RU2153394C1

RU2153394C1 - Reactor of ethylene direct chlorination

Info

Publication number: RU2153394C1
Application number: RU99102333A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Кац; Я.М. Абдрашитов; Ю.К. Дмитриев; В.И. Маталинов; Э.Р. Берлин; Ю.М. Япрынцев; В.Н. Горин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Каустик"
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: production of chlorohydrocarbons by olefins chlorination. SUBSTANCE: reactor relates to device for production of 1,2-dichloroethane used as a solvent and product in industrial synthesis. Reactor has a cylindrical body, piles for intake of initial ethylene and chlorine, dichloroethane condensate and discharge of reaction products in the form of vapors together with absorbent gases. Reactor is provided with sectionalizing grates separating its body in height into separate sections, and internal circulation tube. Upper part of circulation tube is perforated with perforations in the form of rectangular windows located over circumference of circulation tube at base of sectionalizing grates or at base of sectionalizing grates of at least one upper section. Design of reactor allows higher adaptability to chlorination process and its intensification due to provision of process safety and increased rate of ethylene chlorination. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения хлоруглеводородов хлорированием олефинов, конкретно к устройству для получения 1,2-дихлорэтана, используемого в качестве растворителя и как полупродукт в промышленном синтезе. The invention relates to a technology for producing chlorohydrocarbons by chlorination of olefins, and in particular to a device for producing 1,2-dichloroethane, used as a solvent and as an intermediate in industrial synthesis.

Для получения дихлорзтана в промышленности используется метод хлорирования газообразного этилена газообразным хлором в среде жидких продуктов реакции, состоящих в основном из дихлорэтана. Процесс, как правило, проводят при температуре кипения дихлорэтана с отводом тепла реакции за счет испарения продуктов реакции. Диапазон рабочих температур меняется в широких пределах в зависимости от давления и количества инертных газов в хлоре и этилене (1). To obtain dichloroethane in industry, the method of chlorination of gaseous ethylene with gaseous chlorine in the environment of liquid reaction products consisting mainly of dichloroethane is used. The process, as a rule, is carried out at the boiling point of dichloroethane with the removal of the reaction heat due to the evaporation of the reaction products. The range of operating temperatures varies widely depending on the pressure and the amount of inert gases in chlorine and ethylene (1).

Известен реактор прямого хлорирования этилена. Он представляет собой вертикальную колонну, разделенную по высоте на 9 реакционных зон посредством восьми секционирующих ситчатых тарелок с живым сечением 36%. Реактор снабжен внешней циркуляционной трубой, которая соединяет верхнюю и нижнюю реакционные зоны (2). Known reactor for direct chlorination of ethylene. It is a vertical column, divided in height into 9 reaction zones by means of eight sectional sieve plates with a live section of 36%. The reactor is equipped with an external circulation pipe that connects the upper and lower reaction zones (2).

Процесс хлорирования проводят в нескольких реакционных зонах при прямотоке реагентов с рециклом реакционной массы из верхней реакционной зоны в нижнюю за счет разности удельных весов газонаполненной реакционной массы в реакторе и свободной от газа реакционной массы в циркуляционной трубе. The chlorination process is carried out in several reaction zones with the direct flow of the reactants with the reaction mass recycling from the upper reaction zone to the lower due to the difference in the specific gravities of the gas-filled reaction mass in the reactor and the gas-free reaction mass in the circulation pipe.

Недостатком устройства является неравномерное распределение циркуляционного потока из-за наличия внешней циркуляционной трубы, возможность взрыва из-за образования локальных зон с повышенной концентрацией хлора при снижении уровня реакционной жидкости ниже допустимого. The disadvantage of this device is the uneven distribution of the circulation flow due to the presence of an external circulation pipe, the possibility of explosion due to the formation of local zones with an increased concentration of chlorine while lowering the level of the reaction liquid below the permissible level.

Наиболее близкий устройством к заявляемому является реактор прямого хлорирования этилена, включающий цилиндрический корпус, патрубки ввода исходных этилена и хлора, конденсата дихлорэтана и вывода продуктов реакции в виде паров вместе с абгазами, снабженный секционирующими решетками, разбивающими реактор по высоте на отдельные секции, внутренней циркуляционной трубой и распределителями хлора и этилена, под которыми установлено направляющее устройство, выполненное в виде кольцевой решетки (3). The closest device to the claimed is a direct chlorination reactor of ethylene, including a cylindrical body, nozzles for inputting the starting ethylene and chlorine, dichloroethane condensate and output of reaction products in the form of vapors together with gases, equipped with sectional gratings that divide the reactor in height into separate sections, with an internal circulation pipe and chlorine and ethylene distributors, under which a guide device is installed, made in the form of an annular lattice (3).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве существует необходимость обеспечения постоянного уровня жидких продуктов, в среде которых проводится реакция клорирования, при падении которого ниже верхнего среза циркуляционной трубы возникает опасность взрыва. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype include the fact that in the known device there is a need to ensure a constant level of liquid products in the environment of which a chlorination reaction is carried out, which drops below the upper cut of the circulation pipe the explosion.

