專利名稱：在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器，和使用該反應(yīng)器的方法。更具體的，本發(fā)明涉及通過直接氯化乙烯生產(chǎn)1，2-二氯乙烷(DCE)的反應(yīng)器和方法。
在液相存在下，在氣體之間發(fā)生的反應(yīng)中，氣體在液相中的混合的質(zhì)量對(duì)于獲得高轉(zhuǎn)化率和選擇性是關(guān)鍵的。這包括通過直接氯化乙烯生產(chǎn)DCE的反應(yīng)，和通過直接氯化氯乙烯生產(chǎn)1，1，2-三氯乙烷(T112)的反應(yīng)。
在通過直接氯化乙烯生產(chǎn)DCE的反應(yīng)的特定情況下，液相包括DCE，和使用的氣體(氯氣和乙烯)通過以與液體DCE的預(yù)先混合物被進(jìn)料到反應(yīng)器中，所述液體DCE從反應(yīng)器中取出，外部循環(huán)，并返回到反應(yīng)器中。
因此，專利申請(qǐng)DE 4039960描述了一種用于直接氯化乙烯的方法和反應(yīng)器，其中所述氯氣和乙烯通過單注射器被進(jìn)料到反應(yīng)器，在將它們供給到所述反應(yīng)器之前，所述的單噴嘴也使它們混合成為外部循環(huán)DCE的一部分。就獲得高轉(zhuǎn)化率和選擇性的重要的參數(shù)，即，在所述液相中氣體的混合質(zhì)量而言，這種體系不是最佳的，同樣就安全而言也不是最佳的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器(和使用其的方法)，可以明顯改進(jìn)在所述液相中所述氣體混合的質(zhì)量，由此改進(jìn)轉(zhuǎn)化率和選擇性，同樣這提高所述方法的安全性，特別在高度反應(yīng)性氣體的情況下。
為此目的，本發(fā)明涉及一種在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器，包括裝備有外部液相循環(huán)設(shè)備的密閉室，并包括至少一個(gè)用于注入氣體和外部循環(huán)液相的注射器，所述注射器使得僅在注射器出口處開始將氣體混合在一起以及與外部循環(huán)液相混合。
根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器意思是包括其中發(fā)生(通?；瘜W(xué))反應(yīng)的含液相的密閉室，其裝備有將反應(yīng)性氣體供給到其中，用于從那里除去反應(yīng)產(chǎn)物或者產(chǎn)品，和用于內(nèi)部和/或外部循環(huán)至少部分所述液相的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，所述反應(yīng)器包括至少一個(gè)注射器。取決于反應(yīng)器的尺寸，具有多于一個(gè)注射器可能是有利的，優(yōu)選至少2個(gè)，在特別優(yōu)選的方式中至少為3個(gè)；這特別可以在低反應(yīng)器操作條件下關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)注射器，因此甚至在低條件下保持足夠的氣體速度，以確保適當(dāng)?shù)幕旌稀Ｗ⑸淦髯畲蟮臄?shù)量由所述回路的幾何學(xué)尺寸限制和建造所述裝備的成本確定。有利地，注射器的最大數(shù)量至多8個(gè)，優(yōu)選至多5個(gè)。特別優(yōu)選的，用于本發(fā)明的反應(yīng)器包含4個(gè)注射器。
為確保在所述液相中可能達(dá)到最好的氣體均化作用，在多種氣體的情況下，所述注射器通常均勻分布在所述反應(yīng)器的底部和/或其側(cè)面。優(yōu)選，所述注射器位于所述反應(yīng)器的底部。
以下單數(shù)使用的術(shù)語注射器是用來是指單數(shù)的和復(fù)數(shù)的注射器。
用于本發(fā)明反應(yīng)器的注射器是一種不僅優(yōu)化氣體一起以及與所述液相的混合，而且用于循環(huán)一部分所述液相的設(shè)備。它使得僅在所述注射器出口處開始將所述氣體混合在一起以及與外部循環(huán)液相混合；因此，在所述反應(yīng)器本身中反應(yīng)僅在所述氣體之間發(fā)生，其中更容易控制。
對(duì)于該目的，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述注射器包括至少三個(gè)噴嘴，用于分別注入外部循環(huán)液相和氣體。
