СПОСОБ СИНТЕЗА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Советский патент 1950 года по МПК C01J8/08 

В современной технике производства моторных топлив, специальных углеводородов, спиртов и многих других органических соединений часто синтезируют эти соединения из смеси водородов и окиси углерода. Изменяя температуру, давление, время протекания реакций и характер применяемого катализатора, можно получать самые разнообразные продукты из этой смеси.

Основная, принципиально достаточно сложная задача, которая стоит при создании промышленного способа производства какого-либо соединения синтезом, заключается (при определившемся выборе соответствующего катализатора и условий) в создании процесса, обеспечивающего стабильность температурного режима в реакционной камере.

Сложность решения этой задачи связана с одной стороны со значительным тепловым эффектом реакций синтеза и с другой стороны с большой чувствительностью этих реакций к изменению температуры.

Известны способы создания «изотермического режима» путем проведения синтеза в теплообменнике с сильно развитыми поверхностями и циркуляцией значительных объемов жидкого или газообразного теплоносителя, отнимающего тепло и поддерживающего тем самым постоянную температуру в реакционном пространстве, заполненном катализатором.

Предлагаемый способ поддержания заданного температурного режима основан на использовании высокоскоростного теплообмена с твердыми порошками и гранулированным материалом.

Принцип поддержания заданного режима заключается в порционной или непрерывной по длине реактора подаче твердого холодного порошка-теплоносителя (базальт, песок и т.п.) в реакционную камеру. Подаваемый порошок отнимает (в эндотермических процессах горячий порошок подводит тепло в реактор) избыток тепла, выделяющийся при реакции синтеза, и тем самым поддерживает температуру на заданном уровне. Регулировку температуры осуществляют увеличением или уменьшением количества подаваемого порошка. Теплоносителем в некоторых случаях может быть также порошок катализатора. Схема прогрева порошка может быть как прямоточной в газовзвеси, так и противоточной в «падающем слое». При применении «плотного слоя» гранул теплоносителя твердые холодные частицы подают в отдельные секции реактора, из которых в нижней части каждой секции выводят нагретые до реакционной температуры частицы.

На чертеже изображена одна из возможных схем синтеза с порошковым теплоносителем.

Синтез проводят следующим образом. Синтез-газ подают через штуцер 1 в пневмотрубу 2, где он подхватывает холодный твердый теплоноситель (порошок) и подает его в бункеры 3 и 4. Синтез-газ идет далее через газопровод 5, где он смешивается с пылевидным катализатором, поступающим из бункера 6. Далее газ с взвешенным в нем катализатором поступает в реактор 7, где он движется снизу вверх, навстречу падающим равномерным «дождем» частичкам твердого теплоносителя («падающий слой»). Теплоноситель из бункеров 3 и 4 подают в реактор 7 через специальные отверстия 8 и 9. Если в реакторе идет равномерное выделение тепла по высоте, то для поддержания изотермического режима в реакторе, теплоноситель желательно подавать по всей высоте реактора равномерно по продольной щели, идущей по всей высоте реактора.

Практически эта щель может состоять из отдельных отверстий по высоте. Количество теплоносителя подают с таким расчетом, чтобы тепло, выделяющееся в результате реакции, целиком поглощалось за счет прогрева теплоносителя до реакционной температуры. Если тепловыделение за счет реакции идет по высоте реактора неравномерно или если необходимо создание не изотермического, а строго заданного температурного режима по высоте реактора, то это легко достигают соответствующим распределением теплоносителя по высоте реактора. Порошок, подаваемый через отверстие 9, охлаждает продукты, выходящие из реактора.

Синтез-газ, поступающий с катализатором в реактор в холодном виде, нагревается за счет тепла, передаваемого ему теплоносителем, падающим из реактора в бункер 10. Нагретый в реакторе теплоноситель при температуре, несколько меньшей, чем реакционная, идет далее для охлаждения. Охлажденные синтез-продукты, выходящие из реактора 7, вместе с катализатором поступают в циклон 11 и, если надо, в фильтр, и идут далее в систему разделения. Катализатор из циклона 11 поступает в бункер 6. Запуск установки производят путем подачи нагретого газа Через пусковой штуцер 12.

Обычно реакции синтеза идут с большим выделением тепла, и с энергетической точки зрения нерационально не использовать это тепло. Способы использования этого тепла могут быть различными и, в частности, это тепло может пойти для генерации пара или для ведения соответствующих эндотермических реакций.

В нашей схеме это тепло используют для производства пара. Параметры пара зависят от температурного режима в реакторе, который может меняться от 150 до 550°С. Давление в реакторе также может быть от атмосферного до высокого (100-200 ати) в зависимости от процесса, который проводят в реакторе.

По приведенной схеме теплоноситель из бункера 10 подают шлюз-питателем 13 в бункер 14 первого котла 15. Теплоноситель через отверстие 16 поступает в паровой котел, представляющий собой реторту, в которую через штуцер 17 насосом 18 подают воду. Вода, продвигаясь вверх по реторте, нагревается и испаряется. В верхней части котла 15 возможен также перегрев пара, выходящего затем через пароотвод 19.

Охлажденный теплоноситель выгружают через шлюз-питатель 20 в бункер 21, откуда его подают в пневмотрубу 2, где и замыкается цикл работы теплоносителя. Рабочим веществом, заполнителем шлюз-питателя 13, является водяной пар. Воду подают насосом через линию 22. Вытеснение воды из шлюз-питателя 20 производят через линию 23 синтез-газом, поступающим по линии 24. В случае необходимости подсушки теплоносителя в бункер 21 по линии 25 подают пар.

Возможности применения предлагаемого способа ведения синтеза органических соединений весьма обширны и промышленное применение этого способа должно быть как энергетически, так и химически весьма эффективным.

1. Способ синтеза органических соединений из смеси газов (СО, H₂ и др.) с применением соответствующих катализаторов, отличающийся тем, что, с целью поддержания изотермического или заданного температурного режима, подачу твердого порошкообразного инертного теплоносителя или теплоносителя-катализатора осуществляют в различные точки и области реактора.

2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что при применении инертного порошкообразного теплоносителя необходимый для процесса пылевидный катализатор подают с синтез-газом в реактор во взвешенном состоянии и выводят из реактора вместе с продуктами синтеза.