Дослідно-лабораторна установка для моделювання промислового процесу окислювального хлорування етилену в 1,2-дихлоретан

1. Дослідно-лабораторна установка для моделювання промислового процесу окислювального хлор ування етилену в 1,2-дихлоретан в киплячому шарі псевдозріджених дисперсних каталізаторів на основі СuСl2/Аl2 О3 , що містить скляний кварцовий реактор з електрообігрівом; скляну гартувальну колону, наповнену насадку з кільцями Рашинга; скляний змійовиковий холодильник, пристрій для уловлювання 1,2-дихлоретану та систему підготовки і регулювання подачі реакційних газів: етилену, кисню, хлористого водню і 3 24933 суміші етилену (45л/год) і хлористого водню (44л/год), а також хлор зі швидкістю 22л/год. Всі названі гази перед подачею в реактор нагрівають до 60°С. Температура в реакторі поступово збільшується до 220°С, після чого підтримується на постійному рівні. Тиск складає 0,097МПа. Відхідні гази з відомого реактора пропускають через холодильник з температурою 13°С, який охолоджується водою, скрубер для промивки несконденсованих газів і холодильник, який охолоджується розсолом до 15°С. Дослід проводять протягом 4 годин. Склад конденсату і відхідних газів визначають газохроматографічним методом. Процес ведуть при атмосферному тиску: 0,096МПа. Молярне відношення реагентів в ході реакції складає НСl:С2Н4:СІ2:O2=2:2,1:0,86. Ступінь конверсії хлористого водню 96%, хлору 99,99%, етилену 97,5%. Вихід дихлоретану складає 93,9% в перерахунку на пропущений етилен. Відома дослідно-лабораторна установка має ряд недоліків: 1) На установці не проводять попередню підготовку реакційних газів. 2) Для процесу використовуються реакційні гази, які приготовані штучним чином, а саме змішуванням НСl, C2H4, СІ2 і O 2, які подаються з балонів. 3) Установка для проведення процесу оксіхлорування достатньо складна, так як передбачає наявність змієвика і сорочки для подачі теплоносія. 4) Уловлювання 1,2-дихлоретану з відхідних газів проходить неповністю, так як температура охолоджуючої води в скрубері +13°С, а розсолу в холодильнику +15°С. [Заявка 2649533 ФРГ, МКИ С07С19/02. Способ получения 1,2-дихлорэтана/ Йозеф Ридль, Венцель Кюн и Петер Видманн, Хе хст АГ. - Заявл.01.06.79; Опубл.30.05.80.]. Найбільш близьким являється пристрій - дослідно-лабораторна установка для одержання 1,2дихлоретану окислювальним хлоруванням етилену шля хом взаємодії етилену з хлороводнем і киснем, при температурі 230-280°С, тиску 0,2-0,5МПа, в псевдозрідженому шарі каталізаторів на основі СuСІ2/g-АІ 2О 3 в безперервному потоці газів. Дослідно-лабораторна установка складається з кварцевого реактора з електрообігрівом, гартувальної колони, змієвикового холодильника, пристрою для уловлювання 1,2-дихлоретану та системи підготовки і регулювання подачі реакційних газів, виготовлених зі скла. Відома дослідно-лабораторна установка представляє собою кварцовий реактор довжиною 1,2м і діаметром 42мм з електрообігрівом, в який завантажують каталізатор оксіхлорування етилену об'ємом 0,84л. Подача реакційних газів С 2H4, НСl і О2 в співвідношенні 1,07:2:0,7 здійснюється при допомозі системи підготовки і регулювання подачі газів без попереднього обігріву. По відомому способу дослідно-лабораторна установка містить тільки один уловлювач для несконденсованого 1,2-дихлоретану, який охолоджується льодяним уловлювачем U-подібної форми при температурі 1°С-(-1)°С. Передбачено аналіз 4 складу кінцевих продуктів хроматографічним способом. Всі гази (С2H4, НСl і О2) на відому досліднолабораторну установку подаються із штучни х джерел (балонів зі стистутими газами). Попередньо каталізатор перед синтезом розігрівають пропускаючи повітря через шар каталізатора при температурі 180°С 3 години. [Способ получения 1,2дихлорэтана; А.с. 1031105 СССР, МКИ С07С17/08 / Н.В. Хабер, Н.Б. Кондратенко, В.И. Ватаманюк, Н.Г. Терещенко, Т.С. Дейнека, М.И. Сенечко, Э.В. Сонин и М.Р. Флид. (СССР). - №3312565/23-04; Заявл. 06.07.81; Опубл.30.03.93, Бюл. №53.]. До недоліків дослідно-лабораторної установки належать: 1. Один з головних недоліків відомої установки є те, що на ній можна здійснювати моделювання процесу тільки з використанням штучно приготовленої суміші газів, яка складається з етилену, хлороводню і кисню-повітря. 