Реактор для окисления углеводородов

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (щ997788 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.09.81 (21) 3335635/23-26 с присоединением заявки №(23) ПриоритетОпубликовано 230283. Бюллетень ¹ 7 (И1М.Кя.

В 01 10/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (ЩУДК 66.054 (088.8) Дата опубликования описания 2392.83

A.A. Васин, И. А ° Ларионов, Л. Н. Черннаева, В

Н.A,Ãîëóáåâ, А.Я.Бычков,И.В.Вашкевич и Н. (72) Авторы изобретения (71 ) Заявитель (54 j РЕАКТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

Изобретение относится к конструк- ции реактора для окисления углеводородов, например для окисления циклогексана, и может быть использовано в промышленности по производству кап-. ролактама.

Известен каскад реакторов для жидкофазного окисления углеводородов, состоящий из емкостных реакторов, имеющих цилиндрические корпуса, эллиптические днища, штуцеры для ввода и вывода жидкости, расположенные в нижней части реактора барботеры для подачи кислородсодержащего газа, штуцер для выхода реакционных газов, переливные карманы для стока жидкости, короб, служащий для распределения поступающей жидкости. В каждый из реакторов каскада через барботеры подается кислородсодержащий газ, жидкость перетекает последовательно иэ реактора в реактор. Ввод жидкости и вывод реакционных газов из реакторов осуществляется в верхней части реактора (1 l.

Однако под уровнем барботеров в области эллиптического днища образуется застойная зона со слабым перемешиванием жидкости. Вследствие слабого перемешивания жидкости в этой зоне происходит интенсивное смолообраэова.ние, отложение и накопление смолы на .стенках корпуса реактора и его эллиптическом днище. Это снижает эффективность ведения процесса окисления углеводорода и увеличивает концентрацию кислорода на.выходе за счет того, что часть объема реактора занята малоэффективной застойной зоной, а также уменьшает безопасность ведения процесса, так как в застойной зоне с большим слоем смолы может произойти воспламенение смолообразных продуктов при попадании на них струй и пузырьков кислородсодержащего газа в результате того, что температура тления смолообраэных продуктов близка к теьатературе зедения процесса.

Увеличение концентрации кислорода выше определенного предела (для окисления циклогексана 3 об.Ъ) недопустимо, так как ведет к созданию взрывоопасной концентрации в газовой фазе.

Таким образом, плохое поглощение

25 кислорода иэ-эа наличия застойных эон ограничивает нагрузку по кислородсодержащему газу и ограничивает производительность реактора.

В нижней части реактора располаЗО гаются штуцеры для дренирования реак997788

20 процесса и надежность аппарата из-за отложения на днище и стенках стопообразных продуктов и высокой концентрации кислорода в отходящих газах. 25

Наиболее близким к изобретению является реактор для окисления углеводородов, содержащий корпус со сферическими горизонтальными перегородками, штуцеры, .барботера подачи газа и 30 переточные газовые трубы, дополнительно снабженные соединенным с патрубком ввода жидкого углеводорода кольцевым коллектором с вертикальными загнутыми трубками, с соплами, расположен- 35 ными ниже плоскости барботеров между

40 щегося в центре эллиптического днища.

Кроме того, устройство довольно громоздко и металлоемко. Велик периметр 6 торов при ремонтах и создания аварийных ситуаций. Отложение смолы приводит к их забивке. Это затру дняет дренаж реакторов при плановых остановках на ремонт и чистку и практически исключает возможность дренажа при создании аварийных ситуаций, что снижает безопасность эксплуатации реактора.

Известен также реактор для окисления углеводородов, содержащий цилиндрический корпус, установленные по высоте выгнутые вверх в виде части сферы перегородки, разделяющие корпус на секции, штуцеры для ввода и вывода жидкости, барботеры для подачи кислородсодержащего газа в каждую секцию, переточные газовые трубы, служащие для вывода реакционных газов, и штуцер для выхода реакционных газов (2 J.

Недостатком указанного реактора являются недостаточные эффективность боковой стенкой реактора и кОльцом барботеров, и переливными,карманами для стока жидкости, верхний торец которых расположен ниже коллектора, а также соединенной с верхней частью патрубка ввода жидкого углеводорода. газоотводной трубкой, нижний конец которой расположен ниже верхней кромки переливного кармана и выше плоскости расположения барботеров.

За счет оборудования интенсифицируется перемешивание реакционной массы, в результате чего увеличивается эффективность реактора, повышается безопасность проведения процесса (ЗJ, Однако известное устройство является специфическим для конструкции реакторов с выгнутыми вверх в виде части сферы перегородками и не решает проблемы для реакторов с эллиптическими днищами. Одно кольцо сопел не обеспечивает в реакторе с эллиптическим днищем достаточной степени перемешивания, особенно в центральной зоне. Не решена проблема предотвращения забивки смолообразными продуктами дренажного патрубка, находя

5S

60 кольцевого коллектора и длина опускающихся от него до дна реактора трубок. В то же время реакторы с эллиптическими днищами широко распространены в промышленности.

