CS269842B1 - Sposob automatického riadenia syntézy vinylchloridu alebo vinylacetátu a zariadenie na uskutoSnovánie tohoto sposobu - Google Patents

Description

1 CS 269 842 B1

Vynález 8a týká nového sposobu automatického riadenia syntézy vinylchloridu z acety-lónu a chlorovodíka, ako aj syntézy vinylacetátu z acetylénu a kyseliny octovej na kon-taktných katalyzátoroch v mnohorúrkových reaktoroch a zariadenia na uskutočnenie tohtosposobu riadenia·

Syntéza vinylchloridu reakciou acetylénu s chlorovodíkom je heterogénna katalytickáreakcia prebiehajúca s optimálnym výtažkom při teplotách v rozmedzí 140 až 180 °C, zá-vislých od typu a vlastností kontaktného katalyzátore. Katalyzátorom reakcie sú ortutnatésoli na aktívnom tíhli ako nosiči katalyzátora.

Podobným sposobom sa vyrába monoméray vinylacetát z acetylénu a kyseliny octovejv plynnéj fáze na heterogénnom ootane zinočnatom katalyzátore taktiež v rúrkovom reaktore.Rosičom katalyzátora je aktivně uhlie. Reakcia je exotermická a prebieha v podobnomteplotnom rozmedzí ako syntéza vinylchloridu.

Hevýhodou pri syntéze vinylchloridu je, že ortutnaté soli sublimujú, čím sa reakčnázóna stále presúva po dížke reakčných rúrok. V dosledku toho sa mění skutočná kontaktnádoba reakčnej zmesi s katalyzátorom a tým sa mění aj výtažnost reakcie. Aby sa aj zatýchto podmienok dosahovali rovnako vysoké výtažky vinylchloridu na privádzaný acetylén,musia sa postupné upravovač zataženie reaktora a teplota chladiaceho média.

Stav kontaktného katalyzátora sa obvykle kontroluje meraním teploty termočlánkem! u-miestnenými v reaktore a analýzou zloženia odchádzajúoeho plynu z reaktora. Tento sposobnie je výhodný, či už sa uskutočňuje ručně alebo automaticky, lebo obidve akčné veličiny,t. j. teplota chladiaceho média a zataženie reaktora sa obvykle menia v pravidelných in-térvaloch bez toho, aby sa poznala velkost potřebného kroku na dosiahnutie optimálnych pod-mienok syntézy. Výsledok je potom závislý hlavně od skúseností a intuície operátora. Přitomto spásobe riadenia syntézy vinylchloridu alebo syntézy vinylacetátu sa nesleduje pro-ces, prebieha júci v reaktore na kontaktnom katalyzátore, takže sa nemože v plnej mierezohlednit rázná kvalita katalyzátora, ktorá aj napriek zložitým a nákladným testovacím me-todám sa nedá dopředu spolahlivo predpovedat. To pri tomto sposobe riadenia zhoršujeefektivnost výrobného procesu, lebo sa nedosahujú optimálně výtažky vinylchloridu alebo vi-nylacetátu a znižuje sa výrobnost katalýz átorov. Tieto parametre sa ešte zhoršujú, ke3. savýrobný proces uskutočňuje v batérii paralelné zapojených reaktorov s obmedzenými mož-nostem! posúdenia skutočného chodu jednotlivých reaktorov. K výraznéjšlemu zlepšeniu nedoohádza ani vtedy, kež sa na riadenie či už jedného ale-bo batérie reaktorov použije riadiaci počítač. Jednou z příčin je oneskorené a nepřesnésledovanie reakčnej zóny, takže odpovedajúci zásah riadiaceho systému váčšinou nie jeadekvátny skutočnému priebehu procesu. Pri menších krokoch sa posúdenie účinku zásahu roz-plývá v medziach nepřesnosti prevádzkových analýz zloženia vystupujúceho plynu, pri vačšíchkrokoch sa zvyšuje nebezpečie prehriatia a znehodnotenia katalyzátora. Východiskom je ru-tinný spásob riadenia teploty chladiaceho média a zataženia reaktora, založený na skúse-nosti β miemymi korekciami podlá trvalých a jednoznačných zmien v obsahu produktu vo vý-stupnom prúde z reaktora. Pri tomto spásobe sa však len zriedkavo može stát, že proces sauskutočňuje pri optimálnych podmienkach reakcie. Rázné spásoby automatickej reguláciea optimalizácie chemických reaktorov, využívajúceho modemů riadiacu techniku, sú zhrautéa popísáné v časopise Chemical Engineering, Uay 1986, str. 69-81. Ani jeden z popísánýchsposobov automatickej regulácie a riadenia chemických reaktorov sa nedá prakticky využitna zlepšenie automatickej regulácie a riadenia kontaktných reaktorov na syntézu vinylacetá-tu. Rajvačším problómom je sledovanie teplotného profilu kontaktného reaktora a jeho vy-hodnotenia, aby namerané údaje poskytli objektivny obraz o priebehu reakcie a stave kata-lyzátora vo formě potrebnej pre jednoznačné určenie akčných zásahov do Chodu reaktora.

