RU2411078C1 - Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid - Google Patents

Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid Download PDF

Info

Publication number
RU2411078C1
RU2411078C1 RU2009125290/05A RU2009125290A RU2411078C1 RU 2411078 C1 RU2411078 C1 RU 2411078C1 RU 2009125290/05 A RU2009125290/05 A RU 2009125290/05A RU 2009125290 A RU2009125290 A RU 2009125290A RU 2411078 C1 RU2411078 C1 RU 2411078C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
stream
tubular reactor
liquid
reducing device
Prior art date
Application number
RU2009125290/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009125290A (en
Inventor
Алексей Андреевич Брункин (RU)
Алексей Андреевич Брункин
Original Assignee
Алексей Андреевич 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 Алексей Андреевич Брункин filed Critical Алексей Андреевич Брункин
Priority to RU2009125290/05A priority Critical patent/RU2411078C1/en
Publication of RU2009125290A publication Critical patent/RU2009125290A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411078C1 publication Critical patent/RU2411078C1/en

Links

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to continuous gas-fluid reactions in high-pressure tubular reactor. Proposed method comprises feeding, at least, one fluid reagent by gas reagent flow feeder 2, and, not obligatorily, by feeder 3. Note here that, at least, one initial flow is fed at supercritical pressure. It comprises also heating, at least, one said flow by heater 4 connected with feeder and combining said flows in jet mixer 5. Obtained gas-fluid mix reacts in direct-flow tubular reactor in, in fact, adiabatic conditions. Reaction mix flow is throttle via reducing device 7 into evaporating separator 8 at lower pressure with stripping gas flow comprising, mainly, low-boiling components from top part of evaporating separator 8, and liquid flow comprising, mainly, high-boiling components from bottom part of said evaporating separator 8. Note here that said flows are heated to temperature that allows interaction reaction in supercritical fluid. Aforesaid flows are combined in jet mixer 5 with gas-fluid mix rate of 10-350 m/s. Note here that time whereat combination occurs makes less than 1 second. Obtained gas-fluid mix interacts in direct-flow tubular reactor 6 that drastically reduces liner rate of said gas-fluid mix to 0.01-10 m/s. Note also that time whereat said interaction occurs makes less than 600 seconds.
EFFECT: higher reaction rate and target product yield.
25 cl, 3 ex, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способу осуществления газожидкостных реакций в прямоточном трубчатом реакторе высокого давления в суб- и сверхкритическом флюиде, в частности для проведения процессов гидрирования, окисления, аминирования, нитрования, хлорирования, фторирования, карбонизации и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой, парфюмерно-косметической, фармацевтической и других отраслях промышленности.The invention relates to a method for carrying out gas-liquid reactions in a once-through high-pressure tubular reactor in a sub- and supercritical fluid, in particular for carrying out hydrogenation, oxidation, amination, nitration, chlorination, fluorination, carbonization processes and can be used in chemical, petrochemical, food, perfumery - cosmetic, pharmaceutical and other industries.

Уровень техникиState of the art

Известен способ проведения массообменных и реакционных процессов в системах жидкость-жидкость и жидкость-газ, заключающийся в подаче исходной смеси в каналы, расположенные параллельно друг другу, выполненные с периодически изменяющимся поперечным сечением, при этом сплошную среду подают непрерывно, а дисперсную - в виде периодически повторяющихся импульсов (RU 2342990). Недостатком данной конструкции реактора является низкая степень диспергирования газа в жидкости.There is a method of mass transfer and reaction processes in liquid-liquid and liquid-gas systems, which consists in feeding the initial mixture into channels parallel to each other, made with a periodically changing cross section, while the continuous medium is fed continuously and the dispersed medium is periodically repetitive pulses (RU 2342990). The disadvantage of this reactor design is the low degree of dispersion of the gas in the liquid.

Известен способ осуществления химических реакций в сверхкритических флюидах (варианты) и способ создания локальных регулярных уплотнений (RU 2182037). Недостатком данного способа является периодический ввод органических соединений в объем сверхкритического флюида и вывод продуктов реакции.A known method of chemical reactions in supercritical fluids (options) and a method of creating local regular seals (RU 2182037). The disadvantage of this method is the periodic introduction of organic compounds into the volume of supercritical fluid and the withdrawal of reaction products.

Известен газожидкостной реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с двумя патрубками ввода жидких реагентов и патрубком ввода газообразного реагента, расположенными в нижней части реактора, патрубком вывода продуктов реакции, расположенным в верхней части реактора, и колпачковое смесительное устройство, расположенное над патрубком ввода реагентов (SU 1088779). Недостатком данной конструкции реактора является низкая интенсивность смешения реагентов вследствие слабой турбулизации потока на выходе из смесителя.Known gas-liquid reactor containing a vertical cylindrical body with two nozzles for introducing liquid reagents and a nozzle for introducing a gaseous reagent located in the lower part of the reactor, a nozzle for withdrawing reaction products located in the upper part of the reactor, and a cap mixing device located above the nozzle for introducing reagents (SU 1088779 ) The disadvantage of this reactor design is the low intensity of mixing of the reagents due to poor turbulence of the stream at the outlet of the mixer.

Известен газожидкостной реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками ввода жидких и газообразных реагентов, патрубком вывода продуктов реакции и патрубком вывода отходящих газов и распределительное устройство для подачи газообразного реагента, расположенное в нижней части реактора (SU 1648544). Недостатком данной конструкции реактора является неравномерность распределения реагентов в объеме жидкости и недостаточная степень диспергирования газа в реакторе вследствие раздельного ввода реагентов.A gas-liquid reactor is known, comprising a vertical cylindrical body with nozzles for introducing liquid and gaseous reagents, a nozzle for withdrawing reaction products and a nozzle for discharging exhaust gases and a distribution device for supplying a gaseous reactant located in the lower part of the reactor (SU 1648544). The disadvantage of this reactor design is the uneven distribution of the reactants in the liquid volume and the insufficient degree of dispersion of the gas in the reactor due to the separate input of the reactants.

Известен газожидкостной реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка с закрепленным на ней устройством для конденсации тяжелых углеводородов из отходящих газов окисления, кавитационно-вихревой аппарат, выполненный в виде смесительной и пенной камер, соединенных между собой посредством сужающего сопла, технологические патрубки: патрубок для ввода сырья в кавитационно-вихревой аппарат в виде сопла с кавитационным кольцом, расположенным по оси смесительной камеры, установленный тангенциально патрубок для подвода воздуха, патрубок для вывода готового окисленного продукта, расположенного сбоку реактора (RU 2381155). Недостатком данной конструкции аппарата является неравномерность распределения газа в объеме жидкости и по сечению монолитного катализатора.Known gas-liquid reactor containing a vertical cylindrical body, inside which a dividing wall is mounted with a device for condensing heavy hydrocarbons from oxidation exhaust gases mounted on it, a cavitation-vortex apparatus made in the form of a mixing and foam chambers interconnected by a narrowing nozzle, technological pipes : pipe for introducing raw materials into the cavitation-vortex apparatus in the form of a nozzle with a cavitation ring located along the axis of the mixing chamber, tained tangentially inlet for air supply pipe for the finished output oxidized product disposed side reactor (RU 2381155). The disadvantage of this apparatus design is the uneven distribution of gas in the liquid volume and over the cross section of the monolithic catalyst.

