WO2013184034A2 - Газожидкостный реактор - Google Patents

Газожидкостный реактор Download PDF

Info

Publication number
WO2013184034A2
WO2013184034A2 PCT/RU2013/000458 RU2013000458W WO2013184034A2 WO 2013184034 A2 WO2013184034 A2 WO 2013184034A2 RU 2013000458 W RU2013000458 W RU 2013000458W WO 2013184034 A2 WO2013184034 A2 WO 2013184034A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
gas
plates
pipes
liquid
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000458
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013184034A3 (ru
Inventor
Владимир Владимирович БУШКОВ
Владислав Сергеевич СТАНКЕВИЧ
Original Assignee
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг"
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 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг" filed Critical ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг"
Priority to US14/406,090 priority Critical patent/US9346033B2/en
Priority to CN201380030122.9A priority patent/CN104507562A/zh
Priority to IN10387DEN2014 priority patent/IN2014DN10387A/en
Publication of WO2013184034A2 publication Critical patent/WO2013184034A2/ru
Publication of WO2013184034A3 publication Critical patent/WO2013184034A3/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/006—Baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/2425—Tubular reactors in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00081—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00094—Jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
    • B01J2219/00166—Controlling or regulating processes controlling the flow controlling the residence time inside the reactor vessel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/00777—Baffles attached to the reactor wall horizontal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels

