Процессы в жидкой фазе

Периодические процессы. Во многих химических производствах до сих пор проводят периодические процессы под давлением, применяя для этого, главным образом, автоклавы. Особенно распространены автоклавные установки для процессов между веществами, все или часть которых являются жидкостью. Схемы таких установок разнообразны и определяются техноло­гией производства того или иного химического продукта.

Принципиальная схема автоклавного процесса заключается в следующем:

1) в автоклав загружается в определенной пропорции исход­ное сырье; 2) включается нагрев, а также и мешалка если необ­ходимо перемешивать содержимое автоклав 3) по достижении. рабочей температуры реагирующую массу выдерживают в автоклаве в течение определенного промежутка времени, необходи­мого для протекания реакции; 4) продукты реакции перепускают в сборник, из которого они поступают на дальнейшую обработку в соответствии с технологическим процессом производства; 5) в опорожненный автоклав заливают новые порции сырья и рабочая операция повторяется в прежней последовательности.

Таким образом автоклавный процесс является типичным пе­риодическим процессом со всеми свойственными ему недостат­ками. Из них в первую очередь необходимо отметить повышен­ные капитальные затраты на единицу продукции и увеличенные эксплуатационные расходы. Вследствие этого, на современных установках автоклавы стремятся заменять более рентабельными установками непрерывного действия.

Непрерывные процессы. Основой непрерывного процесса в жидкой фазе являются непрерывная подача в реакционный аппарат и вывод из него исходных веществ, а также смешение их перед поступлением на реакцию.

Способы смешения исходных компонентов и подачи их в ре­акционный аппарат зависят от характера применяемых веществ и определяются, главным образом, их взаимной растворимостью. Если исходные вещества растворимы друг в друге или дают устойчивые эмульсии или суспензии, то смешение производится при нормальном давлении в обычных смесителях, а для подачи смеси в реакционный аппарат пользуются одним жидкостным насосом.

Если исходные вещества взаимно нерастворимы и не дают друг с другом устойчивых эмульсий или суспензий, то подача их на реакцию производится раздельно при помощи самостоя­тельных для каждого вещества жидкостных насосов, а смешение производится под давлением, непосредственно на входе веществ в реакционный аппарат в специальных эмульгаторах; сам реак­ционный аппарат при этом часто имеет дополнительное переме­шивающее устройство.

Процессы, протекающие в нескольких фазах

Многие процессы протекают не в одной фазе, но все же одна из них является преобладающей и определяет название процесса. Так, например, в парофазном крекинге незначительная часть тяжелого сырья может находиться в жидкой фазе, наоборот, при обычном жидкофазном крекинге большая часть сырья прохо­дит трубчатку в жидком виде.

Наряду с этим некоторые процессы протекают одновременно во всех трех фазах. Примером такого процесса является де­структивная гидрогенизация или, сокращенно, гидрогенизация угля. При этом процессе в зону реакции поступает смесь из твердого и частично растворившегося в масле угля и водорода, продукты же реакции газообразны и жидки, если не считать золы, плавающего катализатора и непрореагировавших уголь­ных частиц.

Получение высокооктанового жидкого топлива из бурого или каменного угля методом гидрогенизации под высоким давлением представляет большой практический интерес. Особенно это важно для стран, не располагающих достаточными запасами нефти, а также для стран, где месторождения нефти находятся далеко от районов, нуждающихся в жидком топливе и имеющих уголь, пригодный для ожижения.

Уголь состоит из высокомолекулярных соединений, сравни­тельно бедных водородом, бензин же представляет собой смесь низкомолекулярных соединений с высоким содержанием водо­рода. Поэтому задачей деструктивной гидрогенизации является, с одной стороны, расщепление высокомолекулярных соединений, а с другой, — присоединение к ним водорода, поступающего в систему извне. Оба эти процесса протекают одновременно, в присутствии катализаторов, ускоряющих реакцию и проводя­щих ее в желательном направлении. Иными словами, деструк­тивную гидрогенизацию можно рассматривать как гидрирование и каталитический крекинг под высоким давлением водорода.

При гидрогенизации угля получают моторное топливо, по­бочные продукты и газ, представляющий большую ценность для дальнейшей химической переработки.

В заводских условиях, из-за большого газообразования и быстрого коксования катализатора, до сих пор не удалось рента­бельно сразу получить бензин (в одной ступени), поэтому про­цесс гидрирования угля осуществляется в несколько ступеней.

Процесс проводят обычно в двух или трех ступенях, причем для повышения октанового числа моторного топлива вводят иногда четвертую ступень — блок ароматизации бензина.

Первая ступень процесса называется жидкофазным гидриро­ванием, протекающим при температурах от 450 до 485° под да­влением от 200 до 700 ат в присутствии водорода и плавающего катализатора. Продуктами являются: широкая фракция с кон­цом кипения до 325°, тяжелое масло с началом кипения в 325°, возвращающееся для приготовления пасты, шлам и газообраз­ные продукты.

Вторая и третья ступени процесса проводятся в паровой фазе с неподвижным катализатором при температуре от 380 до 520° под давлением от 200 до 700 ат.

Вторая ступень называется предварительным гидрированием, основной целью которого является гидрирование широкой фрак­ции или одного среднего масла, поступающих с блока жидкофаз­ного гидрирования, а также гидрирование кислородсодержащих, азотистых и сернистых соединений, вредных для катализатора следующей ступени.

Третья ступень процесса, или бензинирование, служит для по­лучения бензина путем расщепления среднего масла после блока предварительного гидрирования. Процесс осуществляется на неподвижном катализаторе, под тем же давлением, как и предва­рительное гидрирование.

Четвертая ступень, или блок ароматизации бензина, предна­значена для повышения октанового числа путем каталитической ароматизации. Процесс протекает под давлением 30—50 ат в присутствии неподвижного катализатора и газов, содержащих около 80% водорода. Ароматизация повышает октановое число бензина до 82—83 пунктов.

Большинство существующих заводов перерабатывает уголь в 3—4 ступени и проводит жидкофазный процесс под давлением от 200 до 700 ат, а парофазный от 200 до 325 ат. Однако на некоторых установках давление 700 ат применяют как для жидкой, так и для паровой фаз.

Высокое давление и специальный катализатор позволяют по­лучать высокооктановый авиабензин в две ступени вместо четырех.