[发明专利]在微通道反应器中制备环氧乙烷的方法

说明书

本发明涉及一种在微通道反应器中制备环氧乙烷(EO)的改进方法， 其中将含乙烯的料流和含氧气或氧源的料流加入微通道反应器中，并在含 催化剂的微通道反应器中进行向环氧乙烷的转化。

从乙烯制备环氧乙烷在原则上属于环氧化反应，是氧化反应的一个分 支。此外，在这些术语之间没有区别，所以乙烯的氧化涵盖乙烯的环氧化。

各种制备环氧乙烷的方法是公知的，已有描述。因此，通过用分子氧 将乙烯气相环氧化来制备环氧乙烷的工业方法一般在管直径为20-50mm 的外冷却的管壳式反应器中以及在具有松散催化剂床和冷却管的反应器中 进行，例如在DE-A 34 14 717、EP-A 82 609和EP-A 339 748中描述的反 应器。在这里，约10-20％的加入反应器中的乙烯被转化成环氧乙烷和不需 要的副产物二氧化碳。未反应的原料一般在循环气体中循环(参见Ullmann ′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，A10卷；117-135、123-125 页；VCH Verlagsgesellschaft；Weinheim 1987)。

US 2006/0036106描述了通过在微通道反应器中反应来制备环氧乙烷。 一般，这种操作模式可以是有利的；因此，例如，改进的除热和原料分子 (乙烯和氧源)的更深入接触是可能的。

但是，如果要实现高效率的目标的话，在微通道反应器中制备环氧乙 烷的公知方法在实践中从工艺工程方面而言是复杂的。必须采用较高的反 应温度以确保高的时空产率，但是这会对环氧乙烷的选择性产生不利的影 响。例如，在EP 266015第11页表2中公开了对于催化剂而言180-325℃ 的温度范围。另外，在高温下，在常规反应器中存在不能有效除去产生的 反应热的风险。这会导致反应器中的反应失控。

所以，本发明的目的是提供一种在微通道反应器中制备环氧乙烷的改 进方法，此方法能避免上述缺点，并能在工艺工程方面有效且简单地制备 环氧乙烷。

因此，我们发现了一种在微通道反应器中制备环氧乙烷的方法，其中 将含乙烯的料流和含氧气或氧源的料流加入微通道反应器中，并在含催化 剂的微通道反应器中进行向环氧乙烷的转化，其中将烷基卤化物以按体积 计0.3-50ppm的浓度连续地加入微通道反应器中，基于引入反应器中的所 有料流的总体积流计。

在另一个实施方案中，我们发现了一种在微通道反应器中制备环氧乙 烷的方法，其中将含乙烯的料流和含氧气或氧源的料流加入微通道反应器 中，并在含催化剂的微通道反应器中进行向环氧乙烷的转化，其中将含氮 化合物以按体积计0.3-50ppm的浓度连续地加入微通道反应器中，基于引 入反应器中的所有料流的总体积流计。

为了本发明目的，作为本发明烷基卤化物和含氮化合物的浓度基准的 总体积是引入反应器中的所有料流的总体积，特别是O₂、乙烯和任何所含 的惰性气体组分，例如N₂、甲烷，和任何其它存在的杂质，例如CO₂、 CO、Ar和H₂O。

在加入微通道反应器中的总料流中存在的任何CO₂的比例有利地保持 在低水平。已经发现，对于本发明通过乙烯氧化制备环氧乙烷的方法的有 效性而言，在微通道反应器中，小于2体积％、特别是小于1体积％的CO₂浓度是特别有利的。

在另一个本发明方法的实施方案中，可以加入烷基卤化物和含氮化合 物两者，在这种情况下，这两种额外引入的料流的总浓度是按体积计的 0.6-100ppm，基于引入反应器中的所有料流的总体积流计，其中烷基卤化 物的比例优选是约0.1-1，特别优选0.3-1，基于加入的这两种料流总和计。

烷基卤化物和/或含氮化合物按照本发明浓度范围的、有目标的连续添 加实现了催化剂选择性的持续改进。根据本发明引入烷基卤化物和/或含氮 化合物，减少了由于乙烯的完全氧化而形成二氧化碳。这与在不引入烷基 卤化物和/或含氮化合物的情况下在微通道反应器中将乙烯氧化成环氧乙 烷的方法相比，有利地实现了选择性增加0.1-10％。催化剂的活性也可以 通过这种引入而受到影响或设定，这是因为可以形成有利于乙烯氧化的催 化剂相。