[发明专利]分离二氧化碳的方法

说明书

本发明涉及从含有乙烯和氧在银催化剂下反应所生成的组分的混合物中分离二氧化碳的方法。

众所周知，在用银催化剂使乙烯和氧反应制备环氧乙烷时，形成副产物。其中主要副产物是二氧化碳，这是因为环氧乙烷的选择性只能达到80-82%（摩尔）。

循环至氧化反应的未反应组分中存在大量二氧化碳是不希望的，通常，在通过在水中吸收从反应混合物中脱除环氧乙烷产物后，含有未反应化合物和稀释剂的剩余气体混合物（可能含有甲烷、氮、氩、氧、乙烯、乙烷和二氧化碳等）与二氧化碳部分分离。为此，使反应混合物在洗涤器中与吸收剂，例如碱金属碳酸盐，特别是碳酸钾接触。吸收过程中发生的反应是

由于环境因素和生产成本，有必要使碳酸钾再生，这需要大量蒸汽，因此又导致方法的总成本增加。

此外，也有必要脱除循环物流中积累的氩气。常规采用的氩气排放方法同时导致乙烯损失，对整个方法的经济效益产生不利影响。

本发明人发现可以用更经济更清洁的方法从反应混合物中脱除二氧化碳，从而可免除用碳酸盐吸收和后来的解吸。而且还发现可以使氩气的泄放降至最小，由此降低潜在的乙烯损失。

本发明涉及从含有乙烯和氧在银催化剂下反应所生成的组分的混合物中分离二氧化碳的方法，其中分离通过使二氧化碳气由膜的一面吸入，在膜体中溶解，透过膜扩散和在膜的另一面解吸来实现。

Kirk-Othmer的“Encyclopaedia    of    Chemical    Technol    ogy”第三版第十五部分在标题为“薄膜技术”下详细描述了各种膜，特别是102页和104页分别描述了致密膜和多孔膜。

物种可以通过膜传递的一个非常重要和基本的方式是在膜的上游面渗透分子溶解在膜中，然后分子沿其浓度梯度向膜的下游面扩散，在膜的下游面蒸发或溶于相邻的流体相。穿过膜扩散的驱动力是施加于系统的压力。另一种驱动力是浓度。事实上，膜的上游面和下游面之间的压差和浓度差构成了主驱动力。

适用于本发明的分离二氧化碳方法的膜是致密膜。致密膜一般具有选性传递物种的能力，因此适用于分子分离过程，例如气体净化。使用致密膜，既使是相同大小的分子，只要他们在膜中的溶解性和扩散性不同，也能将其分离。致密膜可能具有低的传递率，在生产能力为首要考虑因素的分离方法的工业实施中，有必要将膜制成超薄，以获得所需的传递率。

操作中施加于膜的上游面的压力通常为1-100巴（100-10000千帕），以10-80巴（1000-8000千帕）为好。

从中分离二氧化碳的混合物宜含有乙烯和氧在银催化剂下反应所得、脱除了产物环氧乙烷（较好的是水洗法）后所乘的组分。实践中，该混合物的主要组分是二氧化碳、甲烷、乙烷、氩气、氮气和氧气，这取决于用于氧化方法的初始混合物。

根据本发明，分离二氧化碳后剩余的气体混合物可循环至氧化反应。业已发现，至少部分存在的氩气与二氧化碳一起分离出，因此降低了为防止氩气积聚的泄放。

可取的是，用于本发明方法的致密膜用等离子聚合法制得。物理学上认为等离子体是正电荷和负电荷粒子和中性粒子（分子、原子和基团）的集合，形成物质的中性电荷分布。等离子可存在于固体（如金属中激发电子）和液体（如溶于水中的盐），但通常以为与气体更密切相关。

当不断向一固体施加能量（例如热）时，它首先熔化，然后气化，最好从一些中性气体原子和分子中移出电子（称为离子化过程），产生正电离子和（负电）电子的混合物，同时保持总的中性电荷密度。当显著量气体被离子化时，它的特性将会出现大的变化，与固体、液体和气体很不相同。等离子态被认为是物质的第四种状态，它与自身、与电场和磁场以及与环境的反应方式都是独特的。

等离子聚合是将有机单体引入充满等离子的空间，例如通过施加电场使有机单体活化，将有机单体转变为基团或单体以进行聚合反应的方法。可以制出含有一层或多层等离子聚合物的膜。等离子聚合物通常置于多孔基体上。

可以用任何能离子化的有机单体化合物形成等离子聚合物膜。适宜的有机化合物的实例有烯烃、芳烃、烯化氧、卤化低碳烃和腈类。较好的是，将该有机化合物与惰性气体（如氩气）一起导入绕有诱导盘管或装有电极的等离子室。在等离子聚合中同时了生各种方式的反应。