PL164407B1 - Sposób prowadzenia reakcji fazy gazowej z faza stala w wielostopniowej kadzi ze zlozemfluidalnym PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób prowadzenia reakcji fazy gazowej z faza stala w wielostopniowej kadzi ze zlozem fluidalnym, zawierajacej przynajmniej dwa przedzialy, polegajace na tym, ze w kazdym prze- dziale utrzymuje sie fluidalne zloze fazy stalej poprzez wibracje kadzi i powoduje sie przepu- szczanie fazy gazowej i fluidalnego zloza fazy stalej poprzez kadz, znamienny tym, ze przepu- szcza sie faze gazowa w góre przez faze stala w kazdym przedziale, przy czym faze gazowa po przejsciu przez pierwszy przedzial wprowadza sie do drugiego przedzialu ponizej zloza fluidal- nego w tym drugim przedziale, a czastki stale przepuszcza sie w sposób ciagly z jednego przedzialu do nastepnego w postaci przeplywu zasadniczo tlokowego, tworzacego uszczelnienie gazowe pomiedzy przedzialami. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia reakcji fazy gazowej z fazą stałą w wielostopniowej, poddawanej wibracji kadzi ze złożem fluidalnym fazy stałej, w którym to sposobie fluidyzacja fazy stałej jest niezależna od przepływu fazy fluidalnej przez kadź.

Sposoby prowadzenia reakcji, w których faza gazowa (para) lub faza płynna kontaktują się z fazą stałą, przy czym fazę stałą stanowi stały reagent lub katalizator, są zwykle przeprowadzane w reaktorach ze złożem stałym lub fluidalnym. Jednakże zastosowanie reaktora ze złożem stałym wymaga okresowych przestojów reaktora w celu regeneracji lub reaktywacji katalizatora, lub zastosowania drugiego reaktora, co powoduje zwiększenie kosztów. Reaktory z ruchomym złożem, zaprojektowane do rozwiązania problemu przestoju reaktora dla regeneracji katalizatora, wymagają kosztownej obsługi substancji stałej, związanej z ciągłym usuwaniem z reaktora nieaktywnego katalizatora.

Zastosowanie reaktora ze złożem fluidalnym i z katalizatorem krążącym łączy etapy ciągłej reakcji złoża fluidalnego i regeneracji katalizatora. Ponadto, duże szybkości przenoszenia ciepła i masy eliminują tak zwane „gorące punkty, przez minimalizację gradientów temperatury w reaktorze ze złożem fluidalnym. Ścisła kontrola temperatury reakcji polepsza selektywność wysoce egzotermicznych reakcji dających produkt niestabilny lub pośredni.

Jednakże reaktor ze złożem fluidalnym wymaga stosowania dużej prędkości fazy płynnej (np. fazy gazowej i/lub fazy pary) reagenta w celu spowodowania fluidyzacji substancji stałych (np. katalizatora) w złożu. Duża prędkość fazy płynnej ogranicza czas przebywania reagenta w fazie płynnej w złożu katalizatora. Krótki czas przebywania reagenta w fazie płynnej zmniejsza możność reakcji całości reagenta i zwiększa potrzebę zawrócenia reagenta z powrotem do obiegu.

Z francuskiego opisu patentowego nr 1 378 837 jest znany sposób prowadzenia reakcji pomiędzy parą a substancją stałą w reaktorze wibracyjnym, szczególnie przystosowanym do polimeryzacji formaldehydu. Reaktor ten posiada pojedynczy przedział, w którym faza pary jest przepuszczana ponad wierzchem fluidalnego złoża fazy stałej w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu fazy stałej i powstaje produkt proszkowy, który miesza się z katalizatorem.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 2 498 405 jest znany sposób prowadzenia reakcji pomiędzy parą a substancją stałą, która to faza stała jest przepuszczana kaskadą z tacy na tacę w dół reaktora wibracyjnego, a fazę pary przepuszcza się w górę pomiędzy tacami, dla kontaktu z częścią fazy stałej katalizatora, opadającej stopniowo z poziomu wyższego na niższy.

164 407

W obydwu tych znanych sposobach faza gazowa nie przechodzi przez całe złoże fluidalnej fazy stałej katalizatora, a więc jest zmniejszona sprawność wykorzystania reaktora i wydajność reakcji.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu powodowania reakcji fazy gazowej z fazą stałą w stanie fluidyzowanym, w którym faza gazowa będzie przechodziła zasadniczo przez całe złoże fluidalnej fazy stałej, dla zwiększenia wydajności reakcji, i w którym będzie uzyskany lepszy kontakt fazy gazowej z całym złożem katalizatora.

