氧乙烷之蒸氣流引入再吸收段且用於在吸附劑中再吸收該環氧乙烷之入口；一用於將該再吸收之環氧乙烷引入該汽提段之管線；及一用於自該再吸收環氧乙烷中汽提所含之二氧化碳之汽提器。

本發明進一步提供一環氧乙烷回收/汽提系統，其包含：一包含一界定一封閉單塔之外壁之容器；一用於將該塔分隔為一再吸收段及一獨立汽提段之內部分隔擋板；用於將包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段且用於在含水吸附劑中再吸收該環氧乙烷之構件；用於將含水吸附劑中之該再吸收環氧乙烷引入該汽提段之構件；及用於自該再吸收環氧乙烷汽提所含之二氧化碳之構件。

本發明進一步提供一種自含水環氧乙烷吸收液體中回收環氧乙烷之方法，包含以下步驟：i)提供一容器，其包含：一界定一單塔之外壁；一用於將該塔分隔為一再吸收段及一獨立汽提段之內部分隔擋板；一用於將包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段且用於在含水吸附劑中再吸收該環氧乙烷之入口；一用於將含水吸附劑中之該再吸收環氧乙烷引入該汽提段之管線；及一用於自該再吸收環氧乙烷中汽提所含之二氧化碳之汽提器；ii)將包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段；iii)使該蒸氣流通過再吸收段內之一下部填料床；iv)使該蒸氣流與冷卻之循環溶液接觸，使得環氧乙烷之一部分吸收於該循環溶液中；v)使未吸收之環氧乙烷及任何惰性物通過再吸收之至少一上部填料床，使得環氧乙烷之剩餘物吸收於含水吸附劑中且自該惰性物移除；vi)自容器中移除惰性物；vii)將含水吸附劑中之再吸收環氧乙烷傳送至該汽提段之頂部；viii)汽提含有二氧化碳之該再吸收環氧乙烷；及ix)使汽提之環氧乙烷離開該容器。

本發明亦提供一容器，其包含：一界定一封閉單塔之外壁，一位於該外壁內將該塔分隔成一再吸收段及一獨立汽提段之擋板；位於該再吸收段中之至少一吸收填料床，及位於該汽提段中之至少一汽提填料床；一用於將流體流引入該再吸收段且使其通過該吸收填料床以產生一吸收流體之入口，一用於將該吸收流體引入該汽提段且使其通過該汽提填料床以產生一汽提流體之管線，及一用於自該汽提段排出該汽提流體之出口。

本發明組合一環氧乙烷再吸收塔及乙二醇進料汽提塔之功能，使得其製程以一單塔容器進行。一內部分隔擋板將該單塔分離為一再吸收段及一汽提段。

圖1展示一用於環氧乙烷生產之習知工廠操作之典型先前技術裝置配置。來自含有80－90體積%環氧乙烷及平衡水及惰性物之汽提塔冷凝器之包含環氧乙烷的入口蒸氣流經由入口蒸氣流管線11而進入再吸收塔10。該入口蒸氣流流經一下部填料床12，其中冷卻之底渣流循環溶液13使該入口蒸氣流驟冷，使90－96%之環氧乙烷凝結。來自該填料床12之未凝結氣體流經兩個上部填料床14，其中該未凝結氣體與經由水進料流管線15引入之水進料流接觸，其移除剩餘之環氧乙烷。一頂置流經由頂置流管線16分離且送至一再生壓縮機，該壓縮機用於將所含乙烯再循環回環氧乙烷反應系統。調整該水進料流之量以保持饋至工廠之二乙醇段所要的環氧乙烷濃度，其通常介於約3.8至約4.6體積%環氧乙烷。經由底渣流管線17移除之底渣流含有一些溶解之二氧化碳，其含於入口蒸氣流管線11中，且必須移除底渣流中之此二氧化碳以防止碳鋼乙二醇工廠之腐蝕。此於乙二醇進料汽提塔21中進行。

