專利名稱：一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)乙二醇的系統(tǒng)，特別地涉及由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
環(huán)氧乙烷/乙二醇(EG)是乙烯系列產(chǎn)品中的第三大品種，用途廣泛，是生產(chǎn)聚酯、表面活性劑、防凍液等的重要化工原料。
由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備單乙二醇的方法是用乙烯和氧氣在銀催化劑存在下通過催化氧化反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷再經(jīng)水解生成乙二醇。整個生產(chǎn)系統(tǒng)包括環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)、環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)系統(tǒng)、乙二醇分離純化系統(tǒng)，所述的乙二醇分離純化系統(tǒng)包括蒸發(fā)系統(tǒng)和真空脫水系統(tǒng)。
目前環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)中尚存在以下問題一、環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的設(shè)計乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備之一的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器通常是一個列管式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)管內(nèi)裝有催化劑；乙烯和氧氣自上而下通過反應(yīng)管。反應(yīng)放出的熱量由管外冷卻水帶走。由于環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置流程復(fù)雜，其關(guān)鍵設(shè)備環(huán)氧乙烷反應(yīng)器設(shè)計難度很大。
目前大型環(huán)氧乙烷/乙二醇工業(yè)化裝置中用于高活性催化劑的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器反應(yīng)管直徑較小；若采用大型的列管式固定床反應(yīng)器，其設(shè)計壓力和設(shè)計溫度較高，又由于工藝介質(zhì)為易燃易爆且有高度毒性危害的氣體混合物，對設(shè)備的安全可靠性要求很高。例如在生產(chǎn)能力為10萬噸/年的乙二醇裝置中的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器反應(yīng)管根數(shù)近萬根，設(shè)備的直徑為5160毫米，高度11400毫米，設(shè)備重量達500多噸。這樣由于反應(yīng)器本身設(shè)計壓力較高，直徑較大，需要的反應(yīng)器壁厚增大后，導(dǎo)致反應(yīng)器重量加大，投資及運輸難度增大。因此需要在滿足工藝要求的前提下，對環(huán)氧乙烷反應(yīng)器進行優(yōu)化設(shè)計。
二、環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)擴建帶來的蒸發(fā)系統(tǒng)負荷增大目前工業(yè)上制備乙二醇采用直接水合法的非催化水合工藝，通過環(huán)氧乙烷的水解、脫水和精餾來制備。該方法不使用催化劑，反應(yīng)進料水和環(huán)氧乙烷的摩爾比為20-25∶1，反應(yīng)溫度150-200℃，反應(yīng)壓力0.8-2.0Mpa，環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率接近100％，乙二醇選擇性88％左右。反應(yīng)中，由于乙二醇與環(huán)氧乙烷反應(yīng)活性高于水與環(huán)氧乙烷的反應(yīng)活性，未轉(zhuǎn)化的環(huán)氧乙烷繼續(xù)和產(chǎn)物乙二醇反應(yīng)，生成二甘醇、三甘醇等付產(chǎn)物，為提高乙二醇選擇性，工業(yè)上常采用水大為過量的辦法來運行水解反應(yīng)器。這可以抑制較高級的二醇，尤其是二甘醇和三甘醇的比例。然后，將水解產(chǎn)物脫水到100-200ppm的殘留含水量，再經(jīng)精餾分離成純的各種二醇。該方法的最大缺點是生產(chǎn)中需要大量的能量用于蒸發(fā)產(chǎn)品中約85％的水份。