Sposób prowadzenia reakcji fazy gazowej z fazą stałą w wielostopniowej kadzi ze złożem fluidalnym, zawierającej przynajmniej dwa przedziały, polegający na tym, że w każdym przedziale utrzymuje się fluidalne złoże fazy stałej poprzez wibrację kadzi i powoduje się przepuszczanie fazy gazowej i fluidalnego złoża fazy stałej poprzez kadź, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przepuszcza się fazę gazową w górę przez fazę stalą w każdym przedziale, przy czym fazę gazową po przejściu przez pierwszy przedział wprowadza się do drugiego przedziału poniżej złoża fluidalnego w tym drugim przedziale, a cząstki stałe przepuszcza się w sposób ciągły z jednego przedziału do następnego w postaci przepływu zasadniczo tłokowego, tworzącego uszczelnienie gazowe pomiędzy przedziałami.

Fazę gazową przepuszcza się przez każdy przedział, korzystnie przeciwbieżnie względem kierunku ruchu cząstek stałych.

Korzystnie stosuje się fazę stałą dodatkowo zawierającą katalizator, ewentualnie fazę stałą dodatkowo zawierającą stały produkt reakcji.

Sposób według wynalazku pozwala na lepszy kontakt fazy gazowej z fluidalnym złożem fazy stałej, wskutek przechodzenia fazy gazowej zasadniczo przez całe ruchome złoże fluidalne fazy stałej, poprzecznie do kierunku ruchu tego złoża z przedziału do przedziału w kadzi.

Według wynalazku opracowano zatem ulepszony sposób powodowania reakcji fazy gazowej, kontaktującej się z fazą stałą w kadzi z poziomo ukierunkowanym złożem fluidalnym. Kadź ze złożem fluidalnym zawiera przynajmniej dwa przedziały utworzone przez przegrodę umożliwiającą przepływ cząstek stałych pomiędzy tymi, przynajmniej dwoma, przedziałami. Kadź ze złożem fluidalnym zawiera wibrator do powodowania wibracji złoża fluidalnego. Cząstki stałe fluidalnej fazy stałej są przepuszczane z jednego przedziału do drugiego podczas reakcji fazy gazowej kontaktującej się z fazą stałą. W każdym przedziale, przepływ fazy gazowej następuje poprzez fazę stałą, tj. faza gazowa porusza się poprzecznie do ruchu fazy stałej. W przypadku, gdy faza gazowa przepływa z jednego przedziału do drugiego, wówczas przepływ fazy gazowej może być współbieżny lub przeciwbieżny względem kierunku ruchu fazy stałej.

Faza gazowa może mieć postać fazy pary i/lub fazy ciekłej. Faza stała może zawierać katalizator. Katalizator może być wybrany z grupy zawierającej katalizatory glinowokrzemianowe, takie jak katalizatory zeolitowe, kwas ortofosforowy i katalizatory molibdenianowowanadowe.

Każdy z przynajmniej dwóch przedziałów zawiera wlot i wylot, a faza gazowa jest wprowadzana do przynajmniej dwóch takich wlotów, zaś czynnik wypływający jest odciągany i pobierany z przynajmniej dwóch wylotów.

Proces ten może obejmować ponadto odciąganie przynajmniej części cząstek stałych z kadzi po przejściu cząstek stałych przez przynajmniej dwa przedziały, regenerację cząstek -stałych w strefie regeneracyjnej, i zawrócenie cząstek stałych do kadzi dla przejścia przez te przynajmniej dwa przedziały. Strefa,regeneracyjna może zawierać reaktor ze złożem fluidalnym, w którym fluidyzacja cząstek stałych i ich regeneracja następuje wskutek przepuszczania przez reaktor ze złożem fluidalnym ogrzanego gazu.

Faza stała przesuwa się z jednego przedziału do drugiego zasadniczo przepływem tłokowym. Faza gazowa może również poruszać się przepływem tłokowym, a przepływ tłokowy fazy gazowej przez kadź może być współbieżny lub przeciwbieżny do ruchu fazy stałej.

Reagent lub reagenty zawarte w fazie gazowej w postaci pary są polimeryzowane w obecności katalizatora w fazie stałej w kadzi ze złożem fluidalnym.

Przykłady takich polimeryzacji obejmują tworzenie polietylenu z etylenu, tworzenie polipropylenu z propylenu i kopolimeryzację polietylenu polipropylenem lub polibutylenem. W miarę

164 407 postępowania reakcji polimeryzacji lub kopolimeryzacji (tj, zwiększanie długości i ciężaru cząsteczkowego łańcucha polimerowego) formowany jest polimer w fazie stałej, który jest osadzany wraz ze stałym katalizatorem w złożach fluidalnych w kadzi, zaś stały polimer przesuwa się z przedziału do przedziału wraz z katalizatorem, Ponieważ do tego rodzaju polimeryzacji potrzebna jest tylko niewielka ilość katalizatora, zatem można odciągać polimer wraz z katalizatorem i nie jest potrzebna regeneracja katalizatora, Tego rodzaju reakcje polimeryzacji można prowadzić w temperaturze od około 60°C do około 100°C, korzystnie od około 70°C do około 80°C i przy ciśnieniu około 21 at.

