RU2355469C2 - Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure - Google Patents

Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2355469C2
RU2355469C2 RU2006134901/15A RU2006134901A RU2355469C2 RU 2355469 C2 RU2355469 C2 RU 2355469C2 RU 2006134901/15 A RU2006134901/15 A RU 2006134901/15A RU 2006134901 A RU2006134901 A RU 2006134901A RU 2355469 C2 RU2355469 C2 RU 2355469C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
reaction
supercritical pressure
pressure
chemical
Prior art date
Application number
RU2006134901/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006134901A (en
Inventor
Андрей Иванович Брункин (RU)
Андрей Иванович Брункин
Олег Александрович Тишин (RU)
Олег Александрович Тишин
Original Assignee
Андрей Иванович Брункин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Иванович Брункин filed Critical Андрей Иванович Брункин
Priority to RU2006134901/15A priority Critical patent/RU2355469C2/en
Publication of RU2006134901A publication Critical patent/RU2006134901A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2355469C2 publication Critical patent/RU2355469C2/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention refers to the versatile engineering chemistry of different materials synthesis by means of chemical initiation of the autothermal geterogeneous reactions in liquid-liquid, and liquid-gas systems while carrying out the processes in adiabatic conditions. The invention can be used in chemical, petrochemical, biochemical and other industries. The method of continuous geterogeneous processes is performed in adiabatic tube reactor (6) at supercritical pressure. The reactor (6) contains the means for supply (1,2) of at least two initial reagents flows, means of its heating (3,4), connected respectively with means for supply (1,2) of the specified initial reagents flows and with the reactor (6); control valve (7), providing the necessary level of supercritical pressure in reactor (6) and evaporative separator (8) in which during pressure reduction at least the part of the flow is divided into flows of low-boiling and high-boiling components. At least one of the initial reagents flow is supplied under supercritical pressure and then assembled with other reagent flow in jet dispersing device (5) providing the linear velocity of the reaction mix 10-40 m/s, then the said velocity drastically decreases to 0.01- 0.03 m/s and the reaction mix interreacts in the tube reactor (6) forming the reaction products flow.
EFFECT: invention allows to increase the rate of a reaction and the conversion of the initial reagents
3 cl, 8 ex, 1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано преимущественно в химической, нефтехимической, пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической отраслях промышленности при проведении реакционных процессов гидрирования, окисления, полимеризации, алкилирования, аминирования, нитрования и т.д.The invention can be used mainly in the chemical, petrochemical, food, perfumery, cosmetic and pharmaceutical industries when carrying out reaction processes of hydrogenation, oxidation, polymerization, alkylation, amination, nitration, etc.

Указанный способ применим дляThe specified method is applicable to

- синтеза органических соединений и их очистки;- synthesis of organic compounds and their purification;

- реакции полимеризации, очистки полимера от непрореагировавшего мономера и инициатора полимеризации;- polymerization reactions, purification of the polymer from unreacted monomer and polymerization initiator;

- производства синтез-газа, аммиака;- production of synthesis gas, ammonia;

- переработки химически грязных отходов от органических примесей;- processing of chemically dirty waste from organic impurities;

- переработки высокотоксичных, отравляющих веществ и радиоактивных отходов;- processing of highly toxic, toxic substances and radioactive waste;

- флюидной экстракции целевого вещества;- fluid extraction of the target substance;

- получения пористых полимерных материалов;- obtaining porous polymeric materials;

- производства продуктов и полупродуктов лекарственных веществ;- production of products and intermediates of medicinal substances;

- внедрения новых веществ в состав красителей, лекарств, полимеров;- the introduction of new substances in the composition of dyes, drugs, polymers;

- образования наночастиц.- the formation of nanoparticles.

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способу непрерывного проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении.The invention relates to a method for continuously conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tube reactor at supercritical pressure.

Изобретение может быть использовано преимущественно в химической, нефтехимической, парфюмерно-косметической и фармацевтической отраслях промышленности.The invention can be used mainly in the chemical, petrochemical, perfumery, cosmetic and pharmaceutical industries.

Уровень техникиState of the art

Известные аналоги изобретения:Known analogues of the invention:

RU 2000107065/12 А, 2002.01.10, RU 2002115626 A, 2003.12.10,RU 2000107065/12 A, 2002.01.10, RU 2002115626 A, 2003.12.10,

RU 2003124195/15 A, 2005.01.20, RU 2002100202/04 C2, 2000.06.02,RU 2003124195/15 A, 2005.01.20, RU 2002100202/04 C2, 2000.06.02,

US 00/30765, 10.11.2000, RU 97101490/04 A, 1997.01.30,US 00/30765, 10.11.2000, RU 97101490/04 A, 1997.01.30,

RU 2002135638/04 C2, 2006.07.10, RU 2002124707 A, 27.03.2004.RU 2002135638/04 C2, 2006.07.10, RU 2002124707 A, 03/27/2004.

Известен способ RU 200130923/12 C1, 10.05.2002, осуществления химической реакции в сверхкритических средах-флюидах, в котором химические реакции осуществляются периодически в реакторе закрытого типа. Недостатком этого способа является периодический ввод органических соединений в объем сверхкритических флюидов и периодический вывод продуктов реакции.The known method RU 200130923/12 C1, 05/10/2002, the implementation of a chemical reaction in supercritical fluid fluids, in which chemical reactions are carried out periodically in a closed reactor. The disadvantage of this method is the periodic introduction of organic compounds into the volume of supercritical fluids and the periodic withdrawal of reaction products.

