聯合的製備和分離方法
2023-12-08 12:35:46 1
專利名稱：聯合的製備和分離方法
技術領域：
本發明涉及聯合的製備和分離方法。
背景技術：
在化學工業中，可獲得多種分離技術來分離在氣態混合物內的兩種或更多種組分。這種分離技術的實例是本領域已知的，且可在例如John Wiley & Sons，inc.1999出版的W.Seider等人的「Process DesignPrinciples」的第5.7章中找到。
最常用的技術是蒸餾。但蒸餾技術的缺點是消耗大量能量來分離混合物內的那些化合物。
可使用的另一技術是利用氣體滲透的膜分離。此處的氣體混合物被壓縮到高壓並與無孔膜接觸。滲透物通過膜並在低壓下排放，而滲餘物不通過膜且維持在原料的高壓下。在US-A-5435836和US-A-6395243中描述了這種膜分離方法的實例。在涉及利用膜分離氣體的這些方法中，氣體分子為了通過膜需要與膜相互作用。但這要求在膜上在膜的滲餘側和滲透側之間施加高的壓差。由於要求壓差，因此這種膜技術仍然要求相當大量的能量和昂貴的設備來維持壓差，例如利用真空或者壓力泵來進行，即使使用高的吹掃流量和高選擇性膜也是如此。
追溯至1924年的US-A-1496757描述了分離氣體的方法，該方法包括使氣體擴散通過擴散隔板(partition)，利用吹掃物料從隔板上除去擴散通過的氣體，並從擴散通過的氣體中除去吹掃物料。據說該方法基於反覆分級擴散原理來操作。這一方法與以上所述的涉及膜的分離方法的區別在於下述事實不存在或者幾乎不存在任何壓差，同時通過與連續加入到一個腔室中並通過多孔隔板層逆流擴散的吹掃氣體組分的摩擦擴散來控制傳質。因此這一方法不要求使用昂貴的選擇性可滲透膜。
最近，M.Geboers在其文章「FricDiffA novel concept for theseparation of azeotropic mixtures」，OSPT Process Technology，小型廣告形式的PhD項目National Research School in ProcessTechnology OSPT(2003)出版第139頁中描述了通過使之與CO2相互擴散分離2-丙醇(IPA)和水的共沸蒸汽混合物的方法。在隨後的步驟中，通過冷凝進行2-丙醇和CO2的分離。
這一方法的缺點是要求從CO2物流中分離產物，和如果在工業規模上應用的話，則要求大的吹掃氣體物流。
因此，仍然可通過與製備方法聯合來改進所述基於擴散的分離方法的應用。因此本發明提供聯合的分離和製備方法。
發明內容
因此，本發明提供聯合的製備和分離方法，該方法包括製備工藝，其中產生副產物；和氣體分離工藝，其中通過使第一組分經多孔隔板擴散進入吹掃組分的物流內，使第一組分從組分混合物中分離出來；其中在製備工藝中產生的副產物隨後在分離工藝中用作吹掃組分。
通過使用製備工藝的副產物作為隨後的分離工藝中的吹掃組分，對該副產物的應用更加有效，並獲得有利的聯合分離和製備工藝。可避免「單獨」的吹掃組分，這是因為製備工藝的副產物可用作吹掃組分。
本發明的方法在其中第一組分從中分離的組分混合物是共沸混合物的工藝中是特別有利的，這是因為分離這種共沸混合物的常規蒸餾技術的成本過高。
本發明還提供其中可以進行上述方法的工業裝置。
圖1是本發明的分離單元的示意圖。
圖2是對比例1的結構的示意圖。
圖3是實施例2的結構的示意圖。
具體實施例方式 聯合的製備和分離方法應理解為其中在分離工藝中涉及的一種或多種組分也是在製備工藝中涉及的組分的方法。在本發明的方法中，在分離工藝中作為吹掃組分所使用的組分在製備工藝中用作原料組分。
氣體分離工藝應理解為在這一分離工藝過程中，至少一部分第一組分、各組分的混合物和吹掃組分在分離工藝過程中處於氣態。更優選地，至少50wt％的第一組分、各組分的混合物和吹掃組分為氣態，優選至少80wt％和甚至更優選範圍為90-100wt％為氣態。最優選在分離工藝過程中，所有組分均完全為氣態。在環境溫度(25℃)和壓力(1bar)下通常為液態的組分，例如通過升高溫度或者降低壓力可蒸發成氣態，之後擴散通過多孔隔板。因此在氣體分離工藝過程中的擴散優選為氣體擴散。
