SU841673A1 - Способ обеспечени взрывобезопасностижидКОфАзНыХ ХиМичЕСКиХ пРОцЕССОВ - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике взрывобезопасности химических процессов и может быть использовано для обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов.

Известен способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов путем подачи в слой реакционного раствора вместе с газообразными реагентами инертных газов или паров (флегматизаторов) в таком количестве, чтобы концентрация газообразного реагента, например, кислорода, на выходе из реакционной-зоны была меньше максимальной взрывобезопасной концентрации в смеси с парами горючей жидкости реакционного раствора fl] ·

Введение различных флегматизаторов вызывает уменьшение выхода целевых продуктов, ухудшение их качества, увеличение объема рециркуляцион1 ных потоков и размеров аппаратуры, большой унос ценных продуктов реак2 ции, реагентов и растворителей с отходящими газами.

Известен способ предотвращения взрывов в процессах жидкофазного окисления путем разбрызгивания в свободном пространстве реактора жидкого реагента и поддержания равномерной концентрации капель в потоке отходящей парогазовой смеси [2J.

Известный способ уменьшает опасность взрыва, но не исключает подачу на входе в реактор флегматизатора в количестве, необходимом для поддержания минимальной взрывоопасной концентрации кислорода в отходящих газах. При разбрызгивании капель в полом пространстве реактора унос продуктов увеличивается и не исключается возможность образования взрывоопасных туманов в отводящем трубопроводе и дефлегматорах.‘

Известен также способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов путем проведе3 ния их при температуре реакционного раствора, соответствующей равновесной .концентрации паров горючей жидкости большей верхнего концентрационного предела воспламенения с полу- ₅ чением отходящей парогазовой смеси fl]. Недостатком известного способа является образование взрывоопасных туманов при охлаждении отходящей парогазовой смеси в отводящем трубопрово- ю де, холодильниках и дефлагматорах.

При этом не исключается необходимость поддержания, в отходящей парогазовой смеси содержания кислорода ниже максимальной взрывобезопас- 15 ной концентрации.

С целью повышения взрывобезопасности и эффективности процессов отхог дящую парогазовую смесь абсорбируют жидкостью при температуре, соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрационного предела воспламенения, а в качестве жидкости используют компоненты реакционного раствора.

( Пример!. Жидкофазное окисление толуола.

В нижнюю часть реактора подают толуол, где поддерживают его температуру, равную 190°С. ДавлейЙе в реакторе.20 атм. Пузырьки воздуха, подаваемого через барботажное устройство, в этих условиях насыщаются парами толуола до концентрации 30,8 об Л, которая больше его верхнего концентрационного предела воспламенения в воздухе, равного в данном случае 7,9 об Л.’

На газопроницаемую перегородку подают толуол, температуру которого поддерживают не выше 50°С. При этой температуре будет происходить конденсация паров толуола из пузырьков барботирующей парогазовой смеси и уменьшение его концентрации в газовой фазе до 0,6 об Л, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения толуола в воздухе, равного 1,2 об Л. Это обеспечивает взрывобезопасность смеси, выходящей из реактора. Концентрация кислорода на выходе из реактора может быть увеличена от максимальной взрывобезопасной, равной 5 об Л до 20 об Л, что увеличивает скорость реакции и выход целевых продуктов.

841673 4

П р и м е р 2. Получение циклогексанона жидкофазным окислением цикло—! гексана.

В нижнюю часть реактора подают циклогексан с растворенным в нем катализатором. Температуру в зоне реакции поддерживают равной 120 С. Давление в реакторе 16 атм. Окисление проводят кислородом воздуха, который, барботируя в зоне реакции, насыщается’ в этих условиях парами циклогексана до концентрации 17.8 об Л, большей верхнего концентрационного предела, равного 10 об Л. На газопроницаемую перегородку подают свободный от катализатора циклогексан, температуру которого поддерживают не выше 20°С. При этой температуре происходит конденсация и поглощение паров 20 циклогексана из парогазовой смеси, выходящей из реакционной зоны, до кон центрации его в газовой фазе 0,85 об% что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения, равного

2,3 обЛ.