Известен аппарат для проведения газожидкостных каталитических реакций, содержащий корпус протяженной формы с установленным в нем монолитным катализатором, расположенным в виде нескольких последовательно установленных ярусов, патрубки для ввода газа и жидкости в корпус, устройство для первичного диспергирования и распределения газа по сечению аппарата с установленными в корпусе между ярусами монолитного катализатора, устройств для дополнительного диспергирования и распределения газа по сечению аппарата, выполненное в виде одной или нескольких последовательно соединенных труб Вентури или в виде крыльчатки (RU 2348451). Недостатком данной конструкции аппарата является недостаточно эффективный массообмен газа с жидкостью.A known apparatus for conducting gas-liquid catalytic reactions, comprising a long-form housing with a monolithic catalyst installed in it, arranged in the form of several successively installed tiers, nozzles for introducing gas and liquid into the housing, a device for the primary dispersion and distribution of gas over the apparatus cross-section with those installed in the housing between the tiers of a monolithic catalyst, devices for additional dispersion and distribution of gas over the cross section of the apparatus, made in the form of one sludge and several series-connected Venturi tubes or in the form of an impeller (RU 2348451). The disadvantage of this apparatus design is the insufficiently efficient mass transfer of gas with liquid.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ непрерывного проведения гетерогенного химико-технологического процесса в адиабатическом трубчатом реакторе при сверхкритическом давлении (заявка 2006134901). Недостатками данного способа являются низкая степень диспергирования газа в жидкости и отсутствие возможности использования твердого катализатора.Closest to the technical nature of the proposed method is a method for continuously conducting a heterogeneous chemical process in an adiabatic tube reactor at supercritical pressure (application 2006134901). The disadvantages of this method are the low degree of dispersion of the gas in the liquid and the inability to use a solid catalyst.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Технической задачей изобретения является разработка и описание способа непрерывного осуществления газожидкостных реакций в суб- и сверхкритическом флюиде. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности массообменных и реакционных процессов, выражающийся в значительном увеличении скорости реакции, выхода целевого продукта, снижении образования побочных соединений и повышении удельной производительности установки. Предложенный способ непрерывного осуществления газожидкостных реакций обеспечивает высокий уровень устойчивости и управляемости всех заданных параметров процесса.An object of the invention is the development and description of a method for the continuous implementation of gas-liquid reactions in sub- and supercritical fluid. The technical result achieved by the invention is to increase the efficiency of mass transfer and reaction processes, which is expressed in a significant increase in the reaction rate, yield of the target product, decrease in the formation of side compounds and increase the specific productivity of the installation. The proposed method for the continuous implementation of gas-liquid reactions provides a high level of stability and controllability of all given process parameters.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе непрерывного осуществления газожидкостных реакций в суб- и сверхкритическом флюиде, включающем подачу, по меньшей мере, одного исходного потока жидкого реагента средством его подачи, по меньшей мере, одного исходного потока газообразного реагента средством его подачи и, необязательно, исходного потока растворителя средством его подачи, причем, по меньшей мере, один исходный поток подают со сверхкритическим давлением; нагрев, по меньшей мере, одного указанного потока средством его нагрева, соединенное линией со средством его подачи; объединение указанных потоков в струйном смесителе; реакцию взаимодействия полученной реакционной смеси в прямоточном трубчатом реакторе, по существу, в адиабатических условиях; дросселирование потока реакционной смеси через редуцирующее устройство в испарительный сепаратор с меньшим давлением, с отгонкой газового потока, содержащего преимущественно низкокипящие компоненты из верхней части испарительного сепаратора и жидкого потока, содержащего преимущественно высококипящие компоненты из нижней части испарительного сепаратора, объединение указанных исходных потоков обеспечивает давление совместного турбулентного истечения ниже сверхкритического давления флюида с образованием газовой фазы и проведение быстропротекающей реакции взаимодействия полученной газожидкостной смеси происходит, по меньшей мере, в течение фазового перехода газовой фазы в сверхкритический флюид с образованием продуктов реакции.The above technical result is achieved in that in a method for continuously carrying out gas-liquid reactions in a sub- and supercritical fluid, comprising supplying at least one source stream of a liquid reactant by means of its supply, at least one source stream of a gaseous reactant by means of its supply and, optionally, an initial solvent stream by means of its supply, wherein at least one initial stream is supplied with supercritical pressure; heating at least one of the specified stream means for heating it, connected by a line with means for feeding it; combining these streams in a jet mixer; the reaction of the resulting reaction mixture in a straight-through tube reactor, essentially under adiabatic conditions; throttling the flow of the reaction mixture through a reducing device into a lower-pressure evaporator separator, stripping off the gas stream containing predominantly low boiling components from the upper part of the evaporator separator and a liquid stream containing predominantly high boiling components from the lower part of the evaporator separator; flow below the supercritical fluid pressure to form a gas phase and conduct e rapid reaction of the interaction of the obtained gas-liquid mixture occurs, at least during the phase transition of the gas phase into a supercritical fluid with the formation of reaction products.

Известно, что кроме трех агрегатных состояний вещества (твердое, жидкое и газообразное) существует еще одно состояние - сверхкритические флюиды, находясь в которых вещество обладают уникальными свойствами, такими как низкая вязкость и растворимость на порядок больше традиционных растворителей.It is known that in addition to the three aggregate states of a substance (solid, liquid and gaseous), there is another state - supercritical fluids, in which the substance has unique properties, such as low viscosity and solubility, are an order of magnitude greater than traditional solvents.

Высокая сжимаемость сверхкритических сред по сравнению с идеальным газом обеспечивает сильное изменение плотности среды при малых изменениях давления, что в свою очередь позволяет хорошо регулировать способность к сольватации. В сверхкритическом состоянии коэффициенты диффузии очень велики, а сопротивление массообмену практически отсутствует, так что обеспечиваются все условия для быстрого протекания газожидкостных реакций. Субкритический (докритический) флюид образуется при температуре ниже критической точки на 10-15°С, а сверхкритический флюид - при состоянии, в котором давление и температура превышают критические параметры. Понижение температуры ниже критической точки выводит вещество из сверхкритического состояния в жидкое состояние, а понижение давления ниже критической точки выводит вещество из сверхкритического состояния в газообразное.The high compressibility of supercritical media in comparison with an ideal gas provides a strong change in the density of the medium at small pressure changes, which in turn allows one to well regulate the solvation ability. In the supercritical state, the diffusion coefficients are very large, and the resistance to mass transfer is practically absent, so that all conditions for the rapid occurrence of gas-liquid reactions are ensured. Subcritical (subcritical) fluid is formed at a temperature below the critical point by 10-15 ° C, and supercritical fluid is formed in a state in which the pressure and temperature exceed the critical parameters. Lowering the temperature below the critical point removes the substance from the supercritical state to the liquid state, and lowering the pressure below the critical point removes the substance from the supercritical state to the gaseous state.

Большинство газожидкостных реакций плохо управляемые и дают широкий спектр продуктов. Плохая растворимость газообразных реагентов, например водорода, фтора, хлора, аммиака, в большинстве органических соединений приводит к низкой скорости их присоединения к кратной связи в условиях гетерогенной реакции в системе газ-жидкость.Most gas-liquid reactions are poorly controlled and produce a wide range of products. The poor solubility of gaseous reagents, such as hydrogen, fluorine, chlorine, ammonia, in most organic compounds leads to a low rate of their attachment to multiple bonds under the conditions of a heterogeneous reaction in a gas-liquid system.

