Главная -> Словарь

Суспензия катализатора

В настоящее время разработаны два процесса с подвижным катализатором: применяемый в США процесс с кипящим слоем сухого катализатора и процесс с суспендированным катализатором Кольбеля— Рейнпрейссен . В обоих случаях применяют железный катализатор.

В Советском Союзе разработаны различные схемы оксосинтеза, отличающиеся способом получения карбонилов кобальта, формой ввода их в реактор оксирования и регенерацией кобальта из ка-тализата, т. е. декобальтизацией продукта. Кобальт может быть введен в реакционную зону в виде готового карбонила кобальта , тонкодисперсного кобальта в виде порошка , кобальта, нанесенного на кизельгур , а также в виде масло- и водорастворимых солей кобальта — нафтенатов, стеаратов, ацетатов и т. д. .

Недостатками схемы с суспендированным катализатором являются сложность и громоздкость приготовления, регенерации и фильтрации катализатора, а также затруднения в его транспортировке. Высокие требования предъявляются к качеству кизельгура. Наличие в нем даже небольших примесей кварца приводит к сильной эрозии арматуры, а также к разрушению клапанов и поршней насосов. С другой стороны, носитель должен обладать высокой механической прочностью .

Интересным решением проблемы снижения затрат на катализатор прямого ГК является разработка процессов, основанных на применении дешевых, не подлежащих регенерации катализаторов. Это процессы феба-эль-ку-крекинг и фебакомби-крекинг , а также кэнмет , осуществляемые в реакторах с суспендированным катализатором. Фирма «Феба оль» по аналогии с процессами гидрогенизационного ожижения угля предлагает процессы гидрооблагораживания нефтяных остатков, основанные на жидкофазном гидрировании и крекировании в присутствии дешевого катализатора одноразового использования или вообще без катализатора.

Оформление реакционного узла для жидкофазного гидрирования сильно зависит от экзотермичности реакции и способа отвода тепла. Только в редких случаях тепловыделение настолько мало, что реакцию можно осуществить без охлаждения . В случае гидрирования летучих веществ иногда отводят тепло за счет испарения компонентов смеси, которые конденсируют и возвращают в реактор. Наиболее часто для процессов с дисперги-рованным и суспендированным катализатором осуществляют принудительное охлаждение при помощи внутренних или выносных холодильников, когда при подходящей температуре используют тепло реакции для получения пара. Теплоотвод затруднен для процессов со стационарным катализатором; тогда чаще всего ведут ступенчатое охлаждение смеси.

На рис. 148,а показан реакционный узел периодического действия для работы с суспендированным катализатором. Реакционная колснна, рассчитанная на соответствующее давление, примерно на 3/4 заполнена жидкой реакционной массой, через которую барбо-тирует водород, подаваемый снизу через распределительное устройство. Верхняя часть колонны расширена и играет роль брызго-уловителя . В этой схеме исходный реагент подают только в первую колонну, и жидкость перетекает из одного аппарата в другой. Чтобы избежать излишнего перемешивания реакционной массы, здесь лучше применить внутреннее охлаждение и прямоток жидкости и газа, подаваемых в нижнюю часть колонн и выводимых сверху. В зависимости от рабочей температуры хладоагентом может быть вода или водный конденсат. В последнем случае на установке генерируется пар, используемый для производственных нужд.

Интересно комбинировать реактор для гидрирования в жчдкой фазе с суспендированным катализатором и реактор для гидрирова-гия в газовой фазе со стационарным катализатором, аналогично схеме на рис. 149 . Здесь в первом аппарате также осу-

В качестве типичного примера оформления жидкофазного гидрирования с суспендированным катализатором рассмотрим принципиальную технологическую схему производства высших жирных спиртов С ю—С is из метиловых или других эфиров синтетических жирных кислот, полученных окислением парафина . Реакция осуществляется при «30 МПа и 300 °С на медь-хромитном катализаторе, содержащем оксид бария . Небольшой тепловой эффект процесса обусловливает применение адиабатических реакторов с предварительным подогревом реагентов до нужной температуры.

Прежде всего, важным вопросом является форма, в которой используется катализатор, — в стационарном слое или суспендированном виде. Подавляющее число научно-исследовательских работ и оба реализованных в промышленности процесса проводились с суспендированным катализатором; число работ по гидрогенолизу на стационарных катализаторах невелико.

Суспензия катализатора, поступающая из отделения фильтрации, направляется на сепараторы. Полученная при этом твердая фаза отмывается от высших спиртов метанолом и после подсушки обрабатывается 54%-ной азотной кислотой. При этом металлический кобальт растворяется.

Конденсация бутилового спирта. В реактор конденсации непрерывно поступает раствор бутилата натрия в бутаноле и суспензия катализатора в бутаноле. Последняя подается через колонну из агрегата регенерации катализатора.

Если представить, что в процессе жидкофазного каталитического крекинга катализатор непрерывно дозируется в сырье и холодная или теплая суспензия катализатора насосом непрерывно прокачивается через трубчатый

Флегма колонн))),!, содержащая некоторое количество катализаторпой взвеси, пройдя холодильник 20, попадает на прием насоса 21, который качает смесь в отстойники 22. Отстоявшаяся флегма из отстойника направляется в мерник; часть ео поступает в качестве абсорбента в абсорбер 19 для абсорбции бензиновых компонентов из газа. Суспензия катализатора с флег-мой ii-i нижней части отстойника 22 в смеси со свежим сырьем направляется на крекинг.

