Реактор прямого хлорирования этилена

 

Реактор предназначен для прямого хлорирования этилена. Включает вертикально расположенный герметичный корпус, который имеет сообщенные между собой реакционную зону с восходящим потоком дихлорэтана, циркуляционную зону с нисходящим потоком дихлорэтана и сеперационную зону разделения паровой и жидкой фаз дихлорэтана, распределители хлора и этилена, размещенные в нижней части реакционной зоны, гидравлические сопротивления, штуцеры ввода хлора, этилена и возвратного дихлорэтана, штуцер вывода паров дихлорэтана. При этом реакционная зона выполнена в виде, по меньшей мере, 2-х отдельных реакционных секций, площадь сечения каждой из которых составляет, по меньшей мере, 0,1 общей площади реакционной зоны реактора. Суммарная площадь сечения всех реакционных секций равна величине общей площади сечения реакционной зоны реактора. Гидравлическими сопротивлениями, распределителями хлора и этилена и штуцерами их ввода снабжена каждая реакционная секция. Каждый штуцер ввода хлора и этилена реакционных секций присоединен к соответствующим подводящим трубопроводам хлора и этилена через запорный вентиль. Данная конструкция устройства обеспечивает высокую эффективность работы реактора с высокой селективностью процесса синтеза дихлорэтана и минимальным выходом вредных продуктов реакции. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкции аппаратов - реакторов большой единичной производительности, применяемых в химической промышленности, в частности в производствах винилхлорида, для получения 1,2-дихлорэтана путем высокотемпературного хлорирования газообразного этилена в среде жидкого циркулирующего 1,2-дихлорэтана (далее сокращенно дихлорэтана). При этом циркуляция жидкого дихлорэтана в реакторах этого типа осуществляется за счет газлифта.

Известен реактор прямого высокотемпературного хлорирования этилена по патенту РФ 2036716 (МКИ В 01 J 19/24, опубликован 09.06.95 г., "БИ" 16), включающий вертикально расположенный герметичный корпус, имеющий сообщенные между собой зоны - реакционную зону с восходящим потоком циркулирующего дихлорэтана, циркуляционную зону с нисходящим потоком циркулирующего дихлорэтана и сепарационную зону разделения паровой и жидкой фаз дихлорэтана, барботажные распределители хлора и этилена. В верхней части реакционной зоны установлено несколько гидравлических сопротивлений, выполненных в виде провальных тарелок.

Реакционная зона известного реактора выполнена в виде единого рабочего пространства, расположенного периферийно между вертикальной стенкой герметичного корпуса и стенкой, ограничивающей циркуляционную зону, выполненную в виде центрально размещенной вертикальной циркуляционной трубы. Сепарационная зона расположена над верхним срезом циркуляционной трубы. Номинальная высота реакционной зоны и высота контура вертикальной циркуляции определяется высотой циркуляционной трубы.

Барботажные распределители хлора и этилена расположены в нижней части реакционной зоны равномерно по всей площади ее поперечного сечения и представляют собой несколько концентрических трубчатых колец, присоединенных к общему радиальному коллектору хлора и этилена соответственно. В стенках трубчатых колец выполнены барботажные отверстия.

Известный реактор имеет штуцеры ввода хлора, этилена, возвратного дихлорэтана, штуцер вывода паров дихлорэтана.

Общая реакционная зона известного реактора условно делится по высоте на три основных участка: участок растворения - абсорбции хлора жидким дихлорэтаном, расположенный между распределителями хлора и этилена; участок хемосорбции этилена хлором, расположенный между распределителем этилена и первым гидравлическим сопротивлением - тарелкой; и участок вскипания дихлорэтана, расположенный между гидравлическим сопротивлением и зоной сепарации.

Условия работы известного реактора рассчитаны в основном на максимальную нагрузку, то есть на максимальный расход по хлору и этилену, и предполагают ввод хлора и этилена по всему поперечному сечению реакционной зоны, следовательно, по всему поперечному сечению восходящего потока циркулирующего дихлорэтана на уровнях расположения распределителей хлора и этилена. При этом предполагается создание необходимого расхода циркулирующего дихлорэтана в реакционной зоне за счет газлифта.

