RU2437869C2 - Способ и устройство для использования теплоты реакции, выделяющейся при получении 1,2-дихлорэтана - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу использования теплоты реакции при получении 1,2-дихлорэтана из этилена и хлора в реакторе прямого хлорирования, причем хлор производят в процессе электролиза хлорида натрия, причем по меньшей мере, часть теплоты реакции образования 1,2-дихлорэтана используют для выпаривания NaOH, который получают в качестве побочного продукта при электролизе NaCl при получении хлора, необходимого для прямого хлорирования, и к устройству для проведения способа, состоящему из кожухотрубного теплообменника с 2 неподвижными трубными решетками и кубовой частью NaOH, который выполнен таким образом, что подачу водного раствора гидроксида натрия можно проводить внутри трубок, а 1,2-дихлорэтан - по наружной стороне трубок, а также, дополнительно, включает устройство, которое служит для подачи водного раствора гидроксида натрия внутрь трубок и для разделения его. Техническим результатом является сокращение потребности в охладителях и оптимизация использования вторичного тепла. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение касается способа и устройства для использования теплоты реакции, выделяющейся при получении 1,2-дихлорэтана, далее обозначаемого ДХЭ. ДХЭ преимущественно используется в качестве промежуточного продукта при получении мономера винилхлорида, далее обозначаемого ВХ, из которого впоследствии получают поливинилхлорид, ПВХ. При превращении ДХЭ в ВХ образуется хлористый водород HCl. Поэтому ДХЭ предпочтительно получают из этилена C₂H₄ и хлора Cl₂ таким образом, что в отношении хлористого водорода HCl, и получаемого, и потребляемого при превращении, достигается равновесный баланс, соответствующий следующим уравнениям реакций:

Cl₂ + C₂H₄ -> C₂H₄Cl₂ (чистый ДХЭ) + 218 кДж/моль (1)

C₂H₄Cl₂ (крекинг-ДХЭ) -> C₂H₃Cl (ВХ) + HCl - 71 кДж/моль (2)

C₂H₄ + 2HCl + Ѕ O₂ -> C₂H₄Cl₂ (ДХЭ-сырец) + H₂O + 238 кДж/моль (3)

Способ получения ВХ с равновесным балансом HCl, в дальнейшем сокращенно называемый «равновесный способ получения ВХ», включает:

- прямое хлорирование, в котором из этилена C₂H₄ и хлора Cl₂ получают одну часть необходимого ДХЭ и отводят в качестве так называемого чистого ДХЭ; использование теплоты реакции, получаемой при этом прямом хлорировании, является центральным элементом изобретения;

- оксихлорирование, в котором из этилена C₂H₄, хлористого водорода HCl и кислорода O₂ получают другую часть ДХЭ и отводят в качестве так называемого ДХЭ-сырца;

- фракционную очистку ДХЭ, в которой ДХЭ-сырец вместе с возвратным ДХЭ, рециркулированным из стадии фракционирования ВХ, освобождают от побочных продуктов, образовавшихся при оксихлорировании и пиролизе ДХЭ, для того чтобы получить так называемый ДХЭ для питания, пригодный для использования в пиролизе ДХЭ; использование теплоты реакции прямого хлорирования в очистке ДХЭ является центральным элементом изобретения;

- пиролиз ДХЭ, в котором чистый ДХЭ вводят вместе с ДХЭ для питания и в котором смесь, затем называемую крекинг-ДХЭ, термически разлагают; полученный крекинг-газ содержит ВХ, хлористый водород HCl и непрореагировавший ДХЭ, а также побочные продукты;

- фракционирование ВХ, в котором чистый ВХ в качестве желаемого продукта выделяют из крекинг-газа, и другие существенные компоненты крекинг-газа - хлористый водород HCl и непрореагировавший ДХЭ - отдельно регенерируют как ценные вещества, и в качестве пригодных для повторного использования в виде возвратного HCl или возвратного ДХЭ подают на рециркуляцию в равновесном способе получения ВХ.

Установки, которые служат для получения чистого ДХЭ и не работают в режиме равновесного способа получения ВХ, в большинстве случаев выполнены в виде системы чистого прямого хлорирования, которое действует только по уравнению (1). Изобретение касается равным образом установок, которые рассчитаны на равновесный способ получения ВХ, а также таких, которые имеют в распоряжении только прямое хлорирование, а также смешанных форм обоих типов.

Хлор Cl₂, необходимый для прямого хлорирования, обычно получают в установке для электролиза из хлорида натрия NaCl. При этом в качестве побочного продукта образуется водный раствор гидроксида натрия NaOH с концентрацией около 33%. Вследствие высокой токсичности получаемого хлора Cl₂ стремятся по возможности избегать длительной транспортировки. Поэтому по большей части установка для получения водного раствора гидроксида натрия NaOH и хлора Cl₂ находится в непосредственной близости с установкой для прямого хлорирования этилена C₂H₄, в которой хлор Cl₂ далее непосредственно перерабатывают.