Ukázalo sa však, že podstatné zlepšenie syntézy vinylchloridu alebo syntézy vinylace-tátu sa dá dosiahnut novým nekonvenčným apásobom riadenia, založeným na automatickom sle-dovaní profilu reakčnej zóny a rýchlosti jej pohybu po dížke reaktora a na meraní zloženiareakčnej zmesi na výstupe z reaktora. Akčnými veličinami sú teplota chladiaceho média GS 269 842 B1 a množstvo privádzaného plynu do kontaktného reaktora.

Pri tomto novom sposobe syntézy vinylchloridu reakciou acetylénu s chlorovodíkom nakontaktnom katalyzátore pri teplotách v rozmedzí 140 až 180 °C alebo syntézy vinylacetátureakciou acetylénu s kyselinou octovou na kontaktnom katalyzátore při teplotách v rozme-dzí 145 až 215 °C sa postupuje tak, že velkost, tvar a posun reakčnej zóny sa merajú a au-tomaticky vyhodnocuji! na základe merania teplotného profilu pozdíž najmenej jednej rúrkyrúrkového reaktora pomocou sústavy měrných čidiel, pričom interval akčného zásahu a vel-kost krokov na změnu teploty chladiaceho média a na změnu zataženia reaktora sa určujúpodlá velkosti, tvaru a rýchlosti posunu reakčnej zóny tak, že změna teploty chladiacehomédia je v rozmedzí 0,1 až 10 °0, s výhodou v rozmedzí 0,25 až 2,0 °C a změna zataženia jev rozmedzí 0,1% až 10% predchádzajúceho zataženia, s výhodou v rozmedzí 0,5% až 2,5% pred-chádzajúceho zataženia, pričom velkost akčného zásahu v jednej riadiacej operácii a vel-kost intervalu riadiacich operácii sa určuje podlá programu, generovaného velkostou, tva-rom a posunom reakčnej zóny a nezávisle podlá zloženia reakčnej zmesi na výstupe z re-aktora, stanovovaného periodicky v intervale 1,5 až 20 hodin, s výhodou v intervale 4 až8 hodin.

Podstata zariadenia podlá vynálezu na uskutočňovanie sposobu automatického riadeniasyntézy vinylchloridu alebo vinylacetátu spočívá v tom, že sústava měrných čidiel na mera-nie pozdížneho teplotného profilu v reakčnej rúrke pozostáva z radu odporových čidiel nameranie teploty, zafixovaných vo vzdialenosti v rozmedzí 4 až 20 cm, s výhodou v rozmedzí5 až 7,5 cm a umiestnených v ochrannéj rúrke, záberajúcej 4 až 9 % z plochy prierezu re-akčnej rúrky, pričom každé odporové čidlo je připojené na vstupná stranu počítača, na kto-rú je připojený aj analyzátor reakčnej zmesi, zatial čo výstupná strana počítača je spoje-ná s regulátorom teploty chladiaceho média a 3 regulátorom prietoku privádzaných plynovdo reaktora.