Kadź ze złożem fluidalnym może być wykorzystana do reakcji fazy gazowej w obecności katalizatora, gdy reagent w fazie pary i/lub płynu reaguje w obecności stałego katalizatora, tworząc produkt w fazie pary i/lub płynu,

Reakcje te obejmują reakcje egzotermiczne, takie jak hydrogenizacja, reakcje utleniania, chlorowanie, amonoliza i amonoutlenianie, utlenianie i nitrowanie fazą pary, przykładowo wytwarzanie bezwodnika maleinowego z n-butanu, 1,3-butadienu lub węglowodorów C4 do C10,

Szczególne przykłady tych reakcji obejmują wytwarzanie tlenku etylenu z etylenu i tlenku propylenu z propylenu, z których każda może zachodzić przy około 250°C l przy około 1 at, Można utleniać Izobutan do otrzymania alkoholu trój butylowego lub Izobutylen do otrzymania kwasu metakrylowego, w temperaturze około 300°C i ciśnieniu około 1,4 at, Można przetwarzać O-ksylen na bezwodnik kwasu ftalowego w temperaturze około 380°C do około 420°C przy ciśnieniu około 1 at. Można poddawać reakcji etylen do otrzymania aldehydu octowego w temperaturze około 140°C 1 ciśnieniu około 1 at. Można wytwarzać aldehyd akrylowy 1/lub akrylonitryl z propylenu w temperaturze około 450°C i ciśnieniu około 1 at, Można powodować reakcję nitrobenzenu dla utworzenia aniliny w temperaturze od około 250°C do około 350°C i przy ciśnieniu około 1 at,

Inne reakcje obejmują alkilowanie fenoli metanolem dla uzyskania krezoli, ksylenoll lub fenoli trójmetylowych. Reakcje te można prowadzić przy około 360°C i przy ciśnieniu około 2 at, Etylen Η 2O może reagować do utworzenia etanolu w temperaturze od około 200°C do około 300°C 1 ciśnieniu około 1 at., przy czym alkohol trójbutylowy może być odwodniony dla utworzenia izobutylenu w temperaturze od około 200°C do około 300°C 1 przy ciśnieniu około 1 at, Reakcje hydrogenizacji obejmują hydrogenizację benzenu dla utworzenia cykloheksanu w temperaturze od około 150°C do około 250°C i przy ciśnieniu około 21 at, Ponadto można wytwarzać aromatyczne nitryle z alkilowych związków aromatycznych, takie jak ftalonitryle z ksylenów, nikotynonitryle z pirydyn alkilowych itd,

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat wielostopniowego reaktora z wibrującym złożem fluidalnym dla realizacji sposobu prowadzenia reakcji reagenta w fazie gazowej w obecności katalizatora w fazie stałej dla wytworzenia produktu, fig, 2 - schemat drugiego rozwiązania reaktora, w którym prowadzi się reakcję utleniania, w której do każdego stopnia wielostopniowego, wibrującego złoża fluidalnego jest doprowadzony poprzez wlot tlen, a fig, 3 - schemat trzeciego rozwiązania reaktora z wielostopniowym, wibrującym złożem fluidalnym do kopolimeryzacji monomerów w fazie płynnej dla wytworzenia produktu polimerowego w fazie stałej.

Jak pokazano na fig, 1 wsad podawany przewodem 10 jest przepuszczany do przewodu 11, a następnie jest ogrzewany w podgrzewaczu 12, W rozwiązaniu pokazanym na fig, 1, wsad stanowi substancję stosowaną w reakcji egzotermicznej jak opisano powyżej, przy czym reagent w fazie gazowej, korzystnie reagent w fazie pary, reaguje w obecności stałego katalizatora, tworząc produkt w fazie gazowej, korzystnie w fazie pary, Przykłady takich reakcji opisano powyżej, Wsad podgrzany w podgrzewaczu 12 zawiera jeden lub więcej reagentów. Podgrzewacz jest uruchamiany w warunkach temperatury i ciśnienia, znanych ze stanu techniki, uzależnionych od zastosowanego wsadu. Po podgrzaniu, wsad jest wyciągany z podgrzewacza 12 przewodem 13 i przepuszczany do dystrybutora 16a stopnia 14a reaktora z poziomym, wibrującym złożem fluidalnym.

