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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von
Vinylchlorid durch Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan und ein Verfahren
zum Herstellen von Vinylchlorid unter Verwendung derselben, und
insbesondere eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von
Vinylchlorid ohne Unterbrechung des Reaktionssystems durch Erzeugung
von Vinylchlorid unter Verwendung von Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan
in einem Reaktor und Entfernen von Koks, der in der Pyrolyse durch
Abscheiden von Koks auf Feststoffteilchen erzeugt wird, und Verbrennen
des Koks in einem Regenerationsreaktor.
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Stand der Technik
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Ein
Verfahren zum Herstellen von Vinylchlorid durch eine Gasphasenpyrolyse
von 1,2-Dichlorethan wird in einem industriellen Maßstab
weitläufig verwendet, und das Verfahren wird in Veröffentlichungen
(Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage,
1986, Band 6, 287–289) offenbart. Im Allgemeinen wird
eine Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan in einem Rohrreaktor bei einer
Temperatur im Bereich von etwa 400 bis 550°C für
10 bis 20 Sekunden durchgeführt. Die Umsetzungsrate liegt
im Bereich von 50 bis 60%, und die Selektivität liegt im
Bereich vom 95 bis 99%. Um die Umsetzungsrate im Verfahren zu verbessern,
ist es notwendig, die Temperatur im Reaktor und eine Verweilzeit
der Reaktanten zu erhöhen. Wenn jedoch die Temperatur erhöht
wird, wird eine große Menge an Koks, ein Nebenprodukt,
erzeugt und der Koks auf der Innenwand des Rohrreaktors abgeschieden.
Somit stoppt der Betrieb des Rohrreaktors regelmäßig,
um den abgeschiedenen Koks zu entfernen, und daher gibt es Begrenzungen,
die Umsetzungsrate durch Anheben der Temperatur im Reaktor zu verbessern.
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Um
eine solche Einschränkung zu überwinden, wird
ein Verfahren zum Verdünnen von 1,2-Dichlorethan unter
Verwendung von Chlorwasserstoffsäure vor der Pyrolyse in
der
EP 195,719 offenbart.
Jedoch ist ein solches Verfahren komplex, und die Herstellungskosten
nehmen zu.
US 5,488,190 offenbart
ein Verfahren zum Verbessern der Umsetzungsrate und der Selektivität
durch Mischen von 1,2-Dichlorethan mit einem Hochtemperaturgas oder
Feststoffteilchen, um die Temperatur auf 500 bis 750°C
während der Reaktion zu erhöhen, wobei die Reaktanten
für 0,01 bis 0,25 Sekunden verbleiben und der Reaktor schnell
abgekühlt wird. Ein thermisches Medium, wie das Hochtemperaturgas
oder Feststoffteilchen, werden als ein Mittel berichtet, um die
Temperatur des Rohrreaktors im Vergleich zu einem herkömmlichen Rohrreaktor
schneller zu erhöhen. Jedoch kann das Reaktionssystem nicht
leicht gesteuert werden, da die Verweilzeit der Reaktanten zu kurz
ist, und eine Möglichkeit für Koks, der als ein
Ergebnis der Erhöhung der Umsetzungsrate durch Erhöhen
der Temperatur des Reaktors erzeugt wird, und ein Verfahren zum
Entfernen des erzeugten Koks werden in dem Verfahren nicht beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Lösung
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Herstellen von Vinylchlorid ohne Unterbrechung des Reaktionssystems
durch Erhöhung einer Umsetzungsrate bei der Erzeugung von
Vinylchlorid unter Verwendung einer Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan
und einer effektiven Vermeidung einer Koksabscheidung in einem Reaktor.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen
von Vinylchlorid durch Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan unter Verwendung
der Vorrichtung.
