PL180784B1 - Urządzenie do przemiany etylenu z chlorowodorem i tlenem lub gazem zawierającym tlen w 1,2-dichloroetan - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do przemiany etylenu z chloro- wodorem i tlenem lub gazem zawierajacym tlen w 1,2-dichloroetan w reaktorze, obejmujace poziome doprowadzenie gazu usytuowane w dolnej czesci rea- ktora, przy czym na dolnej stronie doprowadzenia gazu usytuowanych jest wiele dysz, dolny element odgraniczajacy zloze fluidalne z rurami przeprowa- dzonymi przez element odgraniczajacy oraz kolejne doprowadzenie gazu, które usytuowane jest ponizej i równolegle do innego doprowadzenia gazu i jest skierowane przeciwnie do niego, znamienne tym, ze rury (6), do których maja ujscia dysze (5) maja skierowane do dolu otwory wylotowe o kierunku przeciwnym do otworów wylotowych rur (8), a od- leglosc pomiedzy dolnymi koncami rur (6) i górnymi koncami rur (8), tworzaca strefe mieszania, wynosi ponad 300 mm. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do przemiany etylenu z chlorowodorem i tlenem lub gazem zawierającym tlen w 1,2-dichloroetan.

Przemiana ta określana jest także oksychlorowaniem.

Jako chlorowodór wykorzystuje się przy tym zwykle chlorowodór powstający przy rozkładzie 1,2-dichloroetanu (EDC) na chlorek winylu.

Do oksychlorowania stosuje się między innymi katalizatory, które na pylistym nośniku takim jak tlenek glinu, zawierają halogenki metali, korzystnie chlorek miedzi. Cząsteczki katalizatora mają przy tym średnią średnicę wynoszącą około 50 pm i tworzą złoże fluidalne, które unoszone jest przez strumienie gazów reakcyjnych, lub za pomocą cząstek gazu obojętnego, albo przez strumień gazu obiegowego. Przy takim sposobie ciepło reakcji zostaje rozprowadzone w złożu fluidalnym i odprowadzone przez powierzchnie chłodzące, wskutek czego w reaktorze ze złożem fluidalnym uzyskuje się równomierny rozkład temperatury. Cząstki katalizatora muszą mieć wysoką wytrzymałość na ścieranie. Tę właściwość uzyskuje się przez zastosowanie odpowiedniego materiału nośnego, którym oprócz wymienionego już tlenku glinu może być kwas krzemowy, ziemia okrzemkowa lub pumeks. Przy niewystarczającej wytrzymałości na ścieranie, cząstki katalizatora zostałyby roztarte, zwłaszcza przez strumienie gazu z urządzenia wprowadzającego gaz, a wytworzony przez to pył nośnika katalizatora wynoszony byłby z reaktora do oksychlorowania, przez strumień gazu skierowany do góry. Powoduje to nie tylko utratę katalizatora lecz także zwiększone zużycie aparatury na skutek abrazji.

180 784

Zastosowanie materiału nośnika o dużej wytrzymałości na ścieranie powoduje jednak zwiększone zużycie urządzeń do wprowadzania gazu zmuszający do częstej ich wymiany, co jest pracochłonne i kosztowne również ze względu na konieczność przerywania produkcji.

Oprócz koniecznego dobrania odpowiedniej stabilności cząstek katalizatora i uwzględnienia przy tym powodowanej przez nie abrazji, konieczne jest również wzięcie pod uwagę aby cząstki katalizatora nie spiekały się, to znaczy nie podlegały aglomeracji, gdyż powodowane tym zbrylanie prowadzi do zakłóceń w złożu fluidalnym. Skutkiem tego byłby nierównomierny rozkład temperatury w złożu fluidalnym z odpowiednio niekorzystnym przebiegiem reakcji, a także ewentualne zablokowania w węższych miejscach aparatury, na przykład w oddzielaczach cyklonowych służących do oddzielania pyłu powyżej złoża fluidalnego, lub w rurach spustowych, służących do zawracania tego pyłu z cyklonów do złoża fluidalnego. Taka skłonność do zbrylania zależy od właściwości katalizatora i jego rozkładu na nośniku katalizatora, a zwłaszcza od stężenia gazów reakcyjnych w złożu fluidalnym.