在不希望受任何一種理論束縛的情況下，據認為在分離工藝過程中第一組分通過多孔隔板的擴散是基於所謂的摩擦擴散原理。據認為這一摩擦擴散是由於一種組分與一種或多種其它組分相比的擴散速度差的緣故。同樣如US-A-1496757中所解釋的，與具有較慢擴散速度的組分相比，具有較快擴散速度的組分將更快通過多孔隔板。可通過吹掃組分物流來除去較快組分，從而導致該較快的第一組分與其餘組分分離。以上較快組分應理解為與較慢組分相比與吹掃組分一起具有較高的二元擴散係數的組分。
吹掃組分應理解為能吹掃走已經擴散通過多孔隔板的第一組分的組分。它可以是本領域技術人員已知適合於這一目的的任何組分。優選地，使用在進行分離工藝的溫度和壓力下至少部分為氣態的組分。更優選地，使用在進行分離工藝的溫度和壓力下幾乎完全和優選完全為氣態的吹掃組分。對於實際目的來說，經常在進行本發明的同時使用在大氣壓(1bar)下沸點範圍為-200到500℃的吹掃組分。更優選使用在大氣壓(1bar)下吹掃組分沸點範圍為-200℃到200℃的吹掃組分。可用作吹掃組分的組分實例包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水、氧氣、氧化物、含氮化合物、烷烴、烯烴、鏈烷醇、芳烴、酮。
通過多孔隔板分離混合物和吹掃組分，其中第一組分通過所述多孔隔板從混合物擴散到吹掃組分物流內。
多孔隔板可由本領域技術人員已知適合用於與反應物接觸的工藝中的任何多孔材料製造。多孔隔板可由通過例如吸附或吸收作用有助於組分分離的多孔材料製造，條件是擴散分離佔主導。
根據M Stanoevic，Review of membrane contactors designs andapplications of different modules in industry(膜接觸器設計和不同組件在工業中的應用綜述)，FME Transactions(2003)31，91-98，在兩個本體相之間設置的膜相在膜工藝中能控制在兩個本體相之間的傳質。與該膜不同的是，本發明的多孔隔板層設定在兩個本體相之間，但原則上不能控制所涉及的任何物質的傳質。因此它除了提供孔隙以外，基本不與待分離的物質相互作用，僅僅起到避免兩個本體相混合的作用，這與膜分離不同。
因此，本發明的多孔隔板基本不是選擇性可滲透膜。膜是允許一些化合物通過同時有效地阻止其它化合物通過的阻擋層，因此由化合物的尺寸或特殊性質決定半滲透阻擋層的通量。在氣體分離技術中所使用的膜例如是在US-A-5843209中所公開的那些。膜選擇性控制在各相或環境之間的質量傳遞。
與這種膜不同，多孔隔板是允許所有組分流動但相對擴散速度不同的阻擋層。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，據認為在多孔隔板中，通過利用連續加入到一個腔室中並離開另一腔室和逆流擴散通過多孔隔板層的吹掃氣體組分的摩擦擴散來控制質量傳遞。
優選地，用於多孔隔板的材料對分離工藝中所使用的組分基本為惰性或者為惰性。在實踐中，可常常在使用濾布、金屬、塑料、紙張、砂床、沸石、泡沫體或其組合作為多孔隔板用材料的同時進行本發明。實例包括網形金屬，例如網形不鏽鋼、網形銅、網形鐵；織造金屬，例如織造銅、織造不鏽鋼；棉、毛、亞麻；多孔塑料，例如多孔PP、PE或PS。在優選的實施方案中，由織造或網形不鏽鋼製備多孔隔板。
式I給出了通過多孔隔板層的對流體積流量(m3/s)(假設層流或泊肅葉流) 其中ε代表孔隙率(被孔隙覆蓋的表面積分數)，dp代表孔徑，δ代表多孔層的厚度，和ΔP代表通過多孔層的壓降以及氣體的物理性能(粘度和密度)。
優選的多孔材料應當具有高的孔隙率(ε)，以便最大化有用表面積。優選的多孔層的孔隙率大於0.5，優選大於0.9，仍更優選大於0.93。
多孔層的厚度優選儘可能低。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，據認為擴散速度與多孔層的厚度成反比，因此多孔層所要求的表面積與厚度成正比。
多孔隔板的厚度可在寬範圍內變化，且可例如是從厚度為大於或等於1米的隔板變化到厚度大於或等於1納米的隔板。對於實際目的來說，可常常使用厚度範圍為0.0001-1000mm的多孔隔板進行本發明，更優選範圍為0.01-100mm，和仍更優選範圍為0.1-10mm。優選的多孔層的厚度範圍為0.5-1.5mm，優選範圍為0.8-1.2mm，和更優選範圍為0.9-1.1mm。
