CZ289342B6 - Zařízení pro oxychloraci a pouľití tohoto zařízení - Google Patents

Abstract

Za° zen pro oxychloraci zahrnuje reaktor (1), spodn ohrani en (2) pro katalyz tor ve fluidn m lo i (3), prvn p° vod (4) plynu, kter² je uspo° d n nad ohrani en m (2) a uvnit° katalyz toru ve fludn m lo i (3), a kter² je opat°en prvn mi tryskami (5) rozd len²mi po cel m pr °ezu reaktoru (1), p°i em prvn trysky (5) ·st do prvn ch trubek (6), kter vedou vystupuj c proud plynu v podstat proti proudu plynu, kter² fluidizuje katalyz tor, druh² p° vod (7) plynu pod ohrani en m (2) a druh trubky (8) proch zej c skrze ohrani en (2), p°i em prostor mezi horn mi konci druh²ch trubek (8), proch zej c ch skrze ohrani en (2), a spodn mi konci prvn ch trubek (6), do nich ·st prvn trysky (5), tvo° sm ovac oblast, kter je dimenzov na tak velk , aby ji zde mohlo prob hat prom ch v n reak n ch slo ek vystupuj c ch z t chto trubek (6, 8) s katalyz torem, p°i em je vylou ena sm ovac oblast 25 a 300 mm. Toto za° zen je mo no pou t pro p°em nu ethylenu chlorovod kem a kysl kem nebo kysl k obsahuj c m plynem na 1,2-dichlorethan.\

Description

Oxychloraci se rozumí přeměna ethylenu chlorovodíkem a kyslíkem nebo kyslík obsahujícím plynem, přičemž vzniká 1, 2-dichlorethan (EDC). Jako chlorovodíku se přitom obvykle používá chlorovodík, vznikající při termickém štěpení EDC na vinylchlorid.

Dosavadní stav techniky

Pro oxychloraci se používá mezi jiným katalyzátorů, které obsahují halogenidy kovů, s výhodou chlorid měďnatý, na práškových nosičích, jako je oxid hlinitý. Částice katalyzátorů přitom mají střední průměr od asi 50 pm a vytváří fluidní lože, které je nadnášeno buď jen prouděním reakčního plynu, popřípadě s podílem inertního plynu, nebo přídavným proudem plynu v okruhu. Při tomto způsobu se reakční teplo sdílí ve fluidním loži a odvádí se chladicími plochami, čímž se dosahuje rovnoměrného rozdělení teploty v reaktoru s fluidním ložem. Přitom musí mít částice katalyzátoru velkou odolnost proti otěru. Tato vlastnost je dána v podstatě materiálem nosiče, pro který se vedle výše uvedeného oxidu hlinitého používá také kyselina křemičitá, křemelina nebo pemza. Při nedostatečné odolnosti proti otěru se částečky katalyzátoru drobí, zejména působením proudů plynu ze zařízení pro přívod plynu, a vznikající prach nosiče katalyzátoru se v proudu plynu, směřujícím ve směru probíhajícího procesu, z oxychloračního reaktoru vynáší. Tím jsou způsobeny nejen ztráty katalyzátoru, ale také zvýšená abraze aparatury.

Použití materiálu nosiče, odolného proti otěru, přináší však zvýšené opotřebení zařízení pro přívod plynu, které vede k jejich častějším výměnám, což znamená značné náklady a další náklady způsobené přerušováním výroby.

Vedle nezbytného vyvážení mezi stabilitou částeček katalyzátoru a abrazí, která je s ní spojena, je třeba mít na zřeteli také to, aby nedocházelo k aglomeraci částeček katalyzátoru, která by vedla ke zhrudkování a tím k porušení fluidního lože. To by mělo za následek nerovnoměrné rozdělení teploty ve fluidním loži s odpovídajícím nepříznivým průběhem reakce, jakož i popřípadě ucpání úzkých míst v aparatuře, například v cyklonech pro oddělování prachu nad fluidním ložem nebo ve spádových trubkách pro vedení prachu z těchto cyklonů zpět do fluidního lože. Tento sklon ke hrudkování závisí vedle vlastností katalyzátoru a jeho rozdělení na nosiči katalyzátoru zejména na koncentraci reakčních plynů ve fluidním loži.

