DE4305001A1 - Oxychlorination device - Google Patents
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Description
Unter "Oxichlorierung" wird die Umsetzung von Ethylen mit Chlorwasserstoff und Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas verstanden, wobei 1,2-Dichlorethan (EDC) entsteht. Als Chlorwasserstoff wird hierbei üblicherweise der bei der thermischen Spaltung von EDC zu Vinylchlorid anfallende Chlorwasserstoff genutzt.Under "oxychlorination" the reaction of ethylene with Hydrogen chloride and oxygen or one understood oxygen-containing gas, 1,2-dichloroethane (EDC) is created. This is called hydrogen chloride usually that of thermal fission of EDC Vinyl chloride generated hydrogen chloride used.
Für die Oxichlorierung werden unter anderem Katalysatoren eingesetzt, die auf staubfeinen Träger n wie Aluminiumoxid Metallhalogenide, vorzugsweise Kupferchlorid, enthalten. Die Katalysatorteilchen haben hierbei einen mittleren Durchmesser von etwa 50 µm und bilden ein Fließbett aus, das entweder nur von den Reaktionsgasströmen, gegebenenfalls mit Inertgasanteilen, oder zusätzlich von einem Kreislaufgasstrom getragen wird. Bei diesem Verfahren wird die Reaktionswärme im Fließbett verteilt und an Kühlflächen abgeführt, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Fließbettreaktor erreicht wird. Hierbei müssen die Katalysatorteilchen eine hohe Abriebfestigkeit besitzen. Diese Eigenschaft wird im wesentlichen durch das Trägermaterial gegeben, wofür neben dem bereits genannten Aluminiumoxid auch Kieselsäure, Kieselgur oder Bimsstein eingesetzt werden. Bei ungenügender Abriebfestigkeit werden die Katalysatorteilchen zerrieben, insbesondere durch die Gasstrahlen der Gaseinleitungsvorrichtung, und der so auftretende Katalysatorträgerstaub wird vom aufwärtsgerichteten Gasstrom aus dem Oxichlorierungsreaktor ausgetragen. Hierdurch wird nicht nur ein Katalysatorverlust bewirkt, sondern auch eine erhöhte Abrasion in der Apparatur erzeugt.Among other things, catalysts are used for oxychlorination used on dust-fine supports such as aluminum oxide Metal halides, preferably copper chloride, contain. The Catalyst particles have a medium one Diameter of about 50 microns and form a fluidized bed that either only from the reaction gas streams, optionally with Portions of inert gas, or additionally from one Recycle gas flow is carried. With this procedure the heat of reaction is distributed in the fluidized bed and on cooling surfaces dissipated, whereby a uniform temperature distribution in the Fluid bed reactor is reached. Here, the Catalyst particles have a high abrasion resistance. This property is essentially determined by the Given carrier material, for what next to the already mentioned Aluminum oxide also silica, diatomaceous earth or pumice be used. If there is insufficient abrasion resistance the catalyst particles ground, especially by the Gas jets of the gas introduction device, and so occurring catalyst carrier dust is from upward gas stream from the oxychlorination reactor carried out. This will not only result in a loss of catalyst causes, but also an increased abrasion in the equipment generated.
Die Verwendung eines abriebfesten Trägermaterials bringt andererseits einen verstärkten Verschleiß der Gaseinleitvorrichtungen mit sich, der zu deren häufigem Auswechseln führt, was einen erheblichen Aufwand und zusätzliche Kosten durch die Produktionsunterbrechung bedeutet.The use of an abrasion-resistant carrier material brings on the other hand increased wear of the Gas injectors with them, which is their frequent Replacing leads to a considerable effort and additional costs due to the production interruption means.
