Способ управления работой реактора прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана

 

Использование: изобретение относится к области автоматического управления технологическим процессом получения дихлорэтана в колонных реакторах. Сущность изобретения: осуществляют отвод образующегося в зоне реакции тепла за счет испарения кипящего дихлорэтана и вывода из реактора его паров, измерение и регулирование заданного значения расхода хлора, измерение расхода этилена и его регулирование в заданном соотношении к расходу хлора измерение высоты уровня жидкого дихлорэтана в реакторе и его регулирование за счет подпитки реактора жидким возвратным дихлорэтаном, измеряют температуру среды на верхнем расчетном уровне зоны реакции, измеряют на заданном уровне, расположенном выше зоны реакции, абсолютное давление среды и определяют по его значению соответствующую ему максимальную допустимую температуру кипения дихлорэтана, сравнивают с ней температуру среды, измеренную на верхнем расчетном уровне зоны реакции, причем при большем или меньшем ее значении относительно максимальной допустимой температуры кипения дихлорэтана заданное значение расхода хлора автоматически, соответственно, уменьшают или увеличивают до того момента, когда значения этих температур уравниваются. 3 ил.

Изобретение относится к области управления технологическим процессом получения дихлорэтана в колонных реакторах путем прямого хлорирования газообразного этилена в среде жидкого дихлорэтана.

Известен способ управления работой реактора прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана, который используется на АО "Саянскхимпром" на базе реактора типа R201, имеющего небольшую производительность. Схематично конструкция реактора и функциональная схема управления его работой показаны на фиг. 1. Особенностью работы реактора R 201 является проведение химической реакции хлора и этилена, происходящей в зоне 1 восходящего потока жидкого дихлорэтана с выделением значительного количества тепла, в условиях непрерывного охлаждения жидкого дихлорэтана посредством использования теплообменника - охладителя 2, установленного в зоне 3 нисходящего потока дихлорэтана. Известный способ управления работой реактора включает следующие операции: измерение и регулирование заданного значения расхода хлора в зоне 1 реакции с помощью ручного задатчика 4, измерительной диафрагмы 5, прибора 6 и клапана 7; измерение и регулирование расхода этилена в заданном соотношении к расходу хлора с помощью измерительной диафрагмы 8, прибора 9, задатчика 10, функционального преобразователя 11 и клапана 12; измерение и регулирование температуры на верхнем уровне зоны 1 с помощью термоприемника 13, прибора 14 и задатчика 15 путем автоматического измерения расхода хладоагента, подаваемого в теплообменник-охладитель 2 для того, чтобы не допустить вскипания дихлорэтана в реакторе. Значение температуры на верхнем уровне зоны 1 условно характеризуется степенью открытия регулирующего клапана 16 на линии подачи хладоагента или значением управляющего сигнала, подаваемого на открытие клапана 16.

К недостаткам известного способа управления работой реактора относится нарушение качества процесса реакции из-за возможного вскипания жидкого дихлорэтана в зоне 1, то есть в зоне реакции, в случае снижения давления в ее верхней части, вызванного, например, снижением атмосферного давления при неизменной нагрузке по хлору. Вероятность вскипания жидкого дихлорэтана в зоне 1 возникает также в случае нарушения работы теплообменника 2. В первом случае вскипание дихлорэтана может возникнуть ввиду того, что при понижении давления в реакторе соответственно снижается и равновесная температура кипения дихлорэтана, а во втором случае вскипание дихлорэтана возможно из-за повышения абсолютной температуры дихлорэтана в зоне 1 реакции вследствие недостаточного съема тепла из нее, например, в связи с загрязнением поверхности теплообмена в трубном и межтрубном пространстве теплообменника 2. Ввиду указанных причин, приводящих к вскипанию дихлорэтана в зоне 1 реакции, возникают условия для ускорения процесса синтезирования вредных побочных продуктов, например трихлорэтана и других высококипящих соединений. В случае же повышения абсолютного давления в реакторе, например, при повышении атмосферного давления, равновесная температура кипения дихлорэтана соответственно повышается и поэтому реактор начинает работать в режиме неполной нагрузки по хлору и, следовательно, с пониженной (для повышенного давления) производительностью, что экономически не выгодно.