Z EP-A-0 446 379 je znám reaktor pro výrobu α-β-nenasyceného nitrilu, v jehož spodní části je vodorovně uspořádaný přívod plynu pro olefin nebo terciární butylalkohol, přičemž na spodní straně přívodu plynu je uspořádán větší počet trysek, jakož i další přívod pro plyn obsahující kyslík, uspořádaný pod prvním přívodem plynu a paralelní s ním, přičemž odstup mezi oběma přívody plynu činí 25 až 300 mm. Příliš krátký odstup může vést k poškození přívodů plynu tavením v důsledku neočekávané reakce, zatímco při příliš dlouhých odstupech se olefin popřípadě terciární butylalkohol nesmíchá dostatečně s plynem obsahujícím kyslík, což zmenšuje výtěžek nitrilu.

Z GB-A-1 265 770 je znám reaktor pro reakce ve fluidním loži s rozdělovači deskou ve spodní části reaktoru, pod kterou je uspořádán jeden přívod plynu, přičemž v okrajové oblasti nádoby reaktoru nad rozdělovači deskou a v její blízkosti je uspořádán další přívod plynu. Tento další přívod plynu zajišťuje, aby se katalyzátor v okrajové oblasti neusazoval. Toto opatření slouží zejména k tomu, aby se katalyzátor neredukoval. Uvnitř fluidního lože může být uspořádán další

-1 CZ 289342 B6 přívod plynu, uspořádaný ve spodní části reaktoru, aby nastávalo dobré promíchávání reakčních složek ve fluidním loži.

Z WO 94/19099 je známo zařízení pro oxychloraci, které se vyznačuje reaktorem, spodním 5 ohraničením pro katalyzátor ve fluidním loži, přívodem plynu (rozdělovači trubkou), který obsahuje trysky, přičemž trysky ústí do trubek, které propůjčují vystupujícímu proudu plynu horizontální složku ve směru proudění, a přívodem plynu pod ohraničením.

Přednostní provedení jsou zaměřena na to, že uvedené trubky, do kterých ústí trysky, mají na 10 konci řídicí zařízení s výstupními otvory, nebo že jsou tyto trubky umístěny ve směru šikmo nahoru nebo v horizontálním směru nebo ve směru šikmo dolů, přičemž tyto trubky končí volně v loži katalyzátoru, nebo že tyto trubky jsou vzhledem k výstupním otvorům sousední trubky uspořádány tak, že vystupující proudy plynu se čelně nesetkávají spolu navzájem a/nebo se nesetkávají se sousední trubkou. Další výhodná provedení jsou zaměřena na to, že skrze 15 ohraničení procházejí trubky, ve kterých jsou uspořádány trysky pod ohraničením, ale nad spodním koncem trubky, přičemž tyto trysky jsou s výhodou uspořádány pod polovinou délky příslušné trubky, zejména ve vzdálenosti asi jednoho průměru trubky od spodního konce.

Podstata vynálezu

Nyní bylo zjištěno, že tato známá zařízení při dlouhém provozu a vysokém prosazení, tedy vysoké rychlosti plynu, vykazují v zařízení přívodu plynu jistý otěr. S překvapením bylo dále zjištěno, že tento otěr nenastává, nebo nastává jen v podstatně sníženém rozsahu, když trubky, do 25 kterých ústí trysky, vedou vystupující proud plynu v podstatě proti proudu plynu, který udržuje katalyzátor ve formě fluidního lože.

Vynález se tedy týká zařízení pro oxychloraci, které se vyznačuje tím, že zahrnuje

- reaktor, spodní ohraničení pro katalyzátor ve fluidním loži, první přívod plynu, který je uspořádán nad ohraničením a uvnitř katalyzátoru ve fluidním 35 loži, a který je opatřen prvními tryskami rozdělenými po celém průřezu reaktoru, přičemž první trysky ústí do prvních trubek, které vedou vystupující proud plynu v podstatě proti proudu plynu, který fluidizuje katalyzátor,

- druhý přívod plynu pod ohraničením a druhé trubky procházející skrze ohraničení, přičemž prostor mezi horními konci druhých trubek, procházejících skrze ohraničení, 45 a spodními konci prvních trubek, do nichž ústí první trysky, tvoří směšovací oblast, která je dimenzována tak velká, aby již zde mohlo probíhat promíchávání reakčních složek vystupujících z těchto trubek s katalyzátorem, přičemž je vyloučena směšovací oblast 25 až 300 mm.

Výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že přes ohraničení procházejí druhé trubky, v nichž jsou pod ohraničením, avšak nad spodním koncem druhé trubky, uspořádány druhé trysky.

-2CZ 289342 B6

V takovém případě je podle vynálezu výhodné, že druhé trysky jsou uspořádány v tak velkém odstupu od horního konce druhé trubky, aby se rychlost proudění proudů plynu směřujících vzhůru z druhých trysek před dosažením horního konce druhé trubky v průřezu druhé trubky vyrovnala.

Pak je podle vynálezu přednostně navrženo, že druhé trysky jsou uspořádány ve vzdálenosti asi jednoho průměru druhé trubky od spodního konce druhé trubky.

Jiné výhodné provedení spočívá v tom, že délka prvních trubek je tak velká, aby se rychlost proudění proudů plynu směřujících dolů z prvních trysek před dosažením spodního konce první trubky v průřezu první trubky vyrovnala.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že pro rozdělení množství plynu přiváděného prvním přívodem rovnoměrně po průřezu reaktoru mají první trysky různé průměry.

Jiné přednostní provedení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že prostor mezi horními konci druhých trubek a spodními konci prvních trubek je dimenzován tak, aby nedocházelo k nežádoucímu vzájemnému erozivnímu působení trubek, prvního přívodu plynu, jakož i spodního ohraničení.

S výhodou je zařízení podle vynálezu vytvořeno tak, že proti určitému počtu druhých trubek je uspořádán stejný počet prvních trubek rovnoměrně rozdělených po celém průřezu reaktoru. Vzájemným přiřazením vždy jedné první a druhé trubky je v obzvláštní míře dáno vzájemné spojení navzájem reagujících plynů z trubek.

V jiném provedení zařízení podle vynálezu jsou stejné počty trubek umístěny navzájem přesazené. Tato geometrie způsobuje nejmenší erozi prvních trubek proudem plynu, vystupujícím z druhých trubek. Dále je tímto uspořádáním dosaženo toho, že reakční složky, vystupující z trubek v katalyzátoru ve fluidním loži, jsou ihned vystaveny bezprostřednímu styku s katalyzátorem. Tím je zvýhodněna požadovaná reakce ve směru vzniku EDC, a vedlejší reakce, jako například spalování ethylenu s kyslíkem, jsou potlačeny.

Další provedení tohoto zařízení ponechává více volnosti pro jeho dimenzování a konstrukci. Při tomto provedení se počet prvních trubek liší od počtu druhých trubek. Také zde je ale důležité co možná nej rovnoměrnější rozdělení těchto trubek po průřezu reaktoru. Tato forma poskytuje možnost změnit počet prvních trubek ve stávajícím reaktoru, aniž by bylo nutno zároveň přizpůsobovat druhé trubky, což může znamenat značné náklady.

Toto zařízení je možno použít pro přeměnu ethylenu chlorovodíkem a kyslíkem nebo kyslík obsahujícím plynem na 1,2-dichlorethan.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím následujícího příkladu provedení znázorněného na výkrese.

Příklady provedení vynálezu

V příkladu je použito zařízení podle obr. 1. Do reaktoru 1 o průměru 2,8 m a výšce 26 m se zavádí plynné reakční složky předehřáté na teplotu 160 °C. Směs 5974 kg/h chlorovodíku a 1417 kg/h kyslíku proudí prvním přívodem 4 plynu přes první trysky 5 a první trubky 6 do