所述噴射器噴嘴可以是任何形狀。優(yōu)選它們是同心的。
因此，根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的方案，所述注射器包括至少三個(gè)同心噴嘴，亦即，至少一個(gè)中心噴嘴，和至少兩個(gè)分別為中間和外部的噴嘴，每一個(gè)包括側(cè)孔。
根據(jù)本發(fā)明十分特別的優(yōu)選方案，所述注射器包括至少三個(gè)同心噴嘴，亦即，至少一個(gè)中心噴嘴用于供給所述外部循環(huán)液相，和至少兩個(gè)分別為中間和外部的噴嘴，每一個(gè)包括側(cè)孔用于供給氣體。
這些噴嘴(和特別是它們的橫截面)的尺寸適于要提供的液體和氣體的流速。因此，有利地所述外噴嘴的直徑大于或等于200mm，優(yōu)選大于或等于250mm。有利地所述外噴嘴的直徑低于或者等于500mm，優(yōu)選低于或者等于400mm。有利地所述中心噴嘴(亦即，外部循環(huán)液相部分進(jìn)入注射器通過該噴嘴)的直徑為所述外噴嘴直徑的40-60％，優(yōu)選等于所述外噴嘴直徑的50％。有利地所述中間噴嘴的直徑為所述外噴嘴直徑的70-90％，優(yōu)選等于所述外噴嘴直徑的80％。
至于側(cè)面的氣體進(jìn)料口，通常它們基本上是圓柱的，橫截面至少等于相應(yīng)的噴嘴在其最寬部分的橫截面。
在特別有利的方式中，氣體進(jìn)料噴嘴在所述注射器出口處它們的有效橫截面具有限制。這種有效橫截面的限制(流動(dòng)氣體可利用的)在這一點(diǎn)上增加了氣體的速度，其中它們流入所述反應(yīng)器中，其中它們的流動(dòng)與外部循環(huán)液相的流動(dòng)混合，因此使得所述的混合更有效，促進(jìn)其均勻的摻入所述反應(yīng)器中存在的液相中，任選在內(nèi)循環(huán)中。在直接氯化乙烯和直接氯化氯乙烯的特定情況下，對(duì)于乙烯或者氯乙烯進(jìn)料噴嘴，有利地該有用橫截面的限制使得乙烯或者氯乙烯的速度為10-50m/s，優(yōu)選12-36m/s，在特別的優(yōu)選方式中，它等于24m/s。對(duì)于氯氣進(jìn)料噴嘴，有利地該有效橫斷面的限制使得氯氣的速度為15-45m/s，優(yōu)選等于30m/s。
所述有用橫截面的限制可以通過任何適當(dāng)手段實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選，通過逐漸使管直徑變窄實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器可以是任何形狀，特別是基本上為圓球形的或者圓柱的，圓柱形反應(yīng)器是最通用的。所述液相可以使用任何用于該目的已知的設(shè)備進(jìn)行外部循環(huán)，例如通過機(jī)泵。然而，所述外部液相循環(huán)設(shè)備有利地是基于自然循環(huán)機(jī)理。
對(duì)于本發(fā)明的目的，自然循環(huán)意思是通過所述相的密度差引起自然的移動(dòng)。該差可以具有不同的原因，例如熱虹吸管效應(yīng)，或者將氣體引入所述液相中。
根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器通常包括壓力，溫度，流動(dòng)控制裝置等等，同樣可以包含一個(gè)或多個(gè)攪拌裝置(機(jī)械的或者其他的)。有利地，所述反應(yīng)器包括用于內(nèi)部循環(huán)所述液相的設(shè)備。用于該目的，所述反應(yīng)器優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)壁(亦即，完全位于所述室內(nèi)部的任何形狀和方向的板)，其有助于由于不同的機(jī)制湍流，熱虹吸管效應(yīng)，導(dǎo)致的反應(yīng)液相的均化作用。在特別優(yōu)選的方式中，本發(fā)明的反應(yīng)器，至少沿著其高度的一部分，包括基本上與所述的室平行且注射器排放進(jìn)入其中的內(nèi)壁。
有利地，因此固定所述注射器，以使其出口端到達(dá)高于內(nèi)壁最低的部分，與該壁相齊或者低于該壁。優(yōu)選，進(jìn)行固定以使該端部到達(dá)跟所述內(nèi)壁最低的部分相齊或者低于所述內(nèi)壁最低的部分。在特別優(yōu)選方式中，進(jìn)行固定以使該端部到達(dá)與所述內(nèi)壁最低的部分相齊。