Definitions

  • the invention relates to the field of technological equipment for the implementation of gas-liquid processes and can be used in chemical, petrochemical and other industries.
  • a distinctive feature of gas-liquid catalytic processes in most cases is the occurrence of a chemical reaction in the liquid phase, where one of the reactants is liquid and the other is a gas dissolved in a liquid.
  • the occurrence of a chemical reaction between a liquid and a gas in the liquid phase leads to the appearance of a stage of transition of one of the reagents from the gas phase to the solution. This, in turn, leads to the fact that the rate of the process often depends on the rate of gas dissolution as a limiting stage, which indicates the process in the diffusion region.
  • the presence of a diffusion region negatively affects the speed of the process and the yield of the target product.
  • the need to conduct a chemical process in the kinetic region leads to the search for a chemical reactor design suitable for solving this problem.
  • the process in the kinetic region can be achieved by achieving a high dissolution rate of the gaseous reactant in the liquid, the value of which directly depends on the contact time in the gas phase. The higher the gas phase contact time, the faster the gas will dissolve in the liquid.
  • increasing the contact time in the gas phase is one of the main tasks in increasing the efficiency of gas-liquid reactors [Timonin A. S. Machines and apparatus for chemical production. - Kaluga: Publishing house N.F. Bochkareva, 2008. - 872 s].
  • US Pat. No. 7,387,769 proposes a reactor design consisting of a plurality of sections connected in series with each other with openings arranged alternately from the bottom and top of the section. The fluid in this reactor moves horizontally from one section to another along a winding path. Gas is dosed in each section separately.
  • This reactor used to produce precipitated calcium carbonate by reacting carbon dioxide with a solution of calcium hydroxide.
  • An integral part of the above invention is the use of perforated plates, which provide vertical movement of the gas phase. It should be noted that regardless of the way the side openings are located in the plates (two openings in each plate, one opening or the absence of openings), the gas phase will be vertical through the perforated holes in the central part of the plates. With this arrangement of the flow, the use of the invention increases only the contact time in the liquid phase and does not affect the contact time in the gas phase.
  • the gas phase contact time is the most important parameter determining the yield of the target product formed in the reactor.
  • the rate of formation of the target product depends on the concentration of dissolved oxygen.
  • the concentration of dissolved oxygen is determined by the equilibrium that is established between dissolved oxygen and oxygen in the gas phase. If the contact time between the liquid and gas is insufficient, the oxygen dissolution rate will be lower than the rate of interaction of dissolved oxygen with the aldehyde.
  • the process will proceed in the diffusion region, which will negatively affect the yield of the final product.
  • the organization of a sufficiently large value of the contact time in the gas phase will contribute to an increase in the rate of dissolution of oxygen and the transition of the process to the kinetic region.
  • the value of the contact time in the gas phase will be determined by the gas content in the apparatus.
  • the higher the gas content the greater the value of the contact time in the gas phase and the higher the rate of dissolution of the gas in the liquid.
  • the increase in gas content can be achieved in two ways. Firstly, by increasing the amount of gas supplied, along with a simultaneous increase in the volume of the apparatus. This approach is associated with excessive capital costs and leads to inefficient use of basic equipment, in particular a gas-liquid reactor [Lehtinen C, Brunov G. Factors Affecting the Selectivity of Air Oxidation Of 2-Ethylhexanal, an [a] -Branched Aliphatic Aldehyde.Org. Proc. Res. & Dev. 2000, 4 (6), pp. 544-549].
  • the objective of the present invention is to develop a reactor design that improves the efficiency of gas-liquid chemical processes.
  • the technical result consists in the fact that this solution provides the maximum yield of the target product and the ideal displacement mode. Another technical result is to increase the usability and maintenance of the reactor, which allows you to quickly manage the reaction process and conduct it under optimal conditions by changing its design, carried out in a few hours. Also, the technical result consists in the fact that the invention makes it possible at the design stage to evaluate with high accuracy the geometric parameters of the reactor and their influence on the speed of the chemical process and the yield of the target product. An additional technical result is that this solution provides effective maintenance of the isothermal regime with a constant high or low temperature.
  • the gas-liquid reactor contains a housing with nozzles for introducing reagents (7) and outputting reaction products (8).
  • a tube bundle (2) is placed in the reactor vessel (1), attached to the tube sheet (3) from above and below so that the space between the pipes does not communicate with the internal volume of the pipes.
  • the inlet casing also has inlet (9) and outlet (10) nozzles communicating with the annular space, into which, if necessary, the heat of the chemical reaction is removed or the reaction mass is heated, refrigerant or coolant are supplied, respectively.
  • a rod installed with the possibility of removal (4).
  • Plates (5) are attached to the rod, each of which has at least one hole (6).
  • the holes are predominantly, but not necessarily, close to the edge of the plate.