Neben der erforderlichen Abwägung zwischen der Stabilität der Katalysatorteilchen und der dadurch bedingten Abrasion muß auch noch darauf geachtet werden, daß die Katalysatorteilchen nicht agglomerieren, da hierdurch bedingte Verklumpungen zur Störung des Fließbettes führen. Die Folgen wären eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Fließbett mit entsprechend ungünstigerer Reaktionsführung sowie gegebenenfalls Verstopfungen an Engstellen in der Apparatur, beispielsweise in Zyklonen zur Staubabscheidung oberhalb des Fließbettes oder in Fallrohren zur Rückführung des Staubes aus diesen Zyklonen in das Fließbett. Diese Verklumpungsneigung hängt neben der Beschaffenheit des Katalysators und seiner Verteilung auf dem Katalysatorträger insbesondere von der Konzentration der Reaktionsgase im Fließbett ab.In addition to the necessary balance between stability the catalyst particles and the resulting abrasion care must also be taken to ensure that the Do not agglomerate catalyst particles as this will result conditional clumps lead to disruption of the fluid bed. The consequences would be an uneven temperature distribution in the Fluid bed with a correspondingly less favorable reaction procedure as well as blockages at narrow points in the Equipment, for example in cyclones for dust separation above the fluid bed or in downpipes for return the dust from these cyclones into the fluidized bed. This The tendency to clump depends on the nature of the Catalyst and its distribution on the catalyst carrier especially from the concentration of the reaction gases in the Fluid bed off.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oxichlorierung, die gekennzeichnet ist durch eine verbesserte Einleitung mindestens eines der umzusetzenden gasförmigen Reaktionsteilnehmer, wobei mindestens einer der Reaktionsteilnehmer so geführt wird, daß der Gasstrahl eine horizontale Komponente (quer zur im gesamten Fließbett nach oben führenden Strömungsrichtung) aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht durch ihre Formgebung eine Schonung der Reaktoreinbauten und daraus resultierende lange Standzeiten, vermeidet weitestgehend durch ihre günstige Gasverteilung die Verklumpung im Katalysatorfließbett und erlaubt eine so günstige Reaktionsführung, daß durch Unterdrückung der Bildung von Nebenprodukten und der unerwünschten Verbrennung des Ethylens mit dem Sauerstoff die Ausbeute an EDC deutlich erhöht wird.The invention relates to a device for oxychlorination, which is characterized by an improved introduction at least one of the gaseous to be converted Reactants, at least one of the Reactant is guided so that the gas jet a horizontal component (across to across the entire fluid bed leading flow direction). The device according to the invention made possible by its Shaping a protection of the reactor internals and from them resulting long downtimes, largely avoided due to their favorable gas distribution, the clumping in the Catalyst fluid bed and allows such a cheap Reaction management that by suppressing the formation of By-products and the undesirable combustion of the Ethylene with the oxygen the yield of EDC clearly is increased.
Die Verteilung der in das Fließbett eintretenden Gasströme über den gesamten Reaktorquerschnitt erfolgt über Düsen. Insbesondere bei größeren Reaktordurchmessern ist in diesen Düsen ein derart kontrollierter Druckverlust wichtig, daß die Gasmengen der zuströmenden Reaktanden an jeder Stelle des Querschnittes möglichst gleichgehalten werden. Die Geschwindigkeiten in den Düsen sind zur Aufrechterhaltung des genannten Druckverlustes notwendigerweise so hoch, daß in kurzer Zeit ein hoher Materialabtrag an diesen Düsen stattfindet, wenn sich im Gasstrom Trägerstaub befindet, der seinerseits im scharfen Gasstrahl am Düsenaustritt zerrieben wird. Diese Erscheinung tritt insbesondere bei einfachen Lochböden, bei perforierten Rohren und bei Düsen auf, die