[发明专利]制备环氧乙烷的反应器系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及反应器系统。本发明也涉及所述反应器系统在制备环氧乙烷及可由环氧乙烷衍生的化学品中的用途。

背景技术

环氧乙烷是用作制备化学品如乙二醇、乙二醇醚、乙醇胺和洗涤剂的原料的重要工业化学品。制备环氧乙烷的一种方法是通过乙烯的环氧化，即得到环氧乙烷的乙烯与氧的催化部分氧化。可以使如此制备的环氧乙烷与水、醇或胺反应以产生乙二醇、乙二醇醚或乙醇胺。

在乙烯环氧化中，使包含乙烯和氧的进料物流通过包含在反应区中的催化剂床层，所述反应区保持在一定反应条件下。相对大的反应热使在合理操作速率下的绝热操作变得不可能。尽管一些产生的热量可作为显热离开反应区，但大多数热量需要通过使用冷却剂而脱除。由于环氧化及燃烧成二氧化碳和水的相对速率非常依赖于温度，需要仔细控制催化剂的温度。这种温度依赖性以及相对大的反应热可容易地导致失控反应。

商业乙烯环氧化反应器的形式通常为管壳式换热器，其中使多个基本平行的细长的相对小直径管子由催化剂颗粒填充以形成填料床，且其中壳内包含冷却剂。不考虑使用的环氧化催化剂的类型，在商业操作中内管径通常为20-40mm和每个反应器的管子数目可为数千的范围例如至多12,000个。参考US专利4,921,681，该文献在此引入作为参考。

采用在小直径管中存在的催化剂床层，实际上消除了经过催化剂床层的轴向温度梯度和热点。采用此方式，仔细控制催化剂温度和基本避免导致失控反应的条件。

大的管子数目和管子的小直径造成几个困难。商业反应器在它们的制造中较为昂贵。同样，由催化剂颗粒填充管子是耗时的和应当在许多管子之间分布催化剂载荷以使得所有管子在流动条件下提供相同阻力。

如果可以在较小管子数目之间分布催化剂载荷而不危害反应器中催化剂床层的热量和温度控制，则是相当大的优点。

发明内容

本发明提供一种用于乙烯环氧化的反应器系统，所述反应器系统包含至少一个内管径大于40mm的细长管，其中包含的是催化剂颗粒的催化剂床层，所述催化剂颗粒包含在载体上沉积的银和促进剂组分，所述促进剂组分包含选自铼、钨、钼和铬的元素。更优选地，内管径是至少45mm。

本发明也提供一种用于乙烯环氧化的方法，所述方法包括在本发明的所述反应器系统中包含的所述催化剂床层存在下使乙烯与氧反应。

此外，本发明提供一种制备乙二醇、乙二醇醚或乙醇胺的方法，所述方法包括由本发明的乙烯环氧化方法获得环氧乙烷和使所述环氧乙烷转化成乙二醇、乙二醇醚或乙醇胺。

附图说明

图1给出了本发明的包含催化剂床层的细长管。

图2给出了可用于本发明和具有中空圆柱体几何构型的催化剂颗粒。

图3是包含本发明某些新颖方面的环氧乙烷制备方法的示意图。

具体实施方式

根据本发明提供反应器系统，所述反应器系统包含内管径大于40mm、优选为至少45mm和典型地至多80mm的细长管，所述细长管的内管径大于典型地具有20-40mm内管径的通常应用的细长管。例如使内管径从39mm增加到例如55mm将会使得当在应用相同床层深度情况下在管子之间分布相同的催化剂载荷时，管子的数目大约减半。使用更大的内管径也允许在催化剂床层中使用更大的催化剂颗粒，这可降低通过催化剂床层的压降。

包含数量低于150g/kg催化剂的银和另外包含选自铼、钨、钼和铬的促进剂组分的环氧化催化剂已经在工业上使用许多年。本发明的重要方面只是在工业化使用这么多年之后认识到这些催化剂可用于内管径大于常规使用的反应器管而不危害催化剂床层的温度和热量控制。特别有利的是使用这种含有数量为至少150g/kg催化剂的银的环氧化催化剂。