SK282850B6 - Zariadenie na oxychloráciu a jeho použitie - Google Patents

Abstract

Výroba 1,2-dichlóretánu z etylénu, chlorovodíka a kyslíka, prípadne kyslík obsahujúceho plynu, (oxychlorácia) sa výhodne realizuje v reaktore so spodným ohraničením pre katalyzátor vo fluidnom lôžku, pričom nad ohraničením a vnútri katalyzátora vo fluidnom lôžku je usporiadaný prvý prívod (4) plynu (rozdeľovacia rúrka), ktorý je vybavený dýzami (5) rozdelenými po celom priereze reaktora, pričom tieto dýzy (5) ústia do rúrok (6), ktoré vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý fluidizuje katalyzátor, a je privádzaný druhým prívodom (7) plynu pod ohraničením.ŕ

Description

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, výhodne 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, prípadne s podielom inertného plynu, alebo prídavným prúdom plynu v okruhu. Pri tomto spôsobe sa reakčné teplo prijíma 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 uvedeného oxidu hlinitého používa tiež kyselina kremičitá, kremelina alebo pemza. Pri nedostatočnej odolnosti proti oderu sa čiastočky katalyzátora drobia, obzvlášť pôsobením prúdov plynu zo zariadenia na prívod plynu, a vznikajúci prach nosiča katalyzátora sa v prúde plynu, smerujúcom v smere prebiehajúceho procesu, z oxychloračného reaktora vynáša. Tým sú spôsobené nielen straty katalyzátora, ale tiež zvýšená abrázia aparatúry.

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

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 k porušeniu fluidného lôžka. To by malo za následok nerovnomerné rozdelenie teploty vo fluidnom lôžku so zodpovedajúcim nepriaznivým priebehom reakcie, ako i prípadné upchatie úzkych miest v aparatúre, napríklad v cyklónoch na oddeľovanie prachu nad fluidným lôžkom alebo v spádových rúrkach na vedenie prachu z týchto cyklónov späť do fluidného lôžka. Tento sklon k hrudkovaniu závisí vedľa vlastností katalyzátora a jeho rozdelenia na nosiči katalyzátora obzvlášť od koncentrácie reakčných plynov vo fluidnom lôžku.

Z EP-A-0 446 379 je známy reaktor na výrobu a β-nenasýteného nitrilu, v ktorého spodnej časti je vodorovne usporiadaný prívod plynu pre olefín alebo terciámy butylalkohol, pričom na spodnej strane prívodu plynu je usporiadaný väčší počet dýz, ako i ďalší prívod pre plyn obsahujúci kyslík, usporiadaný pred prvým prívodom plynu a paralelný s ním, pričom odstup medzi obidvoma 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.

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

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 dýzy 5, pričom dýzy 5 ústia do rúrok 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 dýzy, 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 na výstupné otvory susednej rúrky usporiadané tak, že vystupujúce prúdy plynu sa čelne 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 dýzy pod ohraničením, ale nad spodným koncom rúrky, pričom tieto dýzy sú výhodne 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, majú 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 dýzy, vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý udržuje katalyzátor vo forme fluidného lôžka.

Vynález sa teda týka zariadenia na oxychloráciu, ktorá sa vyznačuje tým, že zahrnuje

- reaktor 1,

- spodné ohraničenie 2 pre katalyzátor vo fluidnom lôžku 3,

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

- pričom dýzy 5 ústia do rúrok 6, ktoré vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý fluidizuje katalyzátor a

- prívod 7 plynu pod ohraničením 2.

Výhodne je zariadenie podľa vynálezu vytvorené tak, že proti množstvu rúrok 8 je usporiadané rovnaké množstvo rúrok 6 rovnomerne rozdelené po celom priereze reaktora

1. Vzájomným priradením vždy jednej rúrky 8 a 6 je v obzvláštnej miere dané vzájomné spojenie navzájom reagujúcich plynov z rúrok 8 a 6.

