Реактор і спосіб здійснення реакції щонайменше двох газів в присутності рідкої фази

1. Реактор (1) для проходження реакції щонайменше двох газів в присутності рідкої фази, який містить замкнену камеру, яка забезпечена пристроєм (8) зовнішньої циркуляції рідкої фази і містить щонайменше один інжектор (4) для уприскування газів (9), (10) і циркулюючої зовні рідкої фази (8), причому інжектор (4) виконаний так, що змішування газів між собою і з циркулюючою зовні рідкою фазою починається тільки на виході інжектора. 2. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що інжектор (4) містить щонайменше три сопла для окремого уприскування циркулюючої зовні рідкої фази і газів. 3. Реактор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що інжектор (4) містить щонайменше три концентричних сопла, тобто щонайменше одне центральне сопло (41) і щонайменше два, відповідно проміжне (44) і зовнішнє (48), сопла, що містять бічні отвори (45), (49). C2 2 (19) 1 3 96409 4 У реакціях між газами, які проходять в присутЩоб гарантувати найкращу можливу гомогеніності рідкої фази, якість змішування газів в рідкій зацію газів в рідкій фазі, у випадку множини газів фазі с критичною для одержання високої швидкосінжектори звичайно рівномірно розподіляються на ті перетворення і селективності. Такі реакції вклюдні реактора і/або збоку. Переважно, інжектор або чають реакцію одержання ДХE прямим хлоруванінжектори розташовуються на дні реактора. ням етилену і реакцію одержання 1,1,2Термін "інжектор", що використовується нижче трихлоретану (Т112) прямим хлоруванням вінілв однині, означає і однину, і множину. хлориду. Інжектор, що використовується в ректорові згіУ конкретному випадку реакції одержання ДХЕ дно з винаходом, являє собою пристрій і для оппрямим хлоруванням етилену рідка фаза містить тимізації змішування газів одного з одним і з рідДХЕ і гази (хлор і етилен), що застосовуються, кою фазою, і для циркуляції частини рідкої фази. звичайно подаються в реактор у вигляді попередВін виконаний таким, що змішування газів одного з ньої суміші з рідким ДХЕ, який виводиться з реакодним і з циркулюючою зовні рідкою фазою тільки тора, циркулює зовні і повертається в реактор. починається біля виходу даного інжектора; таким Так, в патентній заявці DE4039960 описаний чином, реакція між газами проходить тільки в саспосіб і реактор прямого хлорування етилену, де мому реакторі, де її легше регулювати. хлор і етилен подаються в реактор через єдиний Згідно з переважним варіантом здійснення даінжектор, який також змішує їх перед подачею в ного винаходу інжектор містить щонайменше три реактор в частині циркулюючого зовні ДХЕ. Така сопла для окремого уприскування циркулюючої система не оптимальна з точки зору змішування зовні рідкої фази і газів. газів в рідкій фазі, важливого параметра для одеСопла інжектора можуть бути будь-якої форржання високої швидкості перетворення і селектими. Переважно вони є концентричними. вності, а також не оптимальна з точки зору безпеТаким чином, згідно з особливо переважним ки. варіантом здійснення даного винаходу інжектор Таким чином, задача даного винаходу полягає містить щонайменше три концентричних сопла, в тому, щоб забезпечити реактор (і спосіб) для тобто щонайменше одне центральне сопло і щоздійснення реакції щонайменше двох газів в принайменше два сопла, відповідно проміжне і зовнісутності рідкої фази, який забезпечує суттєве пошнє, причому кожне містить бічний отвір. ліпшення якості змішування газів в рідкій фазі і, Згідно з ще більш переважним варіантом здійотже, поліпшення швидкості перетворення і селекснення даного винаходу інжектор містить щонайтивності, і який також збільшує безпеку способу, менше три концентричних сопла, тобто щонаймеособливо у випадку