Реактор для окисления углеводородов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 997788(22) Заявлено 14,09,81 (21) 3335635/23-26с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 230283. Бюллетень Й 9 7 1) М. Кп,В 01 1 10/00 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 2362.83 А.А. Васин, И.А. Ларионов, Л. Н. Черннаева, ВН.А.Голубев, А,Я.Бычков,И.В.Вашкевич и Н.С У 2) Авторы изобретения(54) РЕАКТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕ В уй иазаураблизИзобретение относится к конструк-ции реактора для окисления углеводородов, например для окисления циклогексана, и может быть использовано в промышленности по производству капролактама.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 11.Однако под уровнем барботеров в области эллиптического днища образу" ется застойная зона со слабым переьешиванием жидкости. Вследствие слабого перемешивания жидкости в этой зоне происходит интенсивное смолообраэование, отложение и накопление смолы на.стенках корпуса реактора и его эллиптическом днище. Это снижает эффективность ведения процесса окисленияуглеводорода и увеличивает концентрацию кислорода на.выходе за счет того,что часть объема реактора занята малоэффективной застойной зоной, а также уменьшает безопасность веденияпроцесса, так как в застойной зонес большим слоем смолы может произойти воспламенение смолообразных продуктов при попадании на них стрпузырьков кислородсодержащего гв результате того, что температтления смолообраэных продуктовка к теьатературе зедения процесса.Увеличение концентрации кислородавыше определенного предела (для окисления циклогексана 3 об.Ъ) недопустимо, так как ведет к созданию взрывоопасной концентрации в газовой фазе.Таким образом, плохое поглощение25 кислорода иэ-эа наличия застойныхэон ограничивает нагрузку по кислородсодержащему газу и ограничиваетпроизводительность реактора,В нижней части реактора располаЗО гаются штуцеры для дренирования реак 99778810 20 процесса и надежность аппарата из-за отложения на днище и стенках стопообразных продуктов и высокой концентрации кислорода в отходящих газах. 25Наиболее 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, расположенными ниже плоскости барботеров между 40 щегося в центре эллиптического днища.Кроме того, устройство довольно громоздко и металлоемко. Велик периметр 65 торов при ремонтах и создания аварийных ситуаций. Отложение смолы приводит к их забивке. Это затрудняет 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 .Недостатком указанного реактора являются недостаточные эффективность боковой стенкой реактора и кОльцомбарботеров, и переливными,карманамидля стока жидкости, верхний торецкоторых расположен ниже коллектора,а также соединенной с верхней частьюпатрубка ввода жидкого углеводородагазоотводной 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 33,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 50 55 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 частиреактора 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 углеводорода 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 зависимости25 п=КРп,2где К=5/Н-при этом 5 - площадь сечения соплатрубки;и - расстояние от сопла дооси реактора.На фиг.1 показан реактор, разрез;на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; нафиг.3 - вид Б на фиг.1 (конец загнутой трубки,. заканчивающейся соплом),Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, содержащий цилиндрический корпус 1,верхнее 2 и нижнее 3 эллиптическиеднища, штуцеры для ввода жидкого углеводорода 4 и кислородсодержащегогаза (воздуха) 5 цяя вывода оксидата б и реакционных газов 7 штуцер 8для дренирования. Штуцер 4 для вводажидкого углеводорода закрыт распределительным корббом 9. От короба 9 ввиде стояка в низ реактора отходитколлектор 10, нижний конец которогоопущен ниже плоскости барботеров 11и 12, От коллектора 10 под плоскостью расположения барботеров 11 и 12отходят горизонтально в несколькорядов трубки 13-15, длина которыхуменьшается по направлению к днищуаппарата. Трубки 13-15 загнуты наконцах тангенциально стенке реактора и заканчиваются соплами 16-18,Коллектор 10 в нижнем торце снабженнаправленным вертикально вниз соплом 19. Для примера показан реакторс тремя рядами горизонтальных трубокс соплами и с пятью трубками в каждом ряду. Кислородсодержащий газ наокисление через штуцер 5 и распределительную гребенку 20 подается вкольца барботеров 11 и 12 и черезрабочие и дренажные отверстия барботеров поступает в барботажный слой..Оксидат из переливного кармана 21 через штуцер б выводится из реакторав следующий. реактор каскада или надальнейшую переработку. Распределительный короб 9 в верхней части снабжен газоотводной трубкой 22, служащейдля вывода отделяющихся от жидкости газов.