PL194793B1

PL194793B1 - Kolumna barbotażowa i jej zastosowanie

Info

Publication number: PL194793B1
Application number: PL346750A
Authority: PL
Inventors: Hubertus Eickhoff; Rudiger Schütte
Original assignee: Degussa
Priority date: 1998-09-23
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2007-07-31
Also published as: ZA200102386B; US6375921B1; EP1123255B1; CA2345092C; BR9913913A; PL346750A1; ID28653A; PT1123255E; ATE227245T1; AU757094B2; IL142158A0; KR100640673B1; DE19843573A1; AU6080799A; TR200100850T2; WO2000017098A1; IL142158A; AR020500A1; KR20010079901A; CA2345092A1

Abstract

1. Kolumna barbotazowa zawierajaca zbiornik w ksztalcie kolumny majacy czesc dolna, czesc srodkowa i czesc szczytowa, przy czym w czesci srodkowej znajduje sie jedna lub kilka poziomych dziurkowanych pólek, których otwarta powierzchnia wynosi 3 do 20%, oraz zawierajaca urzadzenia do doprowadzania i odprowadzania fazy cieklej oraz fazy gazowej, dla eksploatacji kolumny barbotazowej w przeciwpradzie, znamienna tym, ze dziurkowane pólki (5) maja zasadniczo równomierny rozklad dziu- rek na przekroju poprzecznym kolumny, zas po- wierzchnia przekroju poprzecznego poszczególnych dziurek wynosi 0,003 do 3 mm 2 , a strefy utworzone zawsze ponad i pod pólka polaczone sa ze soba za pomoca przynajmniej jednego przewodu opadowego (6) do przepuszczania cieczy, przy czym przewód opadowy (6) ma postac umieszczonej przy pólce okraglej rury, wzglednie segmentowego szybiku, lub lezacej na zewnatrz rury laczacej dwie sasiadujace strefy. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kolumna barbotażowa eksploatowana w przeciwprądzie, z umieszczonymi poziomo w środkowej części, dziurkowanymi półkami, oraz jej zastosowanie do przeprowadzania reakcji gazowo-cieczowych. Specjalne zastosowanie dotyczy stopnia utleniania w procesie antrachinonowym służącym do wytwarzania nadtlenku wodoru.

Kolumny barbotażowe maja postać kolumnowych pojemników, w których gaz w postaci pęcherzy wchodzi w kontakt z cieczą, przy czym najczęściej substancje przechodzą z jednej fazy w inną fazę. Kolumny barbotażowe stosuje się więc dlatego również do reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy składnikami w fazie ciekłej i w fazie gazowej. Aby zintensyfikować transport masy pomiędzy fazami i uniknąć mieszania wstecznego, w kolumnach barbotażowych instaluje się pionowo, jedna nad drugą, kilka dziurkowanych półek (Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry wyd.5 (1992r), t.B4, str. 276-278).

W dziurkowanych półkach kolumn barbotażowych eksploatowanych w dużej skali technicznej, tzn. w kolumnach o średnicy wynoszącej co najmniej 1 m, chodzi zwykle o półki sitowe o średnicy dziurek 2 do 5 mm, lub o półki typu dual-Flow o średnicy dziurek do 20 mm. Zamiast półek sitowych stosuje się również ruszty z umieszczoną na nich cienką warstwą znanego wypełnienia. Uzysk przestrzenno-czasowy w reakcjach gazowo-cieczowych w znacznym stopniu zależy od zawartości gazu w mieszaninie gazowo-cieczowej przepływającej przez kolumnę. Ponieważ zawartość gazu, przy zastosowaniu kolumn barbotażowych ze wspomnianymi półkami sitowymi, nie może ulec zwiększeniu powyżej określonych wartości granicznych, ogranicza to uzysk przestrzenno-czasowy. Czyniono więc liczne próby, aby przez dodatkowe zabudowy i/lub specjalne wdmuchiwanie gazu zwiększyć uzysk przestrzenno-czasowy. Stosowanie wspomnianej dodatkowej zabudowy, np. mieszacza statycznego, czyni budowę kolumny barbotażowej technicznie trudniejszą.

