利用在流化床反应器中由乙烯制备1,2-二氯乙烷的过程中所产生的反应热的方法

摘要

本发明涉及一种利用在流化床反应器中由乙烯通过与氧气和氯化氢反应(氧氯化)制备1，2-二氯乙烷时产生的反应热的方法，由通过位于反应器内部定位于流化床内的冷却管束引出该反应热，在缩小相应的设备单元的同时改善热利用。这通过如下实现：一部分反应热通过将锅炉给水加热而引出，其中使用经加热的锅炉给水加热制备工艺中吸热设备。

说明书

本发明涉及一种利用在流化床反应器中由乙烯通过与氧气和氯化氢反应(氧氯化)制备1，2-二氯乙烷(EDC)时所产生的反应热的方法，包括通过位于反应器内部定位于流化床内的冷却管束引出该反应热。

用于乙烯的氧氯化的流化床反应器通过沉浸在流化床中的冷却管束冷却(DE 197 18 871 A)。在这些冷却管束内使输入循环中的锅炉给水蒸发。此蒸汽或者输送到设备届区(Anlagengrenze)或者在EDC/VCM-工艺的联合设备中用于塔的加热或预热。在此力求产生尽可能高品质的，即热的蒸汽，因为需要其在EDC/VCM-工艺的不同位置用于供热目的(例如VCM-塔的供热)。用于进行多相催化气相反应的径向流固定床反应器，即另一种反应器类型，由DE 41 31 446 A1已知。

氧氯化反应器的构建尺寸取决于，一方面通过用于引出反应热所需的冷却面积和另一方面通过用于特定的EDC-产量所需的催化剂的量及由此决定的处于流化状态的流化床的容量。通过出于结构性原因所需的冷却管束的构建尺寸造成了，实际的反应器的催化剂储备(Katalysatorinventar)总是大于对于特定期望的产量事实上所需的，或者实际上用催化剂可达到的空时产率由于结构性的原因无法实现。

为了减小反应器大小或提高在给定反应器容量下的产量，即也为了更好地利用催化剂(过程强化)原则上可以用两种方法进行：

1)提高反应温度

提高反应温度一方面导致产量提高(空时产率)，且另一方面(通过增大由流化床至冷却管束的热传递的有效温差)导致改善散热。

此处缺点是，在提高反应温度时同样也增加了由于副反应的生产损失，如大大增加高度氯化的副产物的形成或乙烯氧化至CO和CO₂(专业人士称作乙烯燃烧)且损害此方法的经济性。

2)增大有效温差

通过有效温差的增大可以显著减小所需的冷却面积及因此减小冷却管束的构建尺寸，这也导致了反应器缩小。可以通过降低所产生的蒸汽的压力达到增大温差。但是这导致，产生大量低品质的蒸汽，反过来又恶化了此方法的经济性。

同样，通过将锅炉给水在进入冷却管束前过冷却，可以增大有效温差。

传热系数α′_外(从流化床至外面的冷却管壁的热传递)明显小于传热系数α′_内(从内部的冷却管壁至冷却水的热传递)，更确切地说不仅在单纯的对流热传递的情况下而且也在冷却管内侧的蒸发的情况下。因此，在由蒸发冷却部分地或完全地过渡至对流冷却时，总传热系数K仅稍微改变。有效温差对于每单位面积可传递的热量影响明显更大。

锅炉给水的过冷却可以以不同的方式进行；例如在热交换器中的过冷却可以借助空气冷却或水冷却来进行。但此变化方案是不经济的，因为热不可再利用。

另一种变化方案为通过中间膨胀来冷却锅炉给水。此处将所述的锅炉给水在一个(附加的)蒸发容器中膨胀到较低的压力，其中产生具有相应温度的给定的蒸汽量。同样此方法在经济上是有不利的，因为会产生低品质的蒸汽。此外，需要额外的设备且锅炉给水泵的电能消耗增加，因为必须使锅炉给水在膨胀后重新达到出口压力。

为了解决上述问题，本发明的任务在于，在缩小相应设备单元的同时改善热利用。

用开篇提到的那种方法，此任务根据本发明可由以下途径实现，一部分反应热通过锅炉给水的加热而引出，其中经加热的锅炉给水用于加热EDC、VCM、PVC制备工艺中的吸热设备或用于其它吸热设备。