am Ende von Gaszuleitungsrohren angeordnet sind.The distribution of the gas flows entering the fluidized bed over the entire reactor cross-section takes place via nozzles. Especially in the case of larger reactor diameters Nozzle such a controlled pressure loss is important that the gas quantities of the reactants flowing in at each point the cross section are kept as equal as possible. The Speeds in the nozzles are for maintenance of the pressure loss mentioned necessarily so high that high material removal from these nozzles in a short time takes place when there is carrier dust in the gas stream, the in turn, ground in a sharp gas jet at the nozzle outlet becomes. This phenomenon occurs particularly with simple ones Perforated floors, with perforated pipes and with nozzles on the End of gas supply pipes are arranged.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Oxichlorierung ist gekennzeichnet durchThe device for oxychlorination according to the invention is marked by
- - einen Reaktor (1),- a reactor ( 1 ),
- - eine untere Begrenzung (2) für einen Fließbett- Katalysator (3),- a lower limit ( 2 ) for a fluidized bed catalyst ( 3 ),
- - eine Gaseinleitung (Verteilerrohr) (4), die Düsen (5) enthält,- a gas inlet (distributor pipe) ( 4 ) containing nozzles ( 5 ),
- - wobei die Düsen (5) in Rohre (6) münden, die dem austretenden Gasstrom eine horizontale Komponente in der Strömungsrichtung verleihen, vorzugsweise indem am Ende der Rohre (6) Ablenkvorrichtungen (7) mit Austrittsöffnungen (8) angeordnet sind, und- The nozzles ( 5 ) open into tubes ( 6 ) which give the emerging gas stream a horizontal component in the flow direction, preferably by deflecting devices ( 7 ) with outlet openings ( 8 ) are arranged at the end of the tubes ( 6 ), and
- - eine Gaseinleitung (9) unterhalb der Begrenzung (2).- A gas inlet ( 9 ) below the limit ( 2 ).
Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Rohre (10), die durch die Begrenzung (2) hindurchgeführt sind, in denen Düsen (11) unterhalb der Begrenzung (2), aber oberhalb dem unteren Ende von (10) angeordnet sind.A special embodiment of the device according to the invention is characterized by pipes ( 10 ) which are passed through the boundary ( 2 ), in which nozzles ( 11 ) are arranged below the boundary ( 2 ) but above the lower end of ( 10 ).
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Reaktor mit der vorstehend beschriebenen besonderen Ausgestaltung der Rohre (6) im Querschnitt, die in Fig. 2 im Detail dargestellt ist. Fig. 1 shows a reactor according to the invention with the above-described special design of the tubes ( 6 ) in cross section, which is shown in Fig. 2 in detail.
Die Fig. 3 zeigt einen entsprechenden Reaktor, bei dem die horizontale Komponente in der Gasströmungsrichtung durch vor oder hinter der Zeichenebene liegende Enden der Rohre (6) verliehen wird, wie sie beispielsweise im Detail in der Fig. 4 dargestellt ist. FIG. 3 shows a corresponding reactor in which the horizontal component in the gas flow direction is imparted by ends of the tubes ( 6 ) lying in front of or behind the plane of the drawing, as is shown, for example, in detail in FIG. 4.
Die Umlenkvorrichtung (7) kann als plane Platte oder gewölbt ausgeführt sein, beispielsweise kegelförmig, so daß die Gasstrahlen schräg nach unten umgelenkt werden. Zweckmäßig werden die Rohre (6) selbst oder die Austrittsöffnungen (8) benachbarter Rohre (6) so angeordnet, daß die ausströmenden Gasstrahlen nicht frontal aufeinandertreffen und/oder nicht ein benachbartes Rohr (6) treffen.The deflection device ( 7 ) can be designed as a flat plate or curved, for example conical, so that the gas jets are deflected obliquely downwards. The tubes ( 6 ) themselves or the outlet openings ( 8 ) of adjacent tubes ( 6 ) are expediently arranged in such a way that the outflowing gas jets do not meet head-on and / or do not strike an adjacent tube ( 6 ).