Известен способ RU 2003109040/15 C1, 20.10.2004, осуществления химических реакций между органическими и неорганическими жидкими фазами при докритической температуре 200°С - 300°С и давлении 5-15 МПа. Недостатком этого способа является проведение только жидкофазных экзотермических химических процессов между органическими и неорганическими фазами.The known method RU 2003109040/15 C1, 20.10.2004, the implementation of chemical reactions between organic and inorganic liquid phases at a subcritical temperature of 200 ° C to 300 ° C and a pressure of 5-15 MPa. The disadvantage of this method is to conduct only liquid-phase exothermic chemical processes between organic and inorganic phases.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ RU 2000113882/04, 01.06.2000, согласно которому многофазные реакции гидроформилирования олефинов проводят в трубчатом реакторе при коэффициенте нагрузки В, равном или больше 0,8, который рассчитывают как частное из относящегося к длине падения давления PD и статического давления PS. Недостатком этого способа является невозможность равномерного распределения исходных реагентов в реакционной массе, а также образование промежуточных побочных продуктов, что усложняет управление технологическим процессом.Closest to the invention in terms of essential features is the method RU 2000113882/04, 06/01/2000, according to which multiphase olefin hydroformylation reactions are carried out in a tubular reactor at a load factor B equal to or greater than 0.8, which is calculated as the quotient of the drop length pressure PD and static pressure PS. The disadvantage of this method is the impossibility of a uniform distribution of the starting reagents in the reaction mass, as well as the formation of intermediate by-products, which complicates the process control.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Технической задачей изобретения является разработка и описание способа непрерывного проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении скорости реакции и степени конверсии исходных реагентов.An object of the invention is to develop and describe a method for continuously conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tube reactor at supercritical pressure. The technical result achieved by the invention is to increase the reaction rate and the degree of conversion of the starting reagents.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что скоростное осесимметричное смешение потоков исходных реагентов при сверхкритическом давлении создает условия для проведения быстрой автотермической реакции взаимодействия реакционной массы в прямоточном трубчатом реакторе по существу в адиабатических условиях до практически 100% степени конверсии исходных реагентов в продукты реакции, после чего продукты реакции диспергируют в испарительный сепаратор с меньшим давлением, где происходит его мгновенное охлаждение и удаление низкокипящих компонентов. При сверхкритических параметрах почти полностью разрушаются водородные связи и молекулы не проявляют взаимосвязанности. Кроме того, их физические свойства могут быть легко изменены при помощи варьирования температуры и давления. Проведение синтеза органических соединений при сверхкритическом давлении позволяет проводить реакции в условиях молекулярной дисперсности реагентов, находящихся в гомогенных высотемпературных флюидах невысокой плотности. Адиабатический режим позволяет эффективно использовать тепло самих реакций, как для поддержания температурного процесса, так и для компенсации энергозатрат на разогрев исходных реагентов. Прямоточный трубчатый реактор для проведения гетерогенного химико-технологического процесса при сверхкритическом давлении имеет небольшие объемы при высокой удельной производительности. Проведение высокотемпературного процесса позволит уменьшить вязкость раствора, что увеличит коэффициент диффузии и скорость процесса. Отрицательное влияние высокой температуры (побочные процессы, разложение, смолообразование) компенсируется небольшим временем пребывания реагентов в зоне реакции.The above technical result is achieved by the fact that high-speed axisymmetric mixing of the streams of the starting reagents at supercritical pressure creates the conditions for a fast autothermal reaction of the reaction of the reaction mass in the direct-flow tube reactor under essentially adiabatic conditions to almost 100% degree of conversion of the starting reagents to reaction products, after which the products the reactions are dispersed into an evaporative separator with a lower pressure, where it is instantly cooled and removed izkokipyaschih components. With supercritical parameters, hydrogen bonds are almost completely destroyed and the molecules do not show interconnectedness. In addition, their physical properties can be easily changed by varying temperature and pressure. The synthesis of organic compounds at supercritical pressure allows the reaction to be carried out under conditions of molecular dispersion of the reagents in homogeneous high-temperature fluids of low density. The adiabatic regime makes it possible to efficiently use the heat of the reactions themselves, both to maintain the temperature process and to compensate for energy consumption for heating the initial reagents. A straight-through tubular reactor for conducting a heterogeneous chemical process at supercritical pressure has small volumes with high specific productivity. Carrying out a high-temperature process will reduce the viscosity of the solution, which will increase the diffusion coefficient and the speed of the process. The negative effect of high temperature (side processes, decomposition, gum formation) is compensated by the short residence time of the reactants in the reaction zone.