Reaktor 14 z wibrującym złożem jest zbudowany z przedziałów lub stopni 14a, 14b, 14c, 14d i 14e, Przy dnie każdego stopnia 14a- 14e reaktora znajdują się strefy mieszania 16a- 16e,do których są wprowadzane reagenty w fazie płynnej lub fazie pary oraz dowolny produkt reakcji z poprzedniego stopnia przed przejściem fazy pary przez złoże katalizatora, Ponad każdą ze stref mieszania 16a - 16e leży sito 17a - 17e, na którym spoczywa złoże katalizatora. Katalizator jest przepuszczany

164 407 przepływem tłokowym przez stopnie 14a - 14e, zaś złoża katalizatora w każdym stopniu reaktora 14 są wprowadzane w stan fluidalny poprzez wibrację reaktora 14. Reaktor 14 może również być nachylony od stopnia 14a do 14e dla wspomożenia przechodzenia stałego katalizatora pomiędzy poszczególnymi stopniami. Reaktor jest podłączony do wibratora (niepokazanego), który porusza sprężyny 15a, 15b, 15c i 15d, powodując tym samym wibrację reaktora. Jakkolwiek pokazano pięć stopni reaktora 14a - 14e, jednakże ilość tych stopni może ulegać zmianie, przy założeniu występowania przynajmniej dwóch stopni lub przedziałów.

W reaktorze 14 znajdują się przegrody 18a, 18b, 18c i 18d, przedzielające reaktor na przedziały 14a - 14e.

Reagent w fazie pary, podawany do strefy mieszania 16a stopnia 14a reaktora 14 przechodzi przez sito 17a i przez złoże katalizatora w stopniu 14a. Faza pary przechodzi przez stopień 14a reaktora 14, a następnie do przewodu 19a. Przewód 19a przenosi parę do strefy mieszania 16b stopnia 14b. Następnie para przechodzi przez sito 17b i złoże katalizatora w stopniu 14b, a potem do przodu 19b. Przewód 19b przenosi parę do strefy mieszania 16c stopnia 14c. Następnie para przechodzi przez sito 17e i złoże katalizatora w stopniu 14c, a potem do przewodu 19c, przez co para jest przenoszona do strefy mieszania 16d w stopniu 14d. Następnie para przechodzi przez sito 17d i złoże katalizatora w stopniu 14d, po czym przechodzi do przewodu 19d i jest doprowadzona do strefy mieszania 16e stopnia 14e. Para przechodzi przez sito 17e stopnia 14e i przez złoże katalizatora stopnia 14e. Para po przejściu przez złoże katalizatora jest odciągnięta z reaktora 14 za pomocą giętkiego przewodu 20.

Przejście reagenta w fazie pary przez strefy mieszania 16a-16e, sita 17a-17e i złoża katalizatora stopnia 14a-14e, za pośrednictwem przewodu 13 i przewodów 19a-19e, zapewnia przepływ reagenta w fazie pary w kierunku przeciwbieżnym do przepływu cząstek stałych, które przepływają ze stopnia 14e do stopnia 14a reaktora 14.

Katalizator w każdym stopniu reaktora 14 stanowi złoże fluidalne, którego fluidyzacja jest wywołana wibracją reaktora 14. W pokazanym rozwiązaniu, do stopnia 14e reaktora 14 jest doprowadzony świeży katalizator, który przechodzi od stopnia 14e poprzez odpowiednie stopnie 14d, 14c, 14b i 14a. Tym samym ruch katalizatora-z przedziału do przedziału jest przeciwbieżny względem kierunku ruchu fazy pary, jakkolwiek możliwy jest współbieżny ruch katalizatora i fazy pary z przedziału do przedziału.

Gdy faza pary przechodzi ze stopni 14a-14e, wówczas zostaje ona przekształcona w żądany produkt w wyniku przejścia przez złoże fluidalne ruchomego katalizatora, który przechodzi ze stopnia 14e poprzez stopnie Md, 14c, 14b i 14a. Gdy katalizator przechodzi przez te stopnie, wówczas staje się nieaktywny i może być zabrany z reaktora 14 i ponownie aktywowany jak opisano poniżej.

Fluidyzacja złoża katalizatora w stopniach 14a-14e reaktora 14 jest wywoływana wibracją reaktora 14 za pomocą wibratora, i jest niezależne od prędkości fazy pary przechodzącej po złożach katalizatora 14a-14e. Tak więc, można przepuścić fazę płynną lub fazę pary po fluidalnych złożach katalizatora przez czas wystarczający do spowodowania reakcji lub konwersji reagenta lub reagentów w fazie płynnej, minimalizując tym samym lub eliminując konieczność ponownego zawracania reagentów w fazie płynnej.

Jakkolwiek pokazane rozwiązanie dotyczy reagenta wprowadzanego do stopnia 14a i produktu odciąganego ze stopnia 14e, możliwe jest również dodawanie reagenta/ów do każdego ze stopni 14a-14e. Tak samo według wynalazku możliwe jest pobieranie produktu z każdego ze stopni 14a-14e, i zawracanie pozostającej nieprzereagowanej części fazy płynnej do następnego kolejnego stopnia lub przedziału.