Основным недостатком известного реактора является резкое снижение эффективности его работы при пониженных нагрузках, меньших расчетных максимальных. Кроме того, известный реактор не позволяет использовать объем реакционной зоны с максимальной эффективностью даже при максимальных рабочих нагрузках. Ввиду этого в известном реакторе не обеспечивается высокая селективность процесса получения дихлорэтана при использовании его в широком диапазоне изменения рабочих нагрузок, то есть как при пониженных, так и при максимальных рабочих нагрузках. Это обусловлено следующими основными причинами.

1. При выходе нисходящего потока дихлорэтана из нижнего конца вертикальной трубы, расположенного ниже уровня размещения распределителей хлора, возникают крупные стационарные вихри. Поэтому профиль скорости восходящего потока дихлорэтана как в зоне абсорбции хлора, так и в зоне хемосорбции этилена по всей площади сечения реакционной зоны становится неравномерным. Вблизи стенок реактора скорость восходящего потока выше и снижается вблизи циркуляционной трубы. Следствием неравномерного профиля скорости восходящего потока циркулирующего дихлорэтана является неравномерность концентрации растворенного в нем хлора, а также неравномерная концентрация и размеры распределенных в нем пузырьков этилена. Результатом указанных неравномерностей является неравномерность интенсивности протекания химической реакции между хлором и этиленом. В реакционной зоне образуются локальные участки, где из-за повышенной концентрации растворенного хлора по сравнению с ее расчетной величиной происходит локальное вскипание жидкого дихлорэтана и образование значительного количества вредных продуктов побочных реакций. Это приводит к снижению селективности процесса по хлору и этилену, что ведет к перерасходу хлора и этилена и, следовательно, к снижению экономичности процесса получения 1,2-дихлорэтана.

2. Незначительное отклонение положения распределителей от горизонтальной плоскости или от их взаимного параллельного размещения при их значительных диаметрах и большой площади сечения реакционной зоны приводит к неравномерности расхода хлора и этилена по сечению реакционной зоны. То есть через отверстия, расположенные выше относительно общего горизонтального уровня размещения каждого из распределителей, расход хлора и этилена будет превышать их расход через отверстия, расположенные ниже указанного уровня их размещения. Эта неравномерность обусловлена разной высотой гидростатического давления столба жидкого дихлорэтана, находящегося над распределителями, при этом величина разности указанного давления, а следовательно, степень неравномерности, тем выше, чем больше площадь сечения реакционной зоны.

3. Неравномерность истечения хлора и этилена из отверстий распределителей усиливается наличием в реакционной зоне на всех ее участках нестационарных крупномасштабных турбулентных вихрей. Эти вихри и их отрицательное влияние на равномерность распределения хлора и этилена тем больше, чем больше определяющие геометрические размеры и площадь поперечного сечения реакционной зоны. Причиной указанного недостатка является выполнение реакционной зоны в виде единого пространства, имеющего значительные поперечные размеры и, соответственно, значительный геометрический объем. В таком объеме неизбежно возникают нестационарные турбулентные вихри, имеющие масштабы, соразмерные геометрическим масштабам реакционной зоны. Этот недостаток приводит к существенному снижению эффективности использования объема реакционной зоны известных промышленных реакторов даже при максимальных рабочих нагрузках, то есть к снижению селективности и к повышению выхода продуктов побочных реакций.

