СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА Российский патент 2007 года по МПК C07D301/04 C07D301/32 

Предпосылки создания изобретения

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу рекуперации тепла в системе удаления диоксида углерода в процессе получения оксида этилена.

Описание существующего уровня техники

В ряде технологических процессов, например при получении оксида этилена путем окисления этилена молекулярным кислородом, в процессе окисления образуется также диоксид углерода. Диоксид углерода, образующийся таким образом, необходимо удалять во избежание накопления этого продукта в системе. См. патент США №3523957.

Удаление диоксида углерода из реакционной системы получения оксида этилена осуществляют, как правило, в горячей карбонатной системе (системе промывания карбонатом калия), где реакционный газ после удаления из него целевого продукта - оксида этилена - путем промывания водой в скруббере полностью или частично подают в абсорбер СО₂. Промытый газ из реакционной системы после удаления оксида этилена, как правило, является холодным и имеет температуру скруббера или, в случае повторного компримирования после промывки, несколько выше упомянутой температуры. Кроме того, этот циркулирующий газ насыщен водой при упомянутой пониженной температуре. Если этот газ направляется непосредственно в абсорбер СО₂, то он охлаждает промывочный раствор карбоната. При нагревании подаваемого циркулирующего газа за счет тепла раствора карбоната, а также вследствие испарения воды до насыщения газа при более высокой рабочей температуре абсорбера СО₂ происходит потеря тепла, содержащегося в растворе карбоната. Это тепло, или энергия, должно быть восполнено в отдувочной секции (регенераторе) системы удаления СО₂, где раствор карбоната подогревают паром для обеспечения выделения диоксида углерода в атмосферу.

Кроме нагревания газа, поступающего в абсорбер, необходимо также охлаждать газ после выхода его из абсорбера с целью удаления воды перед возвратом газа в реакционную систему получения оксида этилена, поскольку вода вредна для катализатора реакционной системы. Кроме того, с целью предохранения катализатора получения оксида этилена от возможного загрязнения карбонатом, необходимо промывать газ после выхода из абсорбера водой для предотвращения уноса карбоната в реакционную секцию. Как правило, упомянутые охлаждение газа и промывка выполняются в виде двух отдельных операций. Охлаждение производится в обычном теплообменнике, а промывка - в промывочной колонне. При охлаждении газа тепло теряется с охлаждающей водой.

Повышение экономических характеристик рекуперации тепла в таких процессах является желательным, поскольку даже незначительное повышение эффективности приводит к значительной экономии средств в связи с крупномасштабностью установок мирового класса для производства оксида этилена.

Краткое описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением поток циркулирующего газа из реакционной системы получения оксида этилена после удаления оксида этилена перед подачей на абсорбцию СО₂ нагревают путем непосредственного контакта с циркулирующим водным потоком, который, в свою очередь, нагревают путем непосредственного контакта с потоком рециркулирующего газа, возвращаемого после абсорбции CO₂ в реакционную систему получения оксида этилена. Таким образом, циркулирующий газ, охлажденный в процессе извлечения оксида этилена путем отмывки, нагревают и насыщают водой при повышенной температуре перед подачей его в систему абсорбции горячим карбонатом. Нежелательные охлаждение и потеря тепла из карбонатной системы сводятся к минимуму. После удаления СО₂ циркулирующий газ перед возвратом в реакционную систему охлаждают и отмывают от остаточного карбоната и снижают содержание в нем воды путем его контакта с охлажденным циркулирующим водным потоком, используемым для нагрева циркулирующего газа. Тепло, содержавшееся в газе, возвращаемом из абсорбера СО₂, эффективно передается рециркулирующему газу, поступающему на абсорбцию СО₂.

Краткое описание чертежа

На прилагаемом чертеже схематически представлено осуществление изобретения.

Подробное описание изобретения

На чертеже не показана обычная схема производства оксида этилена путем окисления этилена молекулярным кислородом и обычная система извлечения оксида этилена водой. Эти операции хорошо известны и широко применяются в промышленной практике.

На чертеже представлен предварительный сатуратор 1, содержащий верхнюю секцию 6 и нижнюю секцию 5, причем каждая секция обеспечивает тесный контакт пара с жидкостью. Предпочтительно каждая секция снабжена инертной насадкой для упрощения контакта пара с жидкостью.

Циркулирующий газ из реактора окисления этилена после поглощения оксида этилена в скруббере поступает по линии 4 в нижнюю секцию 5 предварительного сатуратора 1. Циркулирующий газ, вводимый по линии 4 после отмывки в скруббере, является относительно холодным, например имеет температуру от 32 до 50°С. В нижней секции 5 этот циркулирующий газ тесно контактирует с нагретым водным потоком из верхней секции 6, который поступает в секцию 5 по линии 7. Водный поток, вводимый по линии 7, имеет температуру, например, от 70 до 85°С.