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

Ďalší spôsob realizácie tohto zariadenia ponecháva viac voľnosti na jeho dimenzovanie a konštrukciu. Pri tomto spôsobe realizácie sa množstvo rúrok 6 líši od množstva rúrok 8. Tiež tu je ale dôležité čo možno najrovnomemejšie rozdelenie týchto rúrok do prierezu reaktora 1. Táto forma poskytuje možnosť zmeniť množstvo rúrok 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 uskutočnenia vynálezu

V príklade je použité zariadenie podľa obr. 1. Do reaktora 1 s priemerom 2,8 m a výškou 26 m sa zavádzajú plynné reakčné zložky predhriate na teplotu 160 °C. Zmes 5974 kg/h chlorovodíka a 1417 kg/h kyslíka prúdi prívodom 4 plynu cez dýzy 5 a rúrky 6 do katalyzátora vo fluidnom lôžku 3. Dýzy 5 majú rôzne priemery, aby bolo dosiahnuté čo možno najrovnomemejšie rozdelenie plynu na všetky dýzy 5 a po celom priereze reaktora 1. Priemer dýz 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 kjcdnotlivým dýzam 5. Rúrky 6 s vnútorným priemerom 40 mm majú dĺžku 300 mm. 2380 kg/h etylénu preteká cez prívod 7 plynu a rúrky 8 s dýzami 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 uvedené reakčné zložky. Na fluidizáciu fluidného lôžka prúdi navyše 8780 kg/h plynu z okruhu plynu prívodom 7 plynu a rúrkami 8 cez spodné ohraničenie 2 do reaktora 1. Horné konce rúrok 8 lícujú so spodným ohraničením 2. Odstup medzi spodným ohraničením a spodnými koncami rúrok 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. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na oxychloráciu, vyznačujúce sa t ý m , že zahrnuje reaktor(l), spodné ohraničenie (2) pre katalyzátor vo fluidnom lôžku (3), nad ohraničením (2) a vnútri katalyzátora vo fluidnom lôžku (3) prívod (4) plynu (rozdeľovaciu rúrku), ktorý je vybavený dýzami (5) roz delenými po celom priereze reaktora (1), pričom dýzy (5) ústia do rúrok (6), ktoré vedú vystupujúci prúd plynu v podstate proti prúdu plynu, ktorý fluidizuje katalyzátor, a prívod (7) plynu pod ohraničením (2) a rúrky (8) prechádzajúcej cez ohraničenie (2), pričom priestor medzi hornými koncami rúrok (8) a spodnými koncami rúrok (6) tvorí zmiešavacia oblasť, ktorá je dimenzovaná taká veľká, aby už tu nestávalo premiešanie reakčných zložiek, vystupujúcich z týchto rúrok (6, 8) s katalyzátorom.
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že cez ohraničenie (2) prechádzajú rúrky (8), v ktorých sú pod ohraničením (2), ale nie pod spodným koncom rúrky (8), usporiadané dýzy (9).
3. 3. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa t ý m , že dýzy (9) sú usporiadané v takom veľkom odstupe od horného konca rúrky (8), že sa rýchlosť prúdenia prúdov plynu smerujúcich hore z dýz (9) pred dosiahnutím horného konca rúrky (8) v priereze rúrky (8) vždy vyrovná.
4. 4. Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa t ý m , že dýzy (9) sú usporiadané vo vzdialenosti asi jedného priemeru rúrky (8) od spodného konca rúrok (8).
5. 5. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že dĺžka rúrok (6) je taká veľká, že sa rýchlosť prúdenia prúdov plynu smerujúcich dolu z dýz (5) pred dosiahnutím spodného konca rúrky (6) v priereze rúrky (6) vždy vyrovná.
6. 6. Zariadenie podľa nárokov la 5, vyznačujúce sa tým, že na rozdelenie množstva plynu privádzaného prívodom (4) rovnomerne po priereze reaktora (1) majú dýzy (5) rôzne priemery.
7. 7. Zariadenie podľa nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že priestor medzi hornými koncami rúrok (8) a spodnými koncami rúrok (6) je dimenzovaný tak, aby nedochádzalo k veľkému vzájomnému erozívnemu pôsobeniu rúrok (4,6, 8) ako i spodného ohraničenia (2).
8. 8. Použitie zariadenia podľa nárokov 1 až 7 na premenu etylénu chlorovodíkom a kyslíkom alebo kyslík obsahujúcim plynom na 1,2-dichlóretán.