4. В реальных условиях эксплуатации известного реактора нередко требуется уменьшить расход хлора и этилена ввиду необходимости временного уменьшения количества выпускаемой продукции в связи с изменением, например, конъюнктуры рынка. Другой причиной, требующей уменьшения расхода хлора и этилена, является нерегламентированное снижение параметров работы других аппаратов, входящих в состав общей технологической линии производства продукции на основе получаемого в известном реакторе дихлорэтана. Указанные причины могут потребовать уменьшения нагрузки на реактор по хлору и этилену до 20% максимальной нагрузки на реактор при номинальном заполнении его жидким дихлорэтаном. Уменьшение нагрузки на реактор по хлору и этилену при сохранении сечения и объема реакционной зоны неизменными приводит к значительному увеличению степени неравномерности распределения газовых пузырьков хлора и этилена по всей площади сечения реакционной зоны, рассчитанной на максимальную нагрузку по хлору и этилену. Эта неравномерность распределения газовой фазы хлора и этилена по сечению реакционной зоны обусловлена снижением перепада давления газовой фазы на отверстиях кольцевых распределителей. Согласно известной зависимости, при уменьшении расхода газа в реакторах с неизменным сечением и высотой столба жидкости, например, в два раза перепад давления на выходе из отверстий распределителей уменьшится в четыре раза. То есть указанные величины находятся в квадратичной зависимости. Поэтому при уменьшении расхода подаваемых в реактор хлора и этилена резко усиливается степень неравномерности их распределения и перемешивания, обусловленная как снижением самого расхода, так и отклонениями плоскости расположения распределителей от горизонтального уровня.

При уменьшении расходов хлора и этилена одновременно снижается движущая сила процесса циркуляции жидкого дихлорэтана как непосредственно вследствие уменьшения этих расходов, так и, но в еще большей степени, вследствие вызванного этим уменьшения расхода паров дихлорэтана в зоне его кипения. Все это приводит к уменьшению разности плотностей восходящей и нисходящей частей циркуляционного потока дихлорэтана и, следовательно, к уменьшению расхода и скорости потока циркулирующего дихлорэтана. Уменьшение скорости циркуляции дихлорэтана приводит к снижению интенсивности процессов перемешивания и тепло- и массообмена на участках абсорбции и хемосорбции реакционной зоны, что, в свою очередь, также приводит к резкому снижению качества процесса (селективности) и к увеличению выхода продуктов побочных реакций.

Известен реактор прямого высокотемпературного хлорирования этилена по патенту РФ 2075344 (МКИ В 01 J 19/00, опубликован 20.03.1997 г., "БИ" 8), включающий вертикально расположенный герметичный корпус, имеющий сообщенные между собой зоны - единую общую периферийно расположенную реакционную зону с восходящим потоком дихлорэтана, центральную циркуляционную зону с нисходящим потоком дихлорэтана и сепарационную зону разделения паровой и жидкой фаз дихлорэтана. По всему поперечному сечению нижней части общей реакционной зоны размещены кольцевые распределители хлора и этилена барботажного типа. В верхней части общей реакционной зоны выше распределителей хлора и этилена установлено несколько гидравлических сопротивлений, выполненных в виде тарелок провального типа. Распределители хлора и этилена снабжены соответствующими штуцерами ввода хлора и этилена. В верхней части корпуса известного реактора имеется штуцер вывода паров дихлорэтана, а в его нижней части - штуцер ввода возвратного дихлорэтана.

Циркуляционная зона известного реактора представляет собой центрально расположенную вертикальную циркуляционную трубу, нижний открытый конец которой сообщен с реакционной зоной через специальное направляющее устройство, а верхний открытый конец ее сообщен с сепарационной зоной. Реакционная зона имеет площадь поперечного сечения и геометрический объем, рассчитанные на максимальную рабочую нагрузку реактора по хлору и этилену. Размеры отверстий в кольцевых распределителях рассчитаны также на максимальную нагрузку по хлору и этилену.

Основным недостатком известного реактора является резкое снижение эффективности его работы при пониженных нагрузках по хлору и этилену, меньших расчетных максимальных. Кроме того, и при пониженных и при максимальных рабочих нагрузках известный реактор не позволяет использовать общий объем реакционной зоны с максимальной эффективностью. Ввиду этого, в известном реакторе не обеспечивается высокая селективность процесса получения дихлорэтана как при пониженных, так и при максимальных рабочих нагрузках. Например, при максимальной рабочей нагрузке по хлору и этилену на известный реактор селективность по хлору и этилену на 0,2-0,3% ниже технологически возможной ее максимальной величины. При заданной рабочей нагрузке на известный реактор, составляющей 80% от максимальной, селективность процесса синтеза может снизиться на 0,2-0,3%, а при заданной рабочей нагрузке, составляющей 20% от ее максимальной величины, селективность процесса синтеза снизится на 1,5-2%.