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Gemäß einer
Erscheinung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum
Herstellen von Vinylchlorid bereitgestellt, welche einschließt:
einen
Pyrolysereaktor, in dem 1,2-Dichlorethan und inerte Feststoffteilchen
vermischt werden, um Vinylchlorid und Chlorwasserstoffsäure
zu erzeugen;
einen ersten Separator, der das Vinylchlorid,
die Chlorwasserstoffsäure und die inerten Feststoffteilchen
aus dem Pyrolysereaktor aufnimmt und das Vinylchlorid und die Chlorwasserstoffsäure
von den inerten Feststoffteilchen abtrennt; und
einen Regenerationsreaktor,
der die abgetrennten inerten Feststoffteilchen aus dem ersten Separator
aufnimmt und die inerten Feststoffteilchen durch Verbrennen der
inerten Feststoffteilchen bei einer hohen Temperatur regeneriert,
um auf den inerten Feststoffteilchen abgeschiedenen Koks zu entfernen,
wobei
der Regenerationsreaktor mit dem Pyrolysereaktor verbunden ist,
um die regenerierten inerten Feststoffteilchen zum Pyrolysereaktor
zurückzuführen.
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Gemäß einer
weiteren Erscheinung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Herstellen von Vinylchlorid bereitgestellt, welches einschließt:
- a) Mischen des 1,2-Dichlorethans mit inerten
Feststoffteilchen in einem Pyrolysereaktor, um Vinylchlorid und
Chlorwasserstoffsäure zu erzeugen;
- b) Abtrennen des erzeugten Vinylchlorids und der Chlorwasserstoffsäure
von den inerten Feststoffteilchen;
- c) Entfernen von auf den inerten Feststoffteilchen abgeschiedenem
Koks durch Brennen der abgetrennten inerten Feststoffteilchen in
einem Regenerationsreaktor bei einer hohen Temperatur; und
- d) Rezirkulieren der von Koks befreiten inerten Feststoffteilchen
in den Pyrolysereaktor.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung vollständiger
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben,
in der beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind.
Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert
werden und sollte nicht so ausgelegt werden, um durch die hierin
dargelegten Ausführungsformen begrenzt zu sein; vielmehr
sind diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese
Offenbarung gründlich und vollständig ist, und
werden vollständig das Konzept der Erfindung für
Fachleute auf dem Gebiet verständlich machen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass eine hohe
Umsetzungsrate bei der Herstellung von Vinylchlorid durch Pyrolyse
von 1,2-Dichlorethan erhalten werden kann und eine Unterbrechung
des Reaktionssystems aufgrund einer Kokserzeugung in einem Reaktor
effektiv unter Verwendung einer Fluidisierungs- oder einer Fließbettmethode
vermieden werden kann. Die Fluidisierungs- oder Fließbettmethode
ist eine Methode, die Feststoffteilchen so umwandelt, um eine flüssigkeitsartige
Eigenschaft aufzuweisen, durch Fließen eines Mediums, wie
eines Gases oder einer Flüssigkeit, auf einer Feststoffteilchenschicht,
und sie wird in einem Verfahren unter Verwendung von Feststoffteilchen
verwendet. Insbesondere ist eine zirkulierende Fließbettmethode,
welche eine auf dem Gebiet der Fließbettmethoden ist, eine
Methode, die eine Reaktion bei einer hohen Gasflussgeschwindigkeit
durchführt, die alle Feststoffteilchen aufschwimmen und
transportieren kann, und diese stellt eine hohe Mischeffizienz und
Wärmetransfereffizienz bereit (Fluidizing Engineering,
2. Auflage, 1991, 359–395).
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Die
vorliegende Erfindung beaufschlagt die zirkulierende Fließbettmethode
auf die Herstellung von Vinylchlorid durch Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan.
Gemäß der Vorrichtung und dem Verfahren einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Umsetzungsrate
von 1,2-Dichlorethan in beachtenswerter Weise durch Pyrolyse bei
einer hohen Temperatur erhöht werden, die Produktivität
kann durch einen kontinuierlichen Betrieb im Reaktionssystem ohne
Unterbrechung aufgrund der Entfernung von Koks erhöht werden,
und die thermische Effizienz kann erhöht werden durch Beaufschlagung
von thermischer Energie von Feststoffteilchen, die in der Regenrationsstufe
wärmebehandelt worden sind, auf die Pyrolyse.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung im weiteren Detail unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen
von Vinylchlorid gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Vorrichtung zum
Herstellen von Vinylchlorid schließt ein: einen Pyrolysereaktor 6,
in dem 1,2-Dichlorethan und inerte Feststoffteilchen 5 vermischt werden,
um Vinylchlorid und Chlorwasserstoffsäure zu erzeugen;
einen ersten Separator 7, der das Vinylchlorid, die Chlorwasserstoffsäure
und die inerten Feststoffteilchen aus dem Pyrolysereaktor 6 aufnimmt
und das Vinylchlorid und die Chlorwasserstoffsäure von
den inerten Feststoffteilchen abtrennt; und einen Regenerationsreaktor 3,
der die abgetrennten inerten Feststoffteilchen 5 aus dem
ersten Separator 7 aufnimmt und die inerten Feststoffteilchen
bei einer hohen Temperatur verbrennt, um den auf den inerten Feststoffteilchen
abgeschiedenen Koks zu entfernen, wobei der Regenerationsreaktor 3 mit
dem Pyrolysereaktor 6 verbunden ist, um die regenerierten
inerten Feststoffteilchen zum Pyrolysereaktor 6 zurückzuführen.
