專利名稱：聯(lián)合的制備和分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聯(lián)合的制備和分離方法。

背景技術(shù)：
在化學工業(yè)中，可獲得多種分離技術(shù)來分離在氣態(tài)混合物內(nèi)的兩種或更多種組分。這種分離技術(shù)的實例是本領(lǐng)域已知的，且可在例如John Wiley & Sons，inc.1999出版的W.Seider等人的“Process DesignPrinciples”的第5.7章中找到。
最常用的技術(shù)是蒸餾。但蒸餾技術(shù)的缺點是消耗大量能量來分離混合物內(nèi)的那些化合物。
可使用的另一技術(shù)是利用氣體滲透的膜分離。此處的氣體混合物被壓縮到高壓并與無孔膜接觸。滲透物通過膜并在低壓下排放，而滲余物不通過膜且維持在原料的高壓下。在US-A-5435836和US-A-6395243中描述了這種膜分離方法的實例。在涉及利用膜分離氣體的這些方法中，氣體分子為了通過膜需要與膜相互作用。但這要求在膜上在膜的滲余側(cè)和滲透側(cè)之間施加高的壓差。由于要求壓差，因此這種膜技術(shù)仍然要求相當大量的能量和昂貴的設(shè)備來維持壓差，例如利用真空或者壓力泵來進行，即使使用高的吹掃流量和高選擇性膜也是如此。
追溯至1924年的US-A-1496757描述了分離氣體的方法，該方法包括使氣體擴散通過擴散隔板(partition)，利用吹掃物料從隔板上除去擴散通過的氣體，并從擴散通過的氣體中除去吹掃物料。據(jù)說該方法基于反復(fù)分級擴散原理來操作。這一方法與以上所述的涉及膜的分離方法的區(qū)別在于下述事實不存在或者幾乎不存在任何壓差，同時通過與連續(xù)加入到一個腔室中并通過多孔隔板層逆流擴散的吹掃氣體組分的摩擦擴散來控制傳質(zhì)。因此這一方法不要求使用昂貴的選擇性可滲透膜。
最近，M.Geboers在其文章“FricDiffA novel concept for theseparation of azeotropic mixtures”，OSPT Process Technology，小型廣告形式的PhD項目National Research School in ProcessTechnology OSPT(2003)出版第139頁中描述了通過使之與CO2相互擴散分離2-丙醇(IPA)和水的共沸蒸汽混合物的方法。在隨后的步驟中，通過冷凝進行2-丙醇和CO2的分離。
這一方法的缺點是要求從CO2物流中分離產(chǎn)物，和如果在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用的話，則要求大的吹掃氣體物流。
因此，仍然可通過與制備方法聯(lián)合來改進所述基于擴散的分離方法的應(yīng)用。因此本發(fā)明提供聯(lián)合的分離和制備方法。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供聯(lián)合的制備和分離方法，該方法包括制備工藝，其中產(chǎn)生副產(chǎn)物；和氣體分離工藝，其中通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散進入吹掃組分的物流內(nèi)，使第一組分從組分混合物中分離出來；其中在制備工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)物隨后在分離工藝中用作吹掃組分。
通過使用制備工藝的副產(chǎn)物作為隨后的分離工藝中的吹掃組分，對該副產(chǎn)物的應(yīng)用更加有效，并獲得有利的聯(lián)合分離和制備工藝?？杀苊狻皢为殹钡拇祾呓M分，這是因為制備工藝的副產(chǎn)物可用作吹掃組分。
本發(fā)明的方法在其中第一組分從中分離的組分混合物是共沸混合物的工藝中是特別有利的，這是因為分離這種共沸混合物的常規(guī)蒸餾技術(shù)的成本過高。
本發(fā)明還提供其中可以進行上述方法的工業(yè)裝置。



圖1是本發(fā)明的分離單元的示意圖。
圖2是對比例1的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是實施例2的結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施例方式 聯(lián)合的制備和分離方法應(yīng)理解為其中在分離工藝中涉及的一種或多種組分也是在制備工藝中涉及的組分的方法。在本發(fā)明的方法中，在分離工藝中作為吹掃組分所使用的組分在制備工藝中用作原料組分。
氣體分離工藝應(yīng)理解為在這一分離工藝過程中，至少一部分第一組分、各組分的混合物和吹掃組分在分離工藝過程中處于氣態(tài)。更優(yōu)選地，至少50wt％的第一組分、各組分的混合物和吹掃組分為氣態(tài)，優(yōu)選至少80wt％和甚至更優(yōu)選范圍為90-100wt％為氣態(tài)。最優(yōu)選在分離工藝過程中，所有組分均完全為氣態(tài)。在環(huán)境溫度(25℃)和壓力(1bar)下通常為液態(tài)的組分，例如通過升高溫度或者降低壓力可蒸發(fā)成氣態(tài)，之后擴散通過多孔隔板。因此在氣體分離工藝過程中的擴散優(yōu)選為氣體擴散。
