NO143532B - Fremgangsmaate og reaktor for fremstilling av etylenoksyd ved katalytisk oksydasjon av etylen - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av etylenoksyd ved katalytisk oksydasjon av etylen med oksygen eller oksygenholdige gasser i damp-

fase ved forhøyet temperatur, hvor utgangsblandingen før gjennomløp av reaksjonssonen oppvarmes ved varmeutveksling

i en opnvarmingssone og reaksjonsblandingen etter å ha forlatt reaksjonssonen avkjøles i en kjølesone og den , fraførte varme tilføres oppvarmingssonen for oppvarming av utgangstoffene, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen består i at sluttemperaturen av utgangsblandingen etter gjennomløp av oppvarmingssonen, som er

fylt med et inert material, er i området fra 100 - 300°C

og at reaksjonsblandingen etter gjennomløp av reaksjonssonen, som grenser til oppvarmingssonen uten adskillelse, avkjøles til en temperatur under 150°C i en eventuelt med et inert fyllmaterial forsynt kjølesone.

Oppfinnelsen omfatter også en reaktor for utførelse av den nevnte fremgangsmåte, omfattende en rørbunt og en om-

hylling, hvor rørene i sine to ender er forbundet med to plater hvorpå bunnene er anbragt og som også fremviser varmeutvekslings- henhv. avkjølingskretser, og det særegne ved reaktoren i henhold til oppfinnelsen er to omstyringsblikk anbragt vinkelrett på omhyllingen hvormed reaktoren oppdeles i en oppvarmings-, reaksjons- og en kjølesone,

videre en kjølekrets i det mellom oppvarmings- og kjølesonen liggende reaksjonsavsnitt og videre en krets for oppvarming av et av endeavsnittene ved varmeoverføring under avkjøl-ingen i det annet endeavsnitt, idet det mellomliggende rør-formede reaksjonsavsnitt er fylt med en katalysator i en passende form, mens det rørformede oppvarmingsavsnitt er fylt med inert material og det rørformede kjøleavsnitt om ønsket er fylt med inert material.

Det er tidligere kjent en fremgangsmåte for fremstilling

av etylenoksyd ut fra etylen ved at man anvender et apparat av den type som er vist i fig. 1. Reaksjonen foregår i

reaktoren 1 forsynt med flere rør, idet katalysatoren er anbragt inne i rørene. For å fjerne reaksjonsvarmen strømmer en varmevekslingsvæske på utsiden av rørene.

Denne væske avkjøles i varmeveksleren 2, som således

danner damp. Pumpen 3 benyttes til å sirkulere væsken.

Det som er nevnt ovenfor er gyldig når varmeveksler-væsken holdes i flytende tilstand. Hvis det derimot anvendes en væske som fordamper kan pumpen 3 elimineres, siden det er mulig å gjennomføre sirkulasjonen ved hjelp av tyngdekraften. Som fordampningsvæske kan det anvendes vann, og i dette tilfelle kan også varmeveksleren 2 elimineres, hvorved damp dannes direkte på utsiden av rørene i reaktoren 1.

Gassen som forlater reaktoren oppvarmer gasstilførselen

til den samme reaktor ved hjelp av en varmeveksler 4. Deretter føres den til kolonnen 5 hvori etylenoksyd absorberes ved hjelp av et egnet løsningsmiddel 10, som vanligvis,

men ikke nødvendigvis er vann. Etter absorpsjonen av oksydet resirkuleres gassen til reaktoren ved hjelp av kompressoren 6.

Via rørene 7 og 8 tilføres friske reaksjonskomponenter,

dvs. etylen og et oksydasjonsmiddel, f.eks. luft eller oksygen. For å unngå akkumulering av inerte gasser, som kommer inn sammen med reaksjonskomponenetene, utluftes en liten mengde gass via røret 9. I anlegg hvor det benyttes luft vil etylen som finnes i de utstrømmende gasser til-føres et subsidiært system analogt til det som er beskrevet ovenfor. I anlegg som benytter oksygen er det innført en enhet for absorbsjon av karbondioksyd. Begge varme-vekslerne 2 og 4 utgjør vesentlige deler ved den kjente fremgangsmåte, og produk-sjonen av damp i varmeveksleren 2 er et vesentlig trekk ved den økonomiske drift av anlegget, da dampproduksjonen kan utnyttes i selve anlegget og derved frembringe energi som eventuelt "også kan benyttes utenfor anlegget. Også varmeveksleren 4 har en viktig funksjon med hensyn til gjenvinning av varme som utnyttes

for oppvarming av gassen som tilføres reaktoren. Det skal imidlertid bemerkes at anvendelse av varmeveksleren 4

har den konsekvens at reaksjonskomponentene som tilføres utsettes for en høy temperatur i hele den tid de tar på

å passere langs rørdelen, som går fra varmeveksleren og til reaktorinnløpet. Dette har den konsekvens at C^-innholdet i den tilførte blanding må være lavere enn det som tilsvarer eksplosjonsgrensen ved denne temperatur, dvs. høyst 7-8%.