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Das
heißt, der Pyrolysereaktor 6, der erste Separator 7 und
der Regenerationsreaktor 3 sind in dieser Reihenfolge verbunden,
und der Regenrationsreaktor 3 und der Pyrolysereaktor 6 sind
miteinander in einer Kreisstruktur verbunden, und somit können
die Feststoffteilchen 5, die im Regenerationsreaktor 3 regeneriert werden,
in den Pyrolysereaktor 6 zurückgeführt
werden. Daher ist eine solche Struktur ökonomisch effektiv
und verhindert Unterbrechungen aufgrund der Feststoffteilchen 5.
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Der
Pyrolysereaktor 6 kann ein Rohrreaktor oder ein rechteckiger
Reaktor sein, und der Querschnitt des Pyrolysereaktors 6 kann
ein Kreis, ein Dreieck, ein Viereck, ein Pentagon, ein Hexagon oder
irgendeine Form mit einem stumpfen Winkel sein.
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Zusätzlich
können die inerten Feststoffteilchen 5, die in
der Vorrichtung zum Herstellen von Vinylchlorid eingeschlossen sind,
irgendwelche inerten Feststoffteilchen sein, und die thermische
Energie derselben kann in der Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan verwendet
werden, und diese werden bei einer hohen Temperatur erwärmt.
Insbesondere können die Feststoffteilchen Silika, Aluminiumoxid
und Silika-Aluminiumoxid oder eine Zusammensetzung derselben sein.
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Eine
durchschnittliche Teilchengröße der inerten Feststoffteilchen 5 kann
im Bereich von 5 bis 1000 μm sein, und insbesondere im
Bereich von 20 bis 300 μm. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße
der inerten Feststoffteilchen 5 kleiner als 5 μm
ist, agglomerieren die inerten Feststoffteilchen, und somit werden
die Aufschwimmungs- und Flusseigenschaften der inerten Feststoffteilchen
schlechter, und das erhaltene Vinylchlorid kann nicht leicht von
den inerten Feststoffteilchen getrennt werden. Wenn die durchschnittliche
Teilchengröße der inerten Feststoffteilchen 5 größer
als 1000 μm ist, können die inerten Feststoffteilchen
nicht leicht fluidisiert werden in der Pyrolyse 6 und zu
einem oberen Bereich des Pyrolysereaktors 6 transferiert
werden, obwohl das erhaltene Vinylchlorid leicht von den inerten
Feststoffteilchen abgetrennt werden kann.
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Im
Pyrolysereaktor 6 werden die inerten Feststoffteilchen 5 und
1,2-Dichlorethan als ein Rohmaterial, das durch einen Reaktanteneinlass 1 geliefert
wird, in einer Mischkammer 2 vermischt. Die Mischung wird
einheitlich durch Fliessen in dem Pyrolysereaktor 6 vermischt,
und somit findet eine Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan statt. Mit anderen
Worten werden die inerten Feststoffteilchen 5 und das Rohmaterial
hauptsächlich in der Mischkammer 2, die in 1 veranschaulicht
ist, vermischt, und die Mischung wird einheitlich durch Fliessen im
Pyrolysereaktor 6 vermischt.
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Das
Vinylchlorid und die Chlorwasserstoffsäure, welches Produkte
der Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan in dem Pyrolysereaktor 6 sind,
werden zu einem ersten Separator 7 durch den Fluss in der
Vorrichtung transferiert.