високореакційноздатних газів. нше одне центральне сопло для подачі Для досягнення поставленої задачі в даному циркулюючої зовні рідкої фази і щонайменше два винаході забезпечується реактор для проходженсопла, відповідно проміжне і зовнішнє, причому ня реакції щонайменше двох газів в присутності кожне містить бічний отвір для вихідного газу. рідкої фази, який містить замкнену камеру, яка Розмір цих сопел (і, зокрема, їх переріз) є відзабезпечена пристроєм зовнішньої циркуляції рідповідним для швидкостей потоку рідини і газу, які кої фази, і який містить щонайменше один інжекнеобхідно забезпечити. Таким чином, зовнішнє тор для уприскування газів і циркулюючої зовні сопло переважно має діаметр, який більше або рідкої фази, причому інжектор виконаний таким дорівнює 200 мм, переважно більше або дорівнює чином, що змішування газів між собою і з цирку250 мм. Зовнішнє сопло переважно мас діаметр, люючою зовні водною фазою тільки починається який менше або дорівнює 500 мм, переважно мебіля виходу інжектора. нше або дорівнює 400 мм. Центральне сопло (тобРеактор згідно з даним винаходом включає то сопло, через яке в інжектор входить частина замкнену камеру, що містить рідку фазу, в якій циркулюючої зовні рідкої фази) переважно має можуть проходити (звичайно хімічні) реакції, і яка діаметр від 40 до 60 %, переважно, який дорівнює забезпечена пристроями для подачі вихідних реа50° о діаметра зовнішнього сопла. Проміжне сопло гуючих газів, для видалення продукту або продукпереважно має діаметр від 70 до 90 %, переважно, тів реакції і для циркуляції щонайменше частини який дорівнює 80 % діаметра зовнішнього сопла. рідкої фази всередині і/або зовні. Що стосується отворів подачі газу, вони звиЗгідно з винаходом реактор містить щонаймечайно в основному переважно циліндричні з перенше один інжектор. У залежності від розміру реакрізом, який щонайменше дорівнює перерізу відпотора може бути переважним мати більше одного відного сопла в його самій широкій частині. інжектора, переважно щонайменше 2 і особливо У особливо переважному варіанті сопла подапереважно щонайменше 3; це робить можливим, чі газу мають звуження їх корисного перерізу біля між іншим, вимикати один або більше інжекторів в виходу інжекторів. Це звуження корисного перерізу низьких умовах роботи реактора, тим самим підт(доступного для потоку газу) збільшує швидкість римуючи достатню швидкість газів навіть при нигазів в тій точці, де вони втікають в реактор і де їх зьких умовах, забезпечуючи належне змішування. потоки змішуються з потоком циркулюючої зовні Максимальне число інжекторів буде диктуватися рідкої фази, тим самим роблячи змішування більш обмеженнями геометричного розміру контуру і ефективним і полегшуючи його рівномірний розповартістю спорудження даного обладнання. Переділ в рідку фазу, присутню в реакторі, можливо у важно, максимальна кількість інжекторів не більше внутрішній циркуляції. У конкретних випадках пряніж 8, переважно - не більше ніж 5. Особлива пемого хлорування етилену і прямого хлорування реважно для реактора згідно з винаходом містити вінілхлориду, що стосується сопла подачі етилену 4 інжектора. або вінілхлориду, дане звуження корисного пере 5 96409 6 різу переважно виконане таким, що швидкість етищонайменше дорівнює 15 % і не перевищує 20 % лену або вінілхлориду складає від 10 до 50 м/с, діаметра реактора. переважно від 12 до 36 м/с, в особливо переважМоже бути переважно мати реактор, що місному випадку вона дорівнює 24 м/с. Що стосується тить щонайменше два інжектори. Фактично, такий сопла подачі хлору, дане звуження корисного переактор має перевагу здійснення більш легкого рерізу переважно виконане таким, що швидкість підстроювання під час зміни робочих умов, зокрехлору складає від 15 до 45 м/с, переважно