在不希望受任何一種理論束縛的情況下，據(jù)認為在分離工藝過程中第一組分通過多孔隔板的擴散是基于所謂的摩擦擴散原理。據(jù)認為這一摩擦擴散是由于一種組分與一種或多種其它組分相比的擴散速度差的緣故。同樣如US-A-1496757中所解釋的，與具有較慢擴散速度的組分相比，具有較快擴散速度的組分將更快通過多孔隔板?？赏ㄟ^吹掃組分物流來除去較快組分，從而導(dǎo)致該較快的第一組分與其余組分分離。以上較快組分應(yīng)理解為與較慢組分相比與吹掃組分一起具有較高的二元擴散系數(shù)的組分。
吹掃組分應(yīng)理解為能吹掃走已經(jīng)擴散通過多孔隔板的第一組分的組分。它可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知適合于這一目的的任何組分。優(yōu)選地，使用在進行分離工藝的溫度和壓力下至少部分為氣態(tài)的組分。更優(yōu)選地，使用在進行分離工藝的溫度和壓力下幾乎完全和優(yōu)選完全為氣態(tài)的吹掃組分。對于實際目的來說，經(jīng)常在進行本發(fā)明的同時使用在大氣壓(1bar)下沸點范圍為-200到500℃的吹掃組分。更優(yōu)選使用在大氣壓(1bar)下吹掃組分沸點范圍為-200℃到200℃的吹掃組分?？捎米鞔祾呓M分的組分實例包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水、氧氣、氧化物、含氮化合物、烷烴、烯烴、鏈烷醇、芳烴、酮。
通過多孔隔板分離混合物和吹掃組分，其中第一組分通過所述多孔隔板從混合物擴散到吹掃組分物流內(nèi)。
多孔隔板可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知適合用于與反應(yīng)物接觸的工藝中的任何多孔材料制造。多孔隔板可由通過例如吸附或吸收作用有助于組分分離的多孔材料制造，條件是擴散分離占主導(dǎo)。
根據(jù)M Stanoevic，Review of membrane contactors designs andapplications of different modules in industry(膜接觸器設(shè)計和不同組件在工業(yè)中的應(yīng)用綜述)，F(xiàn)ME Transactions(2003)31，91-98，在兩個本體相之間設(shè)置的膜相在膜工藝中能控制在兩個本體相之間的傳質(zhì)。與該膜不同的是，本發(fā)明的多孔隔板層設(shè)定在兩個本體相之間，但原則上不能控制所涉及的任何物質(zhì)的傳質(zhì)。因此它除了提供孔隙以外，基本不與待分離的物質(zhì)相互作用，僅僅起到避免兩個本體相混合的作用，這與膜分離不同。
因此，本發(fā)明的多孔隔板基本不是選擇性可滲透膜。膜是允許一些化合物通過同時有效地阻止其它化合物通過的阻擋層，因此由化合物的尺寸或特殊性質(zhì)決定半滲透阻擋層的通量。在氣體分離技術(shù)中所使用的膜例如是在US-A-5843209中所公開的那些。膜選擇性控制在各相或環(huán)境之間的質(zhì)量傳遞。
與這種膜不同，多孔隔板是允許所有組分流動但相對擴散速度不同的阻擋層。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，據(jù)認為在多孔隔板中，通過利用連續(xù)加入到一個腔室中并離開另一腔室和逆流擴散通過多孔隔板層的吹掃氣體組分的摩擦擴散來控制質(zhì)量傳遞。
優(yōu)選地，用于多孔隔板的材料對分離工藝中所使用的組分基本為惰性或者為惰性。在實踐中，可常常在使用濾布、金屬、塑料、紙張、砂床、沸石、泡沫體或其組合作為多孔隔板用材料的同時進行本發(fā)明。實例包括網(wǎng)形金屬，例如網(wǎng)形不銹鋼、網(wǎng)形銅、網(wǎng)形鐵；織造金屬，例如織造銅、織造不銹鋼；棉、毛、亞麻；多孔塑料，例如多孔PP、PE或PS。在優(yōu)選的實施方案中，由織造或網(wǎng)形不銹鋼制備多孔隔板。
式I給出了通過多孔隔板層的對流體積流量(m3/s)(假設(shè)層流或泊肅葉流) 其中ε代表孔隙率(被孔隙覆蓋的表面積分數(shù))，dp代表孔徑，δ代表多孔層的厚度，和ΔP代表通過多孔層的壓降以及氣體的物理性能(粘度和密度)。
優(yōu)選的多孔材料應(yīng)當具有高的孔隙率(ε)，以便最大化有用表面積。優(yōu)選的多孔層的孔隙率大于0.5，優(yōu)選大于0.9，仍更優(yōu)選大于0.93。
多孔層的厚度優(yōu)選盡可能低。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，據(jù)認為擴散速度與多孔層的厚度成反比，因此多孔層所要求的表面積與厚度成正比。
多孔隔板的厚度可在寬范圍內(nèi)變化，且可例如是從厚度為大于或等于1米的隔板變化到厚度大于或等于1納米的隔板。對于實際目的來說，可常常使用厚度范圍為0.0001-1000mm的多孔隔板進行本發(fā)明，更優(yōu)選范圍為0.01-100mm，和仍更優(yōu)選范圍為0.1-10mm。優(yōu)選的多孔層的厚度范圍為0.5-1.5mm，優(yōu)選范圍為0.8-1.2mm，和更優(yōu)選范圍為0.9-1.1mm。
在多孔隔板內(nèi)所使用的孔隙的數(shù)量、尺寸和形狀可在寬范圍內(nèi)變化。在多孔隔板內(nèi)所使用的孔隙的形狀可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適合于這一目的的任何形狀?？紫犊梢岳缇哂行螤顬楠M縫、正方形、橢圓形或圓形的截面?；蛘呓孛婵删哂胁灰?guī)則形狀。對于實際的目的來說，可常常使用截面形狀為圓形的孔隙進行本發(fā)明?？紫兜慕孛嬷睆娇稍趯挿秶鷥?nèi)變化。此外，對于所有孔隙來說，不需要具有相同的直徑。對于實際的目的來說，可常常使用具有范圍為1納米-10毫米的截面“最短”直徑的孔隙來進行本發(fā)明?！白疃獭敝睆綉?yīng)理解為在孔隙的截面內(nèi)的最短距離。優(yōu)選地，這一直徑位于20納米-2毫米范圍內(nèi)，更優(yōu)選0.1-1000微米，更優(yōu)選范圍為10-100微米。