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Das
Vinylchlorid und die Chlorwasserstoffsäure werden von den
inerten Feststoffteilchen 5 unter Verwendung eines Cyclons
oder eines ähnlichen Gas/Feststoff-Separators im ersten
Separator 7 abgetrennt, und das abgetrennte Vinylchlorid
und die Chlorwasserstoffsäure werden durch einen Auslass
für erzeugtes Gas 8 abgegeben.
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Die
abgetrennten inerten Feststoffteilchen 5 werden vom ersten
Separator 7 zu einem Regenerationsreaktor 3 durch
den Fluss in der Vorrichtung und eine Feststoffteilchentransferleitung 9 transferiert.
Die transferierten inerten Feststoffteilchen 5 werden durch
Entfernen von Koks regeneriert, der sich auf den Feststoffteilchen
abgeschieden hat, durch Verbrennen des Koks unter Verwendung von
Luft, die durch einen Lufteinlass 10 injiziert wird, und
Methan, das durch einen Methaneinlass 14 injiziert wird.
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Die
im Regenerationsreaktor 3 erhaltenen regenerierten Feststoffteilchen
werden zur Mischkammer 2 durch einen Feststoffteilcheneinlass 4 transferiert
und mit 1,2-Dichlorethan vermischt, und somit zum Pyrolysereaktor 6 zurückgeführt.
Abgase, wie Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, die durch die Koksverbrennung
im Regenerationsreaktor 3 erzeugt werden, werden von den
zerstreuten Feststoffteilchen abgetrennt und durch einen Abgasauslass 13 abgegeben.
Die abgetrennten Feststoffteilchen werden in einem zweiten Separator 12 gesammelt
und zum Regenerationsreaktor 3 transferiert.
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Die
Vorrichtung zum Herstellen von Vinylchlorid gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner
eine Vorrichtung einschließen, die Vinylchlorid abtrennt
durch Abkühlen des Vinylchlorids und der Chlorwasserstoffsäure,
die in dem ersten Separator 7 abgetrennt werden. Reines
Vinylchlorid kann unter Verwendung einer solchen Vorrichtung erhalten
werden, und das erhaltene reine Vinylchlorid kann in einer PVC-Herstellung
verwendet werden.
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In
der Vorrichtung zum Herstellen von Vinylchlorid dürfen
gasförmige Komponenten, einschließend Vinylchlorid
und Chlorwasserstoffsäure, die in dem Pyrolysereaktor 6 erzeugt
werden, nicht in Kontakt sein mit Abgasen, wie Kohlendioxid und
Kohlenmonoxid, die im Regenerationsreaktor 3 erzeugt werden,
im Verfahren zum Abtrennen der erzeugten Gase von den inerten Feststoffteilchen 5 im
ersten Separator 7. Die Vorrichtung zum Herstellen von
Vinylchlorid kann ferner den Feststoffteilcheneinlass 4 einschließen,
um zu verhindern, dass gasförmige Komponenten, die im Regenerationsreaktor 3 erzeugt
werden, in Kontakt kommen mit gasförmigen Komponenten,
die im Pyrolysereaktor 6 erzeugt werden, wobei der Regenerationsreaktor 3 mit
dem Pyrolysereaktor 6 verbunden ist.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen von Vinylchlorid durch
Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan im Detail beschrieben.
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Ein
Verfahren zum Herstellen von Vinylchlorid gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt
a) Mischen des 1,2-Dichlorethans 1 mit inerten Feststoffteilchen 5 in
einem Pyrolysereaktor 6, um Vinylchlorid und Chlorwasserstoffsäure
zu erzeugen; b) Abtrennen des erzeugten Vinylchlorids und der Chlorwasserstoffsäure
von den inerten Feststoffteilchen; c) Entfernen von Koks, der sich
auf den inerten Feststoffteilchen 5 abgeschieden hat, durch
Verbrennen der abgetrennten inerten Feststoffteilchen 5 in
einem Regenerationsreaktor 3 bei einer hohen Temperatur;
und d) Rezirkulieren der vom Koks befreiten inerten Feststoffteilchen 5 in
den Pyrolysereaktor 6 ein.
