176866. lajstromszámú szabadalom • Reaktor és eljárás etilén részleges oxidálására
3 176866 4 mennyiségű gázt kell cirkuláltatni és komprimálni, ezen kívül az oxigéntartalmú vegyület kinyerése is költséges. Etilén-oxid előállítására — etilén gázfázisú oxidációjával — a gyakorlatban az előzőekben leírt módszer terjedt el. Ismeretes azonban az irodalomból erre a célra több eljárás, illetve berendezés is, melyek igazán elterjedni a gyakorlatban nem tudtak. A 3.523.957. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás például olyan eljárást ismertet, ahol az etilén-oxidot, szén-dioxidot és a nem reagált etilént hűtőzónába vezetik, aztán az etilén-oxidot abszorpcióval kinyerik belőle, majd folyadékkal elnyeletik, külön abszorpciós zónában, mielőtt a nem reagált etilént a reakciózónába visszavezetnék. Az abszorpciós folyadékot sztrippelő zónán vezetik át, ahol a szén-dioxidot sztrippelik. A megoldás lényege, hogy a sztrippelt abszorpciós folyadék egy részét a hűtőzónán vezetik át, a reakciózónával közvetlen hőcserélő kapcsolatban, így emelik az abszorpciós folyadék hőmérsékletét, a felmelegített abszorpciós folyadékot a hűtőzónából a sztrippelő zónához vezetik, és annak hőigényét részben az abszorpciós folyadék hőtartalmával fedezik. Ez a megoldás azonban nem küszöböli ki a szokásos eljárásoknál általában meglevő hátrányokat, mert az előmelegítés, reakció és hűtés itt is a berendezés különböző, egymástól elkülönített részeiben történik. A Chemical Abstracts 78. P 125 151. sz. referátum ezüsttel katalizált két lépéses oxidációt ír le, ahol két reaktor alkalmazása szükséges. Az eljárási paraméterek szigorúak (az oxidáció első lépésében 290—300 °C hőmérsékleten az etilén 1,26—1,42 sec-ig tartózkodik a reaktorban, a második lépésben a hőmérséklet 260— 280 °C, időtartam 1 sec), emellett az eljárás a két reaktor alkalmazása miatt bonyolult. Speciális katalizátort és kiindulóanyag összetételt ismertet a nevünkre engedélyezett 162.860. sz. magyar szabadalmi leírás, anélkül, hogy a reakció lefolytatásának egyéb körülményeit (előmelegítés, reagáltatás illetve hűtés) részletezné. Lényegében a katalizátornak a reakciózónában való elhelyezésére ad megoldást a 3.086.852. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás is. Felismertük, hogy az oxigén koncentrációja a reaktor beadagoló nyílásánál jelentősen megnövelhető, s ezzel együtt az ismert megoldások hátrányai —■ vagyis nagy reaktor szükségessége, nagy mennyiségű gáz cirkuláltatása és komprimálása, az oxigén-tartalmú vegyület költséges kinyerése — elkerülhetők, ha az etilén-oxigén elegy felmelegítését hőcserélőn keresztül egy — a gázeleggyel ellenáramban vezetett — a hűtőzónában visszanyert hővel felmelegített folyadék segítségével a reakciózónával egybeépített zónában végezzük. A reakciózóna csőköteg, melyben katalizátor töltet van, és az előmelegítő zónával és a hűtőzónával egybeépítve van kialakítva; vagyis a három zónát egyazon csőköteg részei alkotják. A találmány szerinti berendezés lényege, hogy a reaktor csövei a reaktor hossztengelyére merőleges terelőlemezekkel előmelegítőzónára, reakciózónára és hűtőzónára vannak osztva, a hűtőzóna hűtésére és a visszanyert hő hasznosítására a berendezés folyadékot cirkuláltató szivattyút, a reakciózóna hűtésére folyadékot cirkuláltató szivattyút tartalmaz, és az előmelegítő zóna inert töltettel, a reakciózóna