2. Уловлювання 1,2-дихлоретану з відхідних газів проходить неповнісю, так як при цьому використовується уловлювач, який охолоджується льодом при температурі 1°-0°С. 3. Одним із значних недоліків відомої установки є те, що її не можна використовувати для моделювання процесу окислювального хлорування з використанням циркулюючого газу, який одержується після реакції і повертається в процес, так як цей газ складається з СО, СО2, залишків непрореагованого етилену і 1,2-дихлоретану. Циркуляційний газ відіграє визначну роль в умовах такого моделювання промислового процесу окислювального хлорування етилену в лабораторних умовах. В основу запропонованої заявки на корисну модель поставлено завдання максимально наблизити моделювання умов процесу окислювального хлорування етилену в киплячому шарі дисперсного каталізатора СuСІ2/g-АІ 2О 3 в лабораторних умовах на дослідно-лабораторній установці до промислового процесу окислювального хлорування етилену на виробництві. Поставлена задача досягається тим, що дослідно-лабораторна установка для моделювання промислового процесу окислювального хлорування етилену в 1, 2-дихлоретан сконстуйована таким чином, що складається з кварцевого реактора довжиною 1,2м і діаметром 42мм з електрообігрівом, промивної колони, скрубера для уловлювання НСl, а також уловлювача 1,2-дихлоретану, згідно корисної моделі, додатково містить: систему підготовки і подачі реакційних газів, які підводяться безпосередньо з промислових технологічних ліній трубопроводів виробництва 1,2-дихлоретану окислювальним хлоруванням етилену, що включають крім етилену, НСl і кисню ще і циркуляційний газ, а також спеціальний низькотемпературний уловлювач 1,2-дихлоретану, який виморожує 1,2-дихлоретан з об'єму циркуляційного газу з подачею холодоагенту розчину NaCl з температурою (-15)-(-20)°С. Суттєвими ознаками корисної моделі, що забезпечують досягнення мети є наявність двох додаткових систем: 1) підготовки газів, в тому числі і циркуляційного газу безпосередньо з системи промислової підготовки газів діючого виробництва 5 24933 перед подачею в реактор доcлідно-лабораторної установки та 2) системи низькотемпературного уловлювання 1,2-дихлоретану шляхом виморожування його з циркуляційного газу в низькотемпературному уловлювачу при температурі холодоагенту (розчину NaCl)(-15)-(-20)°C. Ознаками цієї корисної моделі, що співпадають з суттєвими ознаками відомої є: використання кварцевого реактора довжиною 1,2м і діаметром 42мм з електрообігрівом; використання скляної промивної ємності для відділення непрореагованого НСl від 1,2-дихлоретану шляхом обробки розчином NaOH (скрубера); наявність скляної системи уловлювання 1,2-дихлоретану шля хом охолодження реакційних газів в уловлювачі; наявність системи підготовки і регулювання витрати газів, які ідуть на процес. Відмінними ознаками корисної моделі, що заявляється, від прототипу є те, що всі реакційні потоки газів (НСl, кисень, етилен, циркуляційний газ) подаються безпосередньо з системи промислової підготовки газів діючого виробництва. Додатковою ознакою, що відрізняє заявлений пристрій від відомого є те, що в системі при формуванні реакційної суміші використовують циркуляційний газ, який складається з СО, СО2, залишків непрореагованого етилену і 1,2-дихлоретану. Також відмінною ознакою є наявність низькотемпературного уловлювання 1,2-дихлоретану шляхом виморожування його з циркуляційного газу в низькотемпературному уловлювачу при температурі холодоагенту (розчину NaCI) (-15)-(-20)°С. Ознаками, достатніми у всіх випадках на які поширюється обсяг правової охорони є те, що: 1) всі реакційні потоки газів (НСl, кисень, етилен, циркуляційний газ) подаються безпосередньо з технологічних трубопроводів подачі сировини діючого виробництва; 2) до реакційної суміші повертають циркуляційний газ, який складається з СО, СО2, залишків непрореагованого етилену і 1,2дихлоретану; 3) наявність низькотемпературного уловлювання 1,2-дихлоретану шляхом виморожування його з циркуляційного газу в теплообміннику при температурі холодоагенту (розчину NaCI) (15)-(-20)°С. Нові технологічні властивості корисної моделі досягаються: 1) за рахунок використання спеціальної системи підготовки газів безпосередньо з технологічної лінії промислового процесу окислювального хлорування етилену; 2) використання циркуляційного газу, як одного з компонентів реакційної суміші для повного моделювання процесу; 3) використання низькотемпературного вимороження 1,2-дихлоретану з реакційних газів для досягнення матеріального балансу процесу. Додатковими технологічними властивостями, що досягається в запропонованій корисній моделі є максимальне наближення умов процесу моделювання на дослідно-лабораторній установці до умов промислового процесу окислювального хлорування етилену; використання низькотемпературного уловлювача 1,2-дихлоретану дає можливість привести точний матеріальний баланс процесу і наблизити його до стехіометричного або 6 розрахункового, по сировині і одержаних продуктах реакції. Приклад конкретного виконання досліднолабораторної установки для моделювання промислового процесу окислювального хлорування етилену в 1,2-ди хлоретан, яка представлена на схемі (див. креслення). Кисень, етилен, хлористий водень, циркуляційний газ або азот за допомогою вентилів і редукторів подаються на моностати, на 1/2 заповнені манометричною рідиною 1, через осушувачі 2 та вентилі 7 подаються на ротаметри 