Faza pary, po przepuszczeniu przez złoże katalizatora w stopniach 14a-14e, jest odciągana giętkim przewodem 20 jako żądany produkt w fazie pary. Giętki przewód 20 ma budowę umożliwiającą absorbowanie udaru wibracji reaktora 14. Następnie produkt w fazie pary jest przepuszczany przewodem 21 do skraplacza 22, gdzie ulega skropleniu, po czym zostaje odciągnięty przewodem 23. Skroplone pary są następnie wprowadzane do separatora 24, a płynny produkt odciekowy jest odzyskiwany przewodem 25. Jakiekolwiek pozostające fazy są odciągane przewodem 27 i przepuszczane przez kompresor 27 do przewodu 11, przez co gazy są podawane wraz ze świeżym wsadem do podgrzewacza 12. Część tych gazów może być przepuszczona obwodnicą

164 407 gazową 28 tak, aby uniknąć w podgrzewaczu 12, przewodzie 13 i reaktorze 14 nadmiernego ciśnienia gazu. Następnie gaz w przewodzie 28 przechodzi przez giętki przewód 29, a potem do przewodu 30 wyprowadzania katalizatora.

Po wprowadzeniu stałych cząstek katalizatora do stopnia 14a, katalizator który stał się nieaktywny w wyniku kontaktu z reagentami w fazie gazowej w stopniach 14e, 14d, 14c, Mb i Ma, jest wyprowadzany z reaktora przewodem 30, przy czym katalizator kontaktuje się z gazem przepuszczanym z giętkiego przewodu 29 jak opisano powyżej. Następnie katalizator i gaz są przepuszczane przez giętki przewód 31, przewód 32 i przewód 33 i podawane do jednostopniowej pionowej kadzi 37 ze złożem fluidalnym. W kadzi 37 ze złożem fluidalnym zużyty katalizator jest ogrzewany powietrzem, podawanym do podgrzewacza 35 przewodem 34 i odciąganym z podgrzewacza 35 przewodem 36. Podgrzewacz 35 pracuje w temperaturze od około 150°C do około 500°C. Ogrzane powietrze w przewodzie 36 jest podawane do kadzi 37 ze złożem fluidalnym. Strumień powietrza wprowadzany do kadzi 37 ze złożem fluidalnym jak również jakikolwiek gaz obecny w przewodzie 33 powodują fluidyzację cząstek katalizatora.

Wprowadzenie ogrzanego powietrza z przewodu 36 ma na celu ponowną aktywację zużytego katalizatora w kadzi 37 ze złożem fluidalnym. Katalizator pozostaje w kadzi 37 ze złożem fluidalnym przez okres czasu od około 1 sekundy do około 30 sekund. Ponadto do kadzi 37 może być doprowadzony przewodem 41 świeży katalizator. Po ogrzaniu do odpowiedniej temperatury i przez okres czasu wystarczający do ponownej aktywacji zużytego katalizatora, regenerowany katalizator i świeży katalizator są pobierane z kadzi 37 ze złożem fluidalnym za pomocą przewodu 38, przepuszczany przez giętki przewód 39 i wprowadzany do stopnia 14e wibracyjnego reaktora 14 ze złożem fluidalnym za pomocą przewodu 40, przy czym katalizator kontaktuje się z reagentem w fazie płynnej i jest przepuszczany po stopniach 14e, Md, Mc, 14b i 14a reaktora 14.

Powietrze i inne gazy wewnątrz kadzi ze złożem fluidalnym 37 mogą być pobierane z kadzi 37 przewodem 42. Przewód 42 może również zawierać niewielką ilość katalizatora. Gaz w przewodzie 42 jest przepuszczany do cyklonu 44. Drobne cząsteczki katalizatora są odzyskiwane z cyklonu 44 przewodem 45, zaś gaz jest pobierany z cyklonu 44 przewodem 46 i przepuszczany przez pompę 47. Część gazu jest odprowadzana przewodem 48, zaś inna część może być wpuszczana do przewodu 33, gdzie łączy się z zużytym katalizatorem wpuszczanym z przewodu 32 i jest zawracana do kadzi 37 ze złożem fluidalnym.

Na fig. 2 jest pokazane rozwiązanie, w którym tlen jest podawany do każdego stopnia wielostopniowego reaktora wibracyjnego ze złożem fluidalnym do przeprowadzania reakcji utleniania. Wsad w fazie gazowej, stanowiący fazę cieczy lub pary w przewodzie 110, jest ogrzewany w podgrzewaczu 112 i wpuszczany do przewodu 113. Następnie wsad zostaje.zmieszany z powietrzem lub tlenem w giętkim przewodzie 109, przy czym powietrze lub tlen są wpuszczane do giętkiego przewodu 109 z przewodu 108. Następnie wsad jak również powietrze,lub tlen są wprowadzane do rozdzielacza 116a stopnia 114a reaktora 114. Reaktor 114 stanowi wielostopniowy reaktor wibracyjny z fluidalnym złożem, mający stopnie 1Ma-114d. Jakkolwiek pokazano cztery stopnie 1 Ma-1Md reaktora, jednakże reaktor 114 może zawierać dowolną ilość stopni, a przynajmniej dwa stopnie. .