Целью изобретения является увеличение эффективности процесса путем предотвращения отложения смолообразных продуктов реакции в нижней части реактора и снижения концентрации кислорода в отходящих реакционных газах, а также обеспечение возможности дренажа при ремонтах и аварийных ситуациях.

Поставленная цель достигается тем, что в реакторе для окисления углеводородов, содержащем цилиндрический корпус, штуцеры дяя ввода и вывода жидкости, барботеры для подачи кислородсодержащего газа, штуцер для выхода реакционных газов, соединенный с патрубком ввода жидкого углеводорода, коллектор, снабженный трубками, выполнениыми с соплами, расположенными ниже плоскости барботеров, переливной карман для стока . жидкости, соединенную с верхней частью патрубка ввода жидкого углеводо-. рода газоотводную трубку, нижний конец которой расположен ниже верхней кромки переливного кармана и выше плоскости расположения барботеров, коллекторные трубки, длина которых уменьшается по направлению к днищу аппарата, расположены горизонтально в нижней части коллектора, размещенного вертикально, коллектор снабжен установленным в его нижнем торце соплом, а площадь сечения сопла каждой трубки пропорциональна расстоянию его от оси реактора и определяется по следующей зависимости

2 =K Rtl, 2

K=S„, iR„-q при этом S - площадь сечения сопла трубки;

n — расстояние от сопла до оси реактора.

На фиг.1 показан реактор, разрез; на фиг.2 — разрез A A на фиг.1; на фиг.3 — вид Б на фиг.1 (конец загнутой трубки,. з аканчивающейся соплом), Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, содержащий цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 эллиптические днища, штуцеры для ввода жидкого углеводорода 4 и кислородсодержащего газа (воздуха) 5, для вывода оксидата б и реакционных газов 7,,штуцер 8 для дренирования. Штуцер 4 для ввода жидкого углеводорода закрыт распределительным корббом 9. От короба 9 в виде стояка в низ реактора отходит коллектор 10, нижний конец которого опущен ниже плоскости барботеров 11

997788 и 12. От коллектора 10 под плоскостью расположения барботеров 11 и 12 отходят горизонтально в несколько рядов трубки 13-15, длина которых уменьшается по направлению к днищу аппарата. Трубки 13-15 загнуты на концах тангенциально стенке реактора и заканчиваются соплами 16-18, Коллектор 10 в нижнем торце снабжен направленным вертикально вниз соплом 19. Для примера показан реактор с тремя рядами горизонтальных трубок с соплами и с пятью трубками в каждом ряду. Кислородсодержащий газ на окисление через штуцер 5 и распределительную гребенку 20 подается в кольца барботеров 11 и 12 и через рабочие и дренажные отверстия барботеров поступает в барботажный слой. .Оксидат из переливного кармана 21 че рез штуцер б выводится из реактора в следующий. реактор каскада или на дальнейшую переработку. Распределительный короб 9 в верхней части снабжен газоотводной трубкой 22, служащей для вывода отделяющихся от жидкости газов.

Предлагаемый реактор работает следующим образом. Жидкий углеводород циклогексан ) через штуцер 4, короб 9, коллектор 10 и трубки 13-15 с соплами 16-18.поступает в нижнюю часть реактора под плоскость распо-. ложения барботеров 11 и 12.

Трубки 13-15 выполнены загнутыми по периметру стенки корпуса реактора фиг.1-3 ), а на концах этих трубок имеются сопла 16-18, диаметр которых соответственно меньше диаметра трубок.13-15. Благодаря такому техническому решению жидкость вырывается из сопел тангенциально к стенке реактора с большой скоростью и, закручиваясь, значительно усиливает перемешивание во всем объеме эоны между плоскостью расположения барботеров и нижним эллиптическим днищем

3. Выходящая иэ установленного в ниж-. нем торце коллектора 10 сопла 19 вертикально вниз струя жидкости омывает центр эллиптического днища, дополни- тельно интенсифицирует перемешивание и предотвращает забивку дренажного патрубка. Кроме того, сопло 19 обеспечивает полный дренаж коллектора 10 и трубок 13-15 при остановках.

Усиленное перемешивание в нижней зоне распространяется и на весь остальной вышерасположенный реакционный объем. Это приводит к более полному использованию реакционного объема для проведения реакции окисления, увеличению производительности реактора, интенсификации самого процесса окисления, приводящей к снижению концентрации кислорода в реакционных газах на выходе из реактора, увеличению безопасности, работы реактора благодаря тому, что закручивающаяся

55 бб

Наличие коллектора и расположен- ных между плоскостью кольцевых барботеров и эллиптическим днищем горизонтальных коллекторных трубок с соплами для подачи жидкого углеводорода позволяет. интенсифицировать перемешивание в нижней зоне и во всем объеме реактора, что позволяет увеличить эффективность процесса окисления и снизить концентрацию кислорода в реакционных газа1 на выходе из реактора, препятствует отложению и накоплению смолообразных продуктов на днище, стенках и внутренних частях реактора, что увеличивает безопасность проведения процесса окисления.

