[发明专利]环氧化方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2012年7月26日提交的美国临时专利申请序列号61/676,050的权益，通过引用将其全部内容结合于此。

技术领域

本发明涉及环氧乙烷(氧化乙烯，ethylene oxide)的生产，更具体地涉及生产环氧乙烷的方法，其中，首先提供包含至少通过脱水乙醇得到的乙烯的进料组分，然后在使进料组分与含银环氧化催化剂接触之前，使其与脱硫催化剂接触。

背景技术

尽管环氧乙烷以微量存在于自然状态中，但是Alsatian chemist Charles-Adolphe Wurtz在1859年使用所谓的“氯乙醇”方法首次在实验室状态下合成了环氧乙烷。但是，在Wurtz时期没有完全理解环氧乙烷作为工业化学品的有用性；并且至少部分由于对于作为用于快速发展的汽车市场的防冻剂的乙二醇(环氧乙烷是其中间体)需求的快速增加，使用氯乙醇方法的环氧乙烷的这种工业生产直到第一次世界大战前夕才开始。即使这样，氯乙醇方法生产相对少量的环氧乙烷，而且是高度不经济的。

氯乙醇方法最终被另一种方法所取代，法国化学家Thèodore Lefort在1931年发现乙烯与氧的直接催化氧化，其是环氧乙烷合成的第二突破的结果。Lefort使用固体银催化剂与包含乙烯的气相进料，并且利用空气作为氧源。

在直接氧化方法发展的80年中，环氧乙烷的生产增加显著，以至于今天它是化学工业中最大体积的产品之一，由一些人估计计算，其与通过非均相氧化生产的有机化学品的总值的一半一样多。2000年的全球产量是约150亿吨。(生产的环氧乙烷的约三分之二被进一步加工成乙二醇，而制造的环氧乙烷的约10％被直接用于如蒸汽消毒的应用。)

环氧乙烷产量的增长一直伴随着催化和处理的连续创新。近年来，以及环氧乙烷领域的研究人员特别感兴趣的一直是取代乙烯原料的来源。通常，乙烯源自用蒸汽热裂解的石油源，尤其是石脑油。取代原料的该兴趣不仅是原油价格的持续增长的结果，而且也是因为使用可再生和大量的烃源的重要性的较高环保意识。

已经吸引了近年来相当大的兴趣的一种这种烃源是源自生物乙醇的乙烯。生物乙醇本身由植物生物质和农业副产品以及废物发酵得到-因此是大量的且可再生的。生物质发酵成乙醇产生包含约95％水和5％乙醇的混合物。然后使用共沸蒸馏或溶剂萃取的组合分离水。为了生产乙烯，然后将乙醇输送至脱水处理，在该处其在脱水催化剂上反应形成乙烯，然后形成用于环氧乙烷或一种或多种环氧乙烷衍生物的初级原料或进料组分。这返回到用于生产乙烯的生物乙醇，是具有讽刺意味的，因为在19世纪中期首次合成乙烯时，是在均匀的磷催化剂存在下通过脱水乙醇得到的乙烯。(Roscoe,H.A.and Schorlemmer,C.,A Treatise on Chemistry,1878,612)。

在源自生物乙醇的乙烯提供作为可替代的原料、大量和可再生以及半依赖于世界石油市场的优势的同时，还存在某些挑战。此处最值得注意的是尽管试图从源自生物乙醇的乙烯中除去杂质和分离副产物，但是仍然残留有必须处理和除去的某些污染物的问题。例如，含硫化合物，在源自生物乙醇的乙烯中不仅频繁地发现常见和相对易于除去的硫化氢，还频繁地发现更顽固的含硫化合物，如难降解的(refractory)有机硫，包括硫醇、噻吩、和硫化羰。事实上，在Roscoe和Schlorlemmer分析脱水方法的报告中确定了作为乙醇脱水副产物的硫的存在，其还指明使用碱洗液来消除它。

污染物硫已被确定为是特别严重的催化剂毒物。特别是吸附硫至银的情况，事实上，银对硫的亲和性可以被看作是银物体上的可见形式的玷污，该银物体从周围空气中吸附硫化氢和其他硫化合物形成硫化物层。硫在环氧乙烷体系中是特别有害的，因为它是长期已知的对Ag类环氧乙烷催化剂严重并且不可逆地有毒的(Rebsdat,S.and Mayer D.,2005,Ethylene Oxide,Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry)。