УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКСИХЛОРИРОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B01J8/24 C07C17/15 

Под "оксихлорированием" понимают превращение этилена с хлористым водородом и кислородом или кислородсодержащим газом, причем получают 1,2-дихлорэтан (ДХЭ). При этом в качестве хлористого водорода обычно используют хлористый водород, получающийся при термическом расщеплении ДХЭ в винилхлорид.

Для оксихлорирования применяются среди прочего катализаторы, которые содержат на таких пылевидных подложках, как окись алюминия, галогениды металлов, предпочтительно хлорид меди. При этом частицы катализаторов имеют средний диаметр, приблизительно, 50 мкм и образуют псевдоожиженный слой, создаваемый либо только потоками реакционного газа, в случае необходимости содержащего инертный газ, либо дополнительно циркулирующими потоком газа. В этом способе тепло реакции распределяется в псевдоожиженном слое и отводится на поверхностях охлаждения, причем в реакторе с псевдоожиженным слоем достигается равномерное распределение температуры. При этом частицы катализатора имеют высокую прочность на истирание. Это свойство обеспечивается преимущественно материалом носителя, для чего наряду с уже названной окисью алюминия применяется также кремниевая кислота, кизельгур или пемза, При недостаточной прочности на истирание частицы катализатора истираются, в особенности потоками газа и возникающая при этом пыль носителя катализатора выносится потоком газа, направленным вверх из реактора для оксихлорирования. При этом происходит не только потеря катализатора, но и повышенный износ аппаратуры.

С другой стороны, применение прочного на истирание материала носителя вызывает повышенный износ газопроводящих устройств, приводящий к их частичной замене, что связано со значительными расходами и дополнительными затратами в связи с прерыванием процесса производства.

Наряду с необходимостью нахождения оптимума между стабильностью частиц катализатора и вызываемым ими износом требуется также обращать внимание еще и на то, что частицы катализатора не должны спекаться друг с другом, так как обусловленная этим агломерация приводит к нарушению псевдоожиженного слоя. Следствием этого могло бы быть неравномерное распределение температуры в псевдоожиженном слое с соответствующим неблагоприятным ходом реакции, а также в определенных случаях закупорки в узких местах аппаратуры, например, в циклонах для сбора пыли выше псевдоожиженного слоя или в стояках для возврата пыли из этого циклона в псевдоожиженный слой. Эта склонность к агломерации зависит, наряду с природой катализатора и его распределением на носителе катализатора, в частности, от концентрации реакционного газа в псевдоожиженном слое.

Из ЕР-A-0446379 известен реактор для получения ненасыщенных нитрилов, в нижней части которого находится горизонтально расположенный подвод газа для олефина или третичного бутилового спирта, причем на нижней стороне подвода газа расположено большое количество сопел, а также другой подвод газа для содержащего кислород газа, который расположен ниже и параллельно другому подводу газа, и причем расстояние между обоими подводами газов составляет от 25 до 300 мм. Более короткое расстояние может привести к нарушениям газовых потоков вследствие нежелательной реакции, в то время как при больших расстояниях олефин или, соответственно, третичный бутиловый спирт смешиваются о содержащим кислород газом в недостаточной степени, что снижает выход нитрила.

Из патентной заявки Великобритании GB-A-1 265 770 известен реактор для осуществления реакций с подвижным слоем катализатора и распределительной плитой в нижней части реактора, под которой находится один подвод газа и по периферии кожуха реактора выше и рядом с распределительной плитой находится второй подвод газа. Благодаря этому второму подводу газа катализатор не осаждается в периферийной области. Эта мера предосторожности служит, в особенности, тому, что не уменьшается количество катализатора. Внутри подвижного слоя можно предусмотреть еще один подвод газа, расположенный в нижней части реактора, чтобы осуществить хорошее перемешивание компонентов реакции в массе подвижного слоя,
Из публикации WO 94/19099 Международной заявки известно устройство для оксихлорирования, характеризующееся реактором 1, нижним ограничителем 2 для псевдоожиженного слоя катализатора 3, газопроводом (распределительной трубой) 4, имеющей сопла 5, причем сопла 5 входят в трубы 6, придающие входящему потоку газа горизонтальную компоненту в направлении потока и газопровод 9 под ограничителем 2.

Согласно предпочтительным формам выполнения указанные трубы, в которые входят сопла, имеют на конце отклоняющие устройства с выходными отверстиями, или эти трубы направлены под углом вверх или в горизонтальном направлении или под углом вниз и эти трубы свободно заканчиваются в слое катализатора, или эти трубы или выходные отверстия соседних труб расположены таким образом, что выходящие газовые струи встречаются не фронтально друг с другом и/или с соседней трубой. Согласно другим предпочтительным формам сквозь ограничитель проходят трубы, в которых ниже ограничителя, но выше нижнего конца пропущенных через него труб расположены сопла, причем предпочтительно эти сопла размещены ниже половины длины соответствующих труб, в частности, на расстоянии приблизительно одного диаметра трубы от нижнего конца.