  • the plates are arranged so that the holes of adjacent plates are not aligned with each other. Preferably, for pairwise taken adjacent plates, the holes are at diametrically opposite points relative to the rod.
  • the design of one of these tubes is shown in FIG. 2.
  • the rod can be fixed inside the pipe by any known method that allows removal, for example, using a threaded or riveted connection.
  • the plates are fixed along the height of the rod, and any fixation method can be chosen that allows you to change the distance between the plates, for example, using nuts, if necessary with the additional use of a washer.
  • the reagents are fed through a raw material input fitting (stream I) into the reactor.
  • gaseous components can be supplied as together with the liquid phase, and separately.
  • a chemical reaction is carried out in the pipe space, while the gas-liquid flow moves up the pipes.
  • the trajectory of the reaction mass is extended in comparison with the shortest trajectory from the point of entry of the reagents to the point of output of the products. This leads to an increase in the length of the gas path from the point of entry of the reagents (stream I) to the point of output of the finished product (stream II).
  • the increase in the path traveled by the gas leads to an increase in the volume of the gas phase in the reactor and, as a consequence, to an increase in the contact time in the gas phase. This ensures the achievement of the maximum yield of the target product due to the process in the kinetic region, when the speed of the process is not limited by the rate of dissolution of the gas in the liquid, but is determined only by the rate of the chemical reaction.
  • the heat exchange surface significantly increases in comparison with reactors in which cooling / heating is carried out using a jacket due to the use of the surface of all pipes, and not just the shell of the reactor.
  • the heat transfer surface can be controlled by placing a different number of pipes inside the reactor, which provides additional opportunities for choosing the design of the apparatus at the design stage.
  • the effective maintenance of the isothermal regime with a constant high or low temperature is ensured due to the high heat transfer surface and the possibility of its variation at the design stage of the apparatus.
  • the number of pipes containing the rod, as well as the distance between the plates and the number of plates mounted on the rod, can be changed both at the design stage of the apparatus and during the operation of the reactor, depending on changes in the process conditions (reagent consumption, pressure, temperature).
  • this operation can be carried out at any time, including during the operation of the reactor, by removing anchor rods with attached plates and moving the plates along the rod with the addition of new ones.
  • the reactor design proposed in the invention can be selected not only at the stage of designing a new apparatus.
  • This design can also be used to improve existing reactor equipment by placing similar tubes inside the reactor volume of the reactor.
  • the oxidation process of 2-ethylhexanal in 2-ethylhexanoic acid is carried out in a hollow reactor with a built-in coil.
  • the tube with anchor rods inside the apparatus between the turns of the coil.
  • the chemical reaction will occur not in the annulus, but in the tube space, while the contact time in the gas phase will increase, which will allow the process to be transferred from the diffusion region to the kinetic one.
  • hexene-1 from ethylene in the reactor, the construction of which is proposed in the present invention.
  • a three-section reactor with ethylene supply to each section is used.
  • Each section contains a bundle of 50 pipes with a diameter of 40 mm, in which a chemical reaction proceeds.
  • An anchor rod with plates fixed with nuts is placed in each pipe.
  • Each hole was made one hole with a diameter of 4 mm, while the plates are alternated so that the holes in adjacent plates are located at diametrically opposite points from the central axis of the anchor.
  • the pipes contain 39 plates, in the second section - 26 plates, in the third - 20 plates.
  • the total length of the pipe part of the reactor is 2.1 m.
  • the heat exchange surface area is 13 m.
  • the gas phase contact time is 3 minutes. In this case, the conversion of ethylene to hexene-1 is 98.3%. All other things being equal, the patented reactor is smaller and has a higher specific productivity. The resulting output is given in table. one.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Газожидкостный реактор относится к области технологического оборудования для осуществления газожидкостных процессов и может быть использовано в химической, нефтехимической и других областях промышленности. Технический результат состоит в том, что данное решение обеспечивает максимальный выход целевого продукта и режим идеального вытеснения. Еще один технический результат заключается в повышении удобства использования и обслуживания реактора. Также технический результат заключается в том, что изобретение дает возможность на стадии проектирования с высокой точностью оценивать геометрические параметры реактора и их влияние на скорость химического процесса и выход целевого продукта. Газожидкостный реактор содержит корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции. В корпусе реактора размещен пучок труб, таким образом, что пространство между трубами не сообщается с внутренним объемом труб. В корпусе реактора также предусмотрены патрубки ввода и вывода, сообщающиеся с межтрубным пространством, в которое для подачи хладагента или теплоносителя. Внутри, по крайней мере, одной из труб расположен стержень, установленный с возможностью съема. К стержню крепятся пластины, каждая из которых имеет, по крайней мере, одно отверстие. Пластины расположены таким образом, что отверстия соседних пластин не соосны друг другу.