W DE 694 03 618 T2 stanowiącym tłumaczenie EP 0 659 474 B1, ujawniony jest sposób do wprowadzania ze sobą w kontakt strumienia gazu i fazy ciekłej, a także ujawnione jest urządzenie do realizacji tego sposobu. Urządzenie zawiera kolumnę z dziurkowanymi półkami sitowymi, przy czym całkowita powierzchnia perforacji stanowi 1/40 do 1/300 przekroju poprzecznego mogącego podlegać perforacji. Wysokość warstwy cieczy utrzymywanej na półkach sitowych, nastawiana np. za pomocą tam, wynosi korzystnie od 200 do 600 mm. Powierzchnia przekroju poprzecznego poszczególnych perforacji wynosi w zakresie 0,5 do 3,5 mm².

W AT-PS 236 346 zastrzeżone są specjalne dziurkowane półki dla kolumn stosowanych przy sposobach destylacji i absorpcji. Półki oprócz prostopadłych otworów mają dodatkowo niewielką liczbę otworów o ścianach nachylonych skośnie względem powierzchni podstawowej. Powierzchnia przekroju poprzecznego otworów wynosi 0,155 do 31,7 mm2, przykładowo wynosi ona 0,63 mm2. Podczas eksploatacji poprzez półki przepływa ciecz. W publikacji tej nie ujawnia się eksploatacji kolumny jako kolumny barbotażowej.

W DE-AS 10 28 096 ujawniony jest sposób do ciągłej przemiany rozdrobnionych substancji stałych z cieczami i/lub gazami. Stosuje się przy tym całkowicie wypełnioną cieczą kolumnę z półkami sitowymi, których otwory mają średnicę mniejszą od 1 mm, a która pracuje przy współprądzie. Poduszka gazowa hamuje przejście cieczy. Kolumna nie ma żadnych urządzeń do pracy przy przeciwprądzie.

Reaktor kaskadowy z kolumną barbotażową, według DE-OS 21 57 737, jest w zasadzie taki sam jak reaktor uprzednio sprawdzony jako dobry. Cała swobodna powierzchnia dziurek wynosi korzystnie mniej niż 5% przekroju poprzecznego reaktora, a średnica przykładowych otworów wynosi 2 względnie 4 mm (=0,78 do 12,56 mm²). W opisie nie ma wskazań co do pracy przy przeciwprądzie, ani co do urządzeń do tego celu.

Proces reakcji gazowo-cieczowej w dużej skali technicznej zachodzi w stopniu utleniania w sposobie antrachinonowym, (sposób-AO) służącym do wytwarzania nadtlenku wodoru. Jak wiadomo, sposób ten obejmuje stopień uwodorniania i stopień ekstrahowania; przegląd podaje Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry wyd.5 (1989r), t.A13, str. 447-457. W stopniu uwodorniania nośnik reakcji rozpuszczony w układzie rozpuszczalników, a utworzony na bazie jednego lub kilku 2-alkiloantrachinonów i/lub ich tetrahydropochodnych, zostaje częściowo uwodorniony w odpowiednie hydrochinony, a hydrochinony zawarte w uwodornionym roztworze roboczym, w stopniu utleniania utleniane są gazem zawierającym O₂, najczęściej powietrzem, ponownie w chinony, tworząc przy tym nadtlenek wodoru. W stopniu utleniania przemiana powinna przebiegać możliwie ilościowo, z wykluPL 194 793 B1 czeniem reakcji rozkładu składników roztworu roboczego, a ponadto powinna być ona możliwie energooszczędna oraz wykazywać duży uzysk przestrzenno-czasowy.

Utlenianie w sposobie AO przeprowadza się każdorazowo za pomocą świeżego powietrza w szeregowo połączonych wieżach nagazowujących, co jest technicznie skomplikowane i mało ekonomiczne. Przy zachowaniu określonej wielkości pęcherzy, uzyskiwanych za pomocą drobnoporowych dyspergatorów gazu, np. w postaci porowatego spieku, i przy zachowaniu określonych obciążeń przekroju poprzecznego, zgodnie z opisem patentowym US 3,073,680 można wprawdzie zwiększyć prędkość utleniania, jednakże problemy powstają przy oddzielaniu powstającej piany i oddzielaniu fazy gazowej i ciekłej.

