СПОСОБ БЕЗОПАСНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ГАЗОФАЗНОГО ЧАСТИЧНОГО ОКИСЛЕНИЯ
METHOD FOR SAFE GAS-PHASE PARTIAL OXIDATION

Изобретение относится к способу безопасного проведения непрерывно проводимого гетерогенно-катализируемого газофазного частичного окисления, по меньшей мере, одного органического исходного соединения в реакторе, в котором поток загружаемой газовой смеси наряду с, по меньшей мере, одним частично окисляемым органическим исходным соединением и молекулярным кислородом в качестве окислителя включает, по меньшей мере, один разбавляющий газ, остающийся в основном инертным в условиях гетерогенно-катализируемого газофазного частичного окисления, и получают объединением, по меньшей мере, двух различных исходных потоков, при котором под включением измерения online концентрации одного или нескольких выбираемых компонентов в потоке загружаемой газовой смеси, в одном или нескольких исходных потоков, создающих поток загружаемой газовой смеси, и/или потоке газовой смеси продукта предотвращается то, что реактор загружают взрывчатой с технической точки зрения или по другому не управляемым потоком загружаемой газовой смеси, причем для измерения online парциального тока соответственно анализируемый газовый поток непрерывно вводят (на одну сторону) в измерительную ячейку анализирующего прибора и во время проводимого измерения (на другой стороне) выводят из измерительной ячейки анализирующего прибора в освобожденную атмосферу.
2
2
2
2
2
Под частичным окислением органического исходного соединения молекулярным кислородом в качестве окислителя понимают такие превращения органического исходного соединения в присутствии молекулярного кислорода до, по меньшей мере, одного целевого соединения, отличающегося от СО, CO и НО, при котором кислотное число, по меньшей мере, одного атома углерода в, по меньшей мере, одном органическом целевом соединении больше, чем в органическом исходном соединении. Таким образом частичными окислениями являются, в частности, все превращения органического исходного соединения с молекулярным кислородом до, по меньшей мере, одного целевого соединения, отличающегося от СО, CO и HO, содержащего, по меньшей мере, один атом кислорода больше, чем органическое исходное соединение. В особенности частичным окислением является также оксидегидрирования и окислительные дегидрирования (в случае последнего образуется, по меньшей мере, нейтральный молекулярный водород и его окисляют на следующей стадии, по меньшей мере, частично до HO) насыщенных углеводородов до ненасыщенных углеводородов (например, от пропана до пропилена).
Частичное окисления органических исходных соединений используют в большом объеме для получения органических целевых соединений самого различного вида (например, получение акриловой кислоты из пропена и/или пропана, получение этиленоксида из этилена, получение метакриловой кислоты из изобутена и/или изобутана, или получение пропилена из пропана). Для этого, как правило, смешивают, по меньшей мере, два материальных исходных потока, а именно, по меньшей мере, один исходный поток, содержащий, по меньшей мере, одно исходное соединение (реакционноспособное исходное вещество или вещества) и, по меньшей мере, один молекулярный кислород, для потока загружаемой газовой смеси перемешивают друг с другом, причем смесь при подходящем активировании (например, благодаря катализатору) желаемым способом до получения потока газовой смеси продукта, содержащего, по меньшей мере, одно целевое соединение. Однако применяемые при этом химические реакционноспособные исходные вещества (органические исходные соединения), в преобладающем числе в присутствии молекулярного кислорода наряду с желаемой реакцией до целевого соединения, определенные компоненты состава загружаемой газовой смеси могут, однако, нежелательно прореагировать, причем это течение реакции вызывается, как правило, не целенаправленно используемыми (то есть, как правило, случайно присутствующими) причинами (например, источники воспламенения, такие как искры или случайно перегретая поверхность), и затем может развиваться со значительным повышением давления сгорание взрывчатых веществ как взрыв или даже как детонация.
Безопасное управление воздействиями всех возможных нежелательных течений реакций в случае проведения было бы возможно только с огромными затратами, например, путем крайне дорогого конструктивного исполнения реакционных аппаратов, которое в таком случае может происходить для гораздо более высокого давления, чем при нормальном режиме, должно быть рассчитано, отчего в безопасном уклонении определенных опасно взрывчатых составов загружаемой газовой смеси заранее для предотвращения определенных нежелательных течений реакций обоснованно лежит большой экономический потенциал. Так как в течение частичного окисления реагенты расходуются, смеси реакционных газов, образующиеся из загружаемой газовой смеси в течение частичного окисления, всегда в таком случае, как правило, хорошо поддаются управлению, если загружаемая газовая смесь сама хорошо поддается управлению.