Было обнаружено, что в этом известном устройстве при длительном использовании и высокой пропускной способности, т. е. при высоких скоростях газа, в газопроводящих местах происходит определенное истирание. Далее неожиданным образом было выяснено, что это истирание не происходит вообще или наблюдается только в значительно уменьшенной степени, когда по трубам, в которые входят сопла, пропускают выходящий газ, в основном против потока газа, который удерживает катализатор в виде псевдоожиженного слоя.

Таким образом, изобретение относится к устройству для оксихлорирования, которое согласно изобретению характеризуется тем, что оно содержит
- реактор 1,
- нижний ограничитель 2 для псевдоожиженного слоя катализатора 3,
- газопровод (распределительную трубу) 4, расположенный выше ограничителя 2 и внутри псевдоожиженного слоя 3 катализатора, с соплами 5, распределенными по всему поперечному сечению реактора 1,
- причем сопла 5 входят в трубы 6, по которым подводят выходящий поток газа, в основном, в противотоке с потоком газа, который создает псевдоожиженный слой катализатора, и
- трубопровод 7, расположенный ниже ограничителя 2.

Предпочтительно устройство согласно изобретению выполнено таким образом, что число труб 8 равно числу труб 6, равномерно распределенных друг относительно друга по всему поперечному сечению реактора 1. Благодаря соосности каждой из труб 8 и 6 обеспечивается соответствие количеств реагирующих друг с другом газов из труб 8 и 6.

Пространство между верхними концами проходящих через ограничитель 2 труб 8 и нижними концами труб 6, в которые входят сопла 5, образует зону смешивания, имеющую размеры, при которых уже происходит смешивание каждого из выходящих из этих труб компонентов реакции с катализатором, причем исключается зона смешивания от 25 до 300 мм.

Устройство также может содержать трубы 8, проходящие через ограничитель 2, в которых ниже ограничителя 2, но выше нижних концов труб 8 расположены сопла 9,
Сопла 9 могут быть расположены на таком расстоянии от верхних концов труб 8, что скорость направленных вверх струй газа из сопел 9 до верхнего конца трубы 8 равномерно распределяется по соответствующему поперечному сечению труб 8.

Сопла 9 могут быть расположены на расстоянии, приблизительно, одного диаметра трубы 8 от нижнего конца трубы 8.

Трубы 6 могут иметь такую длину, что скорость направленных вниз струй газа из сопел 5 до нижнего конца трубы 6 равномерно распределяется по соответствующему поперечному сечению труб 6.

Пространство между верхними концами труб 8 и нижними концами труб 6 может иметь такой размер, что отсутствует эрозия труб 4, 6, 8, а также нижнего ограничителя 2.

В другом варианте выполнения устройства, согласно изобретению, такое же количество труб 8 и 6 расположены со смещением друг относительно друга. Такая геометрия обуславливает возможно более низкую эрозию труб 6 благодаря восходящему потоку газа из труб 8. С помощью такого расположения достигается немедленный и непосредственный контакт с катализатором реагентов, выходящих из труб 8 и 6 в псевдоожиженный слой катализатора 3. Вследствие этого гарантируется осуществление целевой реакции с образованием ДХЭ, а также подавление побочных реакций, как например, сгорания этилена с кислородом.

Другая форма выполнения этого устройства дает большую свободу для его расчета и конструктивного выполнения. При этом число труб 6 отличается от числа труб 8, Здесь также является важным возможно более равномерное распределение этих труб по поперечному сечению реактора 1, Эта форма дает возможность изменить число труб 6 в имеющемся реакторе без одновременной подгонки труб 8, что означало бы большие расходы.

Далее изобретение поясняется более подробно с помощью примера.

