Способ обеспечения взрывобезопасностижидКОфАзНыХ ХиМичЕСКиХ пРОцЕССОВ Советский патент 1981 года по МПК B01J10/00 

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 тазо- образными реагентами инертных газов или паров (флегматизаторов D таком количестве, чтобы концентрация 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 рециркуляционных потоков и размеров аппаратуры, большой унос ценных продуктов реакции, реагентов и растворителей с отходяпщми газами. Известен способ предотвращения взрывов в процессах жидаофазного окисления путем разбрызгивания в свободном пространстве реактора жидкого реагента и поддержания равномерной концентрации капель в потоке отходящей парогазовой смеси i2. Известный способ уменьшает опасность взрыва, но не исключает подачу на входе в реактор флегматизатора в количестве, необходимом для поддержания минимальной взрывоопасной кон- центрации 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 проведения их при температуре реакционного рйствора, соответствутощей равновесной .концентрации паров горючей жидкости большей верхнего концентрацион ного предела восгшамеиения с получением отходящей парогазовой смеси Недостатком известного способа является образование взрывоопасных туманов при охлаждении отходящей пар газовой смеси в отводящем трубопров де, холодильниках и дефлагматорах. При этом не исключается необходимость поддержания, в отходящей парогазовой смеси содержания кислор да ниже максимальной взрьшобезопасной концентрации. С целью повьшения взрывобезопасности и эффективности процессов отх дящую парогазовую смесь абсорбируют жидкостью при температуре, сортветствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрационного предела воспламенения, 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 условиях насьпцаются парами толуола до концентрации 30,8 об.%, которая больше его верхнего концентрационного предела воспламенения 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 конденсация паров толуола из пузырьков барботирующей парогазов.ой смеси и уменьшение его концентрации в газовой фазе до 0,6 об.%, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения толуола в воздухе, равного 1,2 об.%. Это обеспечивает вз|рывобезопасность см си, выходящей из реактора. Концент рация 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 проводят кислородом воздуха, который, барботируя в зоне реакции, насьш;аетсяв этих условиях 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 конденсация и поглощение паров циклогексана из парогазовой смеси, выходящей из реакционной зоны, до концентрации его в газовой фазе 0,85 об% что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения, равного 2,3 об.%. П р и м е р 3. Получение адипиновой кислоты жидкофазным окислением пиклогексана. 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 реактора 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 реакторе поддерживают равной 28 С. При этой температуре концентрация хщклогексана в воздухе на выходе из реактора будет 1 об.%, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения. , 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 насыщается парами ацетальдегида до концентрации 97,5 об.%, которая вьше верхнего концентрационного предела воспламенения 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, выходящей из зоны реакции, так что концентрация его в кислороде уменьшается до 2,4 об.%, что меньше нижнего концен рационного предела воспламенения, 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;аются 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 ления насьш1енных паров, его концент ция в газовой фазе пренебрежимо мал и при расчете взрывоопасных свойств смеси не учитывается. На газопроницаемую перегородку подается чистая уксусная кислота температура которой поддерживается не выше . При этой температуре будет происходить поглощение паров уксусной кислоты из смеси, выходящей из зоны реакции. При этом концентрация уксусной кислоты в газовой фазе понизится до 2,7 об.% что меньше ее нижнего концентрационного предела воспламенения в воздухе, равного 5,4 об.%. При этом концентрация кислорода на выходе из реактора может быть увеличена от максимальной взрывобез пасной, равной 3-5 об.%, до 20 об.% Это позволяет 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, являющейся инициатором окисления, 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 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.%, На газопроницаемую перегородку подают свободный от перекиси водорода Изопропиловый спирт, температуру которого поддерживают не выще , Такая температура обеспечивает конденсацию и поглощение изопротшового спирта из парогазовой смеси, выходящей из реакционного раствора. При этом концентрация его уменьшается до 0,54 об.%, что меньше его нижнего концентрационного предела воспламенения, равного 2 об.%. П р и м е Р 7. Получение дихлорэтана жидкофазным хлорировайием этилена. В нияснюю часть реактора, заполненную дихлорэтаном, подают раздельно газообразWjie 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.%, что больше.его верхнего онцентрационного предела воспламенения в хлоре, равного 36,8 об.%. На газопроницаемую перегородку по- ают дихлорэтан, температуру котороо поддерживают не выше . При той температуре происходит поглоение дихлорэтана из отходящей пароазовой смеси так, что его содержаие в хлоре уменьшается до концентраии 8 об.%, меньшей нижнего концентационного предела воспламенения, авного 16,4 об.%. 7 Предлагаемый способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов имеет преимущест ва, так как позволяет увеличить кон центрацию реагентов и скорость целе вой реакции. При этом уменьшается скорость побочных реакций и улучшается качество целевых продуктов. Поскольку конденсация паров уносимой жидкости происходит непосредственно в реакторе, отпадает необходимость в выносных холодипьниках и дефлегматорах для и,х улавливания и исключается возможность образования в них и в соединительном трубопроводе взрывоопасных туманов Исключение флегматизатора приводит к уменьшению объёма рециркуляционных потоков, что позволяет снизить унос продуктов с отходящими газами и уменьшить размеры аппаратов. Формула изобретения . 1 , Способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химичесIких процессов с образованием парогазовой смеси путем проведения их при температуре реакционного раствора, соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости большей верхнего концентрационного предела воспламенения, отличающийс я тем, что, с целью повышения взрывобезопасности и эффективности процессов, отходящую парогазовую смесь абсорбируют жидкостью при температуре, соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрационного предела воспламенения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, в качестве жидкости используют компоненты реакционного раствора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами, М., Химия, 1972, с. 222-223, 225-226. 2.Патент США № 3692823, кл. 260497А, 1972.