NO830215L - Fremgangsmaate ved drift av en fluidisert sjiktreaktor og anordning dertil. - Google Patents

Description

Den kommersielle fordelen med en fluidisert sjiktsreaktor er muligheten for et fluidisert fast sjikt å nærme seg isotermiske betingelser. Dette gjør det mulig å styre temperaturen nøyaktig som på sin side tillater nøyaktig styring av prosessen. Skjønt det finnes fluidiserte sjiktprosesser i hvilke det ikke foregår noen reaksjon omhandler foreliggende oppfinnelse bare kommersielle prosesser hvor en kjemisk reaksjon forekommer ved hevet temperatur og trykk, hvis prosess man

har funnet er uventet i samsvar med driften ved en laboratoriefluidisert sjikt-prosess som foregår ved omgivelsestrykk. Mer spesielt angår foreliggende oppfinnelse de prosessene som nytter kjemiske reaksjoner i fluidisert sjikt katalysater, som er blitt funnet fremstiller et spesielt fenomen best beskrevet som "klissenhét". eller "klebrighet" som ikke er nødvendigvis viskusi-tet som vanligvis definert. Klebrigheten kan bli definert som graden av partikkel-til -partikkel sammenhopning, viskositet eller motstand mot bevegelse eller adskillelse av partikkel-formede bestanddeler. Klebrigheten til en båret katalytt er avhengig av trykket i temperaturen til den katalyttiske reaksjonen, den adsorptive egenskapen til katalytten, mengden og fordelingen av aktive bestanddeler på overflaten, antall av aktive plasser tilgjengelige på katalysatet og måten og graden av deres benyttelse og mengden og fysokjemiske egenskaper til reaktansene og reaksjonsproduktene i det fluidiserte sjiktet.

Det er innlysende at fluidiserte sjiktskataly.sater slike som er benyttet i kommersielle reaktorer i kjemiske prosesser inneholder i det vesentlige en slipemotstand, vanligvis porøs katalyttbærer på hvilke er avsatt en eller flere vesent-

lige katalyttiske bestanddeler. En typisk katalyttbærer er

silisiumdioksyd, kiselguhr, fuller's jord, pimpstein og aluminiumoksyd, hvor sistnevnte vanligvis er foretrukket på grunn av dens overlegne motstand mot avslipning, dens mulighet til å fluidi-sere og spesielt på grunn av at den kan bli reparert med et ønsket overflateområde og i et forutvalgt partikkelstørrelses-forhold. Med unntak av forandringen i farge og overflateområde forandrer ikke vesentlig avsetningen av en ønsket katalyttisk bestanddel på katalyttbæreren de fysikalské karakteri-stikkene til katalyttbæreren, som nøyaktig ligner fin sand.

I løpet av en normal vanlig oppstarting av en fluidisert reaktor gir den fluidiserte katalytten ingen indikasjon at den kan gjennomgå en forandring i "konsistensen", dette kan imidlertid bli avgrenset. Ved en hevet temperatur over omkring 100°C, men under en temperatur skadelig for katalytten, særlig mens katalytten katalyserer en reaksjon mellom matekomponenter matet

til reaktoren, første partiklene til noen katalytter viser en tilbøylighet til å klebe til hverandre, som således viser en forandring over alt i fluidiserte sjiktkonsistensen i reaktoren. Katalytter som fremviser en slik tendens omfatter katalyttbærere på hvilke er avleiret "myke" elementer i Gruppene I,V,

VI og VIII i den Periodiske tabellen og sammensetninger derav. Mest mottagelig mot en forandring i konsistensen er katalyttbærere på hvilke er avsatt sammensetninger av kobber, jern, bismut, antimon og lignende og som i tillegg kan være aktiverte av sjeldne jordelementer og elementer i Gruppene II, IV, og VII. Flere kjemiske prosesser som benytter katalyttbærere i en fluidisert sjikreaksjon er oppstilt i kapittelet med tittelen "Fluidi-zation" i Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Vol. 9, p 400-400-404, 2d Edition, Interscience Publishers,

John Wiley&Sons, Inc. (1966). Mange av disse katalyttene er klebetilbøylige i løpet av driften av den fluidiserte sjiktreaktoren som inneholder katalytten.

Ved de spesielle prosessene listet opp i artikkelen ovenfor blir slike som ammoksidasjon av propylen for å fremstille akrylonitril, oksydasjon av propylen for å fremstille akrolein, oksydroklorinering av lavere alkaner og alkener som har fra 1 til 4 karbonatomer, og spesielt metan for å lage karbon tetraklorid, kloroform, etc, og oksydrakloridnasjon av etylen for å lage 1,2-dikloretan (betegnet som "EDC"), hvor nøye kontroll av disse reaktorene blir vanligvis utøvd ved å overvåke strømmengdene og' temperaturen til matekomponentene, trykkfallet og temperatur-profilen i det fluidiserte sjiktet, reaktor avløp analyse, varme-nyttevirkning av kondensatorer, og lignende. For å oppnå en god indikasjon av hva som er grovt antatt å være nøyaktig be-tingelse ved driften av et fluidisert sjikt, er det vanlig å overvåke sjikthøyden som korresponderer til sjikttettheten og trykkfallet kontinuerlig over sjiktet og å oppta timesvis (eller