При этом установка для прямого хлорирования этилена не должна находиться в системе установок, а может в так называемом «автономном режиме» производить ДХЭ, который затем транспортируют в качестве относительно безопасной «транспортной формы» хлора к другому месту расположения установок, чтобы уже там переработать до ВХ. ДХЭ, в особенности полученный, например, способом, описанным в заявке WO 01/34542 A2, является таким чистым, что далее не нужно никакой последующей дистилляции. Поэтому, если такая установка эксплуатируется в «автономном режиме», пропадает возможность повторного использования теплоты посредством нагрева колонны для дистилляции ДХЭ, например такой, которая могла бы быть в системе «равновесного способа получения ВХ», который состоит из прямого хлорирования, оксихлорирования и разложения ДХЭ.

Поэтому при таком положении дел значительную теплоту реакции отводят с помощью больших количеств охлаждающей воды и/или посредством воздушного охладителя, но оба варианта нежелательны из экономических соображений. Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы использовать тепло, отходящее при прямом хлорировании, и существенно сократить потребность в охлаждающей воде.

Если прямое хлорирование проводят в режиме равновесного способа получения ВХ, нужно принимать во внимание, что примеси, образующиеся при пиролизе ДХЭ в крекинг-газе, снижают чистоту продукта ВХ. Соответственно этому очистка ВХ путем отделения примесей является затратной. Поэтому крекинг-ДХЭ, максимально освобожденный от примесей, используют в пиролизе ДХЭ. Из большого числа способов, как можно избежать или в случае необходимости отделить соответствующие вредные побочные продукты и/или примеси, следовало бы вновь указать на описание заявки WO 01/34542 A2, в особенности на приведенный там уровень техники. При этом было показано, что теплоты реакции, которая высвобождается в способе прямого хлорирования посредством превращения этилена C₂H₄ и хлора Cl₂ в жидкий ДХЭ, достаточно, чтобы эксплуатировать очистительные (ректификационные) колонны для ДХЭ, полученного в равновесном способе получения ВХ.

Однако в представленном там способе недостатком является то, что использование вторичного тепла ДХЭ может иметь место только при относительно высоком уровне температур, т.е. преобладающе выше около 100^оС. Хотя работа устройств для очистки ДХЭ может быть достигнута исключительно за счет вторичного тепла, дальнейшее охлаждение полученного ДХЭ, например, для более позднего использования проводят все же посредством охлаждающей воды, причем все еще требуются большие количества охлаждающей воды.

Следующий недостаток представленного там способа состоит в том, что тепло реакции, используемое для нагрева очистительных (ректификационных) колонн, требует отвода соответственного количества тепла для конденсации испарений. Этот отвод в традиционном уровне техники обычно также происходит с помощью охлаждающей воды, которая должна предоставляться в больших количествах.

Поэтому следующая задача изобретения состоит в том, чтобы далее оптимизировать использование вторичного тепла равновесного способа получения ВХ, в особенности прямого хлорирования, и значительно сократить общую потребность в охлаждающей воде.

Задача изобретения решается тем, что теплоту реакции образования 1,2-дихлорэтана в реакторе прямого хлорирования, по меньшей мере, частично используют для выпаривания NaOH, который получают в качестве побочного продукта при электролизе NaCl при получении хлора, необходимого для прямого хлорирования.

В особенности в отдаленных областях важную роль играют транспортные расходы на транспортировку полученного при электролизе NaCl водного раствора гидроксида натрия NaOH. Эти транспортные расходы могут быть существенно снижены, если щелочь, полученную с концентрацией около 33%, упаривают до 50%. Подобная установка для выпаривания водного раствора гидроксида натрия NaOH может работать, например, под вакуумом при абсолютном давлении 133 мбар и температуре 60^оС. Разумеется, выпаривание может происходить также с концентрациями, отличными от 33%, и до других концентраций, чем до 50%, в зависимости от желания потребителя и поступления вторичного тепла.

Теплота реакции, которая высвобождается при прямом хлорировании, может быть использована на различные типы выпаривания водного раствора гидроксида натрия. Следующие формы выполнения способа являются хорошо комбинируемыми и способствуют большой гибкости при приведении в соответствие потребности в тепле к имеющимся установкам, а также для новых концепций.

В форме выполнения изобретения теплота конденсации пара ДХЭ, отводимого из системы прямого хлорирования, по меньшей мере, частично используется для выпаривания полученного водного раствора гидроксида натрия. Подобная форма выполнения, прежде всего, целесообразна тогда, когда используют прямое хлорирование в «автономном режиме», или когда фракционная очистка ДХЭ, произведенного в равновесном способе получения ВХ, не может принимать все тепло реакции, предоставляемое этим способом. При этом испарения ДХЭ используют в верхней части реактора прямого хлорирования, чтобы с помощью теплоты конденсации нагревать со стороны кожуха трубки испарителя, которые могут быть оформлены в виде трубок выпарного аппарата с падающим слоем и в которых испаряется водный раствор гидроксида натрия. Конденсат из чистого ДХЭ может также служить и в другом теплообменнике, например подсоединенном трубчатом теплообменнике, при последующем охлаждении, для выпаривания водного раствора гидроксида натрия.