Известен наиболее сходный с предлагаемым способ управления работой реактора прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана, осуществленный на АО "Саянскхимпром" на базе промышленного реактора типа R 401 (фиг. 2). Реакторы указанного типа имеют большую единичную мощность, поэтому проблема теплосъема в них решается за счет испарения кипящего дихлорэтана и вывода его паров из реактора, то есть отвод тепла из реактора осуществляется без применения теплообменников-охладителей дихлорэтана, так как их возможности по теплосъему ограничены ввиду резкого роста их металлоемкости при увеличении их единичной мощности. Для организации вертикальной циркуляции жидкого дихлорэтана в колонне 1 имеется центральная труба 2, а в верхней части колонны 1 размещены перфорированные тарелки и патрубок 3 для вывода паров дихлорэтана. Известный способ включает операцию измерения и регулирования заданного значения расхода хлора в нижнюю часть колонны 1 реактора с помощью ручного задатчика 4, измерительной диафрагмы 5, прибора 6 и клапана 7. Измерение и регулирование расхода этилена производится в заданном соотношении к расходу хлора автоматически с помощью установленных на линии подачи этилена измерительной диафрагмы 8, прибора 9, задатчика 10, функционального преобразователя 11 и регулирующего клапана 12. При измерении заданного значения расхода хлора прибор 6 вырабатывает регулирующий сигнал, который подается на функциональный преобразователь 11 системы связанного регулирования. Далее управляющий сигнал через задатчик 10 и прибор 9 подается на регулирующий клапан 12. В известном способе предусмотрено измерение высоты уровня жидкого дихлорэтана в колонне 1 и регулирование его заданного значения с помощью ручного задатчика 13 и измерителя-регулятора 14, связанного с соответствующими датчиками уровня и с регулирующим клапаном 15, установленным на линии подачи возвратного жидкого дихлорэтана в нижнюю часть колонны.

Известный способ управления работой реактора не может обеспечить оптимальный температурный режим процесса прямого хлорирования этилена в условиях жестко регламентированной заданной нагрузки по хлору и при постоянно изменяющемся давлении в реакторе. Например, давление в реакторе может повыситься в связи с повышением атмосферного давления или в связи с повышением сопротивления на линии отбора паров дихлорэтана из-за повышения сопротивления потоку паров в технологической цепочке аппаратов, предназначенных для приема и переработки паров дихлорэтана. При этом равновесная температура кипения дихлорэтана в реакторе также повысится и нижняя граница зоны кипения дихлорэтана поднимется выше зоны реакции. То есть вертикальное расстояние между зоной реакции и зоной кипения увеличится и значительная часть рабочего объема реактора при этом используется неэффективно, что равноценно неполной загрузке реактора, приводящей к снижению его производительности.

Таким образом, при повышении давления у реактора появляется "резерв" повышения нагрузки по хлору, однако система управления его работой не предусматривает операции по соответствующему изменению заданного значения хлора, подаваемого в реактор. По этой причине реактор работает с пониженной производительностью, что экономически не выгодно.

В случае понижения давления в реакторе, например, из-за нерегламентированного снижения сопротивления на линии отбора паров дихлорэтана, равновесная температура кипения дихлорэтана также соответственно снижается и, следовательно, при неизменном заданном значении расхода хлора реактор оказывается перегруженным по хлору. При этом возможно вскипание жидкого дихлорэтана в зоне реакции, что приводит к существенному ухудшению качества получаемого дихлорэтана из-за повышения содержания в нем вредных побочных продуктов реакции, например трихлорэтана и других высококипящих соединений.

Аналогичные процессы происходят и при увеличении гидравлического сопротивления перфорированных тарелок из-за постепенного забивания их отверстий высококипящими компонентами побочных продуктов реакции, что приводит к уменьшению интенсивности циркуляции дихлорэтана в реакторе и, следовательно, к снижению интенсивности выноса тепла из зоны реакции. По этой причине происходит повышение температуры дихлорэтана в зоне реакции и увеличивается вероятность его вскипания в зоне реакции, что в свою очередь может привести к увеличению выхода вредных высококипящих соединений и, следовательно, к снижению производительности по чистому дихлорэтану.