В результате контакта в секции 5 поток циркулирующего газа нагревается до температуры приблизительно от 65 до 80°С и насыщается водой при этой температуре. Этот нагретый циркулирующий газ поступает по линии 8 на известную стадию абсорбции горячим карбонатом, где из газа удаляется СО₂, образовавшийся в процессе окисления этилена. Поскольку циркулирующий газ нагревается в предварительном сатураторе перед поступлением в абсорбер горячим карбонатом, охлаждение горячего карбонатного потока сводится к минимуму.

Водный поток после контакта поступает по линии 9 из нижней секции 5 предварительного сатуратора 1 в холодильник 10, где происходит дальнейшее охлаждение потока, например, до температуры от 40 до 45°С. Охлажденный водный поток поступает по линии 11 в верхнюю секцию 6 предварительного сатуратора 1, где этот охлажденный водный поток вступает в тесный контакт с циркулирующим газом, возвращаемым по линии 12 со стадии абсорбции горячим карбонатом, и охлаждает его.

В секции 6 циркулирующий газ одновременно охлаждается и отмывается от содержащегося в нем карбоната, который в противном случае отрицательно воздействовал бы на катализатор получения оксида этилена, если бы он возвращался в реактор получения оксида этилена.

Из секции 6 водный поток после контакта, нагретый теперь, например, до 65-85°С, поступает по линии 7 в нижнюю секцию 5, где, как описано выше, предварительно подогревает циркулирующий газ перед поступлением последнего на абсорбцию горячим карбонатом.

Охлажденный циркулирующий газ, имеющий температуру, например, от 45 до 48°С, который содержит пренебрежимо малое количество карбоната и пониженное количество воды по сравнению с потоком в линии 12, поступает по линии 13 в виде рецикла в реакционную систему получения оксида этилена.

Применение настоящего изобретения в форме, представленной на чертеже, обеспечивает ряд существенных преимуществ по сравнению с известными системами. Помимо рекуперации тепла циркулирующего газа, выходящего из абсорбера СО₂, можно применить весьма высокие расходы промывочной воды, что обеспечивает более эффективную промывку по сравнению с известной изолированной промывочной системой. Кроме того, падение давления циркулирующего газа меньше, чем в случае использования теплообменника. Это способствует снижению энергозатрат в реакционной системе получения оксида этилена.

Другим преимуществом, весьма важным для системы поглощения горячим карбонатом, является снижение содержания остаточного оксида этилена в циркулирующем газе, поступающем в абсорбер CO₂. Как правило, при поглощении оксида этилена из циркулирующего газа некоторое незначительное количество оксида этилена остается в газе. При поступлении этого газа в систему промывки горячим карбонатом этот остаточный оксид этилена превращается в гликоль, который накапливается в технологическом потоке до удаления его через клапан выброса СО₂. Этот гликоль загрязняет окружающую среду, и часто приходится принимать меры для его удаления. Снижение содержания остаточного оксида этилена в газовом потоке, поступающем в абсорбер, имеет особое значение для поддержания низкого уровня CO₂ в реакционной системе получения оксида этилена, поскольку количество циркулирующего газа, поступающего в абсорбер, увеличивается. Например, при концентрации СО₂ в газе после окисления этилена 7% (объемн.) в абсорбер подают лишь приблизительно 20% общего количества циркулирующего газа. Однако, если требуется поддерживать концентрацию СО₂ 1% (объемн.), то в упомянутый абсорбер подают весь циркулирующий газ, что может вызвать увеличение количества образующегося гликоля в 5 раз, если не снизить количество остаточного оксида этилена в газовом потоке, поступающем в абсорбер.

Нижеприведенный пример иллюстрирует изобретение со ссылками на прилагаемый чертеж.

Пример

В установке производства оксида этилена мощностью 600000 т/год поток 4 циркулирующего газа из реакционной системы после поглощения оксида этилена в варианте технологии с низким содержанием СО₂ имеет массовую скорость 13300 кг·моль/ч; содержание СО₂ составляет в типичном случае 2,2% (объемн.) и содержание воды 0,39% (объемн.). Остаточное содержание оксида этилена составляет 30 млн^-1 (объемн.). Температура газа 41°С и давление 20,0 бар (2 МПа). Скорость циркулирующего потока 7 воды составляет приблизительно 70400 кг·моль/ч, а ее температура 43°С. Этот циркулирующий поток воды после выхода из газоохлаждающей секции 6 нагревается до 79,3°С. Эту воду вводят в контакт с циркулирующим газом в снабженной насадкой секции 5 предварительного сатуратора 1. Газ при этом нагревается до 77°С, а жидкость охлаждается до 57°С. От жидкости к газу передается приблизительно 28,2 млн. ккал (118,0 млн. кДж). Температура газа повышается до 77°С, и содержание воды в нем повышается до 2,12% (объемн.). Содержание оксида этилена в газе, поступающем в абсорбер CO₂, снижается на 60%.

