專利名稱：均苯四甲酸二酐的提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將含有雜質(zhì)的均苯四甲酸二酐(粗酐)或均苯四甲酸(粗酸)提純，得到均苯四甲酸二酐(均酐)的方法。
均酐是一種有機(jī)化工中間體，以高純度均酐為原料生產(chǎn)的工程塑料、涂料助劑、塑料助劑、粘接劑等在機(jī)電、電子、航空等領(lǐng)域有廣泛的用途。
工業(yè)上生產(chǎn)均酐的方法通常有兩種一種是氣相氧化法，均四甲苯在催化劑的作用下與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成均酐；其化學(xué)反應(yīng)方程式是 另一種是液相氧化法，用均四甲苯作原料，用硝酸液相氧化生成均酸進(jìn)一步脫水生成均酐。不論是氣相氧化法，還是液相氧化法，反應(yīng)生成均酐的同時，還發(fā)生副反應(yīng)，生成一些部分氧化或過度氧化的固體副產(chǎn)物。如烷基酸酐、烷基羰基酸酐、偏苯三酸酐、苯酐、順酐或它們的酸等和完全氧化的二氧化碳及水等。由于均酐熔點(diǎn)高(285℃)，沸點(diǎn)高(398～400℃)，其它副產(chǎn)物也大都有熔點(diǎn)高，沸點(diǎn)高的特點(diǎn)，而在均酐的回收過程中，常常得到一些不同雜質(zhì)(副產(chǎn)物)含量的均酐——粗酐，因而，將粗酐中的副產(chǎn)物與均酐分離開的均酐提純工藝，是均酐生產(chǎn)的一個關(guān)健環(huán)節(jié)。
US.Pat 4014755提出采用減壓精餾的方法提純均酐，雖然從理論上講，降低操作壓力，可以降低均酐的沸點(diǎn)，但如按該專利所說的操作溫度在300℃以上運(yùn)行，生產(chǎn)出來的均酐顏色會較深，生產(chǎn)過程中管路也容易堵塞，運(yùn)行難度很大。
US.Pat 3328428提出了熱氣流攜帶法提純均酐的工藝，其基本原理是，將加熱到75～275℃的惰性氣體穿過需要精制的粗酐的固體床或流化床或濾袋，利用粗酐中的雜質(zhì)(副產(chǎn)物)的飽和蒸汽壓大都比均酐的飽和蒸汽壓高的特點(diǎn)，將雜質(zhì)從均酐中汽提出來，雜質(zhì)隨尾氣排出，固體均酐被提純。該過程雖然流程簡單，但也存在不少缺點(diǎn)，如系統(tǒng)易堵塞，汽提效果難以達(dá)到理想要求等。
CN1060174C提出了將粗酐升華再重新凝華的熱氣流攜帶法。該方法利用氣相氧化法的氧化尾氣做熱氣流使換熱至260℃的氧化尾氣進(jìn)入一組相互切換操作的內(nèi)裝固體粗酐的固定床汽化器，氧化尾氣的熱量直接傳給粗酐，使其升華汽化，隨氧化尾氣帶入捕集器，其中的均酐及氧化反應(yīng)生成的均酐一同被凝華回收。與US.Pat4014755的最大區(qū)別在于，該工藝將被精制的粗酐完全升華汽化，再重新進(jìn)行凝華捕集。該工藝的主要缺陷一是要想做到既能使氧化尾氣通過，又能造成粗酐升華汽化的升華器，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上比較困難，設(shè)備投資也會比較大二是兩臺汽化器切換操作，大量的固體加料將使操作過程非常費(fèi)時費(fèi)力；三是切換初期，汽化器由冷及熱，氧化尾氣中的均酐等有可能在此凝華，造成系統(tǒng)阻塞。
本發(fā)明的目的是要提出一種用熱氣流提純均酐的方法，利用該方法，結(jié)合凝華捕集設(shè)備，能有效地實(shí)現(xiàn)粗酐或粗酸中的均酐與副產(chǎn)品分離。
本發(fā)明的目標(biāo)是這樣實(shí)現(xiàn)的，將不合格的固體粗酐或粗酸用固體加料設(shè)施直接加入熱的惰性氣體或反應(yīng)產(chǎn)物氣體系統(tǒng)中，使其完全升華汽化，結(jié)合后續(xù)的凝華捕集設(shè)備，將均酐與副產(chǎn)物分離，得到均酐、粗酐和副產(chǎn)物三股物料，再將所得的粗酐循環(huán)加料，實(shí)現(xiàn)粗酐的連續(xù)提純。該工藝的特點(diǎn)是，提純工藝過程簡單、效率高、回收率高、可連續(xù)操作。