Основные причины указанных недостатков заключаются в следующем.

1. Неравномерность истечения хлора и этилена из отверстий распределителей усиливается наличием нестационарных крупномасштабных турбулентных вихрей в общей реакционной зоне на всех участках ее значительного объема. Направляющее устройство, формирующее циркулирующий поток дихлорэтана на входе его в восходящий поток реакционной зоны, не обеспечивает ликвидацию крупных нестационарных турбулентных вихрей жидкого дихлорэтана, перемещающихся между вертикальными стенками герметичного корпуса по всей высоте реакционной зоны над распределителями хлора и этилена.

Размеры этих вихрей и их отрицательное влияние на равномерность распределения хлора и этилена тем больше, чем больше геометрические размеры и площадь поперечного сечения общей реакционной зоны, а следовательно, ее геометрический объем. Указанные причины неравномерностей распределения и перемешивания хлора и этилена в объеме реакционной зоны приводят к возникновению локальных участков с различной степенью содержания хлора и этилена. В результате этого на участках с избыточной концентрацией растворенного хлора происходит локальное вскипание жидкого дихлорэтана, резко повышается его температура, при которой начинают происходить побочные реакции с образованием значительного количества вредных продуктов. При этом снижается селективность процесса синтеза 1,2-дихлорэтана по хлору и этилену (на 0,3-0,4%), увеличивается их расход и, соответственно, снижается экономичность процесса получения 1,2-дихлорэтана. Этот недостаток приводит к существенному снижению эффективности его работы и к снижению эффективности использования рабочего объема реакционной зоны как при пониженных, так и при максимальных рабочих нагрузках на известный реактор.

2. Необходимость уменьшения рабочей нагрузки на известный реактор по хлору и этилену допустима и возможна до 20% максимальной нагрузки на него при номинальном заполнении его жидким дихлорэтаном. Однако уменьшение рабочей нагрузки на реактор по хлору и этилену при сохранении неизменными большой площади сечения и объема реакционной зоны приводит к возникновению значительных неравномерностей распределения газовых пузырьков хлора и этилена по всей площади сечения общей реакционной зоны, рассчитанной на максимальную нагрузку по хлору и этилену. Эта неравномерность распределения газовой фазы хлора и этилена по сечению реакционной зоны обусловлена снижением перепада давления газовой фазы на отверстиях кольцевых распределителей. Уменьшение расхода газа в реакторах с неизменной высотой столба жидкости приводит к уменьшению перепада давления на выходе из отверстий распределителей в квадратичной зависимости. Поэтому при уменьшении расхода подаваемых в известный реактор хлора и этилена резко усиливается степень неравномерности их распределения и перемешивания, обусловленная как снижением самого расхода, так и отклонениями плоскости расположения распределителей от горизонтального уровня. Кроме того, при этом одновременно снижается движущая сила процесса циркуляции жидкого дихлорэтана, особенно вследствие уменьшения расхода паров дихлорэтана, образующихся в зоне его кипения. В результате резко уменьшается разность плотностей восходящей и нисходящей частей циркуляционного потока дихлорэтана и, следовательно, уменьшаются расход и скорость потока циркулирующего дихлорэтана. Уменьшение скорости циркуляции дихлорэтана приводит к снижению интенсивности процессов перемешивания и тепло- и массообмена на участках абсорбции и хемосорбции реакционной зоны, что, в свою очередь, приводит к резкому снижению качества процесса синтеза, то есть к снижению его селективности и к увеличению выхода продуктов побочных реакций.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы реактора и повышение эффективности использования объема реакционной зоны как при пониженных нагрузках, так и при максимальной нагрузке по хлору и этилену на реактор, с обеспечением высокой селективности процесса синтеза дихлорэтана и наименьшего выхода экологически вредных продуктов побочных реакций.