所述脫水過程一般在一組壓力梯度不斷下降的壓力塔中進行。首先在蒸發(fā)系統(tǒng)進行加壓處理，將從反應(yīng)器得到的反應(yīng)產(chǎn)物溶液進行濃縮；然后經(jīng)蒸發(fā)濃縮的乙二醇水溶液，進入具有汽提段的脫水塔進行真空脫水，得到含微量水的物料。在蒸發(fā)系統(tǒng)中為進行熱的綜合利用，一般只有第一個壓力塔的底部的再沸器用外部蒸汽加熱，而所有其它壓力塔均用來自其前面塔的氣體加熱。
在現(xiàn)有的環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)流程中，蒸發(fā)系統(tǒng)就是由多效蒸發(fā)(四效至六效)構(gòu)成的。一般來說，一效蒸發(fā)包括有蒸發(fā)器和與蒸發(fā)器相連接的再沸器組成。這樣的蒸發(fā)器系統(tǒng)串聯(lián)起來就組成了多效蒸發(fā)。一般一效至六效的壓力順序如下由一效的1.2～1.4MPaG降至末效的0.2～0.3MpaG(本說明書中的MPaG指壓力的表壓值)。
一效再沸器的蒸汽是采用中壓蒸汽約2.2MPaG，其凝液被收集在凝液罐中，二效再沸器的熱源是采用一效蒸發(fā)器頂部的蒸汽，其凝液被收集在凝液罐中，各效蒸發(fā)器頂部的蒸汽依次作為下一效再沸器的熱源以回收熱量。二效、三效、四效、五效、六效再沸器的凝液依次經(jīng)減壓閃蒸送到下一效凝液罐，最終收集到六效再沸器凝液罐中。多效蒸發(fā)器系統(tǒng)之后連接有真空脫水系統(tǒng)。由此完成物料的蒸發(fā)、脫水過程，同時可合理利用各效蒸發(fā)出的蒸汽。
多效蒸發(fā)器系統(tǒng)是生產(chǎn)合格乙二醇產(chǎn)品的關(guān)鍵工序，但也是裝置增產(chǎn)的瓶頸。由于在乙二醇生產(chǎn)裝置擴建時，環(huán)氧乙烷水解反應(yīng)亦相應(yīng)帶入大量的水以滿足生產(chǎn)能力提高的要求，由此帶來多效蒸發(fā)和脫水系統(tǒng)這兩個系統(tǒng)的脫水負荷增加很大，而目前各效之間壓力梯度已經(jīng)很小，各效間的換熱溫差相應(yīng)也小。為了解決這個問題，國外一般的解決辦法是增加一組或兩組蒸發(fā)器系統(tǒng)，以此來脫除增產(chǎn)帶來的水量。但對于一些乙二醇的生產(chǎn)裝置來說，由于場地及成本的問題，增加蒸發(fā)器系統(tǒng)非常困難。
三、環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)中蒸發(fā)系統(tǒng)的再沸器防腐在以上所述的蒸發(fā)系統(tǒng)中使用的再沸器通常是列管式換熱器。早期的再沸器采用碳鋼材料，但腐蝕嚴重，同時產(chǎn)生的鐵離子污染物料。后來筒體改為不銹鋼，但如果管板也采用不銹鋼鍛件，成本太高。
現(xiàn)有技術(shù)中的管板采用碳鋼鍛件為基材，在管側(cè)復(fù)合一層不銹鋼；換熱管采用美國UOP公司的高通量換熱管，管材是銅鎳合金，由于管材與不銹鋼之間不便于焊接，管板與管子只能采用強度脹接方式連接，脹接連接有可能出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，使連接強度下降，當熱膨脹應(yīng)力較大時，可能出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致泄漏。
四、環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)中真空脫水系統(tǒng)的再沸器結(jié)焦如前所述環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置的脫水塔進料是經(jīng)蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮的乙二醇水溶液，該水溶液一般含85％(wt)左右的乙二醇，其它為水和雜質(zhì)，脫水塔的再沸器熱源通常采用2～2.3MpaG蒸汽。乙二醇是熱敏性物質(zhì)，遇高溫極易分解，分解的雜質(zhì)附著在再沸器的管壁上，使再沸器的傳熱效果降低，為了保證脫水塔塔底的含水量，就必須加大加熱蒸汽量，而加大蒸汽量又勢必加快結(jié)焦的速度，當結(jié)焦到一定程度，傳熱速率下降到一定程度，必須停車清焦。
為了解決脫水塔再沸器結(jié)焦問題，現(xiàn)有技術(shù)一般采用強制循環(huán)的方法。須增加臥式再沸器及泵，同時更換脫水塔上游塔設(shè)備的材質(zhì)，這樣就要增加較大投資。
在現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置中，脫水塔再沸器結(jié)焦的問題極大的影響了脫水塔的負荷，也影響了整套裝置的負荷；在乙二醇裝置增產(chǎn)擴建時，由于環(huán)氧乙烷水解反應(yīng)相應(yīng)帶入大量的水以滿足生產(chǎn)能力提高的要求，由此帶來脫水塔的脫水負荷增加很大，若整套裝置負荷提高10％以上，結(jié)焦情況就更嚴重，停車清焦的次數(shù)就更多了。因此，脫水塔再沸器結(jié)焦問題急需解決。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的種種問題，本發(fā)明提供了一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有優(yōu)化設(shè)計的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器；具有占地省、投資少的蒸發(fā)系統(tǒng)；同時可有效解決蒸發(fā)系統(tǒng)再沸器腐蝕及脫水系統(tǒng)再沸器的結(jié)焦問題。