Die Gaseinleitung (9) kann - wie in Fig. 1 und 3 dargestellt - ein auf den - vorzugsweise gewölbt ausgeführten - Reaktorboden gerichtetes Rohr sein. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht erfindungswesentlich. Die Gaseinleitung kann auch in anderer Form erfolgen, beispielsweise indem die Gaseinleitung (9) durch den Reaktorboden lotrecht hindurchgeführt und durch eine Umlenkvorrichtung, beispielsweise eine Prallplatte, im unteren Reaktorteil verteilt wird. In jedem Fall ist dafür zu sorgen, daß die Reaktionskomponente(n), die durch (9) eingeführt wird beziehungsweise werden, möglichst gleichmäßig durch den Anströmboden (2) in das Fließbett (3) gelangen. Bevorzugt ist eine Vorrichtung, wie sie in der Fig. 1 und 3 dargestellt ist. The gas inlet ( 9 ) - as shown in FIGS. 1 and 3 - can be a tube directed towards the reactor floor, which is preferably curved. However, this embodiment is not essential to the invention. The gas can also be introduced in another form, for example by leading the gas inlet ( 9 ) vertically through the reactor floor and distributing it in the lower part of the reactor by means of a deflection device, for example a baffle plate. In any case, care must be taken to ensure that the reaction component (s) introduced or introduced by ( 9 ) reaches the fluidized bed ( 3 ) as evenly as possible through the inflow floor ( 2 ). A device as shown in FIGS. 1 and 3 is preferred.
Die Anordnung der Düsen (11) in den Rohren (10) erfolgt zweckmäßig anhand einfacher Vorversuche. Bevorzugt ist eine Anordnung unterhalb der halben Höhe der Rohre (10).The arrangement of the nozzles ( 11 ) in the tubes ( 10 ) is advantageously carried out on the basis of simple preliminary tests. An arrangement below half the height of the tubes ( 10 ) is preferred.
Es ist nicht zweckmäßig, die Rohre (10) über die Begrenzung (2) hinaus in den Fließbett-Raum zu verlängern, da hierdurch keine bessere Gasverteilung erreicht wird und eine erhöhte Erosion auftreten kann. Bei einer Anordnung der Düsen (11) gemäß Fig. 1 und 3 bildet der Teil des Rohres (10) unterhalb der Düse (11) eine Einlaufstrecke, welche zur Ausrichtung und Vergleichmäßigung der Strömung beiträgt.It is not expedient to extend the pipes ( 10 ) beyond the boundary ( 2 ) into the fluidized bed space, since this does not result in better gas distribution and an increased erosion can occur. With an arrangement of the nozzles ( 11 ) according to FIGS. 1 and 3, the part of the tube ( 10 ) below the nozzle ( 11 ) forms an inlet section, which contributes to the alignment and equalization of the flow.
Die Dimensionierung der Düsen (5) im Rohr (4) sowie die Länge der Rohre (6) werden so aufeinander abgestimmt, daß der dadurch bewirkte Druckabfall eine gleichmäßige Verteilung des Gases über den Querschnitt des Reaktors (1) gewährleistet. Diese Dimensionierung ist im Einzelfall anhand einfacher Berechnungen leicht zu ermitteln.The dimensions of the nozzles ( 5 ) in the tube ( 4 ) and the length of the tubes ( 6 ) are matched to one another in such a way that the pressure drop caused thereby ensures a uniform distribution of the gas over the cross section of the reactor ( 1 ). This dimensioning can easily be determined in individual cases using simple calculations.