RU2240861C1

RU2240861C1 - Reactor of direct chlorination of ethylene

Info

Publication number: RU2240861C1
Application number: RU2003125103/15A
Authority: RU
Inventors: Э.Г. Маталинова (RU); Э.Г. Маталинова; Ю.К. Дмитриев (RU); Ю.К. Дмитриев; Ю.А. Ермилов (RU); Ю.А. Ермилов; Ф.Г. Яппаров (RU); Ф.Г. Яппаров; В.И. Маталинов (RU); В.И. Маталинов; к С.Е. Подцепн (RU); С.Е. Подцепняк
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Каустик"
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2004-11-27
Also published as: RU2003125103A

Abstract

FIELD: vibration technique; low frequency exciters.

SUBSTANCE: the invention is dealt with the field of technologies of production of chlorohydrocarbons by chlorination of olefins, in particular, with a reactor for production of 1.2-dichloroethane used in the capacity of a solvent and as a semi-finished product in industrial synthesis. The reactor of direct chlorination of ethylene contains a cylindrical cage, branch-pipes for delivery of initial ethylene, chlorine, a condensate of dichloroethane and for withdrawal of the reaction products in the form of vapors together with accompanying gases. It is supplied with the partitioning lattices dividing the reactor in height for separate sections and with an internal circulation pipe, the upper part of which is perforated and the perforation is made in the form of the rectangular windows located along the circumference of the circulation pipe at the base of the partitioning lattices or at the base of the partitioning lattice, at least, of one of the upper sections. A singularity of the reactor consists in the fact, that at least two plates are uniformly fixed along the periphery of the inner part of the cylindrical cage, that form with the cylindrical cage some additional passes for circulation. The upper and the lower edges of the plates are located at the same level of the upper and lower edges of the internal circulation pipe and are supplied with the perforation, that is similar to the perforation of the internal circulation pipe. The given design of the reactor allows to raise the technological effectiveness of the process of direct chlorination of ethylene due to maintenance of the most uniform circulations of the liquid dichloroethane from the whole area of the partitioning lattices of the reactor.

EFFECT: the given design of the reactor allows to raise the technological effectiveness of the process of direct chlorination of ethylene.

2 dwg

Description

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

Для получения дихлорэтана в промышленности используется метод хлорирования газообразного этилена газообразным хлором в среде жидких продуктов реакции, состоящих в основном из дихлорэтана. Процесс, как правило, проводят в реакторе колонного типа при температуре кипения реакционной смеси 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.To obtain dichloroethane in industry, the method of chlorination of gaseous ethylene with gaseous chlorine in the medium of liquid reaction products consisting mainly of dichloroethane is used. The process, as a rule, is carried out in a column type reactor at the boiling point of the reaction mixture with the removal of reaction heat due to the evaporation of reaction products. The range of operating temperatures varies widely depending on the pressure and the amount of inert gases in chlorine and ethylene.