優(yōu)選地，在該材料內(nèi)的孔隙(dp)應(yīng)當相對小，以防止對流流動。確切的尺寸和比例取決于多孔層的厚度(Δ)和穿過多孔層的壓降(ΔP)以及氣體的物理性能(粘度和密度)。
具有小的直徑例如范圍為0.1-100納米的孔隙的優(yōu)點是更容易控制壓差。具有大的直徑例如范圍為100-1000納米的孔隙的優(yōu)點是可獲得更好的分離。例如在穿過多孔隔板約10Pa的壓降(ΔP)下，孔隙的直徑應(yīng)當?shù)陀?0微米，以便防止與所需的擴散流動相比明顯的對流流動。在1Pa的壓降(ΔP)下，應(yīng)當優(yōu)選直徑為30微米的孔隙。但應(yīng)當選擇壓降和孔徑，其方式應(yīng)避開努森擴散區(qū)域。
應(yīng)理解不同氣體經(jīng)多孔層的相對擴散速度取決于其二元擴散系數(shù)的相對大小，且不取決于或者僅僅在較小的程度上取決于多孔材料的性能。
此外，孔隙的迂回度可在寬范圍內(nèi)變化，也就是說，它們的彎曲度可在寬范圍內(nèi)變化。但優(yōu)選孔隙筆直或基本筆直，且迂回度范圍為1-5，更優(yōu)選范圍為1-3。
在多孔隔板內(nèi)所使用的孔隙的數(shù)量也可在寬范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，多孔隔板總面積的1.0-99.9％是孔的面積，更優(yōu)選40-99％和甚至更優(yōu)選隔板總面積的70-95％是孔的面積?？椎拿娣e應(yīng)理解為孔隙的總表面積。對于實際目的來說，可常常使用下述孔隙數(shù)量和孔徑進行本發(fā)明，以便在隔板內(nèi)的孔隙的總表面積與組分混合物的氣體體積之比位于0.01-100000m2/m3范圍內(nèi)，優(yōu)選為1-1000m2/m3范圍內(nèi)。
在吹掃組分物流的流動方向上多孔隔板的長度也可在寬范圍內(nèi)變化。當該層的長度增加時，分離的建造成本以及分離程度二者均增加。對于實際目的來說，可常常使用沿著吹掃組分流動方向的長度在0.01-500米范圍內(nèi)、更優(yōu)選在0.1-10米范圍內(nèi)的多孔隔板進行本發(fā)明。
吹掃組分和/或組分混合物在分離單元內(nèi)的停留時間可在寬范圍內(nèi)變化。對于實際目的來說，可常常使用范圍為1分鐘-5小時的吹掃組分和/或組分混合物在分離單元內(nèi)的停留時間進行本發(fā)明。優(yōu)選地，使用范圍為0.5-1.5小時的停留時間。
在本發(fā)明方法中所使用的吹掃組分的速度可在寬范圍內(nèi)變化。對于實際目的來說，可常常使用范圍為1-10000m/h、優(yōu)選范圍為3-3000m/h和更優(yōu)選范圍為10-1000m/h的吹掃組分速度進行本發(fā)明。如果不是固定的話，對于組分混合物可使用類似的速度。
第一組分通過多孔隔板的擴散通量可在寬范圍內(nèi)變化。對于實際目的來說，可常常在0.03-30kg/m2/h范圍內(nèi)的第一組分通過多孔隔板的擴散通量進行本發(fā)明，優(yōu)選范圍為0.1-10kg/m2/h，和更優(yōu)選范圍為0.5-1.5kg/m2/h。
對于實際目的來說，當開始分離工藝時，基于存在于組分混合物內(nèi)的第一組分的總量，可常常通過從組分混合物中除去10-100wt％的第一組分進行本發(fā)明。更優(yōu)選在分離工藝過程中，從組分混合物中除去至少30wt％和更優(yōu)選至少50wt％存在于該混合物內(nèi)的第一組分。當開始分離工藝時，基于存在于組分混合物內(nèi)的第一組分的總量，甚至更優(yōu)選在分離工藝過程中從組分混合物中除去范圍為70-100wt％的第一組分。特別地，當從組分混合物中除去高百分數(shù)例如范圍為70-100wt％的第一組分時，其它組分也可能從組分混合物中擴散到吹掃組分物流內(nèi)。當這些其它組分共同擴散時，它們可在附加的中間步驟中除去，之后進入制備工藝；或者替代地，在隨后的制備工藝過程中，這些其它共同擴散的組分可保留在與吹掃組分和/或與擴散通過的第一組分的混合物內(nèi)?？衫眯狗?bleed)物流在隨后的制備工藝過程中除去這些其它共同擴散的組分。
在另一實施方案中，本發(fā)明的分離工藝可結(jié)合附加的分離工藝，其中包括常規(guī)的蒸餾和/或膜分離。附加的分離工藝可例如用于從吹掃組分和第一組分的混合物中除去其它共同擴散的組分?；蛘咴诔サ谝唤M分之前或之后，可使用附加的分離工藝從組分混合物中除去其它組分。此外，可使用附加的分離工藝，從其中已經(jīng)從中除去至少一部分第一組分的組分混合物中進一步除去第一組分。
可通過經(jīng)多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內(nèi)從靜態(tài)混合物中分離第一組分。但優(yōu)選使用分離工藝，其中通過使第一組分在多孔隔板的一側(cè)經(jīng)該多孔隔板擴散到多孔隔板另一側(cè)的吹掃組分物流內(nèi)，從而使第一組分從組分混合物的物流中分離出來?？刹⒘骰蚰媪鬟M行該分離工藝。但優(yōu)選在組分混合物的物流和吹掃組分的物流相對于彼此逆流流動的同時進行這一分離工藝。該分離工藝可連續(xù)、半間歇或間歇地進行。優(yōu)選該分離工藝連續(xù)進行。
