Спосіб та пристрій для одержання 1,2-дихлоретану

1. Спосіб одержання 1,2-дихлоретану високого ступеня чистоти з розчиненого хлору і розчиненого етилену, які приводять в контакт один з одним з використанням циркулюючого рідкого реакційного середовища, яке складається по суті з 1,2-дихлоретану і каталізатора і протікає щонайменше через одну вертикально розташовану ділянку протікання реакції, виконану у вигляді замкненого контуру, причому обидва коліна контуру сполучені з розташованим вище резервуаром для відгону легких фракцій, з якого відбирають продукт реакції у вигляді газу або у вигляді рідини, або у вигляді як газу, так і рідини, і при цьому місце подачі хлору і розчиненого етилену розташоване на тому коліні петлі, по якому рідину підіймають, причому за розташованим вище за потоком місцем подачі етилену розташоване нижче за потоком місце подачі розчиненого хлору, який відрізняється тим, що за кожним місцем подачі хлору розташоване щонайменше одне місце подачі рідкого 1,2дихлоретану, і подачу рідкого 1,2-дихлоретану здійснюють з настільки високою кінетичною енергією, при якій відбувається змішування 1,2-дихлоретану, розчиненого хлору і етилену. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що подачу рідкого 1,2-дихлоретану здійснюють за допомогою одного або декількох струминних змішувачів. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що струминний(і) змішувач(чі) розташований(і) всередині реактора із замкненим контуром таким чином, 2 (19) 1 3 88181 4 причому завжди за розташованим вище за потоком місцем подачі етилену розташоване нижче за потоком місце подачі розчиненого хлору, який відрізняється тим, що за кожним місцем подачі хлору розташоване щонайменше одне місце подачі рідкого 1,2дихлоретану, і для подачі рідкого 1,2-дихлоретану введений пристрій, який за рахунок надання високої кінетичної енергії придатний для сильного змішування 1,2дихлоретану, розчиненого хлору і етилену. 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що пристрій, який придатний за рахунок надання високої кінетичної енергії для сильного змішування 1,2-дихлоретану, розчиненого хлору і етилену, складений з одного або декількох струминних змішувачів. 10. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що струминний(і) змішувач(чі) розташований(і) всередині реактора із замкненим контуром таким чином, що він(вони) направлений(і) упоперек направленого вгору основного потоку рідини, що виходить. 11. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що струминний(і) змішувач(чі) всередині реактора із замкненим контуром розташований(і) таким чином, щоб надавати рідині, що виходить, при розгляді в поперечному перерізі труби тангенціальну складову потоку, який накладений на направлений вгору основний потік. 12. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що струминний(і) змішувач(чі) всередині реактора із замкненим контуром розташований(і) таким чином, щоб надавати рідині, що виходить, при розгляді в подовжньому перерізі труби направлений вгору потік для посилення направленого вгору основного потоку. 13. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що струминний(і) змішувач(чі) всередині реактора із замкненим контуром розташований(і) таким чином, щоб надавати рідині, що виходить, при розгляді в поперечному перерізі труби тангенціальну складову потоку, який орієнтований вгору у напрямі основного потоку, а також, щоб при розгляді в подовжньому перерізі труби створювати направлений вгору потік, який посилює направлений вгору основний потік. 14. Пристрій за будь-яким з пп. 9-13, який відрізняється тим, що крім струминного змішувача в направленій вгору петлі реактора із замкненим контуром розташований статичний змішувач. Винахід направлений на спосіб одержання 1,2дихлоретану, що далі позначається як EDC, який в основному служить як проміжний продукт для одержання мономерного вінілхлориду, що далі позначається як VCM, з якого зрештою одержують полівінілхлорид, PVC. При перетворенні EDC на VCM утворюється хлористий водень НСl. Тому EDC раніше одержували переважно з етилену С2Н4 і хлору Сl2, що по відношенню до утворюваного при перетворенні і витрачуваного хлористого водню НСl відповідає рівноважному балансу наступних рівнянь реакцій: Сl2+С2Н4®2Н4Сl2(чистий EDC)+180 кдж/моль (1), С2Н4СІ2(відщеплювання EDC)®С2Н3Сl(VCM)+НСl-71кдж/моль (2), С2Н4+2НСl+1/2O2®С2Н4Сl2(сирий EDC)+Н2О+238кдж/моль (3). Спосіб одержання VCM з рівноважним балансом НСl, надалі стисло званий «рівноважним VCMспособом», передбачає: пряме хлорування, при якому з етилену С2Н4 і хлору Сl2 в присутності гомогенного каталізатора утворюється частина необхідного EDC, який виділяють у вигляді так званого чистого EDC; оксихлорування, при якому з етилену С2Н4, хлористого водню НСl і кисню О2 утворюється інша частина EDC, яку виділяють у вигляді так званого сирого EDC; очищення EDC фракціонуванням, при якому сирий EDC разом зі зворотним EDC від фракціонування VCM, що рециркулюється, і, можливо, разом з чистим EDC звільняють від побічних продуктів, що утворюються при оксихлоруванні і піролізі EDC, щоб одержати так званий живильний EDC, придатний для подачі на піроліз EDC; при чому іноді можлива спільна перегонка одержаного при прямому хлоруванні чистого EDC на висококиплячій колоні перегонки EDC; піроліз EDC, при якому живильний EDC термічно розщеплюють; одержаний розщепленням газ, названий сумішшю, що виходить з реактора, містить VCM, хлористий водень НС1 і неперетворений EDC, а також побічні продукти; фракціонування VCM, при якому з газу, одержаного розщепленням, відділяють бажаний чистий VCM як продукт і інші важливі компоненти газу, одержаного розщепленням, хлористий водень НСl, і окремо повертають неперетворений EDC як цінну речовину і рециркулюють їх як вторинну цінну сировину у вигляді зворотного НС1 або зворотного EDC в процесі одержання VCM. Як реакційне середовище прямого хлорування в більшості випадків в способі, що наводиться в промисловому масштабі, служить циркулюючий потік продукту реакції, тобто EDC. У реакторі з контуром циркуляції цього можна досягнути за допомогою зовнішньої або внутрішньої циркуляції. Крім того, циркулюючий потік може бути одержаний примусовою циркуляцією або природною циркуляцією. Як каталізатор використовують передусім хлорид заліза(Ш); додатково як добавка може бути використаний хлорид натрію, який може зменшувати утворення висококиплячих речовин. На сучасному рівні техніки пряме хлорування описане, наприклад, в патенті DE 199 10 964 А1. У способі, описаному в патенті DE 199 10 964 А1, потрібно уникати побічних реакцій, передусім подальшого хлорування EDC до 1,1,2-трихлоретану, шляхом проведення реакції хлорування в гомогенній рідкій фазі. Етилен, важче розчинний в EDC, ніж хлор, повністю розчиняється в основному по 5 тоці перетворюваного реакційного середовища EDC в прямоструминній барботажній колоні. Хлор, легше розчинний в EDC, розчиняється в охолодженому частковому потоці EDC, і одержаний таким чином розчин хлору в EDC утворює циркулюючий основний потік, в якому етилен вже знаходиться в розчиненому стані. Реакцію (1) звичайно ведуть при невеликому надлишку етилену, щоб в кожному випадку уникнути проблем корозії в реакційній системі, утворення побічних продуктів після закінчення реакції прямого хлорування, а також інших проблем, які пов'язані з обробкою хлоровмісного потоку відхідного газу. Хлор і етилен подають в реактор в регульованому співвідношенні; регулюючою величиною служить вміст етилену в потоці, що надходить в реактор. При цьому постійно прагнуть до того, щоб надлишок етилену в потоці, що надходить в реактор, був таким низьким, як тільки можна підтримувати, щоб уникнути дуже великого надлишку етилену. Додатково встановлено, що реакція (1) іде без великого утворення побічних продуктів, особливо якщо вона здійснюється як повністю рідиннофазова реакція, як це описано також в патенті WO 03/070673 А1. Для цього потрібно, щоб етилен розчинявся в реакційній трубці ще до додавання розчиненого хлору. Маленькі пузирчики газу, що спочатку надходять з розподільника газу, ростуть вздовж шляху за рахунок коалесценції і, нарешті, досягають зумовленої коалесценцією і дисоціацією постійної рівноважної величини. Тут мова йде про ефект, який несприятливо впливає на масообмін, оскільки завдяки збільшенню діаметра пузирчиків при визначеному загальному об'ємі газу зменшується поверхня масообміну, що розглядається. Реакція (1) в безпосередньо наступній зоні гомогенної реакції проходить в кінетичному режимі за рівнянням швидкості реакції 2-го порядку, тобто спочатку дуже швидко. У кінці реакційної зони, коли концентрації етилену і хлору стають малими, швидкість реакції