Аппаратурное оформление способа непрерывного проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении включает средства подачи (1, 2) исходных потоков реагентов, средства их нагрева (3, 4), струйный диспергатор (5), адиабатический трубчатый реактор (6), редуцирующее устройство (7) и испарительный сепаратор (8). Основным конструктивным элементом является трубчатый реактор (6), выполненный в виде трубы. Инициирование химического процесса осуществляется в струйном диспергаторе (5), проходя через который реакционная масса приобретает достаточно высокую скорость и преобразуется в форму, способствующую быстрому и эффективному распаду на капли. На выходе из струйного диспергатора (5) значительно уменьшается диффузионное сопротивление, препятствующее переносу реагентов через поверхность контакта фаз. В реакторе (6), за счет теплового эффекта автотермической реакции, температура реакционной смеси повышается и происходит переход от изотермического режима к адиабатическому. Проведение процесса в аппарате трубчатого типа при поршневом движении реакционной смеси значительно уменьшает влияние продольного перемешивания жидкости, что создает условия, исключающие возможность химического связывания продуктов реакции с поступающим исходным сырьем. Особенность предлагаемой технологии заключается в высокой степени свободы варьирования параметров технологического процесса по температуре, давлению, соотношению исходных реагентов, концентрации, времени пребывания реагентов в зоне реакции и скорости охлаждения реакционной массы. Это необходимо для изменения направления и глубины протекания реакции при получении широкого ассортимента продуктов, подбора оптимальных значений параметров процесса синтезирования, а также при проведении экспериментальных и научно-исследовательских работ. Конструкция реакционного аппарата обеспечивает также устойчивость всех заданных параметров процесса (времени реакции, температуры, давления), необходимых для оптимального осуществления химических превращений.The hardware design of a method for continuously conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tube reactor at supercritical pressure includes means for supplying (1, 2) the initial flows of reagents, means for heating them (3, 4), a jet dispersant (5), and an adiabatic tube reactor (6) , a reducing device (7) and an evaporative separator (8). The main structural element is a tubular reactor (6), made in the form of a pipe. The initiation of the chemical process is carried out in a jet dispersant (5), passing through which the reaction mass acquires a sufficiently high speed and is converted into a form that facilitates rapid and efficient disintegration into droplets. At the outlet of the jet dispersant (5), diffusion resistance is significantly reduced, which prevents the transfer of reagents through the phase contact surface. In the reactor (6), due to the thermal effect of the autothermal reaction, the temperature of the reaction mixture rises and a transition from isothermal to adiabatic occurs. Carrying out the process in a tubular type apparatus during the piston movement of the reaction mixture significantly reduces the effect of longitudinal mixing of the liquid, which creates conditions that exclude the possibility of chemical bonding of reaction products with incoming feedstock. A feature of the proposed technology lies in a high degree of freedom in varying the process parameters with respect to temperature, pressure, ratio of initial reagents, concentration, residence time of reagents in the reaction zone, and cooling rate of the reaction mixture. This is necessary to change the direction and depth of the reaction upon receipt of a wide range of products, the selection of optimal values of the parameters of the synthesis process, as well as during experimental and research work. The design of the reaction apparatus also ensures the stability of all the given process parameters (reaction time, temperature, pressure) necessary for the optimal implementation of chemical transformations.

Предлагаемый способ проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении имеет несколько отличительных существенных признаков (конструктивных особенностей):The proposed method for conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tubular reactor at supercritical pressure has several distinctive essential features (design features):

- непрерывное получение сверхкритического давления, по меньшей мере, для одного исходного потока реагентов;- continuous obtaining of supercritical pressure for at least one initial reagent stream;

- непрерывное получение сверхкритической температуры для указанного потока реагентов с образованием сверхкритических флюидов;- continuous obtaining supercritical temperature for the specified stream of reagents with the formation of supercritical fluids;

- совместное объединение указанного потока с другим потоком реагентов в струйном диспергаторе (5) с обеспечением в нем линейной скорости реакционной массы, равной 10-100 м/с, предпочтительно 10-40 м/с, причем период времени, в течение которого происходит объединение, по существу составляет менее чем 0,1 секунды, предпочтительно менее чем 0,01 секунды;- jointly combining the specified stream with another stream of reagents in the jet dispersant (5) with providing in it a linear velocity of the reaction mass equal to 10-100 m / s, preferably 10-40 m / s, and the period of time during which the Association, essentially less than 0.1 seconds, preferably less than 0.01 seconds;

- взаимодействие реакционной массы проводят в зоне химических превращений трубчатого реактора (6) в адиабатических условиях, в котором линейную скорость реакционной массы резко снижают до 0,01-1,0 м/с, предпочтительно до 0,01-0,03 м/с, причем период времени, в течение которого осуществляют взаимодействие реакционной массы с образованием потока продуктов реакции по существу составляет менее чем 180 секунд, в течение которого происходит увеличение температуры указанной реакционной массы, по меньшей мере, примерно на 20°С, по скорости и степени изменения которой осуществляют контроль протекающей в реакторе химической реакции;- the interaction of the reaction mass is carried out in the zone of chemical transformations of the tubular reactor (6) under adiabatic conditions in which the linear velocity of the reaction mass is sharply reduced to 0.01-1.0 m / s, preferably to 0.01-0.03 m / s moreover, the period of time during which the reaction mass interacts with the formation of the reaction product stream is essentially less than 180 seconds, during which the temperature of the specified reaction mass increases by at least about 20 ° C, in terms of speed and degree of change Nia which monitor the chemical reaction occurring in the reactor;

