SK113497A3 - Device and use thereof for oxychlorination - Google Patents

Description

ZARIADENIE A JEHO POUŽITIE NA OXYCHLORÄCIU

Oblasť techniky

Oxychloráciou sa rozumie premena etylénu chlorovodíkom a kyslíkom alebo kyslík obsahujúcim plynom, pričom vzniká 1,2-dichlóretán (EDC). Ako chlorovodík sa pritom obvykle používa chlorovodík, vznikajúci pri termickom štiepení EDC na vinylchlorid.

Doterajší stav techniky

Na oxychloráciu sa používajú medzi inými katalyzátory, ktoré obsahujú halogenidy kovov, s výhodou chlorid meďnatý, na práškových nosičoch, ako je oxid hlinitý. Častice katalyzátorov pritom majú stredný priemer od asi 50 pm a vytvárajú fluidné lôžko, ktoré je nadnášané buď len prúdením reakčného plynu, pripadne s podielom inertného plynu, alebo prídavným prúdom plynu v okruhu. Pri tomto spôsobe sa reakčné teplo zdieľa vo fluidnom lôžku a odvádza sa chladiacimi plochami, čím sa dosahuje rovnomerné rozdelenie teploty v reaktore s fluidným lôžkom. Pritom musia mať častice katalyzátora veľkú odolnosť proti oderu. Táto vlastnosť je daná v podstate materiálom nosiča, pre ktorý sa vedľa vyššie uvedeného oxidu hlinitého používa tiež kyselina kremičitá, kremelina alebo pemza. Pri nedostatečnej odolnosti proti oderu sa čiastočky katalyzátora drobia, obzvlášť pôsobením prúdov plynu zo zariadenia pre prívod plynu, a vznikajúci prach nosiča katalyzátora sa v prúde plynu, smerujúcom v smere prebiehajúceho procesu, z oxychloračného reakt »ra vynáša. Tým sú spôsobené nielen straty katalyzátora, ale tiež zvýšená abrázia aparatúry.

Použitie materiálu nosiča, odolného proti oderu, prináša však zvýšené opotrebenie zariadenia pre prívod plynu, ktoré vedie k ich častejším výmenám, čo znamená značné náklady a ďalšie náklady spôsobené prerušovaním výroby.

náhradná strana

Vedľa nevyhnutného vyváženia medzi stabilitou čiastočiek katalyzátora a abráziou, ktorá je s ňou spojená, je potrebné mať na zreteli tiež to, aby nedochádzalo k aglomerácii čiastočiek katalyzátora, ktorá by viedla k zhrudkovaniu a tým kporúšeniu fluidného lôžka. To by malo za následok nerovnomerné rozdelenie teploty vo fluidnom lôžku so zodpovedajúcim nepriaznivým priebehom reakcie, ako i prípadne ucpanie úzkych miest v aparatúre, napríklad v cyklónoch pre oddeľovanie prachu nad fluidným lôžkom alebo v spádových rúrkach pre vedenie prachu z týchto cyklónov späť do fluidného lôžka. Tento sklon k hrudkovaniu závisí vedľa vlastností katalyzátora a jeho rozdelenia na nosiči katalyzátora obzvlášť na koncentrácii reakčných plnov vo fluidnom lôžku.

Z EP-A-0 446 379 je známy reaktor pre výrobu a β-nenasýteného nitrilu, v ktorého spodnej časti je vodorovne usporiadaný prívod plynu pre olefín alebo terciárny butylalkohol, pričom na spodnej strane prívodu plynu je usporiadaný väčší počet trysiek, ako i ďalší prívod pre plyn obsahujúci kyslík, usporiadaný pred prvým prívodom plynu a paralelný s ním, pričom odstup medzi obidvomi prívodmi plynu činí 25 až 300 mm. Príliš krátky odstup môže viesť k poškodeniu prívodov plynu tavením v dôsledku neočakávanej reakcie, zatiaľ čo pri príliš dlhých odstupoch sa olefín prípadne terciárny butylalkohol nezmieša dostatočne s plynom obsahujúcim kyslík, čo zmenšuje výťažok nitrilu.

ZGB-A-1 265 770 je známy reaktor pre reakcie vo fluidnom lôžku s rozdeľovacou doskou v spodnej časti reaktora, pod ktorou je usporiadaný jeden prívod plynu, pričom v okrajovej oblasti nádoby reaktora nad rozdeľovacou doskou a v jej blízkosti je usporiadaný ďalší prívod plynu. Tento ďalší prívod plynu zaisťuje, aby sa katalyzátor v okrajovej oblasti neusadzoval. Toto opatrenie slúži obzvlášť na to, aby sa katalyzátor neredukoval. Vo vnútri fluidného lôžka môže byť usporiadaný ďalší prívod plynu, usporiadaný v spodnej časti reaktora, aby nastávalo dobré premiešavame reakčných zložiek vo fluidnom lôžku.

náhradná strana

2a

Z WO 94/19099 je známe zariadenie na oxychloráciu, ktoré sa vyznačuje reaktorom 1, spodným ohraničením 2 pre katalyzátor 3 vo fluidnom lôžku, prívodom 4 plynu (rozdeľovacou rúrkou), ktorý obsahuje trysky 5, pričom trysky 5 ústia do rúriek 6, ktoré prepožičiavajú vystupujúcemu prúdu plynu horizontálnu zložku v smere prúdenia, a prívodom 9 plynu pod ohraničením 2.