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Oxichlorierungsreaktion aufgrund der herabgesetzten Abrasion beziehungsweise Erosion mit langen Standzeiten laufen. Insbesondere in der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 3 mit den Rohren (10) und den darin angeordneten Düsen (11) kann die Reaktion auch sehr sicher geführt werden. Dadurch, daß die durch die untere Begrenzung (2) eintretende Komponente zunächst eine Mischzone mit dem Katalysator (3) ausbildet, bevor sie mit der Komponente beziehungsweise mit den Komponenten, die durch das Verteilerrohr (4) eingeführt wird beziehungsweise werden, in Kontakt tritt, können Explosionen sicher verhindert werden. Wird also beispielsweise durch (9) das Ethylen eingeführt, so bildet es oberhalb von (2) zunächst mit dem Katalysator- Fließbett (3) eine Mischungszone aus, bevor es in Kontakt mit dem durch (4) eingeleiteten Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gas in Berührung kommt. In diesen Fällen kann der Chlorwasserstoff jeweils einer der beiden Komponenten oder auch beiden zugemischt werden. Andererseits kann man durch (9) den Sauerstoff oder das sauerstoffhaltige Gas, gegebenenfalls im Gemisch mit Chlorwasserstoff, einleiten, wobei wieder oberhalb von (2) zunächst eine Mischungszone mit dem Katalysator im Fließbett (3) ausgebildet wird, bevor ein Kontakt mit der weiteren Mischungszone möglich ist, die durch die aus (6) beziehungsweise (8) austretenden Gasstrahlen gebildet wird.In the device according to the invention, the oxychlorination reaction can take a long time due to the reduced abrasion or erosion. In particular in the preferred embodiment according to FIGS. 1 and 3 with the tubes ( 10 ) and the nozzles ( 11 ) arranged therein, the reaction can also be carried out very safely. The fact that the component entering through the lower boundary ( 2 ) first forms a mixing zone with the catalyst ( 3 ) before it comes into contact with the component or with the components which are introduced through the distributor pipe ( 4 ). explosions can be safely prevented. If, for example, ethylene is introduced through ( 9 ), it first forms a mixing zone above ( 2 ) with the catalyst fluidized bed ( 3 ) before it comes into contact with the oxygen or oxygen-containing gas introduced through ( 4 ) . In these cases, the hydrogen chloride can be added to one of the two components or both. On the other hand, the oxygen or the oxygen-containing gas, optionally in a mixture with hydrogen chloride, can be introduced through ( 9 ), a mixing zone with the catalyst being first formed in the fluidized bed ( 3 ) above ( 2 ) before contact with the further mixing zone is possible, which is formed by the gas jets emerging from ( 6 ) or ( 8 ).
In jedem der genannten Fälle kann in an sich bekannter Weise - zweckmäßig durch das Einleitungsrohr (9) - ein Inertgas oder Kreislaufgas zudosiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Inertgas, ein Kreislaufgas oder beispielsweise den Chlorwasserstoff als separate Komponente über eigene Einleitungsvorrichtungen dem Reaktor (1) zuzuführen.In each of the cases mentioned, an inert gas or recycle gas can be metered in in a manner known per se - expediently through the inlet pipe ( 9 ). Of course, it is also possible to feed the inert gas, a recycle gas or, for example, the hydrogen chloride as a separate component to the reactor ( 1 ) via separate inlet devices.
Durch die erfindungsgemäße besonders günstige Einleitung der Gase in das Katalysatorfließbett werden sehr gleichmäßige Reaktionsbedingungen über das gesamte Fließbett gewährleistet und dadurch höhere Ausbeuten erzielt.Due to the particularly favorable introduction of the invention Gases in the catalyst fluidized bed become very even Reaction conditions over the entire fluid bed guaranteed and thereby achieved higher yields.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.The invention is illustrated in the following examples explained.
Es wird eine Apparatur gemäß Fig. 1 und 2 verwendet.An apparatus according to FIGS. 1 and 2 is used.