katalizátor töltettel, a hűtőzóna pedig adott esetben inert töltettel töltött. A találmány szerinti eljárás során előnyösen 180— 220 °C-ra előmelegített etilén és oxigén vagy oxigén-tartalmú gáz (az etilén-oxigén elegyben legfeljebb 20 tf%, előnyösen 10—20 tf% az oxigéntartalom) elegyét a fenti csőköteges reaktor katalizátorral töltött reakciózónájába vezetjük, majd a reakcióterméket a reakciózónából eltávolítjuk és hűtőzónában 150 °C-os hőmérséklet alá hűtjük. A találmány szerinti eljárás értelmében a betáplált gázelegy előmelegítését a reakciózónával egybeépített inert töltettel töltött csőköteges előmelegítő zónában végezzük, a hűtőzónában visszanyert hőt pedig az előmelegítő zónában hasznosítjuk. A csőkötegként kialakított reakciózóna mindig tartalmaz katalizátor töltetet, míg a hűtőzóna, mely ugyancsak csőkötegként van kialakítva, inert anyaggal töltött, vagy nem tartalmaz töltetet. Inert anyagként használhatunk önmagában ismert töltetidomokat (pl. különböző kerámiai anyagokból) így hengereket, golyókat, Raschig-gyűrűket vagy egyéb, más alakú testeket. A különböző zónákban levő töltet előnyösen a zóna több mint 50%-át töltik ki. A hűtő- és melegítőzónák tehát egyaránt csőköteg formájúak és a töltet-idomok legnagyobb mérete és a csövek belső átmérője közti arány legfeljebb 0,40, előnyösen 0,30—0,06 lehet. A találmány szerinti berendezés és eljárás jobb megértését segíti elő a 2., 3. és 4. ábra, anélkül, hogy ezek a találmány korlátozását jelentenék. A 2. ábrán a reaktor egy csöve látható. A reagensek fűtése a 12 zónában történik, a reakció a 4 zónában megy végbe, a 11 zónában pedig a reakciótermékek hűtése történik. A 11 és 12 zónák általában inert anyaggal töltöttek, míg a katalizátort a 4 zóna tartalmazza. A 3. ábrán látható, hogy a 7 etilén és 8 oxigén a 13 vezetéken keresztül az 1 reaktor csőkötegeibe jut, de a reakció előtt a 12 zónában felmelegítjük, a reakció után pedig all zónában lehűtjük a 18 folyadék segítségével, amelyet a 11 és 12 zónák között a 10 szivattyú cirkuláltat. A reaktort a 14 vezetéken keresztül elhagyó gázokat az 5 oszlopba betápláljuk, ahol az etilén-oxid a 15 folyadékban elnyelődik. A folyadékban nem abszorbeálódott gázok fejtermékként elhagyják az 5 oszlopot, és részben a 9 vezetéken keresztül eltávolítjuk, részben pedig a 6 vezetéken keresztül visszacirkuláltatjuk őket a betápláláshoz. A reakció folyamán fejlődött hőt a 3 szivattyú segítségével cirkuláltatott 16 folyadék segítségével vonjuk el; ily módon 17 gőzt fejlesztve a 2 elpárologtató berendezésben. A reakcióhő eltávolítása történhet folyadék-cirkuláltatással vagy elpárologtatással, célszerűen közvetlenül a reaktorköpenyben elpárologtatott víz segítségével. így könnyen szabályozhatjuk a hőfejlődést és a reakció előrehaladását. A 4. ábrán a készülék további kiviteli alakja látható. A 3. ábrán látható berendezésnél az 1 reaktor csőkötegekből áll. A csövek két végükkel a 19 illetve 20 lemezekhez csatlakoznak, amelyekhez a 21 és 22 fenekek peremezéssel vagy hegesztéssel vannak hozzáerősítve. A csövek két vége megfelelő hosszúságban inert szilárd anyaggal, középső részük pedig katalizátorral van megtöltve. A katalizátor és az inert anyag megfelelő alakú* előnyösen henger, golyó vagy Raschig-gyűrű formájú lehet. A köpennyel körülvett csőköteget a 23 és 24 terelő* 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