Description

ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ РЕАКТОР
Изобретение относится к области технологического оборудования для осуществления газожидкостных процессов и может быть использовано в химической, нефтехимической и других областях промышленности.
Отличительной особенностью газожидкостных каталитических процессов в большинстве случае является протекание химической реакции в жидкой фазе, где один из реагентов является жидким, а другой - растворенным в жидкости газом. Протекание химической реакции между жидкостью и газом в жидкой фазе приводит к возникновению стадии перехода одного из реагентов из газовой фазы в раствор. Это в свою очередь приводит к тому, что скорость процесса зачастую зависит от скорости растворения газа как лимитирующей стадии, что свидетельствует о протекании процесса в диффузионной области.
Наличие диффузионной области, как правило, отрицательно сказывается на скорости процесса и выходе целевого продукта. Необходимость проведения химического процесса в кинетической области приводит к поиску подходящей для решения данной задачи конструкции химического реактора. Протекание процесса в кинетической области можно обеспечить за счет достижения высокой скорости растворения газообразного реагента в жидкости, величина которой напрямую зависит от времени контакта по газовой фазе. Чем выше значение времени контакта по газовой фазе, тем быстрее будет протекать растворение газа в жидкости. Таким образом, увеличение времени контакта по газовой фазе является одной из главных задач при повышении эффективности работы газожидкостных реакторов [Тимонин А. С. Машины и аппараты химических производств. - Калуга: Изд-во Н.Ф. Бочкаревой, 2008. - 872 с].
Наиболее эффективным способом увеличения времени контакта представляется увеличение длины пути, который проходит газ или жидкость от точки подачи реагента до точки выхода целевого продукта. Так, в патенте US 7387769 предлагается конструкция реактора, состоящего из множества последовательно соединенных друг с другом секций с отверстиями, расположенными поочередно снизу и сверху секции. Жидкость в данном реакторе движется горизонтально из одной секции в другую по извилистой траектории. Газ дозируется в каждую секцию отдельно. Данный реактор используют для получения осажденного карбоната кальция путем взаимодействия углекислого газа с раствором гидроксида кальция. Недостатком данной конструкции является горизонтальное движение жидкости и газа, что является неприемлемым для многих химических процессов, в частности для процесса получения 1-гексена из этилена, так как в этом случае газ будет скапливаться в верхней части аппарата с образованием областей, заполненных газом. Скопление газа в отдельных местах приведет к снижению поверхности контакта между жидкой и газовой фазами, что отрицательно скажется на скорости растворения газа в жидкости.
Существует реактор для проведения газо-жидкостных химических процессов, выбранный нами за прототип [US 6444180]. Основная особенность конструкции данного реактора заключается в использовании перфорированных тарелок, имеющих расположенный с краю тарелки проем, выполненный в форме сегмента круга и примыкающий к внутренней поверхности обечайки реактора. При этом тарелки попарно чередуются таким образом, чтобы сегментарные проемы располагались по разные стороны от центральной оси реактора, обеспечивая тем самым движение жидкой фазы по зигзагообразной траектории. Благодаря этому увеличивается площадь поверхности раздела фаз и достигается лучшее перемешивание жидкой и газовой фаз между собой, что приводит к увеличению выхода целевого продукта.
Неотъемлемой частью вышеописанного изобретения является использование перфорированных тарелок, которые обеспечивают вертикальное движение газовой фазы. При этом стоит отметить, что вне зависимости от способа расположения боковых проемов в тарелках (два проема в каждой тарелке, один проем или отсутствие проемов), движение газовой фазы будет вертикальным через перфорированные отверстия в центральной части тарелок. При такой организации потока использование изобретения увеличивает лишь время контакта по жидкой фазе и не влияет на время контакта по газовой фазе.
Для многих газожидкостных процессов в химической и нефтехимической промышленности, в том числе для процессов получения 2-этилгексановой кислоты из 2-этилгексаналя и 1-гексена из этилена, время контакта по газовой фазе является наиболее важным параметром, определяющим выход целевого продукта, образующегося в реакторе. Например, в процессе получения 2- этилгексановой кислоты из 2-этилгексаналя скорость образования целевого продукта зависит от концентрации растворенного кислорода. В свою очередь концентрация растворенного кислорода определяется равновесием, которое устанавливается между растворенным кислородом и кислородом, находящимся в газовой фазе. При недостаточном времени контакта жидкости с газом, скорость растворения кислорода будет ниже, чем скорость взаимодействия растворенного кислорода с альдегидом. В этом случае процесс будет протекать в диффузионной области, что отрицательно скажется на выходе конечного продукта. Организация достаточно большого значения времени контакта по газовой фазе будет способствовать увеличению скорости растворения кислорода и переходу процесса в кинетическую область.
При заданных потоках газа и жидкости, значение времени контакта по газовой фазе будет определяться величиной газосодержания в аппарате. Чем выше газосодержание, тем больше значение времени контакта по газовой фазе и тем выше будет скорость растворения газа в жидкости. Увеличение газосодержания может быть достигнуто двумя путями. Во-первых, за счет увеличения количества подаваемого газа вместе с одновременным увеличением объема аппарата. Такой подход связан с излишними капитальными затратами и приводит к неэффективному использованию основного оборудования, в частности газожидкостного реактора [Lehtinen С, Brunov G. Factors Affecting the Selectivity of Air Oxidation Of 2-Ethylhexanal, an [a]-Branched Aliphatic Aldehyde.Org. Proc. Res. & Dev. 2000, 4(6), pp.544-549].