В следующей форме выполнения изобретения существенную теплоту циркуляционного потока жидкого ДХЭ, отводимого из реактора, также используют для выпаривания водного раствора гидроксида натрия. При комбинации потоков, отводимых с другими теплотами реакций, следует принимать во внимание, что ДХЭ, содержащий катализатор, который возвращается в цикл реактора прямого хлорирования, не смешивается с чистым ДХЭ, который должен в качестве продукта выходить из процесса.

В следующей форме выполнения изобретения полученный ДХЭ, который отводят из реактора прямого хлорирования в виде пара или жидкости, сначала используют для непрямого нагревания очистительных колонн, и только после того, как ДХЭ отдаст там часть своей тепловой энергии до относительно высокого температурного уровня, передают для последующей отдачи энергии для испарения водного раствора гидроксида натрия, где он (ДХЭ) отдает тепловую энергию до более низкого температурного уровня в непрямом теплообмене водному раствору гидроксида натрия. Если для получения ДХЭ и ВХ используют равновесный способ получения ВХ, то предпочтительно могут быть нагреты требуемые для этого очистительные колонны, прежде чем используют остаточное тепло реакции для выпаривания водного раствора гидроксида натрия.

Следующая форма выполнения изобретения использует обстоятельство, что ту же теплоту реакции, которую подводят для непрямого нагревания очистительных колонн, вновь нужно отводить при последующей конденсации испарений этих очистительных колонн, таким образом очистительная колонна является в некоторой степени только «проводником» и при этом термодинамически обесценивается. Но значительная часть этой проходящей теплоты реакции, несмотря на сниженный уровень температуры, еще может быть использована для выпаривания водного раствора гидроксида натрия.

Так, в следующей форме выполнения изобретения, содержащие ДХЭ испарения дистилляционной колонны для отделения более высоко кипящих компонентов, чем ДХЭ, используют для выпаривания водного раствора гидроксида натрия. Такая дистилляционная колонна в качестве так называемой колонны для высококипящих компонентов обычно является элементом равновесного способа получения ВХ. Не следует ее путать с так называемой вакуумной колонной, которая подсоединяется к колонне для высококипящих компонентов, и температура верхней части которой была бы недостаточно высока для использования согласно изобретению.

Также в следующей форме выполнения изобретения содержащие воду испарения дистилляционной колонны для отделения воды и компонентов, кипящих ниже, чем 1,2-дихлорэтан, используют для выпаривания водного раствора гидроксида натрия. Такая дистилляционная колонна в качестве так называемой колонны для легкокипящих компонентов обычно является элементом равновесного способа получения ВХ.

Также известен способ, в котором ДХЭ, полученный в прямом хлорировании, отводят в парообразной форме, и оттуда проводят прямо на дистилляцию, прямое хлорирование такого рода описано, например, в патенте US 4873384. Реактор прямого хлорирования при этом также одновременно образует кубовый испаритель последующей очистительной колонны или интегрирует его в куб самой очистительной колонны. Теплота реакции проходит в этом способе в подключенную дистилляционную колонну и накапливается при конденсации испарений для отвода. В форме выполнения изобретения теплоту конденсации испарений, которая образуется при дистилляционной очистке ДХЭ, полученного в реакторе прямого хлорирования из этилена и хлора, используют, по меньшей мере, частично для выпаривания полученного водного раствора гидроксида натрия.

Следующая форма выполнения изобретения касается использования подходящего аппаратурно оформленного устройства для передачи тепловой энергии ДХЭ к выпариваемому водному раствору гидроксида натрия NaOH. При этом главным образом используют вертикальный кожухотрубный трубчатый теплообменник, предпочтительно выпарной аппарат с падающим слоем, с двумя неподвижными трубными решетками и кубовой частью NaOH, в котором водный раствор гидроксида натрия NaOH проводят по внутренней стороне трубок сверху вниз, а теплоноситель, или ДХЭ, или испарения из дистилляционной колонны - по наружной стороне трубок.

Если в испарении водного раствора гидроксида натрия используют парообразный ДХЭ или испарения из дистилляционной колонны, имеет место передача тепла в кожухотрубном теплообменнике в прямотоке. При этом пары ДХЭ, сверху поданные в кожухотрубный теплообменник, или испарения ДХЭ, конденсируются, и внизу могут отводиться в жидкой форме.

Если для выпаривания водного раствора гидроксида натрия используют жидкий ДХЭ, то передача тепла может происходить как в кожухотрубном теплообменнике, но тогда целесообразным образом в противотоке, так и посредством встроенного трубчатого теплообменника в кубе водного раствора гидроксида натрия, так и посредством теплообменников, расположенных вне куба водного раствора гидроксида натрия и работающих в режиме циркуляции, например, типа котла (Kettle-Typ).

Все вышеописанные методы также могут быть использованы аддитивно или в комбинации. Если расположенные сверху трубчатые теплообменники должны работать как с парами ДХЭ, так и жидким ДХЭ, то частично трубчатые теплообменники могут быть горизонтальными. Разумеется, следует обратить внимание на то, что отдельные потоки испарений различных дистилляционных колонн не могут смешиваться друг с другом.