- трубчатый реактор (6) содержит вертикальный цилиндрический корпус объемом в пределах от 0,0001 до 0,1 м3, предпочтительно от 0,001 до 0,01 м3, расстояние между поверхностями которого не превышает 150 мм;- the tubular reactor (6) contains a vertical cylindrical body with a volume ranging from 0.0001 to 0.1 m 3 , preferably from 0.001 to 0.01 m 3 , the distance between the surfaces of which does not exceed 150 mm;

- для содействия удалению низкокипящих компонентов поток продукта перед регулирующим клапаном (7) разбавляют сверхкритическим флюидом в соотношении примерно от 1:0,2 до 1:5, предпочтительно примерно от 1:0,5 до 1:2;- to facilitate removal of low boiling components, the product stream in front of the control valve (7) is diluted with a supercritical fluid in a ratio of from about 1: 0.2 to 1: 5, preferably from about 1: 0.5 to 1: 2;

- редуцирование потока продуктов реакции через регулирующий клапан (7) в испарительный сепаратор (8) с меньшим давлением, где происходит его мгновенное охлаждение и разделение, по меньшей мере, части указанного потока продуктов реакции на поток низкокипящих и поток высококипящих компонентов, которое по существу завершают за время менее чем 0,01 секунды, предпочтительно менее 0,01 секунды;- reducing the flow of reaction products through a control valve (7) to a lower-pressure evaporator separator (8), where it instantly cools and separates at least part of the specified reaction product stream into a low-boiling stream and a high-boiling component stream, which essentially complete in less than 0.01 second, preferably less than 0.01 second;

- необходимое сверхкритическое давление измеряют в реакционной зоне реактора (6) и степень открытия регулирующего клапана (7) регулируют в зависимости от результатов этих измерений, причем регулирующий клапан (7) выполнен с углом конуса струи в пределах от 50° до 180°, предпочтительно от 90° до 140°.- the required supercritical pressure is measured in the reaction zone of the reactor (6) and the degree of opening of the control valve (7) is controlled depending on the results of these measurements, and the control valve (7) is made with a cone angle of the jet in the range from 50 ° to 180 °, preferably from 90 ° to 140 °.

СхемыScheme

Изобретение раскрывается в технологической схеме непрерывного способа проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении, включающее подачу исходных потоков реагентов, их нагрев, взаимодействие в трубчатом реакторе и разделение продуктов реакции.The invention is disclosed in a flow diagram of a continuous method for conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tubular reactor at supercritical pressure, including supplying the reactant feed streams, heating them, reacting in a tubular reactor, and separating the reaction products.

Аппаратурное оформление способа непрерывного проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении включает средства подачи (1, 2) исходных потоков реагентов, средства их нагрева (3, 4), струйный диспергатор (5), адиабатический трубчатый реактор (6,) редуцирующее устройство (7) и испарительный сепаратор (8).The hardware design of a method for continuously conducting a heterogeneous chemical-technological process in an adiabatic tube reactor at supercritical pressure includes means for supplying (1, 2) the initial reagent flows, means for heating them (3, 4), a jet dispersant (5), and an adiabatic tube reactor (6, ) a reducing device (7) and an evaporative separator (8).

Трубчатый реактор (6) имеет вид вертикального цилиндрического корпуса объемом 0,002-0,1 м3, закрытый с одного торца крышкой, через которую пропущен струйный диспергатор (5), а с другого торца закрытый днищем, имеющее выпускное отверстие для продуктов реакции. Струйный диспергатор (5) выполнен по существу в виде цилиндрической трубы, имеющей два впускных отверстия, соединенных линиями соответственно со средствами нагрева (3, 4), и одно выпускное отверстие для реакционной смеси, соединенное с внутренней полостью трубчатого реактора (6). Трубчатый реактор (6) содержит также измерительные средства для контроля температуры и давления.The tubular reactor (6) has the form of a vertical cylindrical body with a volume of 0.002-0.1 m 3 , closed at one end with a cap through which a jet disperser (5) is passed, and closed at the other end with a bottom having an outlet for reaction products. The jet dispersant (5) is made essentially in the form of a cylindrical pipe having two inlet openings connected by lines with heating means (3, 4), and one outlet for the reaction mixture, connected to the internal cavity of the tubular reactor (6). The tubular reactor (6) also contains measuring means for monitoring temperature and pressure.

Исходные реагенты подают раздельно средствами подачи (1, 2) исходных потоков реагентов через теплообменники (3, 4) в струйный диспергатор (5). В струйном диспергаторе (5) подогретые потоки в турбулентном режиме объединяют и далее реакционная смесь поступает в трубчатый реактор (6), где линейная скорость реакционной массы мгновенно снижается и в условиях сверхкритической плотности протекает быстрая химическая реакция. Сверхкритическое давление в реакционной зоне реактора поддерживают регулирующим клапаном (7), степень открытия которого определяется регулятором давления. После регулирующего клапана (7) продукты реакции редуцируют в испарительный сепаратор (8) с меньшим давлением, где в результате снижения температуры происходит их разделение на низкокипящие и высококипящие компоненты.The starting reagents are fed separately by means of supplying (1, 2) the starting flows of reagents through heat exchangers (3, 4) to the jet dispersant (5). In the jet disperser (5), heated streams in a turbulent mode are combined and then the reaction mixture enters the tubular reactor (6), where the linear velocity of the reaction mass instantly decreases and under conditions of supercritical density, a quick chemical reaction proceeds. Supercritical pressure in the reaction zone of the reactor is supported by a control valve (7), the degree of opening of which is determined by the pressure regulator. After the control valve (7), the reaction products are reduced to an evaporation separator (8) with a lower pressure, where, as a result of a decrease in temperature, they are separated into low-boiling and high-boiling components.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Пример 1. Синтез изопрена.Example 1. Synthesis of isoprene.