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Bei
Schritt a) kann der Pyrolysereaktor 6 ein Rohrreaktor sein,
und der Querschnitt des Pyrolysereaktors 6 kann ein Kreis,
ein Dreieck, ein Viereck, ein Pentagon, ein Hexagon oder irgendeine
andere Form mit einem stumpfen Winkel sein. Die Pyrolyse wird im
Rohrpyrolyse reaktor 6 durchgeführt, während
1,2-Dichlorethan und inerte Feststoffteilchen 5 mit einer
hohen Geschwindigkeit fließen. Jeglicher Rohrreaktor, der üblicherweise
auf dem Fachgebiet verwendet wird, kann als der Rohrpyrolysereaktor 6 verwendet
werden, und die Länge und Breite desselben sind nicht eingeschränkt.
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Zusätzlich
können die inerten Feststoffteilchen 5, die in
Schritt a) verwendet werden, irgendwelche inerten Feststoffteilchen
sein, deren thermische Energie verwendet werden kann in der Pyrolyse
von 1,2-Dichlorethan, und die bei einer hohen Temperatur erwärmt
werden können. Insbesondere können die inerten
Feststoffteilchen 5 Silika, Aluminumoxid und Silika-Aluminiumoxid
oder eine Zusammensetzung derselben sein.
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Die
Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan initiiert bei der Temperatur von höher
als 400°C, und somit kann die Innentemperatur des Pyrolysereaktors 6 bei
400°C oder höher gehalten werden. Die Innentemperatur
des Pyrolysereaktors 6 kann im Bereich von 400 bis 1000°C
und bevorzugter von 450 bis 700°C gehalten werden. Wenn
die Innentemperatur kleiner als 400°C ist, kann die Pyrolyseeffizienz
abnehmen, und die Umsetzungsrate ist zu gering. Wenn die Innentemperatur
größer als 1000°C ist, ist die Menge
an erzeugtem Koks zu groß, Nebenreaktionen finden in zu
großem Maße statt und die Ausbeute an Vinylchlorid
kann abnehmen.
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Die
Dauer der Verweilzeit der inerten Feststoffteilchen 5 im
Pyrolysereaktor 6 ist umgekehrt proportional zu einer Geschwindigkeit
der Reaktantengase und wird durch die Umsetzungsrate und die Menge
an erzeugtem Koks beeinflusst. Die inerten Feststoffteilchen 5 können
im Pyrolysereakter 6 für 0,5 bis 5 Sekunden und
bevorzugter 0,5 bis 3 Sekunden verbleiben. Wenn die inerten Feststoffteilchen 5 für
weniger als 0,5 Sekunden bleiben, wird die Pyrolyse nicht ausreichend
durchgeführt, und daher ist die Umsetzungsrate zu gering. Wenn
auf der anderen Seite die inerten Feststoffteilchen 5 länger
als 5 Sekunden bleiben, wird die Pyrolyse in übermäßiger
Weise durchgeführt, und eine Nebenreaktion, die Ethylen
erzeugt, tritt in großem Maße auf, und daher kann
die Ausbeute an Vinylchlorid abnehmen.
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Reines
1,2-Dichlroethan kann allein im Pyrolysereaktor 6 verwendet
werden, oder inerte Feststoffteilchen, wie Stickstoff, Argon, Neon
oder eine Mischung derselben, kann mit 1,2-Dichlorethan im Pyrolysereaktor 6 verwendet
werden.
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Produkte
der Pyrolyse, die aus dem Pyrolysereaktor 6 abgegeben werden,
und die inerten Feststoffteilchen 5, auf denen Koks abgeschieden
ist, können im ersten Separator 7 abgetrennt werden.
Ein Cyclon oder ein ähnlicher Gas/Feststoff-Separator kann
verwendet werden.
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Die
inerten Feststoffteilchen 5, die zum Regenerationsreaktor 3 transferiert
werden, werden bei einer hohen Temperatur unter Verwendung von Sauerstoff
oder Luft oder einer Mischung aus verbrennbarem Gas und Sauerstoff
oder Luft in dem Regenerationsreaktor 3 verbrannt. Koks
wird verbrannt und von inerten Feststoffteilchen 5 als
Kohlendioxid, Kohlenmonooxid, etc. entfernt. Das Verbrennungsverfahren
kann eine Fließbettmethode sein, bei der eine Verbrennung
durchgeführt wird, während Teilchen fließen,
dieses ist jedoch nicht darauf begrenzt. Bei der Fließbettmethode
können die inerten Feststoffteilchen 5 verstreut
und in einem oberen Bereich des Regenerationsreaktors 3 mit
dem erzeugten Kohlendioxid und Stickstoff, etc. angeordnet sein.
