分離醛雜質與環氧乙烷的方法

2023-12-03 04:39:26 3

專利名稱：分離醛雜質與環氧乙烷的方法
技術領域：
本發明涉及一種分離醛雜質與環氧乙烷的方法，醛雜質為甲醛和乙醛。
帶有上述雜質的環氧乙烷主要是由用分子氧對乙烯的氣相進行催化加氧來製備環氧乙烷時生成或衍生出來的。
在現有的方法中，將環氧乙烷從乙烯催化加氧區域排出的氣體混合物中離析出來，通常包括下述幾個步驟(a)把上述混合物與水接觸來吸收水份，用以獲得環氧乙烷的水溶液。該水溶液中含有環氧乙烷按重量計通常約為2%至3%，此外還含乙醛雜質以及溶解狀態的混合物，主要為CO2氣體。
(b)用水蒸汽將步驟(a)中得到的環氧乙烷稀釋溶液進行蒸汽驅動來解吸，用以獲得氣相混合物。通常，該混合物中含30%至60%按重量計的環氧乙烷、CO2和醛雜質甲醛和乙醛。
(c)再吸收從步驟(b)中所得到的氣相混合物中所存有的環氧乙烷於水中，以便形成環氧乙烷水溶液。通常，該水溶液中含有5%至25%(按重量計)的環氧乙烷、CO2和醛雜質。
(d)對步驟(c)中所獲得的環氧乙烷水溶液進行蒸餾，用以獲取有少量水或基本無水的環氧乙烷，同時也得到基本無環氧乙烷的水流。
這樣，從步驟(d)所得到的環氧乙烷含有一定量的醛雜質甲醛和乙醛。顯然，其含量太大，以至達不到工業上所要求的質量。
美國專利US-4134797提出了一種減少環氧乙烷中醛雜質含量的方法。在該方法中，基本無環氧乙烷的水流在所用的蒸餾塔底部排出，藉助於將作為傳送流體的水蒸汽送入蒸餾塔中，來確保上述環氧乙烷水流的排出。環氧乙烷在三個不同部位同時從蒸餾塔中排出，它們分別為富甲醛環氧乙烷流、富乙醛環氧乙烷流以及含有約0.001%至0.035%醛雜質的環氧乙烷流。最後一種環氧乙烷流只有在經過昂貴、複雜的蒸餾過程以後才能得到。儘管如此，根據所描述的實例，不純環氧乙烷仍約有25%至40%。
本發明的方法適於從含有醛雜質和少量或大量水的環氧乙烷中把環氧乙烷與甲醛及乙醛分離開來，而環氧乙烷中含水的多少是不重要的。該方法可以確保回收幾乎所有純的環氧乙烷，而且只需用簡單的單吸蒸餾。它既適於將甲醛分離出來，也適於分離出乙醛來，對同時將甲醛和乙醛都分離出來也具有重要的優越性。
例如用以下的環氧乙烷流可以別取出與甲醛、同時也與乙醛分離開的環氧乙烷。
-從現有技術中如步驟(d)那樣的步驟所生成的不純環氧乙烷流，或上述美國專利US-4134797中所描述的不純環氧乙烷流，如有必要可用其內加入了水的環氧乙烷流;
-由如步驟(b)那樣的步驟所產生的環氧乙烷流，尤其是從步驟(b)的解吸塔頂部排出的氣流，經串聯連接的二級或三級熱交換器逐步冷凝後從最後一級熱交換器中排出的液體流。例如類似於歐洲專利申請EP-0139601所描述的那樣。在製取環氧乙烷的方法中，從催化加氧區域排出的氣體流中離析環氧乙烷的過程包括按照步驟(a)的吸收過程;按步驟(b)的解吸過程;並對上面所描述的塔頂餾出的氣流進行逐步冷凝;以及根據本發明將環氧乙烷與甲醛和乙醛分離開來，因而本發明製取環氧乙烷的方法由於簡單、經濟而引人注目，這是本發明的第二個目的。本發明的第一個目的是提供一種採用回流將所述的環氧乙烷在蒸餾塔中進行蒸餾、使不純的環氧乙烷中的甲醛和乙醛與環氧乙烷分離開的方法。所述不純的環氧乙烷含有作為雜質的醛及水。該方法的特徵在於進行蒸餾的條件是從蒸餾塔底部排出的液體流在最初含有水，水處於不純的環氧乙烷中，該液體流中環氧乙烷的重量為水重量的0.15倍至3倍，而與甲醛和乙醛分離後所生成的環氧乙烷從蒸餾塔的上部排出。