吹掃組分物流的流量可在寬范圍內(nèi)變化。對于實際目的來說，可常常使用范圍為0.01-300kmol/h、更優(yōu)選范圍為0.1-100kmol/h的吹掃組分物流的流量進行本發(fā)明。組分混合物的任何物流的流量(如果不是靜態(tài)的話)也可在寬范圍內(nèi)變化。對于實際的目的來說，常?？墒褂梅秶鸀?.01-300kmol/h、更優(yōu)選范圍為0.1-100kmol/h的吹掃組分物流的流量進行本發(fā)明。
在分離工藝過程中所采用的溫度可在寬范圍內(nèi)變化。優(yōu)選選擇該溫度，以便在擴散工藝過程中所有組分完全為氣態(tài)。更優(yōu)選在分離工藝中的溫度與在制備工藝中的溫度相同。對于實際的目的來說，可常常使用范圍為0-500℃、優(yōu)選范圍為0-250℃和更優(yōu)選范圍為15-200℃的溫度進行本發(fā)明。
所采用的壓力可在寬范圍內(nèi)變化。優(yōu)選選擇該壓力，以便在擴散工藝過程中所有組分完全為氣態(tài)。更優(yōu)選在分離工藝中的壓力與在制備工藝中的壓力相同。對于實際目的來說，可常常使用范圍為0.01-200bar(1×103-200×105Pa)、優(yōu)選范圍為0.1-50bar的壓力進行本發(fā)明。例如，可在大氣壓(1atm，即1.01325bar)下進行分離工藝。
獨立于所采用的總壓力，在多孔隔板上的壓差維持盡可能小，即在多孔隔板兩側(cè)的壓力基本相等，例如壓差范圍為0.0001-0.1bar，條件是與因為壓差大使物質(zhì)運動導(dǎo)致的任何分離相比，擴散分離占主導(dǎo)。壓差優(yōu)選在0.0001-0.01bar范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.0001-0.001bar范圍內(nèi)，仍更優(yōu)選在0.0001-0.0001范圍內(nèi)，和最優(yōu)選在0.0001-0.0005bar范圍內(nèi)。因此，在多孔隔板兩側(cè)的壓力被視為幾乎相等或者基本相等。
這優(yōu)選通過向體系內(nèi)添加壓力平衡設(shè)備例如通過提供允許將兩種流體物流之一的壓力峰值傳遞給另一種流體的柔性隔膜來實現(xiàn)。
可在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適合于這一目的的任何裝置內(nèi)進行分離工藝。例如，可使用諸如在US-A-1496757中例舉的分離單元。優(yōu)選地，使用適合于通過第一組分經(jīng)多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內(nèi)而使第一組分從組分混合物中分離出來的分離單元，所述分離單元包括 -第一腔室； -通過多孔隔板與第一腔室分隔的第二腔室； -將組分混合物輸送到第一腔室中的第一入口； -在至少一部分第一組分已經(jīng)從第一腔室中除去之后，排放剩余組分混合物的第一出口； -輸送吹掃組分到第二腔室內(nèi)的第二入口； -將吹掃組分和已擴散的第一組分的混合物從第二腔室中排放的第二出口。
可按照多種方式設(shè)置第一和第二腔室。在優(yōu)選的實施方案中，通過管道的內(nèi)部空間形成一個腔室，和通過圍繞這一管道的優(yōu)選環(huán)形的空間形成另一腔室。
這一實施方案被視為新的，因此本發(fā)明進一步提供分離單元，它適合于通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內(nèi)而使第一組分從組分混合物中分離出來，所述分離單元包括 -外部管道；和 -內(nèi)部管道，所述內(nèi)部管道具有多孔壁，和所述內(nèi)部管道設(shè)置在外部管道內(nèi)，以便第一空間存在于內(nèi)部管道內(nèi)，和第二空間存在于內(nèi)部管道的外表面和外部管道的內(nèi)表面之間；和 -輸送流體到第一空間內(nèi)的第一入口；和 -從第一空間排放流體的第一出口；和 -輸送流體到第二空間內(nèi)的第二入口；和 -從第二空間排放流體的第二出口。
流體各自獨立地優(yōu)選至少50wt％為氣態(tài)，更優(yōu)選至少80wt％，和甚至更優(yōu)選為90-100wt％。最優(yōu)選流體幾乎完全或者完全為氣態(tài)。
此外，內(nèi)部管道和外部管道優(yōu)選基本同軸設(shè)置。第一空間可以用作第一腔室或者用作第二腔室，和第二空間可以分別用作第二腔室或用作第一腔室。第一以及第二空間二者可具有多個入口和出口。優(yōu)選存在于內(nèi)部管道內(nèi)的第一空間具有僅僅一個入口和僅僅一個出口。第二空間優(yōu)選具有兩個或更多個、優(yōu)選2-100個入口和/或出口或者為環(huán)形狹縫形狀的入口和/或出口。
內(nèi)部管道可基本同心地設(shè)置在外部管道內(nèi)，以便內(nèi)部管道的中心軸基本平行于外部管道的中心軸設(shè)置。但優(yōu)選內(nèi)部管道在外部管道內(nèi)基本同心地設(shè)置，以便內(nèi)部管道的中心軸基本與外部管道的中心軸重合。
管道的截面可具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知合適的任何形狀。例如，所述管道可彼此獨立地具有正方形、矩形、圓形或橢圓形的截面形狀。優(yōu)選管道截面基本為圓形。