Reaktor 114 zawiera również strefy mieszania 116a— 116d skonstruowane jak opisano powyżej wprzypadku stref mieszania 16a-16e na fig. 1 oraz sita 117a-117d. Złoże katalizatora leży ponad każdym sitem 117a-117d. Reaktor jest podzielony na stopnie 1Ma-1Md przegrodami 118a—118c. Do .reaktora 114 są podłączone także sprężyny 115a-115b, połączone z wibratorem (niepokazanym). Złoże katalizatora w każdym stopniu 1Ma-114d stanowią złoża fluidalne. Fluidyzacja złoża jest wywoływana wibracją reaktora 114 spowodowaną wibratorem. W pokazanym rozwiązaniu, katalizator przesuwa się od stopnia 1Md do stopnia 114a lub przeciwbieżnie do ruchu reagentów w fazie gazowej.

Wsad i powietrze lub tlen, wprowadzone do strefy mieszania 116a, przechodzą przez sito 117a i przez złoże katalizatora w stopniu 114a. Reagenty wraz z dowolnym utworzonym produktem przechodzą następnie do przewodu 1 Da, który przenosi fazę płynu lub pary do strefy mieszania 116b. Faza płynu lub pary przechodzi zatem przez przewody 119a, 119b i 119c, przez strefy mieszania 116a—1 16d, stopnie 114a-114d, tak aby przepływ fazy pfynu lub pary był preeciwbieżny do przepływu katalizatora. Uzupełniający tlen w przewodzie 101 jest wpuszczany do giętkiego

164 407 przewodu 102, następnie do przewodu 103. Następnie tlen uzupełniający jest wpuszczany do przewodu 103a, gdzie łączy się z reagentami i/lub produktem w fazie płynu w przewodzie 119a, do przewodu 103b, gdzie tlen jest wpuszczany do fazy płynu w przewodzie 119b, i do przewodu 103a, gdzie tlen jest wpuszczany do fazy płynu w przewodzie 119c.

W ten sposób tlen uzupełniający jest dodawany wraz z reagentami i/lub produktem w fazie płynu do każdej ze stref mieszania 116b, 116c, i 116d, co umożliwia doprowadzenie tlenu uzupełniającego do każdego stopnia 114b-114d i utrzymanie w każdym stopniu reaktora 114 pożądanego stężenia tlenu.

Produkt w stopniu 114d reaktora 114 jest pobierany poprzez giętki przewód 120 i przepuszczany przewodem 121 do skraplacza 122. Odciek jest następnie wpuszczany przewodem 123 do separatora 124 pary i płynu. Płynny produkt odciekowy jest pobierany przewodem 125, a opary są odprowadzane przewodem 126. Część oparów jest wyprowadzana przewodem 128, zaś reszta oparów jest przepuszczana przez kompresor 127 i przewód 129 dla połączenia ze świeżym wsadem w przewodzie 113.

Katalizator ze stopni 114d-114a staje się nieaktywny po przejściu przeciwbieżnie do ruchu reagentów w fazie płynu. Zużyty katalizator w stopniu 114a jest odciągany przewodami 130 i 131 i wpuszczany do strefy regeneracji katalizatora (niepokazanej). Katalizator może być regenerowany jak opisano powyżej.

Jak pokazano na fig. 3, obrazującej kopolimeryzację propylenu etylenem i butylenem, strumień fazy gazowej lub pary propylenu jest przepuszczany przewodem 210, w połączeniu z obiegowym propylenem i/lub etylenem lub butylenem w przewodzie 237, a następnie jest przepuszczany przewodem 211, giętkim przewodem 212 i przewodem 213 do strefy mieszania 216 wielostopniowego reaktora wibracyjnego 214 ze złożem fluidalnym. Strefa mieszania 216 służy do rozprowadzania świeżego lub obiegowego propylenu, jak również świeżego lub obiegowego etylenu lub butylenu jednolicie pod złożami katalizatora w każdym ze stopni 214a-214d reaktora 214. Do stopnia 214a reaktora 214 jest również dostarczony stały katalizator rozprowadzony w płynie, za pomocą przewodu 220, giętkiego przewodu 221 i przewodu 222. Gdy zostaje wprowadzona zawiesina, wówczas płyn odparowuje, a stały katalizator osadza się na rozrastających się cząsteczkach stałego polimeru, leżącego na sicie 217a w stopniu 214a. Następnie katalizator jest przenoszony pomiędzy stopniami od 214a do 214d w wyniku wibracji reaktora 214.