Обычно испарение водного раствора гидроксида натрия проводят в многостадийных испарительных установках, которые состоят, например, из нескольких расположенных друг за другом выпарных аппаратов. Поэтому описанные здесь различные мероприятия согласно изобретению также могут использоваться раздельно в различных стадиях или в испарительных аппаратах такой установки. Так, например, одна стадия может нагреваться парообразным ДХЭ, в то время как другая стадия нагревается жидким ДХЭ. Но мероприятия согласно изобретению также могут использоваться исключительно на одной стадии или на одновременно нескольких стадиях одной многостадийной установки для выпаривания водного раствора гидроксида натрия. Можно также работать на различных стадиях с различным вакуумом, чтобы иметь возможность допускать различные температуры отдельных теплоносителей.

Далее изобретение поясняется с помощью 8 изображений, причем способ согласно изобретению не ограничивается этими специальными случаями.

Фиг.1 показывает возможную схему с реактором прямого хлорирования и испарением водного раствора гидроксида натрия в соответствии с пунктами формулы изобретения способа 2 и 3.

Фиг.2 показывает возможную схему с реактором прямого хлорирования с подключенной очистительной колонной и испарением водного раствора гидроксида натрия в соответствии с пунктом формулы изобретения способа 4.

Фиг.3 и 4, соответственно, показывают возможную схему испарения водного раствора гидроксида натрия с реактором прямого хлорирования и регенерацией тепла в равновесном способе получения ВХ по образцу описания WO 01/34542 A2 и в соответствии с п.5 формулы изобретения способа.

Фиг.5 показывает возможную схему с реактором прямого хлорирования, очистительной колонной с конденсацией испарений и испарением водного раствора гидроксида натрия в соответствии с п.6 и 7 формулы изобретения способа.

Фиг.6-8 показывают примерные формы выполнения устройства для испарения водного раствора гидроксида натрия в соответствии с пунктами формулы изобретения устройства.

Фиг.1 показывает схему испарения водного раствора гидроксида натрия с реактором прямого хлорирования, который производит ДХЭ в «автономном режиме» работы, и теплота реакции которого как в соответствии с п.2 способа с помощью парообразного ДХЭ, так и в соответствии с п.3 способа с помощью жидкого ДХЭ нагревает систему испарения водного раствора гидроксида натрия.

Схема прямого хлорирования 100 включает наполненную жидкостью «петлю» 101, ввод питания этилена 102, добавку хлора, растворенного в ДХЭ, 103, причем газообразный хлор 104 перед этим растворяют в инжекторе 105 в жидком ДХЭ 106, который прежде всего охлаждают в холодильнике для ДХЭ 107 для улучшения растворимости до низкой температуры; далее емкость для газации 108, устройство для выпуска жидкого ДХЭ 109, устройство для выпуска газообразного ДХЭ 110 и место подачи циркулирующего ДХЭ 111, причем соответствующие места подачи и устройства для выпуска из практических соображений также могут быть выполнены многократно. В наполненной жидкостью «петле» 101 хлор и этилен реагируют друг с другом с образованием ДХЭ, который вместе с непрореагировавшими исходными веществами и инертным сопутствующим газом испаряются в емкость для газации 108.

Газообразный ДХЭ 110 подают в верхнюю часть кожуха 201 кожухотрубного теплообменника 202 (схемы) испарения водного раствора гидроксида натрия 200, представленного здесь горизонтально разделенным, где он конденсируется с отдачей теплоты, однако при этом переохлаждается незначительно, чтобы избежать колебаний давления пара ДХЭ. Не конденсируемые компоненты отводят через отвод инертного газа 203. При этом посредством пригодных технических мероприятий можно достоверно установить, что в пространстве кожуха кожухотрубного теплообменника не может образоваться взрывоопасной газовой смеси. Такие мероприятия известны специалисту и не являются объектом изобретения. Конденсат ДХЭ 204 отводят в нижнюю часть кожуха 205 горизонтально разделенного кожухотрубного теплообменника 202, где охлаждается жидкий ДХЭ. Отвод конденсированного ДХЭ в нижнюю часть кожуха в случае необходимости может поддерживаться насосом (не показано).

Охлажденный чистый ДХЭ 206 насосом для конденсата 207 отводят из горизонтально разделенного кожухотрубного теплообменника 202 и разделяют на два потока: продукт ДХЭ 208 и циркулирующий ДХЭ 209. Продукт ДХЭ 208 после охлаждения в холодильнике для продукта (не показан) уводят к границам установки, циркулирующий ДХЭ 209 возвращают в реактор.

Содержащий катализатор ДХЭ, отводимый из устройства для выпуска жидкого ДХЭ 109, из насоса для ДХЭ 210 подают во встроенный холодильник 211, расположенный в кубовой части 214 системы испарения водного раствора гидроксида натрия 200 и там охлаждают. Охлажденный ДХЭ 212 из встроенного холодильника 211 далее охлаждают в холодильнике системы замкнутой циркуляции 107 и подают в сопло инжектора 105, где он в качестве подводящего потока впитывает и растворяет хлор 104. Поток 103 хлора, растворенного в ДХЭ, затем подают в реактор прямого хлорирования 100.

