HU221883B1 - Berendezés és alkalmazása oxiklórozáshoz - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya oxi-klórozó berendezés és alkalmazása oxi-klórozáshoz. A találmány szerinti oxi-klórozó berendezésnek van –egy reaktora (1); – egy alsó határolórésze (2) a katalizátor-folyadékágy (3) számára; – a határolórész (2) fölött és akatalizátor-folyadékágyon (3) belül elhelyezkedő gázbevezetése (4)(elosztócsövekből), amely a reaktor (1) teljes keresztmetszetébenelosztva tartalmazza a fúvókákat (5); – a fúvókák (5) acsövekbe (6) torkollnak, amelyek a kilépő gázáramot lényegébenellenáramban vezetik a gázáramhoz, amely fluidizálja a katalizátort; –a berendezésnek a határolórész (2) alatt elhelyezkedő gázbevezetése(7) van; – a határolórészen (2) csövek (8) vannakkeresztülvezetve, – ahol a határolórészen (2) keresztülvezetettcsövek (8) felső vége és a csövek (6), amelyekbe a fúvókák (5)torkollnak, alsó vége közötti tér keverékzónát képez, amelynek méretelehetővé teszi, hogy az ezekből a csövekből kilépő reaktánsok már ittkeveredjenek a katalizátorral, azzal a megszorítással, hogy akeverékzóna 25–300 mm-től eltérő méretű. ŕ

Description

A találmány tárgya oxi-klórozó berendezés és alkalmazása oxi-klórozáshoz.

Oxi-klórozás alatt az etilén hidrogén-kloriddal és oxigénnel, illetve oxigéntartalmú gázzal történő reakcióját értjük, melynek során 1,2-diklör-etán (EDC) keletkezik. Az EDC termikus bomlásakor keletkező vinilklorid mellett egyidejűleg hidrogén-klorid is keletkezik, amely itt a szokásos módon, hidrogén-kloridként használható fel.

Oxi-klórozáshoz többek között katalizátorokat használnak, amelyeket porfmomságú hordozóanyagra visznek fel, mint amilyen az alumínium-oxid-fém-halogenid, előnyösen réz-klorid-tartalmú hordozó. A katalizátorrészecskék átlagos átmérője itt körülbelül 50 pm, és egy folyadékágyat képeznek, amelyet vagy csak a reakció-gázáram, adott esetben inért gázzal keverve, vagy ezen túlmenően egy cirkuláló gázáram tart. Ennél az eljárásnál a reakcióhő a folyadékágyban eloszlik és a hűtőfelületnél elvezetődik, ezáltal a folyadékágyas reaktorban egyenletes hőmérséklet-eloszlást eredményezve. Itt a katalizátorrészecskéknek magas kopásállósággal kell rendelkezniük. Ezt a tulajdonságot lényegében a hordozóanyag biztosítja, ezért a már említett alumínium-oxid mellett kovasavat, kovaföldet vagy horzsakövet is alkalmaznak. A katalizátorrészecskék nem megfelelő kopásállóság esetén szétmorzsolódnak, különösen a gázbevezető szerkezetből kilépő gázsugár miatt, és az így létrejövő katalizátorhordozó port a felfelé irányuló gázáram kihordja az oxi-klórozó reaktorból. Ez nemcsak katalizátorveszteséget, hanem a készülékben nagyobb mértékű kopást is okoz.

Másrészt egy kopásálló hordozóanyag használata fokozottan növeli a gázbevezető szerkezet kopását, ami ezek gyakori cseréjéhez vezet, ez pedig tetemes ráfordítást és a termelés megszakításával járó költségeket jelent.

Amellett, hogy a katalizátorrészecskék stabilitását és az ettől függő kopást szükséges egyensúlyba hozni, még arra is vigyázni kell, hogy a katalizátorrészecskék agglomerációja ne következzen be, mivel az ezáltal létrejövő csomósodások a folyadékágy üzemzavarához vezetnek. Ennek következménye a folyadékágy egyenetlen hőmérséklet-eloszlása lehet, egy idetartozó kedvezőtlen reakciómenet, továbbá adott esetben eltömődnek a készülékben a szűk rések, például a folyadékágy fölötti portalanító ciklonokban, vagy e ciklonokból a folyadékágyba történő por visszavezetésére szolgáló ejtőcsövekben. Ez a csomósodási hajlam a katalizátor minősége és a katalizátor katalizátorhordozón való eloszlása mellett különösen függ a reakciógázok folyadékágybeli koncentrációjától.