本發(fā)明所說的粗酐或粗酸是均四甲苯與空氣在催化劑作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物氣體冷卻、凝華捕集獲得的含目的產(chǎn)物均酐和其它副產(chǎn)物，如烷基苯酐、烷基羰基苯酐、偏苯三酸酐、苯酐、順酐等的固體物，或經(jīng)液相氧化法生產(chǎn)的含有相同副產(chǎn)物的粗酸或粗酐的粉狀或針狀固體物，尤其是經(jīng)過凝華捕集分出部分產(chǎn)品均酐后，再進(jìn)一步降溫凝華捕集，獲得的均酐純度為10～99.5％(W)的粉狀或針狀固體物。
將粗酐加入到惰性氣體系統(tǒng)中的加料設(shè)施可以是氣力輸送加料系統(tǒng)或機(jī)械加料系統(tǒng)；其加料方式可以是連續(xù)的，也可以是脈沖的。
所說的惰性氣體，是指無固體雜質(zhì)，在操作條件下不與均酐發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，如空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、蒸汽等?br> 由于粗酐加入系統(tǒng)后的升華汽化過程所需的熱量是靠惰性氣體提供的，因此，粗酐加入點(diǎn)前的惰性氣體溫度應(yīng)當(dāng)滿足使加入的粗酐汽化后的混合氣體溫度高于均酐在操作條件下的凝華溫度的溫度條件，通常情況下，該惰性氣體溫度控制在200～400℃。
工藝過程本身對操作壓力并無嚴(yán)格要求，系統(tǒng)的操作壓力主要由凝華捕集、尾氣處理及換熱冷卻設(shè)備的壓降決定，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度來講，系統(tǒng)的操作壓力宜在0～0.1MPa(G)。
提純過程的氣固比(惰性氣體與粗酐或粗酸的質(zhì)量比)受操作條件和粗酐的純度等因素影響，范圍比較寬，研究表明，提純過程的氣固比在2～500比較合適。
當(dāng)然，也可將粗酐直接加入氣相氧化法生產(chǎn)均酐的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中，此時的惰性氣體實(shí)際上是含氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、水以及均酐和反?yīng)副產(chǎn)物蒸汽的反應(yīng)產(chǎn)物氣體，加入的粗酐氣化后，隨反應(yīng)產(chǎn)物氣體一起進(jìn)入后續(xù)的凝華捕集過程，在此均酐和副產(chǎn)物被分離。
在用反應(yīng)產(chǎn)物氣體作惰性氣體對粗酐進(jìn)行提純的工藝過程中，反應(yīng)產(chǎn)物氣體量是由反應(yīng)過程決定的，而均酐及副產(chǎn)物的凝華捕集量受到凝華捕集器能力的限制，因此氣固比(含均酐和副產(chǎn)物的反應(yīng)產(chǎn)物氣體與加入的粗酐或粗酸的質(zhì)量比)相對比較大，范圍也比較寬，其值宜在10～5000。
此時，固體加料點(diǎn)的位置可以設(shè)在反應(yīng)器和均酐凝華捕集器之間，反應(yīng)產(chǎn)物氣體溫度在200～400℃的適當(dāng)位置。
附圖
-1是用空氣作惰性氣體提純均酐的工藝流程圖。
附圖-2是用反應(yīng)產(chǎn)物氣體作惰性氣體提純均酐的工藝流程圖。
附圖-1和附圖-2的以下描述有助于對本發(fā)明方法的進(jìn)一步理解。
在附圖-1中，進(jìn)入空氣入口(7)經(jīng)壓縮機(jī)(1)升壓的空氣經(jīng)換熱器(2)升溫至200～400℃，此時，從粗酐加料口(8)，通過固體加料設(shè)備連續(xù)地向系統(tǒng)加入粉狀或針狀的固體粗酐，粗酐與空氣混合后，靠空氣降溫提供的顯熱被汽化，經(jīng)換熱設(shè)備(3)，進(jìn)入均酐凝華捕集器(4)。在均酐凝華捕集器(4)內(nèi)，通過降低氣體溫度，均酐首先凝華出來，以固體的形式作為合格產(chǎn)品，從均酐出料口(10)出料，含未凝華的均酐及副產(chǎn)物和空氣的混合氣體離開均酐凝華捕集器(4)后，進(jìn)入粗酐凝華捕集器(5)，通過進(jìn)一步降溫，剩余的均酐和一部分副產(chǎn)物被凝華成固體，從粗酐出料口(11)出料，與待提純的粗酐(13)一起匯合作為粗酐加料。離開粗酐凝華捕集器(5)的氣體進(jìn)入副產(chǎn)物凝華捕集器(6)內(nèi)，通過進(jìn)一步降溫，副產(chǎn)物以固體的形式從副產(chǎn)物出料口(12)出料。最后尾氣從尾氣出口(9)進(jìn)入后續(xù)的尾氣處理系統(tǒng)。該工藝不但可將粗酐提純?yōu)榫?，與其它一次凝華的分離方法相比，由于采用了粗酐循環(huán)回料，必然會提高均酐的提純收率。
