Способ регулирования экзотермической реакции и устройство, предназначенное для его осуществления
Изобретение относится к способу регулирования экзотермической реакции. Способ включает стадии: i) проведение экзотермической реакции в реакторе (1) с получением продукта, ii) измерение температуры и/или давления в реакторе, и iii) введение инертного продукта, уже полученного ранее в экзотермической реакции, в реактор (1) из контейнера для хранения (8), если температура и/или давление превышает(ют) критическую(ие) величину(ы), где инертный продукт представляет собой жидкий продукт и его теплота парообразования используется для понижения температуры реактора. Также изобретение относится к устройству. Использование предлагаемого изобретения позволяет предотвратить значительное число неконтролируемых реакций, при этом не требует остановки реактора и его чистки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к способу регулирования экзотермической реакции и к устройству для проведения экзотермической реакции.
Важно, чтобы реактор, содержащий экзотермическую реакцию, охлаждался с точки зрения безопасности, а также для обеспечения эффективности прохождения реакции.
Предполагается увеличение скоростей экзотермических реакций, которые часто приводятся в действие катализатором, и, таким образом, количества высвобождаемого тепла, согласно экспоненциальной функции (экспоненциальный закон Аррениуса), принимая во внимание, что температура представляет собой единственную степень свободы.
Как известно в данной области техники, термин экзотермическая реакция обозначает химическую реакцию, которая сопровождается выделением тепла.
Реакцию, т.е. температуру экзотермической реакции, можно контролировать непрямым или прямым охлаждением реактора, поддерживая баланс между теплом, выделяемым реакцией, и удалением тепла за счет охлаждения системы. Поскольку тепло, удаляемое при охлаждении системы, обычно находится в почти прямой зависимости от температуры реакции (опять рассматривая температуру в качестве степени свободы), достижение определенной температуры будет неизбежно приводить к необратимому ускорению реакции, так называемой неконтролируемой реакции.
Также в данной области известно, что неконтролируемой реакции невозможно гарантированно избежать. Таким образом, были установлены определенные меры, для манипуляции неконтролируемой реакцией. Обычные меры и главные недостатки могут быть обобщены следующим образом.
В случае управляемых катализатором экзотермических реакций можно добавлять каталитический яд. Это приводит, однако, к потере продукта, загрязнению реактора ядом и последующей необходимости очистки реактора. Дополнительно, существует сложная задача удовлетворительного распределения каталитического яда в реакторе для обеспечения затухания реакции.
Дополнительная мера состоит в так называемом заполнении, т.е. разгерметизации и/или осушении реакционного сосуда при помощи клапанов или разрывных мембран. Указанная мера приводит к потере продукта и необходимости очистки реактора от продуктов неуправляемой реакции. Часто также существует необходимость в последующей обработке высвобождаемого продукта неуправляемой реакции из-за нежелательных свойств, например, полимеризации или токсичности.
После неконтролируемой реакции обычно необходима общая остановка реактора перед повторным запуском. Таким образом, неконтролируемая реакция в большинстве случаев приводит к потере продукции из-за неконтролируемой реакции и из-за времени, необходимого для подготовки запуска и повторного запуска реактора и образования нежелательных продуктов.
Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа регулирования экзотермической реакции, который преодолевает недостатки предшествующего уровня техники, в особенности способа, который предотвращает определенное число неконтролируемых реакций, минимизирует действие неконтролируемой реакции, не требует остановки реактора и его очистки, а также позволяет избежать загрязнения реактора каталитическими ядами и т.п.
Дополнительно, задача состоит в обеспечении устройства для проведения каталитической реакции, которое позволяет осуществление изобретательского способа.
Первую задачу решают при помощи способа регулирования экзотермической реакции, включающего стадии:
i) проведение экзотермической реакции в реакторе с получением продукта,
ii) измерение температуры и/или давления в реакторе, и
iii) введение инертного продукта, уже полученного ранее в экзотермической реакции из контейнера для хранения, в реактор, если температура и/или давление превышает(ют) критическую (ие) величину (ы).
Предпочтительно инертный продукт представляет собой жидкий продукт.