In ein Reaktorgefäß (1) von 0,5 m Durchmesser und 24 m Höhe werden die auf 160°C vorgewärmten Reaktanden gasförmig eingeleitet: Eine Mischung aus 190,5 kg/h Chlorwasserstoff (HCl) und 45,2 kg/h Sauerstoff (O₂) strömt durch die Leitung (4) über die Düsen (5) in die Verteilerrohre (6). Von dort gelangt dieses Gasgemisch über die Öffnungen (8) in das Katalysatorbett. Die Prallplatten (7) bewirken dabei eine Umlenkung dieses Gasstromes in die Horizontale. Die Öffnungen (8) sind am Umfang der Verteilerrohre so angeordnet, daß der aus den Öffnungen (8) austretende Gasstrom im Fließbett keine Abrasion an den darin befindlichen Einrichtungen hervorruft. Die Energie dieser Gasstrahlen verwirbelt also im Fließbett und bewirkt dort eine innige Vermischung der Gase mit dem Katalysator. 75,9 kg/h Ethylen (C2H4) fließen über die Leitung (9) und die Rohre (10) mit den Düsen (11) durch den Verteilerboden (2). Im Reaktorgefäß (1) befindet sich als Katalysator Kupfer(II)chlorid auf einem Aluminiumoxid-Träger in der Form einer Fließbettschüttung (3). In dieses Fließbett werden die obengenannten Reaktanden eingeführt. Zur Fluidisierung des Fließbettes strömt zusätzlich ein Kreisgasstrom von 280 kg/h über die Leitung (9) und die Rohre (10) durch den Verteilerboden (2) von unten in das Reaktorgefäß (1).In a reactor vessel ( 1 ) of 0.5 m in diameter and 24 m in height, the reactants preheated to 160 ° C. are introduced in gaseous form: a mixture of 190.5 kg / h of hydrogen chloride (HCl) and 45.2 kg / h of oxygen (O₂ ) flows through the line ( 4 ) via the nozzles ( 5 ) into the distributor pipes ( 6 ). From there, this gas mixture reaches the catalyst bed via the openings ( 8 ). The baffle plates ( 7 ) cause this gas flow to be deflected into the horizontal. The openings ( 8 ) are arranged on the circumference of the distributor pipes in such a way that the gas flow emerging from the openings ( 8 ) in the fluidized bed does not cause any abrasion on the devices located therein. The energy of these gas jets swirls in the fluidized bed and causes an intimate mixing of the gases with the catalyst. 75.9 kg / h of ethylene (C 2 H 4 ) flow via the line ( 9 ) and the pipes ( 10 ) with the nozzles ( 11 ) through the distributor base ( 2 ). In the reactor vessel ( 1 ) there is copper (II) chloride as a catalyst on an alumina carrier in the form of a fluidized bed ( 3 ). The above reactants are introduced into this fluidized bed. To fluidize the fluidized bed, a circulating gas flow of 280 kg / h additionally flows via the line ( 9 ) and the pipes ( 10 ) through the distributor plate ( 2 ) from below into the reactor vessel ( 1 ).
Im Fließbett werden die Reaktanden über den Reaktorquerschnitt verteilt und es bilden sich Mischungszonen zwischen den einzelnen Reaktanden und dem Katalysator. Die Reaktanden strömen im Reaktor von unten nach oben. Auf diesem Weg treffen sie aufeinander und reagieren unter Mitwirkung des vorhandenen Katalysators zu EDC und Wasser. Die dabei auftretende Reaktionswärme von 238,5 kJ/mol wird über das Fließbett (3) an die Kühlschlange (12) abgeführt, in der Wasser bei 183°C verdampft. Die Reaktionstemperatur beträgt 225°C bei einem Überdruck von 3 bar im Reaktor.In the fluidized bed, the reactants are distributed over the cross section of the reactor and mixing zones are formed between the individual reactants and the catalyst. The reactants flow from bottom to top in the reactor. In this way, they meet and react with the help of the existing catalyst to EDC and water. The resulting heat of reaction of 238.5 kJ / mol is dissipated via the fluidized bed ( 3 ) to the cooling coil ( 12 ), in which water evaporates at 183 ° C. The reaction temperature is 225 ° C at an overpressure of 3 bar in the reactor.
Der Gasstrom am Reaktorkopf, bestehend aus den Reaktionsprodukten und dem Kreisgas, verläßt das Reaktionsgefäß (1) über zwei Zyklone zur weiteren Verarbeitung. Die beiden in Reihe geschalteten Zyklone dienen zur Abscheidung des mitgerissenen Katalysatorstaubes aus dem Gasstrom am Reaktorkopf oberhalb des Katalysator- Fließbettes.The gas stream at the reactor head, consisting of the reaction products and the cycle gas, leaves the reaction vessel ( 1 ) via two cyclones for further processing. The two cyclones connected in series are used to separate the entrained catalyst dust from the gas stream at the reactor head above the catalyst fluidized bed.
