способ получения дихлорэтана

Формула изобретения

Способ получения дихлорэтана хлорированием этилена в среде жидких продуктов реакции в присутствии хлорного железа при температуре кипения реакционной массы в нескольких реакционных зонах при прямотоке реагентов с рециклом реакционной массы из верхней реакционной зоны в нижнюю реакционную зону за счет естественной циркуляции реакционной массы, отличающийся тем, что отбор циркулирующей реакционной массы осуществляют из нескольких верхних реакционных зон с вводом циркулирующей реакционной массы по крайней мере в две реакционные зоны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения дихлорэтана, который находит применение в качестве растворителя, а также полупродукта для получения винилхлорида.

Для получения дихлорэтана в промышленности используется метод хлорирования газообразного этилена газообразным хлором в среде жидких продуктов реакции, состоящих в основном из дихлорэтана. Процесс проводят при температуре кипения дехлорэтана с отводом тепла реакции за счет испарения продуктов реакции. Диапазон рабочих температур меняется в широких пределах в зависимости от давления и количества инертных газов в хлоре и этилене (патент 2929852, 260-660, 1960).

Наиболее близким аналогом данного изобретения является действующее производство дихлорэтана. Процесс хлорирования проводят в среде продуктов реакции в присутствии хлорного железа, которое образуется за счет коррозии оборудования или закачивается в виде раствора в дихлорэтане из куба колонны как продукт коррозии трубопроводов и аппаратов, в нескольких реакционных зонах при прямотоке реагентов с рециклом реакционной массы с верхней реакционной зоны в нижнюю за счет естественной циркуляции реакционной массы. Реакционный агрегат представляет собой колонну, заполненную жидкими продуктами реакции и разделенную по высоте на 7 реакционных зон посредством 6 секционирующих ситчатых тарелок с живым сечением 36%. Реактор снабжен внешней циркуляционной трубой, которая соединяет верхнюю и нижнюю реакционные зоны (фиг. 1).

Естественная циркуляция реакционной массы с верхней зоны в нижнюю осуществляется за счет разности удельных весов газонаполненной реакционной массы в колонне и свободной от газа реакционной массы в циркуляционной трубе (Технолог. регламент произв. дихлорэтана, г. Стерлитамак, 1990).

Процесс проводят при давлении вверху реактора 0,11 МПа при температуре кипения дихлорэтана с вводом этилена (поток 1) и хлора (поток 2) в нижнюю реакционную зону и выводом продукта реакции в виде паров вместе с инертными газами и непрореагировавшими этиленом и хлором из парового пространства верхней реакционной зоны (поток 3). В верхней реакционной зоне поддерживается постоянный уровень жидкой реакционной массы посредством ввода части сконденсированных паров дихлорэтана в нижнюю реакционную зону (поток 4), т.к. по тепловому балансу количество отводимых сверху паров дихлорэтана значительно превышает количество синтезируемого в реакторе дихлорэтана.

Недостатком данного способа получения дихлорэтана является опасность горения и взрыва газовой смеси хлора и этилена при прекращении циркуляции в случае снижения уровня жидкости в верхней зоне ниже уровня отбора циркулирующей реакционной массы. Прекращение циркуляции приводит к образованию" газовых подушек" под секционирующими тарелками. Образование "газовых подушек" - зон, свободных от жидкой фазы, - объясняется тем, что циркулирующий поток 5 на один-два порядка больше потока конденсата 4, и при прекращении циркуляции механический унос жидкости с нижележащей зоны на вышележащую немного превышает величину потока 4. При этом под секционирующей тарелкой образуется зона, свободная от жидкости такой высоты, при которой устанавливается равновесие: унос жидкости становится равным приходу.

Образование зон, свободных от жидкости, недопустимо, т.к. приводит к протеканию реакции хлора и этилена в газовой фазе, что может привести к горению и взрыву при больших объемах "газовых подушек".

При существующем способе получения дихлорэтана для обеспечения условий безопасности с учетом возможности снижения уровня из-за отказа системы регулирования уровня или отказа системы подачи потока 4 процесс ведут при большой высоте слоя жидкости над уровнем отбора циркулирующей реакционной массы и при больших живых сечениях секционирующих тарелок. Большое живое сечение тарелок в пределах 10 - 40% при малых скоростях газа в отверстиях тарелок обеспечивает "провал" жидкости через тарелку с вышележащей зоны в нижележащую. При этом поток жидкости с вышележащей зоны в нижележащую ("провал") компенсирует механический унос с нижележащей зоны в вышележащую, высота и объем "газовой подушки" уменьшаются и снижается опасность взрыва. Работа при малых скоростях газа в отверстиях тарелок, обусловленная необходимостью иметь большое живое сечение тарелок, приводит к уменьшению общей скорости процесса, так как скорость процесса синтеза дихлорэтана определяется скоростью массопередачи.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение безопасных условий получения дихлорэтана хлорированием этилена в среде жидких продуктов реакции при одновременной интенсификации процесса.

Поставленная задача решается путем получения дихлорэтана хлорированием этилена в среде жидких продуктов реакции в нескольких реакционных зонах при прямотоке реагентов с рециклом реакционной массы с верхней реакционной зоны в нижнюю за счет естественной циркуляции реакционной массы при отборе циркулирующей реакционной массы из нескольких верхних зон с вводом циркулирующей реакционной массы по крайней мере в две реакционные зоны.