Jedoch können die inerten Feststoffteilchen 5 im
zweiten Separator 12, der mit dem Regenerationsreaktor 3 verbunden
ist, gesammelt und zum Regenerationsreaktor zurückgeführt
werden, und Abgase werden durch den Abgasauslass 13 abgegeben.
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Die
inerten Feststoffteilchen 5, bei denen Koks im Regenerationsreaktor 3 entfernt
worden ist, werden zum Pyrolysereaktor 6 durch den Feststoffteilcheneinlass 4 zurückgeführt
und wieder verwendet. Der Feststoffteilcheneinlass 4 ist
installiert, um zu verhindern, dass gasförmige Komponenten,
die im Regenrationsreaktor 3 erzeugt werden, in Kontakt
kommen mit gasförmigen Komponenten, die im Pyrolysereaktor 6 erzeugt werden.
Eine teilweise oder vollständige thermische Energie der
inerten Feststoffteilchen 5, die im Regenerationsreaktor 3 wärmebehandelt
worden sind, kann in der Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan im Pyrolysereaktor 6 verwendet
werden, da die inerten Feststoffteilchen 5, die zum Pyrolysereaktor 6 zurückge führt
werden, bei einer hohen Temperatur im Regenerationsreaktor 3 wärmebehandelt
worden sind. Daher kann der Pyrolysereaktor 6 durch eine
weitere Heizvorrichtung geringer erwärmt werden, oder der
Pyrolysereaktor 6 muss nicht für die Pyrolyse
erwärmt werden.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Bei
Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens zum Herstellen von
Vinylchlorid durch Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Umsetzungsrate
verbessert werden, die Produktivität kann verbessert werden
durch Verringerung von Unterbrechungen des Reaktionssystems, um
Koks zu entfernen, welcher ein Nebenprodukt ist und im allgemeinen
auf der Innenwand des Reaktors abgeschieden wird, durch Anfügen
des Koks an den Feststoffteilchen und Entfernen des Koks durch Verbrennen.
Zusätzlich kann die thermische Effizienz durch Wiederverwendung
der thermischen Energie der inerten Feststoffteilchen 5,
die im Regenerationsreaktor 3 verbrannt worden sind, im
Pyrolysereaktor 6 verbessert werden, und daher kann der
Pyrolysereaktor 6 geringer durch eine weitere Heizvorrichtung
erwärmt werden, oder der Pyrolysereaktor 6 muss
nicht für die Pyrolyse erwärmt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch Beschreiben von beispielhaften Ausführungsformen
derselben im größeren Detail unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung offensichtlicher, in der:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das eine Vorrichtung zum Herstellen
von Vinylchlorid gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beste Ausführungsform zum Durchführen
der Erfindung
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung im weiteren Detail unter
Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben. Diese Beispiele
sind lediglich zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht beabsichtigt,
um den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
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Beispiel 1
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1,2-Dichlorethan,
das auf 260°C vorerwärmt wurde, wurde zu einer
Mischkammer 2 geliefert und mit Silikasand (Kanto Chem.) 5 hoher
Temperatur mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 120 bis
230 μm, der aus einem Regenerationsreaktor 3 geliefert
wurde, vermischt. Die Temperatur des Bodenbereichs eines Pyrolysereaktors 6 war
600°C, und eine Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan wurde initiiert,
während die Mischung zu einem oberen Bereich im Pyrolysereaktor 6 floss.
Die Menge des 1,2-Dichlorethans 1, die durch den Pyrolysereaktor 6 geliefert
wurde, war 5,82 g/min, die Menge an zirkulierten Silikateilchen 5 war
22,9 g/min, und die Geschwindigkeit des 1,2-Dichlorethans im Pyrolysereaktor 6 war
2,16 m/s. Die Innentemperatur in der Nähe des Auslasses
des Pyrolysereaktors 6 war 550°C. Die erzeugten
Gase, nicht umgesetzte Gase und Silikateilchen 5, auf denen
Koks abgeschieden ist, wurden zu einem ersten Separator 7,
der mit dem Auslass des Pyrolysereaktors 6 verbunden ist,
abgegeben.
