Спосіб здійснення хімічних процесів

Изобретение относится к способам осуществления химических процессов и может быть использовано при проведении газофазных химических реакций в присутствии гетерогенных катализаторов. Известен способ осуществления химических процессов, например, способ очистки сточных вод от органических соединений путем глубокого окисления в реакторе проточного типа с псевдоожиженным слоем приготовленного на носителе катализатора при порозности псевдоожиженного слоя 0,46 - 0,82, причем сточную воду подают непосредственно в псевдоожиженный слой катализатора [1]. Недостатки описанного способа связаны с использованием псевдоожиженного слоя катализатора, а именно: - из-за истираемости и механического уноса пыли катализатора с отходящими газами имеют место потери катализатора; - в присутствии минеральных солей за счет блокировки пор быстро снижается активность катализатора. Поэтому по способу [1] требуется повышенный расход катализатора. Описанный способ не может быть применен и для обезвреживания солесодержащих отходов. Наиболее близким по совокупности признаков является способ осуществления химических процессов "Химпроцесс-88", включающий проведение процесса в присутствии частиц гетерогенного катализатора и инертного материала в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора или инертного материала, в который непрерывно вводят сверху или снизу и выводят снизу или сверху инертный материал или катализатор [2]. И катализатор, и инертный материал вводят в зону реакции в сухом виде, для чего требуется сложная система дозирования и значительные расходы на пневмотранспорт катализатора. Еще одним недостатком известного способа является повышенный расход катализатора, связанный с тем, что используют частицы катализатора большого размера (0,5 2,5мм), что лимитирует поверхность контакта с реагентами. Задачей данного изобретения является усовершенствование способа осуществления газофазных химических процессов путем исключения из него сложной системы дозирования и пневмотранспорта за счет подачи катализатора в реактор в виде суспензии, при обеспечении оптимальной степени превращения реагирующи х веществ. Поставленная задача решается тем, что в способе осуществления химических процессов в присутствии ге терогенного катализатора, используемого в качестве проточного компонента через псевдоожиженный слой инертного материала и движущегося снизу вверх, и хотя бы одного исходного вещества, находящегося в жидком состоянии, согласно заявляемому изобретению гетерогенный катализатор с эквивалентным диаметром частиц до 10мкм вводят в реактор в виде суспензии в исходном веществе, находящемся в жидком состоянии/при концентрации катализатора в суспензии 25 - 150г/л. Введение в реакционную зону гетерогенного катализатора в виде суспензии в исходном жидком веществе при осуществлении газофазных химических процессов не выявлено в известных способах. Новый прием использования пылевидного гетерогенного катализатора позволяет упрочнить процесс за счет исключения из технологической схемы аппаратов, имеющих отношение к дозированию и вводу катализатора в реактор. Поиск, проведенный по источникам научнотехнической и патентной информации, показал, что совокупность всех существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна. Следовательно, заявляемый способ осуществления химических процессов соответствует требованиям новизны. Особенностью предлагаемого способа является использование нового приема введения катализатора в газофазную реакционную систему в виде суспензии с одним из исходных реагентов, находящихся в жидком состоянии. При этом оказалось, что химический процесс завершается при том же времени пребывания, что и в случае введения катализатора в реакционную систему а сухом виде пневмотранспортом (а именно - 0,7 секунды, как и в условиях прототипа), т.е. не требуется дополнительное время для сушки катализатора в зоне реакции. Это позволило существенно снизить расход катализатора на единицу перерабатываемого реагента, упростить систему его введения в реактор, а за счет ограничения размера частиц катализатора, не превышающего 10мкм, облегчить создание суспензии и повысить производительность реакционного объема. Выполненные исследования показали, что в этом случае имеет место аэрозольный катализ, т.е. химическая реакция протекает в пылевидном облаке катализатора. При этом в отличие от процессов, где используют каталитические системы, приготовленные на носителе с развитой внутренней поверхностью, размер молекул реагентов не лимитирует процесс, т.к. при аэрозольном катализе создаваемое облако пыли катализатора в парогазовой смеси обеспечивает взаимодействие реагентов с каталитической поверхностью независимо от внутридиффузионных свойств системы, т.