3. Надлишок етилену, кисню, циркуляційного газу і азоту з моностатів через уловлювачі 4 виводяться під витяжку на гребінку та ежектором розбавляється азотом і скидається в атмосферу; а надлишок хлористого водню після уловлювача 4 поступає в поглиначі, заповнені лугом 5 і водою 6. Осушувачі 2 для етилену, кисню, циркуляційного газу і азоту заповнені гранульованим хлористим кальцієм або силікагелем для очистки газів, а осушувач для хлористого водню заповнений гранульованим хлористим кальцієм або активованим вугіллям. Примітка. Подача азоту передбачена у аварійних випадках, або в випадках моделювання процесу на суміші N2 і О2 - повітря. Очищені і осушені гази зі встановленими розходами двома потоками: етилен з циркуляційним газом та попередньо змішані хлористий водень з киснем подаються в нижню каталітичну зону реактора 9. Роздільна подача суміші двох газів передбачена з метою запобігання утворення вибухонебезпечних сумішей етилену з киснем. Реактор окислювального хлорування етилену являє собою кварцову тр убку загальною довжиною 1,2-1,5м, внутрішнім діаметром 40мм, верхня частина якого розширена для сепарації винесених із псевдозрідженого шару частинок каталізатора. У верхній частині реактора є штуцери для виходу реакційних газів і завантаження та вивантаження каталізатора, а також штуцер для термопари 10, яка з’єднана з показуючим пристроєм 11. В нижній частині реактора знаходиться пориста пластинка для рівномірного розподілу газів по січенню реактора. Для обігріву реактора на нього по всій довжині ззовні реактора намотана ніхромова електроспіраль. Для точного регулювання температури передбачений роздільний нагрів верхньої і нижньої зони реактора. Обмотка покрита термостійким і електроізоляційним матеріалом. Напруга подається включенням на пульті управління кнопок "Нагрів верхньої зони реактора" і "Нагрів нижньої зони реактора", про подачу напруги сигналізують лампи на пульті. Для виходу на робочий режим реакційні гази з реактора через трьохходовий кран 12, який знаходиться в положення "на скид" і склянку дрекселя, заповнену водою 13, скидаються під витяжку. При переключенні трьохходового крану в робочий режим реакційна парогазова суміш, яка складається з продуктів реакції і непрореагованих вихідних речовин, через трьохходовий кран подається в нижню частину відпарної (гартувальної) 7 24933 колони 14. Колона орошується з напірного бутля 15 через крапельницю 16, температура в якій замірюється термометром 18. Відпарна колона призначена для повної відмивки - відділення непрореагованого хлористого водню. Утворена в колоні соляна кислота збирається в приймач 17. Для запобігання конденсації хлорорганічних продуктів в гартувальній колоні температура води в ній підтримується в межах 8090°С, для чого передбачено зовнішній електрообігрів колони. Для обігріву гартувальної колони, як і реактора, використовується ніхромова електроспіраль, яка ззовні намотана на колону і покрита термостійким і електроізоляційним матеріалом. Напруга подається включенням на пульті управління кнопки "Нагрів гартувальної колони", про подачу напруги сигналізує лампа. З верхньої частини гартувальної колони нейтралізований реакційний газ поступає в змійовиковий холодильник 19, який охолоджується водою до 18-20°С, де конденсується основна маса хлорорганіки і вода, яка утворилася в результаті реакції. Конденсат збирається в ділильній лійці 20, яка призначена для розділення шарів дихлоретану і води. По закінченню досліду змієвик холодильника 19 промивають з напірного бутля 15 водою. Про Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 8 мивні води відділяють від дихлоретану і зливають в приймач соляної кислоти, а дихлоретан-сирець зливають в попередньо зважену колбу. Реакційний газ після відділення дихлоретану проходить через осушувач від води, заповнений гранульованим хлористим кальцієм або силікагелем 21 і поступає в захолоджені до (-15)-(-20)°С трубчатий холодильник 22 і додаткові 23 уловлювачі, де повністю конденсується і уловлюється 1,2дихлоретан та вся хлорорганіка - несконденсовані у водяному холодильнику 19. Уловлювачі захолоджуються в термосі, заповненому сумішшю льоду і солі NaCl 24. Залишковий циркуляційний газ після уловлювачів, який складається з азоту, кисню, етилену, окису і двоокису вуглецю та домішків, пройшовши лічильник 25, подається для аналізу на газовий хроматограф 26 і повертається в процес на вхід циркуляційного газу в установку. 1,2-дихлоретан і хлорорганічні продукти, сконденсовані в трубчатому холодильнику 22 та уловлювачах 23 зважуються та додаються до продуктового дихлоретану, який сконденсований в ділильній воронці 20 і в приймачі 27. Циркуляційний газ після виходу з хроматографа 26 та перед подачею в реактор додатково нагрівається до температури 80-100°С. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601