Задачей предлагаемого способа управления работой реактора является обеспечение максимально возможной производительности реактора по чистому дихлорэтану при сохранении высокого качества проведения процесса хлорирования этилена и получаемого дихлорэтана в условиях нерегламентированного изменения давления и гидравлического сопротивления в реакторе и в линии переработки паров дихлорэтана, а также изменения температуры окружающей среды.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе управления работой реактора прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана преимущественно для процессов с отводом образующегося в зоне реакции тепла за счет испарения кипящего дихлорэтана и вывода из реактора его паров, включающем операции измерения и регулирования заданного значения расхода хлора, измерения и регулирования расхода этилена в заданном соотношении к расходу хлора, измерения высоты уровня жидкого дихлорэтана в реакторе и его регулирования за счет подпитки реактора жидким возвратным дихлорэтаном, согласно изобретению, измеряют температуру среды (дихлорэтана) на верхнем расчетном уровне зоны реакции; на некотором заданном уровне, расположенном выше зоны реакции, измеряют абсолютное давление рабочей среды в реакторе и по его значению рассчитывают соответствующую ему максимальную допустимую температуру кипения дихлорэтана, с которой сравнивают температуру среды (дихлорэтана), измеренную на верхнем расчетном уровне зоны реакции, и при большем или меньшем ее значении относительно рассчитанной максимальной допустимой температуры кипения дихлорэтана заданное значение расхода хлора автоматически соответственно уменьшают или увеличивают до того момента, когда значения этих температур уравняются.

Технический результат предполагаемого изобретения выражается в создании минимальной по высоте реактора промежуточной температурной зоны, гарантирующей отделение зоны реакции хлора и этилена от зоны кипения дихлорэтана. Это отделение обеспечивается путем автоматического изменения интенсивности процесса теплообразования в зоне реакции хлора и этилена при нерегламентированном изменении физических факторов окружающей и рабочей среды.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 3 показан схематически реактор с функциональной схемой управления его работой.