Zariadenie pre tento nový sposob riadenia syntézy vinylchloridu alebo syntézy vinyl-acetátu je znázorněné na obr. 1.

Ha tieto syntézy sa používá rdrkový reaktor 2, pozostávajúci z reakčných rúrok, naplněnýchkontaktným katalyzátorom. Eeakčné teplo sa odvádza v medzirúrkovom priestore chladiacimmédiom, privádzaným potrubím 6 chladiaceho média pri požadovanej vstupnéj teplote, závislejod aktivity katalyzátore a stupňa vyčerpania jeho aktivity. Chladiace médium sa odvádzavýstupným potrubím 7 do teplovýmennej sústavy cirkulačného okruhu chladiaceho média (naschéme na obr. 1 nie je zakreslené).

Reakčná rúrka j., určená na meranie teplotného profilu v rúrkovom reaktore 2, naplnenomkontaktným katalyzátorom, je opatřená sústavou stabilně umiestnených odporových činidiel 3pozdíž reakčnej rúrky _£, zafixovaných vo vzdialenosti v rozmedzí 4 až 20 cm, s výhodouv rozmedzí 5 až 7,5 cm a umiestnených v ochrannéj rúrke, záberajúcej 4 až 9 % z plochyprierezu reakčnej rúrky, pričom každé odporové čidlo je připojené na vstupnú stranu počí-tača 9, na ktorú je připojený aj analyzátor 8 reakčnej zmesi, zatiat čo výstupná strana po-čítača je spojená s regulátorom teploty chladiaceho média |0 a s regulátorom prietokuprivádzaných plynov do reaktora cez vstupné potrubie plynu 5.

Pri tomto sposobe riadenia sa údaj analyzátore 8, napojeného na potrubie 4 odchádza-júcej reakčnej zmesi z reaktora, využívá na kontrolu a korekciu riadenia podlá reakčnej zó-ny. V dSsledku toho sa analýzy možu uskutočňovat v dlhších časových intervaloch bez toho,že by sa zhoršila kvalita riadenia.

Uvedeným postupom sa prekvapujúco zvýšila výtažnost procesu, jednak v dosledku dlho-dobého udržovania vysokéj selektivity reakcie a jednak v důsledku predíženia životnostikatalyzátore. Tento účinok možno z velkej časti pripísaí vysokej citlivosti a přesnosti me-rania a stanoveniu rýchlosti jej pohybu ako faktoru najviac ovplyvňujúcemu priebeh a vý-tažnost reakcie. Celkový pozitivny účinok je však výsledkom komplexného pSsobenia aj dal-ších faktorov riadenia, blízkého k optimálnym možnostiaa daného výrobného zariadenia. íalejuvádzame příklady, ktoré ilustrujú, ale nevymedzujú oblast použitia vynálezu. CS 269 842 B1 Příklad. 1