Другой подход заключается в создании такой конструкции реактора, которая обеспечит максимальное увеличение длины пути, проходимого газом от точки подачи в реактор до точки вывода конечных продуктов. В этом случае удается повысить объем газа, находящийся в реакторе, без изменения габаритов самого реактора, а только за счет изменения внутреннего устройства аппарата. Конструкция реактора, предложенная в патенте US 6444180, хотя и решает задачу увеличения выхода целевого продукта, в частности для процесса получения мочевины, но делает это за счет увеличения времени контакта по жидкой фазе. Использование данной конструкции для процессов, в которых лимитирующей стадией является переход одного из реагентов из газовой фазы в раствор (в частности, растворение кислорода при получении 2-этилгексановой кислоты и растворение этилена при получении 1-гексена) не позволяет достичь аналогичного увеличения выхода целевого продукта, так как время контакта по газовой фазе остается неизменным.
Другой задачей, которая возникает при осуществлении газожидкостных процессов, в том числе при получении 2-этилгексановой кислоты из 2- этилгексаналя и 1-гексена из этилена, является необходимость отвода большого количества теплоты, выделяющегося в результате химической реакции. Расчет теплового баланса реактора показывает, что для обеспечения эффективного отвода теплоты химической реакции необходима значительная поверхность теплообмена, которая может быть достигнута только при использовании встроенного в реактор пучка труб с подачей хладагента в трубное или межтрубное пространство. Вместе с тем, использование рубашки оказывается недостаточным для эффективного отвода теплоты реакции.
Конструкция, описанная в прототипе, может быть использована только в реакторах, в которых охлаждение/нагрев реакционной массы осуществляется с помощью рубашки. Таким образом, мы приходим к выводу, что конструкция реактора, предложенная в патенте US 6444180, не подходит для газожидкостных процессов, сопровождающихся большим выделением теплоты химической реакции, вследствие невозможности размещения трубного пучка внутри реактора.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции реактора, позволяющей повысить эффективность газожидкостных химических процессов.
Технический результат состоит в том, что данное решение обеспечивает максимальный выход целевого продукта и режим идеального вытеснения. Еще один технический результат заключается в повышении удобства использования и обслуживания реактора, что позволяет оперативно управлять процессом реакции и вести его при оптимальных условиях путем изменения его конструкции, осуществляемой в течение нескольких часов. Также технический результат заключается в том, что изобретение дает возможность на стадии проектирования с высокой точностью оценивать геометрические параметры реактора и их влияние на скорость химического процесса и выход целевого продукта. Дополнительный технический результат заключается в том, что данное решение обеспечивает эффективное поддержание изотермического режима с постоянной повышенной или пониженной температурой.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются за счет того, что для осуществления газожидкостных химических процессов используют газожидкостный реактор со специальной внутренней конструкцией. Конструкция реактора приведена на фиг. 1.
Газожидкостный реактор содержит корпус с патрубками ввода реагентов (7) и вывода продуктов реакции (8). В корпусе реактора (1) размещен пучок труб (2), сверху и снизу прикрепленных к трубной решетке (3) таким образом, что пространство между трубами не сообщается с внутренним объемом труб. В корпусе реактора также предусмотрены патрубки ввода (9) и вывода (10), сообщающиеся с межтрубным пространством, в которое при необходимости отвода теплоты химической реакции или подогрева реакционной массы подают хладагент или теплоноситель соответственно.
Внутри, по крайней мере, одной из труб расположен стержень, установленный с возможностью съема (4). К стержню крепятся пластины (5), каждая из которых имеет, по крайней мере, одно отверстие (6). Отверстия преимущественно, но не обязательно, находятся близко к краю пластины. Пластины расположены таким образом, что отверстия соседних пластин не соосны друг-другу. Предпочтительно, чтобы для попарно взятых соседних пластин отверстия находились в диаметрально противоположных точках относительно стержня. Конструкция одной из таких трубок показана на фиг. 2. Стержень может быть зафиксирован внутри трубы любым известным способом, обеспечивающим возможность съема, например, с помощью резьбового или клепаного соединения. Пластины фиксируют по высоте стержня, при этом может быть выбран любой способ фиксации, который позволяет менять расстояние между пластинами, например, с помощью гаек, при необходимости с дополнительным использованием шайбы.
Для осуществления процесса реагенты подают через штуцер ввода сырья (поток I) в реактор. При этом газообразные компоненты могут подаваться как вместе с жидкой фазой, так и отдельно. Химическая реакция осуществляется в трубном пространстве, при этом газожидкостный поток движется вверх по трубам. При несоосном расположении отверстий в пластинах обеспечивается удлинение траектории движения реакционной массы по сравнению с кратчайшей траекторией от точки ввода реагентов до точки вывода продуктов. Это приводит к увеличению длины пройденного газом пути от точки ввода реагентов (поток I) до точки вывода готового продукта (поток II). Увеличение пути, пройденного газом, в свою очередь приводит к увеличению объема газовой фазы в реакторе и, как следствие, к увеличению времени контакта по газовой фазе. Это обеспечивает достижение максимального выхода целевого продукта за счет протекания процесса в кинетической области, когда скорость процесса не ограничивается скоростью растворения газа в жидкости, а определяется лишь скоростью химической реакции.