ПримерЗ. Получение адипиновой кислоты жидкофазным окислением циклогексана.

Способ осуществляется в каскаде из нескольких реакторов. В отличие от предыдущего процесса Температура в реакционной зоне каждого реактора равна 160°С, давление в реакторе 20 атм. В нижнюю часть первого ре35 актора подают циклогексан с растворенным в нем катализатором. Реакционная масса перетекает из первого реактора во второй и т.д. Воздух на барботирование поступает в каждый реактор каскада и насыщается парами циклогексана до концентрации 33,25 об.%.

Температуру циклогексана на газопроницаемой перегородке в каждом ⁴⁵ реакторе поддерживают равной 28°С, При этой температуре концентрация циклогексана в воздухе на выходе из реактора будет 1 об Л, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения.

, П р и м е р 4. Получение уксусной кислоты жидкофазным окислением ацетальдегида.

₅₅ Ацетальдегид и раствор катализатора в уксусной кислоте из сборников поступают в нижнюю часть реактора. Температуру в реакционной зоне поддерживают равной 60°С. Давление в- реакторе 4 атм.' Кислород поступает на барботирование в 4 точки по высоте зоны реакции и насыщается парами ацетальдегида до концентрации 97,5 об Л, которая выше верхнего ₅ концентрационного предела воспламенения ацетальдегида в кислороде, равного .96 об. %.

На газопроницаемую перегородку подают чистый ацетальдегид, темпера- ю туру которого поддерживают не выше -ЗО°С. При этой температуре будет происходить поглощение ацетальдегида из парогазовой смеси, выходящей из зоны реакции, так что концентрация 15 его в кислороде уменьшается до 2,4 об Л, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения, равного 4 об Л.

Пр и м е р 5. Получение терефта- 20 левой кислоты жидкофазным окислением п-ксилола.

П-ксилол и раствор катализатора в уксусной кислоте из сборников подают в нижнюю часть реактора. В . 25 зоне релаксации поддерживают температуру 200°С. Давление в реакторе 20 атм. В зоне реакции пузырьки воздуха, подаваемого на барботирование, насыщаются парами уксусной кис- зо лоты до концентрации 39 об Л, которая выше ее верхнего предела воспламенения в воздухе, равного 30 об Л. Вследствие низкой концентрации, ксилола в растворе в зоне реакции, и более 35 низкого, чем у уксусной кислоты, давления насыщенных паров, его концентрация в газовой фазе пренебрежимо мала и при расчете взрывоопасных свойств смеси не учитывается. 40

На газопроницаемую перегородку подается чистая уксусная кислота, температура которой поддерживается не выше 100¾. При этой температуре будет происходить поглощение паров уксусной кислоты из смеси, выходяшей из зоны реакции. При этом концентрация уксусной кислоты в газовой фазе понизится до 2,7 об Л что меньше ее нижнего концентрационного предела воспламенения в воздухе, равного 5,4 об Л.

При этом концентрация кислорода на выходе из реактора может быть увеличена от максимальной взрывобезопасной, равной 3-5 об Л, до 20 об Л, Это позволяет увеличить выход целевых продуктов и их качество.

П р и м е р 6. Получение перекиси водорода жидкофазным окислением изопропилового спирта.

Изопропиловый спирт с добавками перекиси водорода, являющейся инициатором окисления, поступает в нижнюю, часть реактора. Температуру в зоне реакции поддерживают равной 140°C. Давление в реакторе 14 атм. На барботирование в зону реакции подают кислород. Процесс ведут до небольшой степени конверсии спирта, поэтому доля продуктов реакции в растворе мала и взрывоопасность смеси будет определяться концентрацией в газовой фазе паров изопропилового спирта. При барботировании кислород будет насыщаться парами изопропилового спирта до концентрации 50 об Л.

На газопроницаемую перегородку подают свободный от перекиси водорода изопропиловый спирт, температуру которого поддерживают не выше 27^С. Такая температура обеспечивает конденсацию и поглощение изопропилового спирта из парогазовой смеси, выходящей из реакционного раствора. При этом концентрация его уменьшается до 0,54 об Л, что меньше его нижнего концентрационного предела воспламенения, равного 2 об Л.