Zgodnie z opisem patentowym DE 20 03 268 wspomniane wyżej problemy, związane ze sposobem AO, rozwiązuje się za pomocą kolumny utleniającej podzielonej na dwie do sześciu sekcji. W każdej sekcji tej kolumny roztwór roboczy i gaz utleniający prowadzi się we współprądzie z dołu do góry, a patrząc na całość kolumny, gaz i ciecz poruszają się względem siebie w przeciwprądzie. Do ścisłego wymieszania poszczególne sekcje zawierają odpowiednią zabudowę, taką jak półki sitowe lub siatki, lub wypełnione są wypełniaczami.

Dążąc do zmniejszenia strat ciśnienia w opisanym uprzednio kaskadowym układzie kolumny, w opisie patentowym EP 0 221 931 proponuje się przeprowadzanie utleniania w rurowym reaktorze współprądowym, który oprócz specjalnego elementu dyspergującego gaz nie ma żadnych dodatkowych elementów. Za pomocą elementu dyspergującego gaz, z roztworu roboczego gazu utleniającego powstaje układ hamujący koalescencję z dużym udziałem gazu. Przy zbyt dużym udziale gazu i/lub szczególnie małych pęcherzykach gazu, mogą wystąpić trudności przy rozdzielaniu gazu i cieczy. Jak wykazała praktyka przy tym sposobie nagazowywana objętość właściwa reaktora (m³ na t H2O2) jest duża, co prowadzi do małej wydajności przestrzenno-czasowej, oraz do dużego zużycia (hold-up) drogiego roztworu roboczego.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie kolumny barbotażowej obejmującej dziurkowane półki i pracującej w przeciwprądzie, wskutek czego reakcje gazowo-cieczowe przeprowadzane są z większym uzyskiem przestrzenno-czasowym niż przy zastosowaniu kolumn ze znanymi półkami sitowymi. Kolumna barbotażowa powinna mieć prostą budowę. Dalszym zadaniem wynalazku jest zastosowanie kolumny barbotażowej w stopniu utleniania sposobu AO służącego do wytwarzania nadtlenku wodoru, przy czym przerób jest większy w porównaniu do znanych sposobów, a wydajność przestrzenno-czasowa w odniesieniu do objętości reaktora i do objętości roztworu roboczego, ulega zwiększeniu, przy czym unika się tworzenia trudnej do rozdzielenia mieszaniny gazowo-cieczowej.

Zadanie to zostało rozwiązane za pomocą kolumny barbotażowej zawierającej zbiornik 1 w kształcie kolumny mający część dolną 3, część środkową 2 i część szczytową 4, przy czym w części środkowej znajduje się jedna lub kilka poziomych dziurkowanych półek 5 z zasadniczo równomiernym rozkładem dziurek na przekroju poprzecznym kolumny, a ponadto zawierająca urządzenia do doprowadzania i odprowadzania fazy ciekłej 9 i 10 oraz fazy gazowej 11 i 12 w celu eksploatacji kolumny barbotażowej w przeciwprądzie, która to kolumna barbotażowa charakteryzuje się tym, że powierzchnia poprzecznego przekroju poszczególnych dziurek wynosi 0,003 do 3 mm², a otwarta powierzchnia półek wynosi 2 do 20%, przy czym strefy cieczowe utworzone zawsze podczas eksploatacji ponad i pod półką, połączone są ze sobą za pomocą przewodu opadowego 6 do przepuszczania cieczy.

W stosunku do kolumn barbotażowych ze znanymi półkami sitowymi, kolumny barbotażowe według wynalazku zawierają półki z drobnymi dziurkami lub drobnymi szczelinami. Półki zawierają korzystnie dziurki o powierzchni przekroju poprzecznego wynoszącej od 0,01 do 1 mm2, zwłaszcza od 0,05 do 0,5 mm2. Otwarta powierzchnia znajduje się korzystnie w zakresie od 3 do 15%, zwłaszcza 3 do 10% a szczególnie korzystnie, w zakresie 3 do 7%. Kształt dziurek jest dowolny, zwykle są to jednak dziurki okrągłe, w kształcie trójkąta lub półeliptyczne, albo w kształcie szczeliny. Półki z drobnymi dziurkami lub szczelinami same jako takie mogą stanowić półkę kolumny, zwykle jednak składają się one z rusztu podporowego z zamocowaną na nim blachą z drobnymi otworami lub szczelinami, przy czym blacha ma żądaną grubość i perforację. Tego rodzaju blachy z drobnymi dziurkami lub szczelinami stosowane są wprawdzie w technice sitowej i filtracyjnej oraz jako półki fluidyzacyjne w technologii złóż fluidalnych, jednak ich zastosowania do półek w kolumnach barbotażowych dotychczas nie brano pod uwagę.