當(dāng)所述反應(yīng)器是圓柱的時(shí)，由所述內(nèi)壁限制的內(nèi)部空間的直徑有利地至少等于所述反應(yīng)器直徑的50％。當(dāng)所述反應(yīng)器是圓柱的時(shí)，由所述內(nèi)壁限制的內(nèi)部空間的直徑有利地至多為所述反應(yīng)器直徑的90％。優(yōu)選，由所述內(nèi)壁限制的內(nèi)部空間的直徑等于所述反應(yīng)器直徑的70％。
當(dāng)所述反應(yīng)器是圓柱的時(shí)，在所述內(nèi)壁最低的部分和所述反應(yīng)器在其最低部分的底部之間的距離有利地至少等于所述反應(yīng)器直徑的15％，至多為所述反應(yīng)器直徑的30％。
有利的是，反應(yīng)器包括至少兩個(gè)注射器。事實(shí)上，這種反應(yīng)器具有在操作條件改變期間更容易調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，特別的，所述優(yōu)點(diǎn)在低操作條件下更有效，例如通過在低反應(yīng)器操作條件下關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)注射器，因此，保持足夠的氣體速度以確保適當(dāng)?shù)幕旌?，甚至在較低操作條件下。
這就是為什么，根據(jù)優(yōu)選的變體，本發(fā)明涉及用于在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器(1)，包括裝備有外部液相循環(huán)設(shè)備(8)的密閉室，并包括至少兩個(gè)分別注入氣體(9)(10)和外部循環(huán)液相(8)的注射器(4)。
使用的注射器是用于優(yōu)化氣體一起以及與所述液相的混合，以及用于循環(huán)一部分所述液相的設(shè)備。這些注射器可以在所述注射器之內(nèi)使氣體一起混合，或者在它們的出口處開始該混合。在高度活性氣體情況下出于安全性原因，后者的替代方案是優(yōu)選的，因?yàn)橐虼怂鼈兊姆磻?yīng)僅在反應(yīng)器本身內(nèi)發(fā)生，在反應(yīng)器中容易控制反應(yīng)。在特別有利的方式中，氣體混合物僅進(jìn)入接觸所述液相，而且僅在從所述注射器排出之后與所述液相混合。有利地所述注射器上面確定的特性。
本發(fā)明的反應(yīng)器可用于許多的技術(shù)領(lǐng)域，包括其中至少一步由在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)組成的方法。因此，本發(fā)明同樣涉及在液相存在下，使用上面描述的反應(yīng)器使至少兩種氣體反應(yīng)的方法。更特別的，本發(fā)明涉及一種方法，其中反應(yīng)產(chǎn)物是液體或者在反應(yīng)溫度下沸騰，以及所述反應(yīng)產(chǎn)物至少部分構(gòu)成其中發(fā)生反應(yīng)的液相。在這種情況下，所述外部循環(huán)的液相基本上用于確保在所述反應(yīng)器中存在足夠量的液相，因?yàn)樗龇磻?yīng)產(chǎn)物通常連續(xù)從所述反應(yīng)器中引出。這種方法的兩種特定情況是直接氯化乙烯，亦即，在氯氣和乙烯之間反應(yīng)形成DCE，和直接氯化氯乙烯，亦即，在氯氣和氯乙烯之間反應(yīng)形成T112。在第一個(gè)優(yōu)選情況中，氣體是氯氣和乙烯，所述液相包括DCE。在第二優(yōu)選情況中，氣體是氯氣和氯乙烯，所述液相包括T112。
對(duì)于本發(fā)明的目的，乙烯是指純乙烯，以及包括大量乙烯的任何混合物。同樣地適用于氯氣和氯乙烯。所述氯乙烯特別是聚合之后回收的氯乙烯。
基本上有兩種技術(shù)用于生產(chǎn)DCE或者T112，本發(fā)明的方法可以應(yīng)用其中那些稱作沸騰的技術(shù)(在一定壓力和溫度下使液相沸騰)，以及稱作過冷卻技術(shù)(保持在低于所述液相相應(yīng)工作壓力沸點(diǎn)的溫度)。沸騰技術(shù)得到優(yōu)良的結(jié)果，特別對(duì)于DCE的生產(chǎn)。它們具有得到純DCE的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)镈CE從由沸騰的DCE產(chǎn)生的蒸氣簡(jiǎn)單地通過任何已知設(shè)備的冷凝生產(chǎn)。它們同樣具有可以在有用的水平下回收反應(yīng)熱的優(yōu)點(diǎn)。在過冷卻技術(shù)情況下，正相反，因?yàn)镈CE或者T112通過從所述液相中引出獲得，它們包含必須除去的催化劑，這通常通過一系列減少所述方法經(jīng)濟(jì)性的步驟進(jìn)行。