雖然本發明的方法可用於分離按重量計其中含有高達75%的水的環氧乙烷，但為方便起見，實際上當水的比例等於或低於20%，甚至為10%時最為理想，而使水含量為上述後幾個數值是不難的。在不純的環氧乙烷中的水份按重量計最好不要低於約0.5%，以便使蒸餾塔運行輕鬆。
就本發明可能有的液體流而言，該分離方法通常具有下述優點，即從蒸餾塔底部排出的液體流中存在於不純產品中的環氧乙烷比例是有限的。通常所述液體流中環氧乙烷的重量最好為水的0.3倍至1.5倍。
在不純環氧乙烷中，醛雜質甲醛和乙醛的重量與環氧乙烷的重量之比可以在很大的範圍內變化，例如在美國專利US-4134797闡述的範圍內變化。實際上，與所含環氧乙烷相比，不純環氧乙烷通常含有0.005%至0.2%(按重量計)的醛，而甲醛和乙醛之間的比例對本發明來講並不重要。
在上面介紹的歐洲專利申請EP-0139601中所提到的在用逐步冷凝所形成的環氧乙烷來分離環氧乙烷和醛雜質的特殊情況下，所述的不純環氧乙烷中含有的環氧乙烷按重量計至少約為95%，通常為97%，而含有的醛雜質按重量計通常約為0.005%至0.05%。
當通常為氣態的化合物，例如主要為CO2的化合物溶於不純環氧乙烷中時，在進行蒸餾前最好把這些化合物用已知的方法從不純的環氧乙烷中除掉，例如可以通過在壓力下對不純環氧乙烷進行加熱來除氣或汽提，以除掉這些化合物。
在本發明的方法中，把環氧乙烷與醛雜質進行分離是在常規蒸餾塔中進行的，例如是在一個含有若干理想塔板數的板式蒸餾塔中進行的，其理想塔板數約為50，但也可以根據情況而定，例如在30至60之間。通常，蒸餾塔工作的平均絕對壓力約為2.5巴至5巴之間。在最佳實施例中，所需的環氧乙烷與水的比值在蒸餾塔的底部可以在某一溫度下得到維持，在此區域該溫度通常約為40℃至60℃。最好將不純環氧乙烷從理想塔板數的一半至從上往下數為 3/4 板數之間送入蒸餾塔中，應為蒸餾塔提供必要的熱能，例如可以使重沸器底部再沸騰，該重沸器將水蒸汽或相應的氣流，例如來自步驟(b)所述的解吸塔的氣流送入環氧乙烷生產設備中。已與醛雜質分離的環氧乙烷以氣流的形式從蒸餾塔的上部排出，該環氧乙烷被冷凝。一部分冷凝物作為蒸餾塔頂部的回流返回到蒸餾塔中，而未回流的剩餘部份為環氧乙烷的產品流。
比值，回流的環氧乙烷/產品環氧乙烷可以在很大的範圍內變化，其範圍為1/1至9/1之間，通常為1.5/1至6/1之間。
除了一般不超過0.002%(按重量計)的水以外，所述的產品環氧乙烷只含有一定量的醛雜質甲醛和乙醛，它們通常低於0.0025%，一般來講低於0.0015%。
環氧乙烷轉化產品的成形，例如甘醇的成形在本發明的方法中是不重要的。在本發明的方法中還要對從蒸餾塔底部排出的液體流進行處理，例如用已知的方法將環氧乙烷轉化成甘醇，然後從甘醇中分離出醛雜質，以便把醛雜質從生產迴路中除去。
唯一的一幅附圖即附

圖1圖示了在本發明的用氧氣通過乙烯氣相催化加氧而製取環氧乙烷的方法中，包括極其簡單的環氧乙烷的離析過程。
圖中2和6分別表示步驟(a)的吸收塔和步驟(b)的解吸塔，它們在已知的條件下工作，而11表示適於實施本發明的、用來把環氧乙烷和醛雜質分離開的蒸餾塔。
來自乙烯催化加氧區域的氣流1從下端進入在壓力下工作的吸收塔2中，該塔具有若干理論塔板高度或氣/液接觸裝置，以便與吸收物流3進行逆流接觸，該吸收物流主要由水組成，並從塔2的上端進入塔中。塔2頂端排出的氣流4含有少量環氧乙烷、乙烯、氧、CO2和惰性氣體。用公知的方法，在CO2的含量減少以後，該氣流被送入乙烯加氧段再參加循環。由塔2底端排出的含水液體流5含有環氧乙烷、溶解氣體和醛雜質，通常，按重量計環氧乙烷約佔2%至3%，溶解氣體主要包括CO2。