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Die
Gase und die Silikateilchen wurden unter Verwendung eines Cyclons
abgetrennt, und die Gase und die Silikateilchen wurden zu einer
Außenseite des Pyrolysereaktors 6 freigegeben
und dann abgekühlt und abgetrennt. Daher wurde reines Vinylchlorid
erhalten. Die Silikateilchen 5, auf denen Koks abgeschieden
wurde, wurden zum Regenerationsreaktor 3 durch eine Feststoffteilchentransferleitung 9 geliefert,
die mit dem Regenerationsreaktor 3 verbunden war. Stickstoff
wurde in die Feststoffteilchentransferleitung 9 injiziert,
um zu verhindern, dass die in dem Pyrolysereaktor 6 erzeugten
Gase in den Regenerationsreaktor 3 fließen, während die
Silikateilchen 5 transferiert werden. Methangas wurde durch
einen Methaneinlass 14 mit der Geschwindigkeit von 4,42
g/min injiziert, und Luft wurde durch einen Lufteinlass 10 mit der
Geschwindigkeit von 73,62 g/min injiziert. Dann wurden die injizierte
Luft, Methan und Silikateilchen 5 in dem Regenerationsreaktor 3 durch
einen Luftverteiler 11 aufgeschwimmt, und der Regenerationsreaktor 3 wurde
erwärmt. Die Innentemperatur des erwärmten Regenerationsreaktors
war 740°C. Abgase, die durch Verbrennen vom Koks im Regenerationsreaktor 3 erzeugt
wurden, und zerstreute kleine Teilchen wurden in einem zweiten Separator 12 entfernt
und durch einen Abgasauslass 13 abgegeben. Von Koks befreite
Hochtemperatursilikateilchen 5 wurden zum Pyrolysereaktor 6 zurückgeführt,
während Stickstoff in den Feststoffteilcheneinlass 4 injiziert
wurde. Das Verfahren wurde wiederholt.
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Beispiel 2
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Vinylchlorid
wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer dass die Innentemperatur des Pyrolysereaktors 6 615°C
und die Menge der zirkulierten Silikateilchen 5 15,7 g/s
war.
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Beispiel 3
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Vinylchlorid
wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer dass die Innentemperatur des Pyrolysereaktors 6 650°C
war.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine
Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan wurde in einem herkömmlichen
Ofen durchgeführt, das heißt einem Rohrreaktor
unter Verwendung eines bekannten Verfahrens (Ulmann's Encyclopedia
of Industrial Chemistry, 5. Auflage, 1986, Band 6, 287–289)
bei 490°C, wobei Feststoffteilchen nicht zugefügt
wurden und ein Regenerationsreaktor nicht installiert war.
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Die
in Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Produkte
wurden abgekühlt und getrennt, und die Menge wurde analysiert.
Die Umsetzungsrate wurde unter Verwendung der Formel 1 unten berechnet.
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Formel 1
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Umsetzungsrate = (Gewicht an injiziertem
1,2-Dichlorethan – Gewicht an nicht umgesetztem 1,2-Dichlorethan)/(Gewicht
an injiziertem 1,2-Dichlorethan) × 100
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| | Beispiel | Beispiel
2 | Beispiel
3 | Vergleichsbeispiel |
| Reaktionstemperatur
(°C) | 600 | 615 | 650 | 490 |
| Injizierte
EDC-Menge (g/min) | 5,82 | 5,82 | 5,82 | 1,00 |
| Verweilzeit
von EDC (sec) | 2 | 2 | 2 | 18 |
| Feststoffteilchen | Silika | Silika | Silika | keine |
| Feststoffteilchenzirkulationsmenge (g/s) | 22,9 | 25,7 | 22,9 | - |
| Restorationstemperatur
(°C) | 740 | 740 | 740 | - |
| Injizierte
Luftmenge (g/min) | 73,62 | 70,26 | 73,62 | - |
| Injizierte
Methanmenge (g/min) | 4,42 | 4,22 | 4,42 | - |
| Umsetzungsrate | 98,4 | 99,6 | 99,8 | 56,5 |
| Vinylchlorid
(Gewicht (g/min)/mol-Fraktion) | 2,840/0,390 | 2,609/0,356 | 2,401/0,335 | 0,334/0,340 |
| EDC
(Gewicht (g/min)/mol-Fraktion) | 0,093/0,008 | 0,023/0,002 | 0,011/0,001 | 0,435/0,280 |
| Chlorwasserstoff
(Gewicht (g/min)/mol-Fraktion) | 2,290/0,538 | 2,380/0,558 | 2,426/0,570 | 0,201/0,350 |
| Koks
(Gewicht (g/min)/mol-Fraktion) | | | | 0,001/0,019 |
| Nebenprodukt
(Gewicht (g/min)/mol-Fraktion) | 0,586/0,061 | 0,793/0,083 | 0,730/0,076 | 0,029/0,001 |
| Im
Regenerationsreaktor entfernte Koksmenge (Gewicht (g/min)/mol-Fraktion) | 0,011/0,003 | 0,015/0,001 | 0,066/0,018 | - |
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, war die Umsetzungsrate der Vorrichtung zum
Herstellen von Vinylchlorid durch Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan
gemäß der vorliegenden Erfindung größer
als 98%, was in beachtenswerter Weise höher ist als diejenige
für herkömmliche Vorrichtungen mit 50 bis 60%.
