аппарат для жидкофазного синтеза изопрена

Формула изобретения

1. Аппарат для жидкофазного синтеза изопрена, включающий два последовательно соединенных колонных реактора с размещенными в нижней части каждого реактора устройствами для распределения подачи исходных и промежуточных продуктов реакции, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса синтеза и увеличения выхода изопрена путем создания интенсивной циркуляции водной фазы в реакторах, первый реактор содержит подъемную секцию, образуемую вертикально размещенными трубами, и спускную секцию, образуемую межтрубными проходами, второй реактор выполнен в виде кожухотрубной колонны, у которой верхняя зона трубного пространства соединена с нижней зоной трубного пространства наружными циркуляционными трубопроводами, с встроенными сепарационными емкостями.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что устройство для распределения исходных продуктов в первом реакторе выполнено в виде кольцевого коллектора с форсунками, входящими в трубы подъемной секции на глубину 1/3-1/2 диаметра трубы.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что устройство для распределения промежуточного продукта реакции во втором реакторе выполнено в виде перевернутой тарелки с размещенными в ее днище патрубками, имеющими однорядную перфорацию, расположенную от днища тарелки на расстоянии, равном 3-4 диаметра отверстий перфорации.

Описание изобретения к патенту

Аппарат предназначен для проведения процесса синтеза изопрена одностадийным методом на основе изобутилена и формальдегида в жидкой среде.

Известна установка для получения изопрена, включающая ряд последовательно соединенных реакционных камер, заполненных твердым катализатором, через которые пропускают формальдегид и изобутилен, выделяют из газового потока, выходящего из каждой камеры, синтезированный изопрен. Реакционные камеры соединены таким образом, чтобы обеспечить отключение в определенном порядке отдельных камер для заполнения их свежим катализатором (1).

Данная установка, реализующая процесс синтеза изопрена с применением твердого катализатора, требует дополнительных производственных мощностей, повышенных энергозатрат; необходимость периодической замены катализатора усложняет обслуживание установки.

Известно описание реакторного блока для одностадийного синтеза изопрена, состоящего из двух последовательно соединенных кожухотрубных реакторов, имеющих распределитель ситчатую тарелку и трубы, создающие циркуляционные потоки жидких сред компонентов реакции, причем по части труб поток поднимается, а по оставшейся части труб поток опускается. (2)

Описанная конструкция реакторного блока обладает следующими недостатками. Размещение внутри реакторов опускных труб, не использование межтрубных проходов для опускаемых потоков компонентов реакции, выполнение распределительных устройств в виде ситчатых тарелок, не обеспечивающих условий подачи в подъемные трубы равных по массе количеств компонентов реакции, снижают эффективность использования рабочего объема реакторов, не обеспечивают условий самоподдержания оптимального теплового режима реакции.

Цель заявляемого технического решения аппарата для жидкофазного синтеза изопрена интенсификация процессов реакции взаимодействия исходных компонентов для получения промежуточных продуктов реакции и реакции разложения промежуточных продуктов до изопрена путем создания условий оптимального смещения и тепловых режимов, близких к идеальным для проведения реакции. Другой целью заявляемого технического решения является реализация упрощенного технологического процесса производства изопрена.

Поставленные задачи достигаются конструктивным решением циркуляционных контуров и устройств распределения исходных компонентов и промежуточных продуктов в реакторах первой и второй ступени, образующих в совокупности аппарат для жидкофазного синтеза изопрена.

Реактор первой ступени выполнен в виде эрлифтной колонны, содержащей подъемную секцию в виде трубного пучка и опускную секцию в виде межтрубных проходов этого же трубного пучка. Реактор второй ступени выполнен в виде кожухотрубной колонны, содержащей в центральной части трубный теплообменник, сепарационную и реакционную зоны, причем верхняя часть сепарационной зоны соединена с нижней частью реакционной зоны наружными рециркуляционными трубами, в которые встроены дополнительные сепарационные камеры, сообщенные с выходным патрубком сепарационной зоны реактора.

Устройство для распределения исходных компонентов в реакторе первой ступени выполнено в виде кольцевого коллектора с форсунками, входящими в подъемные трубы на глубину 1/3.1/2 диаметра труб с образованием проходного кольцевого сечения между форсункой и трубой.

Устройство для распределения продуктов, поступающих в реактор второй ступени, выполнено в виде перевернутой тарелки с размещенными в днище тарелки и направленными вниз патрубками, имеющими однорядную перфорацию на расстоянии, равном 3.4 диаметра перфорации от днища тарелки.

Новизна аппарата для жидкофазного синтеза изопрены заявляемого конструктивного исполнения по сравнению с известными аппаратами, в том числе с прототипом, заключается в совокупности эрлифтной колонны реактора первой ступени, в котором происходит процесс смешения и реакции исходных компонентов в условиях адиабатического режима, интенсифицирующего выход продуктов реакции, и теплообменной кожухотрубной колонны реактора второй ступени, в котором промежуточные продукты разлагаются до изопрена с использованием подводимого в реактор тепла и циркуляционного контура, созданного по принципу эрлифта, интенсифицирующего выход изопрена, при относительно низких энергозатратах. В аппарате реализован метод одностадийного производства изопрена, увеличивающий выход изопрена с единицы производственной площади.