本發(fā)明提供的一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)，包括環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)、環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)系統(tǒng)、乙二醇分離純化系統(tǒng)，所述的乙二醇分離純化系統(tǒng)包括蒸發(fā)系統(tǒng)和真空脫水系統(tǒng)。
其中，所述的環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)中的反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器。其包括反應(yīng)器殼體、反應(yīng)氣體進口、反應(yīng)氣體出口、液體進口、液體出口以及置于所述反應(yīng)器殼體的內(nèi)部的反應(yīng)管和兩端的管板。所述的反應(yīng)器內(nèi)部分隔成管程和殼程兩個流體空間反應(yīng)氣體進口、反應(yīng)氣體出口位于反應(yīng)器殼體的兩端并且通過管板和反應(yīng)管相通，形成管程；液體進口和液體出口分別設(shè)置在所述的反應(yīng)器殼體的側(cè)壁上，形成殼程。進入所述反應(yīng)管的反應(yīng)氣體為乙烯和氧氣的混合氣體，且在反應(yīng)管中填充有催化劑。本發(fā)明的制備乙二醇的系統(tǒng)中反應(yīng)器的反應(yīng)管為豎直列管結(jié)構(gòu)；反應(yīng)管的管徑為40～50毫米、優(yōu)選為42～48毫米；反應(yīng)管間距為52.5～60毫米。
在具體的應(yīng)用中上述反應(yīng)氣體進口設(shè)置在反應(yīng)器殼體的頂部，上述反應(yīng)氣體出口設(shè)置在反應(yīng)器殼體的底部；上述液體進口和液體出口依次分別設(shè)置在反應(yīng)器殼體側(cè)壁的下部和上部，且液體出口為沸水出口。
上述反應(yīng)管內(nèi)部有催化劑，且在每根反應(yīng)管的兩端分別填充有惰性球。
本發(fā)明提供的制備乙二醇系統(tǒng)中環(huán)氧乙烷反應(yīng)器殼體的材質(zhì)優(yōu)選高強度碳鋼；所述反應(yīng)管的材質(zhì)優(yōu)選為碳鋼；所述管板的材質(zhì)優(yōu)選為碳鋼。
對于年產(chǎn)10萬噸乙二醇裝置中的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器來說，現(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)管直徑為38.1mm時，反應(yīng)器直徑為5160mm。
對于同樣的生產(chǎn)規(guī)模，本發(fā)明的系統(tǒng)中將列管式反應(yīng)器的反應(yīng)管直徑由原來的38.1mm增大到40～50毫米。通過研究和試驗證明，本發(fā)明系統(tǒng)中環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的催化劑裝填量、管內(nèi)軸向、徑向溫度分布均能滿足工藝要求。例如，當反應(yīng)管直徑取45～46mm時，本發(fā)明系統(tǒng)中的反應(yīng)器的直徑可降為5000mm以下。這樣，反應(yīng)器整體尺寸更為優(yōu)化、反應(yīng)器直徑得以減小、長徑比更為合理，同時壁厚降低。其結(jié)果是降低設(shè)備的總重量，節(jié)省了系統(tǒng)的設(shè)備投資，并能更好地適應(yīng)運輸要求。
本發(fā)明提供的制備乙二醇系統(tǒng)中的蒸發(fā)系統(tǒng)，包括串聯(lián)的多效蒸發(fā)器系統(tǒng)，每一效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括蒸發(fā)器和再沸器。所述的多效蒸發(fā)器系統(tǒng)之后連接有真空脫水系統(tǒng)。本發(fā)明的蒸發(fā)系統(tǒng)在末效蒸發(fā)器系統(tǒng)之后還串聯(lián)有換熱器。所述的換熱器與真空脫水系統(tǒng)連接。