В сверхкритическом флюиде газообразные реагенты растворяются отлично, например для водорода и азота, растворяемых в таких средах, удается достичь концентраций в 10-20 раз более высоких, чем в обычных растворителях. В качестве сверхкритического флюида (реакционной среды, сверхкритического растворителя) для осуществления газожидкостных реакций используют преимущественно диоксид углерода, возможно окись азота, этилен, этан, аммиак, воду или другие подходящие вещества. Большая часть обычно применяемых сверхкритических сред образует неокислительную и неразрушающую атмосферу для термически неустойчивых соединений, благодаря их инертности и низкой температуре проведения реакции.In supercritical fluid, gaseous reagents dissolve perfectly, for example, for hydrogen and nitrogen, soluble in such media, it is possible to achieve concentrations 10-20 times higher than in conventional solvents. As a supercritical fluid (reaction medium, supercritical solvent) for the implementation of gas-liquid reactions, carbon dioxide is used predominantly, possibly nitric oxide, ethylene, ethane, ammonia, water or other suitable substances. Most commonly used supercritical media form a non-oxidizing and non-destructive atmosphere for thermally unstable compounds due to their inertness and low reaction temperature.

Вещество в сверхкритическом состоянии может выступать не только в качестве сверхкритического растворителя, но и в качестве реагента или катализатора. Комбинация сверхкритического диоксида углерода и наноразмерного катализатора, закрепленного на твердом носителе, привносит существенные преимущества в осуществление каталитического процесса, что позволит обходиться без использования органических растворителей.A substance in a supercritical state can act not only as a supercritical solvent, but also as a reagent or catalyst. The combination of supercritical carbon dioxide and a nanosized catalyst, mounted on a solid support, brings significant advantages to the implementation of the catalytic process, which will allow you to do without the use of organic solvents.

Диоксид углерода превращается в сверхкритический флюид при давлении более 7,3 МПа и температуре более 31°С. Притягательность сверхкритического диоксида углерода для химической технологии обуславливается его дешевизной и экологической безопасностью для проведения химических реакций.Carbon dioxide turns into a supercritical fluid at a pressure of more than 7.3 MPa and a temperature of more than 31 ° C. The attractiveness of supercritical carbon dioxide for chemical technology is determined by its low cost and environmental safety for chemical reactions.

В качестве жидкого реагента применяют любое органическое соединение. В качестве газообразного реагента используют водород, аммиак, кислород, фтор и другие подходящие вещества, используемые для проведения реакций химического взаимодействия.As the liquid reagent, any organic compound is used. As the gaseous reagent, hydrogen, ammonia, oxygen, fluorine and other suitable substances used for carrying out chemical reaction reactions are used.

Для обеспечения возможности проведения реакций в сверхкритическом флюиде необходимо, чтобы после резкого снижения скорости газожидкостной смеси в трубчатом реакторе, по меньшей мере, один исходный реагент находился в сверхкритическом состоянии, для чего предварительно, по меньшей мере, один исходный реагент подают со сверхкритическим давлением и подогревают до сверхкритической температуры.To enable reactions in a supercritical fluid, it is necessary that, after a sharp decrease in the velocity of the gas-liquid mixture in the tubular reactor, at least one initial reagent is in a supercritical state, for which at least one initial reagent is fed with supercritical pressure and heated to supercritical temperature.

В предложенном изобретении разделена быстрая стадия объединения исходных реагентов с использованием струйного смесителя в условиях значительного уровня турбулентности и относительно медленной стадии непосредственно взаимодействия газожидкостной смеси в прямоточном трубчатом реакторе идеального вытеснения в сверхкритическом флюиде невысокой плотности. В совокупности это позволит повысить степень диспергирования газа и значительно интенсифицировать смешение исходных реагентов. Объединение потоков жидких и газообразных реагентов производят в струйном смесителе при осесимметричном турбулентном режиме движения в условиях высокой молекулярной дисперсности реагентов, в результате совместного действия процессов молекулярной диффузии, что обеспечивает мгновенное взаимодействие газожидкостной смеси без значительного индукционного периода реакции. Интенсификация смешения потоков реагентов и повышение степени диспергирования газа достигается за счет обеспечения их движения в струйном смесителе с высокой скоростью, за счет чего происходит частичное преобразование потенциальной энергии давления в кинетическую энергию поступательного движения газожидкостной смеси. В результате возникновения достаточно больших ускорений потока, а также мощного сдвигового поля происходит быстрое и эффективное диспергирование газа. Высокая скорость осевого перемешивания газожидкостной смеси и соответственно снижение давления потока в струйном смесителе создает условия для испарения сверхкритического флюида и образования мелкодисперсной структуры газовых пузырьков размером примерно 0,5-10 микрон. Контролирование размера капли обеспечивается конструкцией сопла и скоростью потока газожидкостной смеси. Таким образом, в струйном смесителе происходит, по меньшей мере, частичный фазовый переход флюида из сверхкритического состояния в газовую фазу, при этом значительно уменьшается диффузионное сопротивление, препятствующее переносу реагентов через поверхность контакта фаз. В результате прямоточного движения потока с высокой скоростью на выходе из струйного смесителя формируется устойчивый газожидкостной поток с мелкодисперсной структурой, который равномерно заполняет все сечение трубчатого реактора. Увеличение межфазной поверхности соприкосновения приводит одновременно к экспониальному увеличению константы скорости и общей скорости реакции благодаря замене медленной молекулярной диффузии турбулентной (конвективной).In the proposed invention, a fast stage of combining the starting reagents using a jet mixer is separated under conditions of a significant level of turbulence and a relatively slow stage of direct interaction of the gas-liquid mixture in a direct-flow tubular reactor of ideal displacement in a supercritical fluid of low density. Together, this will increase the degree of dispersion of the gas and significantly intensify the mixing of the starting reagents. Combining the flows of liquid and gaseous reagents is carried out in a jet mixer with an axisymmetric turbulent mode of motion under conditions of high molecular dispersion of the reagents, as a result of the combined action of molecular diffusion, which provides instant interaction of the gas-liquid mixture without a significant induction reaction period. The intensification of mixing of the flow of reagents and increasing the degree of dispersion of the gas is achieved by ensuring their movement in the jet mixer with high speed, due to which there is a partial conversion of the potential pressure energy into the kinetic energy of the translational motion of the gas-liquid mixture. As a result of the occurrence of sufficiently large accelerations of the flow, as well as a powerful shear field, a rapid and effective dispersion of gas occurs. The high axial mixing rate of the gas-liquid mixture and, accordingly, the decrease in the flow pressure in the jet mixer creates the conditions for the evaporation of the supercritical fluid and the formation of a finely dispersed structure of gas bubbles with a size of about 0.5-10 microns. The droplet size control is provided by the nozzle design and the gas-liquid mixture flow rate. Thus, at least a partial phase transition of the fluid from the supercritical state to the gas phase takes place in the jet mixer, while the diffusion resistance, which prevents the transfer of reagents through the contact surface of the phases, is significantly reduced. As a result of the direct-flow movement of the flow at high speed, a stable gas-liquid flow with a finely dispersed structure is formed at the outlet of the jet mixer, which uniformly fills the entire cross section of the tubular reactor. An increase in the interfacial contact surface simultaneously leads to an exponential increase in the rate constant and the overall reaction rate due to the replacement of slow molecular diffusion by turbulent (convective).

Реактор представляет собой аппарат, выполненный в виде вертикальной трубы, на входе в который расположен указанный струйный смеситель. Использование прямоточного цилиндрического реактора вместо емкостного позволит принять сверхвысокие рабочие давления, что значительно увеличит скорость реакции и соответственно уменьшит время пребывания реакционной смеси. Максимальное рабочее давление трубчатого реактора ограничено по существу лишь техническими характеристиками средств подачи исходных реагентов.The reactor is an apparatus made in the form of a vertical pipe, at the entrance to which the specified jet mixer is located. The use of a straight-through cylindrical reactor instead of a capacitive one will make it possible to accept ultra-high working pressures, which will significantly increase the reaction rate and, accordingly, reduce the residence time of the reaction mixture. The maximum working pressure of the tubular reactor is essentially limited only by the technical characteristics of the feed means for the initial reagents.