Основополагающее общее описание, также как образ действия и защита, соответствующие уровню техники и регулированию, нужно взять в руководстве к директиве 1999/92/EG комиссии EU в конечной формулировке от апреля 2003.
Универсальное избежание способных к возгоранию загружаемых газовых смесей допустимо вследствие того, что содержание органических частей в загружаемой газовой смеси, конечно, сохраняется ниже минимального значения, необходимого для способности к воспламенению (нижние пределы взрываемости; на характер пределов взрываемости можно оказывать влияние путем применения инертных разбавляющих газов (это газы, которые в течение частичного окисления остаются до, по меньшей мере, 95% масс., предпочтительно до, по меньшей мере, 98% масс. и больше не изменяются; типичными инертными разбавляющими газами являются, например, молекулярный азот, благородные газы и водяной пар; инертным разбавляющим газом, однако, может быть и сам способный к возгоранию газ, такой как, например, пропан, в случае частичного окисления пропилена до пропиленоксида)). Выводом такого действия при использовании вышеназванного содержания управляемых измерительных устройств согласно уровню техники в, как правило, таких незначительно концентрированных загружаемых газовых смесях (лежащих очень далеко от возможной граничной концентрации) является то, что требуемая реакция не является экономически предпочтительной или рационально невозможной.
Альтернативная возможность для избежания воспламенения способных к воспламенению загружаемых газовых смесей состоит в безопасном повышении концентрации органических частей выше максимального значения, так называемых верхних пределов взрываемости. Недостатком такого действия является то, что при использовании этой концентрации управляющими измерительными устройствами согласно уровню техники полученная при этом загружаемая газовая смесь со ссылкой на целевую реакцию, как правило (лежащую значительно выше данной верхней границы), имеет составы, которые с одной стороны являются только незначительно реакционноспособными, так что получают только незначительную скорость реакции, и с другой стороны в большинстве случаев имеют очень высокий избыток органических реакционных исходных веществ, из которых вытекает необходимость отделить данный избыток из полученной газовой смеси продукта и обязательно вернуть в загружаемую газовую смесь, что в обоих случаях является экономически невыгодным. Также избыток концентрации органических частей относительно к стехиометрии реакции, как правило, отрицательно воздействует на стойкость катализатора.
Третья возможность состоит, например, в том, что понижают концентрацию молекулярного кислорода в загружаемой газовой смеси при нижнем граничном значении, так называемую граничную концентрацию кислорода. Независимо от другого состава загружаемой газовой смеси в таком случае больше невозможны никакие воспламенения. При использовании концентрации кислорода управляющими измерительными устройствами согласно уровню техники это требует значительного превышения вышеназванной граничной концентрации, когда его следствием являются, как правило, также невозможные высокая скорость реакции и скорость превращения.
Чтобы избежать данных недостатков, требуются содержания или концентрации управляющими устройствами, которые также при нормальной эксплуатации обеспечивают по возможности значительное использование еще более безопасной области составов в рамках по возможности значительного, но еще безопасного приближения к границам способных к воспламенению составов загружаемых газовых смесей, и которые благодаря полученным вследствие этого высоким парциальным давлениям реагентов способствуют по возможности высоким степеням превращения и скоростям превращения, именно также для желаемого течения реакции частичного окисления и таким образом по всем правилам экономически самому предпочтительному режиму эксплуатации.
При различных гетерогенно-катализируемых газофазных частичных окислениях (например, при частичном окислении ксилолена до ангидрида фталевой кислоты) относительно реакционно-технического течения и экономически рационально даже желательно устанавливать составы загружаемых газовых смесей, которые правда находятся в пределах области способных к воспламенению составов, чье поведение однако в случае нежелательного воспламенения поддается регулированию путем подходящего оснащения и/или конструктивного исполнения еще со сравнительно ограниченными затратами. Полное исчерпание вышеназванного выбора требует однако содержаний/концентраций управляющими измерительными устройствами, которые обеспечивают, конечно, ограниченное, то есть точно управляемое превышение пределов области воспламенения, и исключает недопустимое следующее проникание в способный к воспламенению режим загружаемых газовых смесей с, при необходимости, не более управляемыми течениями реакций.
2
Управляемое ограниченное превышение границ области воспламенения, подчиняющей органические компоненты загружаемой газовой смеси, и одновременное удержание достаточно безопасного расстояния состава загружаемой газовой смеси от, например, способных к воспламенению стехиометрических смесей, то есть таких смесей, при которых молярные соотношения реакционноспособного кислорода и органических компонентов для полного сгорания углерода органических компонентов до CO являются стехиометрически идеально подходящими, и при которых вследствие его воздействия нежелательных воспламенений в форме, например, характерного повышения давления и температуры были бы очень сильными, то есть очень неблагоприятными и меньше всего управляемыми, открывают многократно только возможность экономически рационально проводить определенные способы получения частичного окисления.
