Новые технологии для быстрых химических реакций

Г.Г. Алексанян

Москва, 2009 г.

x

r

d0

     

 ),(),*]()[,]([)exp(),(

),(

),*]([),*]([)exp(),*]([),*]([

),]([),*]()[,]([)exp(),]([),]([

0**

0

0

rxVgradTrxArxMRT

Ekc

qrxT

rxT

rxAVgradrxART

EkrxAD

rxA

rxMVgradrxArxMRT

EkrxMD

rxM

ppT

rrT

ppT

}),({),(

0)0,()0,]([)0,*]([),*]([),]([

1TRxTr

RxTr

xT

r

xM

r

xA

r

RxA

r

RxM

Многоступенчатая подача реагентов была использована в промышленном производстве 

 - полиизобутиленов с ММ = 9000-15000 (Новогрозненский НПЗ, г. Грозный) - подача катализатора в три зоны - полиизобутиленов с ММ = 15000-25000 (АО "Ефремовский завод СК") - подача катализатора в десять зон.   Полимеры требуемого качества получались в этих случаях при температурах на 20-40оС выше, чем при традиционном способе производства полиизобутиленов этих же марок в объемных реакторах смешения, и улучшенными эксплуатационными свойствами.

  

Показатель

Трубчатый турбулентный

реактор (ИХФ РАН, г. Москва, БГУ, г.

Уфа)

Объемный реактор

ЛенНииХиммаш, Россия

Объемный реактор фирмы “Stratco”, США

Объемный реактор фирмы “Amoco”, США

Объем реактора, м3

0,040,02 1,54,0 До 29 2030

Металлоемкость, т

0,05 7,5 До 40 50

Энергоемкость, отн. ед.

0,080,085 1 1 1

Время выхода на режим, ч

0,01 5,50,5 41 41

Время пребывания, ч

0,003 1,50,5 1 1

Производитель-ность, т/ч

Более 10 21 До 5 До 10

Удельная производитель-ность, отн. ед.

Более 1000 1 1 1,50,5

Удельные затра-ты на, отн.

ед.

 

воду 0,8 1 1 1

сырье 0,75 1 0,9 1

катализатор 0,55 1 1  

Технико-экономические показатели трубчатого турбулентного реактора, работающего в режиме квазиидеального вытеснения в турбулентных потоках в сравнении с объемными реакторами идеального

смешения

Малогабаритные ТТА 1-ого поколения внедрены:1)   Для получения олигоизобутиленов с молекулярной массой ММ= 600-6000 на АО "Салаватнефтеоргсинтез", г.Салават, Россия; АО "Нефтерогсинтез", г. Кременчуг, Украина;

2)   синтеза средне- (ММ 9000-40000) и высоко- (ММ 80000-225000) молекулярных полиизобутиленов на АО "Ефремовский завод СК", г.Ефремов, Тульской обл., Россия;

3)   в производстве полибутенов на нефтеперерабатывающем заводе нефтяной компании "ЮКОС", г. Самара, Россия;

4)   сополимеризации изобутилена с изопреном при получении среднемолекулярного бутилкаучука с ММ 25000-60000 на АО "Ефремовский завод СК“.

5)   сульфатировании бутиленов в производстве метилэтилкетона на АО "Салаватнефтеоргсинтез";

6)   хлорирования этилена молекулярным хлором в растворе дихлорэтана на АО "Каустик", г.Стерлитамак, Россия;

7)   экстракции фенолов на участке промывки поглотительной фракции каменноугольной смолы в коксохимическом производстве на АО "Нижнетагильский металлургический комбинат", г. Нижний Тагил, Россия и др.

Схема установки алкилирования STRATCO

Трехзонный трубчатый турбулентный реактор синтезавысокооктанового алкилбензина: 1 - ввод кислоты; 2 - ввод олефина; 3 - ввод изобутана; 4 - выход продукта; 5 - термопары; 6 - система диспергирования углеводорода; 7 - проботборник.