33%-ный водный раствор гидроксида натрия 213 вводят в кубовую часть 214 системы испарения водного раствора гидроксида натрия 200 и выпаривают под вакуумом. Поддержание напора происходит посредством вакуумного насоса 215, который отводит высвобождающийся водяной пар 216. Насос для раствора гидроксида натрия 217 отводит часть продукта NaOH в качестве 50%-ного концентрированного водного раствора гидроксида натрия и подает другую часть в распределитель натриевой щелочи 219, который распределяет сконцентрированный раствор гидроксида натрия внутри труб кожухотрубного теплообменника 202. При этом энергия испарения для выпаривания поступает с помощью теплоты конденсации и/или заметной теплоты конденсированного ДХЭ.

Для наглядности служит следующий численный пример на основе предполагаемого расчета, причем за основу взята установка с производительностью 250000 тонн ДХЭ в год. Для установки такого масштаба энтальпия реакции составляет около 19,1 МВт (218 кДж/моль ДХЭ). Производительность 250000 тонн ДХЭ в год соответствует количеству хлора 22,5 т хлора/час, что с другой стороны соответствует производству водного раствора гидроксида натрия около 25,4 т/час (рассчитано на 100% NaOH). Раствор гидроксида натрия поступает с концентрацией 33% при температуре около 80^оС и с помощью испарения под вакуумом концентрируется до 50%. Это соответствует количеству испаряемой воды около 26,2 т/час или производительности тепла 14,6 МВт.

Эта потребность в тепле может полностью обеспечиваться отходящим теплом прямого хлорирования; таким образом при таком использовании около 76% теплоты реакции может быть регенерировано, что является преимуществом изобретения. Испарение проводят при пониженном давлении около 133 мбар абс. и температуре 60^оС. Остающуюся отводимую теплоту реакции отводят посредством теплообменника в установке прямого хлорирования.

На фиг.2 показан реактор прямого хлорирования с подключенной дистилляцией 300 для очистки полученного ДХЭ. Конструкция блоков прямого хлорирования 100 и испарения водного раствора гидроксида натрия 200 такая же, как описано на фиг.1. В отличие от способа, описанного на фиг.1, испарения ДХЭ, отведенные из реактора прямого хлорирования, сначала очищают дистилляцией в очистительной колонне 301. Испарения 302 из очистительной колонны 301 подают в верхнюю часть кожуха 201 системы испарения водного раствора гидроксида натрия 200. При этом система испарения раствора гидроксида натрия 200 служит в качестве конденсатора испарений очистительной колонны 301. Конденсат испарений 303 подают от насоса для конденсата 207 в головной сборник 304 очистительной колонны 301 и оттуда с помощью насоса головного сборника 305 подводят в верхнюю часть очистительной колонны 301.

На фиг.3 и 4 показано, как в равновесном способе получения ВХ в системе очистки ДХЭ 400, ДХЭ из оксихлорирования и непрореагировавший ДХЭ из пиролиза ДХЭ очищают в энергетически затратной дистилляции ДХЭ. Сырой ДХЭ 401 из оксихлорирования, которое здесь не показано, сначала очищают от воды и легкокипящих компонентов в колонне для легкокипящих компонентов 402, которые выводят через трубопровод легкокипящих компонентов 403. После этого ДХЭ, полученный в виде кубового продукта колонны для легкокипящих компонентов и еще содержащий высококипящие примеси, по трубопроводу ДХЭ 404 подают в колонну для высококипящих компонентов 405. Непрореагировавший ДХЭ из пиролиза ДХЭ также содержит высококипящие примеси, и по трубопроводу ДХЭ 406 подается в колонну для высококипящих компонентов 405.

В колонне для высококипящих компонентов 405 введенные вещественные потоки фракционируют. Очищенный ДХЭ отводят из головы колонны для высококипящих компонентов 405 через трубопровод для испарений 407 и получают в виде чистого ДХЭ. В кубе колонны для высококипящих компонентов 405 обогащаются высококипящие примеси. Поток из куба 408 колонны для высококипящих компонентов 405 обрабатывают в вакуумной колонне 409. Из верха вакуумной колонны 409 чистый ДХЭ отводят через трубопровод для испарений 410. Содержимое куба 411 вакуумной колонны 409 состоит из высококипящих примесей и малой остаточной доли ДХЭ.

При этом нагрев колонн 405 и 409 осуществляют следующим образом. Из реактора прямого хлорирования 100 отводят жидкий ДХЭ 109 и подают в выпарной аппарат с падающим слоем 412 вакуумной колонны 409 в качестве теплоносителя и выводят из него. От газообразного ДХЭ 110 из системы прямого хлорирования 100 ответвляют испарения ДХЭ 413 и подают в выпарной аппарат с падающим слоем 414 колонны для высококипящих компонентов 405 в качестве теплоносителя. В выпарных аппаратах с падающим слоем 412 и 414 нагретая жидкость из верхней части корпуса испарителя стекает как равномерно распределенный кипящий слой на основе силы тяжести по внутренней стороне нагретых трубок и при этом частично испаряется. На наружной стороне выпарного аппарата с падающим слоем 414 конденсируется большая часть испарений ДХЭ. Разумеется, также могут быть использованы другие теплообменники, например обычные термосифонные нагреватели.