дорівма, перевагу демонструвати велику ефективність нює 30 м/с при низьких робочих умовах, наприклад, шляхом Звуження корисного перерізу може досягатися вимкнення одного або декількох інжекторів в низьза допомогою будь-якого відповідного способу. ких умовах роботи реактора, тим самим підтримуПереважно, воно досягається шляхом поступового ючи достатню швидкість газів для забезпечення зменшення діаметра труби. належного змішування навіть в низьких робочих Реактор згідно з винаходом може бути будьумовах. якої форми, зокрема переважно сферичної або Це є причиною, чому згідно з переважним вациліндричної, причому циліндричні реактори найріантом даний винахід пропонує реактор (1) для більш поширені. Рідка фаза може циркулювати реакції щонайменше двох газів в присутності рідкої зовні за допомогою застосування будь-якого відофази, який містить замкнену камеру, яка забезпемого пристрою для даної мети, наприклад, за дочена пристроєм (8) зовнішньої циркуляції рідкої помогою насоса Однак, переважно пристрій зовфази і містить щонайменше два інжектори (4) для нішньої циркуляції рідкої фази заснований на уприскування газів (9), (10) і циркулюючої зовні механізмі природної циркуляції. рідкої фази (8). У даному винаході природна циркуляція ознаВикористовувані інжектори являють собою чає спонтанний рух. що викликається різницею пристрої для оптимізації змішування газів між сощільності фаз. Дана різниця може мати різні прибою і з рідкою фазою і для циркуляції частини рідчини, наприклад, термосифонний ефект або ввекої фази. Ці інжектори можуть або спричиняти дення газу в рідку фазу. змішування газів між собою всередині інжектора, Реактор згідно з винаходом звичайно містить або починати дане змішування біля їх виходу. пристрої регулювання тиску, температури, потоку і Остання альтернатива є переважною через прит. д., а також може містити один або декілька печини безпеки у випадку високореакційноздатних ремішувальних пристроїв (механічних або інших). газів, оскільки тим самим їх реакція відбувається Переважно, реактор містить пристрій для внутріштільки в самому реакторі, де її легше регулювати. ньої циркуляції рідкої фази. Для цієї мети реактор У особливо переважному варіанті газова суміш переважно містить одну або декілька внутрішніх входить в контакт з рідкою фазою і змішується з стінок (тобто пластин будь-якої форми і орієнтації, нею тільки після виходу з інжекторів. Інжектори повністю розташованих всередині камери), які переважно мають визначені вище параметри. сприяють гомогенізації реакційної рідкої фази заРеактор згідно з винаходом може застосовувдяки різним механізмам: турбулентності, термоватися в багатьох технічних галузях, включаючи сифонного ефекту. У особливо переважному варіспособи, в яких щонайменше один етап складаанті реактор згідно з винаходом щонайменше ється з реакції між щонайменше двома газами в вздовж частини його висоти, містить внутрішню присутності рідкої фази. Згідно з даним винаходом стінку, суттєво паралельну камері, і в яку розрявідповідно також забезпечується спосіб здійснення джається інжектор. Тим самим, дана стінка слуреакції щонайменше двох газів в присутності рідкої жить для застосування механізму природної цирфази з використанням вищеописаного реактора. куляції. Більш конкретно, забезпечується спосіб, в якому Переважно, інжектор відповідним чином кріпродукт реакції є рідким і кипить при температурі питься так, що його вихідний кінець виступає виреакції, і в якому він щонайменше частково склаще, ніж найнижча частина внутрішньої стінки, віддає рідку фазу, в якій відбувається реакція. У цьоповідає рівню цієї стінки або нижче за неї. му випадку зовнішня циркуляція рідкої фази по Переважно, він кріпиться так, що цей кінець досясуті служить, щоб забезпечити