сильно знижується. Накладення ефектів, що впливають на розчинення етилену, на протікання самої реакції і на початок кипіння, визначають на сучасному рівні техніки розміри киплячого реактора, що значно ускладнює додаткове підвищення продуктивності. Реактор за даним винаходом при його практичному застосуванні повинен працювати з деяким надлишком етилену для того щоб, крім іншого, гарантовано уникнути «проскакування» хлору через реактор (тобто, появи вільного хлору в кінці ділянки, на якій відбувається реакція). Цей надлишок етилену, разом з інертними газами (тобто,інертними щодо цільової реакції хлорування) виявляється у газі, який виходить з реактора. Вимірюваною величиною, яка пов'язана з речовинами, що змішуються в реакторі, а тим самим і з виходом продукції, є надлишок введеного етилену, який необхідний для того, щоб у газі, що виходить з реактора, вже не визначалася присутність вільного хлору. Вміст етилену у газі, який виходить з реактора, є мірою введеного надлишку етилену. 88181 6 У промисловому реакторі продуктивністю 250кт (кілотонн) EDC на рік, для того, щоб уникнути присутності хлору газі, що виходить з реактора, був необхідним надлишок етилену, який відповідає вмісту етилену у газі, що виходить із реактора, у 2,2%. Після встановлення змішувачів згідно за даним винаходом виявилося можливим знизити надлишок етилену, що подається на таку величину (яка відповідає вмісту етилену у газі, що виходить з реактора), що складає 1,2%. За умови рівної продуктивності відомої установки і установки за даним винаходом це дає можливість економити близько 660 кг./год. етилену. Отже, задача винаходу полягає в тому, щоб надати в розпорядження промисловий спосіб, який дає можливість при малому об'ємі досягнути високого виходу продукту на одиницю об'єму і таким чином зробити можливим збільшення продуктивності без збільшення зовнішніх розмірів реактора і одночасно одержувати EDC високого ступеня чистоти. Вказана задача вирішується за допомогою способу за пунктом 1 формули винаходу. Винахід вирішує задачу за рахунок того, що місця подачі хлору і розчиненого етилену розташовані в тій стороні контуру циркуляції, по якій підіймається рідина, причому завжди за розташованим вище за потоком місцем подачі етилену, що надходить, іде розташоване нижче за потоком місце подачі розчиненого хлору, що надходить, в той час як за кожним місцем подачі хлору іде щонайменше одне місце подачі EDC, і подача рідкого EDC відбувається з так високою кінетичною енергією, що відбувається сильне перемішування EDC, розчиненого хлору і етилену. Рідкий EDC в більшості пристроїв не розглядається, оскільки його звичайно відводять з реакційної посудини і проводять рекуперацію тепла. Злегка охолоджений EDC звичайно повертають у той бік контуру реакційної посудини, в якому рідина опускається. При цьому рідина, що опускається, може надавати додаткового імпульсу, який посилює циркуляцію. У цей час виявлено, що вказаного підтримання імпульсу не потрібно, якщо вихід на одиницю об'єму і пов'язане з ним загальне перетворення EDC відповідно збільшуються, тому що термічний ефект, що досягається, при цьому рівним чином веде до відповідного посилення циркуляції. Всередині зони, в якій відбувається основна реакція, не існує границі фаз газрідина, яка може каталізувати утворення побічних продуктів, особливо 1,1,2-трихлоретану. У подальшому варіанті здійснення винаходу передбачено, що додавання рідкого 1,2дихлоретану проводять одним або декількома струминними змішувачами, які позначають також як змішувачі. Спосіб роботи вказаного змішувача відповідає струминному рідинному насосу. У типових застосуваннях струминний змішувач використовують для перемішування вмісту посудини або місткості з рідиною, щоб підтримувати градієнти температури або концентрації. Змішувач працює зануреним; за рахунок кінетичної енергії струменів робочого середовища суміш, що подається, всмо 7 ктується і змішується як з робочим середовищем, так і з вмістом посудини, який подається. Вихідний потік струминного змішувача у багато разів перевищує кількість робочого середовища, так що великий об'єм посудини може бути перемішений за короткий час. Винахід, що пропонується, спрямований на те, щоб завдяки застосуванню струминного змішувача була використана кінетична енергія введеного в кругообіг EDC для можливо швидкого перемішування