РЕАКТОР ДЛЯ ХЛОРИРОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА
REACTOR FOR NATURAL GAS CHLORINATION

Изобретение относится к химической технологии и химическому машиностроению, а именно к реакторам газообразного хлорирования природного газа (метана), и может найти применение в производстве хлорметанов.
Известен реактор для хлорирования газообразных углеводородов, содержащий корпус, крышку, инжекционный смеситель и регулирующее устройство, которое выполнено с целью улучшения качества продукта и снижения металлоемкости аппарата в виде стакана с дном выпукло-вогнутой формы, установленного коаксиально корпусу (авторское свидетельство СССР № 644520, МКИ B01J 1/00, опубликовано 30.01.79, Бюл.№ 4).
Выпукло-вогнутая форма дна стакана обеспечивает плавное движение реакционных газов после выхода из инжекционного смесителя без образования застойных зон. Наличие узкой кольцевой полости между стенкой стакана и корпусом реактора при установке стакана коаксиально корпусу позволяет получить режим практически идеального вытеснения из-за увеличения линейной скорости реакционных газов, большего соотношения длины кольцевой полости и ее сечения и, как следствие, отсутствие радиальных температурных градиентов. При этом уменьшаются габариты реактора, снижается его металлоемкость.
Установка стакана с дном выпукло-вогнутой формы увеличивает также дополнительное время пребывания реакционной смеси в аппарате, так как последняя, прежде чем покинуть реактор, опускается вниз и омывает стенку стакана с двух сторон, а не выходит сразу из камеры идеального смешения в верхней части реактора.
Инжекция реакционных газов в зону хлорирования приводит к возврату на хлорирование продуктов хлорирования - метиленхлорида и хлороформа. Возврат последних на хлорирование приводит к снижению селективности процесса хлорирования за счет получения четыреххлористого углерода. Четыреххлористый углерод является озоноразрушающим соединением и запрещен к производству и применению Монреальским протоколом.
Техническая задача изобретения состоит в повышении селективности процесса хлорирования природного газа и, соответственно, увеличении выхода метиленхлорида и хлороформа с одновременным уменьшением выхода четыреххлористого углерода.
Поставленная техническая задача решается тем, что в реакторе для хлорирования природного газа, содержащем корпус, крышку, днище, патрубки для подачи реагентов и вывода продуктов реакции, внутренний стакан, установленный коаксиально корпусу, дно стакана совмещено с днищем реактора, а в центре дна стакана размещен патрубок для подачи реагентов, патрубок для вывода продуктов реакции в нижней части корпуса реактора. Через патрубок для подачи реагентов в реактор заведен смеситель реагентов, состоящий из двух труб, установленных коаксиально, со смесительным соплом.
На чертежах (фиг.1 и фиг.2) схематически показан разрез предлагаемого реактора. Реактор содержит цилиндрический корпус 1, крышку 2, днище 3, патрубок для подачи реагентов 4, патрубок для вывода продуктов реакции 5, внутренний стакан 6, установленный коаксиально корпусу, смеситель реагентов со смесительным соплом 7.
Реактор работает следующим образом. Стакан и корпус реактора перед пуском разогревается или дымовыми газами с помощью горелки 8 (фиг.1), или конвективно с использованием теплоэлектронагревателя 9 (фиг.2).
Рабочий поток хлора и природного газа в необходимом соотношении, а также рециркулирующиеся газы поступают в реактор из смесителя через сопло 7. Турбулентная струя реакционных газов захватывает в себя разогретые газы, находящиеся в стакане 6 реактора, под действием которых происходит диссоциация молекулярного хлора на атомы хлора. Свободные атомы хлора в свою очередь инициируют цепную свободнорадикальную экзотермическую реакцию хлорирования метана. По мере удаления от среза сопла линейная скорость струи газов уменьшается, реакционные газы удаляются из стакана реактора и направляются в кольцевую полость между стенками стакана 6 и корпусом 1 реактора, где процесс заканчивается в условиях эффективного режима вытеснения.
Процесс хлорирования природного газа осуществляется в адиабатических условиях. Продукты хлорирования, находящиеся в кольцевой полости реактора, термостатируют стакан 6 реактора, обеспечивая стабильность процесса хлорирования. Тепло реакции удаляется с реакционными газами, выводимыми через патрубок 5 в нижней части реактора.
Отсутствие внутреннего рецикла реакционных газов исключает возврат метиленхлорида и хлороформа в зону хлорирования, что повышает селективность процесса и уменьшает образование озоноопасного четыреххлористого углерода.