Az EP 0 446 379 Al számú európai szabadalmi leírásból ismert egy α,β-telítetlen nitrilek előállítására szolgáló reaktor, amelynek alsó részén vízszintes gázbevezetés található valamely olefin vagy tercier-butil-alkohol számára, a gázbevezetés alsó oldalán több fúvóka helyezkedik el, és e gázbevezetés alatt, vele párhuzamosan egy másik bevezetés is van oxigéntartalmú gáz számára, alul a két gázbevezetés közötti távolság 25-300 mm. Ha ez a távolság túlságosan rövid, károsodhatnak a gázbevezetések a rendkívül heves reakció miatt bekövetkező megolvadás folytán, ha viszont túlságosan hosszú ez a távolság, akkor az olefin, illetve a tercier-butil-alkohol nem elegyedik kellőképpen az oxigéntartalmú gázzal, ami csökkenti a kitermelést a nitrilből.

A GB 1 265 770 A számú nagy-britanniai szabadalmi leírásból ismert egy folyadékágyban kivitelezett reakciókhoz alkalmas reaktor, amelynek alsó részében elosztólap található. Az elosztólap alatt gázbevezetés helyezkedik el, és egy további gázbevezetés foglal helyet a reaktorház pereménél az elosztólap felett, annak közelében. Ez a további gázbevezetés gondoskodik arról, hogy a peremnél ne rakódjon le katalizátor. Ez az elrendezés elsősorban arra szolgál, hogy a katalizátor ne redukálódjon. A folyadékágyon belül egy további gázbevezetés is lehet, a reaktor alsó részén, ami a reakciókomponensek jó keveredését eredményezi a folyadékágy alján.

A WO 94/19099 számú szabadalmi leírásból ismert egy oxi-klórozó berendezés, amely jellemezhető egy 1 reaktorral, egy 3 katalizátor-folyadékágy számára készült 2 alsó határolórésszel, egy 4 gázbevezetővel (elosztócső), amely 5 fúvókákat tartalmaz, ahol az 5 fúvókák a 6 csövekbe torkollnak, amelyek a kilépő gázáramnak az áramlás irányába egy horizontális komponenst kölcsönöznek, és egy 9 gázbevezetéssel a 2 határolórész alatt.

A kedvelt kialakítási formák arra irányulnak, hogy a fent nevezett csövek, amelyekbe a fúvókák torkollnak, a végükön elvezetőnyílással rendelkező irányítóeszközt tartalmaznak, vagy hogy ezek a csövek ferdén felfelé, vagy horizontális irányban, vagy ferdén lefelé mutatnak, és ezek a csövek a katalizátorágyban szabadon végződnek, vagy hogy ezek a csövek az elvezetőnyílással szomszédos csövekhez képest úgy vannak elrendezve, hogy a kiáramló gázsugarak nem találkoznak frontálisan és/vagy nem találkoznak szomszédos csővel. A további kedvelt kialakítási formák arra irányulnak, hogy csöveket vezetnek keresztül a határolórészen, amelyekben a fúvókák a határolórész alatt, de az átvezetett csövek alsó vége fölött, előnyösen a szóban forgó csövek félhossza alatt vannak elhelyezve, kiváltképpen mintegy csőátmérőnek megfelelő távolságra, a cső alsó végétől.

Azt tapasztaltuk, hogy ezen ismert berendezés hosszú üzemeltetése és magas teljesítmények, tehát nagy gázsebességek esetén, a gázbevezető szerkezetekben bizonyos mértékű kopás lép fel.

Meglepő módon azt találtuk, hogy ez a kopás nem vagy csak jelentősen kisebb mértékben lép fel, ha a csövek, amelyekbe a fúvókák torkollanak, a kilépő gázáramot lényegében a gázárammal szemben vezetik, amely a katalizátort folyadékágy formájában tartja.

