PL44043B1 - - Google Patents

Description

Wiadomo, ze liczne kompleksowe zwiazki che¬ miczne mozna otrzymywac utleniajac czesciowo weglowodory alifatycznie lub aromatyczne w o- becnosci katalizatora.Czynnikiem utleniajacym stosowanym do tego celu jest glównie powietrze atmosferyczne. Mie¬ szanine powietrza z weglowodorem w stanie gazowym lub w stanie pary wprowadza sie w zetkniecie z katalizatorem w jednej komorze lub w kilku kolejnych komorach.Weglowodory tworza z powietrzem mieszani¬ ny wybuchowe. Aby uniknac eksplozji, ilosc we¬ glowodoru dodawana do pewnej objetosci po¬ wietrza w celu wytworzenia mieszaniny podda¬ wanej dzialaniu katalizatora musi byc nizsza od wartosci krytycznej zwanej „progiem eksplozji" zaleznej od traktowanego weglowodoru- Ten próg jest rzedu kilkudziesieciu gramów na metr szescienny, rozcienczenie wiec weglo¬ wodoru w powietrzu jest bardzo znaczne. Ina¬ czej mówiac, reakcja zachodzi w obecnosci bar¬ dzo duzego nadmiaru powietrza, na ogól rzedu dziesiec razy wiekszego, od ilosci powietrza sci¬ sle potrzebnej do przeprowadzenia zadanego cze¬ sciowego utlenienia.W tych warunkach mozna nie brac pod uwage w trakcie reakcji zmiany stezenia tlenu w mie- szai.\inie, tak, ze jedynie zmiana stezenia we¬ glowodoru wplywa na szybkosc reakcji.Ma sie wiec praktycznie biorac do czynienia z reakcja pierwszego rzedu, której szybkosc V wyraza równanie rózniczkowe: V = dx ~dT = k (a-x) w którym * oznacza liczbe czasteczek weglowo¬ doru utlenionego w chwili t, a oznacza liczbe czasteczek weglowodoru w chwili poczatkowej, k jest wspólczynnikiem zaleznym od danej re¬ akcji, temperatury, wla'»:iw»s"i katalizatora Jtd Inaczej mówiac szybkosc reakcji od momentu poczatkowego zmniejsza sie w miare jak wyra¬ zenie a — * zmniejsza sie, to znaczy, im wieksza czesc traktowanego weglowodoru zostanie utle¬ niona.Jadaakae reakcje utiemaaia weglowodorów sa zawsze bardzo egzotermiczne i wskutek tego wy¬ kazuja daznosc do podwyzszania temperatury mieszan!^.?:jOtrzymariifc**okreslonego produktu utleniania *w obecnosci odpowiedniego kataliza¬ tora, moze nastapic tylko w waskich granicach temperatur.Na ogól ponizej dolnej granicy temperatur otrzymuje sie produkty niedostatecznie utlenio¬ ne, podczas gdy powyzej górnej granicy moze nastapic nadmierne utlenienie w taMm stopniu, ze czasteczki weglowodoru moga zostac calkowi¬ cie zniszczone i jako produkty utlenienia otrzy¬ muje sie poprostu wode i dwutlenek wegla lub tlenek wegla.W celu utrzymaiiia mieszaniny reakcyjnej sta¬ le w tych granicach temperatur, pjroponowano juz podzielenie reakcji na kilka kolejnych eta¬ pów, w trakcie których temperature reguluje sie i utrzymuje w koniecznych granicach za po- mesa o4powdednich sposobów oziebiania.W tym przypadku mase katalizatora rozklada sie w kilku kolejnych komorach, w których utrzymuje sie temperature na odpowiednim po¬ ziomie, d mieszanine doprowadza sie z wyjs¬ cia jednej komory do wejscia drugiej komory za pomoca laczacych przewodów.Dzieki czesciowemu utlenieniu produkt