改進(jìn)的對苯二甲酸的制備方法
【專利摘要】將另外的氧氣流注入到攪拌對二甲苯氧化反應(yīng)器中改善了對苯二甲酸的制備，在所述攪拌對二甲苯氧化反應(yīng)器中通過氧化對二甲苯產(chǎn)生了對苯二甲酸。將另外的純氧或者近純氧氣流通過氣體分配器注入到反應(yīng)器中，且可以作為另外的氧氣流或者與來自反應(yīng)器的再循環(huán)溶劑一起注入。
【專利說明】改進(jìn)的對苯二甲酸的制備
[0001]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明涉及增加進(jìn)料到用于制備對苯二甲酸的反應(yīng)器中的氧量并改進(jìn)對苯二甲酸的整體制備的方法。
[0003]實(shí)施了許多方法以改進(jìn)純化對苯二甲酸(PTA)的制備。在這些方法中通過富氧空氣和純氧氣來氧化對二甲苯(PX)。
[0004]在傳統(tǒng)的Co-Mn-Br催化空氣或者基于富氧空氣的對二甲苯氧化工藝制備對苯二甲酸中，在約為170° C至225°的溫度以及IOOpsig至300psig的壓カ下運(yùn)行攪拌反應(yīng)器。將壓縮空氣或者富氧空氣(富集到含高至28體積％的氧氣)從底部引入到反應(yīng)器中。由于空氣或者富氧空氣流的大體積流速，對苯二甲酸氧化漿料中令人滿意的分散和氣泡循環(huán)需要強(qiáng)烈的機(jī)械攪動。由于氧氣是超化學(xué)計量的，在反應(yīng)器頂部空間形成的連續(xù)氣體相中含殘留的氧氣。反應(yīng)器頂部空間中的氧氣濃度必須維持低于易燃限，實(shí)際上維持在低于8至9個體積以安全運(yùn)行，且通常小于5體積％以保證安全邊際?；诟谎蹩諝鈱Χ妆窖趸^程中氧氣富集的程度，實(shí)際上高至28體積％，其受到液相中存在Br時氧對于反應(yīng)器材料的嚴(yán)重腐蝕的限制，并受到連續(xù)相中殘留氧濃度的限制。
[0005]為了消除對二甲苯氧化反應(yīng)器中蒸汽的可燃性，諸如美國專利第5，371，283號中所掲示的現(xiàn)有方法通過在液體氧化反應(yīng)器中用純氧來產(chǎn)生純化的對苯二甲酸，在所述反應(yīng)器中從擋板下方進(jìn)料氧氣并消除了氣相和液相之間的界面。然而該反應(yīng)器的設(shè)計比傳統(tǒng)對二甲苯氧化反應(yīng)器復(fù)雜且還需要外部氮?dú)庖韵♂尫磻?yīng)器中的蒸汽。或者，美國專利第5，693，856號中說明了用于制備純化對苯二甲酸的具有二氧化碳再循環(huán)的氧氣富集和純化氧氣過程。該過程需要另外的裝置用于二氧化碳分離和再循環(huán)。
`[0006]在傳統(tǒng)基于富氧空氣的純化對苯二甲酸制備過程中，由于空氣含有大部分的惰性氮?dú)?，進(jìn)入到反應(yīng)器中的空氣流的體積流速非常大。從反應(yīng)器底部以非常高的流速將空氣流引入到液相中，較大氣泡通過葉輪在反應(yīng)器中分散并循環(huán)。盡管可以優(yōu)化諸如葉輪和氣體分配器的反應(yīng)器設(shè)計以增加氧氣效率，但是反應(yīng)速率仍受到氣泡中低氧分壓和液相中小界面比表面積的限制。這些導(dǎo)致了反應(yīng)器頂部空間的連續(xù)氣相中高濃度的殘留氧氣。
[0007]本發(fā)明可以通過將輔助氧氣流注入到反應(yīng)器中來克服較早對苯二甲酸制備方法中的這些不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，掲示了用于制備對苯二甲酸的改進(jìn)的方法，該方法包括以下步驟:在催化劑的存在下，使對二甲苯和氧氣在基于空氣的對二甲苯氧化攪拌反應(yīng)器中反應(yīng)，所述改進(jìn)包括:向反應(yīng)器中加入了另外的氧氣流。
[0009]與對二甲苯反應(yīng)的氧氣作為空氣流直接進(jìn)料到反應(yīng)器中。通常在諸如こ酸的溶劑的存在下和諸如Co-Mn-Br的催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)。