附圖-2實(shí)際上是在氣相氧化法生產(chǎn)均酐的主流程中，增加了粗酐提純系統(tǒng)。進(jìn)入空氣入口(7)經(jīng)壓縮機(jī)(1)升壓的空氣經(jīng)換熱器(2)升溫后與原料加料口(15)加料的均四甲苯混合進(jìn)入固定床氧化反應(yīng)器(14)，在氧化反應(yīng)器(14)內(nèi)，在催化劑的作用下，均四甲苯與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成均酐和其它反應(yīng)副產(chǎn)物，通常反應(yīng)產(chǎn)物氣體離開反應(yīng)器時的溫度在350～400℃，在反應(yīng)產(chǎn)物氣體離開反應(yīng)器至進(jìn)入均酐凝華捕集器(4)前，溫度在200～400℃的適當(dāng)位置，加入粗酐，粗酐在系統(tǒng)內(nèi)被汽化后，與反應(yīng)產(chǎn)物中的均酐和其它副產(chǎn)物一起在凝華捕集器(4)、(5)、(6)中，分別分離出均酐，粗酐和副產(chǎn)物，其它工藝過程與附圖-1基本相似。
權(quán)利要求
1.一種用熱氣流提純均酐的方法，其特征在于直接將不合格的固體粗酐或粗酸用固體加料設(shè)施加入到熱的惰性氣體系統(tǒng)中，使其完全汽化，結(jié)合后續(xù)的凝華捕集設(shè)備，分離出均酐、粗酐和副產(chǎn)物，再將分出的粗酐循環(huán)回料，最終分別得到高純度的均酐和副產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中的粗酐是均四甲苯經(jīng)氣相氧化或液相氧化反應(yīng)生成的含有均酐和副產(chǎn)物，均酐純度在10～99.5％(W)的粉狀或針狀固體物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于固體加料設(shè)施是連續(xù)式的或脈沖式的氣力輸送加料系統(tǒng)或機(jī)械加料系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于惰性氣體是無固體雜質(zhì)的空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、蒸汽?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱的惰性氣體的溫度是200～400℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于系統(tǒng)的操作壓力為0～0.1MPa(G)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于提純過程的氣固比為2～500。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱的惰性氣體是均四甲苯氣相氧化的反應(yīng)產(chǎn)物氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于提純過程的氣固比為10～5000。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，固體加料點(diǎn)的位置在反應(yīng)器和凝華捕集器之間，反應(yīng)產(chǎn)物氣體溫度在200～400℃的適當(dāng)位置。
全文摘要
一種將粗酐(粗均苯四甲酸二酐)或粗酸(粗均苯四甲酸)直接連續(xù)地加入到熱的惰性氣體氣流中，使其升華，再凝華捕集，獲得高純度的均酐產(chǎn)品的方法，該方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效地提純均酐。
文檔編號C07D493/04GK1393447SQ0112232
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者張國瑞, 劉純權(quán), 邱孟杰, 張偉, 王新劍 申請人:張國瑞