[发明专利]制备邻苯二甲酸酐的方法

说明书

本发明涉及一种在包括两个或更多个冷却的反应区的设备中通过用包含氧气的气体将邻二甲苯和/或萘催化部分氧化而制备邻苯二甲酸酐的方法。

在化学工艺技术中，已知多种在非均相粒状催化剂存在下进行的流体(即气体、液体或气体/液体)反应混合物的部分氧化反应。该类反应通常为放热反应，常常为强放热反应。

邻苯二甲酸酐在工业规模上通过用包含氧气的气体，常常为空气在非均相催化剂，特别是负载催化剂上将邻二甲苯和/或萘部分氧化而制备。邻二甲苯氧化的反应焓为1110kJ/mol邻苯二甲酸酐，对于萘为1792kJ/mol邻苯二甲酸酐，即该反应为强放热反应。为了以高反应器产量进行成本低的生产，需要空气对反应物的高载荷，则这些气体混合物常常为可燃的。

为了降低工艺工程气体中的不希望的中间体、副产物以及反应物(它们在由气体料流取出产物和进一步后处理时导致问题)的比例，通常需要得到接近100mol％的反应物转化率。

如在其它部分氧化的情况下一样，通常，在邻苯二甲酸酐的制备中，反应物转化率接近100％伴随着到一氧化碳和二氧化碳的完全氧化的比例增加。还可能在过低的反应速率下形成副产物，特别在邻苯二甲酸酐合成的情况下形成2-苯并[c]呋喃酮，因此损害了产物质量。由于所述原因，根据现有技术必需接受高转化率及因此的显而易见的产率损失以得到合格的产物。

由于催化剂随操作时间增加而老化，均匀转化需要升高反应器中的温度，因此根据现有技术必需接受更高的产率损失。

产率可通过使用未冷却的后反应器而在一定程度上得以改进，在后反应器中在降低的温度下进行有限的剩余转化率，因此特别能够符合产物规格。在后反应器的入口和出口，工艺过程气体混合物仍包含非常大量的有机物质以及游离氧气并通常为可燃的。为了限制温度的上升，必需严格限制后反应的转化率以避免反应的失控。

DE-A 101 44 857公开了其中将主反应器设计为管束式反应器且将冷却阶段及后反应器设置在单一外壳中的反应器设置，所述后反应器为未冷却的圆筒反应器(shaft reactor)。所述在一个外壳中的设置使主反应区和后反应区之间的气体体积保持较小，优点为显著降低了引燃的危险。以此方式，意欲甚至在大于100g邻二甲苯/m³(STP)的反应混合物中的载荷下，可以得到有利的产率。然而，在用所提出的操作模式，即在后反应器中的绝热反应时，可能的转化率也由于前面已经描述过的原因而被显著限制，从而以此方式不可能使产率显著改进且尤其不可能使催化剂寿命得以有任何延长。

DE-A 40 13 051公开了使用包括至少两个在流动方向上连续的反应区的管束式反应器来制备邻苯二甲酸酐的方法，所述反应区具有分别的盐浴冷却，第一反应区中的盐浴温度保持在比其他反应区中的盐浴温度高2-20℃。该方法实现了邻苯二甲酸酐产率的改进，这因为根据反应动力学更好地调节了温度。尽管如此，由于两个冷却区中的可以实现约99mol％的所需高转化率的高温度水平而保持了高的产率损失。

因此本发明的目的是提供一种制备邻苯二甲酸酐的改进方法，通过该方法可以在连接于主反应器合成的下游的工艺阶段中实现较高比例的剩余转化率。本方法尤其还应该可灵活适用于不同的载荷范围而没有产率损失。

所述解决方案为一种在包括如下部分的设备中通过用包含氧气的气体将邻二甲苯和/或萘催化部分氧化而制备邻苯二甲酸酐的方法：

-两个或更多个用冷却剂冷却的反应区，

-一个或多个设置在反应区之间的用于使反应区之间的反应混合物中间冷却的装置，冷却剂进入第二或其它反应区时的温度与冷却剂进入第一反应区时的温度相比有所降低，其中冷却剂进入第一反应区时的温度比冷却剂进入第二或其它反应区时的温度高超过20℃。

已知在制备邻苯二甲酸酐的后反应器中的转化率非常有限，因为后反应将热量引入反应气体料流中并将其加热，然后已形成的有价值的产物到完全氧化产物，即一氧化碳和二氧化碳的进一步反应随后逐渐发生，导致产率下降以及后反应器失控的危险。

已经令人惊讶地发现，与预先的假设相反，甚至在将基于总摩尔转化率为5-10％，而且高达15％或甚至高达20％的剩余转化率移至后反应器中时，只要在后反应器中适当除去热量防止过高的温度上升，可以实现邻二甲苯以及2-苯并[c]呋喃酮副产物向有价值的邻苯二甲酸酐产物的几乎完全转化而没有显著的额外产率损失，尽管如此，该后反应是在显著低于已知的使邻二甲苯以高转化率(＞70％)反应为邻苯二甲酸酐所需的温度水平的温度水平下进行。