Zależnie od wykonania, dziurki korzystnie wykonane w blachach mają kształt stożkowy w kierunku przepływu gazu i/lub dziurki w celu uzyskania skierowanego przepływu mają otwór przelotowy

PL 194 793 B1 ustawiony skośnie. Ponadto odpowiednie skierowanie przepływu uzyskuje się za pomocą łusek znajdujących się na powierzchni blachy.

Kolumna barbotażowa przez drobnodziurkowane półki podzielona jest na wiele stref, które w jej stanie roboczym, w części środkowej kolumny barbotażowej, z wyjątkiem cienkiej poduszki gazowej bezpośrednio pod półką, wypełnione są cieczą względnie mieszaniną cieczy i gazu. W celu zapewnienia niezakłócanej pracy w przeciwprądzie, kolumna barbotażowa w każdej półce ma przynajmniej jeden rurowy lub szybikowy przewód opadowy dla cieczy 6, tzw. Downcomer, umieszczony pomiędzy sąsiednimi strefami. Przepusty te, które celowo zaczynają się bezpośrednio przy półce, a więc nie wymagają żadnej osłony, zanurzone są w ciecz strefy położonej pod danym dnem lub są z nią połączone. Przepusty te tak są ukształtowane, że w stanie roboczym gaz nie przepływa przez nie.

Dokonuje się to np. w ten sposób, że przewód opadowy dla cieczy (Downcomer) w postaci okrągłych rur lub segmentowych szybików umieszczonych przy perforowanych półkach, z zachowaniem odpowiednio wolnego przekroju poprzecznego, ma zakończenie w przestrzeni zanurzeniowej. Alternatywnie jako przewód opadowy dla cieczy (Downcomer) stosuje się również umieszczone na zewnątrz rury łączące zawsze dwie sąsiadujące strefy.

Zwykle kolumna barbotażowa wykonana jest tak, że może być eksploatowana w przeciwprądzie, przy czym ciecz dostarcza się od góry, a gaz doprowadza się od dołu. Przy braku przewodu opadowego 6 do przepuszczania cieczy, kolumna barbotażowa może także pracować ze współprądem, przy czym mieszanina cieczy i gazu przepływa od dołu do góry.

Odstęp pomiędzy półkami w kolumnie barbotażowej według wynalazku, zależy od właściwości postawionego zadania i stosunku średnicy do wysokości kolumny barbotażowej. Odstęp półek wynosi zwykle od 0,1- do 10-krotności, zwłaszcza 0,5- do 5-krotności średnicy półki. W kolumnach barbotażowych pracujących w dużej skali technicznej, jak np. przy zastosowaniu według wynalazku, do wytwarzania nadtlenku wodoru, odstęp półek w postaci półek z drobnymi dziurkami lub szczelinami, wynosi celowo 0,5- do 2-krotność średnicy półki.

Poza wspomnianymi półkami, które przy pracy w przeciwprądzie korzystnie wyposażone są w przynajmniej jeden rurowy lub szybikowy przepust dla cieczy, środkowa cześć kolumny jest wolna od innych zabudowanych elementów. Według korzystnej postaci wykonania możliwe jest jednak aby pomiędzy poszczególnymi półkami umieścić wymienniki ciepła, celowo płytowe wymienniki ciepła o pionowo ustawionych płytach. Tego rodzaju kolumny barbotażowe wyposażone w półki z drobną perforacją i w wymienniki ciepła, nadają się zwłaszcza do przeprowadzania reakcji gazowo-cieczowych o dużej entalpii reakcji. Kolumny barbotażowe według wynalazku w sposób znany fachowcom, mogą być przystosowane do pracy we współprądzie lub przeciwprądzie, korzystnie w przeciwprądzie. Możliwy jest również ich układ kaskadowy.