Ifølge kjent teknikk tilføres derfor reaksjonsblandingen

til reaktoren ved høyest mulig temperatur, etter at den er for-oppvarmet i en egnet varmeveksler, ved hjelp av den reaksjonsblanding som forlater reaktoren. Siden reaksjonen er eksoterm vil det ved en slik driftsmetode være mulig å frembringe den størst mulige mengde av damp ved å ut-nytte reaksjonsvarmen. Ifølge denne teknikk er det imidlertid bare mulig å benytte lave oksygenkonsentrasjoner i blandingen som går inn i reaktoren, på grunn av eksplosjons-

faren. Følgelig vil konsentrasjonen av den ønskede oksygenholdige forbindelse i blandingen som forlater reaktoren være lav, og det gjør det igjen nødvendig å benytte store re-aktorer, høye gass-gjennomstrømningstakter, gassene må komprimeres og dessuten er systemet for gjenvinning av den oksygenholdige forbindelse meget kostbart.

Ved oppfinnelsen kan konsentrasjonen av oksygen ved reak-torinnløpet økes vesentlig og følgelig kan alle de oven-nevnte ulemper reduseres. Ved oksydasjon av etylen til etylenoksyd er det tidligere kjent å anvende en reaktor med en oppvarmingssone som er anordnet i naboforhold til reaksjonssonen. Naboforholdet er imidlertid vesensforskjellig fra det som opptrer ved den foreliggende oppfinnelse, idet fig. 1 i PR patentskrift 851.077 viser at reaksjonssonen 3 og oppvarmingssonen 2 er romlig skilt fra hverandre (dette forhold bekreftes også av fig. 2 i patentskriftet), slik at kontinuiteten brytes. Ved den foreliggende oppfinnelse er naboforholdet slik at kontinuiteten ikke er brutt, ved at det er kontinuitet mellom de to sonene;.

Reaksjonssonen, fortrinnsvis i form av en rørbunt, er i alle fall fylt med katalysator, mens kjølesonen, fortrinnsvis utformet som en rørbunt, om ønsket kan være fylt med inert material. I det tilfelle hvor kjølesonen ikke ligger i nabostilling til reaksjonssonen, men tvertimot er skilt fra denne, er det foretrukket at fyllmaterial ikke anvendes.

De forskjellige soner kan selvfølgelig utgjøre deler av den samme rørbunt. Med hensyn til de inerte materialer så

kan de ha form av små sylindere, små kuler, Raschig ringer eller hvilken som helst annen form, idet tomrommet i de forskjellige soner i alle fall fortrinnsvis er lavere enn 50%. I det tilfelle hvor kjøle- og oppvarmingssonene har form av en rørbunt må forholdet mellom den maksimale størrelse på et av fyll-legemene og den indre diameter i rørene ikke være høyere enn 0,40, fortrinnsvis fra 0,06

"til 0,30.

Oppfinnelsen vil bli ytterigere beskrevet under henvisning til de vedføyde fig. 2 og 3.

I fig. 2 vises et enkelt rør av reaktoren, hvor oppvarmingen av reaksjonskomponentene utføres i delen 12, reaksjonen foregår i delen 4 og i delen 11 avkjøleis reaksjonsproduktene. Delene 11 og 12 er vanligvis fylt med et inert material, mens katalysatoren befinner seg i delen 4.

Med henvisning til fig. 3 fremgår det at etylen (7) og oksygen (8) føres via ledningen 13 inn i reaktoren 1 be-stående av en rørbunt, men før de omsettes oppvarmes de i sonen 12 og avkjøles etter reaksjonen i sonen 11 ved hjelp av et fluidum 18 som sirkuleres mellom sonene 11 og 12 ved hjelp av pumpen 10.

Gassene forlater reaktoren via ledningen 14 og tilføres kolonnen 5 hvori etylenoksyd absorberes av en væske 15. Gassene som ikke absorberes av væsken forlater kolonnen 5 som topp-produkt og slippes delvis ut via ledning 9 og resirkuleres delvis via ledningen 6 som tilførsel til reaktoren 1.

Varmen som utvikles under reaksjonen fjernes ved sirkula-

sjon av et fluidum 16 ved hjelp av pumpen 3 og det dannes således damp 17 i en fordamper 2. Reaksjonsvarmen kan fjernes på hvilken som helst måte, enten ved et sirkulerende fluidum eller ved en fordampningsvæske forskjellig fra vann eller ved vannfordampning direkte i reaktoren, dvs. på utsiden av rørene. På denne måte er det mulig å foreta en lett regulering av den varme som utvikles og derved styre reak-sj onsforløpet.