Z europejskiego opisu EP-A-0 446 379 znany jest natomiast reaktor do wytwarzania α-β-nienasyconych nitryli, w którego dolnej części znajduje się poziomo usytuowane doprowadzenie gazu dla olefin lub trzeciorzędowego alkoholu butylowego, przy czym na dolnej stronie doprowadzenia gazu umieszczonajest duża liczba dysz oraz inne doprowadzenie dla gazu zawierającego tlen, które usytuowane jest poniżej i równolegle do poprzedniego doprowadzenia gazu, a odstęp pomiędzy obydwoma doprowadzeniami gazu wynosi 25 do 300 mm. Zbyt mały odstęp może spowodować uszkodzenie doprowadzeń gazu wskutek stopienia podczas jakiejś niespodziewanej reakcji, natomiast przy zbyt dużych odstępach olefina względnie trzeciorzędowy alkohol butylowy nie mieszają się wystarczająco z gazem zawierającym tlen, co zmniejsza uzysk nitrylu.

Z brytyjskiego opisu GB-A-1 265 770 znany jest zaś reaktor do reakcji ze złożem fluidalnym zawierający płytę rozdzielczą w dolnej części reaktora, pod którąusytuowane jestjedno doprowadzenie gazu, a w obszarze brzegowym obudowy reaktora, powyżej i w pobliżu płyty rozdzielczej usytuowane jest drugie doprowadzenie gazu. To drugie doprowadzenie gazu powoduje to, że w obszarze brzegowym nie osadza się katalizator. Zabieg ten służy zwłaszcza do tego, że katalizator nie ulega redukcji. W złożu fluidalnym może znajdować się inne doprowadzenie gazu, które umieszczone jest w dolnej części reaktora, ażeby zachodziło dobre wymieszanie substratów reakcji przy bazie złoża fluidalnego.

Z publikacji WO 94/19099 znane jest urządzenie do oksychlorowania, mające reaktor, dolny element odgraniczający złoże fluidalne katalizatora, wprowadzenie gazu w postaci rury rozdzielczej zawierającej dysze, przy czym dysze mają wyloty w rurach, które wychodzącemu strumieniowi gazu nadają składową poziomą w kierunku przepływu, a ponadto urządzenie to ma wprowadzenie gazu poniżej elementu odgraniczającego.

W urządzeniu tym dolne końce rur zaopatrzone są w pokrywę, tak, że gaz wydobywa się poprzez otwory tylko bocznie, w kierunku poziomym i jest skierowany równolegle do elementu odgraniczającego.

Korzystne postacie wykonania zbudowane są tak, że wspomniane rury, w których mają swój wylot dysze, zawierająna końcu elementy kierujące z otworami wylotowymi lub też, rury te skierowane są skośnie do góry albo w kierunku poziomym, i mają swobodne zakończenie w złożu katalizatora albo rury te, względnie otwory wylotowe sąsiednich rur sątak umieszczone, iż wypływaj ące strumienie gazu nie trafiaj ąna siebie frontalnie i/lub nie trafiająna sąsiedniąrurę.

Inne korzystne wykonania skonstruowane sątak, że poprzez element odgraniczający przeprowadzone sąrury, w których dysze umieszczone sąponiżej elementu odgraniczaj ącego, ale powyżej dolnego końca przeprowadzonej rury, przy czym korzystnie dysze te usytuowane są poniżej połowy długości danej rury, zwłaszcza w odległości od końca rury równej średnicy rury.

Stwierdzono, iż w tym znanym urządzeniu przy długiej eksploatacji i dużych natężeniach przepływu (wysokim przerobie), a więc przy dużych prędkościach gazu, następuje znaczne ścieranie w elementach doprowadzających gaz.

180 784

Niespodziewanie zostało stwierdzone, że ta ścieralność nie występuje wcale lub w znacznie zmniejszonym zakresie, gdy rury, w których mają ujście dysze, prowadzą wychodzący gaz przeciwnie do strumienia gazu, który utrzymuje katalizator w postaci złoża fluidalnego.

Urządzenie do przemiany etylenu z chlorowodorem i tlenem lub gazem zawierającym tlen w 1,2-dichloroetan w reaktorze, obejmujące poziome doprowadzenie gazu usytuowane w dolnej części reaktora, przy czym na dolnej stronie doprowadzenia gazu usytuowanych jest wiele dysz, dolny element odgraniczający złoże fluidalne z rurami przeprowadzonymi przez element odgraniczający oraz kolejne doprowadzenie gazu, które usytuowane jest poniżej i równolegle do innego doprowadzenia gazu i jest skierowane przeciwnie do niego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że rury, do których mają ujścia dysze, mają skierowane do dołu otwory wylotowe o kierunku przeciwnym do otworów wylotowych rur, a odległość pomiędzy dolnymi końcami rur i górnymi końcami rur tworząca strefę mieszania, wynosi ponad 300 mm.