本發(fā)明所述的在末效蒸發(fā)器系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)之間的換熱器在這里主要起到對物料加熱再蒸發(fā)的作用。所述的換熱器為現(xiàn)有技術(shù)中已存在的各種形式的換熱器，只要能夠達到上述作用即可，例如列管式換熱器等。一般優(yōu)選臥式換熱器。
由于裝置的低壓蒸汽富裕量比較大，且價格低，而一般裝置的中壓蒸汽余量非常小，且價格比低壓要貴好多。所以上述換熱器的熱源優(yōu)選使用低壓蒸汽。所述的低壓蒸汽的溫度為120～140℃。
本發(fā)明的制備乙二醇系統(tǒng)的蒸發(fā)系統(tǒng)中，使用一個常規(guī)的換熱器，起到再蒸發(fā)的作用，其作用可替代現(xiàn)有技術(shù)中的一效蒸發(fā)器系統(tǒng)。在乙二醇生產(chǎn)流程擴建中，按通常做法，需要增加兩效蒸發(fā)器系統(tǒng)的，利用本發(fā)明的蒸發(fā)系統(tǒng)，只需比原來增加一效蒸發(fā)器系統(tǒng)再加上一個換熱器；需要增加一效蒸發(fā)器系統(tǒng)的，只需比原來增加一個換熱器即可使產(chǎn)品的含水量達到標準。
本發(fā)明提供的制備乙二醇的系統(tǒng)中，所述用于乙二醇濃縮的蒸發(fā)系統(tǒng)中的再沸器，包括筒體、換熱管、管板(上管板、下管板)、封頭和其他常規(guī)部件。所述的管板是雙面復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋼板，管板的基材層是碳鋼，管板的管側(cè)復(fù)合層是蒙乃爾合金，管板的殼側(cè)復(fù)合層是不銹鋼。雙面復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋼板可采用現(xiàn)有的爆炸復(fù)合方法加工制造。
以上所述再沸器的管板與換熱管之間的連接方式是焊接加脹接。即先將換熱管脹接在管板上，然后再對換熱管與復(fù)合管板蒙乃爾合金層外側(cè)進行強度焊接，焊縫不僅能密封管板上的孔隙，還能夠承受熱膨脹引起的應(yīng)力，使連接更牢固。特別是當換熱管的材料是銅鎳合金時，如ASME-II標準的B466-C70600牌號合金含銅90％、含鎳10％，不易與不銹鋼焊接，所以復(fù)合管板的管側(cè)不宜采用不銹鋼，而應(yīng)采用蒙乃爾合金，因為蒙乃爾合金也是銅鎳合金，容易與換熱管焊接。
以上所述再沸器的管板基材層材料通常是16Mn碳鋼鍛件，應(yīng)按JB4726-94中的III級檢驗、驗收。
以上所述再沸器管板的管側(cè)復(fù)合層的材料可以是牌號為MONEL400的蒙乃爾合金，應(yīng)符合ASME-II SB127-400的規(guī)定。
以上所述再沸器管板的殼側(cè)復(fù)合層的材料一般是0Cr18Ni9不銹鋼。
以上所述再沸器管板的管側(cè)復(fù)合層的蒙乃爾合金厚度一般是4mm至8mm；殼側(cè)復(fù)合層62的不銹鋼厚度是6mm至10mm。
以上所述再沸器筒體上可以有膨脹節(jié)，以便緩沖熱膨脹引起的應(yīng)力。
本發(fā)明制備乙二醇的系統(tǒng)中，所述蒸發(fā)系統(tǒng)的再沸器由于其管板雙面均有復(fù)合層，從而提高了防腐蝕能力，避免了鐵離子對物料的污染；同時比全不銹鋼鍛件大大降低了造價。另外，再沸器管板與換熱管的連接方式采用強度焊接加脹接方式，與現(xiàn)有技術(shù)的強度脹接方式相比，可靠性和密封性顯著增強。
本發(fā)明提供的制備乙二醇的系統(tǒng)中的真空脫水系統(tǒng)，包括預(yù)熱器、脫水塔和再沸器。其中在所述脫水塔之前設(shè)置有預(yù)熱器，將從上述蒸發(fā)系統(tǒng)得到的濃縮的乙二醇水溶液，首先在預(yù)熱器中加熱，使所述溶液的溫度達到其泡點溫度或高于其泡點溫度；然后進入脫水塔進行脫水處理。
以上所述的預(yù)熱器可以是現(xiàn)有技術(shù)中已存在的各種形式的換熱器，只要起到加熱的效果，能夠達到本發(fā)明的方法的要求就可以，例如列管式換熱器等。
在現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置中，最初乙二醇溶液濃度約為85％(wt)以上進入脫水塔，但近來脫水塔的進料乙二醇溶液的濃度降至80％(wt)，也可以達到脫水要求；因此，在不同的生產(chǎn)裝置中，脫水塔的進料濃度是不同的。由于泡點溫度與溶液的濃度有一定的關(guān)系，以上所述的泡點溫度是隨著進料乙二醇水溶液的濃度變化而變化的。若從蒸發(fā)系統(tǒng)得到的濃縮乙二醇水溶液的濃度約為80％(wt)，則其泡點溫度約140℃。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，以上所述預(yù)熱器之后、脫水塔之前還設(shè)置有分離罐。如果所述乙二醇水溶液在預(yù)熱器中被加熱到高于其泡點溫度后，先進入分離罐進行氣液分離，然后分氣液兩股物料進入所述的脫水塔。
以上所述的預(yù)熱器使用1.0～2.0Mpa的中壓蒸汽進行加熱。