[0010]在進(jìn)行反應(yīng)時，可以再循環(huán)所述溶劑。在本發(fā)明的另ー個實(shí)施方式中，另外的氧氣流可以與再循環(huán)溶劑一起加入到反應(yīng)器中。[0011]無再循環(huán)溶劑時加入到反應(yīng)器中的另外的氧氣流選自:純氧氣、近純氧氣和富氧空氣。可以將所述另外的氧氣流預(yù)加熱到約等于向反應(yīng)器提供氧氣的空氣流的溫度。[0012]以向反應(yīng)器提供氧氣的空氣流速的0.1%至20%的體積流速，將所述另外的氧氣流加入到反應(yīng)器中。將另外的氧氣流通過氣體擴(kuò)散器或者噴嘴進(jìn)料到反應(yīng)器中，以將所述另外的氧氣流分散于在反應(yīng)器中形成的對苯二甲酸氧化漿料中。
[0013]將諸如純氧氣的另外的氧氣流獨(dú)立注入具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，相對于空氣流的流速，所述純氧氣流的體積流速較小。對于相同程度的氧氣富集，諸如15%氧氣富集(空氣流中為24.2%的氧氣)，氧氣體積流速僅為空氣流速的約4.3%，其使得小氧氣氣泡在液相中的分散成為現(xiàn)實(shí)。
[0014]第二，可以在最佳的位置將另外的氧氣流與再循環(huán)溶劑通過噴嘴注入到反應(yīng)器中，抑制小氧氣氣泡與大空氣氣泡的過量凝結(jié)以及氧氣氣泡附著到反應(yīng)器壁上。可以顯著地提高氧氣效率。
[0015]第三，氧氣富集對二甲苯氧化反應(yīng)器的運(yùn)行更靈活且更安全，因為對于氧氣富集程度的蒸汽中的殘留氧氣濃度的響應(yīng)更直接?；蛘?，另外的含氧氣體可以立即被切換為氮?dú)狻⒍趸蓟蛘咂渌栊詺怏w以使得殘留氧氣濃度保持在安全運(yùn)行范圍內(nèi)。本方法提供了主動措施以維持對二甲苯反應(yīng)器的安全運(yùn)行。
[0016]本發(fā)明方法的另ー個優(yōu)點(diǎn)在于大多數(shù)的氧氣直接分散到向下流動液體中，所述向下流動液體補(bǔ)償了攪拌對二甲苯氧化反應(yīng)器中由向上流動氣體驅(qū)動的向上液流。相比較于基于空氣的對二甲苯氧化反應(yīng)器中向下液流的較低溶解氧濃度，在該液流中運(yùn)送的小氧氣氣泡可以保證對二甲苯的快速氧化并顯著降低對二甲苯氧化中間體的濃度。通過注入輔助氧氣來降低基于空氣的對二甲苯氧化反應(yīng)器中的溫度和壓力，從而降低純化對苯二甲酸制造商的運(yùn)行成本，這是可行的，因為該方法可以在向下液流中提供另外的反應(yīng)區(qū)域并降低中間體濃度，特別是4-CBA (4-羧基苯甲醛)的濃度。
[0017]此外，可以在較低運(yùn)行溫度下降低在高運(yùn)行溫度下更關(guān)注的こ酸的液相燃燒以及副反應(yīng)的問題，而不顯著降低對二甲苯的使用效率。此外，對苯二甲酸中所含的低雜質(zhì)可以降低后續(xù)加工過程中的負(fù)載和運(yùn)行成本，例如排放氣體的處理和用于純化所需的氫，進(jìn)ー步降低了成本。
[0018]對于該新方法，諸如由氣體注入引起的輔助混合效果用于降低電カ消耗的其他益處也是可以預(yù)見的。因此，該新方法可以提供改進(jìn)現(xiàn)有純化對苯二甲酸制備裝置的能力。
[0019]將輔助含氧氣流直接引入到基于空氣的對二甲苯氧化反應(yīng)器中，目的在于增加反應(yīng)器的對苯二甲酸的生產(chǎn)能力。在被預(yù)加熱到接近空氣流的溫度之后，所述輔助含氧氣流通過安裝在對二甲苯氧化反應(yīng)器中的一組氣體分配器或者噴嘴注入到反應(yīng)器中?？梢酝ㄟ^流速控制器精確地控制每ー個獨(dú)立氣體分配器或者噴嘴的氣體流速，井根據(jù)運(yùn)行條件快速調(diào)整，例如對二甲苯氧化反應(yīng)器中的特定區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度或者溫度。為了防止氣體分配器的堵塞，在每ー個氣體分配器或者噴嘴上安裝清洗管道，通過所述清洗管道可以在運(yùn)行時使用こ酸來定期清洗所述氣體分配器或者噴嘴。所述清洗管道還可用于防止在對二甲苯氧化反應(yīng)器啟動和關(guān)閉時氣體分配器或者噴嘴的阻塞。