реагентів хлору і етилену нижче за потоком від місця подачі розчиненого хлору. Додатковий варіант здійснення винаходу належить до розташування струминного змішувача або струминних змішувачів, якщо введено декілька струминних змішувачів. Струминний змішувач або струминні змішувачі можуть бути розташовані всередині реактора з внутрішнім контуром циркуляції таким чином, що покидаюча їх рідина або утворює тангенціальний потік при розгляді в поперечному перерізі труби, і при напрямі течії основного потоку вгору, або утворює направлений вгору потік при розгляді в подовжньому перерізі, який посилює висхідний потік, або таким чином, щоб підтримувати обидва напрями потоку. Розташування струминного змішувача здійснюється як в подовжньому напрямі, так і в поперечному перерізі трубки, як наприклад упоперек основного напряму потоку. У останньому випадку вихідний потік зі струминного змішувача або струминних змішувачів направлений похило вгору. При орієнтації байдуже, якщо вихідний отвір для потоку містить також радіальний компонент, завдяки чому співвідношення компонентів суміші в основному не міняється і не зсувається. Вищезгадану похилу орієнтацію фахівець може, зокрема, вибрати, якщо в додатковому варіанті здійснення винаходу вище струминного змішувача плоскої течії ще розташований статичний змішувач. У сукупності вказаним чином, шляхом запропонованого способу в реакторі з кипінням звичайного розміру можна досягнути подвійного перетворення за реакцією (1). Велика перевага винаходу полягає в неускладненому обладнанні при підвищенні продуктивності існуючого обладнання. Само собою зрозуміло, що раціонально, особливо при великій системі, вже спочатку планувати установку реактора з кипінням із запропонованим завантажувальним пристроєм. Винахід також включає в себе пристрій для проведення способу за допомогою реактора з кипінням, який складається з резервуара для відгону легких фракцій, реакційної петлеподібної (із замкненим контуром) установки з циркуляцією, а також випускного пристрою для одержаного EDC і 88181 8 щонайменше один або декілька струминних змішувачів в двовимірному потоці, які розташовані так, як описано вище. Система може також містити статичний перемішувальний пристрій. Винахід далі прояснений прикладом на Фіг. з 1 по 3. На Фіг.1 показаний реактор прямого хлорування, який складається з резервуара для відгону легких фракцій 1, з якого відводять як газоподібний EDC 2, так і рідкий EDC 3, і контуру 4, в якому протікає рідкий EDC 5, як указано стрілкою, і в якому протікає реакція (1). У висхідній частині контуру 4 знаходяться розташовані одне за одним місця подачі етилену 6, розчиненого хлору 7 і EDC 8, причому в реакторі із замкненим контуром може знаходитися велика кількість таких місць подачі. На Фіг.2 показано в поперечному розрізі трубки розташування у висхідній частині контуру 4 в даному прикладі трьох струминних змішувачів 9а, 9b і 9с, які завантажені EDC 8. Використовуваний тут EDC може бути утворений як з відведеного рідкого EDC після відведення тепла, так і з конденсованого газоподібного EDC 2, який повертають зворотно в цикл. Само собою зрозуміло, що при цьому мова йде також про змішування. Як показано на Фіг.1, в площині струминного змішувача може бути також встановлений статичний змішувач. На Фіг.3 показаний подовжній розріз висхідної частини контуру 4, в якій вже знаходиться розчин етилену. При цьому через велику кількість дюз, розташованих упоперек, дозують розчинений хлор 7. Безпосередньо вище дюзи, через яку дозують хлор, знаходиться струминний змішувач 9а, що живиться EDC 8 - інші струминні змішувачі тут не показані, але можуть бути присутніми - а також вище струминного змішувача 9а статичний змішувач 10. Струминний змішувач 9а направлений вгору і підтримує потік внесенням складової імпульсу, яка повинна приблизно відповідати втраті тиску, що викликається статичним змішувачем, при цьому одночасно відбувається можливо більше завихрення. Список посилальних позначень 1 резервуар для відгону легких фракцій 2 газоподібний EDC 3 рідкий EDC 4 контур 5 рідкий EDC 6 місце подачі етилену 7 місце подачі хлору 8 EDC 9а струминний змішувач 9b струминний змішувач 9с струминний змішувач 10 статичний змішувач 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 88181 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601