W rurach przechodzących przez element odgraniczający znajdują się dysze, usytuowane poniżej elementu odgraniczającego, ale powyżej dolnego końca rur.

Dysze umieszczone są w odstępie od górnego końca rur.

Korzystnie, dysze umieszczone są od dolnego końca rur, w odległości równej średnicy rury.

Długość rur umożliwiająca przy dolnym końcu tych rur równomierną prędkość przepływu strumieni gazu opuszczających dysze, korzystnie wynosi 300 mm.

Dysze mają różne średnice wzdłuż przekroju poprzecznego reaktora.

Rury usytuowane są z pewnym przesunięciem w stosunku do siebie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym urządzenie do przemiany etylenu z chlorowodorem i tlenem lub gazem zawierającym tlen w 1,2-dichloroetan.

To urządzenie do oksychlorowania obejmuje reaktor 1, dolny element odgraniczający 2 złoże fluidalne 3 katalizatora, a powyżej elementu odgraniczającego 2, wewnątrz złoża fluidalnego 3 katalizatora, znajduje się wprowadzenie gazu 4 w postaci rury rozdzielczej, które usytuowane jest na całym poprzecznym przekroju reaktora 1 i zawiera dysze 5. Dysze 5 mają różne średnice wzdłuż przekroju poprzecznego reaktora 1 dla równomiernego rozkładu ilości gazu wprowadzanego przez doprowadzenie gazu 4. Dysze 5 mają wyloty w rurach 6, które wychodzący strumień gazu wyprowadzają w przeciwprądzie do strumienia gazu, fluidyzującego katalizator. Ponadto, reaktor 1 ma wprowadzenie gazu 7 usytuowane poniżej elementu odgraniczającego 2.

Natomiast, w górnej części reaktora 1 ponad wprowadzeniem gazu 4 usytuowana jest wężownica chłodząca 12, do której odprowadzane jest przez złoże fluidalne 3 ciepło reakcji.

Poprzez element odgraniczający 2 złoże fluidalne 3 przechodząrury 8 zawierające dysze 9.

Dysze 9 umieszczone sąw odstępach od dolnego i górnego końca rur 8, umożliwiających w górnej części rur 8 równomierną prędkość przepływu strumieni gazu opuszczającego dysze 9 na całym przekroju poprzecznym danej rury 8.

Górne końce rur 8 znajdują się w jednej płaszczyźnie z dolnym elementem odgraniczającym 2.

W postaci wykonania urządzenia według wynalazku przedstawionej na rysunku, rury 8 i 6 położone są naprzeciwległe z pewnym przesunięciem w stosunku do siebie. Taka geometria powoduje możliwie najmniejszą erozję rur 6 powodowaną strumieniem gazu wychodzącego z rur 8.

Ponadto, przy takiej budowie urządzenia uzyskuje się to, że substraty reakcji wychodzące z rur 8 i 6 do złoża fluidalnego 3 katalizatora, uzyskuj ą natychmiast bmdoo dobry oontkkt k katal i zatorem. Wskutek tego usprawniona jest żądana reakcja tworzenia się EDC, a reakcje uboczne, jak na przykład spalanie się etylenu z tlenem, zostają zahamowane.

Ilość rur 8 może być równa ilości rur 6, rozmieszczonych równomiernie na całym przekroju poprzecznym reaktora 1.

180 784

Inna postać wykonania urządzenia dopuszcza większe swobodne przestrzenie przy jego rozmieszczeniu i budowie. W tym przypadku ilość rur 6 i ilość rur 8 są różne. Jednakże i tutaj ważne jest, aby rury te były rozmieszczone możliwie równomiernie na przekroju poprzecznym reaktora 1. Taka postać wykonania stwarza możliwość zmiany ilości rur 6 w istniejącym reaktorze, bez potrzeby jednoczesnego dopasowywania rur 8, co byłoby bardzo pracochłonne.

Wynalazek zostanie wyjaśniony bliżej na podstawie poniższego przykładu wykonania.

