[发明专利]通过氧化生产芳族二羧酸的能量和环境整合方法

说明书

一种用于在一级鼓泡塔反应器中用压缩空气氧化二烷基取代的芳族化合物的连续方法；包括将三相反应介质的一部分移除至供应有压缩空气的后氧化鼓泡塔单元；将后氧化反应介质分离成塔顶气体和底流浆液；收集来自氧化反应器和脱气单元的塔顶气体并将经合并的塔顶气体引导至除水塔(WRC)；将来自所述脱气单元的所述底流浆液转移至蒸煮单元以实现进一步氧化而不向所述蒸煮单元添加空气；将塔顶气体移除至所述除水塔；使最终氧化浆液结晶；以及在旋转压力过滤器上过滤所述浆液；其中利用来自所述WRC的废气的一部分能量来驱动空气压缩机，以供应所述压缩空气用于氧化。

发明领域

本发明涉及一种通过二烷基取代的芳族化合物的液相氧化生产芳族二羧酸的节能系统和方法，所述系统和方法收集并再循环催化剂和反应物从而以对环境安全的方式制备芳族二羧酸。所述系统且因此所述方法的要素可改装至现有化工设备中，以在产出高质量产物的同时获得增加的能量和生产效率。

发明背景

液相氧化反应常常用于醛至酸(例如，丙醛至丙酸)的氧化、环己烷至己二酸的氧化和烷基芳族化合物至醇、酸或二酸的氧化。烷基芳族化合物的氧化的一个重要实例为对二甲苯至对苯二甲酸的液相催化氧化，对苯二甲酸为生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)的原料。PET是全世界大量使用以制备诸如瓶子、纤维和包装等的产品的众所周知的塑料。

在液相氧化工艺中，液相进料流和气相氧化剂流被引入反应器中并在反应器中形成多相反应介质。引入反应器中的液相进料流含有至少一种可氧化有机化合物，而气相氧化剂流含有分子氧。作为气体引入反应器中的分子氧的至少一部分溶解至反应介质的液相中，以提供液相反应可用的氧。如果多相反应介质的液相含有不足浓度的分子氧(即，如果反应介质的某些部分是“缺氧的”)，则不合期望的副反应会生成杂质和/或所预期的反应会发生速率的延迟。

如果反应介质的液相含有过少的可氧化化合物，则反应速率可能会不合期望地低。此外，如果反应介质的液相含有过量浓度的可氧化化合物，则额外的不合期望的副反应会生成杂质。因此，为了在最低成本下获得高纯度的产物，做出了许多努力以实现原材料的有效利用，包括原材料的再循环、最低能量消耗和最少的废物处理成本。

为了获得多相氧化反应介质的均匀分布，液相氧化反应器可装备有搅动构件，以促使分子氧溶解至反应介质的液相中、维持溶解的氧在反应介质的液相中的相对均匀浓度、且维持可氧化有机化合物的相对均匀浓度。

因此，反应介质的搅动可通过机械搅动提供，如连续搅拌反应槽(“CSTR”)中所提供。然而，CSTR具有相对高的投资成本，因为其需要昂贵的马达、流体密封轴承和驱动轴和/或复杂的搅拌机构。此外，常规CSTR的旋转和/或摆动机械部件需要定期维护。与此维护相关的人力和停机时间增加了CSTR的操作成本。然而，即使进行定期维护，CSTR中采用的机械搅动系统也容易发生机械故障且可能需要在相对短的时间后更换。

鼓泡塔反应器提供反应介质的搅动，不需要昂贵且不可靠的机械设备。鼓泡塔反应器通常包括细长的直立反应区，其内装有反应介质。反应区内反应介质的搅动主要通过上升穿过反应介质的液相的气泡的自然浮力提供。鼓泡塔反应器中提供的这种自然浮力搅动相对于机械搅动反应器，减少了投资和维护成本。此外，基本上不存在与鼓泡塔反应器相关的移动机械部件提供了相对于机械搅动反应器，不太容易发生机械故障的氧化系统。

感兴趣的大容量氧化产物诸如对苯二甲酸的有效制造不仅涉及氧化工艺，而且涉及产物的后处理和分离，且在总体制造工艺中经常采用串联或并联进行的多个单元操作。这些操作中的每一者可需要能量输入或可作为可被捕获且利用的能量源。此外，控制反应变量和反应物化学计量以优化产物收率和纯度且同时使废物和环境影响降至最低可为在操作中获得商业成功的关键。