Поставленная техническая задача решается тем, что в реакторе прямого хлорирования этилена, включающем вертикально расположенный герметичный корпус, который имеет сообщенные между собой зоны - реакционную зону с восходящим потоком дихлорэтана, циркуляционную зону с нисходящим потоком дихлорэтана и сепарационную зону разделения паровой и жидкой фаз дихлорэтана, распределители хлора и этилена, размещенные в нижней части реакционной зоны, гидравлические сопротивления, выполненные, например, в виде тарелок провального типа, штуцеры ввода хлора, этилена и возвратного дихлорэтана, штуцер вывода паров дихлорэтана, согласно изобретению реакционная зона выполнена в виде по меньшей мере 2-х отдельных вертикальных реакционных секций, площадь сечения каждой из которых составляет по меньшей мере 0,1 общей площади сечения реакционной зоны реактора, а суммарная площадь сечения всех реакционных секций равна величине общей площади сечения реакционной зоны реактора, при этом гидравлическими сопротивлениями, распределителями хлора и этилена и штуцерами их ввода снабжена каждая реакционная секция, а каждый штуцер ввода хлора и этилена реакционных секций присоединен к соответствующим подводящим трубопроводам хлора и этилена через запорный вентиль.

Реакционные секции могут быть выполнены в виде вертикально установленных коробов дугообразного сечения, продольные края которых прикреплены (пристыкованы) к стенке герметичного корпуса.

Реакционные секции могут быть образованы радиальными перегородками, установленными между стенкой герметичного корпуса и стенкой, ограничивающей циркуляционную зону.

Реакционные секции могут быть выполнены в виде вертикально установленных труб, закрепленных внутри герметичного корпуса.

Площади сечения реакционных секций могут быть выполнены неравными и относятся между собой как 1:X₁:X₂...Х_n, где Х₁ равен 1 или больше единицы; X₂. ..X_n равны нулю или больше 0,1.

Площади сечения реакционных секций могут быть выполнены равными между собой.

Технический результат изобретения выражается в обеспечении оптимальных условий тепло- и массообмена на участках абсорбции хлора и хемосорбции этилена за счет создания возможности деления (раздачи) общей рабочей нагрузки на реактор между реакционными секциями в зависимости от площади поперечного сечения каждой включаемой реакционной секции с учетом изменения величины рабочей нагрузки от максимальной до минимальной.

Дополнительный технический результат выражается в уменьшении размеров площади поперечного сечения каждой из реакционных секций по отношению к площади единой общей реакционной зоны у известного реактора. Это значительно уменьшает масштаб наибольших вихрей жидкого циркулирующего дихлорэтана и степень неравномерности распределения хлора и этилена, обеспечивает работу каждой из включенных секций реакционной зоны в оптимальном режиме по циркуляции дихлорэтана, диспергированию и распределению хлора и этилена. При этом обеспечиваются оптимальные условия процессов перемешивания и процессов тепло- и массообмена в каждой из включенных секций реакционной зоны. Этим самым повышается селективность процесса как при пониженной, так и при максимальной расчетной нагрузке по отношению к той селективности, которая могла бы быть достигнута в известном реакторе, то есть в единой зоне реакции, не разделенной на секции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан в продольном разрезе В-В общий вид реактора с отдельными реакционными секциями, выполненными в виде вертикальных коробов дугообразного сечения и с неравными площадями сечения; на фиг.2 - поперечный разрез А-А реактора, показанного на фиг.1, с тремя реакционными секциями, имеющими неравные площади поперечного сечения и снабженными распределителями и штуцерами ввода хлора; на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б того же реактора по фиг.1 с тремя реакционными секциями, снабженными распределителями и штуцерами ввода этилена; на фиг. 4 - поперечный разрез реактора с тремя реакционными секциями, снабженными распределителями хлора, секции имеют равные между собой площади поперечного сечения и образованы радиальными перегородками; на фиг.5 - поперечный разрез реактора с тремя реакционными секциями, снабженными распределителями хлора и выполненными в виде вертикально установленных труб, имеющих неравные между собой площади поперечного сечения.