Wielostopniowy, wibracyjny reaktor 214 ze złożem fluidalnym jest zbudowany ze stopni 214a, 214b, 214c i 214d i jest umieszczony na pochylni tak, aby wspomagać przepływ stałego produktu polimerowego, zawierającego śladową ilość katalizatora, ze stopnia 214a do stopnia 214d. Reaktor 214 jest uruchamiany w opisanych powyżej warunkach polimeryzacji. Reaktor jest również podłączony do wibratora (niepokazanego), który porusza sprężyny 215a i 215b, powodując tym samym wibrację reaktora. Jakkolwiek pokazano cztery stopnie 214a-214d reaktora, jednakże ilość stopni lub przedziałów może ulegać zmianie z tym, aby były przynajmniej dwa stopnie lub przedziały.

Wewnątrz reaktora 214 znajdują się przegrody 218a, 218b i 218c, które dzielą reaktor 214 na stopnie lub przegrody 214a, 214b, 214c i 214d. Strefa mieszania 216 jest umieszczana na dnie reaktora 214. Ponad rozdzielaczem 216 znajdują się sita 217a-217d, a na każdym z nich leży złoże cząstek polimeru lub zawiesina zawierająca katalizator. Cząsteczki polimeru, utworzone przez polimeryzację fazy pary olefin (etylen, propylen, 1-butan itd.) na powierzchni cząstek katalizatora narastają w sposób ciągły w miarę postępowania reakcji polimeryzacji. Do reaktora 214 są podłączone sprężyny 215a i 215b, przymocowane do wibratora (niepokazanego), który powoduje wibrację reaktora i fluidyzację cząstek stałych w stopniach 214a-214d. W poprzek szerokości reaktora 214 są umieszczone przegrody 219a, 219b i 219c. Podczas wibracji reaktora, cząstki stałe przemieszczają się ze stopnia 214a ponad przegrodą 219a poprzez stopień 214b, ponad przegrodą 219b, poprzez stopień 214a i ponad przegrodą 219c poprzez stopień 214d. Gdy cząstki stałe przechodzą ponad przegrodami 219a, 219b i 219c, to przepływ cząstek stałych pomiędzy przegrodami 219a, 219b i 219c oraz przegrodami 218a, 218b i 218c spełnia funkcję uszczelnienia każdego ze stopni 214a-214d, co zapobiega przejściu gazów reakcyjnych pomiędzy stopniami reaktora 214.

Strefa mieszania 216 umożliwia jednolite rozprowadzanie propylenu wraz z jakimkolwiek obiegowym etylenem lub butylenem poniżej każdego stopnia 214a-214d reaktora 214. Propylen wraz z gazami obiegowymi jest tym samym równocześnie wprowadzany przez sita 217a-217d i przez złoża katalizatora w stopniach 214a-214d.

164 407

Opary propylenu, etylenu lub butylenu po przejściu przez fazę stałą w przedziale 214a są doprowadzane do przewodu 223, a następnie giętkim przewodem 224 są doprowadzane do przewodów odpowiednio 225a, 225b i 225c, a następnie do strefy mieszania 216 odpowiedniego stopnia 214b-214d reaktora 214. Przewód 225a jest ułożony pod złożem cząstek stałych w stopniu 214b, przewód 225b jest ułożony pod złożem cząstek stałych w stopniu 214c, zaś przewód 225c jest ułożony pod złożem cząstek stałych w stopniu 214d. Wprowadzenie etylenu lub butylenu z przewodów 215a, 215b i 215c do strefy mieszania 216 umożliwia w ten sposób jednolite rozprowadzenie etylenu lub butylenu pod złożami cząstek stałych w stopniach 214b-214d. Gdy etylen lub butylen i propylen kontaktują się ze sobą w każdym z oddzielnych stopni 214a-214d reaktora 214 w obecności katalizatora, wówczas zaczyna tworzyć się stały kopolimer propylenu z etylenem lub butylenem. Gdy zostanie utworzony stały produkt kopolimerowy, wówczas osadza się on w złożach katalizatora w każdym ze stopni 214a-214d reaktora 214 i jest przepuszczany pomiędzy stopniami reaktora 214 wraz z katalizatorem. Ilość stałego produktu kopolimerowego wzrasta, gdy cząstki stałe są przepuszczalne przez stopnie 214a-214d reaktora i gdy propylen i etylen lub butylen reagują oddzielnie w każdym stopniu dla utworzenia stałego kopolimeru.

Tak stwierdzono powyżej, przepływ katalizatora i/lub stałego produktu polimerowego ponad przegrodami 219a-219c, gdy cząstki stałe przechodzą od stopnia 214a do stopnia 214d powoduje uszczelnienie każdego ze stopni 214a-214d tak, że pomiędzy stopniami 214a-214d nie przechodzą reagenty gazowe. Tym samym uzyskuje się przepływ oparów propylenu i etylenu lub butylenu, poprzeczny względem kierunku ruchu cząstek stałych w każdym ze stopni 214a-214d.