присутність достатгає рівня найнижчої частини внутрішньої стінки ньої кількості рідкої фази в реакторі, оскільки проабо нижче за неї. У особливо переважному варіандукт реакції звичайно безперервно видаляється з ті він кріпиться так, що даний кінець досягає рівня реактора. Два конкретних варіанти такого способу найнижчої частини внутрішньої стінки. являють собою пряме хлорування етилену, тобто Коли реактор є циліндричним, діаметр внутріреакцію між хлором і етиленом з утворенням ДХЕ, шнього простору, що обмежується внутрішньою і пряме хлорування вінілхлориду, тобто реакцію стінкою, переважно щонайменше дорівнює 50 % між хлором і вінілхлоридом з утворенням Т112. У діаметра реактора. Коли реактор є циліндричним, першому переважному варіанті гази являють содіаметр внутрішнього простору, що обмежується бою хлор і етилен, а рідка фаза містить ДХЕ. У внутрішньою стінкою, переважно не перевищує другому переважному варіанті гази являють собою 90 % діаметра реактора. Переважно, діаметр внухлор і вінілхлорид, а рідка фаза містить Т112. трішнього простору, що обмежується внутрішньою У даному винаході етилен означає чистий стінкою, дорівнює 70 % діаметра реактора. етилен, а також будь-яку суміш, що містить його Коли реактор є циліндричним, відстань між суттєву кількість. Те ж саме стосується хлору і найнижчою частиною внутрішньої стінки і дном вінілхлориду. Вінілхлорид може, зокрема, являти реактора в його самій нижній частині переважно собою вінілхлорид, що повертається після полімеризації. 7 96409 8 Існують дві технології одержання ДХЕ або інжектори при тисках на від 0,1 до 10, переважно Т112, в яких можна застосовувати спосіб згідно з на від 0,1 до 3 бар вище, ніж тиск виходу інжектоданим винаходом: технології, звані технологіями ра. кипіння (при такому тиску і температурі, коли рідка У особливо переважному варіанті у випадку фаза кипить), і технології, звані технологіями нетехнологій кипіння, що застосовуються до одердогріву (при температурі, що підтримується нижче жання ДХЕ, функціонування відбувається при темточки кипіння рідкої фази, що відповідає робочим пературі від 95 до 135 °C при абсолютному тиску умовам). Технології кипіння дають хороші резульгазової фази від 1,5 до 6 бар і шляхом подачі хлотати, зокрема, для одержання ДХЕ. Вони мають ру і етилену з тиском, придатним для одержання перевагу виходу чистого ДХЕ, оскільки він одержутиску від 1,7 до 6,8 бар на виході інжектора. ється з парів, що виділяються при кипінні ДХЕ, У особливо переважному варіанті у випадку який просто конденсується за допомогою будьтехнологій кипіння, що застосовуються для одерякого відомого пристрою. Вони також переважні, жання Т112, функціонування відбувається при оскільки забезпечують повернення тепла реакції із температурі від 95 до 135 °C при абсолютному застосовним рівнем. У випадку технологій недогрітиску газової фази від 0,2 до 6 бар і шляхом подачі ву, навпаки, оскільки ДХЕ або Т112 одержуються хлору і вінілхлориду з тиском, придатним для одешляхом виділення з рідкої фази, вони містять каржання тиску від 0,4 до 6,8 бар на виході інжектоталізатор. який необхідно видаляти, і це звичайно ра. робиться за допомогою послідовності етапів, які У особливо переважному варіанті спосіб згідно знижують економічність даного способу. з даним винаходом являє собою пряме хлоруванПриклади відомих каталізаторів для хлоруня етилену. вання етилену і вінілхлориду включають FeCl3 і Реактор і спосіб згідно з даним винаходом його комплекси з іншими хлоридами лужних метапроілюстровані необмежуючим чином з допомогою лів, особливо тетрахлорферат літію (як описано в фіг.1 (загальний вигляд такого реактора) і 2 (креспатентній заявці NL6901398). лення одного з інжекторів, присутніх в даному реаКоли спосіб згідно з даним