Jak widać z przykładów według wynalazku i z przykładów porównawczych przez ukształtowanie w kolumnie barbotażowej dziurkowanych półek według wynalazku uzyskuje się wielkie i nieprzewidywalne zalety:

- nagazowanie cieczy usytuowanej ponad blachami z drobną perforacją lub z drobnymi szczelinami jest bardzo równomierne;

- na przestrzeni całego przekroju poprzecznego kolumny barbotażowej wytwarzane są równomiernie małe pęcherzyki o wąskim przedziale średnic;

- skuteczność powodowanej przez półki intensywnej wymiany masy pozwala na zmniejszenie objętości właściwej nagazowania (=czynna objętość reaktora), w stosunku do kolumn barbotażowych z dnem sitowym;

- osiągalna w praktyce zawartość gazu w mieszaninie cieczowo-gazowej jest znacznie większa od zawartości gazu uzyskiwanych przy zastosowaniu znanych półek sitowych oraz innych technik nagazowania, przy czym nie ma problemów przy rozdzielaniu fazy gazowej i fazy ciekłej;

- wytworzona powierzchnia wymiany masy i uzyskana przy tym wymiana masy jest bardzo duża;

- zapotrzebowanie ciekłej fazy ulega dużej redukcji w porównaniu do znanych kolumn, co stanowi zaletę zwłaszcza wtedy, gdy ciekłą fazę stanowi droga mieszanina wielu składników, np. roztwór roboczy w sposobie AO;

- uzyskuje się przy reakcji większy przerób z jednego m³ objętości reaktora w stosunku do konkurencyjnych sposobów;

- uzyskuje się przy reakcji większy przerób z jednego m3 ciekłej fazy (np. roztwór roboczy w sposobie AO);

PL 194 793 B1

- strata ciśnienia półek jest o 300 do 500 Pa (3-5m barów) na półkę mniejsza w stosunku do hydrostatycznej straty ciśnienia kolumny; pod półkami tworzy się poduszka powietrzna wynosząca tylko do 5 cm tak, że objętość aparatury (=środkowa część kolumny) praktycznie może być w całości wykorzystana do reakcji.

Na rysunku przedstawiony jest schemat szczególnie korzystnej postaci wykonania kolumny barbotażowej 1 według wynalazku, nadającej się zwłaszcza do pracy w przeciwprądzie, która to kolumna w swej części środkowej 2 oprócz sześciu półek 5 z drobnymi dziurkami, ma trzy wymienniki ciepła 16. Kolumna poza nagazowywaną częścią środkową 2 zawiera część dolną 3 z dzwonowatym urządzeniem 8 do dyspergacji gazu, oraz ma część szczytową 4 z urządzeniem 7 do rozdzielania fazy ciekłej i urządzenie 13 do rozdzielania gazu od cieczy w połączeniu z 14. Przy każdej półce z drobną perforacją umieszczony jest w postaci segmentu szybikowy przewód opadowy 6 do przepuszczania cieczy do strefy znajdującej się pod półką. Ciekłą fazę doprowadza się poprzez przewód 9 przy szczycie kolumny, a poprzez przewód 10 odprowadza się z części dolnej. Gaz, poprzez przewód 11 doprowadza się do dyspergatora gazu 8, z którego wychodzą drobne pęcherzyki gazu i po przejściu poprzez kolumnę, w urządzeniu oddzielającym gaz - przedstawionym tu schematycznie jako rozdzielacz odśrodkowy - gaz zostaje oddzielony od fazy ciekłej i jako gaz odlotowy zostaje odprowadzony poprzez przewód 12. Możliwa jest kontrola czy w obszarze szczytowym kolumny nie pojawiła się ewentualnie piana. Do tego celu służą wzierniki 15. Przewód doprowadzający 17 i odprowadzający 18 każdego wymiennika ciepła zasilają go ośrodkiem przenoszącym ciepło i następnie ten ośrodek odprowadzają.

Część dolna i szczytowa kolumny barbotażowej mogą być wykonane w różny sposób. Zwłaszcza mogą w nią być zamontowane znane agregaty do doprowadzania gazu i cieczy oraz do oddzielania faz.