Зона создания и стабилизации

первичной эмульсии

Зона химических реакций

Разделение продуктов

H2SO4 олефины

i-C4

Подготовка сырья и

катализатора

Химическое превращение:Процесс эмульгирования + Химическая реакция

Разделение продуктов

Показатели Stratco Kellog ТТР

Объем аппарата, м3 10 >100 0,3

Металлоемкость, отн.ед.

1 10 ОД

Энергоемкость, отн.ед.

1 1,3 0,7

Соотношения:      

iС4/олефин. 10/1 12/1 7/1

H2SO4/углеводород. 1ч-1,5/1 1-5-1,3/1 0,7/1

Расход кислоты, кг/тн «80 - 100 «90 - 100 »70 (возможно и

ниже) Содержание ТМП 56-62 - 70-75

Октановое число ММ, пункт.

93-94 91-5-92 94ч-96

Основные показатели процесса алкилирования ТТР в сравнении с существующими процессами.

Преимущества диффузор-конфузорного ТТА по сравнению с гладкой трубой

• Переход к развитой турбулентности при значительно меньших потоках.

• Лучшая эффективность смешения.• Больший коэффициент теплоотдачи.• Сохранение высокой эффективности смешения

по всей длине реактора.• Способность образования тонких дисперсий в

двухфазных системах (газ–жидкость, жидкость-жидкость) и активный массообмен.

ТТА диффузор-конфузорной конструкции в настоящее время широко используются при получении:

1   хлорбутилкаучука по реакции взаимодействия бутилкаучука с молекулярным хлором,

2  при производстве двойных (СКЭП) и тройных (СКЭПТ) этиленпропиленовых каучуков на стадиях разложения каталитической системы водой,

3  введения стабилизатора-антиоксиданта в раствор хлорбутилкаучука в углеводородном растворителе (АО "Нижнекамскнефтехим"),

4 в производстве цис-1,4-изопренового каучука на стадиях разложения каталитической системы водой;

5  воднощелочной отмывки растворителя, в производстве бутадиен--метилстирольного каучука при остановке процесса сополимеризации (АО " Каучук", г. Стерлитамак);

6  в производстве неэтилированного бензина при смешении необходимого числа потоков, отличающихся плотностью и вязкостью (АО "Нижнекамскнефтехим").

Рекомендованы также для использования на стадиях сульфатирования С8-С16

олефинов и экстракции в производстве моющих средств на заводе синтетических продуктов, г. Новочеркасск, Россия и др.

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Число Рейнольдса внутреннего канала, Re/1000

Отн

ошен

ие ч

исел

Нус

сель

та

Рис.1. Теплоотдача во внутреннем канале. Число Рейнольдса внешнего канала Re1: - Re1 = 11000

Nuгл / Nuкрм1

Nut / Nuгл

“АTУР /ATТАИ” “L/Ltt” “F/Ftt”

0.457 0.401 1

0.5 0.405 0.966

0.75 0.421 0.828

1 0.434 0.742

1.25 0.444 0.682

1.5 0.452 0.636

1.75 0.459 0.601

2 0.465 0.571

2.5 0.476 0.525

3 0.485 0.49

Сравнение показателей турбулентного теплообменника (ТТ) с (ТТАИ-25)- ООО-

Теплообмен

Экологические последствия реализации проекта «турбулентный реактор»

Процесс Эффект

1 Получение метилэтилкетона

1. Снижается расход серной кислоты с 175 кг до 60-80 кг/т продукта.

2. Ликвидируется выброс на факел

2 Производство дихлорэтана

1. Полностью отсутствует кокс.

2. Снижается расход углеводородов при исключении проскока хлора

3 Производство хлористого этила

Исключается выброс хлора в атмосферу

4 Получение пиперилена

Отсутствие гельфракции полимера

5 Сернокислотное алкилирование

Сокращение расхода серной кислоты, снижение энергозатрат, уменьшение потребления воды

6 Хлорирование каучуков

Уменьшение количеств вредных веществ: хлор, хлористый водород и пр.

7 Олигомеризация бутиленов

Уменьшение сточных вод в 10-20 раз

8 Полимеризация изобутилена и алкилирование фенола

Снижение количества вредных побочных продуктов

9

10