Известен реактор прямого хлорирования этилена, включающий вертикальную колонну со штуцерами ввода компонентов реакции - хлора и этилена - и вывода дихлорэтана и других продуктов реакции, циркуляционную трубу, секционирующие тарелки, расположенные в верхней части колонны, и распределители хлора и этилена, размещенные в нижней части колонны, под которыми установлено направляющее устройство, выполненное в виде кольцевой решетки, состоящее из наружной и внутренней обечаек, концентрично расположенных относительно оси колонны с образованием между собой кольцевого прохода, площадь сечения которого выполнена большей, чем площадь сечения циркуляционной трубы. /Патент RU 2075344, кл. В 01 J 19/00/.A direct ethylene chlorination reactor is known, including a vertical column with fittings for introducing the reaction components — chlorine and ethylene — and the outlet for dichloroethane and other reaction products, a circulation pipe, sectioning plates located at the top of the column, and chlorine and ethylene distributors located at the bottom of the column under which a guide device is installed, made in the form of an annular lattice, consisting of the outer and inner shells concentrically located relative to the axis of the column with the formation m each other of an annular passage, the cross-sectional area of which is greater than the cross-sectional area of the circulation pipe. / Patent RU 2075344, cl. At 01 J 19/00 /.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании описанного выше известного устройства, относится то, что в известном устройстве существует необходимость обеспечения постоянного уровня жидкого дихлорэтана, в среде которого проводится реакция хлорирования. При падении уровня жидкого дихлорэтана ниже верхнего среза циркуляционной трубы происходит срыв потока циркуляции жидкого дихлорэтана с верхней секции реактора в зону подачи исходных компонентов, что приводит к образованию “газовых подушек” под секционирующими тарелками. “Газовые подушки” - это зоны, свободные от жидкости, образование которых приводит к протеканию реакции в газовой фазе, что может привести к горению и взрыву внутри реактора.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device described above, the known device requires a constant level of liquid dichloroethane in the medium of which the chlorination reaction is carried out. When the level of liquid dichloroethane falls below the upper cut of the circulation pipe, the flow of circulation of liquid dichloroethane from the upper section of the reactor to the feed zone of the initial components is disrupted, which leads to the formation of “gas cushions” under the sectioning plates. “Gas cushions” are liquid-free zones, the formation of which leads to a reaction in the gas phase, which can lead to combustion and explosion inside the reactor.

Наиболее близким аналогом 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, и внутренней циркуляционной трубой, верхняя часть которой 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. /Патент RU 2153394, кл. В 01 J 19/00/.The closest analogue 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 outlet of reaction products in the form of vapors together with gases, equipped with sectional gratings that divide the reactor in height into separate sections, and internal circulation a pipe, the upper part of which 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 solutions current or at the base of the sectional grating of at least one upper section. / Patent RU 2153394, cl. At 01 J 19/00 /.

Недостатком данного устройства, принятого за прототип, с технологической точки зрения, является неравномерность оттока жидкого дихлорэтана, образующегося на поверхностях секционирующих решеток. Это приводит к образованию локальных зон с протеканием реакций глубокого хлорирования этилена в жидком дихлорэтане.The disadvantage of this device, adopted as a prototype, from a technological point of view, is the uneven outflow of liquid dichloroethane formed on the surfaces of the sectional gratings. This leads to the formation of local zones with deep chlorination of ethylene in liquid dichloroethane.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности процесса прямого хлорирования этилена, т.е. обеспечение максимально равной циркуляции жидкого дихлорэтана со всей площади секционирующих решеток.The task of the invention is to increase the manufacturability of the process of direct chlorination of ethylene, i.e. ensuring the maximum equal circulation of liquid dichloroethane from the entire area of the sectional gratings.

Технический результат при осуществлении заявляемого изобретения выражается в том, что с повышением технологичности процесса синтеза дихлорэтана прямым хлорированием этилена, достигается более высокая селективность процесса за счет сокращения реакций глубокого хлорирования этилена и более высокая степень конверсии этилена.The technical result in the implementation of the claimed invention is expressed in the fact that with the improvement of the processability of the synthesis of dichloroethane by direct chlorination of ethylene, a higher selectivity of the process is achieved due to the reduction of reactions of deep chlorination of ethylene and a higher degree of ethylene conversion.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого 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, снабженным секционирующими решетками, разбивающими реактор по высоте на отдельные секции, и внутренней циркуляционной трубой, верхняя часть которой перфорирована и перфорация выполнена в виде прямоугольных окон, расположенных у основания секционирующих решеток или у основания секционирующей решетки, по крайней мере, одной верхней секции, согласно изобретению равномерно по периферии к внутренней части цилиндрического корпуса прикреплено не менее двух, образующих с цилиндрическим корпусом дополнительные проходы для циркуляции, пластин, верхние и нижние кромки которых расположены на одном уровне с верхней и нижней кромкой внутренней циркуляционной трубы, и имеющих перфорацию, аналогичную перфорации внутренней циркуляционной трубы.The specified technical result in the implementation of the claimed invention is achieved by the fact that in the known reactor for direct chlorination of ethylene, including a cylindrical body, nozzles for introducing the initial ethylene and chlorine, dichloroethane condensate and outlet of the 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, the upper part of which is perforated and perforation is made in the form of rectangular windows located at the bases according to the invention, at least two are attached uniformly along the periphery to the inner part of the cylindrical body, forming additional passages for circulation with the cylindrical body, plates, the upper and lower edges of which are located on flush with the top and bottom edges of the inner circulation pipe, and having a perforation similar to that of the inner circulation pipe.