Резкое снижение скорости газожидкостной смеси в трубчатом реакторе создает условия для конденсации газовой фазы, в результате чего пузырьки газа мгновенно схлопываются. Этот процесс, именуемый кавитацией, приводит к образованию локальных зон в сверхкритическом флюиде с высокой температурой и давлением, под действием которых молекулы переходят в возбужденное состояние и разрываются химические связи молекул, образуя атомы и радикалы. Высокое давление газожидкостной реакции способствует более частому столкновению дисперсных частиц и снижению энергии активации в зависимости от типа и характера процесса. Таким образом, в трубчатом реакторе, по существу, образуется гомогенная реакционная смесь, в котором при непрерывном режиме движения происходит химическое взаимодействие реагентов в сверхкритическом флюиде.A sharp decrease in the speed of the gas-liquid mixture in the tubular reactor creates the conditions for condensation of the gas phase, as a result of which the gas bubbles instantly collapse. This process, called cavitation, leads to the formation of local zones in a supercritical fluid with high temperature and pressure, under the influence of which the molecules become excited and the chemical bonds of the molecules are broken, forming atoms and radicals. The high pressure of the gas-liquid reaction contributes to a more frequent collision of dispersed particles and a decrease in activation energy, depending on the type and nature of the process. Thus, in a tubular reactor, essentially a homogeneous reaction mixture is formed, in which, under a continuous mode of motion, the reactants react chemically in a supercritical fluid.

Химическое взаимодействие протекает при движении реакционной смеси в нисходящем или восходящем поршневом потоке в диффузионной области внутри каждой частицы, каждая из которых по существу является отдельной термодинамически устойчивой системой.Chemical interaction occurs when the reaction mixture moves in a downward or upward piston flow in the diffusion region inside each particle, each of which is essentially a separate thermodynamically stable system.

При взаимодействии реакционной смеси в реакционной зоне трубчатого реактора происходит тепловой взрыв, т.е. за счет теплового эффекта автотермической реакции температура реакционной смеси резко повышается. Необходимая степень превращения газожидкостной реакции полностью завершается по существу за время менее чем 10 минут.When the reaction mixture interacts in the reaction zone of the tubular reactor, a thermal explosion occurs, i.e. due to the thermal effect of the autothermal reaction, the temperature of the reaction mixture rises sharply. The necessary degree of conversion of the gas-liquid reaction is completely completed essentially in a time of less than 10 minutes.

После взаимодействия реакционную смесь резко сбрасывают через редуцирующее устройство в испарительный сепаратор с меньшим давлением, где за счет резкого снижения плотности реакционной смеси и теплоты испарения сверхкритического флюида происходит мгновенное охлаждение реакционной смеси. Быстрое охлаждение реакционной смеси в испарительном сепараторе за счет испарения летучих газов позволит также исключить нежелательные взаимодействия продуктов реакции. При дросселировании под действием начальных возмущений и сил аэродинамического сопротивления происходит распад струи на мелкие капли, которое интенсифицирует быстрое испарение низкокипящих компонентов реакции.After the reaction, the reaction mixture is sharply discharged through a reducing device into an evaporation separator with a lower pressure, where due to a sharp decrease in the density of the reaction mixture and the heat of vaporization of supercritical fluid, the reaction mixture is instantly cooled. Rapid cooling of the reaction mixture in an evaporation separator due to the evaporation of volatile gases will also eliminate undesirable interactions of reaction products. When throttling under the influence of initial perturbations and aerodynamic drag forces, the jet decomposes into small droplets, which intensifies the rapid evaporation of low-boiling reaction components.

Для достижения необходимой температуры перед редуцирующим устройством возможна подача растворителя. Растворитель позволяет также эффективно освобождать продукты реакции от примесей и непрореагировавших реагентов.To achieve the required temperature, a solvent can be supplied in front of the reducing device. The solvent also allows you to effectively free the reaction products from impurities and unreacted reagents.

Из верхней части испарительного сепаратора отбирают газовый поток, содержащий преимущественно низкокипящие компоненты, а также растворитель (при его подаче), который рециркулируют. Из нижней части испарительного сепаратора отбирают жидкий поток, содержащий преимущественно высококипящие компоненты, которые выделяют известным способом. Возможна дальнейшая очистка целевых продуктов реакции в ректификационной колонне.A gas stream containing predominantly low boiling components, as well as a solvent (when supplied), which is recycled, is taken from the upper part of the evaporative separator. A liquid stream is selected from the bottom of the evaporator separator, which contains predominantly high boiling components, which are isolated in a known manner. Further purification of the desired reaction products in a distillation column is possible.

Для обеспечения необходимой температуры в испарительном сепараторе возможно дополнительное охлаждение испарительного сепаратора или охлаждение газового потока на выходе из испарительного сепаратора.To ensure the required temperature in the evaporator separator, additional cooling of the evaporator separator or cooling of the gas stream at the outlet of the evaporator separator is possible.

Проведение реакций взаимодействия органических соединений в суб- и сверхкритическом диоксиде углерода существенно снизит температуру процесса, что позволит максимально повысить селективность процесса. Понижение температуры в подобных системах подавляет побочные процессы, как правило, характеризующиеся более высокой энергией активации. При использовании твердого катализатора возможна периодическая регенерация катализатора сверхкритическим растворителем, например двуокисью углерода.Carrying out the reactions of interaction of organic compounds in sub- and supercritical carbon dioxide will significantly reduce the temperature of the process, which will maximize the selectivity of the process. Lowering the temperature in such systems suppresses side processes, usually characterized by a higher activation energy. When using a solid catalyst, periodic regeneration of the catalyst by a supercritical solvent, for example carbon dioxide, is possible.

Основной особенностью газожидкостных реакций, протекающих в суб- и сверхкритическом флюиде, является то, что энергия для инициирования процесса черпается из самой системы, а не подводится из дополнительного источника, как это характерно для инициируемых реакций. Адиабатический режим позволяет эффективно использовать тепло самих реакций, как для поддержания температурного процесса, так и для компенсации энергетических затрат на разогрев исходных реагентов.The main feature of gas-liquid reactions occurring in a sub- and supercritical fluid is that the energy for initiating the process is drawn from the system itself, and not supplied from an additional source, as is typical for initiated reactions. The adiabatic regime allows the efficient use of the heat of the reactions themselves, both to maintain the temperature process and to compensate for the energy costs of heating the starting reagents.

