CS239965B1 - Způsob stabilizace okamžité teploty v hydroformylačním reaktoru - Google Patents

Abstract

Zamezení oscilacím teploty v hydroformylačním reaktoru se dosáhne tak, že se zvýší střední teplota v reaktoru nebo se zvýší nétok roztoku katalyzátoru do reaktoru nebo se zvýší koncentrace aktivní složky katalyzátoru.

Description

(54)

MADRON FRANTIŠEK ing. CSc., ÚSTÍ NAD LABEM; KOPECKÝ IVAN ing., LITVÍNOV

Způsob stabilizace okamžité teploty v hydroformylačním reaktoru

Zamezení oscilacím teploty v hydroformy lačním reaktoru se dosáhne tak, že se zvýší střední teplota v reaktoru nebo se zvýší nétok roztoku katalyzátoru do reaktoru nebo se zvýší koncentrace aktivní složky katalyzátoru.

239 985

Vynález se týká způsobu stabilizace okamžité teploty v hydroformylačním reaktoru, v němž probíhá hydroformylace olefinů při tlaku okolo 30 MPa za přítomnosti syntézního plynu obsahujícího vodík a oxid uhelnatý a za působení katalyzátoru.

Hydroformylace olefinů je základní průmyslový postup pro syntézu aldehydů, jež jsou většinou dále zpracovány na alkoholy. .Hydroformylace olefinů je exothermní reakce, již můžeme například pro propylen zapsat rovnicemi:

oh₃ - OH = 0¾ + 00 + H₂ oh₃ - ch₂ - ο&,οηο /1/

OH, - OH = 0¾ + 00 + Hg katalyzátor» (_CH _ _CH0 /₂/

Jako katalyzátor se. používá například hydrotetrakarbonyl kobaltu HCo(CO)^. Tento katalyzátor je za atmosferického tlaku nestabilní a'připravuje se až za reakčních podmínek reakcí oxidu uhelnatého s kobaltnatými solemi organických kyselin, například lauranem nebo 2-ethylhexanátem kobaltnatým. Katalyzátor se do reaktoru dávkuje většinou rozpuštěn v organickém

239 965 rozpustidle, které je spolu s propylenem dávkováno do hydroformylačního reaktoru.

Důležitou technologickou proměnnou, mající silný vliv na kinetiku i stechiometrii hydroformylačních reakcí, je teplota v reaktoru. Teplota obecně zvyšuje reakční rychlost a tak zvyšuje konverzi propylenu na reakční produkty. Zvyšování teploty má však též některé nepříznivé důsledky. Teplota určuje poměr aldehydů s přímým a rozvětveným řetězcem. Se zvyšující se teplotou klesá podíl aldehydů a přímým řetězcem, což je většinou nežádoucí, nebol o produkty s přímým řetězcem je větší komerční zájem, než o produkty s řetězcem rozvětveným.

Dalším nepříznivým důsledkem zvyšování teploty je vznik nežádoucích vedlejších a následných produktů hydroformylace. Jednak dochází k hydrogenaci olefinu, již můžeme pro případ propylenu zapsat rovnicí

CÍLj - CH = CH₂ + 1¾ -CH₃ - CH₂ - CH^, /3/ .

jednak mohou vznikat estery kyseliny mravenčí a ketony. Významné jsou tzv. těžké podíly hydroformylace, které představují těžko definovatelnou směs látek. Většinou se jedná o produkty vznikající kondenzací, trimerizací, aldolizací a dalšími reakcemi aldehydů.

S hlediska maximálního výtěžku aldehydů existuje optimální teplota v hydrofórmylačním reaktoru, při níž je konverze olefinu již dosti velká, přičemž ztráty způsobené vedlejšími a následnými reakcemi/jsou ještě přijatelné.

239 96S

Základním problémem vedení hydroformylačních procesů v průmyslovém měřítku je stabilizace teploty v reaktoru v co nejužším rozmezí teplot. K tomuto účelu se využívá ve většině případů odvod reakčniho tepla chladicími okruhy. Proměnné, které určují množství odvedeného tepla a tím i teplotu v Reaktoru jsou zejména dvě: teplota chladicího média v chladicím okruhu a průtok chladicího média. Jedna z těchto veličin obvykle slouží jako akční veličina regulátoru*

Kvalita řízení reaktoru při využití těchto dvou veličin jako akčních přito± nemusí být vždy uspokojivá. Běžné je řízení teploty v reaktoru chladicím okruhem, v němž cirkuluje chladicí voda, jejíž teplota se upravuje na požadovanou hodnotu dalším chladicím okruhem, tzv. kaskádní regulace. Pro tento způsob regulace je charakteristické značné zpoždění mezi regulovanou veličinou, tj. teplotou v reaktoru a veličinou akční, tj. teplotou chladicí vody v okruhu chladicím hydroformylační reaktory.. Druhá známá varianta chlazení využívající jako akční veličinu teplotu chladicí vody na vstupu do reaktoru má příznivější dynamické vlastnosti. I v tomto případě však můž,e být zpoždění regulace značné.