Złoża katalizatora w stopniach 214a-214d reaktora 214 ulegają również fluidyzacji wskutek wibracji wibratora, przy czym fluidyzacja złóż katalizatora jak również stałego polimeru domieszanego do katalizatora w miarę postępowania reakcji jest niezależna od prędkości oparów propylenu i butylenu lub etylenu, przechodzących nad złożami katalizatora w stopniach 214a-214d. Tak więc, opary propylenu i etylenu lub butylenu mogą być przepuszczane nad fluidalnymi złożami katalizatora przez okres czasu wystarczający do spowodowania reakcji propylenu z etylenem lub butylenem, dla utworzenia kopolimeru. Powoduje to minimalizację koniecznej ilości oparów, zawracanych do obiegu wielostopniowego reaktora wibracyjnego 214 ze złożem fluidalnym.

Stały produkt kopolimerowy, po osadzeniu lub wprowadzeniu do stopnia 214d, jest pobierany wraz ze stałym katalizatorem ze stopnia 214d reaktora 214 przewodem 230. Strumień obojętnego gazu również jest wpuszczany do przewodu 230 z przewodu 238 i giętkiego przewodu 259. Ponieważ, jak stwierdzono powyżej, do tego rodzaju polimeryzacji jest konieczna niewielka ilość katalizatora, zatem nie jest konieczne oddzielanie stałego polimeru od katalizatora, ani nie jest konieczne regenerowanie takiej małej ilości katalizatora. Następnie stały polimer w przewodzie 230 jest przepuszczany przez giętki przewód 231 i pobierany przez przewód 232.

Nieprzereagowane opary propylenu i/lub etylEnu lub butylenu w każdym ze stopni 214b-214d są odciągane osobno ze stopni 214b, 214c i 214d reaktora za pomocą odpowiednio przewodów 226b, 226c i 226d. Nieprzereagowane opary w przewodach 226b-226d są przepuszczane do przewodu 227, a następnie giętkim przewodem 228 i przewodem 229. Następnie nieprzereagowane opary są przepuszczane przez kompresor 233. Część nieprzereagowanej fazy pary jest odprowadzana przewodem 235, a następnie część jest przepuszczana przewodem 234, poprzez chłodnicę 236 i przewód 237. Ochłodzone opary są łączone ze świeżym· propylenem z przewodu 210 w przewodzie 211, po czym są podawane do strefy mieszania 216 reaktora 214.

Korzyści sposobu według obecnego wynalazku polegają na możliwości powodowania fluidyzacji złóż stałego katalizatora niezależnie od szybkości przepływu lub prędkości fazy gazowej, przepuszczanej nad złożami katalizatora. Umożliwia to utrzymywanie kontaktu reagenta lub reagentów z cząsteczkami stałego katalizatora przez okres czasu wystarczający do spowodowania konwersji reagentów do postaci żądanego produktu i minimalizacji ilości reagentów potrzebnej do zawrócenia do obiegu. Przedzielanie reaktora na przynajmniej dwa stopnie umożliwia w razie potrzeby dodanie części jednego lub więcej reagentów do każdego stopnia. Zwiększa to również możliwość przereagowania całości wsadu reagenta i powoduje minimalizację ilości wsadu, zawracanej do obiegu reaktora. Podzielenie reaktora na stopnie, gdy do każdego stopnia jest dodawana część jednego lub więcej reagentów, pozwala na ustalanie stosunku reagentów lub komonomerów

164 407 niezależnie dla każdego stopnia, przez co uzyskuje się optymalną charakterystykę stężenia (według potrzeby, w zależności od charakteru reakcji) w reaktorze wielostopniowym. Jest to szczególnie korzystne w przypadku stosowania w połączeniu z wysoce egzetermicznymi reakcjami, dającymi niestabilny produkt końcowy lub pośredni oraz tam gdzie produkt pośredni jest żądanym produktem.

Dodatek części jednego lub więcej reagentów do każdego stopnia umożliwia zwiększenie selektywności reakcji prowadzącej do uzyskania żądanego produktu.

FIG-2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób prowadzenia reakcji fazy gazowej z fazą stałą w wielostopniowej kadzi ze złożem fluidalnym, zawierającej przynajmniej dwa przedziały, polegające na tym, że w każdym przedziale utrzymuje się fluidalne złoże fazy stałej poprzez wibrację kadzi i powoduje się przepuszczanie fazy gazowej i fluidalnego złoża fazy stałej poprzez kadź, znamienny tym, że przepuszcza się fazę gazową w górę przez fazę stałą w każdym przedziale, przy czym fazę gazową po przejściu przez pierwszy przedział wprowadza się do drugiego przedziału poniżej złoża fluidalnego w tym drugim przedziale, a cząstki stałe przepuszcza się w sposób ciągły z jednego przedziału do następnego w postaci przepływu zasadniczo tłokowego, tworzącego uszczelnienie gazowe pomiędzy przedziałami.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepuszcza się fazę gazową przez każdy przedział przeciwbieżnie względem kierunku ruchu cząstek stałych.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się fazę stałą zawierającą katalizator.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się fazę stałą dodatkowo zawierającą stały produkt reakcji.