halvtimésvis)den gjennomsnittlige bevegelsesjikthøyden, sjikttettheten og trykkfallet. I henhold til erfaring, ved å korrigere sjikthøyde og trykkfall med virkningsgraden, kan man kontinuerlig vurdere virkningsgraden til den totale reaksjonen. Med "virkningsgrad" henvises det til omdanningen av en eller" flere matekomponenter til ønskelige produkter ved minimal kostnad. Ønskede driftsoperasjoner for reaktor (henvist til i anlegget som "normal optimum" driftskondisjoner) er disse som frembringer maksimal omdannelse av en eller flere matekomponenter til ønskede produkter ved minimal kostnad. Tross ofte trykkfall og sjikthøydemålinger avledet fra nettopp for-løpne tilstander er vurderingen av virkningsgraden er et relativt langt uttrykk, og av ingen verdi å forutsi en forestående "bragt i uorden" prosess, hva enn forårsaker den. Der er ingen direkte sammenheng mellom sjikthøyde og inversjonspunktet for sjiktet. Spesielt i en stor driftsfluidisert sjiktreaktor blir dessuten ethvert varsel for en prosessforstyrrelse som

skyldes en farlig forandring i sjikthøyden eller en forandring

i trykkfallet vanligvis målt mye for sent for å rette beting-elsene som ga stigningen i prosessforstyrrelsen.

Viktigheten av tiden kommer enda tydligere frem når man ser at en stor fluidisert sjiktreaktor, som arbeider ved ønsket driftsbetingelser har lite spillrom ved akseptable prosesstilstander. Ved en fluidisert sjiktdrift som har en mengde av klebrighet, typisk for en spesiell katalyttbærer,

er det blitt funnet at en prosessforstyrrelse kan forandre klebrigheten ganske hurtig lenge før en alarmerende forandring i trykkfallet er målt. Når forandringen i trykkfallet er reg-istrert feiler jamvel drastiske forandringer i prosessbetingelsene ved forsøk på å gjenopprette det fluidiserte sjiktet til dens driftsstabilitet før forstyrrelsen. Svært hurtig er det ikke

noe annet alternativ enn å slå ned reaktoren. Man har således funnet at en forstyrret prosess som forårsaker en plytselig forandring i klebrigheten til et fluidisert sjikt som opererer vedønskede forhold varsler om en prosess•"ikke-tilbakevendings-punkt" eller "inversjonspunktet" for det fluidiserte sjiktet uten øyeblikkelig og betraktelig forandring av trykkfallet over reaktoren. Dersom man venter til alarmen startet av en plutselig stigning i trykkfallet, eller en plutselig kollaps i sjiktet er det for sent. Reaktoren er snart slått ned.

Det er klart at ved en kommersiell fluidisert sjiktreaktor som nytter en båret katalytt som har en til-bøyelighet til å øke klebrigheten når omformingen av reak-tanter til et ønsket produkt forbedres, er risikoen for stor"

til å drive reaktoren ved toppvirkningsgraden nær inversjonspunktet til det fluidiserte sjiktet. Som et resultat her av vil en reaktor bli drevet i god avstand fra toppvirkningsgraden med de medfølgende høyere kostnadene for matekomponentene og driften av gjenvinnings- og rensningssystemet. Trykkfallet over det fluidiserte sjiktet, høyden av det fluidiserte sjiktet og sammensetningen av utløpet kan alle bli overvåket for å

styre den totale virkningsgraden. Dersom det fluidiserte sjiktet blir forstyrret ved prosessbetingelser som plasserer det fluidiserte sjiktet bak inversjonspunktet vil reaktoren snart slå segt.ned. Skjønt det er selvfølgelig at invers jons-punktet til et fluidisert sjikt kan bli bestemt ved å kjøre sjiktet ved betingelser fra hvilke der ikke er noen gjenvinning, er der ingen pålitelig måte å vurdere når invers jonspunktet-

kan bli nådd under forskjellige prosessbetingelser med en spesiell katalytt eller med en forskjellig katalytt ved samme prosessbetingelser. Måling av forandringer i trykkfallet er i seg selv ikke vanligvis sammenlignbart med forandringen i klebrigheten. I noen prosesser, f.eks. ved oksydrokloridnasjon av etylen for å fremstille EDC, blir trykkfallet i virkeligheten funnet å minke over sjiktet, mens klebrigheten øker. Naturligvis vil trykkfallet øke inntil sjiktet stivner, når inversjonspunktet er overskredet. Der er ingen grunn til å vente at en båret katalytt skulle fremvise en tilbøyelighet til å øke klebrigheten når omformingen av reaktantene til detønskede produkt forbedres, eller at inversjonspunktet til et fluidisert

sjikt er umiddelbart forbigått av en plutselig stigning i klebrigheten, men dette er slik, og prosessen ifølge oppfinnelsen er basert på denne erkjennelsen.