液體流5從上部進入塔6中，藉助於水蒸汽，可將液體流中所含的環氧乙烷以氣流7的形式提取出來，通常氣流7中環氧乙烷、水和醛雜質約佔30%至60%(按重量計)。如果例如用歐洲專利申請EP-0149585所述的方法對氣流5進行處理，則該氣流實際上就可能不含溶解氣體，但是它卻含有醛雜質。從塔6底部流出的水流8經過冷卻再用作吸收流3的主要部幀 氣流7在二級或三級熱交換器9中進行逐步冷凝。
塔6和熱交換器9的結構以及其工作狀況均如歐洲專利申請EP-0139601中所描述的那樣。
從最後一級熱交換器出來的液體流10，如上所述，按重量計一般含有約高於95%，通常至少約為97%的環氧乙烷。除水之外，還含有高達0.2%，通常為0.005%至0.05%的醛雜質。如有必要，仍被溶解的氣體可以用已知的方法，例如上面提到的除氣方法從最後一級熱交換器中除去。
該液體流進入蒸餾塔11中，蒸餾塔可以確保環氧乙烷和醛雜質根據其結構並按上述工序進行分離。
12表示從塔11底部排出的液體流，該液體流含有環氧乙烷和水，它們之間的重量比與本發明所限定的比例相符。
13表示從塔11頂部排出的氣流，該氣流由按本發明分離所生成的環氧乙烷組成，然後該氣流在14中進行冷凝，以便形成從上部進入塔11中的回流液體15，同時也形成產品環氧乙烷流16。
下面給出的一些象徵性的，但並非限定性的實例，對本發明與現有技術進行了比較。
在這些實例中，把高於1000kg重量的數值進行四捨五入，將其化整為最接近的kg值，並請參考唯一的附圖即附圖1。
實例1在用氧氣對氣相乙烯進行催化加氧來製備環氧乙烷的方法中具有如簡圖1所示的對環氧乙烷進行離析的過程。在該方法中，通過用歐洲專利申請EP-0149585所公開的技術(無圖)將從吸收塔2底部得到的環氧乙烷稀釋水溶液中的大部分溶解氣體清除掉。
然後在塔6中解吸環氧乙烷，並將塔6中產生的氣流根據歐洲專利申請EP-0139601所公開的技術內容在三級熱交換器9中進行逐步冷凝。
從塔6頂部排出的氣流含有醛雜質，該氣流主要由環氧乙烷和水組成。
還可以按照公知技術，通過在塔中加熱(無圖)，將尚可能溶解在從上述三級熱交換器的最後一級排出的液體流中的氣體排出，使其與氣體分開，不過這並不是必須的。進入此除氣塔上部的液體流以某一溫度和某一絕對壓力從塔的底部排出，此處，其溫度和壓力分別為63℃和5.6巴。這就形成了流量為5755kg/h的不純環氧乙烷，其中含有按重量計為97.4%的環氧乙烷、2.6%的水，以及0.011%的醛雜質，此值是不符合要求的，它又分為0.0085%的乙醛和0.0025%的甲醛，不存在任何微量的其它生成物。
該液體流再進入塔11中，塔11有50塊理想塔板，液體流是在從上往下數第30塊塔板的部位進入塔11中的。
在平均絕對壓力為2.7巴下工作的塔11，用常規方法，通過在底部直接使水蒸汽和液體進行熱交換獲取熱能，所以底部的再沸騰是得到保證的，塔底液體溫度為42℃，塔底排出的液體流量為290kg/h，所述的液體流含有51.5%(按重量計)的水，48.3%的環氧乙烷，上述液體被用於製備甘醇。
由只含有約0.0015%至0.0020%(按重量計)的醛雜質的環氧乙烷組成的氣流在溫度為35.4℃的條件下從塔11的頂部排出，醛雜質中的甲醛不高於0.0005%，氣流中含有少量水在此忽略不計。
對上述氣流冷凝所產生的一部份液體在塔11的上部返回到塔中作為回流使用，餘下的那部份液體構成產品環氧乙烷，其流量為5465kg/h，按重量比，回流環氧乙烷/產品環氧乙烷為1.5/1。