Предлагаемый реактор работаетследующим образом. Жидкий углеводород циклогексан ) через штуцер 4,короб 9, коллектор 10 и трубки 13-15с соплами 16-18 поступает в нижнюючасть реактора под плоскость распо-,ложения барботеров 11 и 12,Трубки 13-15 выполнены загнутымипо 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 такомутехническому решению жидкость вырывается из сопел тангенциально к стенке реактора с большой скоростью и,закручиваясь, значительно усиливаетперемешивание во всем объеме эонымежду плоскостью расположения барботеров и нижним эллиптическим днищем3. Выходящая иэ. Установленного в ниж-,нем торце коллектора 10 сопла 19 вертикально вниз струя жидкости омываетцентр эллиптического днища, дополнительно интенсифицирует перемешиваниеи предотвращает забивку дренажногопатрубка. Кроме того, сопло 19 обеспечивает полный дренаж коллектора 10и трубок 13-15 при остановках.Усиленное перемешивание в нижнейзоне распространяется ина весь остальной вышерасположенный реакционныйобъем. Это приводит к более полномуиспользованию реакционного объемадля проведения реакции окисления,увеличению производительности реактора, интенсификации самого процесса окисления, приводящей к снижениюконцентрации кислорода в реакционныхгазах на выходе из реактора, увеличению безопасности, работы реактораблагодаря тому, что закручивающаяся45 50 55 бб 65 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 газа 1 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 накоплениеих на днище и стенках корпуса.Кнслородсодержащий газ подаетсяв реактор через штуцер 5, и черезкольцевые барботеры 11 и 12 поступает в барботажный слой. Оксидат черезпереливной карман 21 и штуцер 6 выводится в следующий реактор каскадаили на дальнейшую переработку. Реакционные газы выводятся через штуцер 7,Для наиболее эффективного веденияпроцесса необходимо, чтобы вся кине тическая энергия подаваемой внижнюючасть реактора жидкости расходовалась. на перемешивание. Попадание газа висходный углеводород может привестик разрыву и тем самым к снижению 3) энергии выходящих иэ сопел 16, 17 и19 струй. Для предотвращения этого вверхней части распределительного короба 9 имеется газоотводная трубка22, служащая для отвода газа от жидз 5 кого углеводорода, подаваемого поколлектору 10 и трубкам 13-15 К соплам 16, 17 и 19. Нижний конец гаэоотводной трубки 22 помещен в газожидкостной слой виже верхней кромкипереливного кармана 21 и выше плоскости расположения барботеров 11 и12. Это обеспечивает свободный выходгазов из распределительного короба 9и предотвращает их попадание в коллектор 10 и трубки 13-15. Кроме того,небольшое количество увлекаемого сотделяющимися газами исходного углеводорода благодаря предложенному техническому решению попадает в зонунаиболее интенсивного протекания ре акции и не может проскочить в сливнойкарман, 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 т аблице. Иэ таблицы видно, что по сравнению с известной конструкцией концентрация кислорода в отходящих газахв оптимальном случае снизилась с16,2 до 12,1 об., Таким образом,увеличивается степень использования кислорода и съем продукциипри одном и том же расходе воздуха и одинаковом объеме реактора. Концентрация кислорода на выходе иэ реактора,обе% Опыт Отношение сечения сопел в рядук их расстоянию от оси реактора,х 102 5/В, 2. 53 йИзвестный 1 16,2 Предлагаемый 1,58 2,62 7,86 14,3 2 , б 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 - щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности дренажа при ремонтах и аварийных ситуациях, коллектор снабжен установленным в его нижнем торце соплом.3, Реактор по п.1, о т л и я а ю,щ и й с я тем, что площадь сечения сопла враждой трубки пропорциональна расстоянию его от оси реактора и определяется по следующей зависимости: Формула изобретения 5=К й 2 2 . где5 п 1 п 1при этом 5 - площадь сечения сопла трубки; К - расстояние от сопла до оси реактора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1, Патент Франции 9 1595542,кл. В 01 3, 1970.2Авторское свидетельство СССРВ 791406, кл. В 01,3 10/00, 1980.3, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3218540/23-26,кл. В 01 ,3 10/00, 1980. 1, Реактор для окисления углеводо- З 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- ф рода, коллектор, снабженный трубками выполненными с соплами, расположенными ниже плоскости барботеров, переливной карман для стока жидкости, соединенную с верхней частью патруб Я ка 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 - р ю щ и й с я 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 уменьшается по направлению к днищу аппарата, расположены горизОнтально в нижней части коллектора,размещенного вертикально. 60997788А НИИПИ Заказ 996/9 краж 535 Подписно Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная,4