Syntéza vinylchloridu reakciou acetylénu s chlorovodíkom sa uskutočňuje v rúrkovomreaktore na kontaktnom katalyzátore, uloženom v rúrkach reaktora. Reakčné teplo sa odo-berá cirkuláciou chladiaceho oleja v medzirúrkovom priestore. Teplota oleja vstupujúcehodo plášía reaktora sa udržuje na konštantnej hodnotě chladičom v cirkulačnom okruhu chla-diaceho oleja. Vstupný plyn v požadovanom molárnom pomere G2®2 ! 1101 sa udržuje na konštantnej hodnotě regulátorom prietoku plynu. * Z vystupujúcej reakčnej zmesi sa odoberajú plynné vzorky na analýzu do prevádzkovéhochrom atografu. V jednej reakčnej rúrke je umiestnená sústava odporových čidiel na meranie tvaru,velkosti a posunu reakčnej zóny. Meracia sústava je uložená v exocentricky umiestnenejrúrke v priereze reakčnej rúrky. Plocha prieřezu rúrky meracej sústavy činí 6 % plochyprierezu reakčnej rúrky, takže teplotné gradienty v tejto reakčnej rúrke sa prakticky ne-odlišujú od teplotných gradientov reakčných rúrok, ktoré nie sú opatřené meracou súetavou. V dosledku toho aj reakcia prebieha prakticky rovnako v meracej reakčnej rúrke ako ajv ostatných rúrkach. Meranie teplotného gradientu pozdíž reakčnej rúrky týmto zariadenímje spolehlivé a reprezentuje priebeh reakcie v ostatných rúrkach. To je najdSležitejSí pr-vok nového spSsobu automatického riadenia kontaktného reaktora a bezpodmienečne nutný,lebo v opačnom případe systém automatického riadenia syntézy vinylchloridu zlyháva. Vzdia-lenosfc odporových činidiel v meracej sústave uplatnenej v tomto příklade činí 65 mm, čo jedostačujúce pre zistenie tvaru a velkosti reakčnej zóny i rýchlosti jej posunu, závislýchod pBvodných vlastností a stavu vyčerpania kontaktného katalyzátora. Počiatočná relativnéúzká reakčná zóna sa s postupujúcim miestnym vyčerpáváním katalyzátora posúva v smereprúdenia reakčného plynu, súčasne sa rozšiřuje, pričom sa znižuje maximálna hodnota teplo-ty zóny. Rýchlosň posunu reakčnej zóny bola v rozmedzí 3 až 7 mm.den“1. Tieto údaje pospracovaní mikroprocesorom sú podkladom, vyvolávajúcim primeranú riadiacu operáciu, usku-točňovanú potom sekvenčným spSsobom v intervaloch stanovených pre danú riadiacu operáciu.

Riadiacu operáciu okrem toho vyvolává automaticky aj trvalá změna v oblasti vinylchloriduv reakčnej zmesi na výstupe z reaktora, ziskovaná prevádzkovým chromatografom v pravidel-ných intervaloch. V tomto příklade sa analýza reakčnej zmesi uskutočňovala v intervale8 hodin. S postupujúcim vyčerpáváním aktivity katalyzátora sa zvyšuje velkost kroku pri zvyšo-vaní teploty chladiaceho olej a na vstupe do plášta reaktora, v tomto příklade z hodnoty0,1 °C až na hodnotu 1,0 °C v jednej riadiacej operácii. Optimálna hodnota zataženia re-aktora sa potom doregulováva jeho případným znižovaním, v tomto příklade vždy o 0,2 %z predchádzajúceho stavu.

Frekvencia riadiacej operácie a velkost kroku sa v tomto příklade určovali nezávislepodlá programu generovaného velkosíou, tvarom a posunom reakčnej zóny. Údaj prevádzkového « chromatografu slúžil v tomto příklade len na kontrolu účinku nového sposobu automatickéhoriadenia syntézy vinylchloridu a porovnanie s druhým, paralelné zapojeným reaktorom s rovnakým kontaktným katalyzátorom, riadeným doteraz známým sposobom.

Pri novom epSsobe riadenia sa prakticky trvale dosahovala vyššia selektivita reakcie,v priemere vyššia o 2,5 % pri súčasnom predížení životnosti katalyzátora o 10 %. Přiklad 2

Riadenie syntézy vinylchloridu sa uskutočňuje v tomto příklade v rovnakom zariadeníako v příklade 1. Sposob riadenia sa však odlišuje v tom, že prvá riadiaea operácia vyvo-laná nezávisle podlá programu generovaného velkosíou, tvarom a posunom reakčnej zóny jedoplněná riadiacou operáciou, vyvolanou programom, generovaným odchylkou od požadovanejselektivity reakcie. Selektivita je stanovená na základe chromatografických analýz reakčnejzmesi, uskutočňovaných každé 2 hodiny. Pri doplnenej riadiacej operácii sa počítá s vel-kostou kroku, na hodnotě 20 % z velkosti kroku v prvej riadiacej operácii. Týmto sposobom