在不同的優(yōu)選實施方案中，通過由多孔材料的板或片材的層疊件形成的多孔隔板分隔第一和第二腔室。在這些層疊件中，至少兩個板即含多孔隔板材料的上部板和下部板彼此層置，其方式提供在一端封閉而在另一端與開放空間流體連通的中間隔室。在含有兩層以上的層疊件中，在每一中間隔室相鄰側(cè)上的開口交替封閉。因此，層疊件將以上所述的第一腔室和第二腔室隔開，同時各腔室至少部分由該層疊件形成。含多孔隔板材料的板可以是任何合適的形狀，例如矩形；它們可以是均勻的形狀和尺寸，或者不均勻。優(yōu)選后者，這是因為這樣板的一側(cè)比另一側(cè)長，因此流動較快的氣體流通過較短的距離，從而降低壓降。
典型地通過間隔件或偏置(offset)和支持多孔隔板的結(jié)構(gòu)確定所述隔室。間隔件以及與其相連的多孔隔板材料一起確定中間隔室，所述中間隔室可充當滲余或吹掃隔室。也可方便地通過使用用于吹掃氣體和原料氣體的隔室的不同間隔件來調(diào)節(jié)壓降。
相鄰隔室具有在其間設(shè)置的多孔隔板，其形狀為層疊的板狀或者片狀結(jié)構(gòu)，從而為兩種流體物流提供具有大的表面的流動路徑。滲余和吹掃隔室的組件可以是交替的順序或者滿足設(shè)計和性能要求所必須的任意不同設(shè)置。典型地通過在一端密封和在相對端與另一隔室流體連通，從而使層疊件設(shè)置毗連(border)。
將隔室合適地置于分離器容器內(nèi)，以便它們與一個流體物流流體相連，同時它們對各自相對的流體物流密封，從而分離這兩個流體原料物流。這兩個流體物流的原料優(yōu)選以交叉流設(shè)置進料到分離器容器的交替?zhèn)?，即以彼此垂直流動或者交叉流動的方向進入。這起到引起流動無序(即非共線性流動)的作用，以便它們可以更容易地進料到容器的流體入口和出口開口。
合適的分離裝置包括容器，所述容器包括鄰近該容器一側(cè)設(shè)置的第一流體入口開口和鄰近該容器相對側(cè)設(shè)置的第一流體出口開口；鄰近該容器一側(cè)設(shè)置的第二流體入口開口和鄰近該容器相對側(cè)設(shè)置的第二流體出口開口，其中分別設(shè)置第一和第二入口與出口，其方式使得在第一入口處進入容器并在第一出口處離開容器的第一流體物流與在第二入口處進入容器并在第二出口處離開容器的第二流體物流的流動方向基本彼此垂直；和其中在兩個流體之間的多孔隔板包括對第一流體物流密封而與第二流體物流流體相連的板狀結(jié)構(gòu)的層疊件，從而形成至少部分由多孔材料的上部板和下部板確定且至少部分設(shè)置在該多孔材料的上部板和下部板之間的第一物流的外部流動空間，和至少部分由所述上部板和下部板的相對側(cè)確定且至少部分設(shè)置在所述上部板和下部板的相對側(cè)之間的第二物流的內(nèi)部流動空間，以防止流體從外部流動空間流到內(nèi)部流動空間。使用層疊分離裝置的優(yōu)點是，在交叉流中，許多平行的隔室與原料物流和吹掃氣體物流交替相連，于是在相對緊湊的布局中提供大的表面。
通過實例參考圖1描述本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的分離單元的三維示意圖。圖1描述了具有外部管道(101)和內(nèi)部管道(102)的分離單元，所述內(nèi)部管道在外部管道內(nèi)同軸設(shè)置，以便 第一空間(103)存在于內(nèi)部管道(102)內(nèi)，和 第二空間(104)存在于內(nèi)部管道(102)的外表面和外部管道(101)的內(nèi)表面之間；和 包括進入第一空間的入口(105)和離開第一空間的出口(106)；和進入第二空間的入口(107)和離開第二空間的出口(108)； 其中內(nèi)部管道具有多孔壁(109)。
在進一步優(yōu)選的實施方案中，在含有多個分離單元的分離裝置內(nèi)進行分離工藝。優(yōu)選每個分離裝置含有范圍為2-100000、更優(yōu)選范圍為100-10000個分離單元。這種分離裝置被視為新的，因此本發(fā)明還提供一種分離裝置，所述分離裝置包括適合于通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散到吹掃組分的物流內(nèi)而使第一組分從組分混合物中分離出來的兩個或更多個分離單元，其中每一分離單元可包括 -第一腔室； -通過多孔隔板與第一腔室分隔的第二腔室； -將組分混合物輸送到第一腔室中的第一入口； -在至少一部分第一組分已經(jīng)從第一腔室中除去之后，排放剩余組分混合物的第一出口； -輸送吹掃組分到第二腔室內(nèi)的第二入口； -將吹掃組分和已擴散的第一組分的混合物從第二腔室中排放的第二出口。
分離單元可在分離裝置中以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知適合于這一目的的任何方式設(shè)置。優(yōu)選地，可在分離裝置內(nèi)順序或彼此平行地設(shè)置分離單元。分離單元可以例如順序地以成排的方式設(shè)置。若使用這種成排順序設(shè)置的分離單元，則優(yōu)選通過組分混合物或吹掃組分各自的中間物流補償在任何一側(cè)上的任何壓力損失。
在有利的實施方案中，兩個或更多個分離單元的第一或第二腔室重合在一起，以便兩個或更多個分離單元共用相同的第一或第二腔室。
例如，本發(fā)明提供多管式分離裝置，其包括 -基本垂直延伸的容器， -具有多孔壁的多根管道，所述管道在所述容器內(nèi)與所述容器的中心縱軸平行設(shè)置，其中所述管道上端固定到上部管板上并與上部管板上方的頂部流體腔室流體連通和下端固定到下部管板上并與在下部管板下方的底部流體腔室流體連通， -供應(yīng)第一流體到頂部流體腔室中的供應(yīng)設(shè)備，和 -設(shè)置在底部流體腔室內(nèi)的流出液出口； -供應(yīng)第二流體到上部管板、下部管板、管道外表面和容器壁之間的空間中的供應(yīng)設(shè)備；和 -離開管道外表面和容器壁之間的這一空間的流出液出口。