Prednostné spôsoby realizácie sú zamerané na to, že uvedené rúrky, do ktorých ústia trysky, majú na konci riadiace zariadenia s výstupnými otvormi, alebo že sú tieto rúrky umiestnené v smere šikmo nahor alebo v horizontálnom smere alebo v smere šikmo dolu, pričom tieto rúrky končia voľne v lôžku katalyzátora, alebo že tieto rúrky sú vzhľadom k výstupným otvorom susednej rúrky usporiadané tak, že vystupujúce prúdy plynu sa čelr 2 nestretávajú spolu navzájom a/alebo sa nestretávajú so susednou rúrkou. Ďalšie výhodné spôsoby realizácie sú zamerané na to, že cez ohraničenia prechádzajú rúrky, v ktorých sú usporiadané trysky pod ohraničením, ale nad spodným koncom rúrky, pričom tieto trysky sú s výhodou usporiadané pod polovicou dĺžky príslušnej rúrky, obzvlášť vo vzdialenosti asi jedného priemeru rúrky od spodného konca.

Podstata vynálezu

Teraz bolo zistené, že tieto známe zariadenia pri dlhej prevádzke a vysokom nasadení, teda vysokej rýchlosti plynu, vykazuj*'* v zariadení prívodu plynu istý oder. S prekvapením bolo ďalej zistené, že tento oder nenastáva, alebo nastáva len v podstate zníženom rozsahu, ak rúrky, do ktorých ústia trysky, vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý udržuje katalyzátor vo forme fluidného lôžka.

Vynález sa teda týka zariadenia pre oxychloráciu, ktorá sa vyznačuje tým, že zahrňuje

- reaktor χ

- spodné ohraničenie 2 pre katalyzátor vo fluidnom lôžku 3,

- nad ohraničením 2 a vovnútri katalyzátora vo fluidnom lôžku 3 prívod 4 plynu (rozdeľovaciu rúrku), ktorý je opatrený tryskami 5 rozdelenými po celom priereze reaktora 1,

- pričom trysky 5_ústia do rúriek 6, ktoré vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý fluidizuje katalyzátor a

- prívod 7 plynu pod ohraničením 2.

S výhodou je zariadenie podľa vynálezu vytvorené tak, žs proti množstvu rúriek 8 je usporiadané rovnaké množstvo rúriek 6 rovnomerne rozdelené po celom priereze reaktora 1,. Vzájomným priradením vždy jednej rúrky 8 a 6 je vobzvláštnej miere dané vzájomné spojenie navzájom reagujúcich plynov z rúriek 8 a 6.

V inom spôsobe realizácie zariadenia podľa vynálezu sú rovnaké množstvá rúriek 8 a 6 umiestnené navzájom presadené. Táto geometria spôsobuje najmenšiu eróziu rúriek 6 prúdom plynu, vystupujúcim z rúriek 8. Ďalej je týmto usporiadaním dosiahnuté to, že reakčné zložky, vystupujúce z rúriek 8 a 6 v katalyzátore vo fluidnom lôžku 3, sú ihneď vystavené bezprostrednému styku s katalyzátorom. Tým je zvýhodnená požadovaná reakcia v smere vzniku EDO, a vedľajšie reakcie, ako napríklad spaľovanie etylénu s kyslíkom, sú potlačené.

Ďalší spôsob realizácie tohto zariadenia ponecháva viac voľnosti pre jeho dimenzovanie a konštrukciu. Pri tomto spôsobe realizácie sa množstvo rúriek 6 líši od množstva rúriek 8. Tiež tu je ale dôležité čo možno najrovnomernejšie rozdelenie týchto rúriek do prierezu reaktora 1.. Táto forma poskytuje možnosť zmeniť množstvo rúriek 6 v existujúcom reaktore, bez toho, aby bolo nutné zároveň prispôsobovať rúrky 8, čo môže znamenať značné náklady.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie vysvetlený prostredníctvom nasledujúceho príkladu realizácie znázorneného na výkrese.