При исследовании отличительных признаков описываемого реактора не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся использования традиционной конструкции при реализации процесса прямого хлорирования этилена. Отличительным признаком заявляемого реактора является то, что равномерно по периферии к внутренней части цилиндрического корпуса прикреплено не менее двух, образующих с цилиндрическим корпусом дополнительные проходы для циркуляции, пластин, верхние и нижние кромки которых расположены на одном уровне с верхней и нижней кромкой внутренней циркуляционной трубы, и имеющих перфорацию, аналогичную перфорации внутренней циркуляционной трубы.In the study of the distinguishing features of the described reactor did not reveal any known similar solutions regarding the use of traditional designs in the implementation of the process of direct chlorination of ethylene. A distinctive feature of the inventive reactor is that at least two are attached uniformly along the periphery to the inner part of the cylindrical body, forming additional passages for circulation with the cylindrical body, plates, the upper and lower edges of which are located at the same level with the upper and lower edges of the internal circulation pipe, and having a perforation similar to that of the inner circulation pipe.

Повышение технологичности при осуществлении процесса прямого хлорирования этилена в заявляемом реакторе обеспечивается максимально равной циркуляцией жидкого дихлорэтана со всей поверхности секционирующих решеток, достигаемой тем, что дополнительно к циркуляционному проходу, образованному внутренней циркуляционной трубой, реактор имеет не менее чем два равных прохода для циркуляции, образованных между вертикальными пластинами, прикрепляемыми к цилиндрическому корпусу и цилиндрическим корпусом, с равномерным их размещением по периферии внутренней части цилиндрического корпуса. Максимально равная циркуляция жидкого дихлорэтана со всей площади секционирующих решеток обеспечивает выравнивание концентрации хлора в жидкой составляющей реакционной массы в каждом конкретном горизонтальном сечении реактора. И, таким образом, в предлагаемой конструкции реактора исключается создание условий для образования локальных зон с протеканием реакций глубокого хлорирования этилена в жидком дихлорэтане.The increase in manufacturability in the process of direct chlorination of ethylene in the inventive reactor is ensured by the maximum equal circulation of liquid dichloroethane from the entire surface of the sectional gratings, achieved in that in addition to the circulation passage formed by the internal circulation pipe, the reactor has at least two equal circulation passages formed between vertical plates attached to the cylindrical body and the cylindrical body, with their uniform distribution along riphery of the inner part of the cylindrical body. The maximum equal circulation of liquid dichloroethane from the entire area of the sectional gratings ensures equalization of the concentration of chlorine in the liquid component of the reaction mass in each specific horizontal section of the reactor. And thus, the proposed reactor design excludes the creation of conditions for the formation of local zones with the occurrence of deep chlorination of ethylene in liquid dichloroethane.

Конструкция предлагаемого реактора представлена на чертежах, где на фиг.1 схематически показан общий вид предлагаемого реактора, продольный разрез, на фиг.2 - горизонтальное сечение средней части реактора.The design of the proposed reactor is presented in the drawings, where Fig. 1 schematically shows a general view of the proposed reactor, a longitudinal section, and Fig. 2 is a horizontal section of the middle part of the reactor.