流體各自獨立地優(yōu)選至少50wt％為氣態(tài)，更優(yōu)選至少80wt％，和甚至更優(yōu)選為90-100wt％。最優(yōu)選流體幾乎完全或者完全為氣態(tài)。
組分混合物可以例如供應(yīng)到管道內(nèi)部的空間中或者管道外表面和容器壁內(nèi)表面之間的空間中；和吹掃氣體可以分別供應(yīng)到管道外表面和容器壁內(nèi)表面之間的空間中或管道內(nèi)部的空間內(nèi)。
在制備工藝中，可使一種或多種反應(yīng)物反應(yīng)成為一種或多種產(chǎn)物和至少一種副產(chǎn)物。反應(yīng)應(yīng)理解為吹掃組分發(fā)生了化學變化。例如，可將吹掃組分化學分裂為兩個或更多個單獨的產(chǎn)物或者吹掃組分可以與一種或多種其它組分反應(yīng)成為一種或多種產(chǎn)物?？赡艿姆磻?yīng)的實例包括但不限于水合、脫水、氫化和脫氫、氧化、水解、酯化、胺化、碳化、羰基化、羧基化、脫硫、脫胺、縮合、加成、聚合、取代、消除、重排、歧化、酸-堿反應(yīng)、調(diào)聚反應(yīng)、異構(gòu)化、鹵化、脫鹵化和硝化反應(yīng)。所采用的反應(yīng)條件可在寬范圍內(nèi)變化，且可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適合于這一反應(yīng)的那些反應(yīng)條件。在實踐中，可常常在范圍為-100到500℃、更優(yōu)選范圍為0-300℃的溫度下和范圍為0.0001-100bar、更優(yōu)選范圍為1-50bar的壓力下進行本發(fā)明?？墒褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知適合于這一反應(yīng)的任何類型的反應(yīng)器。反應(yīng)器類型的實例包括連續(xù)攪拌的反應(yīng)器、淤漿反應(yīng)器或管狀反應(yīng)器。
可任選在催化劑存在下進行制備工藝中的一個或多個反應(yīng)?？墒褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的適合于所采用的特定反應(yīng)的任何催化劑。這種催化劑可以是均相或非均相催化劑，且可以例如存在于溶液、淤漿內(nèi)或者存在于固定床內(nèi)。可在分離單元內(nèi)除去催化劑。
本發(fā)明方法中的步驟可以各自按照連續(xù)、半間歇或間歇的方式進行。例如，可按照連續(xù)或半間歇的方式進行分離工藝，而隨后的制備工藝可按照間歇的方式進行。在優(yōu)選的實施方案中，所有步驟按照連續(xù)的方式進行。因此，本發(fā)明還提供其中這一方法是連續(xù)的本發(fā)明方法。
優(yōu)選在工業(yè)裝置中進行聯(lián)合的分離和制備工藝，所述工業(yè)裝置包括 -分離裝置，其包括適合于通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散到吹掃組分物流內(nèi)而使第一組分從組分混合物中分離出來的一個或多個分離單元，所述分離單元包括一個或多個第一腔室、通過多孔隔板與一個或多個第一腔室分隔的一個或多個第二腔室、一個或多個入口及一個或多個出口， -一個或多個反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括一個或多個入口及一個或多個出口，其中至少一個出口包括反應(yīng)副產(chǎn)物的物流，其中一個或多個制備單元的這一副產(chǎn)物出口與一個或多個分離單元的一個或多個入口直接或間接相連。
在優(yōu)選的實施方案中，聯(lián)合的制備和分離工藝包括下述步驟 a)使一種或多種反應(yīng)物反應(yīng)，以獲得含產(chǎn)物、至少一種副產(chǎn)物和至少一種污染物的反應(yīng)混合物； b)使副產(chǎn)物從反應(yīng)混合物中分離出來，以獲得副產(chǎn)物與含產(chǎn)物和至少一種污染物的混合物； c)通過使污染物經(jīng)多孔隔板擴散到副產(chǎn)物的物流內(nèi)，從產(chǎn)物和污染物的混合物中氣體分離污染物，以獲得污染物和副產(chǎn)物的混合物的物流與純化產(chǎn)物的物流。
任選地，在步驟c)中獲得的產(chǎn)物可進一步通過例如蒸餾方法來純化。
在這一工藝中，可如以上針對制備工藝所述進行步驟a)，和可以如以上針對分離工藝所述進行步驟c)。
可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適合于這一目的的任何方式進行步驟b)中的分離。優(yōu)選的方法包括氣液分離和蒸餾。
在進一步優(yōu)選的實施方案中，聯(lián)合的制備和分別方法包括下述步驟 a)使一種或多種反應(yīng)物反應(yīng)，以獲得含產(chǎn)物、至少一種未反應(yīng)的反應(yīng)物、至少一種副產(chǎn)物和至少一種污染物的反應(yīng)混合物； b)分離反應(yīng)混合物，以獲得副產(chǎn)物的物流、未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物的物流與純化的產(chǎn)物的物流； c)通過使污染物經(jīng)多孔隔板擴散到副產(chǎn)物的物流內(nèi)，從至少一部分未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物中氣體分離污染物，以獲得污染物和副產(chǎn)物的混合物的物流與純化的未反應(yīng)的反應(yīng)物的物流。