Kolumna barbotażowa według wynalazku nadaje się do przeprowadzania reakcji pomiędzy składnikiem w fazie gazowej i składnikiem w fazie ciekłej. W tych reakcjach gazowo-cieczowych może np. chodzić o reakcje utleniania, redukcji, przyłączania lub reakcje zobojętniania, przy czym faza ciekła może być wodna lub organiczna. Podczas reakcji obie fazy wprowadzane są ze sobą w kontakt w kolumnie barbotażowej, we współprądzie lub w przeciwprądzie, korzystnie w przeciwprądzie. Przy tym wiele kolumn barbotażowych może być połączonych kaskadowo, jedna za drugą. W fazie ciekłej, oprócz jednego lub wielu składników reakcji, może być zawarty katalizator w postaci rozpuszczonej lub zawiesinowej. W przypadku substancji stanowiących zawiesinę w fazie ciekłej, średnica cząstek zawiesiny musi być znacznie mniejsza od średnicy dziurek półek o drobnej perforacji lub o drobnych szczelinach.

Zgodnie z korzystnym zastosowaniem kolumna barbotażowa według wynalazku zastosowana jest w stopniu utleniania procesu antrachinonowego służącego do wytwarzania nadtlenku wodoru. Ciekła faza jest przy tym uwodornionym roztworem roboczym, który zawiera jeden lub wiele nośników reakcji z rzędu 2-alkiloantrahydrochinonów i 2-alkilotetrahydroantrahydrochinonów, a fazę gazową stanowi gaz zawierający tlen, taki jak powietrze, tlen lub mieszanina tlenu z powietrzem. W celu utleniania obie fazy prowadzi się korzystnie w przeciwprądzie, przy czym fazę gazową doprowadza się za pomocą, umieszczonego w dolnej części kolumny barbotażowej, dyspergatora gazu, np. perforowanego dzwonu, a fazę ciekłą doprowadza się w części szczytowej za pomocą znanego urządzenia do rozprowadzania cieczy. Rozprowadzanie cieczy następuje korzystnie za pomocą zraszania istotnej części poprzecznego przekroju kolumny. Taki sposób prowadzenia procesu pozwala niezawodnie uniknąć problemów związanych z tworzeniem się piany przy szczycie kolumny barbotażowej, jakie występują przy zastosowaniu innych kolumn barbotażowych, zwłaszcza w opisanych w stanie techniki kolumnach w układzie kaskadowym, a także pozwala uniknąć strat roztworu roboczego przez odprowadzanie go z gazem odlotowym z procesu utleniania.

Przez zastosowanie kolumny barbotażowej według wynalazku ze zintegrowanymi z nią płytami wymiennika ciepła, możliwe jest również eksploatowanie stopnia utleniania prawie izotermicznie. Ma to pozytywny wpływ na wydajność reakcji. Ponadto odpada tu potrzeba wyprowadzania roztworu roboczego z utleniania w celu osobnego ochładzania. Jak wynika z poniższych przykładów oraz przykładów porównawczych, w sposobie wytwarzania nadtlenku wodoru z zastosowaniem kolumny barbotażowej według wynalazku w stopniu utleniania, osiąga się znaczne zwiększenie wydajności przestrzenno-czasowej. To zwiększenie stało się możliwe mimo pracy nawet przy niższych temperaturach i mniejszym ciśnieniu tak, że przy takich samych ciśnieniowych i temperaturowych warunkach możliwe jest dodatkowe zwiększenie uzysku przestrzenno-czasowego (RZA). Alternatywnie do zwiększenia

PL 194 793 B1 uzysku przestrzenno-czasowego lub w uzupełnieniu go, można zminimalizować nakład na sprężanie powietrza utleniającego, a tym samym oszczędzić energię.

Oprócz zastosowania jako kolumn reakcyjnych, kolumny barbotażowe z rozdzielającymi półkami według wynalazku, można stosować w procesach rektyfikacji absorpcji i desorpcji. Ze względu na równomierną dyspersję gazu, oraz małe pęcherzyki i na zgodnie z potrzebą skierowane strumienie gazu z drobnych dziurek półek o drobnej perforacji, uzyskuje się dobre przejmowanie masy i możliwe są obszary wysokiego obciążenia.

