[发明专利]环氧乙烷的制备方法

说明书

本发明涉及银催化气相氧化乙烯以生产环氧乙烷的改进方法，更具体地讲，是涉及较为经济的环氧乙烷生产方法，其中采用半渗透膜分离装置来最大限度地减少未反应乙烯的损失，从而有效地选择性分离出该方法循环气体中的氩稀释气，而同时又不会大量损失乙烯。

生产环氧乙烷的反应是世界上最重要的工业反应之一。目前，全世界的年生产率为大约八百万吨/年。就其工业实用性而言，这种方法的操作情况常常依赖于提高环氧乙烷产率的能力（即使只有相当少量的提高）;或者说相反，依赖于降低工艺中各种基本原料的成本（即使只有相当少量的降低）。

该工艺的主要实施方案之一是，与乙烯反应的氧气是从昂贵的供氧途径获得的。这种供氧途径能提供纯度极高（如95+%）的氧气，同时夹带量相当小但能起重要作用的一种或多种稀释气组份，如氮气和氩气等。当将氧气和乙烯通入该方法循环气路时（常常与补充乙烯气流相连），氧气和乙烯与控制量的其它稀释气，其它反应产物和杂质气体，如二氧化碳，氩气，氮气和甲烷等相混合。在考虑反应气的组成时，其中各组份的准确浓度是应该考虑的重要因素，因为在本技术领域还没有找到选择性清除这些杂质气体，特别是氮气和氩气，而同时又不失掉大量有价值的原料气，如乙烯的较为经济的方法。在工业规模的生产设备里，过量的二氧化碳常常是用化学方法从反应循环气体中吸收出来的，其方法是将气流与热碳酸钾溶液接触，再用蒸汽汽提出二氧化碳，然后将其排放入大气中，其中损失的乙烯量最小。虽然这种吸收装置昂贵，而且操作过程中还需要消耗掉大量能源，但由于其中减少了乙烯损失量，所以说还是较为经济的。过去，该领域是采用不太昂贵的消除装置，如进行排气或抽吸操作以控制稀释气，如氮气和氩气的浓度的。但不幸的是其中仍然要损失掉大量的乙烯并因而降低环氧乙烷的产率。

在构成一般由多种稀释气组份与氧气和乙烯组成的反应组合物时，应该考虑的重要因素是要形成能够避免太高而又不稳定的氧气和/或乙烯浓度的气体组合物。另一方面，乙烯还可能全部燃烧而生成反应产物二氧化碳和水蒸汽，而且混合气体组合物还可能有超过燃点而发生爆炸的危险。在考虑可燃性问题时，气体中的氩气量特别重要，因为就降低气体混合物的可燃性而言，氩气特别无效。因此，本技术领域长期以来一直希望有一种能选择性监控并较为经济地分离某些组份，特别是氩气，而同时又不会大量损失反应气，特别是乙烯的生产方法。

在已公开的环氧乙烷生产方法中，美国专利3，083，213较早地提出不希望存在氩气，特别是考虑可燃性因素时应是这样。美国专利3，119，837提出在环氧乙烷生产工艺中于某些条件下以甲烷作为适宜的稀释气体。英国专利1，321，095公开的环氧乙烷生产方法中，使用乙烯量可高达40-80%（体积），而用排气机构控制几种稀释气体。

在本发明的一相关发明中，提出用半渗透膜选择性从环氧乙烷循环气流中分离出二氧化碳和氩气;该相关发明的方法中采用低纯度的氧原料气流，而且还最好不采用其它的单元操作来从整个系统中分离二氧化碳。

本发明的目的是提供从乙烯-氧气的循环气体混合物中选择性地分离出氩气的方法。

本发明的另一目的是提供分离氩气，同时将循环气中的氩气保持在符合要求的浓度下而又不会让大量乙烯从循环气中损失掉的方法。

因此，本发明中包括生产环氧乙烷的改进方法，其步骤包括：在一反应区里有适宜的银基催化剂存在并于适宜的温度，如约200至300℃和超大气压力，如约100至400psia的条件下，让乙烯与基本上为纯净的，如纯度达90%（克分子），优选是达99%的氧原料气流反应：该反应还是在适宜的反应气体混合物存在下发生的，即该混合物中包括约5至50%（克分子）的乙烯，5至9%（克分子）的氧气，1至25%（克分子）的氩气，2至15%（克分子）的二氧化碳，0.2至1%（克分子）的水蒸汽和20至60%（克分子）的甲烷和氮气的混合气;从反应后排出的气体混合物中分离出环氧乙烷产物，分离操作可在例如洗涤区里进行;从反应气体混合物中分离出符合要求量的二氧化碳，即平均分离速率优选的是基本上等于该方法中生成二氧化碳的平均速率，而且优选的是采用化学吸收方法;选择性分离出符合要求量的氩气，即平均分离速率基本上等于氩气进入氧原料气流的平均速率，如从反应气体混合物总量中分离出约0.01至0.5%（克分子）;该分离步骤的操作方法是让适宜量，如约0.5至25%，优选的是2至5%的反应气体混合物通过适宜的半渗透膜分离装置，即压差维持在约10至400psi，优选的是约100至250psi的膜分离装置;用新鲜原料气，例如氧气和乙烯补足贫反应物气体混合物;然后重复该方法的循环。