Изобутилен и формальдегид (мольное соотношение 1:1,2) в присутствии кислотного катализатора подают раздельно в струйный диспергатор реактора. Изобутилен предварительно подогревают в теплообменнике примерно от 150°С до 180°С. Синтез изопрена проводят при температуре выше 150°С, давлении выше 4,0 МПа, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд. После реактора продукты реакции поступают через регулирующий клапан в сепаратор. В сепараторе за счет повышения объема газа происходит разделение продуктов реакции на водную и органическую фазы. Далее органическую фазу подают на ректификацию изопрена, а водный слой - на рекуперацию.Isobutylene and formaldehyde (1: 1.2 molar ratio) in the presence of an acid catalyst are fed separately to the reactor jet disperser. Isobutylene is preheated in a heat exchanger from about 150 ° C to 180 ° C. The synthesis of isoprene is carried out at a temperature above 150 ° C, a pressure above 4.0 MPa, a residence time of about 60 to 180 seconds. After the reactor, the reaction products enter the separator through a control valve. In the separator due to the increase in gas volume, the reaction products are separated into aqueous and organic phases. Next, the organic phase is fed to the rectification of isoprene, and the aqueous layer is recovered.

Степень конверсии изопрена составляет примерно 85 - 100%.The degree of conversion of isoprene is approximately 85-100%.

Пример 2. Полимеризация изопрена.Example 2. Polymerization of isoprene.

Изопрен, инициатор полимеризации и углекислый газ подают раздельно насосами высокого давления в струйный диспергатор трубчатого реактора. Изопрен предварительно охлаждают до температуры примерно от минус 55°С до 60°С, а углекислый газ переводят в сверхкритическое состояние. Полимеризацию проводят при температуре примерно от минус 40°С до 60°С, давлении примерно от 30 до 50 МПа, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд. После реактора продукты реакции поступают через регулирующий клапан в сепаратор. В сепараторе за счет повышения объема газа происходит охлаждение реакционной массы и крошкообразование (выделение полимера), при этом происходит обрыв цепи и прекращение реакции полимеризации. Углекислый газ позволяет эффективно освобождать полимеры от примесей непрореагировавшего мономера и инициатора полимеризации. Далее выделенный полимер подается на отмывку, а непрореагированный изопрен и углекислота - в рецикл.Isoprene, a polymerization initiator, and carbon dioxide are fed separately by high pressure pumps to the jet disperser of the tubular reactor. Isoprene is pre-cooled to a temperature of about minus 55 ° C to 60 ° C, and carbon dioxide is transferred to a supercritical state. The polymerization is carried out at a temperature of about minus 40 ° C to 60 ° C, a pressure of about 30 to 50 MPa, a residence time of about 60 to 180 seconds. After the reactor, the reaction products enter the separator through a control valve. In the separator, due to an increase in the volume of gas, the reaction mass is cooled and crumbly formed (polymer precipitation), while the chain is broken and the polymerization reaction ceases. Carbon dioxide allows you to effectively release polymers from impurities of unreacted monomer and polymerization initiator. Then, the isolated polymer is fed to washing, and unreacted isoprene and carbon dioxide are recycled.

Степень конверсии составляет примерно 85 - 100%.The degree of conversion is approximately 85-100%.

Пример 4. Полимеризация изобутилена.Example 4. The polymerization of isobutylene.

Изобутилен и углекислый газ в количестве 0,1-1,0% от массы образующего в латексе полимера в присутствии катализатора подают раздельно насосами высокого давления в струйный диспергатор реактора. Реакция протекает почти мгновенно, сопровождается значительным выделением тепла. Углекислый газ используется в качестве инициатора и одновременно для снижения температуры реакции. Полимеризацию проводят при температуре примерно от минус 55°С до 60°С, давлении примерно от 30 до 50 МПа.Isobutylene and carbon dioxide in an amount of 0.1-1.0% by weight of the polymer forming in latex in the presence of a catalyst are fed separately by high pressure pumps to the jet disperser of the reactor. The reaction proceeds almost instantly, accompanied by significant heat. Carbon dioxide is used as an initiator and at the same time to lower the reaction temperature. The polymerization is carried out at a temperature of from about minus 55 ° C to 60 ° C, a pressure of from about 30 to 50 MPa.

Степень конверсии составляет примерно 85 - 100%.The degree of conversion is approximately 85-100%.

Пример 3. Полимеризация полиакрилата.Example 3. Polymerization of polyacrylate.