根据本发明方法的优势在于，EDC/VCM/PVC-联合设备中的吸热设备不再像迄今为止的那样用蒸汽加热，而是直接用经加热的锅炉给水。

由此锅炉给水冷却，并且然后可以重新输入氧氯化反应器的冷却管束中用于新的加热。因此，氧氯化的反应热被进一步利用，且维持了所述方法的经济性。在此反应热可能完全地通过加热锅炉给水而引出，或者锅炉给水可以部分被蒸发。

一个特别的优势在于，在伴随流速降低相应地蒸汽量减少的情况下，冷却水方面的消耗显著降低。

EDC/VCM/PVC-制备的联合设备中适合的吸热设备的实例为：

循环蒸发器        VCM-塔

循环蒸发器        HCl-塔

循环蒸发器        VCM-汽提塔

循环蒸发器        低沸物塔

循环蒸发器        排水塔

预热器            EDC(EDC-裂解)

预热器            循环气体(氧氯化)

预热器            HCl(氧氯化)

干燥器            (PVC-干燥)

但是本发明并不局限于这些实例。

进一步的实施方案、特征和优势由从属权利要求给出。在此可以设计为，通过经反应热所加热的锅炉给水来加热制备1，2-二氯乙烷/氯乙烯的联合设备中的蒸馏塔。

根据本发明的另一种可能性在于，通过经加热的锅炉给水来加热用于加热制备1，2-二氯乙烷/氯乙烯的联合设备中的过程流的热交换器，其中根据本发明还可以设计为，通过经加热的锅炉给水来加热聚氯乙烯(PVC)的干燥装置。

如上已经提到的，也可以相应地加热其它吸热设备。

实施例：

在氧氯化反应器中应传递19221kW的热功率。借助于沉浸在流化床中的每个由12根外径为88.9mm长为11.5m的管子组成的冷却管束来进行热传递。

(在计算面积时仅考虑直的管长；忽略连接性弯管。)

1  通过蒸发的热传递

将锅炉给水在186℃蒸发(蒸汽压约为11.5巴绝对压力)。作为总传热系数测定为400W/m²K。反应温度(流化床温度)为215℃。用这些数据可以由所需的19221kW传递功率计算出所需的1657m²的热交换面积，这相当于约43个冷却管束。在此每个冷却管束将传递约447kW的热功率。在锅炉给水的蒸发焓为1992.5kJ/kg时，每小时产生约34.7吨蒸汽。由此在蒸发率为8％时，产生约434t/h的锅炉给水循环量。

2  通过产生热水的热传递

19221kW/m²的热功率应主要通过锅炉给水的加热传递。作为总传热系数测定为395W/m²K。借助数值计算方法迭代确定所需的锅炉给水循环量，其在所供使用的管长中加热至186℃。在此使用同样的方法确定每个冷却管束传递的热功率。得出锅炉给水量为每个冷却管束10,093t/h。通过加热锅炉给水，每个冷却管束将传递约320kW的热功率。得出作为用于加热锅炉给水所需的管长约为70m。然后还有138-70＝68m可供使用，其相当于19m²的热交换面积。

用400W/m²的传热系数和29℃(215-186)的温差，可以计算出通过蒸发传递的热功率为220kW。因此总共可以传递320+220＝540kW，这相当于增长约20％。如果锅炉给水的入口温度降至150℃，可以用同样的方法确定功率增长是44％。如此可达到的增长可以于设备的新规划时利用，以经济地设计反应器，或者为了强化现有的设备。

本发明以下将依据附图进一步阐述。其以简化的描述显示设备图解中根据本发明方法所使用的设备。

在以1标示的氧氯化反应器中存在流化床2，由其出来的产品经由反应器旋风分离器3或相应的催化剂分离器输送至产品分离4的产物中。

在此，以5标示循环气体压缩机，其将所述的循环气体送回至氧氯化反应器中，其中相应的原料也同样被输送至该反应器。

对于本发明重要的是，用来自蒸发容器7的经冷却的锅炉给水进给至以6标示的冷却管束，其中所述的锅炉给水通过泵8循环。

在所示的实施例中(本发明不限于此)，所述的锅炉给水在蒸馏塔10的循环蒸发器9释放其热量，且从而以本发明的方式冷却。还以11标示了锅炉给水的输入。

其他如前所述，本发明不局限于此实施例。经由锅炉给水也可以加热其他的设备单元。