NO327707B1 - Fremgangsmate og anvendelse for varmeutnyttelse ved fremstilling av 1,2-dikloretan - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av 1,2-dikloretan, i det følgende betegnet som "EDC", som overveiende tjener som mellomprodukt ved fremstillingen av monomert vinylklorid, i det følgende betegnet som "VCM", hvorav det til slutt fremstilles polyvinylklorid, PVC, og en anvendelse av en turbofortetter for gjennomføring av fremgangsmåten.

Ved omsetningen av EDC til VCM oppstår hydrogenklorid (HC1), EDC blir derfor fortrinnsvis fremstilt av eten (C2H4) og klor (CI2) slik at med hensyn til det ved omsetningen frembrakte og brukte hydrogenklorid (HC1) kan oppnås en balanse tilsvarende de følgende reaksjonsligningene:

Den del av fremstillingsfremgangsmåten som bygger på reaksjonen (1) blir i det følgende betegnet som "direkte klorering", den del som bygger på reaksjonen (2) betegnes som EDC-spaltning og den del som bygger på reaksjonen (3) betegnes som oksyhydroklorering. Den totale fremstillingsfremgangsmåten så fremt det ved EDC-spaltningen dannede HC1 forbrukes fullstendig i oksyhydrokloreringen blir i det følgende betegnet som "avbalansert fremgangsmåte".

Direkte kloreringen skjer her vanligvis i en løkkereaktor for hvilken det kjennes forskjellige utføringsformer. En slik fremgangsmåte er eksempelvis beskrevet i publikasjonen DE 43 18 609 Al. Det har i flere år vist seg at renheten av det der frembrakte EDC med hensyn til økonomien og den til slutt oppnåelige produktrenhet med hensyn til VCM fra reaksjon (2) og dermed hele fremgangsmåten er av meget stor betydning. Derfor ble det i fortiden foretatt mange forsøk for å minimere sidereaksjonene til reaksjon (1).

Et spesielt suksessfult forsøk var senkningen av reaksjonstemperaturen, av ulempe herved var dog at reaksjonsvarmen fremkom ved tilsvarende lavere temperatur og det ikke mer gjensto en fornuftig utnyttelsesmulighet innenfor EDC-fremstillingen. Reaksjonsvarmen ble således til spillvarme hvilket førte til at denne mulighet for minimering av sidereaksj onene til reaksjon (1) ble forkastet av fagfolkene. Varmeforskyvningstiltakene ved ballanserte fremgangsmåter har stor økonomisk og økologisk betydning. Eksempelvis beskrives i publikasjonen DE 41 31 576 Al en krevende utnyttelsesfremgangsmåte for varmen fra EDC-damp. Det for et avballansert regnskap nødvendige behov av EDC blir fremstilt ifølge reaksjon (1) ved temperaturer på 75 til 100°C under koking av EDC en, kondensering av dampen og tilbakeløp til reaktoren av den med produktstrømmen reduserte kondenserte dampstrømmen. Også utkoplingen av varme fra det flytende EDC som løper i reaktoren er allerede blitt gjennomført. Den for kondensasjon av den fra EDC-reaktoren stammende dampen så vel som et eventuelt flytende EDC i omløp deri nødvendige kjøleeffekten ligger ved 420 kWh pr. frembrakt tonn VCM. Foreligger klor flytende som inngangsprodukt så utgjør den nødvendige varmeeffekten til fordampning av kloret 35 kWh pr. frembrakt tonn

VCM.

Både EDCen fra oksyhydrokloreringen og eventuelt også fra direkte kloreringen så vel som det ikke omsatte EDC fra EDCen spaltningen må opparbeides destillativt, da EDC-spaltningen som utgangsmateriale krever et høyrent EDC. Til destillering anvendes vanligvis destillasjonskolonner, til adskillelse av vann og lavtkokende stoffer anvendes en awannings- hhv. lavtkokende kolonne og til adskillelse av høytkokende forbindelser en eller flere kolonner som betegnes som høytkokende kolonne og som vakuumkolonne. Dampmengden nødvendig for drift av disse destillasjoner ligger ved ca. 513 kWh pr. tonn frembrakt VCM, når man går ut fra at EDCen fra direkte kloreringen, den fra oksyhydrokloreringen så vel som den ikke omsatte rest EDCen fra spaltningen renses sammen. Er en destillasjon av EDCen fra direkte kloreringen ikke nødvendig fordi reaksjonsbetingelsene kan innstilles slik at den krevede renhet for EDC spaltningen også kan oppnås uten destillasjon reduseres den for rensingen av det resterende EDC nødvendige dampmengde til 385 kWh pr. tonn frembrakt VCM.