Пример
Применяют аппаратуру согласно фиг. 1. К реактору 1, имеющему диаметр 2,8 м и высоту 26 м, подводят газообразные компоненты реакции, предварительно нагретые до температуры 160^oC. Смесь из 5974 кг/ч хлористого водорода и 1417 кг/ч кислорода подают по трубопроводу 4 через сопла 5 и трубы 6 в псевдоожиженный слой катализатора 3. Сопла 5 имеют различные диаметры, благодаря чему достигается возможно более равномерное распределение газа по всем соплам 6 и тем самым по всему поперечному сечению реактора 1, Диаметр сопел увеличивается в направлении потока в трубопроводе 4 от 8,6 мм до 9,3 мм и затем до 10 мм для компенсации различных потерь давления вдоль газопровода до соответствующих сопел 5. Трубы 6 с внутренним диаметром 40 мм имеют длину 300 мм. Через трубопровод 7 и трубы 8 с соплами 9 через нижний ограничитель 2 протекает 2380 кг/ч этилена. В реакторе 1 в качество катализатора находится хлорид меди (П) на носителе " окиси алюминия в виде псевдоожиженного слоя катализатора 3. В этот псевдоожиженный слой вводят вышеназванные компоненты реакции. Для псевдоожижения слоя через газопровод 7 и трубы 8, проходящие через нижний ограничитель 2, в реактор 1 дополнительно подают циркулирующий поток газа, имеющий скорость 8780 кг/ч. Верхние концы труб 8 соединены с нижним ограничителем 2. Расстояние между этим нижним ограничителем и нижними концами труб 6 составляет 400 мм. На этом участке реагенты распределяются по поперечному сечению реактора и тем самым образуются зоны смешивания каждого компонента реакции с катализатором. Этилен и циркулирующий газ протекают в реакторе снизу вверх. На этом пути они встречаются с хлористым водородом и кислородом и реагируют в контакте с вышеуказанным катализатором до ДХЭ и воды. Выделяющаяся при этом теплота реакции, составляющая 238,5 кДж/моль, отводится через псевдоожиженный слой 3 катализатора и шланг охлаждения 12, в котором испаряется вода при температуре 183^oC. Температура реакции составляет 225^oC при избыточном давлении в реакторе, равном 3,2 бар. Поток газа в верхней части реактора, состоящий из продуктов реакции и циркулирующего газа, выходит из реактора 1 через три циклона для дальнейшей переработки (на чертеже не показано). Три циклона, включенных последовательно, служат для сбора увлеченного пылевидного катализатора из потока газа в верхней части реактора поверх псевдоожиженного слоя катализатора.

Получение 1,2-дихлорэтана из этилена, хлористого водорода, кислорода или кислородсодержащего газа (оксихлорирование) происходит в реакторе с нижним ограничителем для псевдоожиженного слоя катализатора, причем выше ограничителя и внутри псевдоожиженного слоя катализатора расположен первый газопровод (распределительные трубы) 4, содержащий сопла 5, распределенные по всему поперечному сечению реактора, причем эти сопла 5 входят в трубы 6, которые пропускают выходящий поток газа в основном против потока того газа, который создает псевдоожиженный слой катализатора, при этом этот поток газа подводят через второй газопровод 7 выше ограничителя. Техническим результатом является уменьшение истирания в газопроводящих местах реактора. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для оксихлорирования, содержащее реактор (1), нижний ограничитель (2) для псевдоожиженного слоя (3) катализатора, газопровод (распределительные трубы) (4), расположенный выше ограничителя (2) и внутри псевдоожиженного слоя (3) катализатора, с соплами (5), при этом сопла (5) входят в трубы (6), газопровод (7), расположенный ниже ограничителя (2), и трубы (8), проходящие через ограничитель (2), отличающееся тем, что сопла (5) распределены по всему поперечному сечению реактора (1) и трубы (6) пропускают выходящий поток газа преимущественно в противотоке с потоком газа, создающего псевдоожиженый слой катализатора, причем пространство между верхними концами проходящих через ограничитель (2) труб (8) и нижними концами труб (6), в которые входят сопла (5), образует зону смешивания, имеющую размеры, при которых уже происходит смешивание каждого из выходящих из этих труб компонентов реакции с катализатором. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит трубы (8), проходящие через ограничитель (2), в которых ниже ограничителя (2), но выше нижних концов труб (8), расположены сопла (9). 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сопла (9) расположены на таком расстоянии от верхних концов труб (8), что скорость направленных вверх струй газа из сопел (9) до верхнего конца трубы (8) равномерно распределяется по соответствующему поперечному сечению труб (8). 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что сопла (9) расположены на расстоянии приблизительно одного диаметра трубы (8) от нижнего конца трубы (8). 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубы (6) имеют такую длину, что скорость направленных вниз струй газа из сопел (5) до нижнего конца трубы (6) равномерно распределяется по соответствующему поперечному сечению труб (6). 6. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что сопла (5) имеют различные диаметры, благодаря чему количество газа равномерно распределяется по всему поперечному сечению реактора (1). 7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что пространство между верхними концами труб (8) и нижними концами труб (6) имеет такой размер, что отсутствует эрозия труб (4, 6, 8), а также нижнего ограничителя (2).