[发明专利]用于由热‑机械集成乙醇物流生产环氧乙烷的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于乙醇转化成为环氧乙烷的方法，其包括用于使乙醇脱水的集成步骤和用于使所产生的乙烯氧化的集成步骤。

现有技术

自从19世纪末以来由乙醇到乙烯的脱水反应已经是详细已知的。“The Dehydration of Alcohols over Alumina. I:The reaction scheme”，H. Knözinger，R. Köhne，Journal of Catalysis (1966)，5，264-270被认为是关于醇脱水，包括乙醇脱水研究的基准出版物。已知该反应高度吸热，在高温下朝向乙醇平衡和移动。对应于纯乙醇在绝热反应器中的总转化率的温降是380℃。在较低温度下，乙醇转化成为乙醚（DEE）。该反应“中间物”可以存在于乙烯脱水反应中（在其中转化是部分的）或在多反应器方法中两个反应器之间。然后，DEE可以在较高温度下转化成为乙烯。经常使用的参考催化剂是单官能酸催化剂；γ-氧化铝是引用最多的催化剂。沸石也用于该应用，自1980年代以来特别是ZSM-5—参见例如“Reactions of ethanol over ZSM-5”，S.N. Chaudhuri & al.，Journal of Molecular Catalysis 62:289-295 (1990)。

专利US 4 232 179描述了用于使乙醇脱水成为乙烯的方法，其中通过将与进料混合的传热流体引入反应器中来提供反应必需的热量。该传热流体是来自外部来源的蒸汽或源自所述方法中的外部物流或一部分来自脱水反应器的流出物（即所产生的乙烯）的再循环。引入进料与所述传热流体的混合物表示可以提供保持催化床的温度在与所需的转化率相容的水平下必需的热量。在传热流体为来自脱水反应器的流出物的情况下，用于再循环所述流出物的压缩机是必需的。然而，再循环通过反应产生的乙烯形成缺点，因为引入乙烯改变了脱水反应的平衡。此外，乙烯参与副反应低聚反应、氢转移反应和烯烃歧化反应；这些是就它们的反应物而言，反应级数大于0的反应。从反应一开始时提高乙烯浓度增加副产物的形成。因此乙烯的损失更高，这导致选择性降低。

专利申请WO 2007/134415描述了用于使乙醇脱水成为乙烯的方法，其相比于US 4 232 179已经改进从而由于减少的设备量和降低的操作成本（因为不使用方法之外的蒸汽）而降低投资成本。在该方法中，至少一部分来自脱水反应器的流出物（产生的乙烯与蒸汽的混合物）和从通过乙醇脱水生成并在反应器中冷凝的水得到的过热蒸汽被用作传热流体，并作为与乙醇的混合物进入脱水反应器。所述专利申请没有提及以最大化热交换为目标的在乙醇进料与流出物之间施加的压力条件。

专利US 4 396 789也描述了用于乙醇脱水成为乙烯的方法，其中在400℃-520℃的温度下和20-40 atm的高压下，将乙醇和作为传热流体的蒸汽引入第一反应器中，使得在不小于18 atm的压力下将通过脱水反应生成的流出物从最后反应器取出，所述反应产物，即乙烯，在冷却后可以经过最终低温蒸馏步骤，而没有中间压缩步骤。所述方法还以所述脱水反应产物与引入到第一反应器中的进料之间的热交换为特征，所述反应产物用于汽化进入第一反应器的进料。将未转化的乙醇、至少一部分在所述方法的反应期间形成的水和添加用于最终洗涤气体的水再循环以确保乙醇的完全转化。

专利申请WO 2011/002699公开了用于使乙醇进料脱水成为乙烯的方法，其包括汽化乙醇和水的混合物并使该混合物在绝热反应器中反应。该申请未解决最大化热量回收以降低所述方法的能量消耗的问题。

专利US 3 119 837描述了用于在基于银的催化剂存在下将乙烯氧化的方法。其基于甲烷在用于使乙烯转化成为环氧乙烷的反应的选择性上的积极作用，并给出在纯氧存在下用于氧化的操作条件。所给出的主要操作条件如下：温度为200℃-300℃（优选）并且压力为15-500 psi绝压（优选）。

专利EP 0 496 470 B1描述了可用于专利US 3 119 837描述的方法的氧化催化剂。该专利描述了催化剂的主要特征以及它可以使用的操作条件范围（温度）。所描述的催化剂基于银并且操作条件与专利US 3 119 837中描述的那些操作条件相容。