在多孔隔板內所使用的孔隙的數量、尺寸和形狀可在寬範圍內變化。在多孔隔板內所使用的孔隙的形狀可以是本領域技術人員已知的適合於這一目的的任何形狀。孔隙可以例如具有形狀為狹縫、正方形、橢圓形或圓形的截面。或者截面可具有不規則形狀。對於實際的目的來說，可常常使用截面形狀為圓形的孔隙進行本發明。孔隙的截面直徑可在寬範圍內變化。此外，對於所有孔隙來說，不需要具有相同的直徑。對於實際的目的來說，可常常使用具有範圍為1納米-10毫米的截面「最短」直徑的孔隙來進行本發明。「最短」直徑應理解為在孔隙的截面內的最短距離。優選地，這一直徑位於20納米-2毫米範圍內，更優選0.1-1000微米，更優選範圍為10-100微米。
優選地，在該材料內的孔隙(dp)應當相對小，以防止對流流動。確切的尺寸和比例取決於多孔層的厚度(Δ)和穿過多孔層的壓降(ΔP)以及氣體的物理性能(粘度和密度)。
具有小的直徑例如範圍為0.1-100納米的孔隙的優點是更容易控制壓差。具有大的直徑例如範圍為100-1000納米的孔隙的優點是可獲得更好的分離。例如在穿過多孔隔板約10Pa的壓降(ΔP)下，孔隙的直徑應當低於10微米，以便防止與所需的擴散流動相比明顯的對流流動。在1Pa的壓降(ΔP)下，應當優選直徑為30微米的孔隙。但應當選擇壓降和孔徑，其方式應避開努森擴散區域。
應理解不同氣體經多孔層的相對擴散速度取決於其二元擴散係數的相對大小，且不取決於或者僅僅在較小的程度上取決於多孔材料的性能。
此外，孔隙的迂迴度可在寬範圍內變化，也就是說，它們的彎曲度可在寬範圍內變化。但優選孔隙筆直或基本筆直，且迂迴度範圍為1-5，更優選範圍為1-3。
在多孔隔板內所使用的孔隙的數量也可在寬範圍內變化。優選地，多孔隔板總面積的1.0-99.9％是孔的面積，更優選40-99％和甚至更優選隔板總面積的70-95％是孔的面積。孔的面積應理解為孔隙的總表面積。對於實際目的來說，可常常使用下述孔隙數量和孔徑進行本發明，以便在隔板內的孔隙的總表面積與組分混合物的氣體體積之比位於0.01-100000m2/m3範圍內，優選為1-1000m2/m3範圍內。
在吹掃組分物流的流動方向上多孔隔板的長度也可在寬範圍內變化。當該層的長度增加時，分離的建造成本以及分離程度二者均增加。對於實際目的來說，可常常使用沿著吹掃組分流動方向的長度在0.01-500米範圍內、更優選在0.1-10米範圍內的多孔隔板進行本發明。
吹掃組分和/或組分混合物在分離單元內的停留時間可在寬範圍內變化。對於實際目的來說，可常常使用範圍為1分鐘-5小時的吹掃組分和/或組分混合物在分離單元內的停留時間進行本發明。優選地，使用範圍為0.5-1.5小時的停留時間。
在本發明方法中所使用的吹掃組分的速度可在寬範圍內變化。對於實際目的來說，可常常使用範圍為1-10000m/h、優選範圍為3-3000m/h和更優選範圍為10-1000m/h的吹掃組分速度進行本發明。如果不是固定的話，對於組分混合物可使用類似的速度。
第一組分通過多孔隔板的擴散通量可在寬範圍內變化。對於實際目的來說，可常常在0.03-30kg/m2/h範圍內的第一組分通過多孔隔板的擴散通量進行本發明，優選範圍為0.1-10kg/m2/h，和更優選範圍為0.5-1.5kg/m2/h。
對於實際目的來說，當開始分離工藝時，基於存在於組分混合物內的第一組分的總量，可常常通過從組分混合物中除去10-100wt％的第一組分進行本發明。更優選在分離工藝過程中，從組分混合物中除去至少30wt％和更優選至少50wt％存在於該混合物內的第一組分。當開始分離工藝時，基於存在於組分混合物內的第一組分的總量，甚至更優選在分離工藝過程中從組分混合物中除去範圍為70-100wt％的第一組分。特別地，當從組分混合物中除去高百分數例如範圍為70-100wt％的第一組分時，其它組分也可能從組分混合物中擴散到吹掃組分物流內。當這些其它組分共同擴散時，它們可在附加的中間步驟中除去，之後進入製備工藝；或者替代地，在隨後的製備工藝過程中，這些其它共同擴散的組分可保留在與吹掃組分和/或與擴散通過的第一組分的混合物內。可利用洩放(bleed)物流在隨後的製備工藝過程中除去這些其它共同擴散的組分。
在另一實施方案中，本發明的分離工藝可結合附加的分離工藝，其中包括常規的蒸餾和/或膜分離。附加的分離工藝可例如用於從吹掃組分和第一組分的混合物中除去其它共同擴散的組分。或者在除去第一組分之前或之後，可使用附加的分離工藝從組分混合物中除去其它組分。此外，可使用附加的分離工藝，從其中已經從中除去至少一部分第一組分的組分混合物中進一步除去第一組分。