lub produkty otrzymywane w trakcie reakcji sa jednakze znacznie mniej zapalne od wyjsciowe¬ go weglowodoru tak, ze im dalej nachodzi reak¬ cja tym bardziej zmniejsza sie ryzyko eksplozji.Wynalazek wykorzystuje te rózne wzgledy do zwiekszenia wydajnosci urzadzen: do katalitycz¬ nego utleniania weglowodorów w obecnosci po¬ wietrza, a przewaznie mieszanin gazowych za¬ wierajacych odpowiednia ilosc tlenu.W urzadzeniu do katalitycznego utleniania weglowodorów w kiMfcir kolejnych stadiach, we¬ dlug wynalazku, uzupelniajaca ilosc weglowo¬ doru wtryskuje sie do mieszaniny miedzy dwo¬ ma kolejnymi stadiami utleniania tak, zeby wy¬ równac co najmniej czesciowo zmniejszenie ste¬ zenia weglowodoru, pozostajac ponizej krytycz¬ nego progu eksplozji W korzystnej postaci wykonywania wynalaz¬ ku, weglowodór uzupelniajacy wtryskuje sie miedzy dwoma kolejnymi komorami katalizy do przewodu laczacego te komory, pcaktycznie w tym samym czasie,.co czynnik oziebiajacy (naj¬ lepiej wode w stanie ciektym), który parujac ob^ niza temperature mieszaniny wychodzacej z jedr nej komory przed jej wejsciem do komory nastepnej.To jednoczesne wtryskiwanie daje nastepuja¬ ce korzysci: w tym samym czasie kiedy steze¬ nie weglowodoru zwieksza sie, mieszanina zo¬ staje oziebiona, co zmniejsza jeszcze ryzyko eks¬ plozji, a rozcienczenie weglowodoru zwieksza sie wskutek tworzenia sie pary wodnej. Stano¬ wi to równiez korzystny czynnik do unikniecia eksplozji.W koncu w celu zmniejszenia jeszcze ryzyka zapalenia sie przez miejscowe zwiekszenie ste¬ zenia weglowodoru w poblizu punktu jego wtry¬ skiwania mozna w tym samym czasie wtryski¬ wac .pewna ilosc zimnego powietrza, korzystnie za pomoca dysz wtryskujacych, otaczajacych otwór do wtryskiwania weglowodoru.W dalszym ciagu opisu bedzie rozwazany szcze¬ gólowo przypadek utleniania naftalenu w obec¬ nosci tlenku wanadowego (lub molibdenowego), w celu otrzymania bezwodnika ftalowego.Jasnem jest jednakze, ze sposób ten mozna stosowac do utleniania wszystkich rodzaji we¬ glowodorów alifatycznych, nasyconych i niena¬ syconych zdolnych do dawania produktów utle¬ niania w obecnosci kai^izatorów.Dalszy ciag opisu w oparciu o rysunek poda¬ ny tytulem nie ograniczajacego przykladu, po- zwoli zrozumiec w jaki sposób mozna wynala¬ zek realizowac, przy czym szczególy wynikajace zarówno z rysunku, jak i tekstu opisu stanowia czesc wynalazku.Eig. 1 przedstawia schemat urzadzenia do utle¬ niania sposobem wedlug wynalazku, zas fig. 2 i 3 — wykresy.Mieszanine powietrza z naftalenem (w stosun¬ ku 35 g naftalenu na metr szescienny powietrza) o temperaturze okolo 35§°C doprowadza sie za pomoca przewodu 1 do komory A (fig. 1.Komora A zawiera odpowiednia ilosc katali¬ zatora (tlenku wanadowego lub molibdenowego), który powoduje utlenienie czesci naftalenu do bezwodnika ftalowego, co równoczesnie podwyz¬ sza temperature mieszaniny do 370 — 400°C.Po wyjsciu z komory A mieszanine prowadzi sie przewodem 2 do drugiej komory zawiera¬ jacej równiez pewna ilosc katalizatora. Na dro¬ dze przewodu 2 jest umieszczona komora 3a» do którego jest odprowadzona przewodem 4a woda w stanie cieklym, a przewodem 5 a oznaczona ilosc naftalenu. Otwór tego praewcdu moze byc otoezony dyszami 9a wprowadzajacymi powie- - 2 -trze, powodujace szybkie rozprowadzenie nafta¬ lenu w celu unikniecia nadmiernego stezenia miejscowego.Komora 13 otrzymuje w ten sposób mieszani¬ ne na nowo wzbogacona w naftalen i oziebiona przez odparowywanie, mniej wiecej do tempera¬ tury wyjsciowej.Utlenianie postepuje dalej w komorze B, z której mieszanina, przechodzi do komory C przewodem 6, który posiada równiez komore 3b, do którego sa doprowadzane przewodami 4b, 5b i 9b woda, naftalen i powietrze.Za komora C znajduje sie komora D, do któ¬ rej dochodzi mieszanina przewodem 7 zawiera¬ jacym komore 3c, do którego jedyny przewód 4c doprowadza wode przeznaczona do oziebiania mieszaniny.Komora D, po której nastepuja ewentualnie inne komory, o wzrastajacych wymianach jest przeznaczona dio calkowitego praktycznie wy¬ czerpania naftalenu.Po wyjsciu z ostatniej komory przewód 8 pro¬ wadzi do zna&e$< urzadzenia, pozwalajacego na zbieranie utlenionych produktów, na przyklad komór kondensacyjnych lub wiezy przemywaja¬ cej.Liczba kolejnych komór takich jak A, B i C, które otrzymuja mieszanine wzbogacona, moze byc znacznie wieksza od liczby pokazanej na fig. 1.Wykresy pokazane na fig. 2 i 3 wyjasniaja korzysci, jakie daje sposób wedlug wynalazku.Istotnie jezeli sie calkuje równanie rózniczko¬ we poprzednio wymienione: -£--»«.-» znajduje sie, biorac pod uwage warunki poczat¬ kowe (t = O, x = O) L = kt. a - x Tosamo równanie jest przedstawione na fig. 2, przez krzywa I, -przy czym czas t jest odmie¬ rzony na osi odcietych, a stezenie Cp otrzyma¬ nego produktu na osa rzednych. Calosc wyjscio¬ wego weglowodoru a przeksztalca sie w produkt utleniony (100%) dopiero po czasie teoretycznie nieskonczonym. Natomiast jesli w trakcie reakcji to znaczy w czasie tl, t2, t3,... t5... wtrysku¬ je sie dodatkowo weglowodór do mieszaniny krzywa I staje sie krzywa II, to znaczy, ze na koncu utleniania otrzymuje sie ilosc utieomeA* produktu, przewyzszajaca ilosc odpewittdaóa$a 100% przeksztalcenia produktu: pocaa£lBQrwe wtrysnietego.Ten wynik otrzymuje sie nie zmieniajac Mnfe- jacej instalacji, przy takiej samej ilosci fcate- lizatora i przy takiej samej energfó pocaytite^ wej, przeznaczonej do wytworzenia i •gPWBana stosowanego powietrza.Zwiekszenie wydajnosci uzyskuje sie za cene stosunkowo niewielkiej ilosci wtryskiwanego weglowodoru, którego wartosc handlowa jest praktycznie bez znaczenia w porównaniu z kosz¬ tami instalacji, amortyzacji katalizatora i wlo¬ zonej poczatkowo energii.Fig. 3 pokazuje zmiany ilosci naftalenu lub bardziej ogólnie weglowodoru w mieszanino* reakcyjnej.Bez powtórnego wtryskiwania naftalenu, ilosc ta zmienia sie w czasie t wedlug krzywej III, wychodzac z ilosci a poczatkowo wtrjfese- tej. Przy dodatkowym wtryaMwaniu. w: czaate tl, i2, 13 itd. przebieg jest taki jak wskazuje krzy¬ wa