Ввиду того, что химическая реакция протекает в трубном пространстве, которое не сообщается с межтрубным пространством, последнее может использоваться для подачи в него хладагента или теплоноситель. В данном случае значительно возрастает поверхность теплообмена по сравнению с реакторами, в которых охлаждение/нагрев осуществляется с помощью рубашки, за счет использования поверхности всех труб, а не только обечайки реактора. Поверхность теплообмена может регулироваться путем размещения различного количества труб внутри реактора, что обеспечивает дополнительные возможности при выборе конструкции аппарата на стадии проектирования. Таким образом, обеспечивается эффективное поддержание изотермического режима с постоянной повышенной или пониженной температурой за счет высокой поверхности теплопередачи и возможности ее варьирования на стадии проектирования аппарата.
При проектировании химических реакторов, в том числе реакторов для проведения газожидкостных процессов, одной из важнейших задач на стадии составления математической модели аппарата является максимально точная оценка влияния конструкции реактора на скорость протекания процесса и выход целевого продукта. Очень часто для того, чтобы избежать ошибок в определении требуемых размеров реактора, проектировщики вынуждены увеличивать требуемые габариты реактора, что приводит к увеличению стоимости реактора. За счет возможности предсказывать траекторию движения газожидкостной смеси вдоль трубки с полками, конструкция, предложенная в изобретении, позволяет с высокой точностью рассчитывать геометрические параметры реактора, в том числе количество и диаметр труб, количество полок и расстояние между ними. В случае расхождения экспериментальных данных с расчетными, использование данной конструкции позволяет легко исправить существующие ошибки сразу после пробного пуска реактора путем изменения количества труб, содержащих стержень, а также путем добавления или изъятия пластин на стержне и изменения расстояния между ними. Таким образом, обеспечивается возможность на стадии проектирования с высокой точностью оценивать геометрические параметры реактора и их влияние на скорость химического процесса и выход целевого продукта.
Количество труб, содержащих стержень, а также расстояние между пластинами и количество пластин, закрепленных на стержне, можно изменять как на стадии проектирования аппарата, так и в ходе эксплуатации реактора в зависимости от изменения условий проведения процесса (расхода реагентов, давления, температуры). В частности, при увеличении производительности реактора, необходимо увеличивать время пребывания реагентов в аппарате, что легко достигается путем уменьшения расстояния между пластинами и увеличения их количества. Технически данная операция может быть осуществлена в любой момент, в том числе и в ходе эксплуатации реактора, путем извлечения анкерных стержней с прикрепленными пластинами и перемещения пластин вдоль стержня с добавлением новых. Таким образом, обеспечивается возможность управления процессом и проведения его при оптимальных условиях без замены всего реактора, а лишь путем несложного изменения его конструкции, которое легко осуществить в течение нескольких часов.
Предлагаемая в изобретении конструкция реактора может быть выбрана не только на стадии проектировании нового аппарата. Данная конструкция может быть также использована для усовершенствования уже существующего реакторного оборудования путем помещения внутрь реакционного объема реактора аналогичных трубок. Например, процесс окисления 2-этилгнексаналя в 2-этилгексановую кислоту осуществляется в полом реакторе со встроенным змеевиком. Существует возможность размещения предлагаемых в изобретении трубок с анкерными стержнями внутрь аппарата между витками змеевика. В этом случае химическая реакция будет протекать не в межтрубном, а в трубном пространстве, при этом время контакта по газовой фазе будет увеличиваться, что позволит перевести процесс из диффузионной области в кинетическую. Таким образом, появляется возможность совершенствования существующих газожидкостных реакторов, в которых процесс протекает в диффузионной области из-за низкого значения времени контакта по газовой фазе.
Пример 1
Осуществляется получение гексена-1 из этилена в реакторе, конструкция которого предложена в настоящем изобретении. Для этого используется трехсекционный реактор с подачей этилена в каждую секцию. Каждая секция содержит пучок из 50-ти труб диаметром 40 мм, в которых протекает химическая реакция. В каждой трубе размещен анкерный стержень с закрепленными с помощью гаек пластинами. В каждой пластине проделано одно отверстие диаметром 4 мм, при этом пластины чередуются таким образом, чтобы отверстия в соседних пластинах располагались в диаметрально противоположных точках от центральной оси анкера. В первой секции реактора трубы содержат 39 пластин, во второй секции - 26 пластин, в третьей - 20 пластин. Суммарная длина трубной части реактора 2,1 м. Площадь поверхности теплообмена 13 м . Время контакта по газовой фазе составляет 3 мин. При этом достигается конверсии этилена в гексен-1 98,3 %. При прочих равных значениях патентуемый реактор имеет меньшие размеры и обладает большей удельной производительностью. Полученные выходные данные приведены в табл. 1.
Пример 2
Опыт по окислению 2-этилгексаналя, входящего в состав гидрогенизата С8- альдегидов, в 2-этилгексановую кислоту проводят в течение 4-х часов в динамическом лабораторном реакторе с внутренним змеевиком, моделирующим эксплуатируемый промышленный аппарат в масштабе 1 :0,9· 10"5, при температуре 45 °С, давлении воздуха 1 атм., объёмной скорости подачи гидрогенизата 0,45 см3/мин. и воздуха 235 см3/мин., обеспечивающих в реакторе постоянное мольное соотношение реагентов кислород : 2-ЭГК =1,5:1.
Пример 3
Сравнительный опыт проводят в проточном стеклянном реакторе тех же размеров и в тех же условиях, что и в примере 2, с той лишь разницей, что конструкция этого реактора соответствует заявляемому изобретению. Полученные стационарные выходные параметры некаталитического процесса жидкофазного окисления 2-этилгексаналя в лабораторных и промышленном способе, а также в примерах 2 и 3, приведены в табл. 2.
Figure imgf000012_0001
Таблица 2
Figure imgf000013_0001