Отличительными признаками заявляемого способа является отбор циркулирующей реакционной массы из нескольких верхних зон с вводом циркулирующей реакционной массы по крайней мере в две реакционные зоны.

Отбор циркулирующей реакционной массы из нескольких верхних зон с вводом циркулирующей реакционной массы по крайней мере в две реакционные зоны, предпочтительно в среднюю и нижнюю, позволяет сохранить естественную циркуляцию реакционной массы при падении уровня жидкости в верхней циркуляционной зоне ниже уровня отбора циркулирующей реакционной массы из этой реакционной зоны. Сохранение циркуляции обеспечивает безопасность процесса, позволяет вести процесс при более высоких скоростях в отверстиях тарелок, используя тарелки с малым живым сечением, что интенсифицирует процесс хлорирования за счет увеличения коэффициента массопередачи. Увеличение коэффициента массопередачи обусловлено также увеличением циркуляционного потока в верхних реакционных зонах за счет образования по крайней мере двух циркуляционных контуров.

На фиг. 1 изображена схема потоков известного способа получения дихлорэтана. Хлорирование проводят в нескольких реакционных зонах, в данном примере - в 9, при вводе этилена (поток 1), хлора (поток 2) и конденсата дихлорэтана (поток 4) в нижнюю зону. Продукты реакции в виде паров и непрореагировавшие газы выводят из парового пространства верхней зоны (поток 3). Циркуляцию реакционной массы осуществляют при отборе циркулирующего потока из верхней реакционной зоны с вводом его в нижнюю реакционную зону (поток 5).

На фиг. 2 изображена схема потоков по предлагаемому способу получения дихлорэтана. Хлорирование проводят в нескольких реакционных зонах, в данном случае в 9, при вводе этилена (поток 1), хлора (поток 2) и конденсата дихлорэтана (поток 4) в нижнюю зону. Продукты реакции в виде паров и непрореагировавшие газы выводят из парового пространства верхней зоны (поток 3). Циркуляцию реакционной массы осуществляют при отборе циркулирующего потока как из верхней зоны (поток 5), так и из нескольких ниже расположенных зон (поток 6) с вводом циркулирующего потока как в нижнюю зону (поток 7), так и в одну из средних зон (поток 8). Величина потока 7 может быть как больше, так и меньше потока 5. При этом реализуется по крайней мере два циркуляционных контура: общий циркуляционный контур, охватывающий все реакционные зоны, и локальный циркуляционный контур, охватывающий несколько верхних реакционных зон.

Пример 1. В промышленный реактор получения дихлорэтана диаметром 3200 мм и высотой слоя жидкости 9000 мм, разделенном на 9 реакционных зон ситчатыми тарелками с живым сечением 6% в верхней части и 16% в нижней части, непрерывно подают в нижнюю реакционную зону хлор (концентрация хлора - 80%) в количестве 2120 нм/ч и этилен (концентрация этилена 99,9%) в количестве 1825 нм/ч. Реакционную массу циркулируют с отбором из 4-х верхних реакционных зон и с вводом в 1 и 6 реакционные зоны, считая снизу, как это показано на фиг. 2.

Процесс хлорирования проводят при температуре кипения реакционной массы при давлении вверху реактора 0,11 МПа. Продукты реакции, в основном дихлорэтан, в виде паров и непрореагировавшие газы отводят из парового пространства верхней зоны, охлаждают в конденсаторе, часть конденсата возвращают в нижнюю зону для поддержания постоянного уровня жидкости в реакторе, остальной конденсат в количестве 7500 кг/ч поступает в сборник готового продукта, конверсия хлора составляет 100%, конверсия этилена - 93%, т.е. проскок этилена составляет 7% от поданного.

Пример 2 (прототип). В промышленный реактор получения дихлорэтана диаметром 3200 мм и высотой слоя жидкости 9000 мм, разделенный на 9 зон ситчатыми тарелками с живым сечением 36%, непрерывно подают в нижнюю реакционную зону хлор (концентрация хлора 80,5%) в количестве 2108 нм/ч и этилен (концентрация этилена 99,9%) в количестве 2020 нм/ч. Реакционную массу циркулируют с отбором из верхней реакционной зоны и с вводом в нижнюю реакционную зону, как это показано на фиг. 1.

Процесс хлорирования проводят при температуре кипения реакционной массы при давлении вверху реактора 0,11 МПа. Продукты реакции, в основном дихлорэтан, в виде паров и непрореагировавшие газы отводят из парового пространства верхней зоны, охлаждают в конденсаторе, часть конденсата отводят в нижнюю зону для поддержания постоянного уровня жидкости в реакторе, остальной конденсат в количестве 7500 кг/ч поступает в сборник готового продукта. Конверсия хлора составляет 100%, конверсия этилена - 84%, т.е. проскок этилена составляет 16% от поданного.

Таким образом, получение дихлорэтана предлагаемым способом позволяет уменьшить проскок хлора более чем в два раза при обеспечении условий более безопасного проведения процесса хлорирования.