Наличие сопла на нижнем торце коллектора позволяет дополнительно интенсифицировать перемешивание в придонной части реакционного объема и обеспечивает полный дренаж углеводорода при остановках реактора для ремонта или в случае возникновения аварийных ситуаций. в нижней части реактора жидкость омывает нижнее эллиптическое днище и прилегающие стенки реактора, предотвращая тем самым отложение смолообразных продуктов реакции и накопление

5 их на днище и стенках корпуса.

Кнслородсодержащий газ подается в реактор через штуцер 5, и через кольцевые барботеры 11 и 12 поступает в барботажный слой. Оксидат через переливной карман 21 и штуцер 6 выводится в следующий реактор каскада или на дальнейшую переработку. Реакционные газы выводятся через штуцер 7.

Для Наиболее эффективного ведения процесса необходимо, чтобы вся кинетическая энергия подаваемой в нижнюю часть реактора жидкости расходовалась . на перемешивание. Попадание газа в исходный углеводород может привести к разрыву и тем самым к снижению

Щ энергии выходящих иэ сопел 16, 17 и

19 струй. Для предотвращения этого в верхней части распределительного короба 9 имеется газоотводная трубка

22, служащая для отвода газа от жидз5 кого углеводорода, подаваемого по коллектору 10 и трубкам 13-15 К соплам 16, 17 и 19. Нижний конец гаэоотводной трубки 22 помещен в газожидкостной слой ниже верхней кромки переливного кармана 21 и выше плоскости расположения барботеров 11 и

12. Это обеспечивает свободный выход газов из распределительного короба 9 и предотвращает их попадание в коллектор 10 и трубки 13-15. Кроме того, небольшое количество увлекаемого с отделяющимися газами исходного углеводорода благодаря предложенному техническому решению попадает в зону наиболее интенсивного протекания ре40 акции и не может проскочить в сливной карман, минуя зону реакции.

997788

Выполмение коллектора в виде опускающегося стояка позволяет существенно снизить металлоемкость конструкции.

Лабораторные испытания предложенной конструкции на примере каталитического окисления сульфита натрия кислородом воздуха при скорости жидкости в соплах 6-8 м/с приведены в таблице.

Иэ таблицы видно, что по сравнению с известной конструкцией концентрация кислорода в отходящих газах в оптимальном случае снизилась с

16,2 до 12,1 об.В. Таким образом, 5 увеличивается степень использования кислорода и съем продукции при одном и том же расходе воз духа и одинаковом объеме реактора.

Концентрация кислорода на выходе иэ реактора, оба%

Опыт

Отношение сечения сопел в ряду к их расстоянию от оси реактора, х10 3

S1/R 1

2.

52/ 2

Известный 1

16,2

Предлагаемый

1,58

2,62

7,86

14,3

2, 6 2

2, 6 2

2, 6 2

1 2, 1

2, 6 2

2,96

0,95

13,8.2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью обеспечения возможности дренажа при ремон:тах и аварийных ситуациях, коллектор снабжен установленным в его нижнем торце соплом.

3. Реактор по п.1, о т л и я а ю;шийся тем, что площадь сечения сопла враждой трубки пропорциональна расстоянию его от оси реактора и определяется по следующей зависимостиг

Формула изобретения

1. Реактор для окисления углеводо- 3 родов, содержащий цилиндрический корпус, штуцеры для ввода и вывода жидкости, барботеры для подачи кислородсодержащего газа, штуцер для выхода реакционных газов, соединенный с патрубком ввода жидкого углеводо- @ рода, коллектор, снабженный трубками„ выполненными с соплами, расположенными ниже плоскости барботеров, переливной карман для стока жидкости, соединенную с верхней частью патрубка ввода жидкого углеводорода газоотводную трубку, нижний конец которой расположен ниже верхней кромки переливного кармана и выше"плоскости расположения барботеров, о т л и ч а - gg ю шийся тем, что, с целью увеличения эффективности процесса путем предотвращения отложения смолообразных продуктов реакции в нижней части реактора и снижения концентрации 55 кислорода в отходящих реакционных газах, коллекторные трубки, длина которых умен ьшает ся по направлению к днищу аппарата, расположены горизОнтально в нижней части коллектора, размещенного вертикально. 60

Б,=К R n„

2где K-Sn 1/Rn1, при этом 5 — площадь сечения сопла трубки;

K — расстояние от сопла до оси реактора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Патент Франции Р 1595542, кл. В 01 J, 1970.

2 ° Авторское свидетельство СССР

В 791406, кл. В 01 J 10/00, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3218540/23-26, кл. В 01 J 10/00, 1980.

997788

Фиг,1

А-4

ВНИИПИ Заказ 996/9

Тираж 535 Подписное

Риа Г

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4