[发明专利]改进的对苯二甲酸的制备

说明书

发明背景

本发明涉及增加进料到用于制备对苯二甲酸的反应器中的氧量并改进对苯二甲酸的整体制备的方法。

实施了许多方法以改进纯化对苯二甲酸（PTA）的制备。在这些方法中通过富氧空气和纯氧气来氧化对二甲苯（PX）。

在传统的Co-Mn-Br催化空气或者基于富氧空气的对二甲苯氧化工艺制备对苯二甲酸中，在约为170°C至225°的温度以及100psig至300psig的压力下运行搅拌反应器。将压缩空气或者富氧空气（富集到含高至28体积％的氧气）从底部引入到反应器中。由于空气或者富氧空气流的大体积流速，对苯二甲酸氧化浆料中令人满意的分散和气泡循环需要强烈的机械搅动。由于氧气是超化学计量的，在反应器顶部空间形成的连续气体相中含残留的氧气。反应器顶部空间中的氧气浓度必须维持低于易燃限，实际上维持在低于8至9个体积以安全运行，且通常小于5体积％以保证安全边际。基于富氧空气对二甲苯氧化过程中氧气富集的程度，实际上高至28体积％，其受到液相中存在Br时氧对于反应器材料的严重腐蚀的限制，并受到连续相中残留氧浓度的限制。

为了消除对二甲苯氧化反应器中蒸汽的可燃性，诸如美国专利第5,371,283号中所揭示的现有方法通过在液体氧化反应器中用纯氧来产生纯化的对苯二甲酸，在所述反应器中从挡板下方进料氧气并消除了气相和液相之间的界面。然而该反应器的设计比传统对二甲苯氧化反应器复杂且还需要外部氮气以稀释反应器中的蒸汽。或者，美国专利第5,693,856号中说明了用于制备纯化对苯二甲酸的具有二氧化碳再循环的氧气富集和纯化氧气过程。该过程需要另外的装置用于二氧化碳分离和再循环。

在传统基于富氧空气的纯化对苯二甲酸制备过程中，由于空气含有大部分的惰性氮气，进入到反应器中的空气流的体积流速非常大。从反应器底部以非常高的流速将空气流引入到液相中，较大气泡通过叶轮在反应器中分散并循环。尽管可以优化诸如叶轮和气体分配器的反应器设计以增加氧气效率，但是反应速率仍受到气泡中低氧分压和液相中小界面比表面积的限制。这些导致了反应器顶部空间的连续气相中高浓度的残留氧气。

本发明可以通过将辅助氧气流注入到反应器中来克服较早对苯二甲酸制备方法中的这些不足。

发明内容

在本发明的一个实施方式中，揭示了用于制备对苯二甲酸的改进的方法，该方法包括以下步骤：在催化剂的存在下，使对二甲苯和氧气在基于空气的对二甲苯氧化搅拌反应器中反应，所述改进包括：向反应器中加入了另外的氧气流。

与对二甲苯反应的氧气作为空气流直接进料到反应器中。通常在诸如乙酸的溶剂的存在下和诸如Co-Mn-Br的催化剂的存在下发生反应。

在进行反应时，可以再循环所述溶剂。在本发明的另一个实施方式中，另外的氧气流可以与再循环溶剂一起加入到反应器中。

无再循环溶剂时加入到反应器中的另外的氧气流选自：纯氧气、近纯氧气和富氧空气。可以将所述另外的氧气流预加热到约等于向反应器提供氧气的空气流的温度。

以向反应器提供氧气的空气流速的0.1％至20％的体积流速，将所述另外的氧气流加入到反应器中。将另外的氧气流通过气体扩散器或者喷嘴进料到反应器中，以将所述另外的氧气流分散于在反应器中形成的对苯二甲酸氧化浆料中。

将诸如纯氧气的另外的氧气流独立注入具有许多优点。首先，相对于空气流的流速，所述纯氧气流的体积流速较小。对于相同程度的氧气富集，诸如15％氧气富集（空气流中为24.2％的氧气），氧气体积流速仅为空气流速的约4.3％，其使得小氧气气泡在液相中的分散成为现实。

第二，可以在最佳的位置将另外的氧气流与再循环溶剂通过喷嘴注入到反应器中，抑制小氧气气泡与大空气气泡的过量凝结以及氧气气泡附着到反应器壁上。可以显著地提高氧气效率。

第三，氧气富集对二甲苯氧化反应器的运行更灵活且更安全，因为对于氧气富集程度的蒸汽中的残留氧气浓度的响应更直接。或者，另外的含氧气体可以立即被切换为氮气、二氧化碳或者其他惰性气体以使得残留氧气浓度保持在安全运行范围内。本方法提供了主动措施以维持对二甲苯反应器的安全运行。