Предлагаемый способ реализован на базе реактора колонного типа большой единичной мощности. Реактор содержит реакционную колонну 1, внутри которой установлена вертикальная циркуляционная труба 2, распределитель 3 газообразного хлора и распределитель 4 газообразного этилена. По высоте колонны 1 размещены перфорированные тарелки 5. В нижней части колонны 1 имеется ввод для подпитки реактора жидким возвратным дихлорэтаном, а верхняя ее часть снабжена патрубком для вывода паров дихлорэтана. На линии 6 подачи хлора, присоединенной к распределителю 3, установлены измерительная диафрагма 7 и регулирующий клапан 8, которые связаны с 3прибором 9 для измерения и регулирования расхода хлора. Прибор 9 в свою очередь связан с автоматическим задатчиком 10, который устанавливает необходимое заданное значение расхода хлора. На линии 11 подачи этилена, присоединенной к распределителю 4, установлены измерительная диафрагма 12, регулирующий клапан 13 и связанный с ними прибор 14 для измерения и регулирования расхода этилена. К прибору 14 подключены задатчик 15 связанного регулирования и функциональный преобразователь 16, с которыми связан также прибор 9 для измерения и регулирования расхода хлора. В колонне 1 на верхнем расчетном уровне зоны реакции установлен термоприемник 17, связанный с прибором 18 для измерения температуры. На некотором заданном уровне, расположенном выше термоприемника 17 на минимальном расчетном расстоянии от него, расположена точка 19 отбора импульса давления рабочей среды в реакторе. С помощью трубопровода точка 19 отбора импульса давления соединена с прибором 20 для измерения абсолютного давления (с учетом атмосферного) в реакторе. С прибором 20 электрически связан функциональный преобразователь 21, который в свою очередь связан с регулятором 22 разности температур, с которым также связан прибор 18 для измерения температуры. Помимо этого, регулятор 22 имеет связь с автоматическим задатчиком 10. Колонна 1 снабжена системой измерения высоты уровня дихлорэтана в ней и его регулирования за счет подпитки колонны 1 жидким возвратным дихлорэтаном. В данную систему входит прибор 23 для измерения разности гидростатического давления между верхним (максимальным) и нижним (минимальным) уровнями заполнения колонны 1 дихлорэтаном. Прибор 23 связан с соответствующими точками отбора импульсов давления, расположенными в верхней части колонны 1, а также с ручным задатчиком 24 для регулирования уровня дихлорэтана. Прибор 23 имеет также управляющую связь с клапаном 25, установленным на линии подачи жидкого возвратного дихлорэтана в нижнюю часть колонны 1.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В реакторе, работающем на основе предлагаемого способа управления, производится прямое хлорирование этилена в среде жидкого дихлорэтана. Отвод образующегося в зоне реакции тепла происходит в основном за счет испарения кипящего в зоне кипения дихлорэтана, а также за счет вывода его паров из колонны 1. В соответствии с технологическим регламентом задают необходимое знание расхода газообразного хлора с помощью задатчика 10, сигнал от которого поступает на прибор 9, вырабатывающий управляющие сигналы, поступающие на регулирующий клапан 8 и на задатчик 15 через функциональный преобразователь 16. Функциональный преобразователь 16 и задатчик 15 вырабатывают сигнал, определяющий расход этилена в заданном соотношении к расходу хлора. Этот сигнал поступает на прибор 14, который вырабатывает регулирующий импульс, поступающий на регулирующий клапан 13, устанавливающий расход этилена, подаваемого в колонну 1 по линии 11. В процессе работы реактора производят непрерывное измерение температуры рабочей среды (дихлорэтана) на верхнем расчетном уровне зоны реакции посредством термоприемника 17, а также величину абсолютного давления (с учетом атмосферного давления) рабочей среды в реакторе на уровне расположения точки 19 отбора импульса давления. По величине измеренного посредством прибора 20 абсолютного давления рабочей среды рассчитывают с помощью функционального преобразователя 21 по известной зависимости равновесную температуру кипения дихлорэтана. Это расчетное значение температуры кипения дихлорэтана является максимальной допустимой температурой на нижнем уровне зоны кипения дихлорнэтана. Сигнал, пропорциональный максимальной допустимой температуре кипения дихлорэтана, с выхода функционального преобразователя 21 поступает на один из выходов регулятора 22 для измерения и регулирования разности указанных температур, а на другой его выход подается с обратным знаком сигнал от прибора 18 для измерения температуры на верхнем уровне зоны реакции. Регулятором 22 производится сравнивание этих сигналов. В случае, когда измеренная на верхнем уровне зоны реакции температура рабочей среды (дихлорэтана) равняется по величине рассчитанному значению максимальной допустимой температуры кипения дихлорэтана, регулятор 22 не подает сигнала задатчику 10 на изменение заданного значения расхода хлора, и режим работы реактора не изменяется. Однако в случае, если значение температуры рабочей среды (дихлорэтана) на верхнем уровне зоны реакции изменится, то есть станет большим или меньшим относительно рассчитанной максимальной допустимой температуры кипения дихлорэтана, то регулятором 22 вырабатывается управляющий сигнал, пропорциональный величине разности указанных температур, который подается на задатчик 10, с помощью которого автоматически соответственно уменьшают или увеличивают заданное значение расхода хлора посредством воздействия на регулирующий клапан 8 через прибор 9. При этом также автоматически прибор 9 вырабатывает регулирующий сигнал для корректировки расхода этилена и подает его на функциональный преобразователь 16, от которого преобразованный сигнал поступает на задатчик 15. Прибор 14, получая сигналы от задатчика 15 и диафрагмы 12, вырабатывает регулирующие импульсы и подает их на клапан 13, который соответственно уменьшает или увеличивает расход этилена. Таким образом заданное значение расхода хлора уменьшают или увеличивают до того момента, когда значения указанных температур уравняются между собой.

Таким образом, благодаря созданию минимальной промежуточной зоны между зоной реакции и зоной кипения дихлорэтана и автоматическому поддержанию в ней температуры, не превышающей температуры кипения дихлорэтана, обеспечивается максимально эффективное использование рабочего объема реактора и его оптимальная производительность по чистому дихлорэтану, резко снижается синтез вредных побочных продуктов реакции.

Формула изобретения

Способ управления работой реактора прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана, включающийся отвод образующегося в зоне реакции тепла за счет испарения кипящего дихлорэтана и вывода из реактора его паров, измерение и регулирование заданного значения расхода хлора, измерение расхода этилена и его регулирование в заданном соотношении к расходу хлора, измерение высоты уровня жидкого дихлорэтана в реакторе и его регулирование за счет подпитки реактора жидким возвратным дихлорэтаном, отличающийся тем, что измеряют температуру среды на верхнем расчетном уровне зоны реакции, измеряют на заданном уровне, расположенном выше зоны реакции, абсолютное давление среды и определяют по его значению соответствующую ему равновесную температуру кипения дихлорэтана, сравнивают с ней температуру среды, измеренную на верхнем расчетном уровне зоны реакции, причем при большем или меньшем ее значении относительно равновесной температуры кипения дихлорэтана заданное значение расхода хлора автоматически соответственно уменьшают или увеличивают до того момента, когда значения этих температур уравняются.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3