В случае снижения уровня жидкости в верхней зоне прекращается циркуляция реакционной смеси, что приводит к образованию "газовых подушек" под секционирующими решетками. "Газовые подушки" - зоны свободные от жидкости, Образование таких зон недопустимо, так как это приводит к протеканию реакции хлора и зтилена в газовой фазе, что может привести к горению и взрыву при больших объемах "газовых подушек". In the case of a decrease in the liquid level in the upper zone, the circulation of the reaction mixture ceases, which leads to the formation of "gas cushions" under the sectional gratings. “Gas cushions” are liquid-free zones. The formation of such zones is unacceptable, since this leads to a reaction of chlorine and ethylene in the gas phase, which can lead to combustion and explosion with large volumes of “gas cushions”.

Для обеспечения условий безопасности процесса с учетом возможности снижения уровня из-за отказа системы регулирования, уровня или отказа системы подачи потока сконденсированных паров дихлорзтана, процесс хлорирования ведут в данном реакторе при большой высоте слоя жидкости над верхним срезом циркуляционной трубы и при больших живых сечениях секционирующих решеток. Большое живое сечение решеток в пределах 10-40% при малых скоростях газа в отверстиях решеток обеспечивает "провал" жидкости через решетку с вышележащей зоны в нижележащую. При этом поток жидкости с вышележащей зоны в нижележащую ("провал") компенсирует механический унос с нижележащей зоны в вышележащую, высота и объем "газовой подушки" уменьшается и снижается опасность взрыва. Работа при малых скоростях газа в отверстиях решеток, обусловленная необходимостью иметь большое живое сечение решеток, приводит к уменьшению общей скорости процесса, так как скорость процесса синтеза дихлорэтана определяется скоростью массопередачи. To ensure the safety of the process, taking into account the possibility of a decrease in the level due to a failure of the control system, level or failure of the feed system of the condensed vapor of dichloroethane, the chlorination process is carried out in this reactor at a high liquid layer above the upper section of the circulation pipe and at large live sections of the sectional gratings . A large living cross-section of the gratings in the range of 10–40% at low gas velocities in the holes of the gratings ensures a “dip” of the liquid through the grate from the overlying zone to the underlying. In this case, the fluid flow from the overlying zone to the underlying (“dip”) compensates for the mechanical entrainment from the underlying zone to the overlying one, the height and volume of the “gas cushion” are reduced and the risk of explosion is reduced. Operation at low gas velocities in the openings of the gratings, due to the need to have a large living cross-section of the gratings, leads to a decrease in the overall speed of the process, since the rate of the dichloroethane synthesis process is determined by the mass transfer rate.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности процесса прямого хлорирования этилена, т.е. обеспечение постоянного уровня жидких продуктов, в среде которых проводится реакция хлорирования, и интенсификация данного процесса. The objective of the invention is to increase the manufacturability of the process of direct chlorination of ethylene, i.e. ensuring a constant level of liquid products in the environment of which the chlorination reaction is carried out, and the intensification of this process.

Технический результат при использовании изобретения выражается в обеспечении безопасности процесса и увеличении скорости хлорирования этилена. The technical result when using the invention is expressed in ensuring the safety of the process and increasing the rate of chlorination of ethylene.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном реакторе прямого хлорирования этилена, включающем цилиндрический корпус, патрубки ввода исходных этилена и хлора, конденсата дихлорэтана и вывода продуктов реакции в виде паров вместе с абгазами, снабженном секционирующими решетками, разбивающими реактор по высоте на отдельные секции и внутренней циркуляционной трубой, особенность заключается в том, что верхняя часть циркуляционной трубы перфорирована и перфорация выполнена в виде прямоугольных окон, расположенных по окружности циркуляционной трубы у основания секционирующих решеток, или у основания секционирующей решетки по крайней мере одной верхней секции. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known reactor for direct chlorination of ethylene, including a cylindrical body, nozzles for the input of the initial ethylene and chlorine, dichloroethane condensate and the output of the reaction products in the form of vapors together with exhaust gases, equipped with sectional gratings that divide the reactor in height by separate sections and the internal circulation pipe, the feature is that the upper part of the circulation pipe is perforated and the perforation is made in the form of a straight ol windows disposed circumferentially at the base of the downcomer sectionalizing gratings or grating at the bottom is partitioned by at least one upper section.

