Способ извлечения этилена (варианты)

 

Изобретение относится к извлечению и повторному использованию этилена при получении винилацетата в паровой фазе. Способ осуществляется путем селективной абсорбции этилена из потока продувающего инертного газа, поступающего из контура винилацетатного реактора, уксусной кислотой. Из абсорбционного сосуда отводят жидкий поток уксусной кислоты, насыщенный этиленом, который подвергают десорбции при контактировании с потоком рециркулирующего газа из реакторного контура, направляемого в основание скрубберной колонны. Газообразный этилен извлекают с верха скруббера и возвращают в реакторный контур. Отработанный газовый поток из абсорбционного сосуда содержит меньше этилена, чем исходный поток, и состоит по меньшей мере из азота или аргона и может дополнительно включать кислород и по меньшей мере один разбавитель в количестве, достаточном для снижения концентрации кислорода в этом потоке до невоспламеняющихся концентраций. В частности, разбавитель может содержать метан. В виде варианта способа жидкий поток уксусной кислоты, насыщенной этиленом, из абсорбционного сосуда направляют в испаритель в контуре реактора. Технический результат - упрощение технологического цикла регенерации этилена, улучшение экономических показателей производства винилацетата. 4 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к системе извлечения этилена из потока продувающего инертного газа из парофазного процесса производства, в частности парофазного процесса получения винилацетата.

Уровень техники, относящийся к данной области.

Хотя данное изобретение объясняется в аспекте парофазного производства винилацетата, процесс данного изобретения может быть применен везде, где есть цикличный процесс в замкнутой системе с извлечением этилена. Например, производство этиленоксида/этиленгликоля или производство акрилатов.

Этилен является широко применяемым химическим веществом, используемым в различных химических процессах для получения многочисленных других химических соединений. Этилен является особенно важным реагентом при парофазном производстве винилацетата. Так как этилен дорог, производители винилацетата путем парофазных процессов, находят, что извлечение и рециркулирование этилена является важной мерой, снижающей издержки.

При парофазном процессе получения винилацетата инертные газы, особенно азот и аргон, выбрасываются из контура (трубопровода) винилацетатного реактора. Эти газы вводятся вместе с подаваемым кислородом и при закрытых продувках через установку. Так как этилен содержится в продувающем потоке, эта продувка инертными газами может приводить к потере эффективности, регулируемой примесями в газах, сырьевыми материалами и т.д., составляющей от примерно 1 до 4% от всего этилена, использованного в процессе. На некоторых заводах этот поток продувающего инертного газа просто сжигают или в факеле, или в каком-либо другом устройстве для возмещения энергии. В этих случаях производитель просто соглашается с потерями, а не пытается извлекать этилен.

На других заводах производитель может пытаться извлекать этилен. Известным путем извлечения этилена является абсорбция этилена винилацетатом при системном давлении с последующим сбрасыванием давления с абсорберного остатка для извлечения абсорбированного этилена. Обычно это требует испарительного резервуара, в котором давление может быть быстро и резко снижено, вследствие чего, таким образом, этилен отделяется от винилацетата. После отделения от винилацетата, однако, этилен должен быть снова сжат до повышенного давления с применением компрессора для извлечения этилена и направления его в реакционный контур.

Этот способ требует использования определенного оборудования, а именно испарительного резервуара и компрессора, что, в свою очередь, требует дополнительного оборудования и энергетических затрат. Следовательно, способ извлечения этилена, требующий меньше оборудования и энергетических затрат, продолжает представлять интерес.

Краткое изложение изобретения Способ данного изобретения устраняет необходимость стадии снижения давления с последующей стадией повторного повышения давления для извлечения абсорбированного этилена в процесс получения винилацетата. При способе данного изобретения этилен из продувающего потока инертного газа поглощается потоком уксусной кислоты при системном давлении, причем абсорберный остаток подается обратно в контур (трубопровод) реактора для получения винилацетата или в испаритель, или в газовый скруббер с рециркуляцией. При этом способе не нужен ни испарительный резервуар, ни компрессор.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения представлен способ извлечения этилена из продувающего потока инертного газа трубопровода реактора в парофазном процессе получения винилацетата. Способ данного изобретения включает стадии контактирования потока продувающего инертного газа, содержащего этилен, с уксусной кислотой в абсорбционном сосуде; выпуск потока, содержащего уксусную кислоту и этилен из абсорбционного сосуда; выделение этилена из уксусной кислоты в потоке путем контактирования потока с газообразным этиленом в колонне скруббера и извлечение этилена из верхней части колонны скруббера. Способ включает также стадию рециркулирования регенерированного этилена в контур реактора для дальнейшего использования.