可通過經多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內從靜態混合物中分離第一組分。但優選使用分離工藝，其中通過使第一組分在多孔隔板的一側經該多孔隔板擴散到多孔隔板另一側的吹掃組分物流內，從而使第一組分從組分混合物的物流中分離出來。可並流或逆流進行該分離工藝。但優選在組分混合物的物流和吹掃組分的物流相對於彼此逆流流動的同時進行這一分離工藝。該分離工藝可連續、半間歇或間歇地進行。優選該分離工藝連續進行。
吹掃組分物流的流量可在寬範圍內變化。對於實際目的來說，可常常使用範圍為0.01-300kmol/h、更優選範圍為0.1-100kmol/h的吹掃組分物流的流量進行本發明。組分混合物的任何物流的流量(如果不是靜態的話)也可在寬範圍內變化。對於實際的目的來說，常常可使用範圍為0.01-300kmol/h、更優選範圍為0.1-100kmol/h的吹掃組分物流的流量進行本發明。
在分離工藝過程中所採用的溫度可在寬範圍內變化。優選選擇該溫度，以便在擴散工藝過程中所有組分完全為氣態。更優選在分離工藝中的溫度與在製備工藝中的溫度相同。對於實際的目的來說，可常常使用範圍為0-500℃、優選範圍為0-250℃和更優選範圍為15-200℃的溫度進行本發明。
所採用的壓力可在寬範圍內變化。優選選擇該壓力，以便在擴散工藝過程中所有組分完全為氣態。更優選在分離工藝中的壓力與在製備工藝中的壓力相同。對於實際目的來說，可常常使用範圍為0.01-200bar(1×103-200×105Pa)、優選範圍為0.1-50bar的壓力進行本發明。例如，可在大氣壓(1atm，即1.01325bar)下進行分離工藝。
獨立於所採用的總壓力，在多孔隔板上的壓差維持儘可能小，即在多孔隔板兩側的壓力基本相等，例如壓差範圍為0.0001-0.1bar，條件是與因為壓差大使物質運動導致的任何分離相比，擴散分離佔主導。壓差優選在0.0001-0.01bar範圍內，更優選在0.0001-0.001bar範圍內，仍更優選在0.0001-0.0001範圍內，和最優選在0.0001-0.0005bar範圍內。因此，在多孔隔板兩側的壓力被視為幾乎相等或者基本相等。
這優選通過向體系內添加壓力平衡設備例如通過提供允許將兩種流體物流之一的壓力峰值傳遞給另一種流體的柔性隔膜來實現。
可在本領域技術人員已知的適合於這一目的的任何裝置內進行分離工藝。例如，可使用諸如在US-A-1496757中例舉的分離單元。優選地，使用適合於通過第一組分經多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內而使第一組分從組分混合物中分離出來的分離單元，所述分離單元包括 -第一腔室； -通過多孔隔板與第一腔室分隔的第二腔室； -將組分混合物輸送到第一腔室中的第一入口； -在至少一部分第一組分已經從第一腔室中除去之後，排放剩餘組分混合物的第一出口； -輸送吹掃組分到第二腔室內的第二入口； -將吹掃組分和已擴散的第一組分的混合物從第二腔室中排放的第二出口。
可按照多種方式設置第一和第二腔室。在優選的實施方案中，通過管道的內部空間形成一個腔室，和通過圍繞這一管道的優選環形的空間形成另一腔室。
這一實施方案被視為新的，因此本發明進一步提供分離單元，它適合於通過使第一組分經多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內而使第一組分從組分混合物中分離出來，所述分離單元包括 -外部管道；和 -內部管道，所述內部管道具有多孔壁，和所述內部管道設置在外部管道內，以便第一空間存在於內部管道內，和第二空間存在於內部管道的外表面和外部管道的內表面之間；和 -輸送流體到第一空間內的第一入口；和 -從第一空間排放流體的第一出口；和 -輸送流體到第二空間內的第二入口；和 -從第二空間排放流體的第二出口。
流體各自獨立地優選至少50wt％為氣態，更優選至少80wt％，和甚至更優選為90-100wt％。最優選流體幾乎完全或者完全為氣態。