[0020]或者，含氧氣流在注入反應(yīng)器之前與從溶劑冷凝器回收的再循環(huán)溶劑混合。相比較于注入到對二甲苯氧化反應(yīng)器中的空氣流的流速，該氣流的體積流速是空氣流速的0.1%至20%。所述含氧氣流優(yōu)選通過一組設(shè)置于反應(yīng)器中的氣體分配器或者噴嘴注入到對二甲苯反應(yīng)器的循環(huán)液流中，所述注入為加速小氧氣氣泡在液相中的分散并降低小氣泡與例如反應(yīng)器葉輪附近或者下方的反應(yīng)器壁的接觸的方式。在任一個實(shí)施方式中的輔助含氧氣流可以是純氧、近純氧或者富氧空氣。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是通過獨(dú)立地向?qū)Χ妆綌嚢柩趸磻?yīng)器中引入純氧或者近純氧氣流，増加了對二甲苯被氧氣氧化成對苯二甲酸的氧化速率?？梢酝ㄟ^ー組安裝在對二甲苯氧化反應(yīng)器中合適位置的氣體分配器或者噴嘴進(jìn)行該引入。通過流速控制器精確地控制每ー個獨(dú)立氣體分配器或者噴嘴的氣體流速。相比較于其他在注入到反應(yīng)器之前混合氧氣流和空氣流的對二甲苯氧氣富集エ藝，因為氧氣相比較于空氣流速低得多的體積流速，所以其可以通過高效氣體分配器或者噴嘴作為小氣泡分散到對苯二甲酸氧化漿料中。
[0023]由于對苯二甲酸氧化漿料中的小純氧氣泡或者近純氧氣泡中高得多的氧氣分壓以及小氧氣氣泡高得多的比表面積，顯著提升了純氧氣流或者近純氧氣流的氧氣效率。此外，由于氧氣被獨(dú)立地引入到對二甲苯氧化反應(yīng)器中，可以通過調(diào)節(jié)氧氣流速或者將氧氣切換為氮?dú)?、二氧化碳或者其他惰性氣體來快速地控制反應(yīng)器頂部空間中的氣相中的殘留氧氣濃度，以保證純化對苯二甲酸氧化過程的安全運(yùn)行，所述對于反應(yīng)器頂部空間中的氣相中的殘留氧氣濃度的控制是對二甲苯氧氣富集氧化過程中的主要問題。
[0024]與通過傳統(tǒng)Co-Mn-Br催化劑體系的對二甲苯氧氣富集氧化相關(guān)的另ー個問題是反應(yīng)器的腐蝕，特別是當(dāng)傳統(tǒng)氧氣富集氧化過程中的空氣流中的氧氣濃度高吋。這是阻礙傳統(tǒng)氧氣富集エ藝中高氧氣富集程度的不利因素。在本發(fā)明中，由于小量的純氧氣流或者近純氧氣流被獨(dú)立地引入到反應(yīng)器中并快速消耗，最佳的氣體分配器的排列可以避免純氧氣泡與反應(yīng)器壁以及反應(yīng)器的其他金屬部分的過量接觸。從而，可以實(shí)現(xiàn)高氧氣富集程度以增加反應(yīng)器的輸出同時減輕腐蝕作用。
[0025]雖然關(guān)于`本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】描述了本發(fā)明，但是顯然，本發(fā)明的許多其他形式和改變對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。本發(fā)明所附的權(quán)利要求書一般應(yīng)被解釋成包括落在本發(fā)明的真正精神和范圍之內(nèi)的所有這些顯而易見的形式和改變。
【權(quán)利要求】
1.用于制備對苯二甲酸的改進(jìn)的方法，該方法包括以下步驟:在催化劑的存在下，使對二甲苯和氧氣在基于空氣的對二甲苯氧化攪拌反應(yīng)器中反應(yīng)，所述改進(jìn)包括:向反應(yīng)器中加入了另外的氧氣流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧氣直接進(jìn)料到攪拌反應(yīng)器中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在溶劑的存在下發(fā)生所述反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑是こ酸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化劑是Co-Mn-Br催化劑。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流選自:純氧、近純氧和富氧空氣。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流被預(yù)加熱到反應(yīng)器中氧氣的溫度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流通過氣體分配器或者噴嘴進(jìn)料到反應(yīng)器。