Альтернативный способ данного изобретения включает стадии: контактирования потока продувающего инертного газа, содержащего этилен, с уксусной кислотой в абсорбционном сосуде; выпуск потока, содержащего уксусную кислоту и этилен, из абсорбционного сосуда и транспортировки потока в испаритель в контуре реактора для дальнейшего использования.

Краткое описание фигур Фиг. 1 является схематическим изображением известного способа извлечения этилена из продувающего потока инертного газа.

Фиг. 2 является схематическим изображением осуществления способа данного изобретения для извлечения этилена из продувающего потока инертного газа.

Описание конкретных воплощений Обращаясь к фиг.1, известный способ извлечения этилена, контур 2 винилацетатного реактора, включает аспекты процесса получения винилацетата, по которому в настоящее время получают винилацетат, включающий испаритель и реактор (не показан). Обычно парофазные процессы получения винилацетата осуществляют при системном давлении в интервале от 100 до 175 фунт/дюйм² (689,476 - 1206,583 кПа). Поток продувающего инертного газа 4 выходит из контура винилацетатного реактора 2. Поток продувающего инертного газа 4 содержит первоначально ряд газов, этилен, метан, кислород, азот и аргон. Поток продувающего инертного газа 4 находится под системным давлением.

Поток продувающего инертного газа 4 подается в абсорбционную колонну 6, где этилен вымывается из потока продувающего инертного газа 4 винилацетатом потока 8, который входит в абсорбционную колонну 6 около ее верхней части.

Абсорбционная колонна 6 может иметь тарелки или насадку. Абсорбционная колонна 6 работает при давлении до системного. Также обсуждается, что абсорбционная колонна, колонна 6, может также быть простым сосудом с внутренними механизмами или без них. Поток 10, содержащий остаток из абсорбционной колонны 6, выпускается из основания абсорбционной колонны 6 и содержит первоначально винилацетат с этиленом, селективно абсорбированным им. Отработанный поток 12 выпускается из верхней части абсорбционной колонны 6 и первоначально содержит отработанные газы, а именно метан, азот, кислород и аргон, но может также содержать немного этилена. Отработанный поток 12 может сжигаться или далее перерабатываться.

Поток 10 все еще при системном давлении транспортируется в испарительный резервуар 14, где давление существенно меньше, чем системное. Например, давление в испарительном резервуаре 14 может быть примерно 5 фунт/дюйм² (34,47 кПа) или менее. Когда давление снижается в потоке 10, когда он входит в испарительный резервуар 14, винилацетат и этилен разделяются.

Поток 8, содержащий винилацетат, выпускается из одной части испарительного резервуара 14 и транспортируется с помощью циркуляционного насоса 16 обратно в поглотительную колонну 6. Поток 18 выпускается из другой части испарительного резервуара 14 при примерно атмосферном давлении или ниже и содержит первоначально этилен. Поток 18 транспортируется в компрессор 20, где этилен в потоке нагнетается до системного давления и затем возвращается в контур винилацетатного реактора 2.

Контур газового скруббера с рециркуляцией 22 является частью процесса получения винилацетата, которая используется для удаления небольших количеств винилацетата и уксусной кислоты из выходящего из реактора потока газа 24. Поток 24, когда он достигает колонны газового скруббера 26 с рециркуляцией, содержит газы, а именно этилен, кислород, азот и аргон и немного захваченных жидкостей, а именно уксусную кислоту и винилацетат. Поток 24 подается в колонну скруббера 26, где он приводится в контакт с потоком уксусной кислоты 28 для извлечения захваченных жидкостей, уксусной кислоты и винилацетата. Колонна скруббера 26 может иметь тарелки или насадку. Газы из потока 24 выпускаются из верхней части колонны газового скруббера с рециркуляцией 26 и возвращаются в контур 2 винилацетатного реактора посредством линии 30 с использованием циркуляционного компрессора 31а. Остаточный поток 27 из скруббера 26 называется неочищенным (сырым) винилацетатом и содержит, главным образом, уксусную кислоту, винилацетат, воду и следы других компонентов. Этот сырой винилацетат направляется в систему очистки (не показана) для получения винилацетата конкретной марки для продажи. Контур 2, который изображен на фигуре 1, содержит реактор, систему удаления двуокиси углерода и включает линию 24.