винаходом викорикторі). стовується з технологіями недогріву, він дає хоНа фіг.1 показаний реактор, який складається, роші результати, коли працює при температурі, в основному, переважно з циліндричної зовнішньої яка вище або дорівнює 50 °C, переважно вище або камери (1) і містить циліндричну внутрішню стінку дорівнює 60 °C, але нижче або дорівнює 80 °C, (2), що утримується опорами (3). Завдяки присутпереважно нижче або дорівнює 70 °C, і при тиску ності даної циліндричної стінки (2) реакційна рідка газової фази, який вище або дорівнює 0,5, перефаза (ДХЕ) циркулює всередині по механізму приважно вище або дорівнює 1 абсолютному бару, родної циркуляції (дивись стрілки для руху рідини). але нижче або дорівнює 10, переважно нижче або Ряд (чотири) інжекторів (4) закінчуються біля внутдорівнює 3 абсолютним барам. рішньої ділянки даної стінки на рівні з її самою У способі згідно з даним винаходом реакція нижньою частиною. Рідка фаза, яка досягає рівня переважно здійснюється згідно з технологією хло(5), кипить, і пари ДХЕ видаляються через трубу рування кипіння, в якій природна циркуляція може (6), яка переносить їх в систему (7) конденсації, де застосовуватися для зовнішньої циркуляції рідкої вони перетворюються на рідкий ДХЕ (продукт реафази в реактор. Зокрема, спосіб згідно з винахокції), який частково повертається в реактор по дом дає хороші результати, коли функціонує при трубі (12). а частково виводиться по трубі (11). температурі, яка вище або дорівнює 60 °C, переТруба (8) зовнішньої циркуляції забезпечує переважно 90 °C, особливо переважно 95 °C, але пеливання рідини, наповнюючи нижню частину інжереважно нижче або дорівнює 150 °C, переважно кторів (4), в які також збоку подаються етилен і 135 °C, і при тиску газової фази, який переважно хлор, відповідно через труби (9) і (10). Ці інжектовище або дорівнює 0,2, переважно 0,5, особливо ри, відповідно подають в реактор реагуючі гази переважно 1,2, ще більш переважно 1,5 абсолют(етилен і хлор) і циркулюючу зовні рідку фазу них бар, але переважно нижче або дорівнює 10, (ДХЕ). Вони уникають змішування хлору і етилену переважно 6 абсолютних бар. за відсутності рідкої фази. У конкретному випадку, коли гази подають з На фіг.2 схематично показаний один з інжекдна реактора, особливо переважно, щоб їх тиск (і, торів (4), який забезпечений центральним соплом отже, їх швидкість) був достатнім для подолання (41) для подачі циркулюючої зовні рідкої фази четиску стовпа рідини, перепадів тиску і будь-якого рез трубу (8) (не показана на цій фігурі), причому додаткового тиску, присутнього в газовій фазі над центральне сопло (41) містить фітинг (42) для трурідкою фазою в реакторі. Тиск газу біля виходу би (8) і фітинг (43) для проміжного сопла (44) поінжектора переважно на щонайменше 0,1, передачі хлору. Останнє містить бічний отвір (45) для важно на щонайменше 0,2 бар вище, ніж тиск гаподачі хлору, фітинг (46) для центрального сопла зової фази над рідкою фазою в реакторі, і перева(41) і фітинг (47) для зовнішнього сопла (48) подачі жно не більше, ніж на 1,2. переважно не більше, етилену. Останнє також містить бічний отвір (49) ніж на 0,8 бар вище, ніж тиск газової фази над для подачі етилену і два фітинги: один фітинг рідкою фазою в реакторі. Що стосується вхідних (411) для проміжного сопла (44) і однин фітинг тисків для заданої конструкції інжектора, вони мі(412) для установки інжектора в камері (1). Сопла няються згідно з бажаним вихідним тиском і кон(44) і (48) подачі газу мають звуження перерізу на центраціями. Таким чином, у випадку хлору, етивихідному кінці інжектора. лену і вінілхлориду, вони переважно подаються в 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 96409 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601