經由底渣流管線17將來自再吸收塔10之液體底渣流送至乙二醇進料汽提塔21之頂部，且使其通過兩個填料床22，其中該液體底渣流與一汽提介質接觸，諸如經由汽提介質管線23引入之流及/或甲烷。該汽提介質汽提出二氧化碳及環氧乙烷，且將所得蒸氣經由頂置再循環管線24送至塔再吸收器10，其中在塔頂移除二氧化碳且回收環氧乙烷。接著，經由底渣移除管線25移除之乙二醇進料汽提塔21之底渣適用於乙二醇工廠或用作環氧乙烷純化系統之進料。

圖1之習知操作中，塔10及21之上段尺寸為大體相似的。因此，可能將此等塔之頂段功能組合為如圖2說明之一單塔容器40，該容器藉由一分隔擋板30分隔為兩段，A及B。藉由擴展容器40之底部直徑以提供額外液體驟增(surge)體積，可能安裝A段所需之大填料床31。

根據本發明，如圖2所示，來自環氧乙烷汽提塔冷凝器(未圖示)之蒸氣流經由蒸氣流入口32進入塔40之A段，其在該處經由出口蒸氣管線41與來自B段之出口蒸氣組合，且通過下部再吸收側填料床31。此床31較佳地使用習知類型之蒸氣液體接觸填料，其為本技術中已知者。使組合之蒸氣與底渣液之冷卻循環溶液接觸，該溶液經由底渣移除管線42進入A段。較佳地，於該循環溶液中吸收約90至約95%之環氧乙烷，且通常於一水冷卻交換器(未圖示)中將該溶液冷卻至底渣溫度以下介於約7至約15℃之程度。較佳調整冷卻及循環速率，以藉由控制塔40之A段頂部之水進料流33來達成所要的底渣環氧乙烷濃度。將來自下部再吸收側填料床31之具有惰性物之未吸收環氧乙烷通至至少一個上部再吸收側填料床34，在該處該環氧乙烷之剩餘物吸收至水中，且將其自惰性物移除。在一較佳實施例中，存在兩個上部再吸收側填料床。該上部填料床34亦較佳包含習知類型之蒸氣液體接觸填料，其為本技術已知者。經由惰性物蒸氣管線35使該惰性物蒸氣通至再生壓縮機或焚化以用於回收或丟棄。

再循環分離後，將來自A段之底渣經由底渣出口管線36抽汲至B段頂部，在該處經由汽提氣管線37引入之蒸氣及/或惰性汽提氣，或藉由於B段底渣處使用一再沸器(未圖示)來汽提該液體。通常使用至少一個上部汽提側填料床38以於B段中之液體與蒸氣之間提供接觸。在一較佳實施例中，存在兩個上部汽提側填料床。此等填料床38亦較佳地包含習知類型蒸氣液體接觸填料，其為本技術已知者。將該液體汽提使其不含二氧化碳及其他惰性物，且將其經由輸出管線39抽汲出B段底部，且可將其傳送至該工廠之乙二醇段，或一EO純化系統或其類似物。

本發明之該單塔容器可包含此項技術中已知之任何合適材料，諸如不銹鋼及其類似物。較佳材料非專門包括304不銹鋼。

本發明之一重要特徵為於該單塔容器中存在一分隔擋板30，該分隔擋板30將該塔分離為兩個區域，再吸收段A及汽提段B。較佳地，該分隔擋板30自塔40頂部垂直延長至底部。然而，可使用其他配置。該分隔擋板可包含一與容器材料相同或不同之材料，且具有合適之厚度以確保結構完整性。合適材料非專門地包括不銹鋼，諸如304不銹鋼。在一較佳實施例中，該分隔擋板包含一大體上與容器材料相同之材料。

由於A及B段於0.2－0.5 bars之大體相等的絕對壓力下操作，其具有0.1－0.2 bars之差異壓力，且該分隔擋板30具有合理之厚度以支持該壓力差異。該系統之功能性不變。