A találmány tehát egy oxi-klórozó berendezésre vonatkozik, amely jellemezhető

- egy 1 reaktorral,

- egy 2 alsó határolórésszel egy 3 katalizátor-folyadékágy számára,

- a 2 határolórész fölött és a 3 katalizátor-folyadékágyon belül egy 4 gázbevezetéssel (elosztó2

HU 221 883 Β1 csövekkel), amely az 1 reaktor teljes keresztmetszetében elosztva 5 fúvókákat tartalmaz,

- azzal, hogy az 5 fuvókák 6 csövekbe torkollásnál a kilépő gázáramot lényegében ellenáramban a gázáramhoz vezetik, ami fluidizálja a katalizátort, és

- egy 7 gázbevezetéssel a 2 határolórész alatt,

- a 2 határolórészen 8 csövek vannak keresztülvezetve,

- ahol a 2 határolórészen keresztülvezetett 8 csövek felső vége és a 6 csövek, amelyekbe az 5 fuvókák torkollnak, alsó vége közötti tér keverékzónát képez, amelynek mérete lehetővé teszi, hogy az ezekből a csövekből kilépő reaktánsok már itt keveredjenek a katalizátorral, azzal a megszorítással, hogy a keverékzóna 25-300 mm-től eltérő méretű.

A találmány szerinti berendezés előnyösen úgy alakítható ki, hogy a 8 csövek darabszáma a 6 csövek darabszámával megegyezik és az 1 reaktor keresztmetszetében egyenletesen, egymással szemben helyezkednek el. Azzal, hogy a 8 és a 6 csövek közül egy-egy mindig egy irányba esik, az egymással reagáló 6 és 8 csövekből kiáramló gázok mennyiségének egy hozzárendelése jellemző mértékben van megadva.

A találmány szerinti berendezés egy másik kiviteli alakjánál az azonos darabszámú 6 és 8 csöveket egymással szemben helyezzük el. Ez a geometria a 8 csövekből felszálló gázáram által a 6 csövek elfogadhatóan csekély kopását okozza. Továbbá ezzel az elrendezéssel elérhető, hogy a 8 és 6 csövekből a 3 katalizátorfolyadékágyba belépő reaktánsok a katalizátorral azonnal belső érintkezésbe kerüljenek. Ezáltal a reakció az EDC képződése irányának kedvez, és a mellékreakciók, mint például az etilén oxigénnel való reakciója, visszaszorulnak.

A berendezés további kiviteli alakjánál a kialakítás és konstrukció számára nagyobb szabad tér marad. A 6 és 8 csövek darabszáma különböző. Azonban itt is fontos, hogy az 1 reaktor keresztmetszetében e csövek lehetőleg egyenletesen oszoljanak el. Ez a forma lehetővé teszi, hogy egy meglévő reaktorban a 6 csövek darabszámát anélkül változtassuk meg, hogy ugyanekkor a 8 csöveket is ehhez alakítanánk, ami nagy ráfordítással járna.

A találmányt a következő példán keresztül részletesebben magyarázzuk.