Det er blitt.foreslått å måle en "pseudoviskositet" eller klebrighet som kan være et fundamentalt treghetssamsvar, god fluiditet eller andre sjiktskarakteristikker (se Matheson, G.C., Herbst, W.A. og Holt, P.H., Ind. Eng. Chem. 41, 1099

(1949)). Det er blitt foreslått at ved gjentagende overvåking

av den relative pseudo-viskositeten, klebrigheten, klissenheten eller konsistensen (hvor alle uttrykkene heretter blir. betegnet som "viskositet" for enkelthetens skyld) til et driftsfluidisert sjikt i hvilke en kjemisk reaksjon finner plass kan data bli nyttet til o maksimalisere virkningsgraden til reaksjonen. Heller ikke at en plutselig stigning i "viskositeten", som

angår viskositeten ved vanlig driftsbetingelser kan signalisere et farepunkt som kreverøyeblikkelig oppmerksomhet. Det er helier ikke blitt foreslått at viskositetskarakteristikkene til både katalytter i en laboratoriefluidisert sjiktreaktor som opererer ved atmosfærisk trykk, kan være sammenlignbar med de kommersielle eller anleggsfluidiserte sjiktreaktorene som opererer ved hevet trykk.

Utgående fra at et fluidisert sjikt fremviser "viskositet" av et pendelviskometer som har dempet torsjons-oscillasjon blitt nyttet for å utføre målinger som er emperisk samsvarende for å oppnå en dempningsverdi (se "Viscometers Håving Damped Torsional Oscillation", av Ashwin, B.S., Hagyard, T., et al J. Scientific Instruments, 37, s. 480-485, December 1960) . Ovenfornevnte artikkel er imidlertid uinteressert i sammenhebg med en reaktor og foreslår ikke at strøm-mengden er relativ ubetydelig i sammenheng med reaksjonsbetingelsene eller forandringer i partikkelstørrelsen på grunn av sammenhopning frembragt ved forandring i reaksjonsbetingelser. Det

. er kjent at pålitelige dempningsverdier ikke kan bli oppnådd ved vibrasjonsavlesningsviskometertypen, eller viskometer som har heller små klaringer, som ved kapilarstrømmen og den konsentriske sylindertypen, hvor alle disse er uegnet for foreliggende søknad. Effektviskometer i hvilke effekten for å opprettholde en forutbestemt rotasjon blir målt er uegnet i en fluidisert sjiktreaktor på grunn av at der er for mye for-

styrrelser i partiklene i den umiddelbare nærheten til viskow. meteret . Det er vesentlig at dempningsverdien som skal måles er pålitelig og reproduserbar og dette kan i dag bare bli gjort med et pendelviskometer som benytter relativ lav rotasjons-hastighet og som ikke forstyrrer tilstanden til det fluidiserte sjiktet i umiddelbar nærhet av viskometeret.

Man har funnet at et forhold finnes mellom viskositeten til et driftsfluidiseringssjikt nær dets inversjonspunkt (hvis viskositet blir betegnet heretter som "topp viskositeten" for enkelthetens skyld) og dens viskositet ved ønsket driftsbetingelser ved hvilken reaktor vanligvis kjøres (heretter henvist til som "vanlig viskositet"), i hvilke forhold en forandring kan bli nyttet ved å signalisere en prosessforstyrrelse som kreverøyeblikkelig korreksjon.

Det er derfor en^hovedhensikt ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte ved en fluidisert sjiktsreaktor med et pendelviskometer, og en anordning for å anordne pendelen med en på forhånd valgt begynnelsesvinkelforskyvning, som erkarakterisert vedat (a) reaktoren lastes med en båret katalytt i tilstedeværelsen av hvilke en kjemisk reaksjon forekommer, som øker klebrigheten til katalytten da omformingen til ønskede produkter forbedres, (b) en toppdampnings-verdi måles av en forutbestemt torsjonssvinging av pendelviskometeret i løpet av driften av fluidsjiktet ved eller nær dens inversjonspunkt, (c) en vanlig dempningsverdi måles av den forutbestemte torsjonssvingingen til pendelen i løpet av ønsket driftbetingelser, (d) en mengdeforskjell oppnås mellom den vanlige dempningsverdien og toppdempningsverdien, og (el en justering av prosessbetingelser for å drive reaktoren mens mengdeforskjellen tilnærmet opprettholdes. Ved "ønskede driftsbetingelser" menes den mest foretrukne reaktordriften, ofte henvist til som de optimale normale driftbetingelser ved hvilke maksimal omdannelse til ønskede produkt blir oppnådd ved minimale kostnader.

Man har også funnet at, på tross av drift ved omgivelsestemperatur, et laboratoriefluidisert sjiktreaktor-utstyr med en torsjonspendel og tilhørende hjelpeanordninger for å måle og oppta dempningsverdiene til pendelen kan bli benyttet for å reprodusere virkningen av viskositetsvariasjonene i det fluidiserte sjiktet til en kommersiell trykkreaktor.