Реактор прямого хлорирования этилена включает в себя цилиндрический корпус 1, имеющий в нижней части штуцер 2 для ввода жидкого возвратного дихлорэтана, а в верхней части - штуцер 3 для вывода продуктов реакции в виде паров вместе с абгазами. Внутри цилиндрического корпуса 1 установлены расположенные один над другим и присоединенные к соответствующим входным штуцерам распределители 4 и 5 для ввода компонентов реакции - газообразного хлора и этилена, соответственно. Каждый распределитель выполнен в виде концентрических труб одинакового диаметра и различной длины, прикрепленных к распределительной трубе, присоединенной к входному штуцеру, и имеющих равномерно размещенные под углом минус 30, минус 60, минус 120 и минус 150 градусов к горизонтальному сечению ряды отверстий для выхода газообразных реагентов - хлора и этилена. По оси реактора расположена центральная циркуляционная труба 10. Равномерно по периферии к внутренней части цилиндрического корпуса 1 прикреплено не менее двух одинаковых по размеру вертикальных пластин 8, образующих со стенкой цилиндрического корпуса 1 дополнительные проходов для циркуляции 6. Нижние кромки внутренней циркуляционной трубы 10 и вертикальных пластин 8 расположены на одном уровне ниже уровня распределителей 4 и 5. В верхней части цилиндрического корпуса ниже верхних кромок внутренней циркуляционной трубы 10 и вертикальных пластин 8, расположенных на одном уровне, размещено несколько горизонтальных секционирующих решеток 7. Верхняя часть внутренней циркуляционной трубы 10 и вертикальных пластин 8 перфорирована по центру у основания секционирующих решеток 7, и перфорация выполнена в виде прямоугольных окон 9.The direct ethylene chlorination reactor includes a cylindrical body 1, having a nozzle 2 for introducing liquid return dichloroethane in the lower part and a nozzle 3 for discharging the reaction products in the form of vapors together with gases in the upper part. Inside the cylindrical housing 1, distributors 4 and 5 are arranged one above the other and connected to the respective inlet fittings for introducing reaction components — gaseous chlorine and ethylene, respectively. Each distributor is made in the form of concentric pipes of the same diameter and different lengths, attached to a distribution pipe connected to the inlet fitting, and having rows of holes for the exit of gaseous reactants uniformly placed at an angle of minus 30, minus 60, minus 120 and minus 150 degrees to the horizontal section - chlorine and ethylene. A central circulation pipe 10 is located along the axis of the reactor. At least two equally sized vertical plates 8 are attached uniformly along the periphery to the inner part of the cylindrical body 1, forming additional passages for circulation with the wall of the cylindrical body 1 6. The lower edges of the inner circulation pipe 10 and vertical plates 8 are located at the same level below the level of the valves 4 and 5. In the upper part of the cylindrical body below the upper edges of the inner circulation pipe 10 and vertical Astin 8 disposed at the same level, taken several horizontal sectionalizing grids 7. The upper part of the internal circulation tube 10 and the vertical plate 8 is perforated at the base, the keeper sectionalizing gratings 7 and perforation is made in the form of rectangular windows 9.

Предложенный реактор прямого хлорирования этилена работает следующим образом.The proposed reactor for direct chlorination of ethylene works as follows.