Поэтому большим интересом и преимуществом является то, чтобы путем подходящих управляющих и ограничивающих мероприятий способствовать превышению границ способных к воспламенению составов загружаемых газовых смесей или приблизительно, как возможно, без данных границ, или же превысить данные границы, именно, когда воздействия непланомерного проявления в случае такого превышения поддаются управлению аппаратурно, еще выгодно по затратам. Основой таких управляющих и ограничивающих мероприятий является по возможности точное знание различных параметров процесса и здесь, в частности, концентраций присутствующих материальных компонентов загружаемой газовой смеси, как, например, приводят в немецкой заявке на патент DE 10232482, чтобы получить данное значение, обычно даже определяют экспериментально online концентрации выбираемых компонентов потока загружаемой газовой смеси, в одном или в нескольких исходных потоках, образующих поток загружаемой газовой смеси, и/или в потоке газовой смеси продукта, полученного путем газофазного частичного окисления (например, из еще содержащегося в потоке газовой смеси продукта, не превращенного при частичном окислении молекулярного остаточного кислорода), полученные результаты связывают обратно с получением потока загружаемой газовой смеси и, в крайнем случае, частичное окисление прерывают путем отказа от органического исходного вещества (смотри немецкую заявку на патент DE 10232482).
Не более управляемая загружаемая газовая смесь может однако присутствовать также в том случае, если содержание загружаемой газовой смеси к молекулярному кислороду, в частности, является слишком незначительным, чем если бы содержались, как правило, массы многоэлементных оксидов, при их получении, как правило, кроме того, дорогие катализаторы во время частичного окисления повторно не окисляются больше в достаточном объеме и вследствие этого, при необходимости, необратимо деактивируются, что в последующем ведет за собой прерывание частичного окисления. Впрочем, поток газовой смеси продукта после отделения целевого продукта также может быть даже исходным потоком для получения потока загружаемой газовой смеси.
В патенте США 2004/0181090 описывают, что измерительные устройства или системы уровня техники для определения таких газовых концентраций имеют значительные неточности и поэтому являются недостаточно надежными. Предлагают в качестве растворяющей исходной смеси в качестве альтернативы к повышенным пунктам безопасности от допустимых граничных составов, только при одновременном показании недопустимых состояний путем второго сравнительного или контрольного метода допустить наличие ошибки и вызвать отключение газофазного частичного окисления. Однако в несколько удовлетворительном способе это приводит к приблизительно вдвое более высоким издержкам на установку с соответственно неэкономичными затратами, при этом, по меньшей мере, для одной части устройств мирятся с сомнительной надежностью.
Собственные исследования возможных причин для вышеназванных неточностей дают в итоге следующее.
Преобладающее число известных измерительных способов для определения online концентраций в газовой смеси устанавливает плотность частиц (число частиц на элемент объема) определяемого вида в предварительно заданном газовом объеме (например, объеме измерительной ячейки). Число частиц, например, молекулы в измерительном объеме подчиняется признанным физическим закономерностям из области феноменологической термодинамики и в области законности идеального газового закона, который можно принимать типично для таких измерений, является прямо пропорциональным абсолютному давлению и обратно пропорциональным абсолютной температуре в измерительном объеме.
Определение концентраций (в частности, в случае молекулярного кислорода) может проводиться, например, согласно способам, описанным в немецких заявках на патент DE 10117678 и DE 102005052923. Они основываются, в том числе, на том, что электромагнитное излучение с длиной волн, при котором поглощаются определяемые виды, проводят через измерительную ячейку анализирующего прибора и не изменяют часть электромагнитного излучения за измерительной ячейкой, поглощенную находящимися в измерительной ячейке определяемыми видами.
Концентрацию кислорода можно измерить, например, в помощью лазерного излучения, чью длину волн устанавливают на вращательной тонкой структуре полос молекулярного кислорода. Для калибровки измерения лазерным лучом можно просветить калибровочную ячейку, которая содержит газ с определенным содержанием кислорода или через которую проводят газ с определенным содержанием кислорода. Вышеназванный лазер может быть, например, диодным лазером, чью длину волн устанавливают на вращательной тонкой структуре полос молекулярного кислорода в области от 759,5 до 768 нм. При этом область модуляции может составлять + 0,05 нм. В принципе для предложенной согласно изобретению цели можно применять, например, газоанализирующий прибор тип Ultramat23 фирмы Siemens (работает в инфракрасной области). Вышеназванный измерительный способ подходит, в частности, для параллельного определения пропана и/или пропилена в инфракрасной области (ИК). Для этого могут подходить, в том числе, измерительные приборы тип MCS 100 (многочастотный прибор) или тип Unor, соответственно фирмы Sick-Maihak в DE-Reute.