Det er derfor en hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe et laboratorieapparat for å måle den relative viskositeten til et normalt driftsfluidisert sjikt av båret katalytt med et pendelviskometer som har dempede torsjons-svinginger som omfatter anordninger for å frembringe vekslende elektrisk spenning proporsonal med vinkelforskyvningen til pendelen i løpet av hver påfølgende'svinging, anordning for å

likerette spenningen for å frembringe en likerettet spenning som har amplituderproporsonal med nevnte forskyvning, anordning

for registrering av utgangen av likeretteranordningen, og anordning for registering av utgangens fall.

Oppfinnelsens mange hensikter omfattende-andre" gjenstanders trekk og fordeler ovenfor ikke nevnt vil bli full-stendig forstått ved den nå følgende henvisning til den følgende detaljerte beskrivelsen av en foretrukket utførelsesform, hvor det henvises til de medfølgende tegninger, hvor: figur 1 viser en grafisk fremstilling av virkningen av en typisk prosessforstyrrelse ved oksyhydroklorinasjon av etylen til EDC i en fluidisert sjiktreaktor, som viser ved målingene av forholdet av matekomponentene, spesielt HC1:C2H.^, sjikthøyde og tilsvarende sjikttetthet alle inntegnes som en funksjon av tiden. Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av en laboratoriefluidisert sjiktreaktor i hvilke en katalyttisk reaksjon blir utført. Reaktoren er utstyrt med et pendelviskometer og er utført med hjelpemåleanordninger for å måle og registrere viskositeten til det fluidiserte sjiktet i løpet av driften. Figur 3 er en reproduksjon av et strimmelkart som grafisk viser vekslingen i utgangssignalet med avtagende amplitude. Figur 4 er en semilogaritmisk kurve som grafisk, viser den påfølgende avtagningen i toppamplitudene som tilsvarer dempet torsjonssvingning som en funksjon av tiden. Figur 5 viser en kurve som grafisk viser dempningsverdien med tiden, og gjenvinningen av det fluidiserte sjiktet fra en forstyrret prosess nær "inversjonspunktet", men før et skarpt trykkfall kunne bli målt. over sjiktet.

Apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse er en laboratorie fluidisert sjiktreaktor, og omfatter hjelpeutstyr til å måle og registrere viskositetskarakteristikker til et fluidisert driftssjikt. Trykket inne i reaktoren er i det vesentlige atmosferisk. Ved "viskositet".blir det spesielt henvist til en karakteristisk klebrighet, særlig ved visse bårede katalytter som har avleiret derpå minst en vesentlig katalyttisk bestandel, .som inneholder i det vesentlige minst et element eller en uorganisk forbindelse av et element valgt fra gruppene IB, IIB7 VB og VI fra den Periodiske tabellen valgfritt kombi-nert med en aktivator valgt fra gruppen som omfatter elementer og forbindelser fra elementene i gruppene II, VII og VIII.

De katalyttiske bestandelene i gruppene IB, UIB1 VA og VIB

er vanligvis henvist til å være "myke" på grunn av deres til-bøylighet'til å gjennomsyre en katalyttbærer på hvilke de er avleiret med en spesiell klebrighet heri henvist til som "viskositet". Denne viskositeten øker progressivt når virkningen

av et fluidisert sjikt på båret katalytt nærmer seg det teore-tiske maksimumet for valgte operative betingelser. Spesielle aktive bestandeler som fremviser denne progressive økningen i viskositeten til et fluidisert sjikt som nærmer seg optimale driftsbetingelser er forbindelser av kobber, sølv, bismut, fosfor, antimon og uranium. Apparatet kan bli nyttet til å måle den relative viskositetskarakteristikken til ethvert enkelt lettflytende materiale eller blanding av materialer, men som det vil fremgå i det nærmeste har spesiell benyttelse for måling av viskositetskarakteristikker av et fluidisert sjikt mens det er i drift.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse

er brukbar til å sammenholde driften av et vanlig tlrykk eller "anlegg" reaktor, med en laboratoriereaktor uten trykk, i hvilke prosessbetingelsene til anleggsreaktoren er lignende for mate-forholdene, kontakttiden og temperaturen, men ikke for trykket. Laboratoriereaktoren blir drevet samtidig med anleggsrekatoren, som ligner anleggsreaktorens driftsbetingelser, men ignorerer trykket. Enhver forandring i prosessbetingelsene i anleggsreaktoren blir simulert i laboratoriereaktoren, hvor virkningen av viskositeten blir hurtig vist som en forandring i verdien av det konstante fallet før det blir vist som en forandring i trykkfallet, sjikthøyden eller sjikttettheten og før en av-

løpsanalyse fra anleggsreaktoren vil indikere at prosessforstyrrelse har forekommet. Nødvendig prosessjustering blir gjort for å bringe laboratoriereaktoren til normal drift nær optimumet og samme analoge prosessjusteringen blir så gjort ved anleggsreaktoren skjønt den (anleggsreaktoren) ikke viser noe tegn til at slik forandring er nødvendig. Virkningen av forstyrret prosess er således minimalisert og ønskede reaktordriftbetingeler blir oppnådd.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er også nyttig til å velge den mest ønskede katalytten fra et antall katalytter med lett varierende spesifikasjoner eller også' fra flere samlinger av hovedsaklige identiske katalytter ved å utføre prøvinger på dem med det fluidiserte sjiktviskometeret ifølge oppfinnelsen.