P r z y k ł a d y 1 do 3

Eksploatowano stopień utleniania w procesie antrachinonowym w celu wytworzenia nadtlenku wodoru, w instalacji o dużej skali technicznej i przy użyciu kolumny barbotażowej według rysunku, przy zastosowaniu powietrza jako gazu utleniającego. Roztwór roboczy (AL) jako nośnik reakcji zawierał pochodzącą z wieloletniej pracy mieszaninę na bazie 2-etylo- i 2-amyloantrachinonu oraz ich tetrahydroantrachinonów w mieszaninie rozpuszczalników na bazie zasadniczo benzyny aromatycznej i tetrabutylomocznika.

Kolumna barbotażowa zawierała sześć półek z drobnymi dziurkami o powierzchni poprzecznego przekroju około 0,05 mm²/otwór i otwartej powierzchni stanowiącej około 5%, a ponadto trzy płytowe wymienniki ciepła, dzwonowy, perforowany dyspergator gazu, urządzenie zraszające, przy szczycie kolumny i rozdzielacz odśrodkowy do rozdzielania faz przy szczycie kolumny.

Istotne dane eksploatacyjne w przykładach 1 i 2 wynikają z tabeli 1. Dane dla przykładu 3 pochodzą z próby bilansu i wynikają z tabeli 2 w porównaniu z odpowiednimi danymi z przykładów porównawczych.

T ab ela 1

	Przykład 1	Przykład 2
Strumień objętości AL w utlenianiu (m³ AL na h i m³nagazowywanej objętości reaktora)	1,64	1,63
Strumień objętości doprowadzanego powietrza utleniającego (m³N na h i tt nagazowywanej objętości reaktora)	72,6	75,4
Temperatura (°C) AL w kolumnie
wejście	51,2	52,5
środek	51,2	52,5
wyjście	51,2	52,5
Nadciśnienie doprowadzanego powietrza utleniającego (nadciś. w barach)	2,72	2,26
O2 w gazie odlotowym (% obj.)	5,6	6,3
ekwiwalent H2O2 w AL przed utlenianiem (g/l)	11,45	11,54
H2O2 w AL po utlenianiu	11,34	11,30

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 1

Utlenianie uwodornionego roztworu roboczego przeprowadzano w instalacji według EP-B 0 221 931, t.zn. że gaz utleniający oraz roztwór roboczy zmieszano bezpośrednio za pomocą organu mieszającego i wprowadzono do dolnej części kolumny pozbawionej zabudowy, jako układ o hamowanej koalescencji. Eksploatowany roztwór roboczy zawierał nośnik reakcji na bazie 2-etyloantrachinonu i 2-etylotetrahydroantrachinonu w mieszaninie rozpuszczalników na tej samej bazie co w przykładzie 1.

o

Istotne dane eksploatacyjne oraz uzyski przestrzenno-czasowe w odniesieniu do 1 m roztworu roboczego, wynikają z tabeli 2. Zawartość gazu oraz uzyski przestrzenno-czasowe mieszaniny gazowocieczowej były mniejsze w przykładzie według wynalazku.

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 2

W trójstopniowej kaskadzie według DE 20 03 268 za pomocą powietrza utleniony został roztwór roboczy analogiczny do tego z przykładu porównawczego 1. Każda z trzech kolumn barbotażowych zawierała w części środkowej kolumny półkę sitową o średnicy dziurek wynoszącej 3 mm. Istotne dane robocze oraz uzyski przestrzenno-czasowe wynikają z tabeli 2. Zawartość gazu oraz RZA były mniejsze niż w przykładzie według wynalazku.

PL 194 793 B1

Tabel a 2

Dane porównawcze z prób bilansowania utleniania według wynalazku (Przykład 3) oraz utleniania przy zastosowaniu kolumny barbotażowej według przykładu porównawczego 1, oraz 3-stopniowej kaskady według przykładu porównawczego 2.