IV.Wobec tego, ze produkt utleniania (w danym przypadku bezwodnik ftalowy), jakkolwiek mniej palmy od naftalenu, zmniejsza w miare jak sie tworzy, ilosc naftalenu, która moze za¬ wierac mieszanina bez ryzyka eksplozji, krzywa IV powinna lezec calkowicie ponizej krzywej V, która odpowiada progowi eksplozji potrójnej mieszaniny: powietrze, bezwodnik ftalowy, naf¬ talen. Gdyby produkt reakcji byt calkowicie niepalny, krzywa ta odpowiadalaby poziomej przechodzacej przez a- W szczególnosci w przypadku wytwarzania bezwodnika ftalowego z naftalenu, wiadomo, ze próg zapalnosci naftalenu w temperaturze? 3WC, wynosi 3,2 g na 100 g suchego powietuza, pod¬ czas gdy próg zapalnosci bezwodnika* wynosi 4,7 g w tych samych warunkach (temperatury i dla tej samej ilosci powietrza. W tyint przy¬ padku byloby mozliwe przeksztalcenie, w xym samym urzadzeniu ilosci naftalenu wytsge? co najmniej o 27% od ilosci normainei (biorac pod uwage, ze jeden gram naftalenu daje 1,15 g bezwodnika).W praktyce, jesli wtryskuje sie; wodAfc <» po¬ woduje obnizenie czastkowego cisnienia* nafta- lenu i biorac pod uwage fakt, ze pewna ilosc naftalenu rozklada sie calkowicie w kazdym sta¬ dium katalizy (3—10% ilosci przeksztalconej w -3 -bezwodnik), mozna zwiekszyc znacznie ilosc naf¬ talenu wtryskiwana miedzy dwoma stadiiami i w 1en sposób zwiekszyc zdolnosc produkcyjna urza¬ dzenia o 30 - 35%.Nalezy zauwazyc, ze przytoczony przypadek jest jednym z mniej korzystnych, wskutek znacznej palnosci utlenionego produktu.Wykres na fig. 3 pokazuje miedzy innymi, ze strata weglowodoru w koncu reakcji (czas T), która odpowiada na osi rzednych punktowi P, jest poprostu rzedu podwójnej lub potrójnej straty weglowodoru, która musi byc poniesiona (óS rzednych punkt p), jesli nie stosuje sie po- wtórnych kolejnych wtryskiwan weglowodoru.Rozumie Sie, ze do opisanych sposobów wy¬ konywania wynalazku mozna wprowadzic sze¬ reg zmian, zwlaszcza przez zastosowanie srod¬ ków technicznych, bez wykraczania poza ramy wynalazku. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób utleniania weglowodorów w obecnosci . katalizatora, za pomoca gazu zawierajacego tlen, przy zastosowaniu utleniania w kolej¬ nych stadiach, w szeregu komór, zawieraja¬ cych katalizator, znamienny tym, ze do mieszaniny reakcyjnej miedzy dwoma kolej¬ nymi stadiami utleniania wtryskuje sie do¬ datkowo weglowodór, w takich warunkach, ze mieszanina pozostaje ponizej jej progu eksplozji.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dodatkowe wtryskiwanie weglowodoru pro¬ wadzi sie w przewodach laczacych wylot jednej komory z nastepna komora.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze dodatkowe tryskiwanie weglowodoru prze¬ prowadza sie praktycznie równoczesnie z wtryskiwaniem czynnika chlodzacego miesza¬ nine, zwlaszcza wody w stanie cieklym lub powietrza. S o c i e t e d'E tudes de Techniaues Industirielles Nouvelles Zastepca: mgr Józef Kaminski rzecznik patentowy 0 '/ h t3 Ta 2271. RSW „Prasa", Kielce -iBLIOTEKAl [Urzedu lotentowegoj PL