[发明专利]制造芳族羧酸时改进的能量回收

说明书

发明背景

芳族羧酸如苯甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、苯偏三酸、苯均四酸、苯均三酸和萘二甲酸对于许多化学品和聚合物产物是重要中间产物。芳族羧酸可以用合适的芳族烃原料的液相氧化而制造。例如，美国专利第2,833,816号，这里参考地引入，公开了使用具有钴和锰组分的催化剂、在溴的存在下、使二甲苯异构体液相氧化成相应的苯二甲酸。作为进一步的例子，美国专利第5,103,933号，这里参考地引入，公开了二甲基萘液相氧化成萘二甲酸也可以在溴和具有钴和锰组分的催化剂的存在下实现。通常地，例如在美国专利第3,584,039号、美国专利第4,892,972号和美国专利第5,362,908号中描述的，在随后的过程中提纯芳族羧酸，其涉及在还原环境中使粗芳族羧酸接触催化剂和氢气。

使用包含芳族烃和溶剂的反应混合物进行芳族烃液相氧化成芳族羧酸。通常地，溶剂包含C_1-8一元羧酸，例如乙酸或苯甲酸或它们与水的混合物。如这里使用的，  “芳族烃”是指由碳原子和氢原子构成、并具有一个以上芳环的分子，例如苯环或萘环。为了本申请的目的，“芳族烃”包括具有一个以上的杂原子如氧或氮原子的这样的分子。适合液相氧化制造芳族羧酸的芳族烃一般包含具有至少一个可氧化成羧酸基团的取代基的芳族烃，例如烷基芳族烃如二甲基苯和二甲基萘。如这里使用的，  “芳族羧酸”是指具有至少一个羧酸基团的芳族烃。

催化剂也存在于氧化反应混合物中。通常地，催化剂包含助催剂如溴和至少一种合适的重金属组分。合适的重金属包括原子量在约23至约178范围中的重金属。例子包括钴、锰、钒、钼、铬、铁、镍、锆、铈或镧系金属如铪。这些金属的合适形式包括例如乙酸盐、氢氧化物和碳酸盐。

分子氧的来源也引入到反应器中。通常地，使用氧气作分子氧的来源，起泡或以其他方式混合到液相反应混合物中。一般使用空气供应氧气。

随后的提纯过程通常包括在还原条件下使氧化的粗芳族羧酸产物的溶液与氢气和催化剂接触。用于该提纯的催化剂通常包含合适载体如碳或二氧化钛上的一种以上的活性加氢金属如钌、铑、钯或铂。

对该液相氧化过程已经进行了许多修改和改进，例如：授权给Jhung等的美国专利第6,194,607号公开了在二甲苯异构体氧化成苯二甲酸中将碱金属或碱土金属加到反应混合物中；授权给Belmonte等的美国专利第5,112,992号公开了将铪加到氧化催化剂中；授权给Partenheimer等的美国专利第5,081,290号公开了操作乙酸盐浓度以控制氧化的速率。

芳族烃在液相氧化中的氧化反应是放热反应。反应热通常通过使液体反应混合物沸腾而移出。结果，在反应容器内在液体上方形成蒸汽相。这样的蒸汽相通常含有大量的反应溶剂。通常从反应容器移出顶部气体以控制反应放热，但是这样的移出带来显著的溶剂损失。显著的溶剂损失将是不理想的，从该蒸汽相回收溶剂是有利的。移出的顶部气体可以至少部分地冷凝并以冷凝液的形式循环到反应容器或用在该过程的其它地方、下游过程步骤或集成操作中。

从氧化反应移出的顶部气体通常处于高压下，含有相当量的能量。从氧化反应顶部气体回收能量显著地减少了芳族羧酸生产过程的整体能量需求。随全球能量需求增长和随对特定芳族羧酸的需求增长，这样的能量回收的重要性继续增长。对许多产能方法的越来越多的环境和管理约束进一步提升回收该过程的能量的重要性。

已经努力通过将上述流冷凝和对回收的热进行交换以产生中等压力蒸汽，从而由高压顶部气体回收能量。在这样的冷凝操作中，进入冷凝器的气态流中的所有或基本所有的水冷凝成液体形式。授权给Abrams的美国专利第5,723,656和5,612,007号，这里参考地引入，部分地公开了液相氧化过程，其中将氧化顶部气体引导至高压高效分离设备以从氧化顶部气体移出至少95重量％的溶剂和形成高压顶部气态流，将高压顶部气态流引导至用于能量回收的机构。

授权给Miller等的美国专利第6,504,051号，这里参考地引入，部分地公开了如在Abrams中的具有从反应器废气回收能量的液相氧化过程，其中将氧化顶部气体引导至水去除塔，从其得到包含氧气消耗尽的废气、水和少量溶剂和反应副产物的顶部蒸汽流。Miller等公开了将顶部蒸汽流分离成可以引导至能量回收装置的第一部分和引导至冷凝器的第二部分，可冷凝组分从冷凝器返回水去除塔，剩下的气体可以引导至能量回收装置。