任選地，在步驟b)中獲得的產(chǎn)物和步驟c)中獲得的未反應(yīng)的反應(yīng)物可通過例如蒸餾方法進一步純化。
在這一方法中，可如以上針對制備工藝所述進行步驟a)，和如以上針對分離工藝所述進行步驟c)。
其中未反應(yīng)的反應(yīng)物可被純化的如上所述的方法，可有利地用于其中未反應(yīng)的反應(yīng)物循環(huán)到反應(yīng)中的聯(lián)合制備和分離工藝中。常規(guī)地，通過泄放物流除去在這一未反應(yīng)的反應(yīng)物的循環(huán)物流內(nèi)的污染物。通過采用本發(fā)明的方法從這一未反應(yīng)的反應(yīng)物中除去污染物，有利地可以使用較小的泄放物流。進入分離單元內(nèi)的未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的物流可以是步驟b)中獲得的未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物的一部分或者可以是步驟b)中獲得的混合物的全部。當只有一部分在步驟b)中獲得的未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物在步驟c)中分離時，這一部分優(yōu)選為步驟b)中分離的全部混合物的0.1-50wt％，更優(yōu)選為0.1-30wt％。在步驟c)中只使用一部分在步驟b)中獲得的未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物的優(yōu)點是可以使用小的分離單元。該小的分離單元可容易地結(jié)合到已經(jīng)存在的工業(yè)裝置內(nèi)。在步驟c)中使用全部在步驟b)中獲得的未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物的優(yōu)點是可除去更多的污染物和可進一步減少泄放物流。
本發(fā)明的方法可在寬范圍內(nèi)應(yīng)用。例如，該方法可用于制備環(huán)氧烷的方法中，其中烯烴與被惰性氣體污染的氧氣反應(yīng)，和其中二氧化碳作為副產(chǎn)物制備。
因此本發(fā)明還提供制備環(huán)氧烷的方法，該方法包括下述步驟 a)使烯烴與被惰性氣體污染的氧氣反應(yīng)，以獲得含環(huán)氧烷、未反應(yīng)的烯烴、二氧化碳和惰性氣體的反應(yīng)混合物； b)分離反應(yīng)混合物，以獲得二氧化碳的物流、烯烴和惰性氣體的混合物的物流及純化的環(huán)氧烷的物流； c)通過使惰性氣體經(jīng)多孔隔板擴散到二氧化碳物流內(nèi)從至少一部分未反應(yīng)的烯烴和惰性氣體的混合物中氣體分離惰性氣體，以獲得惰性氣體和二氧化碳的混合物的物流及純化的烯烴的物流。
優(yōu)選地，烯烴是具有2-10個碳原子的烯烴。優(yōu)選的實例包括乙烯、丙烯、丁烯類和戊烯類。優(yōu)選地，可使用本發(fā)明的方法制備具有2-10個碳原子的相應(yīng)環(huán)氧烷。優(yōu)選的實例包括環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷類和環(huán)氧戊烷類。另外，可將烯烴的混合物轉(zhuǎn)化成相應(yīng)環(huán)氧烷的混合物。最優(yōu)選其中乙烯或丙烯或其混合物轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或其混合物的方法。除上述以外，視需要，還可使用進一步的稀釋劑氣體，例如甲烷。正如在US-A-5519152中所例舉的，可以使用這種稀釋劑氣體。除以上所述的以外，還可在本發(fā)明的方法中使用均相或非均相催化劑。
在這一方法中二氧化碳作為副產(chǎn)物制備。惰性氣體可以是例如氮氣或氬氣。優(yōu)選惰性氣體是氬氣。
在另一方法中，烷烴可用作吹掃氣體，因此本發(fā)明還提供一種方法，該方法包括通過使氫氣經(jīng)多孔隔板擴散到烷烴物流內(nèi)而從氫氣、甲烷和二氧化碳的混合物中氣體分離氫氣，以獲得烷烴和氫氣的混合物以及甲烷和二氧化碳的純化混合物。
優(yōu)選地，這種烷烴具有2-10個碳原子。這種烷烴的優(yōu)選實例包括乙烷、丙烷和丁烷類。
通過下述非限制性實施例闡述本發(fā)明。
對比例1 在對比例中，通過使乙烯與被氬氣污染的氧氣反應(yīng)制備環(huán)氧乙烷(EO)。在反應(yīng)之后，將反應(yīng)混合物輸送到分離器中，在此利用吸收差分離混合物，其中反應(yīng)混合物被分離成富環(huán)氧乙烷的物流和乙烯循環(huán)物流。乙烯循環(huán)物流進一步包括副產(chǎn)物二氧化碳和污染物氬氣。泄放物流離開該工藝，以避免氬氣積累。圖2描述了這一方法。
利用計算機模型模擬這一方法。在這一計算機模型中，設(shè)置該方法中的物流，以便離開該工藝的泄放物流包括3.5kmol/h的氬氣。在這一情況下，發(fā)現(xiàn)泄放物流還包括8.5kmol/h的乙烯。將甲烷添加到該工藝中作為稀釋劑。利用計算機模型模擬這一工藝，得到表1中概述的泄放物流 表1如圖2所示的對比例1中的泄放物流的組成 實施例2 在本發(fā)明方法的實施例中，如上面針對實施例1所述進行環(huán)氧乙烷的制備，所不同的是在本發(fā)明的氣體分離單元內(nèi)進一步分離泄放物流，其中通過使氬氣經(jīng)多孔隔板擴散到二氧化碳物流內(nèi)而除去氬氣。
