对二甲苯制备对苯二甲酸的内置微界面氧化系统及方法转让专利
申请号 : CN202010243427.X
文献号 : CN111569454B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : 张志炳 , 周政 , 张锋 , 李磊 , 孟为民 , 王宝荣 , 杨高东 , 罗华勋 , 杨国强 , 田洪舟 , 曹宇
申请人 : 南京延长反应技术研究院有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种对二甲苯制备对苯二甲酸的内置微界面氧化系统,其特征在于,包括:依次连接的第一反应器、精馏塔、第二反应器,所述第一反应器的侧壁设置有第一出口,所述第二反应器的侧壁设置有第一进口,所述精馏塔的侧壁设置有物料进口,所述精馏塔底部设置有物料出口;
所述第一出口与所述精馏塔的物料进口连接,所述第一进口与所述精馏塔的物料出口连接;
所述第一反应器与第二反应器内部均设置有微界面机组,所述微界面机组用于分散破碎空气成气泡;
所述微界面机组包括上下布置的第一微界面发生器和第二微界面发生器,所述第一微界面发生器连接有导气管,所述导气管的顶端伸出所述第一反应器的液面用于回收空气,所述第一反应器的侧壁还设置有第二进口,所述第二进口末端延伸至所述第二微界面发生器内,所述第二反应器内的微界面机组结构与所述第一反应器相同;
所述第一微界面发生器采用防浪格栅固定在所述第一反应器和第二反应器的内部;
所述第一反应器和第二反应器内部上方均设置有除滤网。
2.根据权利要求1所述的内置微界面氧化系统,其特征在于,所述第一微界面发生器为液动式微界面发生器。
3.根据权利要求1所述的内置微界面氧化系统,其特征在于,所述第二微界面发生器为气动式微界面发生器。
4.根据权利要求1‑3任一项所述的内置微界面氧化系统,其特征在于,所述第一反应器顶部还设置有第二出口,所述第二出口连接有酸水分离器。
5.采用权利要求1‑4任一项所述的内置微界面氧化系统的对二甲苯制备对苯二甲酸的方法,其特征在于,包括如下步骤:空气通过第一反应器内置的微界面机组进行分散破碎;
反应物料进入第一反应器中与分散破碎后的空气进行反应;
通过反应得到的液相物料进入到精馏塔中进行分离;
精馏塔分离出的物料进入第二反应器中与分散破碎后的空气进行反应得到对苯二甲酸。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述第一反应器内温度为120‑155℃,压强为0.20‑0.66MPa。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述第二反应器内温度为135‑180℃,压强为0.56‑0.82MPa。
说明书 :
对二甲苯制备对苯二甲酸的内置微界面氧化系统及方法
技术领域
背景技术
级,其传质界相面积有限,气体利用率低以致反应效率偏低,为强化气液传质,鼓泡反应器
一般在塔内增设塔板、静态混合器等内件以加强混合,然而混合后的气泡直径通常为3‑
30mm,所提供的相界面积和传质系数(液侧、气侧)有限,故反应性能较难获得突破性的提
高,进而影响了反应的整体效率,因此工程上不得不采用高温高压操作,通过增加气相和/
或液相的溶解度以提高传质速率,从而强化反应过程,然而对二甲苯氧化的过程非常复杂,
主要包括4个步骤,即对二甲苯(PX)→对甲基苯甲醛(TALD)→对甲基苯甲酸(p‑TA)→对羧
基苯甲醛(4‑CBA)→对苯二甲酸(TA),前2个步骤要以醋酸为溶剂,不宜采用高温高压,现有
技术采用混合的反应工艺,能耗高,醋酸消耗量大,反应效率低下。
发明内容
空气气泡打碎成微米级别的气泡,从而增加气相和液相之间的相界面积,使得传质空间充
分满足,增加了空气在液相中的停留时间,从而降低了空气的耗量,降低了能耗,同时降低
了操作温度以及压力,提高了反应的安全性,而且采用了分段式工艺,解决了醋酸溶剂不能
承受高温氧化条件的矛盾,提高了反应效率。
二反应器的侧壁设置有第一进口,所述精馏塔的侧壁设置有物料进口,所述精馏塔底部设
置有物料出口;
