Реактор для окисления углеводородов

 

О П И С А Н И Е т914Ов

И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«Ф

1 ф

»(6I ) Дополнительное к авт. свид-ву

Ъ (22) Заивлено 17.03.76 (21) 2335602/23-2 (5) ) Щ. Кд. спрнсоединением заявки М

В 01 8 10/00

Гасударственный комнтет (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.80. Бюллетень К» 48 по делам нзобретеннй н открытий (53 ) УД 3(66.02 3 (088.8) Дата опубликования опнсания02.0l.8l (72) Авторы изобретения

Б. С. Смолянский, А. P. Бухаров, Н. П. Фисенко, И. Я. Городецкий, А. А. Винтер, A. К. Ковтун и С. Н. Ныркова (7l ) Заявитель (54) РЕАКТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

Изобретение относится к конструкции реактора для окисления углеводородов, например для окисления циклогексана,,и может быть использовано в промыш ленности по производству капролактама.

Окисление циклогексана осущестлвяют под давлением 7-16 атм при т; -l40О

l80 С. в секционированном реакторе или каскаде из нескольких реакторов. Известен колонный реактор окисления углеводородов, разделенный горизонтальными перО форированными перегородками на ряд секций, в каждую из которых подают кислородсодержащий газ (воздух) . Основным недостатком такого реактора является

l5 повышенное газосодержание в верхних секциях реактора, возникающее из-аа того, что кислород иэ газовой фазы срабатывается непосредственно в той секции, куда подают газ, тогда как инертная часть газовой фазы (азот) и испарившаяся часть углеводорода, представляющие собой реакционные газы, транзитом проходят через все реакционные эоны вышерасположенных секций. При этом реакционные газы, пришедшие из нижних секций, разбавляют кислородсодержаший газ, подаваемый в данную секцию, в результате снижается концентрация кислорода в газовой фазе, что отрицательно сказывается на интенсивности процесса окисления. С другой стороны, првход больших количеств реакционных газов через барботажные слои секций неминуемо ведет к существенному уносу жидкой фазы из секции в секцию и из самого реактора и к вынужденному увеличению геометрического объема верхних секций за счет высокого газосодержания. Возврат целевых продуктов реакции Из какой-либо секции реактора в первую секцию реактора по коду углеводорода приводит к дополнительным потерям целевых продуктов в резульате их осмоления.

Известен каскад реакторов, представляющий собой реакторный узел для окисления углеводородов (11 . При этом реакционная жидкость последователь5

30

3 79 но перетекает из одного реактора в другой, кислородсодержащий газ (воздух) подают в каждый реактор, а реакционнь>е

1 газы выводят из каждого реактора в сборный коллектор. В этом случае не происходит разбавления кислородсодержащего газа реакционными газами и не уве личивается газосодержание в рабочих зонах реакторов.

Однако каскадный реактор имеет ряд . существенных недостатков: значительный механический унос реакционной жидкости с реакционными газами, выводимыми в газовый коллектор, что снижает выход полезных продуктов реакции; возможность возникновения взрывоoHRcHb! x концентраций и с епар ационных пространствах отдельны р актаров при нарушении технологического режима окисления в них; наличие протяженных внешних переливных жидкостных и перето Иных газо; вых линий, работающих под высоким давлением; большая металлоемкость каскада, поскольку каждый реактор имеет днище и крь>шку, работающие под высоким давлением. Из перечисленных недостатков особо следует остановиться на наличии внешних переливцых жидкостных линий, работающих под высоким давлением. Эти линии в процессе работы испыть>ва>от значительное напряжение из-за термических ди>>>ормап>. Й, что иногдa приводит к разрыву таких линий.

Цель изобретения — интенсификация процесса за счет спи>кения механического уноса и улучшение условий безопасного ведения процесса, увеличение производительности реактора за с IeI повышения пропускной способности переливных труб.

Это достигается тем, что перегородки выполнены выгнутыми вверх в виде части сферы, а воронки снаб>кены перфо— рированными газоотводными трубками.

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор, продольный разрез; на фиг. 2— устройство воронки переливной трубы.

Реактор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, имею|пего веркнюю крышку 2 и днище 3, штуцер 4 для ввода циклогексана, штуцера 5, 6,7 и 8 для ввода воздуха, штуцера 9 и 10 для вывода реакционных газов и оксидата соответственно. В корпусе 1 установлены глухие выгнутые вверх в виде части сферы перегородки l 1, 12 и l3 разделяющие корпус на секпии. Пля перетеl406 ф кания реакционной жидкости из одной секции реактора в другую служат переллвные трубы l4, 15. и 16 с воронками

17, 18 и 19, снабженными газоотводными трубками 20, 21 и 22. Для распределения окисляюшего воздуха в реакционной жидкости реактор оборудован барботерами 23, 24, 25 и 26, а для отвода реакционных газов из секций переточными трубами 27, 28 и 29.

