Конструктивные недостатки реактора производства метиленхлорида методом термического хлорирования метана и возможные пути их устранения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструктивные недостатки реактора производства метиленхлорида методом термического хлорирования метана и возможные пути их устранения

Хлорпроизводные метана имеют важное практическое значение. Хлорметан CH₃Cl (при атмосферном давлении - газ, t_конд= 23,7⁰С) применяют в качестве химического полупродукта в производстве силиконовых полимеров. Метиленхлорид (дихлорметан) CH₂Cl₂ (жидкость, t_кип= 39,8⁰С) используют в качестве растворителя. Хлороформ (трихлорметан) CHCl₃ (жидкость, t_кип= 61,2⁰С) применяют для получения хладагента - фреона CHClF₂, также используется в качестве растворителя в фармакологической промышленности, а также для производства красителей и пестицидов. Тетрахлорметан (четыреххлористый углерод) ССl₄ (жидкость, t_кип= 76,5⁰С) применяют как растворитель, компонент некоторых пестицидов и главным образом для получения фреонов (ССl₂F₂ и ССl₃F) [1].

Все эти производные можно получить термическим хлорированием метана в виде смесей разного состава. Процесс представляет собой систему последовательных реакций, протекает непрерывно при небольшом избыточном давлении в реакторе-хлораторе, время пребывания газов в зоне реакции 2,5-4,0 секунды [2].

На основной стадии синтеза проблемным узлом является конструкция реактора-хлоратора.

Производственный аналог - хлоратор, представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с приварным днищем и крышкой, полый внутри, футерованный с установленным в центре кирпичным столбиком. Аппарат устанавливается на фундаменте или специальную несущую конструкцию с помощью опор - лап.

Исходная холодная смесь, ударяясь о центральный столбик, нагревается частично от стенок реактора, частично в результате перемешивания с горячим реакционным газом, и частично благодаря тепловому излучению от кирпичной кладки [3].

Режим движения газа в таких реакторах не известен и не может быть описан ни моделью идеального вытеснения, ни моделью идеального смешения, хотя, по-видимому, он близок к последней.

Реакции последовательного термического хлорирования метана выглядят следующим образом:

реактор хлорирование метан

где k₁, k₂, k₃, k₄ - константы скорости реакций соответствующих стадий.

По данным работы [4] представлены соотношения констант

, , ,

по которым можно сделать вывод, что константы скорости последовательных реакций термического хлорирования метана примерно одного порядка, поэтому управлять процессом можно регулируя время контакта реагентов. Время пребывания газовой смеси в зоне реакции влияет на процесс хлорирования. Данный режим движения газового потока в реакторах типа идеального смешения, не позволяет выдерживать требуемое для получения CH₂Cl₂ (метиленхлорида) время (2 сек.), поэтому долгое пребывания газовой смеси в зоне хлорирования приводит к образованию побочных продуктов, и процесс будет направлен в сторону более глубокого хлорирования метана - образование ЧХУ.

Поэтому, для оптимизации процесса получения CH₃Cl (метилхлорида) и CH₂Cl₂ (метиленхлорида) целесообразно изменить тип реактора с РПС производственного аналога на РИВ. Также, с точки зрения удельной производительности, предпочтительны реакторы, близкие к модели идеального вытеснения; так как реакторы полного смешения невыгодны при доведении процесса до высокой степени конверсии, которая достигается в аппаратах идеального вытеснения.

На основании патента [5] предложена конструкция реактора газообразного хлорирования природного газа (метана). Реактор содержит корпус, крышку, днище, патрубок для подачи реагентов, патрубок для вывода продуктов реакции, размещенный части корпуса реактора, и внутренний стакан, установленный коаксиально корпусу, причем дно стакана совмещено с днищем реактора, а в центре дна стакана размещен патрубок для подачи реагентов. Через патрубок для подачи реагентов в реактор заведен смеситель реагентов, состоящий из двух труб. В предлагаемой конструкции процесс хлорирования природного газа осуществляется в адиабатических условиях. Продукты хлорирования, находящиеся в кольцевой полости реактора, термостатируют стакан реактора, обеспечивая стабильность процесса хлорирования. Тепло реакции удаляется с реакционными газами, выводимыми через патрубок в нижней части реактора. Отсутствие внутреннего рецикла реакционных газов исключает возврат метиленхлорида и хлороформа в зону хлорирования, что повышает селективность процесса и уменьшает образование четыреххлористого углерода.

Проведенные расчеты свидетельствуют о возможности применения аналогичного реактора на реальном производстве при условии, природный газ (метан) нагревается до t=300⁰С (573К). Таким образом, показано, что изменение конструкции реактора, приближенного к РИВ, улучшит селективность на 2%.

Литература

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп./Репринтное воспроизведение издания 1988 г. - М.: Альянс, 2013. - 592 с.: ил.

2. Регламент производства хлорметанов на Волгоградском ОАО «Химпром».

3. Розанов В.Н. Кинетика газофазного термического хлорирования метана / В.Н.Розанов, Ю.А.Трегер // Кинетика и катализ. - 2010. - Т.51,№5.

4. Arai T., Yoshida M., Shinoda K. // Kogyo Kagaku Zasshi (J. Chem.Soc.Japan.Ind.Chem.Soc.).1958.V.61.P.1231.

5. Патент №2396111 РФ. Реактор для хлорирования природного газа / Голубев А.Н., Дедов А.С., Денисов А.А. и др.. - 2009.

Размещено на Allbest.ru