突破性的进展,影响了反应效率和原料转化率。本发明的内置微界面氧化系统通过在反应
器内部设置微界面机组后,空气和原料通入微界面机组后,内部实现强化传质、分散破碎,
破碎形成了微气泡,使得传质空间充分满足,从而降低了空气的耗量,即使温度和压力不需
要太高的条件下,也可以保证反应本身的高反应效率。而且本发明采用分段式工艺,解决了
醋酸溶剂不能承受高温氧化条件的矛盾,提高了反应效率。
发生器,所述第一微界面发生器连接有导气管,所述导气管的顶端伸出所述第一反应器的
液面用于回收空气,反应过程中大量未反应完的空气和部分醋酸和水蒸气积聚在反应器的
上方,为了充分回收,通过导气管再次进入底部多次循环反应,从而提高传质效率。所述第
一反应器的侧壁还设置有第二进口,所述第二进口末端延伸至所述第二微界面发生器内,
所述第二反应器内的微界面机组结构与所述第一反应器相同。
环,将反应器上方的大量未反应完的空气和部分醋酸和水蒸气通过导气管卷吸进来,从而
增加气液两相之间的传质效果,以充分回收液面上的空气。
甲苯、中间产物等液相物料,具体地循环管道的一端与所述第一微界面发生器的顶部连通,
另一端与所述第一反应器的侧壁连通。
界面发生器提供卷吸动力,形成循环物流,从而实现这部分物料的回收利用,循环管道上还
设置有提供动力的循环泵,所述循环泵泵壳内壁设有金属传感探头,金属传感探头一侧的
泵壳外壁设有温度传感器,金属传感探头和温度传感器通过导线连接,可以随时监控循环
泵中通液相物料的温度。所述循环管道上还设置有换热器,用来控制循环物料的温度,从而
使得第一反应器内部温度保持稳定,优选板式换热器,相比其他换热器,板式换热器具有换
热效率高,热损失小,高效节能,容易清洗拆装方便等特点。
成微气泡的方式,提高传质效果。
步增大了接触面积,加快反应效率。
器本身造成冲击。连接杆的具体材质、形状和数量不限,只要能起到固定效果,优选为长杆
形状。
器的原理是高速射流所携带的气体相互撞击进行能量传递,使气泡破碎,关于微界面发生
器的结构在上述专利中公开其中一实施例,此不再赘述。关于微界面发生器与第一、第二反
应器、以及其他设备的连接,包括连接结构、连接位置,根据微界面发生器的结构而定,此不
作限定。关于微界面发生器的反应机理及控制方法,在本发明人在先专利CN107563051B中
已经公开,此不再赘述。
设置在侧壁中上部,通过溢流管道,产出中间产物(主要成分为对甲基苯甲酸,还包括醋酸、
水、少量未反应完全的对二甲苯、中间产物等)进入精馏塔的中部,在精馏塔中进行纯化分
离。
从第一进口进入第二反应器中继续反应,空气从第二反应器的空气进口进入,充分反应后,
生成的产物对苯二甲酸溶液从第二反应器的侧壁上部的第三出口采出。
器于反应器的内部,另一方面除去夹带的雾沫,以保证传质效率,降低有价值的物料损失,
所述防浪格栅可采用国产进口优质材质,如: Q235、304、304L、321、316L、F46、NS‑80、镍丝、
钛丝及合金等材质。
内部,设置除滤网可以防止气体中的杂质进入第一微界面发生器内部。
酸水分离器中,分离出的醋酸重新回到第一反应器内部循环使用,分离出的水一部分排出,
一部分进入第二反应器内部循环使用。
化产物通入所述精馏塔中,从精馏塔的物料进口进来的物料主要有对甲基苯甲酸,还包括
醋酸、水、少量未反应完全的对二甲苯、中间产物等,对甲基苯甲酸和少量水经过位于物料
进口下方的重组分分离段被精馏分离到塔底,醋酸、和大部分水经过轻组分分离段后朝着
塔顶方向被精馏分离,从馏出物出口引出的醋酸和水蒸汽经过冷凝,一部分作为回流液从
塔顶返回精馏塔,其余部分通过管道与第一反应器中的尾气混合后进入酸水分离器,塔底
产物对甲基苯甲酸和少量水等液相物料采出后,一部分经过塔釜再沸器后作为回流液返回
重组分分离段继续精馏,另一部分通入第一进口进入第二反应器内后继续进行反应。
较大,填料压降比较小。
成膜,换热效率很高,滞留时间短,不容易结焦,避免了塔釜的物质发生聚合有副产物生成。
中的能耗和生成成本,降低了投资强度、延长了设备操作周期、确保了反应过程中的本质安
全性差,有效地保证了反应成品的工业化大规模生产。