R
2
2
Для предложенного согласно изобретению способа также подходят измерительные способы, которые базируются на полностью других связях. Молекулярный кислород имеет, например, сравнительно большую парамагнитную восприимчивость. Это применяется в анализаторах кислорода серии OxymatR фирмы Siemens, а также анализаторах кислорода серии РМА фирмы М&С Products Analysentechnik GmbH в D-40885 Ratingen. При этом речь идет об анализирующих приборах, которые на основе своего очень быстрого времени срабатывания, своего незначительного застойного объема, своей незначительной поперечной чувствительности относительно других газовых компонентов, а также прямой способности протекания измерительной ячейки являются особенно предпочтительными (например, версия РМА 30). Измерительные способы на основе вышеназванного принципа относятся к самым точным количественным способам определения для молекулярного кислорода в области от 0 до 100% масс. Зажимные поломы на вышеназванных приборах закрепляют диамагнитную гантель с уровнем, находящимся в крутящем пункте, и встроены в неоднородное магнитное поле. Кислород, вследствие своего парамагнетизма, стремится в неоднородное магнитное поле измерительной ячейки. При этом молекулы О оказывают на гантель крутящий момент, и они отклоняются соответственно концентрации кислорода. Благодаря оптической развертке электронным образом получают поток, который течет через проволочное кольцо, которое лежит вокруг гантели, и она поворачивает обратно в нейтральное положение. Компенсационный поток является пропорциональным содержанию кислорода измерительного газа, вследствие этого показание O является абсолютно линейным.
В принципе применяют принципиально также газохроматографические или электрохимические способы. В случае последних анализируемые виды ионизируют через подходящую подачу энергии и непрерывно определяют электрическую проводимость газа, находящегося в измерительной ячейке.
Согласно способу уровня техники для цели проведения анализа online газового потока от данного газового потока, как правило, через подходящее количественное дозирующее устройство берут парциальный поток подобного состава, который затем на основе перепадов между давлением в анализируемом газовом потоке и давлением в измерительном объеме (в измерительной ячейке анализирующего прибора) и/или через подающее устройство, которое обеспечивает такой перепад давления, в измерительный объем (в измерительную ячейку) измерительного прибора и оттуда снова на основе перепада давления ведут в освобожденную атмосферу (это атмосфера, в которую отпускают парциальный поток после проведенного измерения; в самом простом способе это может быть атмосфера окружающей среды; освобожденная атмосфера также может быть искусственным путем полученная атмосфера, например атмосфера помещения, находящегося при приведенном давлении (или при давлении выше атмосферного) с помощью вакуумного насоса) устремляется в него, причем в пределах измерительного объема (в пределах измерительной ячейки) на основе очень низкого падения давления в направлении потока устанавливается систематически практически равное давление как давление освобожденной атмосферы, но в частности колебания освобожденной атмосферы.
В соответствующем способе в измерительной ячейке также обеспечивают колебания давления в анализируемом газовом потоке.
Изменения и/или колебания давления и/или температуры в измерительном объеме (измерительной ячейке) приводят, однако, непосредственно к измененным значениям устанавливаемых концентраций и вероятно являются причинами проблем, описанных в патенте США 2004/0181090. Дополнительно они обусловлены необходимостью выдерживать безопасно установленные минимальные расстояния к вышеописанным, избегающим способности к воспламенению составам, ограничение доступных областей концентраций для желаемого частичного окисления, так как неточности учитывают путем повышенного безопасного расстояния. Альтернативно требуется контрольный вариант согласно учению патента США 2004/0181090.
Поэтому задачей предложенного изобретения является обеспечение измерения концентраций, в частности, относительно техники безопасности воспламенения важных веществ загружаемой газовой смеси для частичного окисления принципиально с такой точностью, что данное измерение не представляет огранивающий элемент относительно безопасно используемой области составов загружаемой газовой смеси, и одновременно можно отказаться от дорогостоящей и относительно ограничивающей грузоподъемность с точки зрения техники безопасности методики, как описывают в патентной заявке США US2004/0181090.