Предлагаемый способ непрерывного осуществления газожидкостных реакций в прямоточном трубчатом реакторе имеет несколько отличительных существенных признаков (конструктивных особенностей):The proposed method for the continuous implementation of gas-liquid reactions in a once-through tubular reactor has several distinctive essential features (design features):

- сначала осуществляют раздельную подачу, по меньшей мере, одного исходного потока жидкого реагента средством подачи (1), по меньшей мере, одного исходного потока газообразного реагента средством подачи (2) и, необязательно, исходного потока растворителя средством подачи (3), причем, по меньшей мере, один исходный поток подают со сверхкритическим давлением;- first carry out the separate supply of at least one source stream of a liquid reagent feed means (1), at least one source stream of a gaseous reactant feed means (2) and, optionally, the initial solvent stream feed means (3), moreover, at least one feed stream is supplied with supercritical pressure;

- затем осуществляют нагрев, по меньшей мере, одного указанного потока, например, потока жидкого реагента средством нагрева (4), соединенное линией со средством подачи, до температуры, которая обеспечивает при объединении указанных потоков протекание реакции взаимодействия в сверхкритическом флюиде, причем нагрев исходных реагентов производят с использованием наружного теплообмена, воздействием электрического или электромагнитного полей;- then carry out heating of at least one of the specified stream, for example, the flow of a liquid reagent by means of heating (4), connected by a line with a means of supply, to a temperature that ensures, when these flows are combined, an interaction reaction proceeds in a supercritical fluid, and heating of the starting reagents produced using external heat exchange, exposure to electric or electromagnetic fields;

- затем объединяют указанный поток жидкого реагента, указанный поток газообразного реагента и, необязательно, указанный поток растворителя в струйном смесителе (5), с линейной скоростью газожидкостной смеси, равной 10-350 м/с, предпочтительно 14-100 м/с, обеспечивающей давление совместного турбулентного истечения ниже сверхкритического давления флюида, в течение которого происходит, по меньшей мере, частичный переход сверхкритического флюида в газовую фазу, причем период времени, в течение которого происходит указанное объединение, по существу составляет менее чем 1 секунда, предпочтительно менее чем 0,1 секунды;- then combine the specified stream of liquid reagent, the specified stream of gaseous reagent and, optionally, the specified stream of solvent in the jet mixer (5), with a linear velocity of the gas-liquid mixture equal to 10-350 m / s, preferably 14-100 m / s, providing pressure joint turbulent outflow below the supercritical pressure of the fluid during which at least a partial transition of the supercritical fluid into the gas phase occurs, and the period of time during which the specified combination is essentially y is less than 1 second, preferably less than 0.1 seconds;

- затем осуществляют взаимодействие полученной газожидкостной смеси в прямоточном трубчатом реактора (6), в котором резко снижают линейную скорость указанной газожидкостной смеси до 0,01-10 м/с, предпочтительно до 0,02-0,5 м/с, обеспечивающее, по меньшей мере, частичный переход газовой фазы в сверхкритический флюид, с образованием гомогенной реакционной смеси, причем период времени, в течение которого осуществляют указанное взаимодействие с образованием продуктов реакции, по существу составляет менее чем 600 секунд, предпочтительно менее чем 300 секунд, особенно предпочтительно менее чем 120 секунд;- then carry out the interaction of the obtained gas-liquid mixture in a straight-through tubular reactor (6), in which the linear velocity of the gas-liquid mixture is sharply reduced to 0.01-10 m / s, preferably to 0.02-0.5 m / s, providing at least a partial transition of the gas phase into a supercritical fluid, with the formation of a homogeneous reaction mixture, the period of time during which this interaction is carried out with the formation of reaction products, essentially less than 600 seconds, preferably less than 300 ekund, particularly preferably less than 120 seconds;

- затем дросселируют указанный поток реакционной смеси через редуцирующее устройство (7) в испарительный сепаратор (8) с меньшим давлением, причем одновременно степенью открытия редуцирующего устройства (7) сохраняют сверхкритическое давление флюида в реакционной зоне трубчатого реактора (6), после чего отводят газовый поток, содержащий преимущественно низкокипящие компоненты из верхней части испарительного сепаратора (8) и жидкий поток, содержащий преимущественно высококипящие компоненты из нижней части испарительного сепаратора (8);- then throttle the specified stream of the reaction mixture through a reducing device (7) into an evaporation separator (8) with a lower pressure, and at the same time, the supercritical fluid pressure in the reaction zone of the tubular reactor (6) is maintained by the degree of opening of the reducing device (7), after which the gas stream is diverted containing predominantly low boiling components from the upper part of the evaporator separator (8) and a liquid stream containing mainly high boiling components from the lower part of the evaporative separator (8);

- струйный смеситель (5) выполнен по существу в виде цилиндрической трубы длиной не менее трех эквивалентных диаметров, имеющий, по меньшей мере, одно впускное отверстие для потока жидкого реагента, соединенное соответствующей линией со средством подачи через средство нагрева (4), по меньшей мере, одно впускное отверстие для потока газообразного реагента, соединенное соответствующей линией со средством подачи (2), необязательно, через средство нагрева, по меньшей мере, необязательно, одно впускное отверстие для потока растворителя, соединенное соответствующей линией со средством подачи (3), необязательно, через средство нагрева и одно выпускное отверстие для газожидкостной смеси, соединенное с внутренней полостью трубчатого реактора (6);- the jet mixer (5) is made essentially in the form of a cylindrical pipe with a length of at least three equivalent diameters, having at least one inlet for the flow of liquid reagent, connected by a corresponding line to the supply means through the heating means (4), at least , one inlet for the flow of the gaseous reactant connected by a suitable line to the supply means (2), optionally, through the heating means, at least optionally, one inlet for the flow of solvent is connected a corresponding line with the supply means (3), optionally, through the heating means and one outlet for the gas-liquid mixture, connected to the internal cavity of the tubular reactor (6);

- трубчатый реактор (6) выполнен по существу в виде полого цилиндрического корпуса высокого давления, расстояние между цилиндрическими поверхностями которого не превышает 150 мм, необязательно заполненный фиксированным слоем катализатора, закрытый с одного торца крышкой, через которую пропущена цилиндрическая труба струйного смесителя (5) для потока газожидкостной смеси, а с другого торца закрытый днищем, имеющее, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для потока реакционной смеси, при этом трубчатый реактор (6) содержит, по меньшей мере, одно измерительное средство для контроля температуры и, по меньшей мере, одно измерительное средство для контроля давления и, по меньшей мере, одно средство регулирования редуцирующего устройства (7), функционально связанное с указанным измерительным средством для контроля давления и редуцирующим устройством (7);- the tubular reactor (6) is made essentially in the form of a hollow cylindrical high-pressure housing, the distance between the cylindrical surfaces of which does not exceed 150 mm, optionally filled with a fixed catalyst layer, closed at one end by a lid through which the cylindrical pipe of the jet mixer (5) is passed for the gas-liquid mixture flow, and at the other end closed by the bottom, having at least one outlet for the reaction mixture flow, while the tubular reactor (6) contains at least one measuring means for controlling the temperature and at least one measuring means for controlling the pressure and at least one means for regulating the reducing device (7) operably connected with said measuring means for controlling the pressure and the reducing device (7);

- редуцирующее устройство (7) содержит регулирующий вентиль или регулирующую форсунку, соединенные линией с выпускным отверстием трубчатого реактора (6) и с испарительным сепаратором (8) таким образом, чтобы угол конуса редуцирующего устройства (7) выполнен в пределах примерно от 30 до 180°, предпочтительно от 90 до 140°;- the reducing device (7) contains a control valve or control nozzle connected by a line to the outlet of the tubular reactor (6) and to the evaporation separator (8) so that the cone angle of the reducing device (7) is made in the range from about 30 to 180 ° preferably from 90 to 140 °;

- испарительный сепаратор (8) соединяют с редуцирующим устройством (7) таким образом, чтобы конус струи редуцирующего устройства (7) находился в испарительном сепараторе (8) и имеющий в верхней части, по меньшей мере, одно первое выходное отверстие для газового потока, содержащее преимущественно низкокипящие компоненты, и в нижней части, по меньшей мере, одно второе выходное отверстие для жидкого потока, содержащее преимущественно высококипящие компоненты, причем испарительный сепаратор (8) или газовый поток на выходе из испарительного сепаратора (8) дополнительно охлаждают;- the evaporation separator (8) is connected to the reducing device (7) so that the cone of the jet of the reducing device (7) is in the evaporation separator (8) and having at least one first gas flow outlet in the upper part containing predominantly low-boiling components, and in the lower part, at least one second outlet for liquid flow, containing mainly high-boiling components, moreover, an evaporator separator (8) or a gas stream at the outlet of the evaporative separator torus (8) is further cooled;