Det er allerede foreslått fremgangsmåter som utnytter hele reaksjonsvarmen fra direkte kloreringen ved kondensasjon av damp fra direkte kloreringen direkte under oppvarming av den høyt kokende kolonnen og vakuumkolonnen. På grunn av den dertil nødvendig, relativt høye reaksjonstemperaturen i direkte kloreringen reduserer denne type fremgangsmåte dog utbytte basert på utgangsstoffene klor og eten og betinger videre en dårligere kvalitet EDC fra direkte kloreringen, hvilket krever økt destillativ opparbeidning og dermed fører til en reduksjon av lønnsomheten.

Fremgangsmåter som ved hjelp av dampfortetning forsøker å oppnå en lønnsom drift av kolonner, er allerede blitt beskrevet. Således presenterer publikasjonen FR 2578 537 Al en fremgangsmåte for ved hjelp av dampfortetning i en EDC-høytkokende utskillingskolonne og bevirke dens egen sumpoppvarming.

Publikasjonen EP 0 131 932 Al viser en fremgangsmåte med hvilken dens egen sumpoppvarming og/eller oppvarmingen av en lavtkokende kolonne kan drives ved hjelp av dampfortetning i en EDC-høytkokende utskillingskolonne.

Den allerede ovenfor nevnte publikasjonen DE 41 31 576 Al viser en fremgangsmåte som benytter dampen fra den høytkokende utskillingskolonnen til å drive sumpoppvarmingen til oppvarmingskolonnen.

Fra publikasjonen EP 0 180 925 Bl kjennes videre en fremgangsmåte ved hvilken damp fra høytkokerutskillingskolonnen til en VCM-fremstilling fortettes og benyttes til å oppvarme sumpen til kolonnen. Denne publikasjonen lærer også at det må prøves om det forløper ytterligere reaksjoner under fortetningsprosessen som kan føre til forurensninger i EDCen så vel som til driftsproblemer i kondensatoren.

Forskjellig fra den foreliggende oppfinnelsen benytter den ovenfor nevnte teknologien dampen fra rensningskolonner og ikke dampen til direkte kloreringsreaktoren.

Som resultat herav er oppgaven for den foreliggende oppfinnelsen på tross av den lave reaksjonstemperaturen i direkte kloreringen å utnytte den der fremkomne reaksjonsvarmen.

Denne oppgaven blir løst med en fremgangsmåte for varmeutnyttelse ved fremstillingen av 1,2-dikloretan ved hjelp av direkteklorering av klor og eten, kjennetegnet ved at det dampformige fra direktekloreirngsreaktoren utvunnede 1,2-dikloretan fortettes og dette fortettede 1,2-dikloretan for varmefrigivning tilføres fordamperen til en lavtkokende-awanningskolonne og/eller fordamperen til en høytkokende kolonne og/eller fordamperen til en vakuumkolonne og/eller kloroppvarmeren før direktekloreirngsreaktoren.

Videre løses oppgaven ved anvendelse av en turbofortetter til fortetningen av det dampformige fra direktekloreirngsreaktoren uttrukne 1,2-dikloretan til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Ifølge oppfinnelsen blir det dampformige fra reaksjonsreaktoren til direkte kloreringen utvunnede EDC fortettet og dette fortettede EDC tilføres til varmevekslerer for varmefhgivning.

Det viser seg at ved dette tiltak kan reaksjonstemperaturen i direkte kloreringen senkes så langt at det i direkte kloreringen frembrakte EDC uten videre destillativ rensing kan føres inn i EDC-spaltningen uten at det hermed er forbundet ulempene at reaksjonsvarmen fremkommer ved en for anvendelse for lav temperatur. Ved kondenseringen stiger nemlig både temperaturen til det fortettede EDC så vel som også kondensasjonstemperaturen til EDC hvorved det blir mulig å anvende det fortettede EDC ved høyere temperatur enn den til direkte kloreringen.