Решение данной задачи состоит в способе безопасного проведения непрерывно проводимого гетерогенно-катализируемого газофазного частичного окисления, по меньшей мере, одного органического исходного соединения в реакторе, в котором поток загружаемой газовой смеси наряду с, по меньшей мере, одним частично окисляемым органическим исходным соединением и молекулярным кислородом в качестве окислителя включает, по меньшей мере, один разбавляющий газ, остающийся в основном инертным в условиях гетерогенно-катализируемого газофазного частичного окисления, и получают объединением, по меньшей мере, двух различных исходных потоков, при котором под включением измерения online концентрации одного или нескольких выбираемых компонентов в потоке загружаемой газовой смеси, в одном или нескольких исходных потоков, образующих поток загружаемой газовой смеси, и/или потоке газовой смеси продукта предотвращается то, что реактор загружают взрывчатой с технической точки зрения или по другому не управляемым потоком загружаемой газовой смеси, причем для измерения online парциального потока соответственно анализируемый газовый поток непрерывно вводят в измерительную ячейку анализирующего прибора и во время проводимого измерения выводят из измерительной ячейки анализирующего прибора в освобожденную атмосферу, при этом анализируемый газовый поток и/или освобожденная атмосфера подлежат колебаниям давления, который отличается тем, что влияние колебаний давления анализируемого газового потока и/или освобожденной атмосферы на измерительное давление в измерительной ячейке в анализирующем приборе и таким образом на результат измерений
а) на основе расчета корректируют, и/или
b) вследствие этого минимизируют таким образом, что измерительное давление в измерительной ячейке анализирующего прибора независимо от давления анализируемого газового потока и/или освобожденной атмосферы поддерживается постоянным или регулируется с помощью регулятора давления.
Более чуствительные измерительные способы для определения online концентраций в газовой фазе, как уже упомянуто, устанавливают плотности частиц анализируемого вещества. Число частиц, например, молекулы, в зависимости от измерительного объема подчиняется признанным физическим закономерностям и в области идеального газового закона является прямо пропорциональным абсолютному давлению в измерительном объеме и обратно пропорциональным абсолютной температуре в измерительном объеме. При известности давления и температуры в измерительной ячейке таким образом сравнительно просто возможна вышеназванная коррекция на основе расчета.
Кроме того, найдено, что важный внешний (расположенный не в собственном измерительном принципе) фактор влияния такого измерения способом согласно уровню техники является в частности колебанием измерительного давления в измерительной ячейке, которое можно сократить путем мероприятий по регулированию давления в значительной мере, вследствие этого на основе базирующихся на технике безопасности допусков можно значительно избежать предварительных заблаговременно вызванных прерываний проводимого газофазного частичного окисления, которое происходит реже и/или позднее, с выводом более лучшей экономичности, благодаря расширенно проходящего использования допустимых с точки зрения техники безопасности областей составов загружаемых газовых смесей и благодаря более лучшей или более интенсивной реакции на основе более высокой реакционноспособности загружаемых газовых смесей.
Согласно способу по уровню техники, как уже описано, для цели проведения анализа online газового потока от данного газового потока, как правило, через подходящее количественное дозирующее устройство (в самом простом случае более твердый или переменный регулируемый поперечный разрез) берут парциальный поток подобного состава, который затем на основе перепадов между давлением в анализируемом газовом потоке и давлением в измерительном объеме (в измерительной ячейке анализирующего прибора) и/или через подающее устройство, которое обеспечивает такой перепад давления, направляют в измерительный объем (в измерительную ячейку) измерительного прибора и оттуда снова на основе перепада давления направляют в освобожденную атмосферу (это атмосфера, в которую отпускают парциальный поток после проведенного измерения; в самом простом способе это может быть атмосфера окружающей среды; освобожденная атмосфера также может быть искусственным путем полученная атмосфера, например атмосфера помещения, находящегося при приведенном давлении с помощью вакуумного насоса).
Благодаря способу согласно уровню техники измерительным прибором в измерительном объеме (в измерительной ячейке) выраженное давление освобожденной атмосферы теперь согласно предложенному изобретению простым способом можно разъединить и регулировать путем промежуточного подключения (между измерительной ячейкой и освобожденной атмосферой) устанавливающего и/или регулирующего отверстия для протекания от давления освобожденной атмосферы. Данное отверстие для протекания соответственно состояниям давления в измерительном объеме (в измерительной ячейке) и в освобожденной атмосфере варьируют таким образом, что в измерительном объеме (в измерительной ячейке) преобладает значительно более постоянное давление независимо от давления в освобожденной атмосфере и также независимо от парциального потока, протекающего в измерительном объем (в измерительную ячейку).
То есть основной принцип предложенного согласно изобретению регулирования давления состоит в том, что парциальный поток, проходящий через измерительную ячейку анализирующего прибора, регулируют на значение, независимое от соответственно важных давлений в освобожденной атмосфере или в анализируемом газовом потоке.