På basis av denne utprøvingen kan man så velge den katalytten som frembringer høyeste ytelser, og enda fremvise den minste følsomheten mot prosessforstyrrelser. Det er innlysende at slike prøver ved den aktuelle utføringen vil naturligvis omfatte prøvingen fra tid til tid av "brukt" katalytt, som er katalytten ennå i bruk i anleggsreaktoren, for å bestemme om dens følsom-het og/eller dens virkning har blitt svekket.

En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i-følge foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet som den an-vendes ved driften av en katalyttisk fluidisert sjiktprosess i hvilke etylen blir reagert med oksygen og hydrogenklorid i til-stedeværelse av.en kobberklorid båret katalytt, for å frembringe 1,2 -dikloretan ("EDC"). I denne oksydroklorinasjonsprosessen blir katalytten fortrinnsvis kuprikloridbåret på en slipemotstand katalyttbærer slik som silisiumdioksyd, kiselgur, leire og aluminiumoksyd, hvor aluminium er foretrukket. Prosessen er beskrevet i detalj i US-patent nr. 3 488 398.

Den totale reaksjonen for å omdanne etylen til 1,2-dikloretan kan bli skrevet empirisk som følger:

2C0H. + 0n + 4HC1 2CH_CiCH_Cl + 2H.o0

2. 4 2 2 2 .2

I løpet av reaksjonen blir noe C^ H^ omdannet til høyere klorid som inneholder materialer og noe blir oksydert til CO og CO2/således er det ønskelig å benytte et lett overskudd

av ^ 2^ 4 °9 ^2over støkiometrisk lengde. For hver to mol av HC1, fra omkring 1,02 til omkring 1,2 mol av C^^ n1 og fra omkring 0,55 til omkring 0,9 mol av 02er således fortrinnsvis

matet inn i reaktoren for å maksimalisere anvendelsen av HC1. Det mest foretrukne molare forholdet av etylen, HC1 og oksygen er L: 1,9: 0,8. På forhånd oppvarmet matekomponenter blir kontaktet med katalyttet etter det ér fluidisert og opprettholdt ved en temperatur i området fra omkring 210°C til omkring 240°C i én anleggsreaktor med trykk i området fra omkring 10

til 100 psig. Det er vesentlig at et udekket minimum av overskudd HC1 blir matet til reaktoren og at maksimumsomdannelsen av etylen blir oppnådd både fra startpunktet med effektiviteten ved bruk av reaktantene såvel som fra standpunktet med å mini-malisere de korrosive effektene og renseproblemene i gjenvinning-systemet. Katalytten blir preparert ved å impregnere mikro-sværisk gelf.ormet aluminiumoksyd med den løsning av kobberklorid og tørking av det slik at mengden av kobbersalt på bæreren er i omrdået fra omkring 2,0 til omkring 12vektprosent kobber.

Ved en typisk drift av anleggsreaktoren er forholdet av HCl til etylen overvåket langsmed sjikthøyden og sjikttettheten. Det er ønskelig å opprettholde hver innenfor et smalt område i hvilket operasjoner av reaktoren er kjent å være sikker. En prosessf orstyrrelse blir påvist når sjiktiiøyden

øker over den på forhånd foretrukne beskrevne grense, og sjikttettheten minker tilsvarende. For å dempe virkningen av en soppvekst prosessforstyrrelse blir HCl:etylenforholdet øyeblikkelig forandret (senket), ved å øke C2H4strømmen, men over-kompensert for å sikre tilbakefallet i sjikthøyden og sjikttettheten til verdier innenfor foreskrevne driftsgrenser. Over-kompenserings- og påfølgende kompenseringsforsøk for å returnere sjiktet til en stabil, sikker og kostnadsvirksom driftstilstand kan bli gjort over flere driftsshift, og perioder på dager,

hvor reaktoren i løpet av størstedelen av perioden opererer med prosessbetingelser som kan være sikre,men langt fra ønskede operasjonsbetingelser.

Figur 1 viser en kurve for en typisk, forstyrrelse i.en stor anleggsreaktor, hvor kurvene viser: (a) forholdet av HCl: C2H4(Kurve A); (b) sjikthøyden, hf (KurveB); og (c) sjikttettheten (kurve C), hvor alle er som en funksjon av tid. Driftgrensene for hver er indikert på kurven med betegnelsen "max" og "min".