對(duì)于乙烯和氯乙烯的氯化的已知催化劑的例子包括FeCl3和其與其他堿性氯化物的絡(luò)合物，特別是鋰四氯化鐵(如描述于專利申請(qǐng)NL6901398)。
當(dāng)本發(fā)明的方法和過冷卻技術(shù)一起使用時(shí)，當(dāng)在高于或者等于50℃，優(yōu)選高于或者等于60℃，但低于或者等于80℃，優(yōu)選低于或者等于70℃，以及氣相壓力高于或者等于0.5，優(yōu)選高于或者等于1巴絕對(duì)壓力，但是低于或者等于10，優(yōu)選低于或者等于3巴絕對(duì)壓力下操作，它產(chǎn)生優(yōu)良的結(jié)果。
在本發(fā)明的方法中，所述反應(yīng)根據(jù)沸騰氯化技術(shù)有利地發(fā)生，其中可以利用自然循環(huán)，將所述液相外部循環(huán)到所述反應(yīng)器中。特別是，當(dāng)在溫度高于或者等于60℃，優(yōu)選等于90℃，在特別的優(yōu)選方式等于95℃，但是有利地低于或者等于150℃，優(yōu)選等于135℃，以及氣相壓力有利地高于或者等于0.2，優(yōu)選等于0.5，在特別的優(yōu)選方式中，等于1.2，在十分特別的優(yōu)選方式中，等于1.5巴絕對(duì)壓力，但是有利地低于或者等于10，優(yōu)選等于6巴絕對(duì)壓力下操作，根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生優(yōu)良的結(jié)果。
在其中氣體在所述反應(yīng)器的底部加入的特定情況下，特別有利的是它們的壓力(由此它們的速度)足夠克服液頭，壓降和存在于所述反應(yīng)器中的液相上方氣相中的任何過壓。在所述注射器出口處的氣體壓力有利地大于所述反應(yīng)器中液相上方的氣相壓力至少0.1，優(yōu)選至少0.2巴，有利地大于所述反應(yīng)器中液相上方氣相的壓力至多1.2，優(yōu)選至多0.8巴。至于入口壓力，對(duì)于給定的注射器結(jié)構(gòu)，根據(jù)希望的出口壓力和濃度它們是可調(diào)的。因此，在氯氣，乙烯和氯乙烯情況下，這些有利地在高于注射器出口壓力的0.1-10，優(yōu)選0.1-3巴壓力下被供給到所述注射器。
在特別有利的方式中，在沸騰技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)DCE的情況下，在95-135℃溫度，絕對(duì)氣相壓力1.5-6巴，通過在適于在注射器出口處獲得1.7-6.8巴壓力的壓力下進(jìn)料氯氣和乙烯進(jìn)行操作。
在特別有利的方式中，在沸騰技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)T112的情況下，在95-135℃溫度，絕對(duì)氣相壓力0.2-6巴，通過在適于在注射器出口處獲得0.4-6.8巴壓力的壓力下進(jìn)料氯氣和氯乙烯進(jìn)行操作。
在特別的優(yōu)選方式中，本發(fā)明的方法是直接氯化乙烯。
本發(fā)明的反應(yīng)器和方法通過附

圖1(這種反應(yīng)器的總圖)和附圖2(在該反應(yīng)器中存在的注射器之一的示意圖)以非限制方式進(jìn)行舉例說明。
附圖1顯示出反應(yīng)器主要由基本上圓柱的外部室(1)組成，包括由支撐物(3)固定的圓柱的內(nèi)壁(2)。由于存在該圓柱的壁(2)，所述反應(yīng)液相(DCE)通過自然循環(huán)機(jī)制(見所述液體移動(dòng)的箭頭)進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)。一系列(四個(gè))注射器(4)終止于該壁的內(nèi)部，與壁最低的部分相齊。上升到最高達(dá)液面(5)的液相沸騰，從那里通過管(6)引出DCE蒸氣，所述的管(6)將它們輸送到冷凝系統(tǒng)(7)，在那里它們變?yōu)橐后wDCE(反應(yīng)產(chǎn)物)，通過管(12)部分返回到反應(yīng)器，通過管(11)部分除去。所述外部循環(huán)管(8)溢出供給注射器(4)的底部，同樣通過管子(9)和(10)分別將乙烯和氯氣橫向供給到注射器(4)中。因此，這些注射器將反應(yīng)性氣體(乙烯和氯氣)和外部循環(huán)液相(DCE)供給到反應(yīng)器中。在沒有液相的情況下它們避免混合氯氣和乙烯。