儘管本文引用了通用術語之入口、出口及管線，但是應瞭解入口、出口及管線僅為接取點，經由其向容器供給氣體或流體，或自容器排出氣體或流體。各入口、出口或管線之直徑尺寸可變化且可各自裝備一噴嘴。該容器可進一步包括額外入口、出口及/或管線，如根據熟習此項技術者所需以保持該容器之完整性及根據特定反應過程所需。該容器可進一步裝備量測容器區域內壓力及/或溫度條件之計量器。舉例而言，該容器可裝備一入口/出口/管線，經由其附著一壓力計，且經由另一者附著一溫度計。該容器亦可根據需要裝備取樣底座。

該容器亦能夠經充分加熱或冷卻以具有所要的溫度及所要的壓力。應瞭解該容器亦可包括本文未特定提及之額外特徵，因為其可為熟習此項技術者所習知，用於拆卸及移動該容器之特定特徵。

本發明之單塔容器40提供優於圖1配置之優點：簡化設備且減少設備需要防火之表面積。因為環氧乙烷為一極其危險之材料，且曝露於外部火為一顯著之安全危害，所以降低曝露於外部火之可能改良了工廠之整體安全性。此外，該單塔容器40顯著地減少了置放此裝置所需之占地面積，因此降低了成本。

儘管已參考較佳實施例特定展示及描述本發明，但一般熟習此項技術者應易瞭解，在不偏離本發明之精神及範疇之情況下可進行多種改變及修正。申請專利範圍意欲解釋為覆蓋所揭示之實施例、以上已討論之彼等替代方法及其所有均等物。

10．．．再吸收塔

11．．．入口蒸氣流管線

12．．．下部填料床

13．．．底渣流循環溶液

14．．．上部填料床

15．．．水進料流管線

16．．．頂置流管線

17．．．底渣流管線

21．．．乙二醇進料汽提塔

22．．．填料床

23．．．汽提介質管線

24．．．頂置再循環管線

25．．．底渣移除管線

30．．．分隔擋板

31．．．下部再吸收側填料床

32．．．蒸氣流入口

33．．．水進料流

34．．．上部再吸收側填料床

35．．．惰性物蒸氣管線

36．．．底渣出口管線

37．．．汽提氣管線

38．．．上部汽提側填料床

39．．．輸出管線

40．．．單塔容器

41．．．出口蒸氣管線

42．．．底渣移除管線

圖1展示一先前技術多塔環氧乙烷再吸收及二氧化碳汽提裝置之示意圖；圖2展示根據本發明之一單塔再吸收/汽提容器之示意圖。

30．．．分隔擋板

31．．．下部再吸收側填料床

32．．．蒸氣流入口

33．．．水進料流

34．．．上部再吸收側填料床

35．．．惰性物蒸氣管線

36．．．底渣出口管線

37．．．汽提氣管線

38．．．上部汽提側填料床

39．．．輸出管線

40．．．單塔容器

41．．．出口蒸氣管線

42．．．底渣移除管線

Claims (20)