Príklady realizácie vynálezu

V príklade je použité zariadenie podľa obr. 1. Do re< Ktorá 1 s priemerom 2,8 m a výškou 26 m sa zavádzajú plynné reakčné zložky predhriate na teplotu 160 °C. Zmes 5 974 kg/h chlorovodíka a 1 417 kg/h kyslíka prúdi prívodom 4 plynu cez trysky 5 a rúrky 6 do katalyzátora vo fluidnom lôžku 3. Trysky 5 majú rôzne priemery, aby bolo dosiahnuté čo možno najrovnomernejšie rozdelenie plynu na všetky trysky 5 a po celom priereze reaktora 1. Priemer trysiek 5 sa zväčšuje v prívode 4 plynu po prúde od 8,6 mm na 9,3 mm a ďalej na 10 mm, aby sa kompenzovali rozdielne tlakové straty pozdĺž prívodu plynu k jednotlivým tryskám 5. Rúrky 6 s vnútorným priemerom 40 mm majú dĺžku 300 mm. 2 380 kg/h etylénu preteká cez prívod 7 plynu a rúrky 8 s tryskami 9 cez spodné ohraničenie 2. V reaktore 1 sa ako katalyzátor vo fluidnom lôžku 3 nachádza chlorid meďnatý na oxide hlinitom ako nosiči. Do tohto fluidného lôžka sa zavádzajú vyššie uvedené reakčné zložky. Pre fluidizáciu fluidného lôžka prúdi navyše 8 780 kg/h plynu z okruhu plynu prívodom 7 pl>nu a rúrkami 8 cez spodné ohraničenie 2 do reaktora 1. Horné konce rúriek 8 licujú so spodným ohraničením 2. Odstup medzi spodným ohraničením a spodnými koncami rúriek 6 je 400 mm. V tomto úseku sa reakčné zložky rozdeľujú po priereze reaktora, a tvoria sa oblasti zmiešavania jednotlivých reakčných zložiek a katalyzátora. Etylén a plyn z okruhu prúdia v reaktore zdola nahor. Touto cestou sa stretávajú s chlorovodíkom a kyslíkom a za spolupôsobenia prítomného katalyzátora reagujú na EDC a vodu. Reakčné teplo 238,5 kJ/mol, ktoré pritom vzniká, sa odvádza prostredníctvom katalyzátora vo fluidnom lôžku 3 chladiacim hadom 12, v ktorom sa voda pri 183 °C mení na paru. Reakčná teplota je 225 °C pri pretlaku 3,2 bar v reaktore. Prúd plynu v hlave reaktora, pozostávajúci z produktov reakcie a z plynu z okruhu, opúšťa reaktor 1. cez tri cyklóny k ďalšiemu spracovaniu ( nie je znázornené na obrázku). Tri cyklóny zaradené do série slúžia na oddelenie strhnutého prachu katalyzátora z prúdu plynu v hlave reaktora nad katalyzátorom vo fluidnom lôžku.

Claims (8)

1. Zariadenie na oxychloráciu, vyznačujúce sa tým, že zahrňuje

- reaktor(1),

- spodné ohraničenie (2) pre katalyzátor vo fluidnom lôžku (3),

- nad ohraničením (2) a vo vnútri katalyzátora vo fluidnom lôžku (3) prívod (4) plynu (rozdeľovaciu rúrku), ktorý je opatrený tryskami (5) rozdelenými po celom priereze reaktora(1),

- pričom trysky (5) ústia do rúriek (6), ktoré vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý fluidizuje katalyzátor a

- prívod (7) plynu pod ohraničením (2).

2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že cez ohraničenie (2) prechádzajú rúrky (8), v ktorých sú pod ohraničením (2), avšak nad spodným koncom rúrky (8), usporiadané trysky (9).

3. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že trysky (9) sú usporiadané v tak veľkom odstupe od horného konca rúrky (8), že sa rýchlosť prúdenia prúdov plynu smerujúcich hore z trysiek (9) pred dosiahnutím horného konca rúrky (8) v priereze rúrky (8) vždy vyrovná.

4. Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že trysky (9) sú usporiadané vo vzdialenosti asi jedného priemeru rúrky (8) od spodného konca rúriek (8).

Ί

5. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že dĺžka rúriek (6) je tak veľká, že sa rýchlosť prúdenia prúdov plynu smerujúcich dolu z trysiek (5) pred dosiahnutím spodného konca rúrky (6) v priereze rúrky (6) vždy vyrovná.

6. Zariadenie podľa nárokov 1 a 5, vyznačujúce sa tým, že pre rozdelenie množstva plynu privádzaného prívodom (4) rovnomerne po priereze reaktora (1) majú trysky (5) rôzne priemery.

7. Zariadenie podlá nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že priestor medzi hornými koncami rúriek (8) a spodnými koncami rúriek (6) tvorí zmiešavaciu oblasť, ktorá je dimenzovaná tak veľká, aby už tu nastávalo premiešanie reakčných zložiek s katalyzátorom, a aby nedochádzalo k veľkému vzájomnému erozívnemu pôsobeniu rúriek (4, 6, 8) ako i spodného ohraničenia (2).

8. Použitie zariadenia podľa nárokov 1 až 7 na premenu etylénu chlorovodíkom a kyslíkom alebo kyslík obsahujúcim plynom na 1,2-dichlôretán.