Окись этилена - Зимаков П.В.
Скачать (прямая ссылка):
В реакторе, изображенном на рис. 47, имеется 3055 трубок. Это число не является предельным. Технически возможно создание реакторов, имеющих до 10 000 трубок; производительность таких реакторов будет составлять около 15 тыс. т окиси этилена в год.
В изображенном на рис. 47 реакторе движение газа происходит сверху вниз. Так осуществляется процесс фирмы Shell Development (см. рис. 46). Однако газ может перемещаться и в противоположном направлении, как в процессах фирм Scientific Design (см. рис. 44) и JapanCatalyticChemical (см. рис. 45). Следовательно, в тех случаях, когда в систему загружен прочный катализатор, а газ подается при температуре, близкой к температуре реакции, направление газового потока в реакторе не имеет существенного значения.
Выше уже сказано, что съем реакционного тепла можно производить как циркулирующим высокотемпературным теплоносителем, так и кипящей жидкостью, например водой. На практике осуществляются оба варианта. Однако следует иметь в виду, что по мере увеличения числа трубок в контактном аппарате с целью повышения его мощности возрастает и диаметр обечайки аппарата. Для обеспечения стабильности процесса необходимо, чтобы разность температур катализатора и теплоносителя была небольшой, примерно 20—30 °С. Это означает, что при температуре катализатора 250—270 °С температура кипящей воды составит 230—240 °С, что соответствует давлению водяного пара примерно 35—40 am. Толщина стенок обечайки и трубных плит контактных аппаратов с большим количеством трубок при этом значительно увеличивается, аппарат становится весьма тяжелым и дорогим, а изготовление его затрудняется; поэтому в большинстве промышленных процессов получения окиси этилена для съема реакционного тепла применяют высокотемпературные теплоносители, а не кипящую воду. В качестве теплоносителя используются различные высоко-кипящие органические жидкости, например дифенил и его производные150- 164- і", «в( 278, 2Vi)1 тетралин280.
Возможность эффективного съема тепла, образующегося при реакции, является одним из самых сложных вопросов при промышленном осуществлении каталитического окисления этилена. При
любых экзотермических процессах стационарный устойчивый режим возможен только в том случае, если с ростом температуры количество отводимого тепла будет возрастать быстрее, чем количество тепла, выделяющегося при реакции64' В7_70> 2S1. В результате работ Борескова и Слинько64' 68-73 при окислении этилена до окиси этилена как в неподвижном, так и в псевдоожиженном слое катализатора были установлены условия отвода тепла, при которых реакция протекает на поверхности катализаторов в кинетической области.
Для создания оптимальных условий отвода тепла предлагается добавлять к катализатору инертные материалы с высокой теплопроводностью — смешивать его с кусочками меди или серебра110.
—^Содержание C2H^1 объемн. %
Рис. 48. Изменение пределов взрываемости тройной смеси этилена, кислорода и азота в зависимости от температуры при 6 am:
/-50 °С; 2—100 °С; 3—200 0C; 4-300 *С
С этой же целью в реактор послойно загружают катализатор раз ной активности, причем первые по ходу газа слои состоят из менее активного, но более селективного катализатора282-284. Это дает возможность выравнять скорость реакции по всему объему катализатора и повысить его общую производительность. Для облегчения съема тепла предложено также вводить в газовую смесь пары воды. Однако введение паров воды должно привести к торможению реакции окисления этилена, и вряд ли такой прием можно считать рациональным.
Объемная скорость подачи газовой смеси на катализатор очень различна: она составляет123' 141 от 600 до 36000 ч'1, но чаще находится в пределах162' 277а- 285 4000—10 000 ч'1.
Состав смеси газов, поступающей на окисление, определяется условиями взрывобезопасности. Нижний предел взрываемости этилено-воздушных смесей при атмосферном давлении и комнатной температуре составляет от 2,7 до 4,12, а верхний — от 13,7 до 34 объемн. % этилена28*. Принято считать287, что в нормальных условиях этилено-воздушные смеси взрываются при концентрации этилена в пределах 3—34 объемн. %.
При исследовании288 взрываемости тройной смеси этилена, азота и кислорода (концентрация этилена и кислорода изменялась от 0 до 30%) в температурных пределах от 40 до 300 °С при избыточном давлении от 1 до 10 am установлено, что повышение температуры заметно расширяет область взрывоопасных концентраций, уменьшая допустимую концентрацию этилена при избытке кислорода и, на-
I
Sl
5
1
4,
—з--!
с
оо>о о -
г2
І облаї и взры
•ть ва
/ ~
1 5 уо—овюо
О О&ТОС
-^d-o-o~o—(
)-о-
го
so I
0 § §
10 %
оборот, увеличивая допустимую концентрацию кислорода — при избытке этилена (рис. 48). Аналогично действует и увеличение давления. Так, для смеси C2H41O, и N2 при атмосферном давлении и 200 0C нижняя взрывоопасная концентрация этилена составляет 2,75 объемн. %, при той же температуре и избыточном давлении
6 am этот предел снижается до 2,5 объемн. %, а при 10 am—до 2,2 объемн. % (кривая /, рис. 49). Верхний предел взрываемости также изменяется (кривая 2). Из рис. 49 видно, что максимальное давление после взрыва зависит от начального давления смеси, причем во всех случаях оно превышает начальное давление примерно в 3 раза (кривые 3, 4, 5, отсчет по правой шкале).