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Газожидкостный реактор, содержащий корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции, пластины, каждая из которых имеет, по крайней мере, одно отверстие, при этом пластины расположены таким образом, что отверстия соседних пластин не соосны друг-другу, отличающийся тем, что в корпусе реактора размещен пучок труб сверху и снизу, прикрепленных к трубной решетке таким образом, что пространство между трубами не сообщается с внутренним объемом труб, при этом, по крайней мере, в одной из труб расположен стержень, установленный с возможностью съема, к которому крепятся пластины.
2. Газожидкостный реактор по п. 1 , отличающийся тем, что корпус реактора содержит патрубки ввода и вывода хладагента или теплоносителя, сообщающиеся с межтрубным пространством
3. Газожидкостный реактор по п. 1, отличающийся тем, что стержень имеет резьбу для крепления пластин.
PCT/RU2013/000458 2012-06-06 2013-06-05 Газожидкостный реактор WO2013184034A2 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/406,090 US9346033B2 (en) 2012-06-06 2013-06-05 Gas-liquid reactor
CN201380030122.9A CN104507562A (zh) 2012-06-06 2013-06-05 气液反应器
IN10387DEN2014 IN2014DN10387A (ru) 2012-06-06 2013-06-05

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123526 2012-06-06
RU2012123526/05A RU2497567C1 (ru) 2012-06-06 2012-06-06 Газожидкостный реактор

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013184034A2 true WO2013184034A2 (ru) 2013-12-12
WO2013184034A3 WO2013184034A3 (ru) 2014-03-13

Family

ID=49682974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000458 WO2013184034A2 (ru) 2012-06-06 2013-06-05 Газожидкостный реактор

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9346033B2 (ru)
CN (2) CN107224943A (ru)
IN (1) IN2014DN10387A (ru)
RU (1) RU2497567C1 (ru)
WO (1) WO2013184034A2 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2555557A (en) * 2016-05-10 2018-05-09 Continental automotive systems inc Oil separator for reducing residue deposits
CN107875995A (zh) * 2016-09-29 2018-04-06 韩小凤 液流行程相对较长的气液分道式反应器
FR3096587B1 (fr) * 2019-05-28 2021-06-11 Ifp Energies Now Reacteur d’oligomerisation compartimente
CN112090388B (zh) * 2020-09-07 2022-04-12 浙江大学 一种连续流反应器及其在化学反应和合成中的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2142334C1 (ru) * 1994-05-11 1999-12-10 Уреа Касале С.А. Реактор для двухфазовых реакций, в частности, для синтеза мочевины при высоких давлении и температуре
BY6340C1 (en) * 2000-11-14 2004-06-30 Oao Grodno Azot Reactor of synthesis of carbamide
US20040241059A1 (en) * 2001-10-12 2004-12-02 Francois Seidlitz Reactor for oxidizing reaction of a liquid with a gas