在本發(fā)明所述的制備乙二醇系統(tǒng)中，優(yōu)選所述的脫水塔的塔板數(shù)為30～32塊，塔頂溫度60～65℃，塔底溫度160～170℃，塔內(nèi)壓力15～40kPaA。
由此，本發(fā)明所述的制備乙二醇系統(tǒng)的脫水塔塔底流出物含有約99.5％mol乙二醇。
通常脫水塔的進料溫度是在進料泡點溫度以下約85～95℃進入塔內(nèi)的。而本發(fā)明系統(tǒng)的脫水系統(tǒng)中通過增加預(yù)熱器，將進料加熱到其泡點溫度，改變脫水塔的進料溫度，從而將部分熱負荷轉(zhuǎn)移至預(yù)熱器，降低了脫水塔再沸器的熱負荷，減緩了再沸器結(jié)焦的速度，延長了再沸器的使用壽命。
在上述脫水塔進料被加熱到高于泡點溫度的情況下，本發(fā)明系統(tǒng)在預(yù)熱器之后還設(shè)置1臺分離罐，將氣液兩相先進行分離后，分兩股物料進入塔中；可以避免兩相流進料，使脫水塔操作難于控制。
本發(fā)明提供的一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)相比具有以下有益效果1.本發(fā)明系統(tǒng)中環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的整體尺寸得到優(yōu)化、反應(yīng)器直徑得以減小、長徑比更為合理，同時壁厚降低，其結(jié)果是降低設(shè)備的總重量，節(jié)省了投資，并能更好地適應(yīng)運輸要求；2.本發(fā)明系統(tǒng)中的蒸發(fā)系統(tǒng)流程簡化、占地少、節(jié)約空間、節(jié)省投資、容易操作，產(chǎn)品乙二醇的水含量一直達標，圓滿解決了乙二醇增產(chǎn)的瓶頸；3.本發(fā)明系統(tǒng)中蒸發(fā)系統(tǒng)的再沸器具有高防腐蝕能力，同時造價大大降低，此外，再沸器的可靠性和密封性顯著增強；4.本發(fā)明系統(tǒng)的真空脫水系統(tǒng)僅僅增加少量的設(shè)備，就可以提高脫水塔負荷30％以上，有效的解決了脫水系統(tǒng)中脫水塔再沸器結(jié)焦問題，可減緩再沸器結(jié)焦的速度，延長再沸器的使用壽命，從而減少了停車清焦的次數(shù)，減少由此帶來的經(jīng)濟損失，而且本發(fā)明系統(tǒng)中的脫水系統(tǒng)流程短，投資省，經(jīng)濟效果更好。


圖1為本發(fā)明的環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)系統(tǒng)的流程示意圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)中環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中蒸發(fā)系統(tǒng)的再沸器剖視圖；圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的蒸發(fā)系統(tǒng)中，再沸器的管板與換熱管連接示意圖；圖5為本發(fā)明系統(tǒng)中蒸發(fā)系統(tǒng)的流程示意圖；圖6為本發(fā)明系統(tǒng)的真空脫水系統(tǒng)流程示意圖；圖7為本發(fā)明系統(tǒng)的真空脫水系統(tǒng)優(yōu)選流程示意圖。
圖5、6、7中符號說明T1、T2、T3、T4、T5、-各效蒸發(fā)器E1、E2、E3、E4、E5、-各效再沸器D1、D2、D3、D4、D5、-各效冷凝液罐E5a-冷凝器其中T5、E5、D5、E5a等組成末效蒸發(fā)器系統(tǒng)EF-新增一臺臥式換熱器DF-臥式換熱器的冷凝液罐W-物料TJ-脫水塔 EJ-脫水塔再沸器PJ-脫水塔再沸器循環(huán)泵 DJ-脫水塔冷凝液罐E-脫水塔進料預(yù)熱器 D-脫水塔進料預(yù)熱器分離罐。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進一步描述。本發(fā)明的范圍不受具體實施方式
的限制，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書中提出。
如圖1所示，本發(fā)明提供的一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)，包括環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)、環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)系統(tǒng)、乙二醇分離純化系統(tǒng)。所述的乙二醇分離純化系統(tǒng)包括蒸發(fā)系統(tǒng)和真空脫水系統(tǒng)以及后續(xù)的提純系統(tǒng)。