Nedokonalá regulace hydroformylačního reaktoru se v pražci projevuje rozkmitáním, oscilací teploty v reaktoru. I když přitom nemusí dojít k odchylce střední, průměrné teploty od hodnoty optimální, takovéto kolísání má obecně negativní vliv na výtěžek hydroformylace. Je přitom známo, že řízení reaktoru tak, aby teplota v reaktoru nekmitala je značně obtížné. Problémem zde je již zmíněné zpoždění v používaných regulačních systémech.

Nyní bylo zjištěno, že oscilace teploty jsou průvodním jevem vnitřní nestability reaktoru, která je vlastností technolo239 965 gickéha režimu, při kterém je reaktor provozován. Kmity teploty vznikají tak, že při náhodném poklesu teploty v reaktoru· poklesne reakční rychlost a v reaktoru se začne htomadit nezreagovaný olefin. Při regulaci teploty na původní hodnotu se reakční rychlost zvýší a uvolněné reakční teplo pak v důsledku zpoždění není chladicí systém schopen odvést. Teplota se tak dále zvýší, vzroste i reakční rychlost a dojde k téměř úplnému zreagování přítomného olefinu. V tomto okamžiku reakce v reaktoru téměř neprobíhá, chlazení je však již značně intenzivní. Dojde k podchlazení reaktoru a celý cyklus se opakuj e ·

Řešením problému se jeví upůsob stabilizace okamžité teploty v hydroformylačním reaktoru při konstantním nátoku olefinické suroviny podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, .že oscilace teploty se potlačí či zcela odstraní zvýšením střední teploty v reaktoru nebo zvýšením nátoku roztoku katalyzátoru do reaktoru nebo zvýšením koncentrace aktivní složky katalyzátoru v roztoku katalyzátoru.

Bylo totiž zjištěno, že oscilacím lze zamezit řízením reaktoru ve stabilní oblasti, přičemž stabilní oblast je charak terizována vysokými hodnotami koncentrace íca fculy za i, oru v roztoku, vysokým objemovým průtokem roztoku katalyzátoru do reaktoru a vysokou střední teplotou v reaktoru. Ve stabilním stavu pak již oscilace nevznikají a existující systém regulace reaguje pouze na drobné vnější poruchy. Jako akční veličiny regulace je tedy možno použit koncentraci aktivní složky katalyzátoru ,v roz toku katalyzátoru, který vstupuje do reaktoru, průtok roztoku katalyzátoru a střední požadovanou teplotu v reaktoru. Tyto tři akční veličiny lze využívat nejen jednotlivě, ale v libovolné kombinaci. Pokyn ke změně akční veličiny může přijít bučí od pří stroje sledujícího yznik oscilací teploty v reaktoru, harmonického analyzátoru nebo od obsluhy reaktoru, která oscilace teploty indikuje vizuálně.

Příklad provedení

239 965

V průmyslovém hydroforraylačním reaktoru· pracujícím při tlaku 30 MPa a střední teplotě 137' °C docházelo ke vzniku oscilací teploty v závislosti na množství, .kapalného propylenu dávkovaného do reaktoru. Stabilní režim, ..při kterém ještě nedocházelo k oscilacím, byl charakterizován průtokem 2500 kg/h propylenu a 4000 kg/h roztoku katalyzátoru o koncentraci 0,2 % hmot. kobaltu. Při zvýšení průtoku propylenu o 5 % nad uvedenou hodnotu, tj. na 2625 kg/h došlo ke vzniku oscilací teploty s aplitudou 18 °C, Tyto oscilace nebyl schopen stávající systém regulace utlumit. Bylo zjištěno, že teplotu lze opět stabilizovat jedním z následujících zásahů: zvýšením střední teploty v realctoru o 2 °C zvýšením průtoku roztoku katalyzátoru o 15 %, tj. na 4600 kg/h zvýšením koncentrace katalyzátoru o 15 tj. na 0,23 íá hmot.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   VYNÁLEZU

   239 965

   Způsob stabilizace okamžité teploty v hydroformylačním reaktoru při konstantním nátoku olefinické suroviny vyznačený tím, že oscilace teploty se potlačí či zcela odstraní zvýšením střední teploty v reaktoru nebo zvýšením nátoku roztoku katalyzátoru do reaktoru nebo zvýšením koncentrace aktivní složky katalyzátoru v roztoku katalyzátoru.