В отстойниках для мокрого катализатора готовится суспензия мокрого катализатора с содержанием воды 20 %, которая перепускается в моюкус J.7. В нем при помощи сжатого воздуха, поступающего через барботеры, создается давление 0,2 МПа, и суспензия передавливается в сырьевую емкость над сушильной колонной 18. В сырьевой емкости мокрый катализатор поддерживается во взвешенном состоянии при помощи сжатого воздуха. Из сырьевой емкости суспензия катализатора через распылитель подается в сушильную колонну 7,9 навстречу потоку горячих дымовых газов, которые попадают в сушильную колонну из топки под давлением 20. Подсушенный катализатор уходит из сушильной колонны двумя потоками: из верхней части колонны катализатор с влажностью 14—15 % с дымовыми газами поступает в циклоп 21, откуда посредством инжекции сжатым воздухом транспортируется через циклон 23 в бункер сухого катализатора 22.

Таким образом, первый реактор в каскаде должен работать при максимально возможной температуре. Реакторы интенсивного перемешивания позволяют достичь больших коэффициентов теплопередачи, однако и в них трудно развить большую поверхность теплопередачи на единицу объема. Увеличение же температуры теплоносителя связано с большими издержками, особенно при использовании в качестве теплоносителя водяного пара. Поэтому существует противоречие между требованием минимального объема для первого реактора для прямого гидрогенолиза глюкозы и максимальной температуры в этом реакторе. Выход может быть найден в раздельном подогреве водорода и большей части растворителя перед подачей их в первый реактор; в этом случае концентрированная суспензия катализатора в растворе углеводов должна подаваться в головной реактор отдельным дозировочным насосом без подогрева. К аналогичному выводу о необходимости раздельного ввода глюкозы в реактор гидрогенолиза пришли Н. А. Васюнина и Ю. М. Ковкин , а также Э. М. Сульман ; необходима проверка этого предложения в проточных условиях.

Завод фирмы «Атлас» в Онтарио имеет более совершенный технологический процесс производства сорбита по сравнению с применяемыми на заводе этой же фирмы в США . В качестве сырья для производства сорбита также используется кристаллическая глюкоза. Ее раствор в паровом конденсате смешивается в смесителе с никелевым катализатором на носителе и подается насосом под давлением ~ 14 МПа в реактор, в который также вводят компремированный до 15,5 МПа водород. В отличие от завода фирмы «Атлас» в США на канадском заводе водород получают электролизом воды. Процесс гидрирования осуществляется в непрерывно действующем реакторе, состоящем из отдельных вертикальных стальных труб, соединенных в батареи. Температуру в реакторах можно регулировать в пределах 140—205 °С. Суспензия катализатора с раствором глюкозы проходит через реакторы в течение нескольких минут и непрерывно удаляется из них в сепараторы, где водород, не вошедший в реакцию, выделяется и возвращается для повторного использования.

На заводе «Пети Нитрогенмювек» во избежание эрозии плунжеров при перекачивании раствора глюкозы с катализатором применена оригинальная конструкция насоса высокого давления. Суспензия катализатора подается только в клапанную коробку насоса высокого давления, а в цилиндры поступает по отдельной линии раствор глюкозы без частиц катализатора.

Гидрирование сложных эфиров. Технологическая схема процесса с использованием суспендированного медно-хромового катализатора приведена на рис. 1.8. Свежий водород под давлением до 30 МПа смешивается с циркулирующим водородом и нагревается за счет продуктов реакции в теплообменнике 8, а затем — до 300—350 °С в трубчатой печи 11. Нагретый водород поступает'в специальную камеру на смешение с эфиром, предварительно нагретым в подогревателе 3 до 100—120 °С. Образовавшаяся смесь при 300—320 °С поступает в реактор 7, в который специальным шламовым насосом 17 подается 20—25%-ная суспензия катализатора в гидрогенизате или в смеси гидрогенизата и эфира. Концентрация катализатора в реакционной зоне зависит от качества сырья и степени его очистки и увеличивается по мере утяжеления сырья и возрастания количества примесей в нем.

/ — суспензия катализатора в метаноле; // — синтез-газ; /// — акрилонитрил; IV —• продукты гидроформилирования акрилонитрила; V — воздух; VI — декобальтизованный продукт; VII — смесь воды с метанолом; VIII — фракция диметилацеталя р-ЦПА} IX — водный раствор соляной кислоты; X — водный раствор соды; XI — смесь воды, метанола и легкокипящих побочных продуктов; XII — товарный р-ЦПА; XIII — кубО' вый продукт на сжигание; XIV — метанол в рецикл; XV — вода на очистку; XVI -» соляная кислота.

на носитель, с добавкой модификатора. Реакция протекает в системе из двух реакторов 6 при 30—80°Си давлении 0,5 — 1,0 МПа. Гидрирование происходит с выходом, близким к теоретически возможному. Продукты реакции проходят газосепаратор 7. Непрореагировавший водород возвращается на гидрирование. Водная суспензия катализатора отделяется от органических продуктов с помощью центрифуги 8 и также возвращается в реактор 7. Сырой 2-метил-3-бутен-2-ол испаряется в теплообменнике 9 и поступает в реактор дегидратации 10. Превращение изоамиленового спирта в изопрен осуществляется в стационарном слое высокочистой окиси алюминия при атмосферном давлении и 250—300 °С. Цикл контактирования длится более 100 ч, после чего катализатор подвергается окислительной регенерации. Степень превращения изоамиленового спирта достигает 97%. Контактный газ конденсируется и подвергается водной отмывке в промывной колонне //, в сочетании с отпарной колонной 12, Отмытый изоамиленовый спирт возвращается на контактирование. Изопрен-сырец направляется на систему колонн экстрактивной ректификации 13 и 14, пройдя которые мономер достигает степени чистоты 99,9%.