- с целью снижения температуры перед редуцирующим устройством (7) к потоку реакционной смеси добавляют поток растворителя, возможно диоксида углерода, необязательно, находящегося в сверхкритическом состоянии, причем температуру в испарительном сепараторе (8) регулируют в зависимости от подачи указанного потока растворителя к потоку реакционной смеси, причем указанный поток растворителя рециркулируют.- in order to reduce the temperature in front of the reducing device (7), a stream of solvent, possibly carbon dioxide, optionally in a supercritical state, is added to the stream of the reaction mixture, the temperature in the evaporation separator (8) being controlled depending on the flow of the specified solvent stream to the stream of the reaction mixture wherein said solvent stream is recycled.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение раскрывается в технологической схеме непрерывного осуществления газожидкостных реакций в суб- и сверхкритическом флюиде, включающее средства подачи (1) потока жидкого реагента, средства подачи (2) потока газообразного реагента, средства подачи (3) потока растворителя, средства нагрева (4) потока жидкого реагента, струйный смеситель (5), трубчатый реактор (6), редуцирующее устройство (7) и испарительный сепаратор (8).The invention is disclosed in a flow chart for the continuous implementation of gas-liquid reactions in a sub- and supercritical fluid, including means for supplying (1) a stream of liquid reagent, means for supplying (2) a stream of gaseous reagent, means for supplying (3) a stream of solvent, heating means (4) a stream of liquid reagent, a jet mixer (5), a tubular reactor (6), a reducing device (7) and an evaporative separator (8).

Основным конструктивным элементом является трубчатый реактор (6), имеющий вид цилиндрического полого корпуса высокого давления, закрытый с одного торца крышкой, через которую пропущена цилиндрическая труба струйного смесителя (5), а с другого торца закрытый днищем, имеющее выпускное отверстие для потока реакционной смеси. Струйный смеситель (5) имеет три впускных отверстия, соединенных соответствующими линиями со средством подачи (1) потока жидкого реагента через средство нагрева (4), со средством подачи (2) потока газообразного реагента, со средством подачи (3) потока растворителя и одно выпускное отверстие для газожидкостной смеси, соединенное с внутренней полостью трубчатого реактора (6). Трубчатый реактор (6) содержит также измерительные средства для контроля температуры и давления.The main structural element is a tubular reactor (6), having the form of a cylindrical hollow high-pressure casing, closed at one end with a cap through which the cylindrical pipe of the jet mixer (5) is passed, and closed at the other end with a bottom having an outlet for the flow of the reaction mixture. The jet mixer (5) has three inlet openings connected by respective lines to the supply means (1) of the liquid reagent stream through the heating means (4), to the supply means (2) of the gaseous reagent stream, to the supply means (3) of the solvent stream and one outlet an opening for a gas-liquid mixture connected to the internal cavity of the tubular reactor (6). The tubular reactor (6) also contains measuring means for monitoring temperature and pressure.

Технологический процесс для непрерывного осуществления газожидкостных реакций осуществляют следующим образом. Исходные потоки растворителя, жидкого и газообразного реагентов подают средствами подачи (1, 2, 3) соответственно в струйный смеситель (5), где происходит смешение указанных реагентов. Перед смешением, по меньшей мере, один исходный проток подогревают до сверхкритической температуры.The technological process for the continuous implementation of gas-liquid reactions is as follows. The initial flows of the solvent, liquid and gaseous reagents are fed by means of supply (1, 2, 3), respectively, to the jet mixer (5), where these reagents are mixed. Before mixing, at least one source duct is heated to supercritical temperature.

В трубчатом реакторе (6) линейную скорость реакционной среды мгновенно снижают и осуществляют химическое взаимодействие указанной реакционной смеси с образованием продуктов реакции. Сверхкритическое давление флюида в реакционной полости трубчатого реактора (6) поддерживают редуцирующим устройством (7), степень открытия которого определяется измерительным средством контроля давления трубчатого реактора (6). После редуцирующего устройства (7) поток реакционной смеси дросселируют в испарительный сепаратор (8), где происходит разделение реакционной смеси на газовый поток, содержащий преимущественно низкокипящие компоненты, который отводят из верхней части испарительного сепаратора (8), и жидкий поток, содержащий преимущественно высококипящие компоненты, который отводят из нижней части испарительного сепаратора (8).In a tubular reactor (6), the linear velocity of the reaction medium is instantly reduced and the chemical reaction of the specified reaction mixture is carried out with the formation of reaction products. The supercritical fluid pressure in the reaction cavity of the tubular reactor (6) is supported by a reducing device (7), the degree of opening of which is determined by a measuring means for controlling the pressure of the tubular reactor (6). After the reducing device (7), the reaction mixture stream is throttled to the evaporation separator (8), where the reaction mixture is separated into a gas stream containing predominantly low boiling components, which is removed from the upper part of the evaporator separator (8), and a liquid stream containing mainly high boiling components which is withdrawn from the bottom of the evaporation separator (8).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Пример 1. Получение циклопентена.Example 1. Obtaining cyclopentene.

Циклопентадиен, водород и двуокись углерода подают раздельно средствами подачи (1, 2, 3), обеспечивающие создание давления от 12 до 15 МПа. Циклопентадиен и диоксид углерода предварительно подогревают средствами нагрева до 50°С. Объединение потоков производят в струйном смесителе (5), где обеспечивается линейная скорость потока 35 м/с. Гидрирование проводят в реакционной зоне трубчатого реактора (6) при давлении примерно от 12 до 15 МПа, температуре не более 60°С, времени пребывания примерно от 60 до 180 секунд, молярное соотношение водорода и ЦПД от 1,2:1 до 1,8:1. После реактора (6) реакционная смесь поступает через редуцирующее устройство (7) в сепаратор (8), где за счет резкого сброса давления вследствие повышения объема газа происходит охлаждение реакционной смеси. Испарившуюся двуокись углерода возвращают в рецикл.Cyclopentadiene, hydrogen and carbon dioxide are supplied separately by means of supply (1, 2, 3), providing pressure from 12 to 15 MPa. Cyclopentadiene and carbon dioxide are preheated by means of heating to 50 ° C. The combination of flows is carried out in a jet mixer (5), where a linear flow velocity of 35 m / s is provided. Hydrogenation is carried out in the reaction zone of the tubular reactor (6) at a pressure of from about 12 to 15 MPa, a temperature of not more than 60 ° 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 :one. After the reactor (6), the reaction mixture passes through a reducing device (7) to a separator (8), where the reaction mixture is cooled due to a sharp pressure drop due to an increase in gas volume. Evaporated carbon dioxide is recycled.

Выход циклопентена составляет примерно 90-95%.The yield of cyclopentene is approximately 90-95%.

Пример 2. Получение анилина.Example 2. Obtaining aniline.