-3CZ 289342 B6 katalyzátoru ve fluidním loži 3. První trysky 5 mají různé průměry, aby bylo dosaženo co možná nejrovnoměmějšího rozdělení plynu na všechny první trysky 5 a po celém průřezu reaktoru 1. Průměr prvních trysek 5 se zvětšuje v prvním přívodu 4 plynu po proudu od 8,6 mm na 9,3 mm a dále na 10 mm, aby se kompenzovaly rozdílné tlakové ztráty podél prvního přívodu 4 plynu kjednotlivým prvním tryskám 5. První trubky 6 s vnitřním průměrem 40 mm mají délku 300 mm. 2380 kg/h ethylenu protéká přes druhý přívod 7 plynu a druhé trubky 8 s druhými tryskami 9 přes spodní ohraničení 2. V reaktoru 1 se jako katalyzátor ve fluidním loži 3 nachází chlorid měďnatý na oxidu hlinitém jako nosiči. Do tohoto fluidního lože 3 se zavádějí výše uvedené reakční složky. Pro fluidizaci fluidního lože 3 proudí přídavně 8780 kg/h plynu z okruhu plynu druhým přívodem 7 plynu a druhými trubkami 8 přes spodní ohraničení 2 do reaktoru 1. Horní konce druhých trubek 8 lícují se spodním ohraničením 2. Odstup mezi spodním ohraničením 2 a spodními konci prvních trubek 6 je 400 mm. V tomto úseku se reakční složky rozdělují po průřezu reaktoru 1, a tvoří se oblasti směšování jednotlivých reakčních složek a katalyzátoru. Ethylen a plyn z okruhu proudí v reaktoru 1 zdola nahoru. Touto cestou se setkávají s chlorovodíkem a kyslíkem a za spolupůsobení přítomného katalyzátoru reagují na EDC a vodu. Reakční teplo 238,5 kJ/mol, které přitom vzniká, se odvádí prostřednictvím katalyzátoru ve fluidním loži 3 chladicím hadem 12, ve kterém se voda při 183 °C mění v páru. Reakční teplota je 225 °C při přetlaku 3,2 bar v reaktoru 1- Proud plynu v hlavě reaktoru 1, sestávající z produktů reakce a z plynu z okruhu, opouští reaktor 1 přes tři cyklony k dalšímu zpracování (není znázorněno na obrázku). Tři cyklony zařazené do série slouží k oddělení strženého prachu katalyzátoru z proudu plynu v hlavě reaktoru 1 nad katalyzátorem ve fluidním loži 3.

Claims (8)

1. Zařízení pro oxychloraci, vyznačující se t í m , že zahrnuje reaktor (1), spodní ohraničení (2) pro katalyzátor ve fluidním loži (3), první přívod (4) plynu, který je uspořádán nad ohraničením (2) a uvnitř katalyzátoru ve fluidním loži (3), a který je opatřen prvními tryskami (5) rozdělenými po celém průřezu reaktoru (1), přičemž první trysky (5) ústí do prvních trubek (6), které vedou vystupující proud plynu proti proudu plynu, který fluidizuje katalyzátor, druhý přívod (7) plynu pod ohraničením (2) a druhé trubky (8) procházející skrze ohraničení (2), přičemž prostor mezi horními konci druhých trubek (8), procházejících skrze ohraničení (2), a spodními konci prvních trubek (6), do nichž ústí první trysky (5), tvoří směšovací oblast, která je velikostí dimenzována pro probíhání promíchávání reakčních složek vystupujících z těchto trubek (6, 8) s katalyzátorem, přičemž je vyloučena směšovací oblast 25 až 300 mm.

-4CZ 289342 B6

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přes ohraničení (2) procházejí druhé trubky (8), v nichž jsou pod ohraničením (2), avšak nad spodním koncem druhé trubky (8), uspořádány druhé trysky (9).

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že druhé trysky (9) jsou uspořádány v tak velkém odstupu od horního konce druhé trubky (8), aby se rychlost proudění proudů plynu směřujících vzhůru z druhých trysek (9) před dosažením horního konce druhé trubky (8) v průřezu druhé trubky (8) vyrovnala.

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se t í m, že druhé trysky (9) jsou uspořádány ve vzdálenosti jednoho průměru druhé trubky (8) od spodního konce druhé trubky (8)·

5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka prvních trubek (6) je tak velká, aby se rychlost proudění proudů plynu směřujících dolů z prvních tiysek (5) před dosažením spodního konce první trubky (6) v průřezu první trubky (6) vyrovnala.

6. Zařízení podle nároků laž 5, vyznačující se tím, že pro rozdělení množství plynu přiváděného prvním přívodem (4) rovnoměrně po průřezu reaktoru (1) mají první trysky (5) různé průměry.

7. Zařízení podle nároků laž6, vyznačující se tím, že prostor mezi horními konci druhých trubek (8) a spodními konci prvních trubek (6) je dimenzován tak, aby nedocházelo k nežádoucímu vzájemnému erozivnímu působení trubek (6, 8), prvního přívodu (4) plynu, jakož i spodního ohraničení (2).

8. Použití zařízení podle nároků 1 až 7 pro přeměnu ethylenu chlorovodíkem a kyslíkem nebo kyslík obsahujícím plynem na 1,2-dichlorethan.