П р и м е 'р 7. Получение дихлорэтана жидкофазным хлорировайием этилена. В нижнюю часть реактора, заполненную дихлорэтаном, подают раздельно газообразные этилен и хлор, каждый через свое газораспределительное устройство. Барботируя через дихлорэтан, они растворяются в нем и реагируют друг с другом. Температуру в. зоне реакции поддерживают 60°С.

При увеличении подачи хлора и/или уменьшении подачи этилена, пузырьки хлора при этой температуре насыщаются парами дихлорэтана до концентрации 44,8 об Л, что больше.его верхнего концентрационного предела воспламенения в хлоре, равного 36,8 обЛ.

На газопроницаемую перегородку подают дихлорэтан, температуру которого поддерживают не выше 20°С. При этой температуре происходит поглощение дихлорэтана из отходящей паро-. газовой смеси так, что его содержание в хлоре уменьшается до концентрации 8 обЛ, меньшей нижнего концентрационного предела воспламенения, равного 16,4 об Л.

Предлагаемый способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов имеет преимущества, так как позволяет увеличить кон-’ центрацию реагентов и скорость целе- ₅ вой реакции. При этом уменьшается скорость побочных реакций и улучшается качество целевых продуктов. Поскольку конденсация паров уносимой жидкости происходит непосредст- 10 венно в реакторе, отпадает необходимость в выносных холодильниках и дефлегматорах для их улавливания и исключается возможность образования в них и в соединительном 15 трубопроводе взрывоопасных туманов. Исключение флегматизатора приводит к уменьшению объёма рециркуляционных потоков, что позволяет снизить унос продуктов с отходящими газами 20 и уменьшить размеры аппаратов.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к технике взрывобезопасности химических процессов и может быть использовано дл  обеспечени  взрывобезопасности жидкофазных химических процессов. Известен способ обеспечени  взрывобезопасности жидкофазных химических процессов путем подачи в слой реакционного раствора вместе с тазо- образными реагентами инертных газов или паров (флегматизаторов D таком количестве, чтобы концентраци  газообразного реагента, например, кислорода , на выходе из реакционной-зоны была меньше максимальной взрывобезо- пасной концентрации в смеси с парами горючей жидкости реакционного раство ра fl . Введение различных флегматизаторов вызывает уменьшение выхода целевых продуктов, ухудшение их качества , увеличение объема рециркул ционных потоков и размеров аппаратуры, большой унос ценных продуктов реакции , реагентов и растворителей с отход пщми газами. Известен способ предотвращени  взрывов в процессах жидаофазного окислени  путем разбрызгивани  в свободном пространстве реактора жидкого реагента и поддержани  равномерной концентрации капель в потоке отход щей парогазовой смеси i2. Известный способ уменьшает опасность взрыва, но не исключает подачу на входе в реактор флегматизатора в количестве, необходимом дл  поддержани  минимальной взрывоопасной кон- центрации кислорода в отход щих газах. При разбрызгивании капель в полом пространстве реактора унос продуктов увеличиваетс  и не исключаетс  возможность образовани  взрывоопасных туманов в отвод щем трубопроводе и дефлегматорах. Известен также способ обеспечени  взрывобезопасности жидкофазных химических процессов путем проведени  их при температуре реакционного рйствора, соответствутощей равновесной .концентрации паров горючей жидкости большей верхнего концентрацион ного предела восгшамеиени  с получением отход щей парогазовой смеси Недостатком известного способа  вл етс  образование взрывоопасных туманов при охлаждении отход щей пар газовой смеси в отвод щем трубопров де, холодильниках и дефлагматорах. При этом не исключаетс  необходимость поддержани , в отход щей парогазовой смеси содержани  кислор да ниже максимальной взрьшобезопасной концентрации. С целью повьшени  взрывобезопасности и эффективности процессов отх д щую парогазовую смесь абсорбируют жидкостью при температуре, сортветствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрационного предела воспламенени , а в качестве жидкости используют компоненты реакционного раствора. f Пример. Жидкофазное окисление толуола. В нижнюю часть реактора подают толуол, где поддерживают его температуру , равную 190-С. Давление в реакторе.20 атм. Пузырьки воздуха подаваемого через барботажное устройство , в этих услови х насьпцаютс  парами толуола до концентрации 30,8 об.