此外，內部管道和外部管道優選基本同軸設置。第一空間可以用作第一腔室或者用作第二腔室，和第二空間可以分別用作第二腔室或用作第一腔室。第一以及第二空間二者可具有多個入口和出口。優選存在於內部管道內的第一空間具有僅僅一個入口和僅僅一個出口。第二空間優選具有兩個或更多個、優選2-100個入口和/或出口或者為環形狹縫形狀的入口和/或出口。
內部管道可基本同心地設置在外部管道內，以便內部管道的中心軸基本平行於外部管道的中心軸設置。但優選內部管道在外部管道內基本同心地設置，以便內部管道的中心軸基本與外部管道的中心軸重合。
管道的截面可具有本領域技術人員已知合適的任何形狀。例如，所述管道可彼此獨立地具有正方形、矩形、圓形或橢圓形的截面形狀。優選管道截面基本為圓形。
在不同的優選實施方案中，通過由多孔材料的板或片材的層疊件形成的多孔隔板分隔第一和第二腔室。在這些層疊件中，至少兩個板即含多孔隔板材料的上部板和下部板彼此層置，其方式提供在一端封閉而在另一端與開放空間流體連通的中間隔室。在含有兩層以上的層疊件中，在每一中間隔室相鄰側上的開口交替封閉。因此，層疊件將以上所述的第一腔室和第二腔室隔開，同時各腔室至少部分由該層疊件形成。含多孔隔板材料的板可以是任何合適的形狀，例如矩形；它們可以是均勻的形狀和尺寸，或者不均勻。優選後者，這是因為這樣板的一側比另一側長，因此流動較快的氣體流通過較短的距離，從而降低壓降。
典型地通過間隔件或偏置(offset)和支持多孔隔板的結構確定所述隔室。間隔件以及與其相連的多孔隔板材料一起確定中間隔室，所述中間隔室可充當滲餘或吹掃隔室。也可方便地通過使用用於吹掃氣體和原料氣體的隔室的不同間隔件來調節壓降。
相鄰隔室具有在其間設置的多孔隔板，其形狀為層疊的板狀或者片狀結構，從而為兩種流體物流提供具有大的表面的流動路徑。滲餘和吹掃隔室的組件可以是交替的順序或者滿足設計和性能要求所必須的任意不同設置。典型地通過在一端密封和在相對端與另一隔室流體連通，從而使層疊件設置毗連(border)。
將隔室合適地置於分離器容器內，以便它們與一個流體物流流體相連，同時它們對各自相對的流體物流密封，從而分離這兩個流體原料物流。這兩個流體物流的原料優選以交叉流設置進料到分離器容器的交替側，即以彼此垂直流動或者交叉流動的方向進入。這起到引起流動無序(即非共線性流動)的作用，以便它們可以更容易地進料到容器的流體入口和出口開口。
合適的分離裝置包括容器，所述容器包括鄰近該容器一側設置的第一流體入口開口和鄰近該容器相對側設置的第一流體出口開口；鄰近該容器一側設置的第二流體入口開口和鄰近該容器相對側設置的第二流體出口開口，其中分別設置第一和第二入口與出口，其方式使得在第一入口處進入容器並在第一出口處離開容器的第一流體物流與在第二入口處進入容器並在第二出口處離開容器的第二流體物流的流動方向基本彼此垂直；和其中在兩個流體之間的多孔隔板包括對第一流體物流密封而與第二流體物流流體相連的板狀結構的層疊件，從而形成至少部分由多孔材料的上部板和下部板確定且至少部分設置在該多孔材料的上部板和下部板之間的第一物流的外部流動空間，和至少部分由所述上部板和下部板的相對側確定且至少部分設置在所述上部板和下部板的相對側之間的第二物流的內部流動空間，以防止流體從外部流動空間流到內部流動空間。使用層疊分離裝置的優點是，在交叉流中，許多平行的隔室與原料物流和吹掃氣體物流交替相連，於是在相對緊湊的布局中提供大的表面。
通過實例參考圖1描述本發明。圖1是本發明的分離單元的三維示意圖。圖1描述了具有外部管道(101)和內部管道(102)的分離單元，所述內部管道在外部管道內同軸設置，以便 第一空間(103)存在於內部管道(102)內，和 第二空間(104)存在於內部管道(102)的外表面和外部管道(101)的內表面之間；和 包括進入第一空間的入口(105)和離開第一空間的出口(106)；和進入第二空間的入口(107)和離開第二空間的出口(108)； 其中內部管道具有多孔壁(109)。
在進一步優選的實施方案中，在含有多個分離單元的分離裝置內進行分離工藝。優選每個分離裝置含有範圍為2-100000、更優選範圍為100-10000個分離單元。這種分離裝置被視為新的，因此本發明還提供一種分離裝置，所述分離裝置包括適合於通過使第一組分經多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內而使第一組分從組分混合物中分離出來的兩個或更多個分離單元，其中每一分離單元可包括 -第一腔室； -通過多孔隔板與第一腔室分隔的第二腔室； -將組分混合物輸送到第一腔室中的第一入口； -在至少一部分第一組分已經從第一腔室中除去之後，排放剩餘組分混合物的第一出口； -輸送吹掃組分到第二腔室內的第二入口； -將吹掃組分和已擴散的第一組分的混合物從第二腔室中排放的第二出口。