I fig. 5 er det vist en variasjon av reaktoren for utfør-

else av den foreliggende fremgangsmåte.

Apparatet (fig. 3) omfatter en rørbunt-reaktor 1 hvori

rørene er forbundet ved de to ender til to plater 19 og 20, hvortil bunnene 21 og 22 er tilknyttet ved hjelp av flenser eller sveising. Rørene fylles i en tilstrekkelig lengde med et inert, fast material ved sine to ender og i den mellomliggende del fylles de med katalysator, idet katalysatoren og det inerte material har passende form fortrinnsvis i form av små sylindere, små kuler eller Raschig ringer.

Rørbuntene dekkes av en omhylling og er utvendig skilt

fra hverandre ved hjelp av to omstyrings- eller ledeplater 23 og 24 i tre adskilte deler 12, 4 og 11, hvor henhv. oppvarming av reaksjonskomponentene, reaksjon og avkjøling av reaksjonsproduktene utføres. I den sylinderiske sone 11 kan også fyllmaterialet utelates. Omstyrings- eller lede-platené (såkalte "omstyringsblikk") er anbragt vinkelrett på omhyllingen.

Apparatet kompletteres med en krets 18 for sirkulasjon

av en væske til oppvarmingssonen 12 og kjølesonen 11. Sirkulasjonen utføres av pumpen 10. Det anvendes også en kjølekrets 16 i sonen 4 i reaktoren, idet fluidumet som sirkuleres i denne krets fjerner varme fra reaksjonssonen 4 og anvender det i fordamperen 2 for fremstilling av damp 17. Sirkulasjonen i kretsen 16 sikres av pumpen 3. Som nevnt ovenfor kan væsken i kretsen 16 være en fordampbar væske og i dette tilfelle kan både pumpen 3 og fordamperen 2 utelates.

Fig. 5 viser en modifikasjon av apparatet i fig. 3 idet

forandringen omfatter varmeveksleren 11 utenfor reaktoren 1, som eventuelt kan være uten inert fyllmaterial. Denne varmeveksler har samme funksjon som kjølesonen 11 i apparatet vist i fig. 3. Fig. 4 viser et skjematisk rør av reaktoren vist i fig. 5, hvori sonen 12 er sonen fylt med inert material hvori gassene oppvarmes og sonen'4 er reaksjonssonen fylt med katalysator.

Eksempel

Ved anvendelse av et apparat av den type som vist i fig. 3 tilføres ved forskjellige tider tre blandinger. Sammen-setningen av tilførselsblandingene, reaksjonsbetingelsene og de oppnådde resultater er vist i den følgende tabell.

Katalysatoren var av typen sølv på aluminiumoksyd og det inerte fyllmaterial besto av keramiske sylindere.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av etylenoksyd ved katalytisk oksydasjon av etylen med oksygen eller oksygenholdige gasser i dampfase ved forhøyet temperatur, hvor utgangsblandingen før gjennomløp av reaksjonssonen oppvarmes ved varmeutveksling i en oppvarmingssone og reaksjonsblandingen etter å ha forlatt reaksjonssonen avkjøles i en kjølesone og den fraførte varme tilføres oppvarmingssonen for oppvarming av utgangsstoffene, karakterisert ved at sluttemperaturen av utgangsblandingen etter gjennomløp av oppvarmingssonen, som er fyllt med et inert material, er i området fra 100 - 300°C og at reaksjonsblandingen etter gjennomløp av reaksjonssonen, som grenser til oppvarmingssonen uten adskillelse, avkjøles til en temperatur under 150°C i en eventuelt med et inert fyllmaterial forsynt kjølesone.

2. Reaktor for å gjennomføre den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, omfattende en rørbunt og en omhylling, hvor rørene i sine to ender er forbundot med to plater hvorpå bunnene er anbrakt og som også fremviser varmeutvekslings-henholdsvis avkjølingskretser, karakterisert ved to omstyringsblikk anbragt vinkelrett på omhyll ingen hvormed reaktoren oppdeles i en oppvarmings-, reaksjons- og en kjølesone, videre en kjølekrets i det mellom oppvarmings- og kjøle-sonen liggende reaksjonsavsnitt og videre en krets for oppvarming av et av endeavsnittene ved varm«over£øring under avkjølingen i det annet endeavsnitt, idet det mellomliggende rørformede reaksjonsavsnitt er fylt med en katalysator i en passende form, mens det rørformede oppvarmingsavsnitt er fylt med inert material og det rørformede kjøleavsnitt om ønsket er fylt med inert material.