Videre utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av underkravene. Således er det spesielt tiltenkt at den fortettede dampen tilføres fordamperen til en lavtkokende- hhv. awanningskolonne og/eller fordamperen til en høytkokende kolonne og/eller fordamperen til vakuumkolonne og/eller til klorfordamperen før direkte kloreringsreaktoren. Da det er en fordel ved oppfinnelsen at den ved direkte kloreringen dannede reaksjons varme på 420 kWh pr. tonn frembrakt VCM ganske presist tilsvarer summen av behovet for driften av destillasjonskolonnen på 385 kWh pr. tonn frembrakt VCM og klorfordampningen på 35 kWh pr. tonn frembrakt VCM gir den foreliggende oppfinnelsen fagmannen det middel i hånden å fordele reaksjonsvarmen mellom de nevnte forbrukere og kunne innskrenke anvendelsen av fremmed energi til behovet for anleggsregulering og driften av den for oppfinnelsen vesentlige fortetning.

Med oppfinnelsen muliggjøres en kompakt bygningsmåte av anordningen for anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik at en oppvarming av EDCkolonnen med den komprimerte dampen også er mulig som oppvarmingen av ytterligere kolonner, som dette også er tiltenkt i utføringsformer ifølge oppfinnelsen. Herved blir det for fortetningen av det dampformige 1,2-dikloretan trukket ut av direkte kloreringsreaktoren anvendt en turbofortetter. I en ytterligere utføringsform av oppfinnelsen blir turbofortetteren utstyrt med en bølgepakning med tandemoppbygning og denne bølgepakning påslått nitrogen som sperregass. I en videre utføringsform av oppfinnelsen blir transportmengden til turbofortetteren ved hjelp av regulering av omdreiningstallet tilpasset til tømmingen av direkte kloreringsreaktoren.

Ytterligere kjennetegn, enkeltheter og fordeler ved oppfinnelsen fremgår i den etterfølgende beskrivelsen så vel som på tegningene.

Disse viser på

figur 1 et eksempel på en anleggskopling ifølge oppfinnelsen og på

figur 2 koplingen til en forsøksanordning for en funksjonstest.

I eksemplet ifølge figur 1 reageres fordampet klorgass 1 og eten 2 i direkte kloreringsreaktoren 3 til EDC. Reaksjonsvarmen blir sluppet ut ved fordampende EDC (damp) sammen med dampen fra direkte kloreringsreaktoren 3.1 fortetteren 4 blir dampen komprimert. Fra den komprimerte dampen trekkes overopphetningsvarmen ut ved innsprøytning av flytende EDC 5. Den komprimerte og mettede damp oppvarmer fordamperen 6 til lavtkoker-awanningskolonnen 7, fordamperen 8 til høytkokerkolonne 9 og fordamper 10 til vakuumkolonne 11 og/eller ytterligere varmeveksler 12i. For oppstartsformål eller innstabile driftstilstander kan alle kolonner også oppvarmes med en mettet damp 13,14,15. Den fortettede dampen kan likeledes anvendes til overoppvarming av det fordampede klor 16.

Ved tilsvarende kjøling av ved hjelp av trimkjøleren 17 og avspenningen 18 av den totalkondenserte dampen dannes nøyaktig den EDC-flashdampmengde som er nødvendig til oppvarmingen av klorfordamperen 19 gjennom kondensasjon. Ikke kondensert EDC-flashdamp kondenseres i en kjølefelle 20 bortsett fra en rest som overveiende består av inerte gasser og som tilføres en utslusning 21. På denne måte blir også de over bølgepakningen til turbofortetteren til EDC-dampen som forurensninger tilblandede sperregassdelmengde igjen adskilt fra EDCen.

For innkjøringsformål eller ustabil driftstilstander kan direktekloreirngsreaktoren også kjøles med kjølevann 22. Trimkjøleren 17 sørger for det avballanserte varmeregnskapet. Stoffbalansen overholdes gjennom uttrekning av produkt-EDC 23 fra utkondensert damp.