При исследовании отличительных признаков описываемого реактора не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования традиционной конструкции при реализации, процесса прямого хлорирования этилена. In the study of the distinguishing features of the described reactor, no similar known solutions were found regarding the use of a traditional design for the implementation of the process of direct chlorination of ethylene.

Отличительным признаком заявляемого реактора является то, что верхняя часть циркуляционной трубы перфорирована и перфорация выполнена в виде прямоугольных окон, расположенных по окружности циркуляционной трубы у основания секционирующих решеток, или у основания секционирующей решетки по крайней мере одной верхней секции. A distinctive feature of the inventive reactor is that the upper part of the circulation pipe is perforated and the perforation is made in the form of rectangular windows located around the circumference of the circulation pipe at the base of the sectional gratings, or at the base of the sectional grate of at least one upper section.

Перфорация в виде прямоугольных окон, расположенных по окружности циркуляционой трубы у основания секционирующих решеток хотя бы одной секции, обеспечивает естественную дополнительную циркуляцию реакционной массы за счет организации циркуляционных потоков сконденсированного дихлорэтана через эту перфорацию при снижении уровня ниже верхнего среза циркуляционной трубы. Циркуляция обеспечивает безопасность процесса, позволяет вести процесс при более высоких скоростях в отверстиях решеток, что интенсифицирует реакцию хлорирования этилена за счет увеличения коэффициента массопередачи. Увеличение коэффициента массопередачи обусловлено увеличением циркуляционного потока в верхних зонах за счет образования циркуляционным контуров по крайней мере в одной верхней секции, что обеспечивает одинаковую концентрацию хлора в дихлорзтане и величина концентрации растворенного хлора не превышает среднюю расчетную для реактора и, таким образом, в предлагаемой конструкции исключается локальное парообразование в зоне реакции. Perforation in the form of rectangular windows located around the circumference of the circulation pipe at the base of the sectional gratings of at least one section provides a natural additional circulation of the reaction mass due to the organization of the circulation flows of condensed dichloroethane through this perforation while lowering the level below the upper cut of the circulation pipe. The circulation ensures the safety of the process, allows the process to be carried out at higher speeds in the openings of the gratings, which intensifies the ethylene chlorination reaction by increasing the mass transfer coefficient. The increase in mass transfer coefficient is due to an increase in the circulation flow in the upper zones due to the formation of circulation circuits in at least one upper section, which ensures the same concentration of chlorine in dichloroethane and the concentration of dissolved chlorine does not exceed the average calculated for the reactor and, therefore, is excluded in the proposed design local vaporization in the reaction zone.

Конструкция реактора представлена на чертеже. The design of the reactor is shown in the drawing.

Реактор прямого хлорирования этилена, включающий в себя вертикальный цилиндрический корпус 1, имеющий в нижней части патрубок ввода, конденсата, дихлорэтана 2, патрубки ввода исходных этилена 3 и хлора 4, в верхней части колонны - патрубок вывода 5 продуктов хлорирования в виде паров вместе с абгазами. Реактор снабжен внутренней циркуляционной трубой 6, расположенной по оси реактора. Внутреннее пространство вертикальной колонны 1 разделено на секции секционирующими решетками 7. Верхняя честь циркуляционной трубы имеет перфорацию в виде прямоугольных окон 8, расположенных по окружности циркуляционной трубы у основания секционирующих решеток. Direct ethylene chlorination reactor, including a vertical cylindrical body 1, having inlet pipe, condensate, dichloroethane 2 at the bottom, feed pipes for input of ethylene 3 and chlorine 4, at the top of the column is a pipe outlet 5 for chlorination products in the form of vapors together with gases . The reactor is equipped with an internal circulation pipe 6 located along the axis of the reactor. The inner space of the vertical column 1 is divided into sections by sectional gratings 7. The upper honor of the circulation pipe has perforations in the form of rectangular windows 8 located around the circumference of the circulation pipe at the base of the sectional gratings.

Предложенный реактор работает следующим образом. The proposed reactor operates as follows.