Нитробензол, водород и двуокись углерода подают раздельно средствами подачи (1, 2, 3), обеспечивающими создание давления от 5 до 10 МПа. Нитробензол и диоксид углерода предварительно подогревают до 40-50°С. Объединение потоков производят в струйном смесителе (5), где обеспечивается линейная скорость потока 50 м/с. Окисление проводят при давлении от 5 до 10 МПа, времени пребывания от 60 до 180 секунд. В результате восстановительной реакции в слабокислой среде при pH 3-4 продуктом реакции является анилин.Nitrobenzene, hydrogen and carbon dioxide are supplied separately by means of supply (1, 2, 3), providing a pressure from 5 to 10 MPa. Nitrobenzene and carbon dioxide are preheated to 40-50 ° C. The combination of flows is carried out in a jet mixer (5), where a linear flow velocity of 50 m / s is provided. The oxidation is carried out at a pressure of 5 to 10 MPa, a residence time of 60 to 180 seconds. As a result of the reduction reaction in a slightly acidic medium at pH 3-4, the reaction product is aniline.

Выход анилина составляет примерно 95-98%.The yield of aniline is approximately 95-98%.

Пример 3. Получение этиленоксида.Example 3. Obtaining ethylene oxide.

Этилен, кислород и двуокись углерода, подают раздельно средствами подачи (1, 2, 3), обеспечивающие создание давления от 5 до 10 МПа. Этилен и двуокись углерода предварительно подогревают до 150-350°С. Объединение потоков производят в струйном смесителе (5), где обеспечивается линейная скорость потока 80 м/с. Реакцию проводят при давлении от 5 до 10 МПа, времени пребывания от 60 до 180 секунд.Ethylene, oxygen and carbon dioxide are fed separately by means of supply (1, 2, 3), providing pressure from 5 to 10 MPa. Ethylene and carbon dioxide are preheated to 150-350 ° C. The combination of flows is carried out in a jet mixer (5), where a linear flow velocity of 80 m / s is ensured. The reaction is carried out at a pressure of from 5 to 10 MPa, a residence time of from 60 to 180 seconds.

Выход этиленоксида составляет примерно 75-85%.The yield of ethylene oxide is approximately 75-85%.

Указанные примеры не ограничивают применение данного изобретения.These examples do not limit the use of this invention.

Claims (25)

1. Способ непрерывного осуществления газожидкостных реакций в суб- и сверхкритическом флюиде, включающий подачу, по меньшей мере, одного исходного потока жидкого реагента средством подачи (1), по меньшей мере, одного исходного потока газообразного реагента средством подачи (2) и, необязательно, исходного потока растворителя средством подачи (3), причем, по меньшей мере, один исходный поток подают со сверхкритическим давлением; нагрев, по меньшей мере, одного указанного потока средством нагрева (4), соединенном линией со средством подачи; объединение указанных потоков в струйном смесителе (5); реакцию взаимодействия полученной газожидкостной смеси в прямоточном трубчатом реакторе, по существу, в адиабатических условиях; дросселирование потока реакционной смеси через редуцирующее устройство (7) в испарительный сепаратор (8) с меньшим давлением, с отгонкой газового потока, содержащего, преимущественно, низкокипящие компоненты, из верхней части испарительного сепаратора (8) и жидкого потока, содержащего, преимущественно, высококипящие компоненты, из нижней части испарительного сепаратора (8), отличающийся тем, что
а) нагрев указанных потоков производят до температуры, которая обеспечивает при объединении указанных потоков протекание реакции взаимодействия в сверхкритическом флюиде;
б) объединяют указанный поток жидкого реагента, указанный поток газообразного реагента и, необязательно, указанный поток растворителя в струйном смесителе (5), с линейной скоростью газожидкостной смеси 10-350 м/с, причем период времени, в течение которого происходит указанное объединение, по существу составляет менее 1 с;
в) взаимодействие полученной газожидкостной смеси осуществляют в прямоточном трубчатом реакторе (6), в котором резко снижают линейную скорость указанной газожидкостной смеси до 0,01-10 м/с, причем период времени, в течение которого осуществляют указанное взаимодействие с образованием продуктов реакции, по существу составляет менее 600 с.
1. A method for continuously conducting gas-liquid reactions in a sub- and supercritical fluid, comprising supplying at least one feed stream of a liquid reactant with a feed (1), at least one feed stream of a gaseous reactant with a feed (2) and, optionally, an initial solvent stream by a supply means (3), wherein at least one initial stream is supplied with supercritical pressure; heating at least one of said streams with heating means (4) connected by a line to the supply means; combining these streams in a jet mixer (5); the reaction of the obtained gas-liquid mixture in a straight-through tubular reactor, essentially under adiabatic conditions; throttling the flow of the reaction mixture through a reducing device (7) into an evaporator separator (8) with lower pressure, with a gas stream containing mainly low boiling components distilled from the top of the evaporator separator (8) and a liquid stream containing mainly high boiling components , from the bottom of the evaporation separator (8), characterized in that
a) heating of these streams is carried out to a temperature which ensures that when these flows are combined, the reaction proceeds in a supercritical fluid;
b) combine the specified stream of liquid reagent, the specified stream of gaseous reagent and, optionally, the specified stream of solvent in the jet mixer (5), with a linear velocity of the gas-liquid mixture of 10-350 m / s, and the period of time during which the specified combination substantially less than 1 s;
c) the interaction of the obtained gas-liquid mixture is carried out in a straight-through tube reactor (6), in which the linear velocity of the specified gas-liquid mixture is sharply reduced to 0.01-10 m / s, and the period of time during which the specified interaction is carried out with the formation of reaction products substantially less than 600 s.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого реагента применяют циклопентадиен, нитробензол, этилен.2. The method according to claim 1, characterized in that cyclopentadiene, nitrobenzene, ethylene are used as the liquid reagent. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразного реагента применяют водород, аммиак, кислород, фтор.3. The method according to claim 1, characterized in that hydrogen, ammonia, oxygen, fluorine are used as the gaseous reactant. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя применяют диоксид углерода, возможно окись азота, этилен, этан, аммиак, воду.4. The method according to claim 1, characterized in that the solvent used is carbon dioxide, possibly nitric oxide, ethylene, ethane, ammonia, water. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходные реагенты нагревают с использованием наружного теплообмена, воздействием электрического или электромагнитного поля.5. The method according to claim 1, characterized in that the starting reagents are heated using external heat exchange, by the action of an electric or electromagnetic field. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что струйный смеситель (5) выполнен, по существу, в виде цилиндрической трубы длиной не менее трех эквивалентных диаметров.6. The method according to claim 1, characterized in that the jet mixer (5) is made essentially in the form of a cylindrical pipe with a length of at least three equivalent diameters. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейная скорость в струйном смесителе (5) составляет предпочтительно 14-100 м/с.7. The method according to claim 1, characterized in that the linear velocity in the jet mixer (5) is preferably 14-100 m / s. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что период времени объединения потоков в струйном смесителе (5) составляет предпочтительно менее 0,1 с.8. The method according to claim 1, characterized in that the time period for combining the flows in the jet mixer (5) is preferably less than 0.1 s. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубчатый реактор (6) выполнен в виде полого цилиндрического корпуса высокого давления.9. The method according to claim 1, characterized in that the tubular reactor (6) is made in the form of a hollow cylindrical high-pressure housing. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейная скорость в трубчатом реакторе составляет предпочтительно 0,02-0,5 м/с.10. The method according to claim 1, characterized in that the linear velocity in the tubular reactor is preferably 0.02-0.5 m / s. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что период времени образования продуктов реакции в трубчатом реакторе (6) предпочтительно менее 300 с, особенно предпочтительно менее 120 с.11. The method according to claim 1, characterized in that the period of time for the formation of reaction products in the tubular reactor (6) is preferably less than 300 s, particularly preferably less than 120 s. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что расстояние между цилиндрическими поверхностями трубчатого реактора (6) не превышает 150 мм.12. The method according to claim 9, characterized in that the distance between the cylindrical surfaces of the tubular reactor (6) does not exceed 150 mm 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что трубчатый реактор (6) содержит фиксированный слой катализатора.13. The method according to claim 9, characterized in that the tubular reactor (6) contains a fixed catalyst layer. 14. Способ по п.9, отличающийся тем, что трубчатый реактор (6) содержит, по меньшей мере, одно измерительное средство для контроля температуры.14. The method according to claim 9, characterized in that the tubular reactor (6) contains at least one measuring means for temperature control. 15. Способ по п.9, отличающийся тем, что трубчатый реактор (6) содержит, по меньшей мере, одно измерительное средство для контроля давления и, по меньшей мере, одно средство регулирования редуцирующего устройства (7), функционально связанное с указанными измерительным средством и редуцирующим устройством (7).15. The method according to claim 9, characterized in that the tubular reactor (6) contains at least one measuring means for monitoring pressure and at least one means for regulating the reducing device (7), functionally associated with said measuring means and a reducing device (7). 16. Способ, по п.1, отличающийся тем, что редуцирующее устройство (7) содержит регулирующий вентиль, соединенный линией с выпускным отверстием трубчатого реактора (6).16. The method according to claim 1, characterized in that the reducing device (7) contains a control valve connected by a line to the outlet of the tubular reactor (6). 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что редуцирующее устройство (7) содержит регулирующую форсунку, соединенную линией с выпускным отверстием трубчатого реактора (6).17. The method according to claim 1, characterized in that the reducing device (7) contains a control nozzle connected by a line to the outlet of the tubular reactor (6). 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарительный сепаратор (8) соединяют с редуцирующим устройством (7) таким образом, чтобы конус струи редуцирующего устройства (7) находился в испарительном сепараторе (8).18. The method according to claim 1, characterized in that the evaporation separator (8) is connected to the reducing device (7) so that the cone of the jet of the reducing device (7) is in the evaporation separator (8). 19. Способ по п.1, отличающийся тем, что редуцирующее устройство (7) выполнено с углом конуса струи в пределах примерно от 30 до 180°, предпочтительно от 90 до 140°.19. The method according to claim 1, characterized in that the reducing device (7) is made with a cone angle of the jet in the range from about 30 to 180 °, preferably from 90 to 140 °. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что степенью открытия редуцирующего устройства (7) сохраняют сверхкритическое давление флюида в реакционной зоне трубчатого реактора (6).20. The method according to claim 1, characterized in that the degree of opening of the reducing device (7) maintains supercritical fluid pressure in the reaction zone of the tubular reactor (6). 21. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед редуцирующим устройством (7) к потоку реакционной смеси добавляют поток растворителя.21. The method according to claim 1, characterized in that a solvent stream is added to the stream of the reaction mixture before the reducing device (7). 22. Способ по п.20, отличающийся тем, что поток растворителя рециркулируют.22. The method according to claim 20, characterized in that the solvent stream is recycled. 23. Способ по п.20, отличающийся тем, что температуру в испарительном сепараторе (8) регулируют в зависимости от подачи потока растворителя к потоку реакционной смеси.23. The method according to claim 20, characterized in that the temperature in the evaporation separator (8) is controlled depending on the flow of the solvent stream to the stream of the reaction mixture. 24. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарительный сепаратор (8) или газовый поток на выходе из испарительного сепаратора (8) дополнительно охлаждают.24. The method according to claim 1, characterized in that the evaporator separator (8) or the gas stream at the outlet of the evaporator separator (8) is further cooled. 25. Способ по п.13, отличающийся тем, что катализатор регенерируют сверхкритическим растворителем. 25. The method according to item 13, wherein the catalyst is regenerated by a supercritical solvent.
RU2009125290/05A 2009-07-01 2009-07-01 Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid RU2411078C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009125290/05A RU2411078C1 (en) 2009-07-01 2009-07-01 Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009125290/05A RU2411078C1 (en) 2009-07-01 2009-07-01 Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009125290A RU2009125290A (en) 2011-01-10
RU2411078C1 true RU2411078C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=44054273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009125290/05A RU2411078C1 (en) 2009-07-01 2009-07-01 Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411078C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2602530C2 (en) * 2011-06-27 2016-11-20 Несте Ойй Feed section of separation column
RU2722104C2 (en) * 2015-09-03 2020-05-26 Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик Method and device for separation of multilayer systems containing at least one organic component
RU2726177C2 (en) * 2016-01-29 2020-07-09 Аркимеде С.Р.Л. Multifunctional reactor
RU2749438C1 (en) * 2020-12-28 2021-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for obtaining an electric discharge in a supercritical fluid medium