分離單元可在分離裝置中以本領域技術人員已知適合於這一目的的任何方式設置。優選地，可在分離裝置內順序或彼此平行地設置分離單元。分離單元可以例如順序地以成排的方式設置。若使用這種成排順序設置的分離單元，則優選通過組分混合物或吹掃組分各自的中間物流補償在任何一側上的任何壓力損失。
在有利的實施方案中，兩個或更多個分離單元的第一或第二腔室重合在一起，以便兩個或更多個分離單元共用相同的第一或第二腔室。
例如，本發明提供多管式分離裝置，其包括 -基本垂直延伸的容器， -具有多孔壁的多根管道，所述管道在所述容器內與所述容器的中心縱軸平行設置，其中所述管道上端固定到上部管板上並與上部管板上方的頂部流體腔室流體連通和下端固定到下部管板上並與在下部管板下方的底部流體腔室流體連通， -供應第一流體到頂部流體腔室中的供應設備，和 -設置在底部流體腔室內的流出液出口； -供應第二流體到上部管板、下部管板、管道外表面和容器壁之間的空間中的供應設備；和 -離開管道外表面和容器壁之間的這一空間的流出液出口。
流體各自獨立地優選至少50wt％為氣態，更優選至少80wt％，和甚至更優選為90-100wt％。最優選流體幾乎完全或者完全為氣態。
組分混合物可以例如供應到管道內部的空間中或者管道外表面和容器壁內表面之間的空間中；和吹掃氣體可以分別供應到管道外表面和容器壁內表面之間的空間中或管道內部的空間內。
在製備工藝中，可使一種或多種反應物反應成為一種或多種產物和至少一種副產物。反應應理解為吹掃組分發生了化學變化。例如，可將吹掃組分化學分裂為兩個或更多個單獨的產物或者吹掃組分可以與一種或多種其它組分反應成為一種或多種產物。可能的反應的實例包括但不限於水合、脫水、氫化和脫氫、氧化、水解、酯化、胺化、碳化、羰基化、羧基化、脫硫、脫胺、縮合、加成、聚合、取代、消除、重排、歧化、酸-鹼反應、調聚反應、異構化、滷化、脫滷化和硝化反應。所採用的反應條件可在寬範圍內變化，且可以是本領域技術人員已知的適合於這一反應的那些反應條件。在實踐中，可常常在範圍為-100到500℃、更優選範圍為0-300℃的溫度下和範圍為0.0001-100bar、更優選範圍為1-50bar的壓力下進行本發明。可使用本領域技術人員已知適合於這一反應的任何類型的反應器。反應器類型的實例包括連續攪拌的反應器、淤漿反應器或管狀反應器。
可任選在催化劑存在下進行製備工藝中的一個或多個反應。可使用本領域技術人員已知的適合於所採用的特定反應的任何催化劑。這種催化劑可以是均相或非均相催化劑，且可以例如存在於溶液、淤漿內或者存在於固定床內。可在分離單元內除去催化劑。
本發明方法中的步驟可以各自按照連續、半間歇或間歇的方式進行。例如，可按照連續或半間歇的方式進行分離工藝，而隨後的製備工藝可按照間歇的方式進行。在優選的實施方案中，所有步驟按照連續的方式進行。因此，本發明還提供其中這一方法是連續的本發明方法。
優選在工業裝置中進行聯合的分離和製備工藝，所述工業裝置包括 -分離裝置，其包括適合於通過使第一組分經多孔隔板擴散到吹掃組分物流內而使第一組分從組分混合物中分離出來的一個或多個分離單元，所述分離單元包括一個或多個第一腔室、通過多孔隔板與一個或多個第一腔室分隔的一個或多個第二腔室、一個或多個入口及一個或多個出口， -一個或多個反應器，所述反應器包括一個或多個入口及一個或多個出口，其中至少一個出口包括反應副產物的物流，其中一個或多個製備單元的這一副產物出口與一個或多個分離單元的一個或多個入口直接或間接相連。
在優選的實施方案中，聯合的製備和分離工藝包括下述步驟 a)使一種或多種反應物反應，以獲得含產物、至少一種副產物和至少一種汙染物的反應混合物； b)使副產物從反應混合物中分離出來，以獲得副產物與含產物和至少一種汙染物的混合物； c)通過使汙染物經多孔隔板擴散到副產物的物流內，從產物和汙染物的混合物中氣體分離汙染物，以獲得汙染物和副產物的混合物的物流與純化產物的物流。
任選地，在步驟c)中獲得的產物可進一步通過例如蒸餾方法來純化。
