[发明专利]环氧乙烷制备方法的改进控制和最优化

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2006年9月1日提交的美国临时申请序列60/841,767 号的权益。

发明背景

本发明涉及制备环氧乙烷的方法。在含银催化剂的存在下，通过氧气 或含氧气体与乙烯在高温反应制备环氧乙烷是化学工业中的关键方法。由 于氧的可燃性质，这些方法依赖于对氧的精确并且准确的控制，尤其是， 对″极限氧值″(″LOV″)的控制，所述″极限氧值″(″LOV″)也被称作最大可允 许氧浓度″(MAOC″)。LOV是燃烧反应通过环氧乙烷工艺气体蔓延时的氧 浓度。本领域技术人员熟悉计算LOV的公式。使用太多的氧可能导致灾 难性的点燃，而使用太少的氧可能导致不良收率。为了自动安全地关闭和 隔离氧进料，还使用了独立的反应器进口和出口氧分析仪。如果连续监控 进口氧浓度的能力丧失，则必需立即关闭氧和碳的进料。如果连续监控出 口氧浓度的能力丧失，则(a)必需立即关闭受到影响的反应器，或(b)必需使 进口氧浓度保持低于出口使用极限。如果选择备选方案(b)，则若进口氧浓 度超过LOV的偏差，必需立即关闭反应器以确保能够维持安全限度。偏 差的大小取决于系统的几何结构和过去的分解历史。例如，在氧浓度超过 出口LOV+1体积％(基于监控能力丧失之前的LOV计算)的情况下，可 以触发关闭。(很多商业化的环氧乙烷工厂将不选择在这种(b)选项下工作。 因此，高精确和准确度地控制反应器上的LOV是非常重要的。事实上， 大部分的环氧乙烷设备要求分析仪系统和仪器具有带余量的冗余度。

当前，在工业中的最佳方法是使用基于顺磁分析仪的氧测量。仪器本 身中的限制可能显著地影响将LOV控制在其最佳值的能力，因此限制了 环氧乙烷工厂的总效率和收率。使用顺磁分析仪控制LOV存在若干缺陷：

(1)反应体系气体中的很多非氧组分压低了顺磁分析仪所示的氧浓度， 导致顺磁偏差。有两种方法来补偿这种偏差。第一种方法是校准非目标气 体的范围中点处的浓度。这种方法的缺点在于所述补偿将是偏差的平均值 并且测量的不确定性增加。第二种方法是用来自气相色谱或气相色谱/质谱 仪的“活”输入进行补偿。这种方法的缺点是数据不是实时的，并且质谱 仪的可靠性不如使用其它方法那么高。

(2)氧是反应性的。当样品通过10-100米的管道系统运送到在分析仪遮 蔽所内的分析仪中比如使用顺磁分析仪时，产生涉及样品完整性的问题。

(3)在环氧乙烷流中的工艺温度可以高达330℃，但是顺磁分析仪的温 度极限约为130℃。因此，在分析之前，必需降低样品温度。

(4)在环氧乙烷流中的工艺压力可以高达350psig，而顺磁分析仪的压 力极限约为50psig。因此，在分析之前，必需降低样品压力。

(5)顺磁分析仪被所述流中的固体/液体所污染，导致反射镜被覆盖以 及室短路(short)。因此，样品可能被破坏或损害测量的安全。

(6)顺磁分析仪耗费一段时间将样品输送到受遮蔽的分析仪中，并且 需要另外的一段时间来调节样品(降低温度、降低压力)。

(7)顺磁分析仪的室排放口连接到室排放口头部，并且需要压力补偿。 压力补偿的变化导致氧测量中的不确定性。

顺磁分析仪的所有这些缺点都导致向LOV的控制引入了变化性。因 此，本领域需要一种比如今所使用的最优方法更快速、精确和准确地测量 环氧乙烷工艺中的氧的方法。

Hanson等在Section II.4.3，Sensors for Advanced Combustion Systems， Global Climate&Energy Project，Stanford University，2004中归纳了可调近 红外二极管激光器的发展和用于测量来自燃煤电站锅炉、废物焚烧炉以及 来自喷气发动机的气体燃烧过程中的氧、一氧化碳和氮的氧化物的吸收光 谱法展。在Thompson等的美国专利申请公布US 2004/0191712A1中，将 可调近红外二极管激光器和吸收光谱系统应用于炼钢工业中的燃烧用途。

Kitchen等的US6258978公开了一种通过使乙烯、乙酸和氧在催化剂 的存在下接触以产生出口流，由此制备乙酸乙烯酯的方法。出口流中氧的 浓度保持在其可燃性极限或可燃性极限附近。Kitchen指出，在碰到高温 和高压的情况下，例如与反应出口相邻的地方碰到高温和高压的情况下， 不能使用顺磁分析仪。

发明概述