Сущность заявляемого конструктивного решения аппарата поясняется чертежами, в которых на фиг. 1 представлен схематично аппарат для синтеза изопрена; на фиг. 2 и 3 устройства для распределения изобутилена и др. продуктов соответственно в реакторах первой и второй ступени.

Аппарат для жидкофазного синтеза изопрена содержит вертикально установленный реактор первой ступени 1, снабженный внизу патрубками 2,3 для подачи в реактор исходных компонентов: изобутилена, водного раствора формальдегида и катализатора, и вверху патрубком 4 для отвода продуктов реакции по трубопроводу 5 в следующий реактор. Вo внутреннем объеме реактора 1 размещен трубный пучок 6, образующий в трубах подъемные секции и в межтрубных проходах 7 опускные секции для внутреннего циркуляционного контура. В донной части реактора 1 под трубным пучком 6 расположено устройство для распределения по трубам изобутилена, которое выполнено в виде коллектора 8, с отходящими от него вверх форсунками 9, входящими в подъемные трубы 6 с образованием кольцевого проходного сечения между форсункой и стенкой трубы. Форсунки входят в подъемные трубы на установленную глубину, равную 1/3.1/2 диаметра трубы, гарантирующую условия протекания реакции внутри труб и создания восходящего потока циркуляции компонентов реакции. Аппарат содержит далее реактор второй ступени 10, включающий в себя трубный теплообменник 11 с трубными досками 12,13, сепарационную зону 14 над верхней трубной доской 12, содержащей выходной патрубок 15 для отбора паровой смеси изопрена компонентов реакции, и боковые патрубки 16, сообщающие сепарационную зону с наружными рециркуляционными трубами 17, которые соединены с нижней частью реакционной зоны 18. Реакционная зона, размещенная под нижней трубной доской 13, включает в себя устройство распределительное, имеющее плоское днище 19 и размещенные в днище патрубки 20 с одним рядом перфорации, выполненной на расстоянии, равном 3.4 диаметра отверстия перфорации вниз от днища, обеспечивающем постоянный подвод продуктов, поступающих из реактора первой ступени и равномерное их распределение в циркулирующем объеме водного раствора катализатора, а также по трубам теплообменника. Реакционную массу из первого реактора подают в реакционную зону под днище распределительного устройства по подводящей трубе 21, соединенной с трубопроводом 5. В верхней части рециркуляционных труб 17 встроены дополнительные сепарационные емкости 22, сообщающиеся трубопроводами 23 с патрубком 15 для выхода изопрена в смеси с компонентами реакции. Корпус реактора снабжен патрубком 24 для подвода греющего пара в теплообменник 11 и патрубком 25 для отвода конденсата. В сепарационных емкостях 22 имеются патрубки 26 для вывода жидкого раствора катализатора, используемого повторно в реакторе первой ступени.

Аппарат для жидкофазного синтеза изопрена работает следующим образом. Реактор первой ступени 1 через патрубок 2 заполняют подогретой смесью водного раствора катализатора и формальдегида, через патрубок 3, по коллектору 8 и через форсунки 9 распределительного устройства в подъемные трубы 6, заполненные смесью водного раствора катализатора и формальдегида, вводят изобутилен. В трубах 6 происходит реакция взаимодействия формальдегида и изобутилена с образованием промежуточных продуктов синтеза изопрена и выделением тепла, используемого для создания циркуляционного потока в трубах 6 и межтрубных проходах 7, обеспечивающего условия, близкие к идеальному смешению и необходимого температурного режима. Реакционная масса из реактора первой ступени 1 по трубопроводу 5, подводящей трубе 21, поступает под днище 19 устройства распределительного, накапливается слоем установленной высоты и по отверстиям перфорации патрубков 20 смешивается с потоком водного раствора катализатора, циркулирующего вну- три реактора по трубам 17, и далее распределяется по трубам теплообменника 11, где при подогреве до установленной температуры синтезируется изопрен и одновременно испаряется часть продуктов реакции, поступая с восходящим потоком неиспаряющейся смеси в сепарационную зону 14 реактора. Паровая смесь изопрена и продуктов реакции отводится из реактора через выходной патрубок 15, неиспарившиеся продукты по боковым отводящим патрубкам 16 поступают в рециркуляционные трубы 17, где в дополнительных сепарационных емкостях 22 через сообщающиеся трубопроводы 23 отводится доиспарившаяся смесь изопрена и компонентов реакции.

Таким образом, предлагаемое техническое решение аппарата для жидкофазного синтеза изопрена, включающего реакторы первой и второй ступени описанной конструкции, за счет обеспечения условий оптимального смешения исходных компонентов, промежуточных продуктов реакции и водного раствора катализатора и обеспечения тепловых режимов, близких к идеальным для проведения реакций, интенсифицирует синтез изопрена, упрощает технологический процесс производства изопрена, снижает энергоемкость производства за счет многократного использования катализатора.

Аппарат реализует метод одностадийного производства изопрена, увеличивающий выход изопрена с единицы производственной площади.