在這一工藝中，可如以上針對製備工藝所述進行步驟a)，和可以如以上針對分離工藝所述進行步驟c)。
可通過本領域技術人員已知的適合於這一目的的任何方式進行步驟b)中的分離。優選的方法包括氣液分離和蒸餾。
在進一步優選的實施方案中，聯合的製備和分別方法包括下述步驟 a)使一種或多種反應物反應，以獲得含產物、至少一種未反應的反應物、至少一種副產物和至少一種汙染物的反應混合物； b)分離反應混合物，以獲得副產物的物流、未反應的反應物和汙染物的混合物的物流與純化的產物的物流； c)通過使汙染物經多孔隔板擴散到副產物的物流內，從至少一部分未反應的反應物和汙染物的混合物中氣體分離汙染物，以獲得汙染物和副產物的混合物的物流與純化的未反應的反應物的物流。
任選地，在步驟b)中獲得的產物和步驟c)中獲得的未反應的反應物可通過例如蒸餾方法進一步純化。
在這一方法中，可如以上針對製備工藝所述進行步驟a)，和如以上針對分離工藝所述進行步驟c)。
其中未反應的反應物可被純化的如上所述的方法，可有利地用於其中未反應的反應物循環到反應中的聯合製備和分離工藝中。常規地，通過洩放物流除去在這一未反應的反應物的循環物流內的汙染物。通過採用本發明的方法從這一未反應的反應物中除去汙染物，有利地可以使用較小的洩放物流。進入分離單元內的未反應的反應物和汙染物的物流可以是步驟b)中獲得的未反應的反應物和汙染物的混合物的一部分或者可以是步驟b)中獲得的混合物的全部。當只有一部分在步驟b)中獲得的未反應的反應物和汙染物的混合物在步驟c)中分離時，這一部分優選為步驟b)中分離的全部混合物的0.1-50wt％，更優選為0.1-30wt％。在步驟c)中只使用一部分在步驟b)中獲得的未反應的反應物和汙染物的混合物的優點是可以使用小的分離單元。該小的分離單元可容易地結合到已經存在的工業裝置內。在步驟c)中使用全部在步驟b)中獲得的未反應的反應物和汙染物的混合物的優點是可除去更多的汙染物和可進一步減少洩放物流。
本發明的方法可在寬範圍內應用。例如，該方法可用於製備環氧烷的方法中，其中烯烴與被惰性氣體汙染的氧氣反應，和其中二氧化碳作為副產物製備。
因此本發明還提供製備環氧烷的方法，該方法包括下述步驟 a)使烯烴與被惰性氣體汙染的氧氣反應，以獲得含環氧烷、未反應的烯烴、二氧化碳和惰性氣體的反應混合物； b)分離反應混合物，以獲得二氧化碳的物流、烯烴和惰性氣體的混合物的物流及純化的環氧烷的物流； c)通過使惰性氣體經多孔隔板擴散到二氧化碳物流內從至少一部分未反應的烯烴和惰性氣體的混合物中氣體分離惰性氣體，以獲得惰性氣體和二氧化碳的混合物的物流及純化的烯烴的物流。
優選地，烯烴是具有2-10個碳原子的烯烴。優選的實例包括乙烯、丙烯、丁烯類和戊烯類。優選地，可使用本發明的方法製備具有2-10個碳原子的相應環氧烷。優選的實例包括環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷類和環氧戊烷類。另外，可將烯烴的混合物轉化成相應環氧烷的混合物。最優選其中乙烯或丙烯或其混合物轉化成環氧乙烷、環氧丙烷或其混合物的方法。除上述以外，視需要，還可使用進一步的稀釋劑氣體，例如甲烷。正如在US-A-5519152中所例舉的，可以使用這種稀釋劑氣體。除以上所述的以外，還可在本發明的方法中使用均相或非均相催化劑。
在這一方法中二氧化碳作為副產物製備。惰性氣體可以是例如氮氣或氬氣。優選惰性氣體是氬氣。
在另一方法中，烷烴可用作吹掃氣體，因此本發明還提供一種方法，該方法包括通過使氫氣經多孔隔板擴散到烷烴物流內而從氫氣、甲烷和二氧化碳的混合物中氣體分離氫氣，以獲得烷烴和氫氣的混合物以及甲烷和二氧化碳的純化混合物。
優選地，這種烷烴具有2-10個碳原子。這種烷烴的優選實例包括乙烷、丙烷和丁烷類。
通過下述非限制性實施例闡述本發明。
對比例1 在對比例中，通過使乙烯與被氬氣汙染的氧氣反應製備環氧乙烷(EO)。在反應之後，將反應混合物輸送到分離器中，在此利用吸收差分離混合物，其中反應混合物被分離成富環氧乙烷的物流和乙烯循環物流。乙烯循環物流進一步包括副產物二氧化碳和汙染物氬氣。洩放物流離開該工藝，以避免氬氣積累。圖2描述了這一方法。