Az 1. ábra szerinti készüléket használjuk. Egy 2,8 m átmérőjű és 26 m magas 1 reaktorba 160 °C-ra előmelegített, gáz-halmazállapotú reaktánsokat vezetünk. Egy keverék, mely 5974 kg/h hidrogén-kloridból és 1417 kg/h oxigénből áll, áramlik át a 4 gázbevezetőn az fúvókákon és a 6 csöveken keresztül a 3 katalizátorfolyadékágyba. Az 5 fuvókák különböző átmérőkkel rendelkeznek, ezáltal lehetőség szerint egy egyenletes gázeloszlást érhetünk el az összes 5 fúvókákon, és következésképpen az 1 reaktor teljes keresztmetszetében. Az 5 fúvókák átmérője a 4 gázbevezetéstől nő 8,6 mm-ről 9,3 mmre, és tovább 10 mm-re, hogy a gázbevezetés mentén a mindenkori 5 füvókákig a különböző nyomásveszteségeket kompenzáljuk. A 40 mm belső átmérővel rendelkező csövek 300 mm hosszúak. 2380 kg/h etilén folyik a gázbevezetésen és a 9 lüvókákkal ellátott 8 csöveken át a 2 alsó határolórészen keresztül. Az 1 reaktorban katalizátorként alumínium-oxid-hordozóra vitt réz(II)-kloridot használunk, 3 katalizátor-folyadékágy formájában. A fent említett reaktánsokat ebbe a folyadékágyba vezetjük be. A folyadékágy fluidizálásához egy 8780 kg/h kiegészítő körgázáram áramlik a 7 gázbevezetőn és a 8 csöveken keresztül a 2 alsó határolórészen át az 1 reaktorba. A 8 csövek felső végei csatlakoznak a 2 alsó határolórészhez. Ezen alsó határolórész és a 6 csövek közötti távolság 400 mm. A reaktánsok ezen a szakaszon oszlanak el a reaktor-keresztmetszet területén, és keveredési zónák képződnek az egyes reaktánsok és a katalizátor között. Az etilén és a körgáz a reaktorban alulról felfelé áramlik. Ezen út során találkoznak a hidrogén-kloriddal és az oxigénnel, és a jelen lévő katalizátor közreműködésével reagálnak EDC-ná és vízzé. Az ennek során fellépő 238,5 kJ/mol reakcióhőt a 3 katalizátor-folyadékágyon keresztül a 12 hűtőcsőre vezetjük, amelyben a víz 183 °C-on gőzzé alakul. A reakció hőmérséklete a reaktorban 225 °C, 3,2 bar túlnyomás mellett. A reaktorfejnél lévő gázáram, amely áll a reakciótermékekből és a körgázból, az 1 reaktort három ciklonon keresztül hagyja el és kerül további feldolgozásra (nincs jelölve az ábrán). A három sorba kötött ciklon arra szolgál, hogy leválasszák az eltávozó katalizátorport, ami a katalizátorfolyadékágy fölött a reaktorfejnél lévő gázáramból származik.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Oxi-klórozó berendezés, azzal jellemezve, hogy van

   - egy reaktora (1),

   - egy alsó határolórésze (2) a katalizátor-folyadékágy (3) számára,

   - a határolórész (2) fölött és a katalizátor-folyadékágyon (3) belül elhelyezkedő gázbevezetése (4) (elosztócsövekből), amely a reaktor (1) teljes keresztmetszetében elosztva tartalmazza a füvókákat (5),

   - a fuvókák (5) a csövekbe (6) torkollnak, amelyek a kilépő gázáramot lényegében ellenáramban vezetik a gázáramhoz, amely fluidizálja a katalizátort, és hogy a berendezésnek

   - a határolórész (2) alatt elhelyezkedő gázbevezetése (7) van, és

   - a határolórészen (2) csövek (8) vannak keresztülvezetve,

   - ahol a határolórészen (2) keresztülvezetett csövek (8) felső vége és a csövek (6), amelyekbe a füvókák (5) torkollnak, alsó vége közötti tér keverékzónát képez, amelynek mérete lehetővé teszi, hogy az ezekből a csövekből kilépő reaktánsok már itt keveredjenek a katalizátorral, azzal a megszorítással, hogy a keverékzóna 25-300 mm-től eltérő méretű.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a határolórészen (2) csövek (8) vannak ke3

   HU 221 883 Β1 resztülvezetve, amelyekben a fiivókák (9) a határolórész (2) alatt, de a csövek (8) alsó vége felett vannak elhelyezve.
3. 3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fiivókák (9) úgy vannak elhelyezve a csövek (8) felső végétől, hogy a fúvókákból (9) kiáramló gázsugár felfelé irányuló áramlási sebessége a csövek (8) felső végéig egy cső (8) mindenkori keresztmetszetével arányos.
4. 4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a füvókák (9) a csövek (8) alsó vége felett, a csövek (8) mintegy egyszeres átmérőjének megfelelő távolságra vannak elhelyezve.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fiivókák (5) különböző átmérőjűek, ezál5 tál a gázbevezetés (4) fölött bevezetett gázmennyiség a reaktor (1) keresztmetszetében egyenletesen oszlik meg.
6. 6. Az 1-5. igénypontok szerinti berendezések alkalmazása, azzal jellemezve, hogy etilénből hidrogén-klo10 riddal és oxigénnel vagy oxigéntartalmú gázzal 1,2-diklór-etán előállítására szolgál.