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在干，所述每ー個氣體分配器或者噴嘴的氣體流速是受控制的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流可以切換為選自:氮?dú)?、二氧化碳和惰性氣體的氣體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體是從對二甲苯氧化反應(yīng)器釋放的排出氣體。`
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氣體分配器或者噴嘴上安裝有溶劑管道。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述溶劑管道用于定期こ酸清洗。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑再循環(huán)自反應(yīng)器。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流的體積流速是空氣流速的 0.1%至 20%。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流分散到對苯二甲酸氧化漿料中。
17.用于制備對苯二甲酸的改進(jìn)的方法，該方法包括以下步驟:在催化劑的存在下，使對二甲苯和氧氣在反應(yīng)器中反應(yīng)，所述改進(jìn)包括:向反應(yīng)器的再循環(huán)溶劑中加入了另外的氧氣流。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述氧氣直接進(jìn)料到反應(yīng)器中。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在催化劑的存在下發(fā)生所述反應(yīng)。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述溶劑是こ酸。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述催化劑是Co-Mn-Br催化劑。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流選自:純氧、近純氧和富氧空氣。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流被預(yù)加熱到反應(yīng)器中氧氣的溫度。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流分散到純化對苯二甲酸氧化漿料中。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流通過氣體分配器或者噴嘴進(jìn)料到反應(yīng)器。
26.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于，所述姆ー個氣體分配器或者噴嘴的氣體流速是受控制的。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述另外的氧氣流可以切換為選自:氮?dú)?、二氧化碳和惰性氣體的氣體。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體是從對二甲苯氧化反應(yīng)器釋放的排出氣體。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述氣體分配器或者噴嘴上安裝有溶劑管道。
30.如權(quán)利要求29所述的 方法，其特征在于，所述溶劑管道用于定期こ酸清洗。
【文檔編號】C07C51/265GK103524334SQ201210236322
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】查志雄, 鄧云輝, 修國華 申請人:琳德股份公司