Согласно изобретению целесообразно данный основной принцип осуществлять с помощью расположенного между измерительной ячейкой и освобожденной атмосферой регулятора давления в форме регулируемого узкого прохода, например регулирующего вентиля с подходящим регулирующим устройством (например, подвижный шпиндель с коническим поперечным разрезом). В качестве приводной энергии примеряют как собственную энергию измерительной системы даже, такую как, например, разницы давления, действующие на мембранах (например, существующая между освобожденной атмосферой и измерительной ячейкой разница давления или существующая между измерительной ячейкой и анализируемым газовым потоком разница давления), но также и чужую энергию, такую как, например, давление газа и жидкости, спускаемое от собственной измерительной системы (например, «давление воздуха») и/или механическую энергию, вводимую с помощью пружины (пружин).
Таким образом, устанавливается такое отрегулированное равновесие между анализируемым газовым потоком из газофазного парциального окисления, поступающим в измерительный объем (в измерительную ячейку), и из измерительного объема в освобожденную атмосферу выходящего количества газа с сохранением почти постоянно отрегулированного давления в измерительном объеме.
Включение другого соответственно применяемого регулятора давления между анализируемым газовым потоком и измерительной ячейкой дополнительно улучшает постоянство давления в измерительной ячейке.
Согласно изобретению целесообразно дополнительно к применению предложенного согласно изобретению регулирования давления сократить влияние колебаний измерительной температуры на результат измерения посредством того, чтобы постоянно регулировать температуру измерительного объема (измерительной ячейки). Для этого анализирующий прибор или анализирующие приборы можно установить в кондиционируемое помещение. Однако часто является достаточно термостатирования измерительной ячейки в пределах анализирующего прибора.
Предложенный согласно изобретению способ предусмотрен даже для измерения online концентрации одного или нескольких выбираемых компонентов в потоке загружаемой газовой смеси, в потоке газовой смеси продукта и/или в одном или нескольких исходных потоках, образующих поток загружаемой газовой смеси, то есть для измерения концентрации в текущем режиме непрерывного гетерогенно-катализируемого газофазного частичного окисления.
Используемый согласно изобретению регулятор давления, чтобы установить постоянным или регулировать измерительное давление в измерительной ячейке анализирующего прибора независимо от актуального давления освобожденной атмосферы, может быть образован предпочтительно в виде цельного, компактного элемента, который, в частности, может быть коммерчески доступным и встраивается в виде такого на выходе газового потока из измерительной ячейки, то есть между анализирующим прибором и освобожденной атмосферой.
Также возможно образовать регулятор давления в виде некомпактного элемента, причем образуются две или несколько устанавливающие их функциональные единицы - измерительное устройство, регулирующее устройство и привод (регулятор течения, включая стимул) - в виде элементов, механически разделенных друг от друга. При этом измерительное устройство устанавливает нужное давление в измерительном объеме (в измерительной ячейке), оно выдает сигнал в регулирующее устройство, которое снова выдает управляющий сигнал в привод, который варьирует обтекаемое потоком поперечное сечение, и таким образом устанавливает давление в измерительном объеме.
Предпочтительно дополнительно к регулятору давления на выходе газов из него, то есть, между регулятором давления и освобожденной атмосферой, можно ввести подающее устройство для анализируемого или анализируемых парциальных потоков с измерением концентрации одного или нескольких выбираемых компонентов.
Подающее устройство предпочтительно может быть мембранным насосом, однако при этом применяют также другие применяемые насосы, например поршневой дозирующий насос или рукавный насос или также другие специально подогнанные насосы. Предпочтительными являются одноступенчатые насосы, в частности газовые мембранные насосы специального типа М56ех фирмы KNF-Neuberger D-Freiburg i. Br., подходящими являются, например, также газовые мембранные насосы тип N86 и N87 фирмы KNF-Neuberger D-Freiburg i. Br., и сильфонные насосы типовой серии Р 2.2 или US-P 2.6 фирмы Bühler D-Ratingen. Также применяют мембранные насосы, например, тип FM 1101 фирмы Fürgut в D-Tannheim.
В данном варианте осуществления с подающим устройством возможно работать при стабильном измерительном давлении в измерительной ячейке анализирующего прибора или анализирующих приборов, которое в основном любым способом отклоняется от давления в освобожденной атмосфере. В одном варианте осуществления измерительное давление может находиться ниже давления освобожденной атмосферы, в другом варианте осуществления может также быть одинаковым или выше, чем давление освобожденной атмосферы.