Более предпочтительно, экзотермическая реакция представляет собой олигомеризацию олефинов.
В предпочтительном варианте осуществления, способ включает дополнительную стадию остановки введения исходного сырья в реактор.
Предпочтительно стадия остановки проходит в значительной степени одновременно со стадией (iii).
В дополнительном варианте осуществления инертный продукт вводят в жидкую реакционную фазу в реакторе.
Предпочтительно, чтобы инертный продукт впрыскивали в реактор.
Более предпочтительно, массовый расход инертного продукта, вводимого в реактор, является регулируемым.
Дополнительно, устройство, в котором проводят экзотермическую реакцию согласно изобретению, включает:
a) реактор, заполненный исходным сырьем, необязательно растворителем и катализатором,
b) датчик(и) температуры и/или давления в реакторе,
c) линии загрузки и выгрузки, оснащенные клапанами для подачи исходного сырья и выгрузки продукта в и из реактора, соответственно,
d) по крайней мере один контейнер для хранения инертного продукта, который соединен с реактором линией, оснащенной клапаном, и
e) блок управления, соединенный с датчиком(ами) и клапанами.
В предпочтительном варианте осуществления реактор представляет собой реактор непрерывного действия, реактор полунепрерывного действия или реактор прерывистого действия.
Наиболее предпочтительно инертный продукт в контейнере для хранения поддерживают при более высоком давлении по сравнению с давлением внутри реактора.
Неожиданно было обнаружено, что настоящее изобретение обеспечивает способ регулирования экзотермической реакции,
имеющей систему подавления неконтролируемой реакции без загрязнения способа экзотермической реакции сторонними продуктами способа. Было обнаружено, что изобретательский способ предотвращает определенное число неконтролируемых реакций и ограничивает нежелательное действие неконтролируемой реакции, таким образом, улучшая «своевременное» управление и продукцию реактора. Подробно, действие неконтролируемой реакции можно минимизировать за счет недостижения избыточно высоких температур реакции. Реактор можно поддерживать в рабочем состоянии и достичь пониженного образования нежелательных побочных продуктов, например полимеров, в особенности благодаря тому факту, что можно избежать высоких температур реакции.
Дополнительно, нет необходимости в остановке и чистке реактора, что минимизирует время, после которого возможен повторный запуск реактора.
Дополнительно, не образуется загрязнения реактора каталитическим ядом для приводимых в действие катализатором экзотермических каталитических реакций и, таким образом, можно избежать значительной чистки после введения яда.
Таким образом, изобретательский способ приводит минимальной общей потере продукта.
Предпочтительно, было обнаружено, что изобретательский способ в особенности благоприятен в процессах экзотермической реакции, происходящих в жидкой фазе и/или при использовании исходного сырья/загрузки в качестве основного источника охлаждения, например прямым охлаждением реактора. Примером экзотермической реакции, в которой способ по настоящему
изобретению может быть успешно использован, является олигомеризация этилена.
Дополнительные черты и преимущества способа и устройства по настоящему изобретению можно получить из последующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления в сочетании с чертежом, где
Фиг. 1 иллюстрирует устройство согласно одному из вариантов осуществления для проведения изобретательского способа для регулирования экзотермической реакции.
На фиг. 1 показан реактор 1, в котором проходит в жидкой фазе экзотермическая реакция, например, олигомеризация олефинов. В реакторе 1 обеспечивают мешалку 2 для перемешивания водной фазы. Через линию загрузки 3, например, этилен можно вводить в реактор из хранилища подаваемого материала 4. Линия загрузки 3 может быть открыта и закрыта при помощи клапана 5. Через отводящие линии 6 и 7, газообразный и жидкий продукты можно удалять из реактора 1.
Контейнер для хранения 8, наполненный инертным продуктом 9, например олигомерами, где указанный инертный продукт 9 был уже получен ранее, связан с реактором 1 посредством линии загрузки 10, которая может открываться и закрываться при помощи клапана 11. Инертный продукт 9 в контейнере для хранения 8 имеет предпочтительно комнатную температуру или ниже.