如圖2所示，本發(fā)明的制備乙二醇系統(tǒng)中的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體1、反應(yīng)氣體進口2、反應(yīng)氣體出口3、液體進口4、液體出口5，以及置于所述反應(yīng)器殼體1的內(nèi)部的反應(yīng)管6和兩端的管板7；所述的反應(yīng)器內(nèi)部分隔成管程和殼程兩個流體空間；所述的反應(yīng)氣體進口2、反應(yīng)氣體出口3位于反應(yīng)器殼體1的兩端并且通過管板7和反應(yīng)管6相通，形成管程；液體進口4和液體出口5分別設(shè)置在所述的反應(yīng)器殼體1的側(cè)壁上，形成殼程；其進入所述反應(yīng)管6的反應(yīng)氣體為乙烯和氧氣的混合氣體，且在反應(yīng)管6中填充有催化劑8，在每根反應(yīng)管6的兩端分別填充有惰性球9。
上述的反應(yīng)管6為豎直列管結(jié)構(gòu)；所述反應(yīng)管6的管徑為45～46毫米；所述的反應(yīng)管6間距為52.5～60毫米。
上述的反應(yīng)氣體進口2設(shè)置在反應(yīng)器殼體1的頂部，上述的反應(yīng)氣體出口3設(shè)置在反應(yīng)器殼體1的底部；上述的液體進口4和液體出口5依次分別設(shè)置在反應(yīng)器殼體1側(cè)壁的下部和上部，且液體出口5為沸水出口。
上述列管式固定床反應(yīng)器殼體的材質(zhì)為高強度碳鋼；所述反應(yīng)管的材質(zhì)為碳鋼；所述管板的材質(zhì)為碳鋼。
如圖5所示，本發(fā)明的蒸發(fā)系統(tǒng)是由包括五效蒸發(fā)器系統(tǒng)及一個臥式換熱器EF等串聯(lián)組成。其中臥式換熱器采用臥式列管式換熱器；第一效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括一效蒸發(fā)器T1、一效再沸器E1和凝液罐D(zhuǎn)1；第二效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括二效蒸發(fā)器T2、二效再沸器E2和二效凝液罐D(zhuǎn)2；第三效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括三效蒸發(fā)器T3、三效再沸器E3和三效凝液罐D(zhuǎn)3；第四效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括四效蒸發(fā)器T4、四效再沸器E4和四效凝液罐D(zhuǎn)4，第五效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括五效蒸發(fā)器T5、五效再沸器E5和五效凝液罐D(zhuǎn)5。一效至五效蒸發(fā)器的壓力順序如下由一效的1.3MPaG降至末效的0.2MpaG。
一效再沸器E1的蒸汽是采用中壓蒸汽約2.2MPaG，其凝液被收集在凝液罐D(zhuǎn)1中。需要蒸發(fā)的物料進入一效蒸發(fā)器T1中蒸發(fā)，蒸汽從蒸發(fā)器頂部排出，物料從蒸發(fā)器底部排出。一部分物料經(jīng)過一效再沸器E1再次加熱后回到一效蒸發(fā)器中，起到物料被加熱作用。其余物料進入二效蒸發(fā)器T2中再蒸發(fā)，二效再沸器E2的熱源是采用一效蒸發(fā)器T1頂部的蒸汽，其凝液被收集在二效凝液罐D(zhuǎn)2中。各效蒸發(fā)器排出的物料分別再進入再沸器和下一效的蒸發(fā)器，進行多效蒸發(fā)。各效蒸發(fā)器頂部的蒸汽依次作為下一效再沸器的熱源以回收熱量。二效、三效、四效、五效再沸器的凝液依次經(jīng)減壓閃蒸送到下一效凝液罐，最終收集到五效再沸器凝液罐D(zhuǎn)5中。從五效蒸發(fā)器T5排出的物料，一部分經(jīng)過五效再沸器E5再次蒸發(fā)后回到五效蒸發(fā)器T5中，其余物料進入本發(fā)明所述的臥式換熱器EF中，進行加熱再蒸發(fā)。臥式換熱器EF的熱源為溫度120～140℃的的低壓蒸汽。換熱器的凝液送入凝液罐D(zhuǎn)F，然后用泵送至系統(tǒng)中的其它換熱器作為熱源。經(jīng)過所述換熱器再蒸發(fā)后的物料，同現(xiàn)有技術(shù)中六效蒸發(fā)后的物料的含水量一致，完全可以達到生產(chǎn)上對物料的含水量要求，可以輸入其后所連接的脫水系統(tǒng)進行下一步的脫水流程。
如圖3所示，本發(fā)明制備乙二醇系統(tǒng)中蒸發(fā)系統(tǒng)的再沸器，包括筒體12、換熱管13、上管板15、下管板11、下封頭10、管箱16、平蓋、管程入口23、管程出口17、殼程入口18、殼程出口22、膨脹節(jié)21、支座14、拉桿19、折流板20、法蘭等部件。
上述管板包括上管板15和下管板11，該管板是雙面復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋼板，管板的基材層61是16Mn碳鋼鍛件，按JB4726-94中的III級檢驗、驗收；管側(cè)復(fù)合層63是牌號為MONEL400的蒙乃爾合金，符合ASME-II SB127-400的規(guī)定，含銅30％、含鎳70％；殼側(cè)復(fù)合層62是0Cr18Ni9不銹鋼。雙面復(fù)合鋼板采用爆炸復(fù)合方法加工制造，按JB4733-96制造、檢驗和驗收。