Для точности измерения является предпочтительно работать при избыточном давлении относительно давления в освобожденной атмосфере, так как вследствие этого даже при очень низких технологических герметичностях никакой газ снаружи не проникает в измерительный объем (в измерительную ячейку), что может искажать результат измерения. Данный вариант способа является, например, в таком случае особенно целесообразным, если компонентом анализируемого газового потока, чью концентрацию измеряют, является кислород, так как атмосфера, окружающая измерительный прибор и таким образом измерительный объем, как правило, является кислородсодержащим воздухом.
Напротив, анализируемый газовый поток, чью концентрацию, по меньшей мере, одного компонента измеряют, содержит токсичное вещество, таким образом, измерение при повышенном давлении относительно давления в освобожденной атмосфере (часто естественная измерительная окружающая среда космоса) часто предпочтительно, т.к. можно избежать просачивания токсичного вещества наружу. Повышенная безопасность приводит при определенных обстоятельствах, однако, к обязательствам ограниченной измерительной точности вследствие проникания постороннего газа.
Согласно изобретению особенно целесообразно, чтобы давление в пределах измерительной ячейки отклонялось не больше чем +100 мбар от давления в освобожденной атмосфере, или от давления в анализируемом газовом потоке. Данное обстоятельство лежит в основе того, что предложенная согласно изобретению система управления давлением в рамках высокой измерительной точности в целом должна очень ощутимо реагировать. Высокие разницы давления являются, как правило, невыгодными для требуемой чувствительности давления.
При другой предпочтительной предложенной согласно изобретению разработке способа можно подавать парциальные потоки двух или более друг от друга независимых, независимо друг от друга анализируемых газовых потоков для измерения соответствующей концентрации одного или нескольких их компонентов соответственно к соответствующему числу параллельно работающих анализирующих приборов и газовые потоки, выходящие из анализирующих приборов, с целью регулирования давления измерения каждый отдельный анализирующий прибор подают к потоку смеси только отдельного регулятора давления и последовательно выпускают в освобожденную атмосферу. Вышеуказанный вариант оказывается, в частности, предпочтительным в том случае, если различные компоненты газовых потоков химически совместимы друг с другом.
Существенное преимущество данного варианта способа состоит в том, что итоговые ошибки для всех анализируемых газовых потоков являются идентичными, так как концентрации одного или нескольких выбираемых компонентов из всех анализируемых газовых потоков определяют при соответственно идентичных условиях. Исходя из этого получается, что для всех измерений необходим только единственный регулятор давления, также преимущество в сокращении затрат.
Согласно изобретению предпочтительно можно использовать вышеописанный регулятор давления для одного или нескольких парциальных потоков анализируемых газовых потоков, чью концентрацию одного или нескольких выбираемых компонентов устанавливают так, чтобы один или несколько анализируемых парциальных потоков вернуть в соответствующий газовый поток, из которого он взят.
Данный вариант осуществления с возвратом анализированных парциальных потоков с помощью подающего устройства в анализируемые газовые потоки непрерывно проводимого гетерогенно-катализируемого газофазного частичного окисления является особенно предпочтительным, в частности, при нежелательных потерях выхода или также, при необходимости, удаления отходов веществ с проблемным содержанием (нежелательных), так как для такого удаления отходов в процессе (парциального окисления и включительно отделения целевого продукта) даже по другим основаниям присутствуют систематические уже соответствующие касающиеся этого меры предосторожности.
В другом варианте осуществления можно добиться дополнительного уменьшения отклонений регулируемой величины посредством того, что, например, постоянный добавочный газовый поток (поток газа-носителя) вводят через (в общем между) одну или несколько измерительных ячеек и регулятор давления, так что регулятор давления всегда имеет стабильный минимальный поток. Согласно изобретению благоприятно в качестве такого постоянного добавочного потока применяют газовый поток, который оказывается инертным относительно парциального окисления (например, молекулярный азот).
Часто выбираемым компонентом или одним из выбираемых компонентов газового потока, чью концентрацию измеряют в анализирующем приборе, является молекулярный кислород.
Часто выбираемым компонентом или одним из выбираемых компонентов газового потока, чью концентрацию измеряют в анализирующем приборе, является пропилен и/или пропан.
В заключении упоминают, что предложенный согласно изобретению способ можно использовать, в частности, также для определения содержания кислорода для способа, описанного в немецкой заявке на патент DE 102005052923. Кроме того, это подходит к определениям концентрации для способа, описанного в немецкой заявке на патент DE 10232482.
Согласно вышесказанному предложенный согласно изобретению способ подходит, в частности, для использования в рамках гетерогенно-катализированного парциального окисления пропилена и/или пропана до акролеина и/или акриловой кислоты.