Реактор прямого хлорирования этилена колонного типа представляет собой вертикально расположенный цилиндрический герметичный корпус 1, в котором установлены отдельные вертикальные реакционные секции 2 (фиг.1) в количестве по меньшей мере двух секций 2, но не более их количества, определяемого диаметром корпуса 1 и технологической необходимостью. Между секциями 2 расположена циркуляционная зона 3 с нисходящим потоком жидкого дихлорэтана. Общая реакционная зона реактора составлена из суммарного количества всех секций 2. Конструкция секций 2 имеет различные варианты. По одному из них секции 2 выполнены в виде вертикально установленных коробов 4 дугообразного сечения, продольные края которых прикреплены (пристыкованы) к стенке герметичного корпуса 1 (см. фиг.1, 2 и 3). По другому - секции 2 образованы радиальными перегородками 5, которые с одной стороны крепятся к стенке герметичного корпуса 1, а с другой стороны - к стенке 6, ограничивающей циркуляционную зону 3 реактора (см. фиг.4). По третьему варианту секции 2 выполнены в виде отдельных вертикально установленных труб 7 круглого сечения, имеющих различную или одинаковую площадь поперечного сечения (см. фиг.5) и закрепленных внутри герметичного корпуса 1. Площадь поперечного сечения каждой реакционной секции 2 составляет по меньшей мере 0,1 общей площади сечения реакционной зоны реактора, а суммарная площадь сечения всех реакционных секций 2 равна величине общей площади сечения реакционной зоны реактора. Площади сечения реакционных секций 2 могут быть выполнены равными между собой или неравными между собой. В случае их неравенства площади относятся между собой как 1:X₁: Х₂. . . Х_n, где X₁ равен 1 или больше единицы; Х₂...Х_n равны нулю или больше 0,1. Площадь сечения каждой вертикальной секции 2 рассчитана на свою собственную максимальную рабочую нагрузку по хлору и этилену. В сумме площади всех секций обеспечивают максимальную рабочую нагрузку по хлору и этилену на весь реактор. Высота всех секций 2 выполнена одинаковой. В нижней части каждой секции 2 установлен распределитель 8 хлора, а над ним на некотором расстоянии - распределитель 9 этилена. Каждый распределитель 8 и 9 выполнен в виде трубчатого радиально расположенного коллектора, введенного через стенку корпуса 1 внутрь каждой секции 2 и снабженного несколькими сообщенными с ним газоподающими трубками 10 с выходными отверстиями (на чертежах не показаны). Каждый трубчатый коллектор распределителей 8 и 9 имеет собственный штуцер 11 ввода хлора и штуцер 12 ввода этилена, соответственно, которые через свой запорный вентиль 13 и через соответствующий общий кольцевой коллектор 14 подвода хлора (см. фиг.2) и через свой запорный вентиль 15 и общий кольцевой коллектор 16 подвода этилена подсоединены к соответствующим трубопроводам подачи хлора и этилена. Внутри каждой секции 2 над распределителем 9 установлено гидравлическое сопротивление 17, которое может быть выполнено, например, в виде тарелки провального типа. Место размещения тарелки гидравлического сопротивления 17 определяется верхней границей окончания реакционного процесса в секции 2. Своей верхней частью реакционные секции 2 сообщены с сепарационной зоной 18, которая снабжена штуцером 19 вывода паров дихлорэтана, вмонтированным в крышку герметичного корпуса 1. В нижней части герметичного корпуса 1 образовано свободное пространство для сообщения между собой циркуляционной зоны 3 с внутренним пространством секций 2. В днище герметичного корпуса 1 вмонтирован штуцер 20 для ввода возвратного жидкого дихлорэтана.

Основные размеры реакционных секций 2 и циркуляционной зоны 3 - диаметр корпуса 1 реактора, определяющие площади их поперечных сечений, высота корпуса 1 в целом, высоты расположения распределителей 8 и 9 хлора, этилена и гидравлических сопротивлений 17 в реакционных секциях 2, определяющие протяженность и объемы указанных секций и их частей; количество и диаметры отверстий в распределителях 8 и 9 хлора и этилена, определяющие скорости истечения газов из отверстий и перепады давления на распределителях 8 и 9 и на их выходных отверстиях, рассчитаны исходя из возможности обеспечения оптимальных условий как при максимальных, так и при пониженных нагрузках на реактор.