Сначала в заполненный дихлорэтаном реактор осуществляется подача газообразного этилена через распределитель 5. Этилен плохо растворяется в дихлорэтане, поэтому он образует в реакторе газожидкостную смесь, плотность которой меньше плотности жидкого дихлорэтана. Газожидкостная смесь, проходя через секционирующие решетки 7, частично разрушается у их основания, образуя на поверхности каждой секционирующей решетки 7 слой жидкого дихлорэтана. Жидкий дихлорэтан через верхнее сечение или окна 9 поступает в проходы для циркуляции 6. За счет разности плотности газожидкостной смеси в основном объеме реактора и жидкого дихлорэтана в проходах для циркуляции 6 в реакторе возникает движущая сила циркуляции. Она создает нисходящий поток в проходах для циркуляции 6 и восходящий поток через сечение реактора, где расположены распределители 4 и 5 для ввода газообразных хлора и этилена. После организации циркуляции жидкого дихлорэтана в реакторе, основанной на принципе работы газлифта, в него через распределитель 5 подается хлор. Хлор имеет хорошую растворимость в дихлорэтане и почти полностью растворяется в нем. На уровне подачи этилена в реакторе начинается химическая реакция, в результате которой уменьшается содержание этилена в реакторе. Однако газосодержание в реакторе возрастает за счет увеличения количества паров дихлорэтана, которые образуются в результате нагревания дихлорэтана теплом, выделяющимся в ходе химической реакции. Движущая сила циркуляции увеличивается, достигая своего предельного значения, которое обеспечивает необходимое для полного растворения хлора количество циркулирующего дихлорэтана.First, ethylene gas is fed into the reactor filled with dichloroethane through a distributor 5. Ethylene is poorly soluble in dichloroethane, so it forms a gas-liquid mixture in the reactor whose density is less than the density of liquid dichloroethane. The gas-liquid mixture passing through the sectional gratings 7 is partially destroyed at their base, forming a layer of liquid dichloroethane on the surface of each sectioning grating 7. Liquid dichloroethane through the upper section or windows 9 enters the passages for circulation 6. Due to the difference in density of the gas-liquid mixture in the main volume of the reactor and liquid dichloroethane in the passages for circulation 6, a driving force of circulation appears in the reactor. It creates a downward flow in the passages for circulation 6 and an upward flow through the cross section of the reactor, where the distributors 4 and 5 are located for the introduction of gaseous chlorine and ethylene. After organizing the circulation of liquid dichloroethane in the reactor, based on the principle of gas lift operation, chlorine is fed into it through a distributor 5. Chlorine has good solubility in dichloroethane and is almost completely soluble in it. At the ethylene feed level in the reactor, a chemical reaction begins, as a result of which the ethylene content in the reactor decreases. However, the gas content in the reactor increases due to an increase in the amount of dichloroethane vapors that are formed as a result of heating the dichloroethane with the heat generated during the chemical reaction. The driving force of circulation increases, reaching its limit value, which provides the amount of circulating dichloroethane necessary for the complete dissolution of chlorine.

Непрерывная циркуляция обеспечивает постоянный уровень жидкости в зоне реакции, а равномерно распределенный отток жидкого дихлорэтана со всей поверхности секционирующих решеток способствует выравниванию массообменных процессов, и поэтому концентрация хлора в жидком дихлорэтане по любому из выбранных сечений реактора выровнена. Отсутствие локальных зон с повышенной концентрацией хлора как в газовой, так и жидкой фазах, благоприятно сказывается на процессе хлорирования. Не происходит образования парогазовых пузырей в реакционном пространстве реактора и реакций глубокого хлорирования дихлорэтана, т. е. повышается технологичность осуществления процесса прямого хлорирования этилена.Continuous circulation ensures a constant liquid level in the reaction zone, and evenly distributed outflow of liquid dichloroethane from the entire surface of the sectional gratings helps to smooth out mass transfer processes, and therefore the concentration of chlorine in liquid dichloroethane is equalized over any of the selected sections of the reactor. The absence of local zones with an increased concentration of chlorine in both the gas and liquid phases favorably affects the chlorination process. The formation of vapor-gas bubbles in the reaction space of the reactor and the reactions of deep chlorination of dichloroethane do not occur, i.e., the processability of the process of direct chlorination of ethylene is increased.

Использование изобретения позволит повысить технологичность процесса прямого хлорирования этилена за счет обеспечения максимально равной циркуляции жидкого дихлорэтана со всей площади секционирующих решеток.The use of the invention will improve the manufacturability of the process of direct chlorination of ethylene by ensuring the maximum equal circulation of liquid dichloroethane from the entire area of the sectional gratings.

Claims

Direct ethylene chlorination reactor, including a cylindrical body, nozzles for inputting the starting 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, the upper part of which 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, at least one upper section, characterized in that at least two uniformly attached along the periphery to the inner part of the cylindrical body, forming additional passages for circulation with the cylindrical body, plates, the upper and lower edges of which are located on the same level with the upper and lower edges of the inner circulation pipe, and having a perforation similar to the perforation of the internal circulation pipe.