%, котора  больше его верхнего концентрационного предела воспламенени  в воздухе, равного в дан ном случае 7,9 об.%. На газопроницаемую перегородку подают толуол, температуру которого поддерживают не вьш1е 50°С. При этой температуре будет происходить конденсаци  паров толуола из пузырьков барботирующей парогазов.ой смеси и уменьшение его концентрации в газовой фазе до 0,6 об.%, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенени  толуола в воздухе, равного 1,2 об.%. Это обеспечивает вз|рывобезопасность см си, выход щей из реактора. Концент раци  кислорода на выходе из реактора может быть увеличена от максимальной взрывобезопасной, равной 5 об.% до 20 об.%, что увеличивает скорость реакции и выход целевых продуктов. П р И м е р 2. Получение циклогексанона жидкофазным окислением цикло-j гексана. В нижнюю часть реактора подают циклогексан с растворенным в нем катализатором . Температуру в зоне реакции поддерживают равной 120 С. Давление в реакторе 16 атм. Окисление провод т кислородом воздуха, который, барботиру  в зоне реакции, насьш;аетс в этих услови х парами циклогекcaiia до концентрации 17.8 об.%, большей верхнего концентрационного предела , равного 10 об.%. На газопроницаемую перегородку подают свободный от катализатора циклогексан, температуру которого поддерзкивают не вьш1е 20С. При этой температуре происходит конденсаци  и поглощение паров циклогексана из парогазовой смеси, выход щей из реакционной зоны, до концентрации его в газовой фазе 0,85 об% что меньше нижнего концентрационного предела воспламенени , равного 2,3 об.%. П р и м е р 3. Получение адипиновой кислоты жидкофазным окислением пиклогексана. Способ осуществл етс  в каскаде . из нескольких реакторов. В отличие от предыдущего процесса Температура в реакционной зоне каждого реактора равна 160°С, давление в реакторе 20 атм. В нижнюю часть первого реактора подают циклогексан с растворенным в нем катализатором. Реакционна  масса перетекает из первого реактора во второй и т.д. Воздух на барботирование поступает в каждый реактор каскада и насыщаетс  парами циклогексана до концентрации 33,25 об.%. Температуру циклогексана на газопроницаемой перегородке в каждом реакторе поддерживают равной 28 С. При этой температуре концентраци  хщклогексана в воздухе на выходе из реактора будет 1 об.%, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенени . , П р и м е р 4. Получение уксусной кислоты жидкофазным окислением ацетальдегида . Ацетальдегид и раствор катализатора в уксусной кислоте из сборников поступают в нижнюю часть реактора . Температуру в реакционной зоне поддерживают равной . Давление в- реакторе 4 атм. Кислород поступае на барботирование в 4 точки по высоте зоны реакции и насыщаетс  парами ацетальдегида до концентрации 97,5 об.%, котора  вьше верхнего концентрационного предела воспламенени  ацетальдегида в кислороде, равного .96 об.%. На газопроницаемую перегородку подают чистый ацетальдегид, темпера туру которого поддерживают не выше . При этой температуре будет происходить поглощение ацетальдегид из парогазовой смеси, выход щей из зоны реакции, так что концентраци  его в кислороде уменьшаетс  до 2,4 об.%, что меньше нижнего концен рационного предела воспламенени , равного 4 об.%, П р и м е р 5. Получение терефта левой кислоты жидкофазным окисление п-ксилола. П-ксилол и раствор катализатора в уксусной кислоте из сборников подают в нижнюю часть реактора. В зоне релаксации поддерживают температуру . Давление в реакторе 20 атм. В зоне реакции пузырьки воздуха, подаваемого на барботирова ние, насьш;аютс  парами уксусной кис лоты до концентрации 39 об.%, котор . вьше ее верхнего предела воспламене в воздухе, равного 30 об.