實例2(比較的)從來自用氧氣對蒸氣相進行催化加氧區域的氣流中離析環氧乙烷的過程包括(a)、(b)、(c)和(d)四個步驟，這已在本文開始對現有技術的介紹中已經提到。由步驟(d)所產生的環氧乙烷流除含有少量水之外，還含有0.01%的醛雜質。
流量為5700kg/h的氣流在實例1中的塔11中進行蒸餾，塔11內的平均絕對壓力和回流條件不變。溫度為40℃，流量為143kg/h、主要由環氧乙烷組傻囊禾辶鞔癰盟撞顆懦觶庋啃∈貝鈾著懦齙幕費躋彝榱坑朧道 中的排出量相同。
環氧乙烷產品流的流量為5557kg/h，它由環氧乙烷組成，該環氧乙烷幾乎無水，但它還含有0.0045%(按重量計)的醛雜質，該雜質約為實例1中所生成的環氧乙烷的雜質的2.5至3倍。初期存在於不純環氧乙烷中的甲醛實際上仍全部處於環氧乙烷產品中。
實例3重複實例1，含有按重量計為59.9%的環氧乙烷和39.9%的水的液體流，在40℃的溫度下，以374kg/h的流量從塔11的底部排出。
流量為5381kg/h的環氧乙烷產品流中含有低於0.0015%的醛雜質，其中甲醛含量總是低於0.0005%。
實例4按照實例1進行操作時，流量為250kg/h的液體流在44℃的溫度下從塔11底部排出，按重量計該液體流含有40%的環氧乙烷和59.8%的水。流量為5505kg/h的環氧乙烷產品流平均含醛雜質只為0.0022%，其中甲醛含量至多為0.0005%。
實例5將含有按重量計為94.8%的環氧乙烷、5.2%的水和0.011%的醛雜質，甲醛和乙醛的環氧乙烷，以5755kg/h的流量如實例1一樣在塔11中進行蒸餾，不同的只是此處在該塔底部潷清過的液體流的流量為600kg/h，它含有按重量計為50%的水和50%的環氧乙烷。
環氧乙烷產品仍然含有按重量計少於0.0015%的醛雜質，其中 1/3 為甲醛。
在上述相同的條件下，對儘管仍含有0.011%醛雜質，但只含有約0.001%甲醛的不純環氧乙烷進行蒸餾，其環氧乙烷產品中的醛雜質含量少於0.0010%，並且幾乎除掉了所有甲醛。
實例6不純環氧乙烷除了含環氧乙烷外，按重量計還含有1.2%的水以及0.028%的醛雜質，0.028%的醛雜質又分成0.026%的乙醛和0.002%的甲醛。
將不純環氧乙烷以8102kg/h的流量送入實例1的塔11中，以便在平均絕對壓力為4.25巴的條件下進行蒸餾。含有44.5%的水和54.5%的環氧乙烷的液體流以220kg/h的流量在58℃溫度下從塔底排出。和上述所有實例相同，從塔頂排出的、流量為51233kg/h、溫度為50℃的氣流由幾乎無水的環氧乙烷組成，該氣流只含有少於0.0015%的醛雜質。
將上述氣流冷凝以後，可回收流量為7882kg/h的環氧乙烷產品，此時，比值回流環氧乙烷/產品環氧乙烷為5.5/1。
實例7(比較的)重複實例6，塔11仍工作，這樣，不純環氧乙烷中所含的水仍然在從塔底排出的液體中，但在這種情況下，液體中所含有的環氧乙烷與水的重量比為20。
環氧乙烷產品不僅含0.005%(按重量計)的醛雜質，而且甲醛為該含量的一半，所以實際上所有的甲醛都存在於不純環氧乙烷中。
權利要求
1.在蒸餾塔中進行回流蒸餾，將含有作為雜質的醛類以及水的不純環氧乙烷中的環氧乙烷與甲醛以及乙醛分離的方法，其特徵在於，所述蒸餾是在下列條件下進行的，使由該塔底出來的液體物流含有在該不純環氧乙烷中所存在的水和重量為所述水的0.15至3倍的環氧乙烷，並同時使與甲醛以及乙醛分離後所得到的環氧乙烷從該塔頂排出。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於塔底排出的液體流中環氧乙烷和水的重量之比為0.3至1.5。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於與環氧乙烷的量相比，按重量計處於不純環氧乙烷中醛雜質，即甲醛和乙醛，為0.005%至0.02%。