Акрилат, инициатор полимеризации и углекислый газ подают раздельно насосами высокого давления в струйный диспергатор трубчатого реактора. Углекислый газ подогревают до температуры выше 31°С и создают давление выше 7,3 МПа. Акрилат предварительно подогревают в теплообменнике до 40°С. Полимеризацию проводят при температуре примерно от 35°С до 50°С, давлении примерно от 8,0 до 10 МПа, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд. После реактора продукты реакции поступают через регулирующий клапан в сепаратор. В сепараторе за счет резкого сброса давления происходит охлаждение реакционной массы и крошкообразование (выделение полимера), при этом происходит обрыв цепи и прекращение реакции полимеризации. Далее выделенный полимер подают на отмывку.Acrylate, a polymerization initiator and carbon dioxide are fed separately by high pressure pumps to the jet disperser of the tubular reactor. Carbon dioxide is heated to a temperature above 31 ° C and create a pressure above 7.3 MPa. Acrylate is preheated in a heat exchanger to 40 ° C. The polymerization is carried out at a temperature of about 35 ° C to 50 ° C, a pressure of about 8.0 to 10 MPa, a residence time of about 60 to 180 seconds. After the reactor, the reaction products enter the separator through a control valve. In the separator, due to a sharp pressure drop, the reaction mass is cooled and crumbly formed (polymer precipitation), and the chain breaks and the polymerization reaction stops. Next, the selected polymer is served for washing.

Возможна модификация поверхности полимера, для чего растворяют комплексы металла (например, меди) в сверхкритической углекислоте. При полимеризации комплекс восстанавливается до металла с получением нанокомпозита, более устойчивого к истиранию. Возможно также введение в полимер красителей и стабилизаторов.Modification of the polymer surface is possible, for which metal complexes (for example, copper) are dissolved in supercritical carbon dioxide. During polymerization, the complex is reduced to metal to obtain a nanocomposite more resistant to abrasion. It is also possible the introduction of dyes and stabilizers into the polymer.

Пример 5. Гидрирование углеводородов.Example 5. Hydrogenation of hydrocarbons.

Достоинства сверхкритических сред при гидрировании обусловлены тем, что они в 10-20 раз выше растворяют в себе газы, чем в традиционных растворителях. Это связано со значительным свободным объемом сверхкритической среды. Температура процесса при этом существенно снижается, резко возрастает скорость реакции и селективность.The advantages of supercritical media during hydrogenation are due to the fact that they dissolve gases in themselves 10-20 times higher than in traditional solvents. This is due to the significant free volume of the supercritical medium. The temperature of the process decreases significantly, the reaction rate and selectivity sharply increase.

1) Циклопентадиен, водород и двуокись углерода подают раздельно агрегатами высокого давления в струйный диспергатор трубчатого реактора. Циклопентадиен предварительно подогревают в теплообменнике до 40°С. Гидрирование проводят при давлении примерно от 12 до 15 МПа, температуре примерно от 35°С до 50°С, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд, молярное соотношение водорода и ЦПД от 1,2:1 до 1,8:1.1) Cyclopentadiene, hydrogen and carbon dioxide are fed separately by high pressure units to the jet disperser of the tubular reactor. Cyclopentadiene is preheated in a heat exchanger to 40 ° C. Hydrogenation is carried out at a pressure of about 12 to 15 MPa, a temperature of about 35 ° C to 50 ° C, a residence time of about 60 to 180 seconds, the molar ratio of hydrogen and CPD is from 1.2: 1 to 1.8: 1.

После реактора продукты реакции поступают через регулирующий клапан в сепаратор. В сепараторе за счет резкого сброса давления вследствие повышения объема газа происходит охлаждение реакционной массы и испарение флюидов, которые возвращаются в рецикл.After the reactor, the reaction products enter the separator through a control valve. In the separator, due to a sharp pressure drop due to an increase in gas volume, the reaction mass is cooled and the fluids evaporate, which return to recycling.

2) Нитробензол, водород и двуокись углерода подают раздельно в струйный диспергатор трубчатого реактора, предварительно подогретые до 40-50°С. В результате восстановительной реакции в слабокислой среде при рН 3-4 целевым продуктом является анилин. Реакцию проводят при давлении от 5 до 10 МПа, времени пребывания от 60 до 180 секунд.2) Nitrobenzene, hydrogen and carbon dioxide are fed separately to the jet disperser of the tubular reactor, preheated to 40-50 ° C. As a result of the reduction reaction in a slightly acidic medium at pH 3-4, the target product is aniline. The reaction is carried out at a pressure of from 5 to 10 MPa, a residence time of from 60 to 180 seconds.

3) При восстановлении нитробензола в концентрированной серной кислоте образуется пара-аминофенол. Реакцию проводят при давлении примерно от 5 до 10 МПа, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд.3) During the reduction of nitrobenzene in concentrated sulfuric acid, para-aminophenol is formed. The reaction is carried out at a pressure of about 5 to 10 MPa, a residence time of about 60 to 180 seconds.

Степень конверсии составляет примерно 85% - 100%.The degree of conversion is approximately 85% - 100%.

Пример 6. Получение металлорганических комплексов.Example 6. Obtaining organometallic complexes.