Способ извлечения этилена, проиллюстрированный на фиг.1, связан с использованием определенного оборудования, а именно испарительного резервуара 14 и компрессора 20, которое, в свою очередь, требует дополнительного оборудования и затрат энергии, связанных с этим способом извлечения. То есть, когда в потоке этилена/винилацетата 10 снижается давление в испарительном резервуаре 14 с отделением таким образом этилена от винилацетата, перед тем как этилен может быть возвращен в контур 2 винилацетатного реактора, он должен снова нагнетаться компрессором 20 от примерно атмосферного давления или слегка выше системного давления.

При использовании способа данного изобретения не нужен ни испарительный резервуар, ни компрессор для работы по данному способу. Соответственно способ данного изобретения создает очевидную экономию по затратам на оборудование и энергетическим затратам.

Фиг. 2, иллюстрирующая воплощение способа данного изобретения, контур винилацетатного реактора 32, содержит аспекты процесса получения винилацетата, включает испаритель и реактор (не показан). Первый продувающий поток 34 инертного газа выпускается из контура винилацетатного реактора 32. Первый поток 34 продувающего инертного газа содержит ряд газов, но первоначально, этилен, метан, кислород, азот и аргон. Поток продувающего инертного газа находится при системном давлении.

Первый поток 34 продувающего инертного газа транспортируется в абсорбционный сосуд 36, где он контактирует с уксусной кислотой из потока 40. Абсорбционный сосуд 36 работает при системном давлении. Абсорбционный сосуд 36 может быть колонной и иметь тарелки или насадку. Альтернативно, абсорбционный сосуд 36 может быть контактором, центрифужным контактором, реактором с перемешиванием, резервуаром с перемешиванием с насадкой или тому подобным. Подобным же образом абсорбционный сосуд 36 может быть пустым сосудом, т.е. не имеющим внутренней структуры, но с барботированием газа через дно сосуда.

В абсорбционном сосуде 36 этилен селективно поглощается потоком уксусной кислоты 40, и второй поток, содержащий первично уксусную кислоту и этилен, выпускается с одной стороны абсорбционного сосуда 36 как поток 44. Отработанный поток 38, определенный как третий поток, выпускается из другой части абсорбционного сосуда 36 и первоначально содержит отработанные газы, а именно метан, азот, кислород и аргон, но может также содержать немного этилена. Третий поток 38 может сжигаться или транспортироваться для дальнейшей переработки в процессах, которые будут известны опытным специалистам. В некоторых случаях содержание кислорода может быть достаточно высоким для создания воспламеняемой смеси. При этих обстоятельствах в колонну 36 или первый поток 34 продувающего инертного газа могут добавляться метан или другие разбавители для снижения концентрации кислорода в третьем потоке 38 до невоспламеняемого уровня.

Второй поток 44 уксусной кислоты/этилена затем подается в колонну газового скруббера с рециркуляцией ближе к его верхней части. Колонна 46 скруббера может иметь тарелки или насадку. Газовый скруббер с рециркуляцией является частью процесса получения винилацетата, которая используется для удаления небольших количеств винилацетата и уксусной кислоты из потока 48 циркуляционного газа, определенного как четвертый поток.

Четвертый поток 48, когда он достигает колонны скруббера 46, содержит газы, а именно этилен, метан, кислород, азот и аргон, и немного захваченных жидкостей, а именно уксусной кислоты и винилацетата. Четвертый поток 48 подается в основание колонны 46 скруббера, где он контактирует с уксусной кислотой и этиленом из второго потока 44. Этилен выделяется из второго потока 44 и выпускается из верхней части колонны газового скруббера с рециркуляцией 46, и возвращается в контур винилацетатного реактора потоком 50 с использованием компрессора 51. Выходящий поток 47 является неочищенным винилацетатом.

В другом воплощении способа данного изобретения второй поток 44, содержащий этилен, удаленный из абсорбционного сосуда 36, направляется в испаритель (не показан) в контуре реактора 32. Это воплощение не показано на чертеже.

При этом воплощении могут потребоваться некоторые специальные решения в отношении уксусной кислоты, используемой в потоке 40. Уксусная кислота может быть свежей кислотой или рецикловой кислотой. При многих процессах получения винилацетата кислота, подаваемая в колонну газового скруббера с рециркуляцией 46, является рециркулирующей кислотой. Чтобы повысить эффективность кислоты для целей поглощения, рециркулирующую кислоту обычно охлаждают перед подачей в колонну 46 газового скруббера с рециркуляцией.

Если для этого воплощения способа данного изобретения используется эта охлажденная кислота и подается в абсорбционный сосуд 36, получаемый в результате второй поток 44 также будет охлажденным. Подача охлажденного потока кислоты в испаритель могла бы повысить затраты энергии, необходимой для работы испарителя. Альтернативно, кислоту во втором потоке 44 можно было бы снова нагревать перед подачей в испаритель.