上述換熱管13是市售的美國UOP公司高通量換熱管，管徑31.75mm，管長4500mm，管材料是ASME-II標準的B466-C70600牌號合金，含銅90％、含鎳10％。
如圖4所示管板與換熱管13之間先脹接，然后再將換熱管13與管板的蒙乃爾合金層外側(cè)63進行強度焊接，采用氬弧焊，按JB/T4709-92的規(guī)定選擇焊接材料。
圖中再沸器內(nèi)徑1300mm，筒體12壁厚10mm，管板基材層碳鋼厚度62mm，管側(cè)復(fù)合層63的蒙乃爾合金厚度6mm，殼側(cè)復(fù)合層62的不銹鋼厚度8mm。
如圖6所示，在現(xiàn)有的乙二醇生產(chǎn)裝置的脫水塔進料管線上增加1臺預(yù)熱器E，采用列管換熱器，采用約1.0MPa(表壓)的中壓蒸汽加熱。脫水塔TJ的塔板數(shù)為30塊，塔頂溫度60～65℃，塔底溫度160～170℃，塔內(nèi)壓力20～40kPaA(絕壓)。
將從蒸發(fā)系統(tǒng)得到的濃縮的乙二醇水溶液引入預(yù)熱器E加熱到其泡點溫度，140℃；然后將乙二醇水溶液從脫水塔第16～18塊板引入，進料流量為6～8噸/時。脫水塔的進料乙二醇水溶液含水約45％mol，其余為乙二醇；脫水塔的塔底組成是乙二醇約99.5％mol，其余為水。
如圖7所示在本發(fā)明系統(tǒng)中真空脫水系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案中，以上所述預(yù)熱器之后、脫水塔之前還設(shè)置有分離罐D(zhuǎn)。如果所述乙二醇水溶液在預(yù)熱器中被加熱到高于其泡點溫度后，先進入分離罐進行氣液分離，然后分氣液兩股物料進入所述的脫水塔。
使用現(xiàn)有生產(chǎn)裝置，一般3個月左右需停車清焦一次；使用本發(fā)明的系統(tǒng)，一般1年左右，在停產(chǎn)檢修時，進行清焦即可。
若脫水塔進料流量由6～8噸/時，提高負荷至10～11噸/時，穩(wěn)定運行2年，脫水塔再沸器的結(jié)焦的次數(shù)沒有顯著增加。
權(quán)利要求
1.一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)，包括環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)、環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)系統(tǒng)、乙二醇分離純化系統(tǒng)，所述的乙二醇分離純化系統(tǒng)包括蒸發(fā)系統(tǒng)和真空脫水系統(tǒng)，其中環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)中的反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體(1)、反應(yīng)氣體進口(2)、反應(yīng)氣體出口(3)、液體進口(4)、液體出口(5)，以及置于所述反應(yīng)器殼體(1)的內(nèi)部的反應(yīng)管(6)和兩端的管板(7)；所述的反應(yīng)器內(nèi)部分隔成管程和殼程兩個流體空間；所述的反應(yīng)氣體進口(2)、反應(yīng)氣體出口(3)位于反應(yīng)器殼體(1)的兩端并且通過管板(7)和反應(yīng)管(6)相通，形成管程；液體進口(4)和液體出口(5)分別設(shè)置在所述的反應(yīng)器殼體(1)的側(cè)壁上，形成殼程；進入所述反應(yīng)管(6)的反應(yīng)氣體為乙烯和氧氣的混合氣體，且在反應(yīng)管(6)中填充有催化劑(8)；其特征在于所述的反應(yīng)管(6)為豎直列管結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)管(6)的管徑為40～50毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述反應(yīng)器中的反應(yīng)管(6)的管徑為42～48毫米；所述的反應(yīng)管(6)間距為52.5～60毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述反應(yīng)器的反應(yīng)氣體進口(2)設(shè)置在反應(yīng)器殼體(1)的頂部，所述的反應(yīng)氣體出口(3)設(shè)置在反應(yīng)器殼體(1)的底部；所述反應(yīng)器的液體進口(4)和液體出口(5)依次分別設(shè)置在反應(yīng)器殼體(1)的側(cè)壁的下部和上部，且液體出口(5)為沸水出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其中乙二醇分離純化系統(tǒng)中的蒸發(fā)系統(tǒng)包括串聯(lián)的多效蒸發(fā)器系統(tǒng)，其每一效蒸發(fā)器系統(tǒng)包括蒸發(fā)器和再沸器，其特征在于所述多效蒸發(fā)器系統(tǒng)的末效蒸發(fā)器系統(tǒng)之后串聯(lián)有換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述蒸發(fā)系統(tǒng)中的換熱器為臥式換熱器，熱源使用低壓蒸汽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述蒸發(fā)系統(tǒng)中的低壓蒸汽的溫度為120～140℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述蒸發(fā)系統(tǒng)中的再沸器包括筒體(12)、換熱管(13)、管板(11、15)、封頭(10)；其中，所述的管板(11、15)是雙面復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋼板，管板的基材層(61)是碳鋼，管板的管側(cè)復(fù)合層(63)是蒙乃爾合金，管板的殼側(cè)復(fù)合層(62)是不銹鋼；且所述管板(11、15)與換熱管(13)之間的連接方式是焊接加脹接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述管側(cè)復(fù)合層(63)的厚度是4mm至8mm；所述殼側(cè)復(fù)合層(62)的厚度是6mm至10mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述筒體(12)上有膨脹節(jié)(21)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述換熱管(13)的材料是ASME-IIB466-C70600；所述管板的基材層(61)材料是16Mn碳鋼鍛件；所述管側(cè)復(fù)合層(63)是MONEL400蒙乃爾合金，所述殼側(cè)復(fù)合層(62)是0Cr18Ni9不銹鋼。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述的乙二醇分離純化系統(tǒng)中的真空脫水系統(tǒng)包括預(yù)熱器、脫水塔和再沸器；首先在預(yù)熱器中將從蒸發(fā)系統(tǒng)得到的濃縮的乙二醇水溶液加熱，使所述溶液的溫度達到其泡點溫度或高于其泡點溫度；然后進入脫水塔進行脫水處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)熱器之后、脫水塔之前設(shè)置有分離罐，所述乙二醇水溶液在預(yù)熱器中被加熱到高于其泡點溫度后，先進入分離罐進行氣液分離，然后分氣液兩股物料進入所述的脫水塔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備乙二醇的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)熱器使用1.0～2.0MpaG的中壓蒸汽進行加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由乙烯經(jīng)環(huán)氧乙烷制備乙二醇的系統(tǒng)，涉及乙二醇的生產(chǎn)工藝。該系統(tǒng)包括環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)、環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)系統(tǒng)、乙二醇蒸發(fā)系統(tǒng)和真空脫水系統(tǒng)。其中環(huán)氧乙烷反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器，其反應(yīng)管的管徑在40～50毫米。所述蒸發(fā)系統(tǒng)，包括串聯(lián)的多效蒸發(fā)器系統(tǒng)和一個以低壓蒸汽為熱源的換熱器；其中蒸發(fā)系統(tǒng)再沸器的管板為雙面復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋼板，基材層是碳鋼，管側(cè)復(fù)合層是蒙乃爾合金，殼側(cè)復(fù)合層是不銹鋼。所述真空脫水系統(tǒng)中，脫水塔前設(shè)置有預(yù)熱器，加熱進料溶液，使其溫度達到或高于其泡點溫度。本發(fā)明系統(tǒng)的設(shè)備投資少、占地省、有效解決設(shè)備的防腐和結(jié)焦問題，具有很好的經(jīng)濟效果，尤其適用于乙二醇生產(chǎn)的增產(chǎn)擴建。
文檔編號C07C29/00GK1807376SQ20051000228
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者黃耀相, 李紅凱, 吉京華, 高全樂, 陳小新, 王紅, 熊玉云, 洪傳輝, 許志遠, 朱為明 申請人:中國寰球工程公司