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Zusätzlich
kann die Pyrolyse glatt bei einer hohen Temperatur von 600°C
oder höher ohne Unterbrechung des Reaktionssystems durch
Entfernen von Koks durch Verbrennen durchgeführt werden.
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Bei
Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens zum Zirkulieren von
Feststoffteilchen im Reaktionssystem beim Herstellen von Vinylchlorid
durch Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan kann die Umsetzungsrate in beachtenswerter
Weise verbessert werden, die Menge an Koks, welcher ein Nebenprodukt
der Pyrolyse ist und im allgemeinen auf der Innenwand des Reaktors
erzeugt wird, kann durch Anfügen des Kokses auf den Feststoffteilchen
und Entfernen des Kokses durch Verbrennen abgesenkt werden, und
die thermische Effizienz kann durch Zirkulieren der Feststoffteilchen,
die bei einer hohen Temperatur im Regenerationsreaktor wärmebehandelt
wurden, in dem Reaktor und durch Wiederverwendung der thermischen
Energie verbessert werden.
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Während
die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahem auf beispielhafte
Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, wird
es von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden, dass zahlreiche Änderungen
der Form und der Details hierin durchgeführt werden können,
ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch
die folgenden Ansprüche definiert werden, abzuweichen.
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Zusammenfasssung
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Bereitgestellt
wird eine Vorrichtung zum Herstellen von Vinylchlorid, welche einschließt:
einen Pyrolysereaktor, in dem 1,2-Dichlorethan und inerte Feststoffteilchen
vermischt werden, um Vinylchlorid und Chlorwasserstoffsäure
zu erzeugen; einen ersten Seperator, der das Vinylchlorid, die Chlorwasserstoffsäure
und inerte Feststoffteilchen aus dem Pyrolysereaktor aufnimmt und
das Vinylchlorid und die Chlorwasserstoffsäure von den
inerten Feststoffteilchen abtrennt; und einen Regenerationsreaktor,
der die abgetrennten inerten Feststoffteilchen aus dem ersten Seperator
aufnimmt und die inerten Feststoffteilchen durch Brennen der inerten Feststoffteilchen
bei einer hohen Temperatur regeneriert, um den auf den inerten Feststoffteilchen
abgeschiedenen Koks zu entfernen, wobei der Regenerationsreaktor
mit dem Pyrolysereaktor verbunden ist, um die regenerierten inerten
Feststoffteilchen zum Pyrolysereaktor zurückzuführen,
und ein Verfahren zum Herstellen von Vinylchlorid unter Verwendung
desselben. Gemäß der Vorrichtung und dem Verfahren
kann die Umsetzungsrate verbessert werden, die Produktivität
durch effektives Vermeiden einer Unterbrechung aufgrund einer Koksabscheidung
verbessert werden und die thermische Effizienz kann urch Wiederverwendung
der thermischen Energie der festen Teilchen, die bei einer hohen
Temperatur im Regenerationsreaktor wärmebehandelt werden,
in der Pyrolyse verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 195719 [0003]
- - US 5488190 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Ulmann's Encyclopedia
of Industrial Chemistry, 5. Auflage, 1986, Band 6, 287–289 [0002]
- - Fluidizing Engineering, 2. Auflage, 1991, 359–395 [0009]
- - Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage,
1986, Band 6, 287–289 [0042]