Ved hjelp av figur 2 beskrives en funksjonstest slik som også publikasjonen EP 0 180 925 Bl angir den, hvor temperaturen er angitt i celsius grader og trykkangivelsen er i absolutt trykk. Vekt-ppm betyr mg av den respektive substans pr. kg totalvekt av EDC-fraksjonen: Det ble anvendt EDC med følgende sammensetning slik den oppnås fra dampen til en direkte kloreringsreaktor med senket reaksjonstemperatur:

99,9 vekt-% EDC (1,2-dikloretan)

260 vekt-ppm 1,1-dikloretan

490 vekt-ppm 1,1,2-tirkloretan

140 vekt-ppm hydrogenklorid

110 vekt-ppm eten

I en oppvarmet beholder 24 ble denne EDC fordampet hvorved væskestanden i beholderen 24 ble holdt konstant gjennom tilførsel 25 av EDC med samme sammensetning. Fordampningen foregikk ved et trykk på 1,3 bar og den tilhørende mettet damptemperatur på 92°C. Dampen ble av en fortetter 26 fortettet til et trykk på 3,05 bar ved en temperatur på 133°C. Den med ca. 8 K overopphetede dampen ble utkondensert i kondensatoren 27. For trykkopprettholdelse 29 foregikk etter kondensatoren 27 en overleiring med nitrogen 28. De utkondenserte dampene 30 har nøyaktig den samme sammensetningen som de ikke-fortettede dampene, ved sammenligning av analysene før og etter fortetteren kan det ikke sees noen forskjell.

Herav følger at det fra direkte kloreringsreaktoren drevet ved senket temperatur oppnådde høyrene EDC har en enda ringere tendens til etterreaksjoner og de dermed forbundne driftsproblemer for fortetteren enn ethvert destillativt renset EDC fra toppen av destillasjonskolonnen tilsvarende den kjente teknikken kjent fra publikasjonen EP 0 180 925 Bl, hvorved den foreliggende oppfinnelsen kan fremvise en ytterligere fordel.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for varmeutnyttelse ved fremstillingen av 1,2-dikloretan ved hjelp av direkteklorering av klor og eten, karakterisert ved at det dampformige fra direktekloreirngsreaktoren (3) utvunnede 1,2-dikloretan fortettes og dette fortettede 1,2-dikloretan for varmefrigivning tilføres fordamperen (6) til en lavtkokende-awanningskolonne (7) og/eller fordamperen (8) til en høytkokende kolonne (9) og/eller fordamperen (10) til en vakuumkolonne (11) og/eller kloroppvarmeren (16) før direktekloreirngsreaktoren (3).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oppvarmingen av den med et topptrykk på 1,0 til 1,6 bar absolutt drevne awanningskolonnen (7) for rensing av 1,2-dikloretanen foretas ved varmeveksling mellom dets sumpprodukt og den fortettede dampen fra dirktekloreringen ved en temperaturforskjell på 8 til 25°C, hvor sumptemperaturen ved tilsvarende bobleuttak holdes ved 80 til 105°C.

3. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående kravene, karakterisert ved at oppvarmingen av den med et topptrykk på 0,7 til 1,4 bar absolutt drevne høytkokende kolonne (9) for rensing av ikke-spaltet 1,2-dikloretan og 1,2-dikloretanen fra awanningskolonnen (7) ved varmeveksling mellom sumpproduktet og den fortettede dampen fra direktekloreringen foretas ved en temperaturdifferans på 8 til 25°C og at sumptemperaturen gjennom bunnavvtrekk holdes ved 84 til 105°C.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående kravene, karakterisert ved at oppvarmingen av den med et topptrykk på 0,2 til 0,3 bar absolutt drevne vakuum-kolonne (11) til rensing av bunnavtrekket fra den høytkokende kolonnen (9) foregår ved varmeveksling mellom dens sumpprodukt og den fortettede dampen fra direkte kloreringen ved en temperaturforskjell på 8 til 25°C og at sumptemperaturen ved bunnavtrekk holdes ved 80 til 90°C.

5 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående kravene, karakterisert ved at flytende klor til direkteklorering fordampes og overopphetes ved varmeveksling med den fortettede dampen fra direktekloreringen eller ved varmeveksling med sirkulerende, flytende 1,2-dikloretan fra direktekloreringen.

6. Anvendelse av en turbofortetter til fortetningen av det dampformige fra direktekloreirngsreaktoren (3) uttrukne 1,2-dikloretan til fremgangsmåten ifølge et av de foregående kravene.

7. Anvendelse av en turbofortetter ifølge krav 6, hvor turbofortetteren er utstyrt med en bølgepakning med tandemstruktur hvor bølgepakningen påtrykkes nitrogen som barrieregass.

8. Anvendelse ifølge krav 6 eller 7, hvor turbofortetterens fremføringsmengde er tilpasset ved omdreiningsregulering til utføringen fra direktekloreirngsreaktoren.