Предлагаемый реактор работает следующим образом.

Исходный углеводород (циклогексан) поступает через штуцер 4 в верхнюю секцию реактора, расположенную над секционируюшей перегородкой 1 1 и подвергается окислению кислородом (воздуха), подаваемым в эту секцию через барботер

23. Получаемый оксидат через воронку l7 и переливную трубу 14 стекает в нижерасположенную вторую секцию, а образовавшиеся реакционные газы, выйдя из барботажного слоя, смешиваются с реакционпыми газами нижних секций реактора, поступающими в первую секцию через переточную газовую трубу 27, выводятся из реактора через штуцер 9. При перетоке жидкости из вышерасположенной секции в нижерасположенную в переливных воронках под струей жидкости образуется газовое пространство (фиг.2), в котором скапливается газ, увлекаемый жидкостью. Этот гa3 имеет две возможности выхода из указанного замкнутого объема. Вверх, разрывая струю жидкости и снижая условный проход для ее течения, и вместе с тем с жидкостью вниз по переливной трубе. Последнее обстоятельство приводит также к повышению гидр ав лич еского сопротивл ения пер е ток у жидкости, особенно в случае возмо>кного образования пробок в переливной трубе.

Все это ведет к снижению производительности переливов и всего узла в целом.

С цепью устранения этого недостатка воронки 17, 18 и 19 переливных труб снабжены перфорированными газоотводными трубками 20, 2l и 22, через которые скапливающийся газ отводится в сепарационную часть секции реактора или во внешнюю газоотводную линию.

Оксидат первой ступени подвергается дальнейшему окислению во второй секции реактора, куда через барботер 24 подается свежий кислородсодержаший газ

{воздух). Аналогично работак>т и последующие секции окисления. Оксидат нижней секции выводится из реактора через штуцер 10.

5 793.4

Основные достоинства предлагаемого реактора заключаются в следующем: реакционные газы проходят иэ одной секции в другую не через барботажные слои, а по специальным переточным газовым трубам, попадая в сепарационный объем предыдущей секции. 3десь благо даря внезапному расширению газового потока происходит резкое снижение его скорости, благодаря чему капельки оксидата выпадают из газового потока в реакционную жидкость и тем самым сушест венно снижается механический унос полезных продуктов реакции в первые секции реактора; 15 благодаря тому, что в сепарационных зонах каждой секции происходит смешение реакционных газов, образовавшихся в данной и нижерасположенной секциях, для

LTcex секций, кроме нижней, снижается опасность образования взрывоопасных газовых смесей при нарушении режима окисления в одной из секций. При этом известно, что наибольшая опасность образования взрывоопасных газовых смесей существует, в первых IIo ходу углеводорода, секциях реактора; поскольку переливные жидкостные и переточные газовые линии расположены непосредственно внутри реактора они имеют минимальную протяженность и минимальное гидравлическое сопротивление.

Кроме того, эти трубопроводы работают при незначительном (только гидростатическом) перепаде давления и не испы35 тывают напр».кений в результате термических деформаций. QHH могут быть выполнены тонкостенными; в переливные воронки вставлены газоотводные трубки, что позволяет сущест1

06 6 венно увеличичить удельные нагрузки на периметр переливных воронок и реактор в целом; секционирование реактора глухими выгнутыми вверх в виде части сферы перегородками, которые должны выдерживать только давление столба жидкости в одной секции, позволяет сократить металлоемкость реактора, имеющего всего одну верхнюю крышку и одно днище, работающие под большим перепадом давления, тогда как каждый реактор каскада имеет свое днише и свою верхнюю крышку.

Формула изобретени»

1. Реактор для окисления углеводородов, содержащий цилиндрический корпус, установленные по высоте перегородки, разделяющие корпус на секции, штуцера для. входа и выхода жидкости, барботеры для подачи кислородсодержашего газа в каждую секцию, переливные трубы с воронками и переточные газовые трубы, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса эа счет снижения механического уноса и улучшения условий безопасного ведения процесса, перегородки выполнены выгнутыми вверх .

-т в виде части сферы.

2.Реакторпоц. 1,отличаюш и и " я тем, что, с целью увеличения производительности реактора за счет повышения пропускной способности перепивших труб, воронки снабжены перфор»1рованными газоотводными трубками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 1595542, кл. В Ol Х, 1970,