Przykład

Do reaktora 1 (o budowie zgodnej z rysunkiem) o średnicy 2,8 m i wysokości 26 m, wprowadza się z gazowe substraty reakcji podgrzane do temperatury 160°C. Mieszanina złożona z 5974 kg/h chlorowodoru i 1417 kg/h tlenu przepływa przez wprowadzenie gazu 4 oraz dysze 5 i rury 6 do złoża fluidalnego 3 katalizatora. Dysze 5 mają różne średnice, aby uzyskiwać możliwie równomierny rozkład gazu na wszystkie dysze, a tym samym na całym przekroju poprzecznym reaktora 1. Średnica dysz 5 we wprowadzeniu 4 powiększa się wraz z kierunkiem przepływu gazu od średnicy 8,6 mm do średnicy o wielkości 9,3 mm i dalej do wielkości 10 mm, aby skompensować straty ciśnienia występujące wzdłuż wprowadzenia 4 do miejsca usytuowania danej dyszy 5. Rury 6 o wewnętrznej średnicy 40 mm, mają długość wynoszącą 300 mm. Przez wprowadzenie gazu 7 i rury 8 z dyszami 9 poprzez dolny element odgraniczający 2 przepływa 2380 kg/h etylenu. W reaktorze 1 jako katalizator znajduje się chlorek miedzi (Ii) na nośniku z tlenku glinu, tworząc złoże fluidalne 3 katalizatora. W złoże to wprowadza się wymienione substraty reakcji. W celu fluidyzacji złoża, do reaktora 1 przez dolny element odgraniczający 2 i rury 8, dodatkowo wpływa wprowadzeniem gazu 7 strumień gazu obiegowego w ilości 8780 kg/h. Pomiędzy tym dolnym elementem odgraniczającym 2 i dolnymi końcami rur 6 istnieje odstęp wynoszący 400 mm. Na tym odcinku substraty reakcji rozdziela się na cały przekrój poprzeczny reaktora, tak że tworzą się strefy zmieszania poszczególnych substratów reakcji i katalizatora. Etylen i gaz obiegowy przepływają w reaktorze z dołu do góry. Na tej drodze napotykają na chlorowodór i tlen, reagują więc przy współudziale istniejącego katalizatora, tworząc EdC i wodę. Występujące przy tym ciepło reakcji wynoszące 238,5 kJ/mol, odprowadza się przez złoże fluidalne 3 do wężownicy chłodzącej 12, w której woda przechodzi w parę przy temperaturze 183°C. Temperatura reakcji wynosi 225°C przy panującym w reaktorze nadciśnieniu o wielkości 3,2 -10⁵Pa. Strumień gazu przy wierzchołku reaktora, składający się z produktów reakcji i gazu obiegowego, opuszcza reaktor 1 poprzez trzy oddzielacze cyklonowe (nie przedstawione na rysunku) i przechodzi do dalszej przeróbki. Połączone szeregowo trzy oddzielacze cyklonowe służą do oddzielania pyłu katalizatora porywanego ze strumienia gazu przy wierzchołku reaktora powyżej złoża fluidalnego katalizatora.

180 784 ·' iFfi ·'···

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do przemiany etylenu z chlorowodorem i tlenem lub gazem zawierającym tlen w 1,2-dichloroetan w reaktorze, obejmujące poziome doprowadzenie gazu usytuowane w dolnej części reaktora, przy czym na dolnej stronie doprowadzenia gazu usytuowanych jest wiele dysz, dolny element odgraniczający złoże fluidalne z rurami przeprowadzonymi przez element odgraniczający oraz kolejne doprowadzenie gazu, które usytuowane jest poniżej i równolegle do innego doprowadzenia gazu i jest skierowane przeciwnie do niego, znamienne tym, że rury (6), do których maj ąujścia dysze (5) mają skierowane do dołu otwory wylotowe o kierunku przeciwnym do otworów wylotowych rur (8), a odległość pomiędzy dolnymi końcami rur (6) i górnymi końcami rur (8), tworząca strefę mieszania, wynosi ponad 300 mm.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w rurach (8) przechodzących przez element odgraniczający (2) znajdują się dysze (9) usytuowane poniżej elementu odgraniczającego (2) ale powyżej dolnego końca rur (8).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że dysze (9) umieszczone są w odstępie od górnego końca rur (8).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że dysze (9) umieszczone są od dolnego końca rur (8), w odległości równej średnicy rury (8).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że długość rur (6) umożliwiająca przy dolnym końcu tych rur równomierną prędkość przepływu strumieni gazu opuszczających dysze (5), korzystnie wynosi 300 mm.

6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 5, znamienne tym, że dysze (5) mają różne średnice wzdłuż przekroju poprzecznego reaktora (1).

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rury (8) i rury (6) usytuowane sąz pewnym przesunięciem w stosunku do siebie.