Ved den første kurven A er forholdet 2 den øvre (søkiometriske) grensen ved hvilket driften for enhver vesentlig tidslengde vil resultere i overskridning av inversjonspunktet. Ved den nedre grensen på 1,6 resulterer overdreven bruk av etylen i tilfeldige problemer ved gjenvinning og rensning. Det mest foretrukne anvendelsesdriftsforholdet for EDC prosessen er omkring 1,9, hvor.det nøyaktige forholdet er påvirket av den be-nyttede bårede katalytten, variasjonen i konsentrasjoner av komponentene som utgjør matestrømmen, den aktuelle geometriske utformingen av den fluidiserte sjiktreaktoren, og andre fysi-kalske betraktninger.

Ved kurve B kan sjikthøyden variere innenfor relativt smale grenser, omkring + 20% fra den vanlige drifts-sjikthøyden ved vanlig driftsforhold (1,9) av HCl/C-jH^. Som vist på kurven B kan et sjikt som vanligvis opererer ved en høyde på 9,4 5m og somkan øke til en høyde på omkring ll,28m i løpet av en prosessforstyrrelse, og så minke til omkring 9,45m etter at en korreksjon i forholdet blir gjort. Ved kurve C kan sjikttettheten i løpet av operasjonen variere innenfor minimum-og maksimumgrenser fra omkring 448,5kg/m 3, betegnet medPf~m^npå høyre siden av figur 1, til omkring 640,7 kg/m^. I løpet av en prosessforstyrrelse kan sjikttettheten variere omkring 20% fra vanlig driftstetthet.

En sjiktbetingelse hvor maksimumsjikttetthet

og maksimumtrykkfall er samtidig overskredet indikerer at inversjonspunktet (ikke vist på denne figuren) er blitt nådd. For hver av de variable som er blitt opptegnet, indikerer i det vesentlige de parallelle linjene nær begynnelsen av tidsperioden stabil drift av reaktoren ved ønsket driftsbetingelser. Den første økningen i forholdet HCl: C2H4forekommer fra omkring 1,9 til omkring 1,98, som er vist forekommer gradvis, men kan også forekomme plutselig. Økningen indikerer en prosessforstyrrelse som er korrigert ved punktet indikert ved henvisningssymbolet U, ved å øke strømmen med etylen tilstrekkelig til å senke forholdet til omkring 1,7. På tross av økningen av massegass-strømmen til reaktoren, begynner sjikthøyden h^, som til å begynne med øket som HCl: C2H^ forholdet øket, begynner å jevne seg ut som sjikttettheten tilsvarende gjør. Etter en tidsperiode begynner sjikthøyden å falle og tilsvarende øker

sjikttettheten skjønt forholdet er opprettholdt ved 1,7. Når minkingen av sjikthøydemengden og den tilsvarende økingen av tettheten, som er vist ved hellingen av kurven, viser seg som akslerasjon, blir en korreksjon av forholdet gjort ved punktet indikert ved henvisningssymbolet "c", ved sakte å øke strøm-mengden av ^2^4'°9^ ^e rorh°ldet til omkring 1,9 (f.eks.). Etter således å. ha vendt tilbake til begynnelsesforholdet ved hvilket ønsket driftsbetingelser er oppnådd, er det å håpe at stabiliserte betingelser, som vist ved hjelp av parallelle linjer etter punktet C, blir gjenopprettet. Flere ytterligere korreksjoner kan være nødvendig før de ønskede driftsbetihgels-ene blir oppnådd. I løpet av den tiden hvor forholdet, trykkfallet og sikthøyden, (eller tettheten) er ustabil,er der ingen ting som viser hvor tett man var opptil inversjonspunktet om det overhodet var nådd. Dette viser at sjiktet gjennomgikk en prosessf orstyrrelse som ble møtt ved å korrigere HCl^^H.^forholdet ved punktet U, at etter en tidsperiode indikerte forandringen av sjikthøyden og tettheten at der var en over-korreksjon som igjen ble møtt ved å korrigere forholdet ved punktet C, og at det deretter ble oppnådd tid til å begynne med ønskede stabile driftsbetingelser som da ble reetablert.

Det fremgår imidlertid ikke hvor de optimale driftsbetingelsene fantes eller om de overhode har eksistert.

Simulasjonen av driften av en anleggsreaktor vil ■ bli rettere forstått ved henvisning til figur 2 hvor en laboratoriereaktor er diagrammessig vist, betegnet med henvisnings-tallet 1, som omfatter et glassrør på omkring 5cm i diameter og med en lengde på omkring lm, i hvilke er plassert et sjikt av båret kupric kloridkatalytt, som hviler på en gassgjennomtrengelig glassfritte eller sintret metallplate 2. Glassrør-reaktoren har en forstørret øvre ende fra hvilke, ved et punkt betegnet AVLØP, avløpet blir avledet for analyse og gjenvinning (ikke vist). Termoelementer 5 og 6 er anordnet ovenfor og under den porøse platen 2 og flere termoelementer er forbundet med en temperatur-styrerekke Tl, T2, T3 og T4. Luft, etylen og vannfri HCl er strømstyrte ved hjelp av viste vanlige anordninger og blandet like før de blir ført inn i reaktoren nær dens bunn gjennom mateledningen. En pendel er aksialt langsgående plassert inne i reaktoren 1, hvor dens vekt 4 er senket ned i katalytt-