Воду из газоподогревательной секции 5 откачивают насосом и охлаждают в теплообменнике 10 до 43°С, после чего возвращают в верхнюю часть газоохлаждающей секции 6. В верхней охлаждающей секции эту воду вводят в контакт с газом, поступающим из абсорбера CO₂, в секции 6, также снабженной насадкой. Газ, возвращаемый из абсорбера CO₂ по линии 12, имеет температуру 98°С и содержание воды 3,6% (объемн.). Этот газ в секции 6 охлаждают циркулирующей водой до 45°С, при этом содержание воды в нем снижается до 0,49% (объемн.). Помимо охлаждения, циркулирующий газ захватывает оксид этилена, растворившийся в воде в нижней секции 5, при этом содержание оксида этилена повышается с нуля в потоке 12, возвращаемом из абсорбера, до 17,5 млн^-1 (объемн.) в потоке 13. Таким образом, достигается извлечение 60% оксида этилена, содержавшегося в исходном газе.

Циркулирующий газ, возвращаемый в реакционную систему по линии 13, имеет содержание СО₂, сниженное в абсорбере с 2,1% (объемн.) в исходном газе до 1,0% (объемн.). Давление возвращаемого газа составляет 19,7 бар (1,97 МПа), что свидетельствует о том, что перепад давления во всей системе составляет лишь 0,3 бар (30 кПа), из которых 0,2 бар (20 кПа) приходится на предварительный сатуратор 1. При использовании обычного теплообменника перепад давления составляет приблизительно 0,6 бар (60 кПа).

В этом примере достигнуты следующие цели в соответствии с настоящим изобретением. Приблизительно 62% тепла, содержащегося в газовом потоке 12 из абсорбера СО₂, рекуперируют и передают циркулирующему газу, направляемому в абсорбер СО₂. Газ, возвращаемый в абсорбер СО₂, промывают и охлаждают, достигая понижения его влагосодержания. Остаточное содержание оксида этилена в газе, направляемом в абсорбер СО₂, снижают на 60%. Указанные цели достигнуты при меньшем перепаде давления по сравнению с известным решением.

В масштабах установки мирового класса для производства оксида этилена достигается значительная экономия.

Для специалиста очевидно, что секции 5 и 6, показанные чертеже как составные части одного и того же предварительного сатуратора, могут представлять собою также отдельные аппараты или могут быть объединены с другими аппаратами, например с абсорбером СО₂. Сущность процесса остается неизменной, и секции 5 и 6 работают таким же образом, как описано выше.

Изобретение относится к усовершенствованному способу рекуперации тепла в системе удаления CO₂ в процессе получения оксида этилена. Описывается способ получения оксида этилена, при котором оксид этилена поглощают из потока циркулирующего газа путем промывания в скруббере, промытый поток циркулирующего газа вводят в контакт с горячим поглотительным раствором карбоната для абсорбции CO₂, и поток циркулирующего газа после абсорбции CO₂ возвращают в цикл процесса получения оксида этилена, при этом он включает введение в контакт упомянутого промытого потока циркулирующего газа после удаления оксида этилена в первой контактной ступени с нагретой водной жидкостью, передачу подогретого циркулирующего газа на стадию абсорбции горячим карбонатом для удаления CO₂, охлаждение упомянутого циркулирующего газа со стадии абсорбции карбонатом и удаление из него карбоната путем введения его в контакт на второй контактной ступени с упомянутой водной жидкостью с первой контактной ступени после ее охлаждения, передачу водной жидкости со второй контактной ступени в первую контактную ступень и передачу охлажденного циркулирующего газа с упомянутой второй контактной ступени в реакционную систему получения оксида этилена. Способ обеспечивает повышение эффективности и экономичности рекуперации тепла. 1 ил.

Способ получения оксида этилена, в котором оксид этилена поглощают из потока циркулирующего газа путем промывания в скруббере, промытый поток циркулирующего газа вводят в контакт с горячим поглотительным раствором карбоната для абсорбции СО₂, и поток циркулирующего газа после абсорбции CO₂ возвращают в цикл процесса получения оксида этилена, отличающийся тем, что он включает введение в контакт упомянутого промытого потока циркулирующего газа после удаления оксида этилена в первой контактной ступени с нагретой водной жидкостью с целью подогрева упомянутого промытого потока циркулирующего газа и поглощения содержащегося в нем оксида этилена и охлаждения упомянутой водной жидкости, передачу упомянутого подогретого циркулирующего газа на стадию абсорбции горячим карбонатом для удаления СО₂, охлаждение упомянутого циркулирующего газа со стадии абсорбции карбонатом и удаление из него карбоната путем введения его в контакт на второй контактной ступени с упомянутой водной жидкостью с первой контактной ступени после охлаждения упомянутой водной жидкости, передачу водной жидкости со второй контактной ступени в первую контактную ступень и передачу охлажденного циркулирующего газа с упомянутой второй контактной ступени в реакционную систему получения оксида этилена.