Раствор с ионами тяжелых металлов, оксид углерода и связывающее вещество (органический лиганд) подают раздельно в струйный диспергатор трубчатого реактора. В результате ион металла соединяется с лигандом, образует комплекс и переходит в сверхкритическую углекислоту. Реакцию проводят при температуре примерно от 35°С до 60°С, давлении примерно от 30 до 50 МПа, времени пребывания - примерно от 60 до 180 секунд. После реактора продукты реакции поступают через регулирующий клапан в сепаратор. В сепараторе за счет резкого сброса давления и интенсивного самоиспарения углекислого газа получается металлорганический комплекс.The solution with heavy metal ions, carbon monoxide and a binder (organic ligand) are fed separately to the jet disperser of the tubular reactor. As a result, the metal ion combines with the ligand, forms a complex, and transforms into supercritical carbon dioxide. The reaction is carried out at a temperature of from about 35 ° C to 60 ° C, a pressure of from about 30 to 50 MPa, a residence time of from about 60 to 180 seconds. After the reactor, the reaction products enter the separator through a control valve. An organometallic complex is obtained in the separator due to a sharp pressure drop and intense self-evaporation of carbon dioxide.

Предложенным способом можно выращивать монокристаллы алмаза, корунда и многие другие.The proposed method can grow single crystals of diamond, corundum and many others.

Пример 7. Деминерализация воды (для теплоэнергетических установок), очистка химически грязных отходов, уничтожение высокотоксичных веществ, компонентов химического оружия, ядерно-топливного цикла.Example 7. Demineralization of water (for thermal power plants), treatment of chemically dirty waste, destruction of highly toxic substances, components of chemical weapons, nuclear fuel cycle.

Переработка химических отходов производится в реакторе при наличии кислорода, в результате чего почти все органические вещества окисляются до безвредных простейших составляющих и вода приобретает ярко выраженные антибактерицидные свойства. В сверхкритическом состоянии вода превращается из полярной жидкости практически в неполярную среду, скорость диффузии резко возрастает и ее окисляющая способность резко увеличивается. В водных средах при сверхкритических параметрах состояния сопротивление массообмену практически отсутствует, что обеспечивает все условия для быстрого протекания реакций. В качестве дегазирующих веществ используют хлорную известь, гипохлорид калия, аммиачную воду, натриевую щелочь. Устойчивое горение органических веществ проводят при температуре примерно от 380°С до 800°С, давлении примерно от 22 до 30 МПа, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд.Chemical waste is processed in the reactor in the presence of oxygen, as a result of which almost all organic substances are oxidized to harmless simplest components and water acquires pronounced antibacterial properties. In the supercritical state, water turns from a polar liquid into a practically nonpolar medium, the diffusion rate increases sharply and its oxidizing ability increases sharply. In aqueous media with supercritical state parameters, resistance to mass transfer is practically absent, which provides all conditions for the rapid occurrence of reactions. As degassing substances use bleach, potassium hypochloride, ammonia water, sodium alkali. Sustainable combustion of organic substances is carried out at a temperature of about 380 ° C to 800 ° C, a pressure of about 22 to 30 MPa, a residence time of about 60 to 180 seconds.

Пример 8. Флюидная сверхкритическая экстракция для извлечения, разделения и концентрирования органических и неорганических веществ.Example 8. Fluid supercritical extraction for the extraction, separation and concentration of organic and inorganic substances.

При сверхкритической флюидной экстракции из растворов возможно выделение ценных компонентов в виде чистых веществ (в том числе концентрата биологически активных веществ). Управление процессом (переход от экстракции к реэкстракции) осуществляется путем градиентного сброса давления (уменьшения плотности флюидной фазы). После реактора продукты реакции поступают через регулирующий клапан в сепаратор, где за счет резкого сброса давления снижается растворяющая способность экстрагента, экстракт отделяется, а флюиды возвращаются в рецикл. Достоинства сверхкритических сред в качестве экстрагентов обусловлены тем, что они исключительно эффективно растворяют неполярные соединения при высокой диффузионной способности и низкой вязкости. В качестве экстрагентов используют двуокись углерода, этан, этилен, воду. Из принципиально применимых газов наиболее технически доступен углекислый газ. Экстракцию природных веществ углекислым газом проводят при температуре не выше 100°С, давлении примерно от 10 до 30 МПа, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд.With supercritical fluid extraction from solutions, it is possible to isolate valuable components in the form of pure substances (including a concentrate of biologically active substances). The process control (transition from extraction to reextraction) is carried out by gradient pressure relief (decrease in the density of the fluid phase). After the reactor, the reaction products enter the separator through a control valve, where the solvent dissolving ability of the extractant decreases due to a sharp pressure drop, the extract is separated, and the fluids are recycled. The advantages of supercritical media as extractants are due to the fact that they extremely efficiently dissolve nonpolar compounds with high diffusion ability and low viscosity. As extractants, carbon dioxide, ethane, ethylene, water are used. Of the fundamentally applicable gases, carbon dioxide is most technically available. The extraction of natural substances with carbon dioxide is carried out at a temperature not exceeding 100 ° C, a pressure of about 10 to 30 MPa, a residence time of about 60 to 180 seconds.