Реактор 1 также включает датчики температуры и давления 12 и 13. Датчики 12 и 13, клапан 5 и клапан 11 соединены с блоком управления 14.
При эксплуатации устройство может работать следующим
образом. Экзотермическую реакцию проводят в реакторе 1. Исходный продукт вводят в реактор 1 через линию загрузки 3, указанный исходный продукт действует в качестве непосредственно охлаждающей среды. Газообразные и жидкие продукты можно удалять из реактора через отводящие линии 6 и 7. температуру и давление в реакторе 1 контролируют блоком управления 14. Если блок управления 14 определяет, что температура и/или давление в реакторе 1 превышает(ют) предварительно определенные критические величины, блок управления 14 может открыть клапан 11, позволяя введение в реактор инертного, предпочтительно жидкого продукта, который затем служит в качестве непосредственно охлаждающей среды и подавляет дальнейшее нагревание или повышение давления в реакторе 1. Одновременно с открытием клапана 11, может быть закрыт клапан 5. При закрытии клапана 5, реакция будет подавляться за счет прекращения подачи исходного сырья и, таким образом, ограничивая максимальную температуру реакции и ограничивая образование нежелательных продуктов.
При использовании инертного продукта в жидком состоянии, его теплота парообразования может быть использована для понижения температуры реактора.
После введения инертного продукта 9 в реактор 1, величины температуры и давления остаются в заданных диапазонах, так что более невозможны неконтролируемые реакции, может быть легко продолжена экзотермическая реакция в реакторе 1, например, нормальной процедурой запуска. Нет необходимости ни в сложном повторном запуске реактора 1, ни в очистке реактора. Дополнительно, нет загрязняющего продукта, инертный продукт 9,
введенный для охлаждения реактора 1 может быть легко удален из реактора 1 через отводящие линии 6 и 7.
Черты, описанные в предшествующем описании, формуле изобретения и чертеже могут, одновременно или в любой комбинации, представлять собой материал для осуществления изобретения в различных его формах.
1. Способ регулирования экзотермической реакции, включающий стадии:
i) проведение экзотермической реакции в реакторе (1) с получением продукта,
ii) измерение температуры и/или давления в реакторе, и
iii) введение инертного продукта, уже полученного ранее в экзотермической реакции, в реактор (1) из контейнера для хранения (8), если температура и/или давление превышает(ют) критическую(ие) величину(ы), где инертный продукт представляет собой жидкий продукт и его теплота парообразования используется для понижения температуры реактора.
2. Способ по п. 1, где экзотермическая реакция может представлять собой олигомеризацию олефинов.
3. Способ по п. 1, включающий дополнительную стадию остановки введения исходного сырья в реактор (1).
4. Способ по п. 3, где стадия остановки проходит в значительной степени одновременно со стадией (iii).
5. Способ по п. 1, где инертный продукт вводят в жидкую реакционную фазу в реакторе (1).
6. Способ по п. 1, где инертный продукт впрыскивают в реактор (1).
7. Способ по п. 1, где массовый расход инертного продукта, вводимого в реактор, является регулируемым.
8. Устройство для проведения экзотермической реакции, включающее:
а) реактор (1), заполненный исходным сырьем, необязательно растворителем и катализатором,
b) датчик(и) температуры (12) и/или давления (13) в реакторе (1),
c) линию загрузки (3) и выгрузки (6, 7), оснащенные клапанами для подачи исходного сырья и выгрузки продукта в реактор и из реактора (1), соответственно,
d) по крайней мере один контейнер для хранения (8), содержащий уже полученный ранее в экзотермической реакции жидкий инертный продукт, который соединен с реактором (1) линией (10), оснащенной клапаном (11), и
e) блок управления (14), соединенный с датчиком(ами) (12, 13) и клапанами (5, 11).
9. Устройство по п. 8, где реактор (1) представляет собой реактор непрерывного действия, полунепрерывного действия или периодического действия.
10. Устройство по п. 8 или 9, где инертный продукт в контейнере для хранения (8) поддерживают при более высоком давлении по сравнению с давлением внутри реактора (1).