Предложенный реактор работает следующим образом.

Герметичный корпус 1 реактора через штуцер 20 заполняют жидким дихлорэтаном с добавлением ингибитора побочных реакций, например хлористого железа. Уровень жидкого дихлорэтана должен обеспечить переток жидкого дихлорэтана из верхней части секций 2 в пространство циркуляционной зоны 3 при выбранном режиме рабочей нагрузки по хлору. Затем включают подачу газообразного этилена, подаваемого в зависимости от заданной рабочей нагрузки или во все секции 2, или в две, или только в одну через соответствующие распределители 9 и через штуцеры 12, запорные вентили 15 из кольцевого коллектора 16. Этилен вводят в секции 2 с расходом, обеспечивающим начало газлифтной циркуляции жидкого дихлорэтана в реакторе. При начале газлифтной циркуляции жидкого дихлорэтана в соответствующие секции 2 подают газообразный хлор, который вводят через распределители 8, штуцеры 11 и запорные вентили 13 и коллектор 14, постепенно увеличивая его расход до заданного значения. Вместе с хлором вводят газообразный ингибитор побочных реакций - кислород или воздух в необходимом объеме. Растворенный в жидком дихлорэтане хлор благодаря созданному в секциях 2 восходящему потоку достигает уровня ввода этилена, диспергируемого в потоке дихлорэтана. При этом преимущественно на границе раздела фаз газообразного этилена и жидкого циркулирующего дихлорэтана с растворенным в нем хлором происходит химическая реакция прямого хлорирования этилена до 1,2-дихлорэтана. Эта реакция протекает в жидкой фазе благодаря равномерному распределению хлора и этилена по площади сечения работающей секции 2 в условиях уменьшения масштабов нестационарных турбулентных вихрей в восходящем потоке жидкого дихлорэтана за счет того, что площадь сечения отдельной секции 2 меньше, чем суммарная площадь сечения всех секций 2. Уменьшение масштабов нестацинарных турбулентных вихрей в потоке дихлорэтана увеличивает степень равномерности процессов распределения, растворения и перемешивания хлора и этилена, вводимых в восходящий поток жидкого дихлорэтана. Поэтому процесс синтеза 1,2-дихлорэтана осуществляется в оптимальном режиме в объеме каждой включенной в работу секции 2 по всей высоте ее участка реакции. При этом по мере перемещения восходящего потока дихлорэтана вплоть до уровня размещения гидравлического сопротивления 17 количество хлора в циркулирующем дихлорэтане уменьшается до полного его исчерпывания. Одновременно с этим уменьшается до минимума количество растворенного в дихлорэтане этилена (до 2-10% от количества этилена, вступившего в реакцию с хлором с учетом количества ингибитора реакции - кислорода или воздуха). В секциях 2 выделяется тепло реакции, разогревающее восходящий поток циркулирующего и синтезированного в нем 1,2-дихлорэтана до температуры, несколько меньшей, чем температура вскипания дихлорэтана при давлении циркуляционного потока под гидравлическим сопротивлением 17, но достаточно высокой для ведения процесса реакции в оптимальном режиме. Поддержание необходимой температуры реакции в секциях 2 обеспечивается за счет поддержания давления паров, выводимых через штуцер 19, и соответствующей высоты уровня жидкого дихлорэтана в реакторе и необходимой интенсивности (кратности) циркуляции жидкого дихлорэтана через реакционное пространство секций 2. В момент прохождения восходящего потока дихлорэтана через гидравлическое сопротивление 17 происходит резкое увеличение скорости потока и, соответственно, падение давления в потоке выше сопротивления 17. В результате начинается процесс лавинообразного вскипания дихлорэтана, при котором происходит отбор теплоты реакции на покрытие теплоты парообразования, и температура жидкого дихлорэтана соответственно снижается. В пространстве секций 2, расположенном выше гидравлического сопротивления 17, образуется значительное количество пара, благодаря чему при относительно меньшей площади сечения отдельной секции 2 по сравнению с суммарной их площадью сечения среднее паросодержание в каждой секции 2 увеличивается. Следовательно, движущая сила циркуляции дихлорэтана в отдельной секции 2 возрастает на некоторую величину, которая обеспечивает увеличение расхода жидкого дихлорэтана через участки абсорбции и хемосорбции секций 2, а это в свою очередь обеспечивает более интенсивный отбор излишнего тепла из них и снижение благодаря этому выхода продуктов побочных реакций. Кипящий дихлорэтан в парожидкостном состоянии поступает из секций 2 в верхнюю часть герметичного корпуса 1, то есть в сепарационную зону 18, где за счет резкого расширения рабочего пространства происходит интенсивное разделение паровой и жидкой фаз дихлорэтана и отбор его паров через штуцер 19 для дальнейшей переработки. Отделенный от паров жидкий дихлорэтан возвращается в верхнюю часть циркуляционной зоны 3 и вовлекается в нисходящий поток жидкого дихлорэтана, который за счет газлифта опускается в общее нижнее пространство герметичного корпуса 1, откуда вновь поступает в нижнюю часть секций 2. Жидкий возвратный дихлорэтан непрерывно вводится в герметичный корпус 1 для компенсации количества выведенных через штуцер 19 паров дихлорэтана.