物,这种分段氧化有利于减少投资和消耗,达到比现有工艺更佳的反应效果。
附图说明
的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
具体实施方式
实施例,仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例,本领
域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保
护的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂
或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、
“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
料主要有醋酸和水蒸气。
第一进口31与物料出口22连接,混合原料和空气在第一反应器10进行一次氧化反应,氧化
反应后的产物(主要成分为对甲基苯甲酸、还包括醋酸、水、少量未反应完全的对二甲苯、中
间产物等)通过第一出口11进入精馏塔20分离,塔底分离出的产物(对甲基苯甲酸和水等)
通过物料出口22从第一进口31进入第二反应器30中进行二次氧化反应,二次氧化反应后的
反应产物从第二反应器30侧壁的第三出口32采出收集。
器42,第一微界面发生器41连接有导气管43,导气管 43的顶端伸出反应器的液面,第一微
界面发生器41为液动式微界面发生器,从而实现对反应器上方未反应完的空气和部分气体
物质进行卷吸,同时第一微界面发生器41的动力是通过循环泵80提供的循环物料(包括对
甲基苯甲醛、醋酸、水、少量未反应完全的对二甲苯、中间产物等)给予的,上述循环物料经
过换热器90热交换后进入第一微界面发生器41以提供动力使得气体卷吸,第二进口12末端
延伸至第二微界面发生器42内,空气从第二进口12进入后与反应物料在微界面发生器中接
触,增大了气液相的接触面积,提高了传质效果。
轻组分醋酸和水一部分通过冷凝器26作为回流液从塔顶返回精馏塔20,另一部分醋酸和水
通过馏出物出口23同第二出口13排出的尾气混合后进入酸水分离器50中,分离出的水进入
第二反应器30中,醋酸回到第一反应器10内循环使用。精馏塔20的底部物料出口22的重组
分产物 (对甲基苯甲酸和水等)一部分经过塔釜再沸器100作为回流液返回重组分分离段
25继续精馏,另一部分通过第一进口31进入第二反应器30内进行二次氧化反应。
30上方侧壁的第三出口32采出,第二反应器30的顶部还设置有废气出口34,废气从出口进
入后续处理阶段,达标后排至大气。
置时还可以安装在釜内的侧壁上相对设置的方式,以实现从微界面发生器的出口出来的微
气泡发生对冲。
碎后的空气在第一反应器10内进行氧化反应,反应过程中,第一反应器10内部的料液通过
循环管道给第一微界面发生器41提供动力循环,反应器上方大量未反应完的空气和部分水
蒸气通过第一微界面发生器41卷吸回反应器底部继续参与反应。
分离段24后朝着塔顶方向被精馏分离,从精馏塔20的馏出物出口23引出的一部分醋酸和水
蒸气经过冷凝器26重新回流至精馏塔20 内,另一部分醋酸和水通过管道与第二出口13排
出的尾气混合后进入酸水分离器50中,酸水分离器50分离出的水进入第二反应器30中,醋
酸回到第一反应器10内循环使用,精馏塔20的底部物料出口22产出的重组分产物(对甲基
苯甲酸和水等)一部分经过塔釜再沸器100再沸处理后返回精馏塔20,另一部分通过第一进
口31进入第二反应器30内,第二反应器30的另一侧壁的空气进口33通入空气,经过第二微
界面反应器42破碎后与重组分产物(对甲基苯甲酸和水等)进行氧化反应,第二反应器30内
部设置的微界面发生器结构与第一反应器10相同,生成物对苯二甲酸溶液通过第三出口32
产出,进入后处理精制分离工段,废气从第二反应器30的废气出口34采出后进行后续处理
阶段,达标后排至大气。
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。