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230055A (en) * 1960-12-06 1966-01-18 Hans J Zimmer Apparatus for contacting liquid and gaseous reactants
GB1173302A (en) * 1966-07-20 1969-12-10 Rolls Royce Mixing Device and Mixing Method for Fluids
CN2145639Y (zh) 1993-02-17 1993-11-10 中国石油化工总公司 外复合金属丝网管列管式反应器
RU2102105C1 (ru) * 1996-08-08 1998-01-20 Иван Петрович Слободяник Массообменная колонна
DE19801705A1 (de) 1998-01-17 1999-07-22 Forschungszentrum Mittweida E Vorrichtung zur wirtschaftlich effizienten Abwasserentkeimung und -dekontamination
US6131891A (en) * 1998-03-30 2000-10-17 Uop Llc Fractionation column containing stacked fractionation trays
US6451268B1 (en) 1999-04-16 2002-09-17 Minerals Technologies Inc. Method and apparatus for continuous gas liquid reactions
RU2230593C2 (ru) * 2000-07-25 2004-06-20 Юоп Ллк Ректификационная колонна, содержащая набор фракционирующих тарелок, комплект фракционирующих тарелок для установки в колонне фракционной перегонки и способ установки тарелок в колонну для фракционной перегонки
US7128885B2 (en) * 2002-12-23 2006-10-31 The Boc Group, Inc. NF3 production reactor
EA010067B1 (ru) * 2004-12-20 2008-06-30 Асахи Касеи Кемикалз Корпорейшн Промышленный выпарной аппарат
CN2937121Y (zh) 2006-08-11 2007-08-22 内蒙古海吉氯碱化工股份有限公司 一种氯乙烯反应器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2142334C1 (ru) * 1994-05-11 1999-12-10 Уреа Касале С.А. Реактор для двухфазовых реакций, в частности, для синтеза мочевины при высоких давлении и температуре
BY6340C1 (en) * 2000-11-14 2004-06-30 Oao Grodno Azot Reactor of synthesis of carbamide
US20040241059A1 (en) * 2001-10-12 2004-12-02 Francois Seidlitz Reactor for oxidizing reaction of a liquid with a gas

Also Published As

Publication number Publication date
US9346033B2 (en) 2016-05-24
RU2497567C1 (ru) 2013-11-10
US20150231596A1 (en) 2015-08-20
WO2013184034A3 (ru) 2014-03-13
CN107224943A (zh) 2017-10-03
IN2014DN10387A (ru) 2015-08-14
CN104507562A (zh) 2015-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2497567C1 (ru) Газожидкостный реактор
Benke Micro-reactors: A new concept for chemical synthesis and technological feasibility
US20120241006A1 (en) Process for contacting one or more fluids and a reactor relating thereto
CA2950247A1 (en) Enhanced homogenous catalyzed reactor systems
RU2623733C2 (ru) Способ синтеза мочевины и соответствующая компоновка реакционной секции установки для получения мочевины
Zizka et al. Heat transfer between gas and liquid in a bubble column
JP5563663B2 (ja) 炭化水素ニトロ化のための等温反応器
RU2372572C2 (ru) Теплообменный аппарат (варианты)
Gunjal et al. Catalytic reaction engineering
CN202322675U (zh) 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸连续合成反应装置
UA82476C2 (ru) способ конденсации карбамата и аппарат для осуществления этого способа (варианты)
RU2015105915A (ru) Способ получения алкенилгалогенсиланов и пригодный для его осуществления реактор
CN106999885A (zh) 反应器和其使用方法
Shu et al. Efficient synthesis of polyether polyols in simple microreactors
Karthik et al. Enabling Process Innovations via Mastering Multiphase Flows: Gas–Liquid and Gas–Liquid–Solid Processes
RU32706U1 (ru) Установка для жидкофазного одностадийного синтеза изопрена (варианты)
RU2380149C2 (ru) Способ регулирования температуры экзотермических каталитических реакций
CN211303052U (zh) 一种环戊二烯二聚反应装置
JP2020044478A (ja) 多管式固定床リアクターおよびそれを用いた気相接触反応方法
CN218654384U (zh) 一种用于热敏性物料的多段式反应器
RU2539984C1 (ru) Реактор со стационарным слоем катализатора
CN103604277A (zh) 二氧化碳预冷液化提纯一体化设备
RU2588617C1 (ru) Способ проведения экзотермических и эндотермических каталитических процессов частичного превращения углеводородов и реакторная группа для его осуществления
EA036977B1 (ru) Трубчатый реактор
RU182590U1 (ru) Химический реактор

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14406090

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13800620

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2