В абсорбционной колонне 36 могла бы также использоваться горячая рецикловая кислота, однако эффективность колонны в отношении поглощения этилена может уменьшаться. Кроме того, горячая кислота может вызывать коррозию поверхностей при таком использовании без специальной металлургии в колонне 36.

Способ данного изобретения является преимущественным, так как в нем используется оборудование, уже существующее при многих процессах получения винилацетата для извлечения этилена, обнаруживаемого в первом потоке 34 продувающего инертного газа. Кроме того, он осуществляется, таким образом, без добавления резервуара для быстрого испарения (снижения давления) или других средств снижения давления и без добавления компрессора или других средств повторного повышения давления между абсорбционным сосудом 36 и контуром винилацетатного реактора 32. Подобным же образом поток рецикловой уксусной кислоты 40 также присутствует в данном процессе получения винилацетата, и использование этого потока уксусной кислоты для очистки первого продувающего потока 34 инертного газа не снижает ее эффективности в отношении использования при очистке четвертого газового потока 48 в колонне 46 газового скруббера с рециркуляцией. Соответственно основные и энергетические затраты использования способа данного изобретения должны быть значительно меньше, чем затраты при способе возвращения этилена, представленном в известном процессе, показанном на фиг.1.

Дополнительным преимуществом способа данного изобретения является то, что уксусная кислота является более селективной в отношении этилена, чем винилацетат. Таким образом, по сравнению с известным способом извлечения этилена данный способ должен быть более селективным и, таким образом, более эффективным. Таблица 1 представляет растворимость этилена, азота и этилена/азота в винилацетате, а таблица 2 представляет растворимость этилена, азота и этилена/азота в уксусной кислоте. Данные отражают растворимость, определенную при 30^oС, и разное давление, выраженное в фунтах на квадратный дюйм, абсолютное (psia=фкда). Данные представлены в граммах на литр.

Условия эксперимента Для уксусной кислоты: Примерно 200 мл уксусной кислоты загружали в 300 мл автоклав с перемешиванием с источником нагревания и устройством управления. Автоклав имел 161,6 мл монтежю, связанный с реактором для добавления газа. К монтежю присоединялся 1 л резервуар; регулировали подачу газа из резервуара в монтежю и затем в реактор с помощью регулятора газа. Жидкость дегазировали путем перемешивания при примерно 1000 об/мин, останавливая перемешивание и давая выход в атмосферу. Затем в монтежю повышали давление до первоначального, равного примерно 400 psig (2757,90 кПа), и клапан цилиндра-источника закрывали. При выключенном перемешивании в реакторе нагнетали давление до заданного давления испытания, и газ добавляли до этих пор, пока больше не требовалось для поддержания желаемого давления. Когда давление в реакторе становилось стабильным, испытуемый газ выпускали после процедур дегазации, обсужденных выше.

Для винилацетата: Процедуру, рассмотренную выше в отношении уксусной кислоты, повторяли для исследования растворимости в винилацетате, за исключением того, что винилацетат из-за его летучих свойств по сравнению с уксусной кислотой нужно было дозагружать из-за потери жидкости.

Непрерывное продувание в эксперименте вызывало некоторую потерю жидкости и требовало дозагрузки жидкости в реактор. Что касается уксусной кислоты, реактор должен быть дозагружен два раза. Что касается винилацетата, реактор дозагружали пять раз в течение эксперимента. При более высоком давлении необходимо было вновь заполнять сосуд с повышенным давлением, чтобы насытить жидкость. Благодаря сжимаемости этилена первоначальное давление приближалось к порядку сравниваемых данных.

При сравнении поглощения обеими жидкостями винилацетат растворял примерно в два с половиной раза больше этилена, чем уксусная кислота при испытуемых температурах. Растворимость газа, как обнаружено, лучше при более низких температурах для обеих испытанных жидкостей. Хотя растворимость изученных газов была меньше в уксусной кислоте, чем в винилацетате, отношение растворимости этилена к растворимости метана или азота, как обнаружено, выше для уксусной, чем для винилацетата.

Поскольку данное изобретение может быть восприимчиво к различным модификациям и альтернативным формам, конкретные воплощения были представлены путем примера в рисунках и были описаны здесь детально. Однако должно быть понятно, что не предполагается, что данное изобретение ограничивается конкретными описанными формами. Вернее данное изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в суть и объем данного изобретения, которое определено следующей прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ извлечения этилена из первого продувающего потока инертного газа, содержащего этилен, и по меньшей мере один из азота и аргона из контура реактора в парофазном процессе производства винилацетата, включающем цикл выделения, при этом способ извлечения этилена включает: контактирование первого продувающего потока инертного газа, который представляет собой поток продувающего инертного газа из контура винилацетатного реактора, с уксусной кислотой в абсорбционном сосуде для селективной абсорбции этилена в уксусной кислоте; выпуск второго потока, представляющего собой жидкий поток уксусной кислоты и этилена из абсорбционного сосуда и содержащего уксусную кислоту и этилен, из одной части абсорбционного сосуда; выпуск из цикла выделения третьего потока, представляющего собой поток отработанных газов из абсорбционного сосуда и содержащего по меньшей мере один из азота и аргона, из другой части абсорбционного сосуда, в котором третий поток содержит меньше этилена, чем первый поток инертного газа; отделение этилена от уксусной кислоты во втором потоке контактированием второго потока с четвертым потоком рециркулирующего газа, представляющим собой поток газов из реакторного контура в основание скрубберной колонны и содержащим этилен в колонне скруббера, и извлечение этилена из колонны скруббера.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий рециркулирование извлеченного этилена из колонны скруббера в контур реактора.

3. Способ по п.1, в котором третий поток дополнительно содержит кислород и по меньшей мере один разбавитель добавляют в количестве, достаточном для снижения концентрации кислорода в третьем потоке, вследствие чего третий поток представляет собой невоспламеняющуюся композицию.

4. Способ извлечения этилена из первого продувающего потока инертного газа, содержащего этилен и по меньшей мере один из азота и аргона, из контура реактора, включающий стадию испарения в парофозном процессе производства винилацетата, включающем цикл выделения, при этом способ извлечения этилена включает: контактирование первого продувающего потока инертного газа с уксусной кислотой в абсорбционном сосуде для селективной абсорбции этилена в уксусной кислоте; выпуск второго потока жидкости, содержащего уксусную кислоту и этилен, из одной части абсорбционного сосуда; транспортировку второго потока на стадию испарения в контуре реактора и выпуск из цикла выделения третьего потока отработанного газа, содержащего по меньшей мере один из азота и аргона, из другой части абсорбционного сосуда, в котором третий поток содержит меньше этилена, чем первый поток инертного газа.

5. Способ по п.4, в котором третий поток отработанного газа дополнительно включает кислород и по меньшей мере один разбавитель добавляют в количестве, достаточном для снижения концентрации кислорода в третьем потоке отработанного газа, вследствие чего третий поток отработанного газа представляет собой невоспламеняющуюся композицию.

6. Способ извлечения этилена из первого продувающего потока инертного газа, содержащего этилен и по меньшей мере один из азота и аргона из контура реактора, содержащего испаритель, в парофазном процессе производства винилацетата, при этом способ извлечения этилена включает: контактирование первого продувающего потока инертного газа с уксусной кислотой в абсорбционном сосуде; выпуск второго потока жидкости, содержащего уксусную кислоту и этилен, из одной части абсорбционного сосуда; транспортировку второго потока в испаритель в контуре реактора; и выпуск третьего потока отработанного газа, содержащего по меньшей мере один из азота и аргона, из другой части абсорбционного сосуда, в котором третий поток отработанного газа дополнительно содержит кислород и по меньшей мере один разбавитель добавляют в количестве, достаточном для снижения концентрации кислорода в третьем потоке отработанного газа, вследствие чего третий поток отработанного газа представляет собой невоспламеняющуюся композицию, при этом разбавитель содержит метан.

7. Способ извлечения этилена из первого продувающего потока инертного газа, содержащего этилен и по меньшей мере один из азота и аргона, из контура реактора в парофазном процессе производства винилацетата, при этом способ извлечения этилена включает: контактирование первого продувающего потока инертного газа с уксусной кислотой в абсорбционном сосуде; выпуск второго потока жидкости, содержащего уксусную кислоту и этилен, из одной части абсорбционного сосуда; выпуск третьего потока, содержащего по меньшей мере один из азота и аргона, из другой части абсорбционного сосуда; отделение этилена из уксусной кислоты во втором потоке путем контактирования второго потока с четвертым потоком рециркулирующего газа, содержащим этилен, в колонне скруббера; и извлечение этилена из колонны скруббера, где третий поток дополнительно содержит кислород и по меньшей мере один разбавитель добавляют в количестве, достаточном для снижения концентрации кислорода в третьем потоке, вследствие чего третий поток представляет собой невоспламеняющуюся композицию, при этом разбавитель содержит метан.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3