к. создаются условия равнодоступности каталитической поверхности. В условиях прототипа принятый размер (0,05 2,5мм) частиц катализатора при сохранении расхода катализатора не обеспечивается равнодоступность поверхности из-за наличия внутридиффузионных стадий, а, следовательно, равноценной производительности катализатора. Сопоставительный анализ отличительных существенных признаков заявляемого технического решения с известными показал, что признаки, касающиеся введения катализатора в реактор в виде суспензии с исходным веществом, находящимся в жидком состоянии, при концентрации катализатора в суспензии 25 - 150г/л и размере его частиц до 10мкм, использованы впервые. Следовательно, заявляемый способ соответствует требованиям изобретательного уровня. Предел концентраций гетерогенного катализатора в суспензии, равный 25 - 150г/л, и размер частиц до 10мкм выбраны исходя из того, что при этом достигается максимальная степень превращения реагирующи х веществ при минимальном количестве катализатора и отсутствуют проблемы ввода суспензии в реактор. Использование более низкой концентрации гетерогенного катализатора в суспензии, чем 25г/л, приводит к снижению степени превращения исходных реагентов. При концентрации более высокой, чем 150г/л суспензии, расход катализатора становится неэкономичным, т.к. в этом случае увеличиваются эксплуатационные расходы. Оптимальным размером частиц катализатора для предлагаемого способа осуществления химических процессов является размер частиц с эквивалентным диаметром, не превышающим 10мкм. При любом более низком размере частиц степень превращения реагирующих веществ и производительность катализатора не будут снижаться, т.к. поверхность контакта с уменьшением размера частиц возрастает. При размере частиц катализатора более высоком, чем 10мкм, в заданном диапазоне концентраций степень конверсии исходных веществ значительно снижается за счет уменьшения поверхности контакта с катализатором. Предлагаемый способ иллюстрируют следующие примеры. Примеры 1 - 21. Глубокое окисление органических соединений и их смесей кислородом воздуха. Для проведения процесса используют реактор проточного типа с внутренним диаметром 0,05м и высотой 1,2м, начальный разогрев которого до температуры окисления равной 600°C обеспечивают электрообогревом. Псевдоожижающим агентом твердого инертного материала является воздух, подаваемый в нижнюю зону реактора в количестве 3,24нм 3/ч. Объем псевдоожижаемого инертного материала 1000см 3. Исходное жидкое вещество, содержащее органические соединения, смешивают с мелкодисперсным катализатором. Полученную суспензию, содержащую 25 - 150г катализатора на 1л суспензии, подают в нижнюю зону реактора, где одновременно происходит быстрое испарение исходного реагента. Катализатор подхватывается потоком воздуха и проходит через псевдоожиженный слой твердых частиц инертного материала. Из верхней части реактора катализатор выводят и возвращают в голову процесса на приготовление суспензии. Степень окисления исходных органических ве ществ во все х опытах составляет 100 при времени пребывания 0,7сек. Об эффективности процесса окисления судят по содержанию ди- и монооксида углерода в отходящи х газах. Результаты опытов по осуществлению предлагаемого способа приведены в табл.1. Примеры 22 - 29. Синтез винилацетата винилированием уксусной кислоты. Газофазный синтез винилацетата винилированием уксусной кислоты осуществляют в проточном реакторе диаметром 20мм и высотой 130мм, снабженном электрообогревом. В низ реактора подают газообразный ацетилен (содержание основного продукта 99,8об.%), являющийся одновременно и псевдоожижающим агентом твердого инертного материала, в качестве которого используют шарики диаметром 0,7 - 1мм, с расходом 463л/ч и выше. Жидкую уксусн ую кислоту (содержание основного продукта 99,7% мас.%) в количестве 292мл/г и выше смешивают с мелкодисперсным цинкацетатным катализатором (ацетат цинка - 27,8мас.%; уголь АР-ЗД 72,2мас.%) с эквивалентным диаметром частиц 10мкм и менее и полученную суспензию, содержащую 25 - 150г катализатора на 1л суспензии, подают в нижнюю часть реактора. В реакторе происходит процесс, аналогичный описанному в примере 1. Реакцию винилирования проводят при мольном соотношении уксусная кислота : ацетилен, равном 1 : 4, и температуре 200°C. Отходящие потоки проходят зону сепарации, пары конденсируются охлаждением до температуры минус 20°C. Газовую фазу сбрасывают в атмосферу, а жидкую направляют в приемник. Содержание винилацетата в жидкости определяют хроматографически. О полноте химической реакции судят по степени превращения уксусной кислоты в винилацетат. Результаты опытов по винилированию уксусной кислоты настоящим способом представлены в табл.2. Приведенные примеры подтверждают, что проведение процесса таким образом позволяет при сохранении оптимальной степени превращения реагирующих ве ществ существенно снизить расход катализатора на единицу перерабатываемого продукта в 3 - 130 раз, т.е. показывают возможность достижения технического результата при использовании заявляемой совокупности существенных признаков. Следовательно, заявляемый способ осуществления химических процессов соответствует требованиям промышленной применимости.