圖3描述了這一方法。
利用計算機模型模擬這一方法。在這一計算機模型中，在約35℃的溫度下和約1bar的壓力下進行氣體分離；氣體分離器的長度為1.53m和多孔隔板的厚度為1mm；和在多孔隔板內(nèi)孔隙的總表面積相對于氣體體積為100m2/m3。離開對比例1的方法的二氧化碳物流(純的，450kmol/h)現(xiàn)被逆流進料到含有氬氣的泄放物流內(nèi)。結(jié)果是新的泄放物流(4)和氬氣濃度比前一泄放物流(1)更低的新的循環(huán)物流(2)。設(shè)置各物流，以便離開該方法的新的泄放物流(4)包括3.5kmol/h的氬氣。在此情況下，新的泄放物流包括7.8kmol/h乙烯，正如表2所示。表3和4中概述了圖3所示的其余物流的流量。
表2在實施例2中新的泄放物流(4)的組成 表3針對實施例2，圖3所示的流量 表4針對實施例2，新的循環(huán)物流(2)的組成 可以看出，通過使用本發(fā)明的氣體分離，可使泄放物流內(nèi)乙烷的損失從8.5kmol/h降低到7.8kmol/h。
權(quán)利要求
1.聯(lián)合的制備和分離方法，該方法包括制備工藝，其中產(chǎn)生副產(chǎn)物；和氣體分離工藝，其中通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散進入吹掃組分的物流內(nèi)，使第一組分從組分混合物中分離出來；其中在制備工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)物隨后在分離工藝中用作吹掃組分。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在多孔隔板兩側(cè)上的壓力基本相等。
3.權(quán)利要求1或2的方法，它包括下述步驟
a)使一種或多種反應(yīng)物反應(yīng)，以獲得含產(chǎn)物、至少一種副產(chǎn)物和至少一種污染物的反應(yīng)混合物；
b)使副產(chǎn)物從反應(yīng)混合物中分離出來，以獲得副產(chǎn)物與含產(chǎn)物和至少一種污染物的混合物；
c)通過使污染物經(jīng)多孔隔板擴散到副產(chǎn)物的物流內(nèi)，從產(chǎn)物和污染物的混合物中氣體分離污染物，以獲得污染物和副產(chǎn)物的混合物的物流與純化產(chǎn)物的物流。
4.權(quán)利要求1或2的方法，它包括下述步驟
a)使一種或多種反應(yīng)物反應(yīng)，以獲得含產(chǎn)物、至少一種未反應(yīng)的反應(yīng)物、至少一種副產(chǎn)物和至少一種污染物的反應(yīng)混合物；
b)分離反應(yīng)混合物，以獲得副產(chǎn)物的物流、未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物的物流與純化產(chǎn)物的物流；
c)通過使污染物經(jīng)多孔隔板擴散到副產(chǎn)物的物流內(nèi)，從至少一部分未反應(yīng)的反應(yīng)物和污染物的混合物中氣體分離污染物，以獲得污染物和副產(chǎn)物的混合物的物流及純化的未反應(yīng)的反應(yīng)物的物流。
5.權(quán)利要求4的方法，該方法包括下述步驟
a)使烯烴與被惰性氣體污染的氧氣反應(yīng)，以獲得含環(huán)氧烷、未反應(yīng)的烯烴、二氧化碳和惰性氣體的反應(yīng)混合物；
b)分離反應(yīng)混合物，以獲得二氧化碳的物流、烯烴和惰性氣體的混合物的物流及純化的環(huán)氧烷的物流；
c)通過使惰性氣體經(jīng)多孔隔板擴散到二氧化碳的物流內(nèi)，從至少一部分未反應(yīng)的烯烴和惰性氣體的混合物中氣體分離惰性氣體，以獲得惰性氣體和二氧化碳的混合物的物流及純化的烯烴的物流。
6.工業(yè)裝置，其包括
-分離裝置，其包括適合于通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散到吹掃組分物流內(nèi)使第一組分從組分混合物中分離出來的一個或多個分離單元，所述分離單元包括一個或多個第一腔室、通過多孔隔板與一個或多個第一腔室分隔的一個或多個第二腔室、一個或多個入口及一個或多個出口，
-一個或多個反應(yīng)器，其包括一個或多個入口及一個或多個出口，其中至少一個出口包括反應(yīng)副產(chǎn)物的物流，其中該副產(chǎn)物出口與一個或多個分離單元的一個或多個入口直接或間接相連。
全文摘要
聯(lián)合的制備和分離方法，該方法包括制備工藝，其中產(chǎn)生副產(chǎn)物；和氣體分離工藝，其中通過使第一組分經(jīng)多孔隔板擴散進入吹掃組分的物流內(nèi)，使第一組分從組分混合物中分離出來；其中在制備工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)物隨后在分離工藝中用作吹掃組分；和在這一方法中使用的工業(yè)裝置。
文檔編號C07D301/32GK101102832SQ200580046748
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者A·布伊杰斯, G·J·哈姆森, D·F·米爾德, A·P·韋斯特林克 申請人:國際殼牌研究有限公司