1. 一種結合一環氧乙烷回收/汽提系統使用之容器，該容器包含：一界定一封閉單塔之外壁；一將該塔分隔為一再吸收段及一獨立汽提段之內部分隔擋板；一用於將一包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段且用於使該環氧乙烷再吸收於吸附劑之入口；一用於將該再吸收之環氧乙烷引入該汽提段之管線；及一用於自該再吸收環氧乙烷中汽提所含之二氧化碳之汽提器。
2. 如請求項1之容器，進一步包含一附接於該汽提段之底部之再沸器。
3. 如請求項1之容器，其中該再吸收段包含一下部再吸收段填料床及至少一個上部再吸收段填料床，且該汽提段包含至少一個填料床。
4. 如請求項3之容器，其中該外壁、該分隔擋板及該填料床包含不銹鋼。
5. 一種環氧乙烷回收/汽提系統，其包含：一包含一界定一封閉單塔之外壁之容器；一用於將該塔分隔為一再吸收段及一獨立汽提段之內部分隔擋板；用於將一包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段且用於將該環氧乙烷再吸收於含水吸附劑中之構件；用於將含水吸附劑中該再吸收環氧乙烷引入該汽提段之構件；及用於自該再吸收環氧乙烷中汽提所含之二氧化碳之構件。
6. 如請求項5之系統，其中該再吸收之壓力介於約0.2至約0.5 bars之間。
7. 如請求項5之系統，其中該汽提段中之壓力介於約0.2至約0.5 bars之間。
8. 如請求項5之系統，其中該再吸收段與該汽提段之間之壓力差介於約0.1至約0.2 bars之間。
9. 如請求項5之系統，進一步包含一附接於該汽提段之底部之再沸器。
10. 如請求項5之系統，其中該再吸收段包含一下部再吸收段填料床及至少一個上部再吸收段填料床，且該汽提段包含至少一個填料床。
11. 如請求項10之系統，其中該外壁、該分隔擋板及該填料床包含不銹鋼。
12. 一種自含水環氧乙烷吸收劑液體中回收環氧乙烷之方法，包含以下步驟：i)提供一容器，其包含：一界定一單塔之外壁；一用於將該塔分隔為一再吸收段及一獨立汽提段之內部分隔擋板；一用於將一包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段且用於使該環氧乙烷再吸收於含水吸附劑中之入口；一用於將含水吸附劑中之該再吸收環氧乙烷引入該汽提段之管線；及一用於自該再吸收環氧乙烷中汽提所含之二氧化碳之汽提器；ii)將一包含環氧乙烷之蒸氣流引入該再吸收段；iii)使該蒸氣流通過該再吸收段內之一下部填料床；iv)使該蒸氣流與一冷卻之循環溶液接觸，使得環氧乙烷之一部分吸收於該循環溶液中；v)使未吸收之環氧乙烷及任何惰性物通過該再吸收之至少一個上部填料床，使得該環氧乙烷之剩餘物吸收於含水吸附劑中且自該惰性物移除；vi)自該容器中移除惰性物；vii)將含水吸附劑中之再吸收環氧乙烷傳送至該汽提段之頂部；viii)汽提該含有二氧化碳之再吸收環氧乙烷；及ix)使該汽提之環氧乙烷離開該容器。
13. 如請求項12之方法，其中步驟(vi)包含將該惰性物通至一再生壓縮機或焚化以用於回收或丟棄。
14. 如請求項12之方法，其中步驟(viii)包含將該液體通過該汽提段之至少一個上部填料床，且使該液體與蒸氣及/或惰性汽提氣接觸。
15. 如請求項12之方法，其中該外壁、該分隔擋板及該填料床包含不銹鋼。
16. 如請求項15之方法，其中該再吸收段中之壓力介於約0.2至約0.5 bars之間。
17. 如請求項15之方法，其中該汽提段中之壓力介於約0.2至約0.5 bars之間。
18. 如請求項15之方法，其中該再吸收段與該汽提段之間之壓力差介於約0.1至約0.2 bars之間。
19. 一種容器，其包含：一界定一封閉單塔之外壁；一位於該外壁內將該塔分隔成一再吸收段及一獨立汽提段之擋板；位於該再吸收段中之至少一個吸收填料床，及位於該汽提段中之至少一個汽提填料床；一用於將一流體流引入該再吸收段且使其通過該吸收填料床以產生一吸收流體之入口；一用於將該吸收流體引入該汽提段且使其通過該汽提填料床以產生一汽提流體之管線；及一用於自該汽提段排出該汽提流體之出口。
20. 如請求項19之容器，其中該再吸收段包含一下部再吸收段填料床及至少一個上部再吸收段填料床，且該汽提段包含至少一個填料床。