利用計算機模型模擬這一方法。在這一計算機模型中，設置該方法中的物流，以便離開該工藝的洩放物流包括3.5kmol/h的氬氣。在這一情況下，發現洩放物流還包括8.5kmol/h的乙烯。將甲烷添加到該工藝中作為稀釋劑。利用計算機模型模擬這一工藝，得到表1中概述的洩放物流 表1如圖2所示的對比例1中的洩放物流的組成 實施例2 在本發明方法的實施例中，如上面針對實施例1所述進行環氧乙烷的製備，所不同的是在本發明的氣體分離單元內進一步分離洩放物流，其中通過使氬氣經多孔隔板擴散到二氧化碳物流內而除去氬氣。
圖3描述了這一方法。
利用計算機模型模擬這一方法。在這一計算機模型中，在約35℃的溫度下和約1bar的壓力下進行氣體分離；氣體分離器的長度為1.53m和多孔隔板的厚度為1mm；和在多孔隔板內孔隙的總表面積相對於氣體體積為100m2/m3。離開對比例1的方法的二氧化碳物流(純的，450kmol/h)現被逆流進料到含有氬氣的洩放物流內。結果是新的洩放物流(4)和氬氣濃度比前一洩放物流(1)更低的新的循環物流(2)。設置各物流，以便離開該方法的新的洩放物流(4)包括3.5kmol/h的氬氣。在此情況下，新的洩放物流包括7.8kmol/h乙烯，正如表2所示。表3和4中概述了圖3所示的其餘物流的流量。
表2在實施例2中新的洩放物流(4)的組成 表3針對實施例2，圖3所示的流量 表4針對實施例2，新的循環物流(2)的組成 可以看出，通過使用本發明的氣體分離，可使洩放物流內乙烷的損失從8.5kmol/h降低到7.8kmol/h。
權利要求
1.聯合的製備和分離方法，該方法包括製備工藝，其中產生副產物；和氣體分離工藝，其中通過使第一組分經多孔隔板擴散進入吹掃組分的物流內，使第一組分從組分混合物中分離出來；其中在製備工藝中產生的副產物隨後在分離工藝中用作吹掃組分。
2.權利要求1的方法，其中在多孔隔板兩側上的壓力基本相等。
3.權利要求1或2的方法，它包括下述步驟
a)使一種或多種反應物反應，以獲得含產物、至少一種副產物和至少一種汙染物的反應混合物；
b)使副產物從反應混合物中分離出來，以獲得副產物與含產物和至少一種汙染物的混合物；
c)通過使汙染物經多孔隔板擴散到副產物的物流內，從產物和汙染物的混合物中氣體分離汙染物，以獲得汙染物和副產物的混合物的物流與純化產物的物流。
4.權利要求1或2的方法，它包括下述步驟
a)使一種或多種反應物反應，以獲得含產物、至少一種未反應的反應物、至少一種副產物和至少一種汙染物的反應混合物；
b)分離反應混合物，以獲得副產物的物流、未反應的反應物和汙染物的混合物的物流與純化產物的物流；
c)通過使汙染物經多孔隔板擴散到副產物的物流內，從至少一部分未反應的反應物和汙染物的混合物中氣體分離汙染物，以獲得汙染物和副產物的混合物的物流及純化的未反應的反應物的物流。
5.權利要求4的方法，該方法包括下述步驟
a)使烯烴與被惰性氣體汙染的氧氣反應，以獲得含環氧烷、未反應的烯烴、二氧化碳和惰性氣體的反應混合物；
b)分離反應混合物，以獲得二氧化碳的物流、烯烴和惰性氣體的混合物的物流及純化的環氧烷的物流；
c)通過使惰性氣體經多孔隔板擴散到二氧化碳的物流內，從至少一部分未反應的烯烴和惰性氣體的混合物中氣體分離惰性氣體，以獲得惰性氣體和二氧化碳的混合物的物流及純化的烯烴的物流。
6.工業裝置，其包括
-分離裝置，其包括適合於通過使第一組分經多孔隔板擴散到吹掃組分物流內使第一組分從組分混合物中分離出來的一個或多個分離單元，所述分離單元包括一個或多個第一腔室、通過多孔隔板與一個或多個第一腔室分隔的一個或多個第二腔室、一個或多個入口及一個或多個出口，
-一個或多個反應器，其包括一個或多個入口及一個或多個出口，其中至少一個出口包括反應副產物的物流，其中該副產物出口與一個或多個分離單元的一個或多個入口直接或間接相連。
全文摘要
聯合的製備和分離方法，該方法包括製備工藝，其中產生副產物；和氣體分離工藝，其中通過使第一組分經多孔隔板擴散進入吹掃組分的物流內，使第一組分從組分混合物中分離出來；其中在製備工藝中產生的副產物隨後在分離工藝中用作吹掃組分；和在這一方法中使用的工業裝置。
文檔編號C07D301/32GK101102832SQ200580046748
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月27日 優先權日2004年12月31日
發明者A·布伊傑斯, G·J·哈姆森, D·F·米爾德, A·P·韋斯特林克 申請人:國際殼牌研究有限公司