В реакторе создается уровень жидкого дихлорзтана выше верхнего среза циркуляционной трубы посредством подачи дихлорэтана в реактор через патрубок ввода 2. Далее осуществляется подача газообразного этилена через патрубок ввода 3. Этилен плохо растворяется в дихлорэтане, поэтому основная его часть при отсутствии химической реакции не растворяется в жидкости, образуя в реакторе газожидкостную смесь, плотность которой меньше плотности чистого дихлорэтана. In the reactor, a level of liquid dichloroethane is created above the upper cut of the circulation pipe by feeding dichloroethane to the reactor through the inlet pipe 2. Next, gaseous ethylene is fed through the inlet pipe 3. Ethylene is poorly soluble in dichloroethane, therefore, the majority of it does not dissolve in the liquid, forming a gas-liquid mixture in the reactor, the density of which is less than the density of pure dichloroethane.

За счет разности плотности газожидкостной смеси в основном объеме реактора и чистого дихлорэтана в циркуляционной трубе 6, в реакторе возникает движимая сила циркуляции, которая создает нисходящий поток в циркуляционной трубе 6 и восходящий поток через секционирующие решетки 7, на которых проходит процесс массообмена. Due to the difference in density of the gas-liquid mixture in the main volume of the reactor and pure dichloroethane in the circulation pipe 6, a movable circulation force arises in the reactor, which creates a downward flow in the circulation pipe 6 and an upward flow through the sectional gratings 7, on which the mass transfer process takes place.

После организации в реакторе циркуляции в него подается хлор через патрубок ввода хлора 4. Хлор имеет хорошую растворимость в дихлорэтане и растворяется в нем полностью. На уровне подачи этилена в реакторе начинается химическая реакция, в результате количество этилена в реакторе уменьшается, но увеличивается количество паров дихлорэтана, которые образуются в результате нагревания дихлорэтана теплом, выделяющимся в ходе химической реакции. Количество паров дихлорэтана значительно, поэтому несмотря на уменьшение находящегося в реакторе этилена, среднее газосодержание в реакторе возрастает и движущая сила циркуляции увеличивается, достигая своего расчетного значения, которое обеспечивает необходимое для полного растворения хлора количество циркулирующего дихлорэтана. After organizing the circulation in the reactor, chlorine is fed into it through the chlorine 4 inlet pipe. Chlorine has good solubility in dichloroethane and is completely dissolved in it. At the level of ethylene supply in the reactor, a chemical reaction begins, as a result, the amount of ethylene in the reactor decreases, but the number of dichloroethane vapors, which are formed as a result of heating dichloroethane with the heat generated during the chemical reaction, increases. The amount of dichloroethane vapor is significant, therefore, despite the decrease in ethylene in the reactor, the average gas content in the reactor increases and the driving force of circulation increases, reaching its calculated value, which provides the amount of circulating dichloroethane necessary for complete dissolution of chlorine.

Непрерывная циркуляция обеспечивает постоянный уровень жидкости в зоне реакции, и поэтому концентрация хлора в ней постоянна. Отсутствие локальных зон с повышенной концентрацией хлора благоприятно сказывается на процессе хлорирования - не происходит локального вскипания жидкого дихлорэтана и, следовательно, не происходит образование парогазовых пузырей и не происходит нежелательной реакции, между этиленом и хлором в газообразном состоянии, так как не происходит выделения газообразного хлора, т.е. повышается технологичность процесса и происходит его интенсификация. Continuous circulation provides a constant liquid level in the reaction zone, and therefore the concentration of chlorine in it is constant. The absence of local zones with an increased concentration of chlorine favorably affects the chlorination process - there is no local boiling of liquid dichloroethane and, therefore, the formation of vapor-gas bubbles and an undesirable reaction do not occur between ethylene and chlorine in a gaseous state, since there is no evolution of gaseous chlorine, those. the technological effectiveness of the process increases and its intensification occurs.

Литература
1. Патент США N 2929852, кл. 260-660, опб. в 1960 г.Literature
1. US patent N 2929852, CL. 260-660, opb. in 1960

1 Технологический регламент производства дихлорэтана цеха N 7 Стерлитамакского ЗАО "Каустик". 1 Technological regulations for the production of dichloroethane workshop N 7 Sterlitamakskogo ZAO "Caustic".

2 Патент RU 2075344, кл. B 01 J 19/00. 2 Patent RU 2075344, cl. B 01 J 19/00.

Claims

Direct ethylene chlorination reactor, including a cylindrical body, nozzles for introducing the initial ethylene and chlorine, dichloroethane condensate and outlet of reaction products in the form of vapors together with exhaust gases, equipped with sectional gratings that divide the reactor in height into separate sections, and an internal circulation pipe, characterized in that the upper part of the circulation pipe is perforated and the perforation is made in the form of rectangular windows located around the circumference of the circulation pipe at the base of the sectional gratings or at the bases sectioning grid of at least one upper section.