4.根據權利要求1至3的任一項權利要笏齙姆椒ǎ涮卣髟謨冢翰淮炕費躋彝櫓興幕費躋彝榘粗亓考頻扔諢蚋哂 0%。
5.根據權利要求1至4的任一項權利要求所述的方法，其特徵在於按重量計不純環氧乙烷中含有等於或高於0.5%的水。
6.根據權利要求1至5中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於塔工作的平均絕對壓力為2.5巴至5巴之間。
7.根據權利要求1至6中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於塔底溫度為40℃至60℃。
8.根據權利要求1至7中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於塔具有30至60塊理論塔板數。
9.根據權利要求1至8中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於不純環氧乙烷進入塔的入口為位於理論塔板數的一半至從塔上部往下數四分之三塔板數之間的位置。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於回流是由一部份與醛雜質分離開的冷凝環氧乙烷組成，用作回流的環氧乙烷和不用作回流的環氧乙烷的重量比為1至9之間。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於回流環氧乙烷和不用作回流的環氧乙烷的重量比為1.5至6之間。
12.對從氣流中與醛雜質分離開的環氧乙烷進行離析的方法，所述氣流來自對氣相乙烯用氧進行催化加氧的區域，該方法包括(a)-將所述氣流與基本為水溶液的物流進行接觸吸水，用以獲得環氧乙烷的稀釋溶液，(b)-在平均絕對壓力為1.5巴至6巴下工作的塔中，用水蒸汽對步驟(a)中得到的環氧乙烷稀釋溶液進行蒸汽驅動解吸，以便在塔底獲得基本無環氧乙烷的水溶液物流，並在塔頂獲得含有環氧乙烷的氣流，該氣流在串聯設置的二級或三級熱交換器中逐步進行冷凝，其工作的平均絕對壓力為1.5巴至6巴之間，對於最後一級熱交換器，其冷源溫度在5℃和比所需壓力下純環氧乙烷的冷凝溫度低5℃的最高溫度之間。(c)-對(b)步驟中的最後一級熱交換器中排出的液體流進行蒸餾，其特徵在於按權利要求1至11中任一項權利要求所述的方法實現(c)步驟，上述權利要求中的不純環氧乙烷是從(b)步驟中的二級或三級熱交換器的最後一級熱交換器中排出的液體。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於按重量計，不純環氧乙烷中含環氧乙烷為95%或更多，含醛雜質，甲醛和乙醛，為0.005%至0.05%。
全文摘要
本發明公開了一種將不純環氧乙烷送入蒸餾塔中進行蒸餾而使醛雜質與環氧乙烷分離開的方法，該方法使從蒸餾塔底部排出的液體流在開始時含有水，水處在不純環氧乙烷中，環氧乙烷的重量為水重量的0.15至3倍，而已與醛雜質分離的環氧乙烷則從蒸餾塔的上部排出。
文檔編號C07D301/32GK1034540SQ8810925
公開日1989年8月9日 申請日期1988年12月22日 優先權日1987年12月22日
發明者弗朗西斯·德蘭諾伊, 傑拉德·勒特內 申請人:阿託化學公司