sjiktet. Vekten 4 er festet til den ene enden av en stiv stang

7, hvis andre ende stikker frem fra toppen av reaktoren. En permanent magnet M er bevegelig festet til nevnte andre ende av stangen 7, slik at magneten er symmetrisk plassert om den langsgående aksen til stangen. En rektangulær ramme 8 er anordnet for å forenkle monteringen av magneten. En kort for-lengelse av den stive stangen 9 strekker seg fra rammen 8, hvor forlengelsen 9 er langsgående aksial justert med stangen 7, og som med"rammen 8 danner en stiv enhet. Pendelen omfatter således forlengelsen 9, magneten M i dens ramme 8, stangen 7<p>g vekten 4. Pendelen er opphengt fra en påvirkningsanordning 11

ved hjelp av torsjonswirer 10.

Påvirkningsanordningen 11 tjener til å frembringe

et plutselig forutbestemt vinkeltorsjonsvridningsmoment til torsjonswiren 10 som overfører torsjonsvirvelmomentet til pendelen. Funksjonen er på vanlig måte tilført ved hjelp av en modifisert luftdreven kuleventil, i hvilken ventilen har blitt fjernet, men ventilstammen står tilbake slik at stammen er pneumatisk påvirkbar en forutbestemt vinkel fortrinnsvis i området fra 5° til omkring 40°. Etter påvirkningen'og på-følgende dempning blir stammen returnert til dens. opprinnelige, posisjon ved hjelp av en fjær. Det er foretrukket å luftpå-

virke påvirkningsanordningen 11 i regulære intervaller ved hjelp av en solenmd som blir energisert av en tidsmekanisme,

f.eks. med intervaller fra omkring 30sek. til omkring 15 min., hvor dempningsperioden til pendelen ikke er omfattet. Detaljer av påvirkningsmekanismen er ikke vist da de er velkjente. Også den nøyaktige måten til hvilke påvirkningen blir tilført til pendelen er ikke kritisk, hvor det bare er viktig at det plutselige torsjonsvirvelmomentet, i løpet av en forutbestemt vinkel, kan tilføres pendelen på en pålitelig og reproduserbar måte.

Tilliggende til magneten M og i magnetisk kommunika-sjon dermed er plassert en Hall sonde 12, i hvilke er frembragt en vekslende elektrisk spenning indusert av det oscillerende magnetiske feltet til magneten. Strømmen fraHall~"Sonden blir ledet til et gaussmeter 14 og dessuten en del til en strimmel-skriver 13 og en del til en datamaskin (ikke vist) populært henvist til som en "topp opptager" som registrerer toppene av signalene fra gaussmetere, hvor signalene blir forsterket på velkjent måte. Amplituden til den påfølgende oscillasjonen av pendelen, etter at det er gitt en begynnelsesvinkelforskyvning når påvirkningsanordningen. blir luftpåvirket, blir registert på entenden positive (foretrukket) eller negative siden av den horisontale. Kurvehellingen dannet ved forbindelsen av topp-punktene blir beregnet for å oppnå en fall konstant for dem dempede harmoniske oscillasjonen til pendelen, hvis oscillasjonen faller eksponehsial med tiden. Fall konstanten blir oppnådd som direkte proporsonal med viskositeten til det fluidiserte sjiktet til katalytten i reaktoren.

Ovenfornevnte kan bli matematisk sagt somfølger:

hvor A = amplituden til detektorreaksjonen.

w = vinkelfrekvensen

t = tiden

k = eksponensialfallkonstanten

På figur 3 er der vist et representativt strimmel-kort som grafisk viser vekselutgangssignalet med avtagende amplitude. Kurven vist med en streket linje, stiplet linje som for-binder toppene på den positive siden av den horisontale og kan bli definert ved ligningen:

A = AQe -kt, på grunn av at frekvensen forblir konstant, fra hvilke

Figur 4 viser en semilogaritmisk opptegnet kurve

som viser påfølgende avtagende toppamplituder som korresponderer med dempet torsjonssvingninger, som én funksjon av tid. Skalaen for amplituder er sett skjønnsmessig, hvor den første amplituden er størst, og påfølgende amplituder avtar over en periode på omkring 30 sek. Begynnelsesamplituden vil bli bestemt av apparatet. Perioden over hvilket dempningen forekommer vil bli bestemt av sjiktkarakteristikkene . Hellingen er mengdemessig definert ved hjelp av "k" hvis relative verdier blir en målning av relativ katalyttklebrighet.