Claims (2)

CS 269 842 B1 sa citlivejšie nastavujú optimálne podmienky reakcie, čo sa prejavilo v zlepšení selekti-vity reakcie, ktoró bola v priemere až o 4 % vyššia ako u porovnávacieho reaktora. Příklad 3 Popísáný sposob automatického riadenia je aplikované na syntézu vinylacetátu, usku-točňovanú reakciou acetylénu s kyselinou octovou na octan zinočnatom katalyzátore. Iteracia sústava je rovnako ako v příklade 1 umiestnená v jednej reakčněj rúrke. Plo-cha prierezu rúrky meracej sústavy činí 7 % plochy prierezu reakčnej rúrky a vzdialenostmedzi jednotlivými činidlami je 80 mm. Sposob riadenia je v tomto příklade rovnaký akov příklade 2 až na to, že druhá, doplňujúca riadiada operácia sa uskutočňuje každé 4 ho-diny. Pri tomto sposobe sa zlepšila selektivita reakcie v priemere o 5 # a životnost kata-lyzátora bola vyššia o 15 % oproti porovnávanému reaktoru s doterajším spSsobom riadeniasyntézy vinylacetátu. PREDUBT VYNÁLEZU

1. Sposob automatického riadenia syntézy vinylchloridu reakciou acetylénu s chlorovo-díkom na kontaktnom katalyzátore v rúrkovom reaktore pri teplotách v rozmedzí 140 až 180 °Calebo syntézy vinylacetátu reakciou acetylénu s kyselinou octovou na kontaktnom katalyzá-tore v rúrkovom reaktore pri teplotách v rozmedzí 145 až 215 °C, vyznačujúci sa tým, ževelkost, tvar a posun reakčnej zóny sa merajú a automaticky vyhodnocujú na základe meraniateplotného profilu pozdíž najmenej jednej rúrky rúrkového reaktora pomocou sústavy měrnýchčinidiel, pričom interval akčného zásahu a velkost krokov na změnu teploty chladiaceho mé-dia a na změnu zataženia reaktora sa určujú podlá velkosti, tvaru a rýchlosti posunu re-akčnej zóny tak, že změna teploty chladiaceho média je v rozmedzí 0,1 až 10 °C, s výhodou v rozmedzí 0,25 až 2,0 °C a změna zataženia je v rozmedzí 0,1 až 10 % predchádzajúceho za-taženia, s výhodou v rozmedzí 0,5 až 2,5 % predchádzajúceho zataženia, pričom velkostakčného zásahu v jednej riadiacej operácii a velkost intervalu riadiacich operácií sa ur-čujú podlá programu generovaného velkostou, tvarom a posunom reakčnej zóny a nezávisle podlzloženia reakčnej zmesi na výstupe z reaktora, stanovovaného periodicky v intervale 1,5 až20 hodin, s výhodou v intervale 4 až 8 hodin.

2. Zariádenie pře automatické riadenie syntézy vinylchloridu alebo syntézy vinylace-tátu spSsobom podlá bodu 1, vyznačujúce sa tým, že sústava měrných čidiel na meranie poz-dížneho teplotného profilu v reakčnej rúrke (1) pozostává z radu odporových čidiel (3) nameranie teploty, zafixovaných vo vzdialenosti v rozmedzí,4 až 20 cm, s výhodou v rozmedzí5 až 7,5 cm a umiestnených v ochrannéj rúrke, záberajúcej 4 až 9 % z plochy prierezu re-akčnej rúrky, pričom každé odporové čidlo je připojené na vstupnú stranu počítače (9), naktorú je připojený aj analyzátor (8) reakčnej zmesi, zatial čo výstupná strana počítača jespojená s regulátorom teploty chladiaceho média (10) as regulátorom prietoku (11) privádzaných plynov do reaktora. 1 výkres