Общая необходимая нагрузка реактора набирается и устанавливается путем включения в работу соответствующего по суммарной производительности (площади поперечного сечения) набора секций 2, каждая из которых работает при этом в оптимальном режиме. Это включение осуществляется подключением распределителей 8 и 9 хлора и этилена соответствующих секций 2 к подводящим трубопроводам и коллекторам 14 и 15 хлора и этилена соответственно путем открытия (закрытия) соответствующих запорных вентилей 13 и 15.

Предложенный реактор по сравнению с прототипом обеспечивает повышение селективности процесса получения дихлорэтана до максимально возможной величины как при пониженных, так и при максимальных рабочих нагрузках по хлору и этилену на реактор. Средняя величина селективности составляет 99,8-99,9%, а выход продуктов побочных реакций снижается в 1,5-3 раза.

Формула изобретения

1. Реактор прямого хлорирования этилена, включающий вертикально расположенный герметичный корпус, который имеет сообщенные между собой зоны - реакционную зону с восходящим потоком дихлорэтана, циркуляционную зону с нисходящим потоком дихлорэтана и сепарационную зону разделения паровой и жидкой фаз дихлорэтана, распределители хлора и этилена, размещенные в нижней части реакционной зоны, гидравлические сопротивления, штуцеры ввода хлора, этилена и возвратного дихлорэтана, штуцер вывода паров дихлорэтана, отличающийся тем, что реакционная зона выполнена в виде, по меньшей мере, 2-х отдельных вертикальных реакционных секций, площадь сечения каждой из которых составляет, по меньшей мере, 0,1 общей площади сечения реакционной зоны реактора, а суммарная площадь сечения всех реакционных секций равна величине общей площади сечения реакционной зоны реактора, при этом гидравлическими сопротивлениями, распределителями хлора и этилена и штуцерами их ввода снабжена каждая реакционная секция, а каждый штуцер ввода хлора и этилена реакционных секций присоединен к соответствующим подводящим трубопроводам хлора и этилена через запорный вентиль.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что реакционные секции выполнены в виде вертикально установленных коробов дугообразного сечения, продольные края которых пристыкованы к стенке герметичного корпуса.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что реакционные секции образованы радиальными перегородками, установленными между стенкой герметичного корпуса и стенкой, ограничивающей циркуляционную зону.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что реакционные секции выполнены в виде вертикально установленных труб, закрепленных внутри герметичного корпуса.

5. Реактор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что площади сечения реакционных секций выполнены неравными.

6. Реактор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что площади сечения реакционных секций выполнены равными между собой.

7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что гидравлические сопротивления выполнены в виде провальных тарелок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5