Выходящий поток 415 выпарного аппарата с падающим слоем 414 в случае необходимости может подаваться в балансировочный конденсатор 416, который служит для регулирования системы. Жидкий ДХЭ отделяют в подсоединенном к нему сборнике 417 от неконденсируемой части. При этом посредством пригодных мероприятий должно быть обеспечено, чтобы во время конденсации не могло образоваться взрывоопасной смеси из кислорода, остаточного этилена и паров ДХЭ. Для этого недостает, например, прибора для измерения содержания кислорода 418 и связанного с ним регулировочного устройства, регулирующего количество притока охлаждающей среды балансировочного конденсатора 416; а также к балансировочному конденсатору 416 могут быть подсоединены другие регулировочные устройства. Если возможность регулирования не требуется, то балансировочный конденсатор 416 также может быть изъят. Образование взрывоопасной газовой смеси также может быть предотвращено с помощью других мероприятий, которые не являются объектом изобретения.

В соответствии с потребностью колонны для высококипящих компонентов 405 также может быть, что, по меньшей мере, время от времени существует превышение предложения над спросом в парах ДХЭ. В этом случае часть потока ДХЭ 419 ответвляют от газообразного ДХЭ 110 и ведут вместе с неконденсируемой частью 420 из сборника 417. Совместно этот поток паров ДХЭ 421 служит для нагрева нижнего участка 205 кожухотрубного теплообменника системы испарения раствора гидроксида натрия 200, причем ДХЭ конденсируется и в виде конденсата ДХЭ 220 отводится. Неконденсируемая часть отводится в виде отходящего газа 221 и далее подвергается обработке, которая здесь не представлена.

Из емкости для газации 108 с помощью циркуляционного насоса 112 отводят поток жидкого ДХЭ 109 и направляют в выпарной аппарат с падающим слоем 412 для нагревания вакуумной колонны 409. Поток ДХЭ 422, легко охлажденный после отдачи заметного тепла, соединяют с одной частью чистого ДХЭ 424, отведенного из сборника 417 с помощью насоса 423 с образованием потока чистого ДХЭ 425, и подают в систему испарения раствора гидроксида натрия 200. Другая часть чистого ДХЭ 424, отведенного из сборника 417 с помощью насоса 423, служит в качестве продукта ДХЭ 426.

При этом фиг.3 показывает путь получения продукта ДХЭ при повышенной температуре. Этот путь специалист выбирает, если он хочет произведенный ДХЭ перерабатывать до ВХ непосредственно в ближайшей стадии процесса, потому что тогда он может экономить часть повторного обогрева. При этом продукт ДХЭ 426 используют без дальнейшей эксплуатации отработанного тепла. Но если ДХЭ хотят поместить в большую, безнапорную цистерну, то может быть использован путь, показанный на фиг.4. Там продукт ДХЭ 426 охлаждают ниже 70^оС во встроенном холодильнике 211, который расположен в кубовой части 214 системы испарения раствора гидроксида натрия 200, и оттуда в виде охлажденного продукта ДХЭ 222 отводят на создание запасов. Альтернативно также было бы возможно расположение холодильника ДХЭ в системе перекачивания раствора гидроксида натрия.

Фиг.3 и 4 показывают, как жидкий ДХЭ может быть использован в системе испарения раствора гидроксида натрия 200. На фиг.3 поток ДХЭ 425 ответвляют и ведут к части 223 в верхний участок 201 трубчатого теплообменника системы испарения раствора гидроксида натрия 200 и к другой части 224 во встроенный теплообменник 211, который служит в качестве кубового обогревателя. Потоки ДХЭ 225 и 226, охлажденные до около 65-70^оС, отводят вместе с конденсатом ДХЭ 220 и образуют обратный поток 227. На фиг.4 поток ДХЭ 425 не ответвляют, а подают непосредственно в верхний участок 201 трубчатого теплообменника системы испарения раствора гидроксида натрия 200. Альтернативно также было бы возможно расположение в системе перекачивания раствора гидроксида натрия. Поток ДХЭ 225, охлажденный до около 70^оС, ведут вместе с конденсатом ДХЭ 220, и оба образуют обратный поток 227.

Обратный поток 227 разделяется на две части потока ДХЭ 209 и 212. Далее способ, представленный на фиг. 3 и 4, в отношении испарения водного раствора гидроксида натрия и прямого хлорирования уже описан на фиг.1.

Для наглядности вариантов способа, представленных на фиг.3 и 4, служит следующий численный пример на основе предполагаемого расчета, при этом за основу взята установка с мощностью 250000 тонн ДХЭ в год. Для установки такого масштаба энтальпия реакции составляет около 19,1 МВт (218 кДж/моль ДХЭ). Из этого могут быть регенерированы:

посредством нагрева колонн испарениями ДХЭ - 7900 кВт;

посредством нагрева колонн жидким ДХЭ - 2050 кВт;

посредством предварительного подогрева питания жидким ДХЭ - 1310 кВт;

сумма - 11260 кВт.