Claims (3)

1. Способ непрерывного проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе (6) при сверхкритическом давлении, включающем средства подачи (1, 2), по меньшей мере, двух исходных потоков реагентов, средства их нагрева (3, 4), соединенные линиями соответственно со средствами подачи (1, 2) указанных исходных потоков реагентов и реактором (6), регулирующий клапан (7), поддерживающий необходимое сверхкритическое давление в реакторе (6), и испарительный сепаратор (8), в котором при дросселировании, по меньшей мере, часть потока продуктов реакции разделяют на поток низкокипящих и высококипящих компонентов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один исходный поток реагентов подают со сверхкритическим давлением, затем объединяют его с другим потоком реагентов в струйном диспергаторе (5) с обеспечением в нем линейной скорости реакционной смеси, равной 10-40 м/с, затем в трубчатом реакторе (6) резко снижают линейную скорость реакционной массы до 0,01-0,03 м/с и в зоне химических превращений трубчатого реактора (6) в адиабатических условиях осуществляют взаимодействие полученной реакционной массы с образованием потока продуктов реакции.1. A method for continuously conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tube reactor (6) at supercritical pressure, including means for supplying (1, 2) of at least two initial reagent flows, means for heating them (3, 4), connected by lines respectively, with means for supplying (1, 2) of said initial reagent flows and a reactor (6), a control valve (7) that maintains the required supercritical pressure in the reactor (6), and an evaporation separator (8), in which at least throttling h Part of the reaction product stream is divided into a stream of low-boiling and high-boiling components, characterized in that at least one of the initial reagent stream is supplied with supercritical pressure, then it is combined with another reagent stream in a jet dispersant (5) to provide a linear reaction rate in it a mixture of 10-40 m / s, then in the tubular reactor (6) the linear velocity of the reaction mass is sharply reduced to 0.01-0.03 m / s and in the zone of chemical transformations of the tubular reactor (6) under the adiabatic conditions interact Corollary obtained reaction mass to form a reaction product fluid. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют в трубчатом реакторе (6), содержащем вертикальный цилиндрический корпус объемом в пределах от 0,002 до 0,1 м3, предпочтительно от 0,004 до 0,01 м3.2. The method according to claim 1, characterized in that the process is carried out in a tubular reactor (6) containing a vertical cylindrical body with a volume ranging from 0.002 to 0.1 m 3 , preferably from 0.004 to 0.01 m 3 . 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль протекающей в трубчатом реакторе (6) химической реакции осуществляют по скорости и степени увеличения температуры реакционной массы. 3. The method according to claim 1, characterized in that the control of the chemical reaction occurring in the tubular reactor (6) is carried out according to the speed and degree of increase in the temperature of the reaction mass.
RU2006134901/15A 2006-10-02 2006-10-02 Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure RU2355469C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006134901/15A RU2355469C2 (en) 2006-10-02 2006-10-02 Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006134901/15A RU2355469C2 (en) 2006-10-02 2006-10-02 Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006134901A RU2006134901A (en) 2008-04-10
RU2355469C2 true RU2355469C2 (en) 2009-05-20

Family

ID=41021927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006134901/15A RU2355469C2 (en) 2006-10-02 2006-10-02 Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2355469C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, стр.119. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006134901A (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6838061B1 (en) Reactor for carrying out gas-liquid, liquid, liquid-liquid or gas-liquid-solid chemical reactions
Ufer et al. Liquid/liquid slug flow capillary microreactor
TW555592B (en) Retrofit reactor apparatus including gas/liquid ejector and monolith catalyst, a reaction process therein
CN108752161B (en) Method for synthesizing monochloro-o-xylene in continuous flow microchannel reactor
Chen et al. A simple and efficient synthesis protocol for sulfonation of nitrobenzene under solvent-free conditions via a microreactor
CN113563201B (en) Method for continuously and efficiently synthesizing 3, 4-dichloroaniline based on fixed bed microreactor
CN111018715A (en) Microchannel synthesis method of dinitrobenzene
EP2490998A1 (en) Process for downstream recovery of nitroalkane using dividing wall column
De Haan Process technology: an introduction
RU2411078C1 (en) Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid
Zhang et al. Intensified liquid/liquid mass transfer in corning advanced-flow reactors
CN211725714U (en) High-throughput micro-reaction equipment for preparing di-tert-butyl peroxide
Wang et al. A consecutive microreactor system for the synthesis of caprolactam with high selectivity
JP6827031B2 (en) Improved method for the selective production of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
RU2355469C2 (en) Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure
EP2490999A1 (en) Isothermal reactor for hydrocarbon nitration
CN112499592A (en) System and process for preparing hydrogen peroxide based on anthraquinone method
CN112500280B (en) Hydrobromination process
JP2014515736A (en) Appropriate input of starting materials into the process of producing aromatic amines by hydrogenation of nitroaromatic compounds.
Togashi et al. Yield improvement of chemical reactions by using a microreactor and development of a pilot plant using the numbering-up of microreactors
CN113939495A (en) Continuous preparation method of nitrobenzene
Zuidhof et al. Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime in a microreactor setup with internal recirculation
US7901639B2 (en) Reaction apparatus
CN114471300B (en) Microchannel assembly, microchannel mixing device, mixing system and application
RU2807871C1 (en) Installation and method for producing petrochemical products from butane-butene fraction without using catalyst

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090315