Изобретение более подробно поясняют далее с помощью чертежа, а также примеров осуществления. Чертеж показывает результаты колебаний значений измерения концентрации кислорода при изменении давления воздуха в анализирующем приборе согласно уровню техники, то есть без регулятора давления для сравнения и в анализирующем приборе с регулятором давления согласно изобретению.
2
2
На чертеже давление воздуха окружающей среды (освобожденная атмосфера является естественной внешней окружающей средой в измерительном пространстве) приводят в мбар на оси абсцисс и отклонение, полученное при соответствующем измерении, в концентрации dQ в процентах от фактически установленного значения концентрации газа сравнения с сертифицированным составом на оси ординат. Отклонения измерения представляют для способа согласно уровню техники, то есть без предложенного согласно изобретению регулятора давления в измерительной ячейке анализирующего прибора через заполненный треугольник. Для этого устанавливают множество проведенных в различные дни измерений, устанавливают на основе расчета определенные безразмерные отклонения рассчитанных значений концентрации O в % от фактического, точное известное значение концентрации O предварительно полученного испытываемого газа переводят на соответственно преобладающее давление воздуха окружающей среды. Также аналогично представляют для предложенного согласно изобретению способа, с регулятором давления анализирующего прибора, через полый квадрат. Устанавливаемыми видами являются молекулярный кислород, анализирующим прибором для концентрации кислорода является прибор тип Siemens Oxymat 5F (от 0 до 10% масс.).
Как видно из чертежа измерительное отклонение при способе уровня техники составляет примерно ±5%, при способе согласно изобретению напротив только примерно ±0,3%. При наблюдении в течение еще более продолжительного периода оказываются еще значительно более большие отклонения на основе в таком случае еще более больших колебаний атмосферного давления на основе переменных метеорологических ситуаций.
Примеры осуществления
Сравнительный пример
2
Из непрерывно работающего реактора для частичного окисления пропилена до акриловой кислоты от газового потока продукта отделяют парциальный поток равного состава как анализируемый на свое содержание остаточного кислорода (около 3% масс.) газовый поток и добавляют в прибор, анализирующий содержание кислорода, Siemens Oxymat 5F, который был установлен в не кондиционированном пространстве анализирующего прибора. Вследствие этого измерительные ячейки в анализирующем приборе в течение одного года были подвергнуты колебаниям комнатной температуры около +3°С, что соответствует измерительному отклонению в содержании О около ±1% (в расчете на содержание), соответственно влиянию температуры на плотность анализируемых газов.
2
Анализируемый частичный газовый поток высвобождают из анализирующего прибора в атмосферу окружающей среды. Колебания давления окружающей среды ±15 мбар приводит к измерительным отклонениям в содержании O около +1,5%.
Пример 1
2
Повторяют сравнительный пример, однако при этом к анализирующему прибору подключают регулятор давления, сформированный в виде компактного элемента, через который анализируемый частичный газовый поток выпускают в атмосферу окружающей среды. Давление в измерительной ячейке анализирующего прибора устанавливают с допустимым отклонением ±2 мбар. Благодаря регулированию давления измерительное отклонение в содержании O уменьшается на примерно 1/8 по сравнению с уровнем техники.
В то время как анализирующий прибор устанавливают в кондиционированном помещении и вследствие этого комнатную температуру устанавливают постоянной с допустимым отклонением ±0,5°С, измерительная ошибка уменьшается на основе влияния температур дополнительно на примерно 1/6 по сравнению с уровнем техники.
2
В целом измерительное отклонение может опускаться ниже 0,5%, в расчете на содержание О.
Пример 2
2
Повторяют пример 1, однако при этом регулятор давления формируют в виде не компактного элемента. При этом в качестве измерительного устройства датчик давления типа Labom CD1020 фирмы Labom в DE-Hude устанавливает необходимое давление в измерительном объеме и затем через входную карту SM331 выдает сигнал в регулирующее устройство PID (имеет пропорциональную, встроенную и дифференцированную активную часть), запрограммированное в систему управления производственным процессом Siemens PCS7, которое снова через выходную карту SM332 выдает управляющий сигнал в исполнительный элемент (пневматически приводимое в действие оборудование Whitey SS45-S8-MM фирмы Swagelok в Solon, Ohio, США), который варьирует обтекаемое потоком поперечное сечение и таким образом устанавливает давление в измерительном объеме, вследствие чего измерительное отклонение может опускаться ниже 0,3% содержания O.
Пример 3
2
2
Повторяют пример 2 со следующей улучшенной организацией испытания, в которой за анализирующим прибором и перед регулятором давления подводят добавочный поток N. Вследствие этого достигают повторного уменьшения отклонения регулируемой величины регулятора давления, так что измерительное отклонение составляет только еще 0,2% содержания O.