Это составляет около 60% общего тепла реакции.

Производительность 250000 тонн ДХЭ в год соответствует потребности в хлоре 22,5 т/час, что с другой стороны соответствует производству водного раствора гидроксида натрия около 25,4 т/час (рассчитано на 100% NaOH). Раствор гидроксида натрия поступает с концентрацией 33% при температуре около 80^оС и с помощью испарения под вакуумом концентрируется до 50%. Это соответствует количеству испаряемой воды около 26,2 т/час или производительности тепла 14,6 МВт. Из этого дополнительно может быть регенерировано около 4,2 МВт посредством охлаждения циркулирующего потока ДХЭ от 100^оС до 70^оС в испарителе водного раствора гидроксида натрия. Степень использования теплоты реакции таким образом улучшается от 60% до 80%. Остаточную выделяющуюся теплоту реакции отводят с помощью теплообменника в установке прямого хлорирования.

На фиг.5 так же, как на фиг.3 и 4, показан равновесный способ получения ВХ, при котором теплоту реакции прямого хлорирования 100 используют для обогревания очистительных колонн. Независимо от того, как происходит дальнейшее использование тепла потока ДХЭ, покидающего испаритель, то есть в контексте изобретения, как это представлено на фиг.3 и 4 или же по-иному, испарения колонны для высококипящих компонентов 405 также еще могут быть использованы для выпаривания водного раствора гидроксида натрия. Для этого высококипящие испарения 427 вместо обычного конденсатора подводят в верхнюю часть 201 трубчатого теплообменника системы испарения водного раствора гидроксида натрия 200 и конденсат ДХЭ, отбираемый из этой системы, возвращают в качестве обратного потока 428 в колонну для высококипящих компонентов 405 и там подают в верхнюю часть колонны.

Под высококипящими испарениями 427 понимают чистый ДХЭ, с которым можно поступать аналогичным образом, как с газообразным ДХЭ 110, как представлено на фиг.1, или как с испарениями ДХЭ 303, как представлено на фиг.2, в соответствии с имеющимися здесь описаниями. Так как речь идет о чистом ДХЭ, также имеется возможность смешивания с другими испарениями ДХЭ или конденсатами ДХЭ из способа, которые характеризуются похожей чистотой. Поэтому способы, представленные на фиг.3, 4 и 5, хорошо комбинируемы друг с другом.

Для наглядности служит следующий численный пример на основе предполагаемого расчета, при этом за основу взята установка с производительностью 400000 тонн ДХЭ в год. В установке такого масштаба, в колонне для высококипящих компонентов при давлении вверху колонны 1,11 бар и температуре около 87^оС, может быть получена термическая мощность около 16,2 МВт, с которой может быть сконцентрировано около 44 т/час водного раствора гидроксида натрия (в расчете на 100%) от 33 до 50 весовых процентов.

На фиг. 6-8 показаны примерные формы выполнения устройства. На фиг.6 представлен выпарной аппарат со сплошным слоем без горизонтального разделения, состоящий из кожухотрубного теплообменника с 2 неподвижными трубными решетками и кубовой частью NaOH, который выполнен таким образом, что раствор гидроксида натрия проводят по внутренней стороне труб, а 1,2-дихлорэтан - по наружной стороне труб, а также характеризуется другими устройствами, подающими раствор гидроксида натрия внутрь труб и разделяющими его, а также устройствами, которые делают возможной конденсацию 1,2-дихлорэтана с наружной стороны труб и дальнейшую подачу парообразного 1,2-дихлорэтана, а также отвод инертного газа и отвод конденсата 1,2-дихлорэтана.

Кроме того, на фиг.7 изображен кожухотрубный теплообменник с устройствами, которые дают возможность подвода жидкого 1,2-дихлорэтана, а также его отвода, причем используют разделенный кожухотрубный теплообменник.

На фиг.8 показан внешний циркуляционный испаритель типа котла 228 для эксплуатации жидкого 1,2-дихлорэтана в качестве нагревающей среды для кубовой части кожухотрубного теплообменника. Эта форма выполнения предпочтительно может быть использована тогда, когда используют несколько потоков жидкого ДХЭ, которые или характеризуются различной чистотой, или содержат катализатор для работы реактора прямого хлорирования и которые не должны смешиваться друг с другом.