Die Verteilerrohre zur Einleitung von Chlorwasserstoff und Sauerstoff sind am unteren Ende der Kühlschlangen (12) angeordnet. Hier beginnt beim Zusammentreffen aller bereits mit Katalysator gemischten Reaktanden die Oxichlorierungsreaktion, und die dabei entstehende Wärme kann ab hier über die Kühlschlangen (12) abgeführt werden. Auf diese Weise wird ausgeschlossen, daß höhere Temperaturen im Fließbett unterhalb der Kühlschlange (12) auftreten, wenn dort bereits die Reaktion begonnen hat. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung im ganzen Reaktor wirkt sich günstig auf die Ethylenausnutzung und damit die EDC-Ausbeute aus.The distribution pipes for the introduction of hydrogen chloride and oxygen are arranged at the lower end of the cooling coils ( 12 ). When all the reactants already mixed with the catalyst come together, the oxychlorination reaction begins here, and the heat generated in this way can be dissipated from here via the cooling coils ( 12 ). In this way it is excluded that higher temperatures occur in the fluidized bed below the cooling coil ( 12 ) if the reaction has already started there. A uniform temperature distribution throughout the reactor has a favorable effect on ethylene utilization and thus the EDC yield.
Es wird eine Apparatur gemäß Fig. 3 und 4 verwendet.An apparatus according to FIGS. 3 and 4 is used.
In ein Reaktorgefäß (1) von 2,8 m Durchmesser und 26 m Höhe werden die auf 160°C vorgewärmten Reaktanden gasförmig eingeleitet: eine Mischung aus 2525 kg/h Ethylen (C2H4) und 6230 kg/h Chlorwasserstoff (HCl) über die Leitungen (4) mit den Düsen (5) und über die Verteilerrohre (6). 9400 kg/h Luft werden über die Leitung (9) durch die Rohre (10) mit den Düsen (11) und den Verteilerboden (2) in das Fließbett (3) geführt. Im Reaktorgefäß (1) befindet sich der Katalysator Kupfer(II)chlorid auf einem Aluminiumoxid-Träger in der Form einer Fließbettschüttung (3). In dieses Fließbett werden die obengenannten Reaktanden eingeführt. Der Gasstrom der Reaktanden und der im Luftstrom enthaltene Stickstoffanteil bewirken eine Fluidisierung des Fließbettes. In diesem Fließbett werden die Reaktanden über den Reaktorquerschnitt verteilt und es bilden sich Mischungszonen aus dem Chlorwasserstoff-Ethylen-Gemisch und dem Katalysator (3).The reactants preheated to 160 ° C are introduced in gaseous form into a reactor vessel ( 1 ) 2.8 m in diameter and 26 m high: a mixture of 2525 kg / h of ethylene (C 2 H 4 ) and 6230 kg / h of hydrogen chloride (HCl) over the lines ( 4 ) with the nozzles ( 5 ) and over the distributor pipes ( 6 ). 9400 kg / h of air are fed via line ( 9 ) through the pipes ( 10 ) with the nozzles ( 11 ) and the distributor plate ( 2 ) into the fluidized bed ( 3 ). The copper (II) chloride catalyst is located in the reactor vessel ( 1 ) on an alumina carrier in the form of a fluidized bed ( 3 ). The above reactants are introduced into this fluidized bed. The gas flow of the reactants and the nitrogen content contained in the air flow cause fluidization of the fluidized bed. In this fluidized bed, the reactants are distributed over the cross section of the reactor and mixing zones are formed from the hydrogen chloride-ethylene mixture and the catalyst ( 3 ).