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116444022B (en) * 2023-05-10 2023-12-08 广东红海湾发电有限公司 Supercritical water oxidation treatment system for high-salt-content and high-chlorine-content organic wastewater

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2602530C2 (en) * 2011-06-27 2016-11-20 Несте Ойй Feed section of separation column
RU2722104C2 (en) * 2015-09-03 2020-05-26 Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик Method and device for separation of multilayer systems containing at least one organic component
RU2726177C2 (en) * 2016-01-29 2020-07-09 Аркимеде С.Р.Л. Multifunctional reactor
RU2749438C1 (en) * 2020-12-28 2021-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for obtaining an electric discharge in a supercritical fluid medium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009125290A (en) 2011-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6838061B1 (en) Reactor for carrying out gas-liquid, liquid, liquid-liquid or gas-liquid-solid chemical reactions
RU2411078C1 (en) Method of producing gas-fluid reactions in sub- and supercritical fluid
US7578981B2 (en) System for direct-oxygenation of alkane gases
RU2448082C2 (en) Method for direct oxidation of gaseous alkanes
US7195747B2 (en) Process for mixing and reacting two or more fluids
US8524175B2 (en) Tandem reactor system having an injectively-mixed backmixing reaction chamber, tubular-reactor, and axially movable interface
US5580531A (en) Devices for making reaction products by controlling transient conversion in an atomized liquid
US7456327B2 (en) Method for direct-oxygenation of alkane gases
US7687669B2 (en) Method for direct-oxygenation of alkane gases
WO2007133313A1 (en) System for direct-oxygenation of alkane gases
JP2001519707A (en) Method for hydrothermal oxidation
Chen et al. A simple and efficient synthesis protocol for sulfonation of nitrobenzene under solvent-free conditions via a microreactor
US20150361010A1 (en) Apparatus and process for the conversion of methane into acetylene
Wang et al. A consecutive microreactor system for the synthesis of caprolactam with high selectivity
CN105431404B (en) Hydrobromination process
US8404190B2 (en) Hydrocarbon/oxygen industrial gas mixer with water mist
EP0995489A2 (en) Process for accelerating fast reactions using high intensity plug flow tubular reactors
RU2403969C2 (en) Method of producing isoprene in tubular reactor and device to this end
RU2523824C2 (en) Apparatus of producing synthesis gas
RU2355469C2 (en) Method of geterogeneous chemical engineering processes performing in adiabatic tube reactor at supercritical pressure
RU2330010C2 (en) Method of obtaining isoprene
RU2807871C1 (en) Installation and method for producing petrochemical products from butane-butene fraction without using catalyst
RU2786072C1 (en) Method for thermal production of 3-methyl-3-butene-1-ol and reactor for its implementation
RU2294320C2 (en) Method of alkylation of benzene and alkylator for realization of this method
Rebrov et al. Microreactors for catalytic reactions