Figur 5 viser en opptegnirig av dempningsverdien

som en funksjon av tiden. Den stiplede horisontale linjen

qiennom et punkt betegnet k . indikerer stabil, men ueffektiv ^J c jmm

drift av det fluidiserte sjiktet.. Den stiplede horisontale linjen gjennom et punkt markert ^- max indikerer maksimal klebrighet eller nær inversjonspunktet. Den stiplede horisontale linjen gjennom et punkt betegnet k indikerer vanlig klebrighet ved ønsket driftsbetingelser ved hvilke ønsket virkningsgrad av reaksjonen er oppnådd. Den numeriske mengdeforskjellen A k

mellom k og k er den ønskede forskjellen mellom klebrigheten op ^ max J 3 som fremstilles ved vanlig dempningsverdi (kQpi°9dempnings-toppverdien '(k x) .

Punktene på figur 5 representerer gjennomsnittene av 5 verdier av k (representert som k) på en serie registrerings-sett (fem registreringer for hvert sett), hvor hver registrering er gjort ved intervaller på omkring et minutt. Med det spesielle systemet på hvilke målingene opptegnet som punkter på figur 5 ble gjort, er det, med en spesiell pendel, vinkelforskyvning, fluidisert sjikt-laboratoriereaktor, katalytt og prosessbetingelser, forekommet inversjonspunkt nær k=0.6. Driftsområdet for reaktoren er i området fra k=0,15 for en nedre grense til like over omkring k=0,4, som er en ønsket :øvre driftsgrense,

dvs. et driftsområde fra omkring ^ 25% til omkring ^ 67% av kmax Det vil nå være klart at driften av fluidisert sjiktsreaktor

med verdier på k nær den nedre grensen vil frembringe sikker operasjon, men lavere virkningsgrad mens driftsverdier på k nær den øvre grensen tillater større virkningsgrad, men mindre sikkerhetsmargin. Vanligvis tillater et HCl: C-^H^forhold på omkring.1,9 drift nær den øvre driftsgrensen på k, dvs. nær 67% av k max , skj J ønt disse verdiene kan variere fra en katal Jy~tt til den annen.

Av spesiell interesse er verdiene av k som er representert ved punktene A^og A2på figur 5. Før begynnelsen av okshydraklorinasjons-reaksjonen på den bårede kobberkloridkata-lytten, blir sjiktet fluidisert med bare den mengden av luft som tilsvarer 0,8 mol oksygen pr. mol av etylen for å bli matet for réaksjonen ved reaktordriftstemperaturen. Verdien av k (gjennom-snitt for 5 registreringer) er representert ved A^ og er omkring 0,13. Deretter blir etylen og HCl også matet til reaktoren som derved nesten dobler massestrømmen av gass gjennom det fluidiserte sjiktet, og minsker fjikt-tettheten enda k verdien øker.

Etter flere resisteringssett er gjort for forskjellige forhold

■SlV HCl: C-.H., hvis k verdier er representert ved punkter på figur 5, blir strømmen av både HCl og C2H4avl3rutt 0<3 et sett med 5 registreringer blir tatt hvor bare luft strømmer til reaktoren. Gjennomsnittet av disse 5 registreringssettene er representert ved punktet betegnet som A2og er omkring 0,13 som indikerer at uten den kjemiske reaksjonen er viskositeten til det fluidiserte sjiktet med luftstrøm bare i vesentlig konstant.

Den beskrevene fremgangsmåten ovenfor med å velge en ønsket driftsmåte av en fluidisert sjiktsreaktor og apparatet for å gjøre så, kan bli,tilpasset til de egnede_ modifikasjoner tii en kommersiell reaktor ivhvilke pendelviskometeret er plassert inne i reaktoren for således å frembringe direkte registreringer av viskositetet mens reaktoren er i drift. I slik utførelsesform er det mulig- å bli informert i det vesentlige kontinuerlig om betingelsen til katalytten i reaktoren såvel som virkningsgraden til reaksjonen deri.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for å sammenligne fø lsomheten til en første båret katalytt med en andre båret katalytt når hver er adskilt brukt til å aktivere en kjemisk reaksjon i en fluidisert sjiktsreaktor, anordnet med et pendelviskometer, karakterisert ved at

   (a) reaktoren lastes med den første katalytten og opprettholder reaksjonen under betingelser somø ker klebrigheten til katalytten når matekomponentene omdannes til ønskede produkt forbedres,

   (b) en første dempningsverdi av en forutbestemt torsjonssvinging av pendelviskometeret måles i løpet av driften av det fluidiserte sjiktet på den første katalytten, ved å bruke et forvalgt HC1/C2H4 forhold,

   (c) den andre katalytten blir satt i steden for den første katalytten i samme- reaksjon i reaktoren,

   (d) en andre dempningsverdi av den forutbestemte torsjonssvingingen til pendelviskometeret måles i løpet av operasjonen av det fluidiserte sjiktet til den andre katalytten ved å nytte det samme forvalgte HCl/C^H^ forholdet,

   (e) den første og andre dempningsverdien sammenlignes, og

   (f) den mindre følsomme katalytten velges.