Die Reaktanden strömen im Reaktor (1) von unten nach oben. Auf diesem Weg treffen Chlorwasserstoff und Ethylen mit der Luft zusammen und reagieren unter der Mitwirkung des Katalysators zu EDC und Wasser. Die dabei auftretende Reaktionswärme von 238,5 kJ/mol wird über das Fließbett (3) an die Kühlschlange (12) abgeführt, in der Wasser bei 189 °C verdampft. Die Reaktionstemperatur beträgt 226°C bei einem Überdruck von 3,2 bar im Reaktor. Der Gasstrom am Reaktorkopf, bestehend aus den Reaktionsprodukten und dem Stickstoff, verläßt das Reaktionsgefäß (1) über drei Zyklone und eine Leitung zur weiteren Verarbeitung. Die drei in Reihe geschalteten Zyklone dienen zur Abscheidung des mitgerissenen Katalysatorstaubes aus dem Gasstrom am Reaktorkopf oberhalb des Katalysator-Fließbettes.The reactants flow from bottom to top in the reactor ( 1 ). In this way, hydrogen chloride and ethylene meet with the air and react with the help of the catalyst to EDC and water. The resulting heat of reaction of 238.5 kJ / mol is dissipated via the fluidized bed ( 3 ) to the cooling coil ( 12 ), in which water evaporates at 189 ° C. The reaction temperature is 226 ° C at an overpressure of 3.2 bar in the reactor. The gas stream at the reactor head, consisting of the reaction products and the nitrogen, leaves the reaction vessel ( 1 ) via three cyclones and a line for further processing. The three cyclones connected in series are used to separate the entrained catalyst dust from the gas stream at the reactor head above the catalyst fluidized bed.
Die unter einem Winkel von 45° zur Lotrechten nach unten gerichteten Verteilerrohre (6) zur Einbringung des Chlorwasserstoff-Ethylen-Gemisches bewirken eine gute Verteilung dieses Gasgemisches über den Reaktorquerschnitt ohne nennenswerte Erosion durch das Gas-Katalysator-Gemisch an den Verteilerrohren (6) oder am Verteilerboden (2). Zu diesem Zweck sind die Verteilerrohre (6) so über den Querschnitt des Reaktors verteilt und gegeneinander versetzt angeordnet, daß der aus den Verteilerrohren (6) austretende Gasstrom im Fließbett keine Abrasion an den darin befindlichen Einrichtungen hervorruft. Die Energie dieser Gasstrahlen verwirbelt also im Fließbett und bewirkt dort eine innige Vermischung der Gase mit dem Katalysator. Daraus resultieren längere Laufzeiten des Reaktors zwischen zwei Abstellungen. Während bei herkömmlichen Gasverteilersystemen diese Erosion die Standzeiten auf durchschnittlich sechs Monate begrenzte, ergeben sich mit der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 Standzeiten von mehr als fünf Jahren.The distributor pipes ( 6 ), which are directed downwards at an angle of 45 ° to the vertical, for introducing the hydrogen chloride-ethylene mixture, result in a good distribution of this gas mixture over the reactor cross-section without significant erosion by the gas-catalyst mixture on the distributor pipes ( 6 ) or on the distributor floor ( 2 ). For this purpose, the distributor pipes ( 6 ) are distributed over the cross-section of the reactor and arranged offset from one another in such a way that the gas stream emerging from the distributor pipes ( 6 ) in the fluidized bed does not cause any abrasion at the devices located therein. The energy of these gas jets swirls in the fluidized bed and causes an intimate mixing of the gases with the catalyst. This results in longer runtimes of the reactor between two shutdowns. While in conventional gas distributor systems this erosion limited the service life to an average of six months, the device according to FIGS. 3 and 4 results in service life of more than five years.
Claims (7)
- - einen Reaktor (1),
- - eine untere Begrenzung (2) für einen Fließbett- Katalysator (3),
- - eine Gaseinleitung (Verteilerrohr) (4), die Düsen (5) enthält,
- - wobei die Düsen (5) in Rohre (6) münden, die dem austretenden Gasstrom eine horizontale Komponente in der Strömungsrichtung verleihen, und
- - eine Gaseinleitung (9) unterhalb der Begrenzung (2).
- - a reactor ( 1 ),
- - a lower limit ( 2 ) for a fluidized bed catalyst ( 3 ),
- - a gas inlet (distributor pipe) ( 4 ) containing nozzles ( 5 ),
- - The nozzles ( 5 ) open into tubes ( 6 ) which give the emerging gas stream a horizontal component in the direction of flow, and
- - A gas inlet ( 9 ) below the limit ( 2 ).
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