附圖2用示意圖顯示出一個(gè)注射器(4)，裝備有中心噴嘴(41)用以通過管(8)(在該附圖中沒有顯示)加入外部循環(huán)液相，所述的中心噴嘴(41)包括所述管(8)的配件(42)，和中間的氯氣進(jìn)料噴嘴(44)的配件(43)。后者包括加入氯氣的側(cè)開孔(45)，所述中心噴嘴(41)的配件(46)和外部乙烯進(jìn)料噴嘴(48)的配件(47)。后者同樣包括加入乙烯的側(cè)開孔(49)，和兩種配件用于中間噴嘴(44)的一個(gè)配件(411)，和用于所述室(1)中安裝注射器的配件(412)。氣體進(jìn)料噴嘴(44)和(48)在所述注射器的出口端具有限制的橫截面。
權(quán)利要求
1.一種用于在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器(1)，包括裝備有外部液相循環(huán)設(shè)備(8)的密閉室，并包括至少一個(gè)用于注入氣體(9)(10)和外部循環(huán)液相(8)的注射器(4)，所述注射器(4)使得僅在注射器出口處開始將氣體混合在一起以及與外部循環(huán)液相混合。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求的反應(yīng)器，特征在于所述注射器(4)包括至少三個(gè)噴嘴，用于分別注入所述外部循環(huán)液相和氣體。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的反應(yīng)器，特征在于所述注射器(4)包括至少三個(gè)同心噴嘴，即，至少一個(gè)中心噴嘴(41)，和至少兩個(gè)分別為中間(44)和外部(48)的噴嘴，每一個(gè)包括側(cè)開孔(45)(49)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的反應(yīng)器，特征在于所述注射器(4)包括至少三個(gè)同心噴嘴，即，至少一個(gè)中心噴嘴(41)，用于加入外部循環(huán)液相(8)，和至少兩個(gè)分別為中間(44)和外部(48)的噴嘴，每一個(gè)包括側(cè)開孔(45)(49)用于加入氣體(9)(10)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的反應(yīng)器，特征在于氣體進(jìn)料嘴(44)(48)在注射器(4)出口處它們的有效橫截面具有限制。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的反應(yīng)器，特征在于所述外部液相循環(huán)設(shè)備(8)基于自然循環(huán)機(jī)理。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的反應(yīng)器，特征在于它包括用于內(nèi)部循環(huán)所述液相的設(shè)備。
8.一種用于在液相存在下使至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器，包括裝備有外部液相循環(huán)設(shè)備(8)的密閉室，并包括至少兩個(gè)注射器(4)，用于各自注入氣體(9)(10)和外部循環(huán)液相(8)。
9.一種在液相存在下使用根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的反應(yīng)器使至少兩種氣體反應(yīng)的方法。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的方法，特征在于所述氣體是氯氣和乙烯，和特征在于所述液相包括1，2-二氯乙烷(DCE)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，特征在于所述氣體是氯氣和氯乙烯，和特征在于所述液相包括1，1，2-三氯乙烷(T112)。
全文摘要
一種用于在液相情況下至少兩種氣體反應(yīng)的反應(yīng)器(1)，包括裝備有外部液相循環(huán)設(shè)備，并包括至少一個(gè)用于注入氣體和外部循環(huán)液相的注射器，所述注射器是這樣的要使氣體混合在一起，并僅在注射器出口處混合外部循環(huán)液相。
文檔編號(hào)B01F3/04GK101060923SQ200580039536
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者米歇爾·施特雷貝勒, 米歇爾·朗珀勒 申請(qǐng)人:索維公司