Используемые обозначения

100 Прямое хлорирование

101 заполненная жидкостью «петля»

102 ввод питания этилена

103 растворенный хлор

104 газообразный хлор

105 инжектор

106 жидкий ДХЭ

107 холодильник для ДХЭ

108 емкость для газации

109 жидкий ДХЭ

110 газообразный ДХЭ

111 циркулирующий ДХЭ

112 циркуляционный насос

200 испарение водного раствора гидроксида натрия

201 верхняя часть кожуха

202 кожухотрубный теплообменник

203 отвод инертных газов

204 конденсат ДХЭ

205 нижняя часть кожуха

206 чистый ДХЭ

207 насос для конденсата

208 продукт ДХЭ

209 циркулирующий ДХЭ

210 насос для ДХЭ

211 встроенный холодильник

212 ДХЭ

213 33%-ный водный раствор гидроксида натрия

214 кубовая часть

215 вакуумный насос

216 водяной пар

217 насос для водного раствора гидроксида натрия

218 продукт NaOH

219 распределитель водного раствора гидроксида натрия

220 конденсат ДХЭ

221 отработанный газ

222 охлажденный продукт ДХЭ

223 часть

224 часть

225 поток ДХЭ

226 поток ДХЭ

227 обратный поток

228 циркуляционный испаритель типа котла

300 дистилляция

301 очистительная колонна

302 испарения

303 конденсат испарений

304 головной сборник

305 насос головного сборника

400 очистка ДХЭ

401 ДХЭ-сырец

402 колонна для легкокипящих компонентов

403 трубопровод для легкокипящих компонентов

404 трубопровод для ДХЭ

405 колонна для высококипящих компонентов

406 трубопровод для ДХЭ

407 трубопровод для испарений

408 кубовый поток

409 вакуумная колонна

410 трубопровод для испарений ДХЭ

411 отвод из куба

412 выпарной аппарат с падающим слоем

413 испарения ДХЭ

414 выпарной аппарат с падающим слоем

415 выходящий поток

416 балансировочный конденсатор (Trimmkondensator)

417 сборник

418 прибор для измерения содержания кислорода

419 часть потока ДХЭ

420 неконденсируемая часть

421 поток паров ДХЭ

422 поток ДХЭ

423 насос

424 чистый ДХЭ

425 чистый ДХЭ

426 продукт ДХЭ

427 высококипящие испарения

428 обратный поток

Claims (13)

1. Способ использования теплоты реакции при получении 1,2-дихлорэтана из этилена и хлора в реакторе прямого хлорирования, причем хлор получают в процессе электролиза хлорида натрия, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть теплоты реакции образования 1,2-дихлорэтана используют для выпаривания NaOH, который получают в качестве побочного продукта при электролизе NaCl при производстве хлора, необходимого для прямого хлорирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть теплоты конденсации паров 1,2-дихлорэтана, отводимых из (реактора) прямого хлорирования, используют для выпаривания полученного водного раствора гидроксида натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть физического тепла жидкого 1,2-дихлорэтана, отводимого из (реактора) прямого хлорирования, используют для выпаривания полученного водного раствора гидроксида натрия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть теплоты конденсации испарений, которые возникают при очистке дистилляцией 1,2-дихлорэтана, полученного из этилена и хлора в реакторе прямого хлорирования, используют для выпаривания полученного водного раствора гидроксида натрия.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный 1,2-дихлорэтан, который отводят из реактора прямого хлорирования в виде пара или жидкости, сначала используют для непрямого нагревания очистительных колонн и только после того, как он отдаст там часть своей тепловой энергии до относительно высокого температурного уровня, передают для последующей отдачи энергии для испарения водного раствора гидроксида натрия, где он (ДХЭ) отдает тепловую энергию до более низкого температурного уровня в непрямом теплообмене водному раствору гидроксида натрия.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что теплоту конденсации испарений из дистилляции, испаритель которой эксплуатируют с помощью теплоты реакции, полученной при прямом хлорировании из этилена и хлора, по меньшей мере, частично используют для выпаривания полученного водного раствора гидроксида натрия.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что содержащие 1,2-дихлорэтан испарения дистилляционной колонны для отделения более высоко кипящих компонентов, чем 1,2-дихлорэтан, используют для выпаривания водного раствора гидроксида натрия.

8. Устройство для проведения способа по одному из пп.1-7, состоящее из кожухотрубного теплообменника с двумя неподвижными трубными решетками и кубовой частью NaOH, который выполнен таким образом, что подачу водного раствора гидроксида натрия можно проводить внутри трубок, а 1,2-дихлорэтан - по наружной стороне трубок, а также дополнительно содержит устройство, способное подавать водный раствор гидроксида натрия внутрь трубок и разделять его.

9. Устройство по п.8, включающее трубчатый теплообменник с устройствами, которые делают возможной на наружной стороне трубок конденсацию 1,2-дихлорэтана и, кроме того, подвод парообразного 1,2-дихлорэтана, а также отвод инертного газа и отвод конденсата 1,2-дихлорэтана.

10. Устройство по п.8, включающее трубчатый теплообменник с устройствами, которые делают возможным подвод жидкого 1,2-дихлорэтана, а также его отвод.

11. Устройство по пп.9 и 10, включающее разделенный трубчатый теплообменник, у которого одна часть оформлена в соответствии с п.9, а другая часть - в соответствии с п.10.

12. Устройство по п.10, включающее встроенный теплообменник для эксплуатации с помощью жидкого 1,2-дихлорэтана в качестве теплоносителя в кубовой части кожухотрубного теплообменника.

13. Устройство по п.10, включающее внешний циркуляционный испаритель для эксплуатации с помощью жидкого 1,2-дихлорэтана в качестве теплоносителя в кубовой части кожухотрубного теплообменника.

Images