	Przykład 3	Przykład porównawczy 1	Przykład porównawczy 2
nagazowywana objętość właściwa (1) na (liczba ton na rok) zdolność produkcyjną H2O2	6,5	9,1	7,5
ciśnienie w części dolnej (wejście gazu) (Pa) nadciśnienie	2^,7·10⁵ P^a	2^,8·10⁵ P^a	2^,9·10⁵ P^a
temperatura (°C) AL na wyjściu	51	59	56
zawartość gazu (%) w mieszaninie cieczowo-gazowej	50	45	41
pozostałość O2 (% obj.)	5,6	6,5-7	6,5-7
uzysk przestrzenno-czasowy kg H2O2/h-m³ reaktora	18,2	13,0	15,9
kg H2O2/TT13 AL (roztworu roboczego)	36,0	23,9	27,0

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kolumna barbotażowa zawierająca zbiornik w kształcie kolumny mający dolną, c^^^^ środkową i część szczytową, przy czym w części środkowej znajduje się jedna lub kilka poziomych dziurkowanych półek, których otwarta powierzchnia wynosi 3 do 20%, oraz zawierająca urządzenia do doprowadzania i odprowadzania fazy ciekłej oraz fazy gazowej, dla eksploatacji kolumny barbotażowej w przeciwprądzie, znamienna tym, że dziurkowane półki (5) mają zasadniczo równomierny rozkład dziurek na przekroju poprzecznym kolumny, zaś powierzchnia przekroju poprzecznego poszczególnych dziurek wynosi 0,003 do 3 mm², a strefy utworzone zawsze ponad i pod półką połączone są ze sobą za pomocą przynajmniej jednego przewodu opadowego (6) do przepuszczania cieczy, przy czym przewód opadowy (6) ma postać umieszczonej przy półce okrągłej rury, względnie segmentowego szybiku, lub leżącej na zewnątrz rury łączącej dwie sąsiadujące strefy.
2. Kolumna według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia przekrój poprzecznego dziurek wynosi od 0,01 do 0,5 iW, a wolna powierzchnia półek wynosi 3 do 7%.
3. Kolumnawedługzastirz. 1 albo 2, że każdapółka maprzynajmniej jeden rurowy lub szybikowy przewód opadowy (6) dla cieczy, prowadzący do położonej poniżej strefy, rozpoczynający się bezpośrednio przy półce i mający ujście w przestrzeni zanurzeniowej.
4. Kolumna według zastrz. 3, znamienna tym, że dziurki wykonane są stożkowo w kierunku przepustowym i/lub dla uzyskania ukierunkowanego strumienia, ustawione są skośnie.
5. Kolumnawedług jednego z zas^z. 1 albo 2, albo 4, tym, że dziurki wykonane są jako okrągłe albo w kształcie trójkątnym aż do półeliptycznego lub w kształcie szczelin.
6. Kolumna według jednego z zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienna tym, że odstęp pomiędzy półkami w nagazowywanej środkowej części kolumny znajduje się w zakresie stanowiącym 0,1- do 10-krotność, zwłaszcza 0,5- do 5-krotność średnicy półki.
7. Kolumna według jednego z zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienna tym, że w części środkowej kolumny usytuowany jest jeden lub kilka wymienników ciepła, zwłaszcza płytowy wymiennik ciepła z pionowo ustawionymi płytami.
8. Zas-tosowanie kolumny b^rb<^t^^^<^\^^j określonej zassrzeżeniami 1-7. do przeprowadzania reakcji gazowo-cieczowych, przy czym gaz i ciecz prowadzi się poprzez kolumnę w przeciwprądzie.
9. Zastosowanie według zas-trz. 8, tym, że reakcja gazowo-cieczowa dotyczy stopnia utleniania w procesie antrachinonowym służącym do wytwarzania nadtlenku wodoru, przy czym fazę ciekłą stanowi uwodorniony roztwór roboczy, a fazę gazową stanowi gaz zawierający tlen, zwłaszcza powietrze.

PL 194 793 B1
10. Zastosowanie według zastrz. 9, znamiennetym, 9ż gaz zawierającyO₂ doprowadza się za pomocą gzacZarniz Os Oyopdzaswnnin anag, gmidoayasnras w Oslnrj caęści kolumny bnzbsrnżswdj, awłnoacan an psmscc pdrfozowzndao Oawsng, n zsaOwóz zoboyay OopzowzOaz oię w caęści oacayOswdj kslumny bzzbsrzżswdj, an psmscc gzaąOadnin Os zsapzswzOazniz cidcay.