%. Вследствие низкой концентрации, ксилола, в растворе в зоне реакции, и более низкого, чем у уксусной кислоты, да лени  насьш1енных паров, его концент ци  в газовой фазе пренебрежимо мал и при расчете взрывоопасных свойств смеси не учитываетс . На газопроницаемую перегородку подаетс  чиста  уксусна  кислота температура которой поддерживаетс  не выше . При этой температуре будет происходить поглощение паров уксусной кислоты из смеси, выход щей из зоны реакции. При этом концентраци  уксусной кислоты в газовой фазе понизитс  до 2,7 об.% что меньше ее нижнего концентрационного предела воспламенени  в воздухе , равного 5,4 об.%. При этом концентраци  кислорода на выходе из реактора может быть увеличена от максимальной взрывобез пасной, равной 3-5 об.%, до 20 об.% Это позвол ет увеличить выход целевых продуктов и их качество. 73« П р и м е р 6. Получение перекиси водорода жидкофазным окислекием изопропилового спирта. Изопропиловый спирт с добавками перекиси водорода,  вл ющейс  инициатором окислени , поступает в нижнюю. часть реактора. Температуру в зоне реакции поддерживают равной 140 С. Давление в реакторе 14 атм. На барботированне в зону реакции подают кислород. Процесс ведут до небольшой степени конверсии спирта, поэтому дол  продуктов реакции в растворе мала и взрывоопасность смеси будет определ тьс  концентрацией в газовой фазе паров изопропилового спирта . При барботировании кислород будет насыщатьс  парами изопропилового спирта до концентрации 50 об.%, На газопроницаемую перегородку подают свободный от перекиси водорода Изопропиловый спирт, температуру которого поддерживают не выще , Така  температура обеспечивает конденсацию и поглощение изопротшового спирта из парогазовой смеси, выход щей из реакционного раствора. При этом концентраци  его уменьшаетс  до 0,54 об.%, что меньше его нижнего концентрационного предела воспламенени , равного 2 об.%. П р и м е Р 7. Получение дихлорэтана жидкофазным хлорировайием этилена . В ни снюю часть реактора, заполненную дихлорэтаном, подают раздельно газообразWjie этилен и хлор, каждый через свое газораспределительное устройство. Барботиру  через дихлорэтан, они раствор ютс  в нем и реагируют друг с другом. Температуру в. зоне реакции поддерживают 60 С. При увеличении подачи хлора и/или уменьшении подачи этилена, пузырьки хлора при этой температуре насыщаютс  парами дихлорэтана до концентрации 44,8 об.%, что больше.его верхнего онцентрационного предела воспламенени  в хлоре, равного 36,8 об.%. На газопроницаемую перегородку по- ают дихлорэтан, температуру котороо поддерживают не выше . При той температуре происходит поглоение дихлорэтана из отход щей пароазовой смеси так, что его содержаие в хлоре уменьшаетс  до концентраии 8 об.%, меньшей нижнего концентационного предела воспламенени , авного 16,4 об.%. 7 Предлагаемый способ обеспечени  взрывобезопасности жидкофазных химических процессов имеет преимущест ва, так как позвол ет увеличить кон центрацию реагентов и скорость целе вой реакции. При этом уменьшаетс  скорость побочных реакций и улучшаетс  качество целевых продуктов. Поскольку конденсаци  паров уносимой жидкости происходит непосредственно в реакторе, отпадает необходимость в выносных холодипьниках и дефлегматорах дл  и,х улавливани  и исключаетс  возможность образовани  в них и в соединительном трубопроводе взрывоопасных туманов Исключение флегматизатора приводит к уменьшению объёма рециркул ционных потоков, что позвол ет снизить унос продуктов с отход щими газами и уменьшить размеры аппаратов. Формула изобретени  . 1 , Способ обеспечени  взрывобезопасности жидкофазных химичесI ких процессов с образованием парогазовой смеси путем проведени  их при температуре реакционного раствора, соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости большей верхнего концентрационного предела воспламенени , отличающийс   тем, что, с целью повышени  взрывобезопасности и эффективности процессов, отход щую парогазовую смесь абсорбируют жидкостью при температуре , соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрационного предела воспламенени . 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, в качестве жидкости используют компоненты реакционного раствора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами, М., Хими , 1972, с. 222-223, 225-226.
2. 2.Патент США № 3692823, кл. 260497А , 1972.