[发明专利]一种用于对二甲苯氧化的双鼓泡塔反应装置及反应工艺

说明书

本发明公开了一种用于对二甲苯氧化生产对苯二甲酸的双鼓泡塔反应装置及反应工艺，该装置由两座鼓泡塔反应器组成，其中第二反应器为大高径比的塔体或内置导流筒的气升式内循环鼓泡塔。反应物料混合后依次进入两座鼓泡塔反应器，在空气鼓泡的作用下，PX被氧化为TA，之后再经结晶、过滤、洗涤和加氢精制等步骤得到精对苯二甲酸产品。本发明省去了传统的全混流氧化反应器的搅拌装置，采用两级串联操作的鼓泡塔作为氧化反应器，使反应性能更趋向于平推流反应器，在一定程度上提高了综合反应速率，降低了原料的燃烧消耗、提高了PX的转化率和TA收率。

技术领域

本发明涉及一种用于对二甲苯(PX)氧化生产对苯二甲酸(TA)的双鼓泡塔反应装置及反应方法，适用于现有的以醋酸为溶剂、以含有分子氧的气体氧化PX生产TA的各种工艺过程。

背景技术

精对苯二甲酸(PTA)是一种非常重要的工业原料，主要用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和树脂，而PET因其优良的物理性能和机械性能，广泛应用于国民经济的各个方面，与人们的生活息息相关。目前，PTA主要采用PX的空气液相氧化法生产，该方法将PX和溶剂醋酸、催化剂醋酸钴、醋酸锰、溴化氢(或四溴乙烷)混合后进入氧化反应器，在一定条件下通入空气或富氧气进行氧化，生成固体产物TA。反应完成后的浆料再经过后续的过滤、洗涤、干燥和加氢精制等工序得到PTA产品。

氧化反应器为生产PTA的核心装置，反应器的设计需要满足气液传质、液相反应和结晶、蒸发移热、物料混合四个方面的要求，现有氧化反应器的典型操作条件为反应温度155～205℃，压力0.5～1.6MPa，停留时间40～150min。目前，工业化应用的氧化反应器主要采用带搅拌桨的釜式结构，如专利US5211924与专利US5102630介绍的搅拌釜式反应器带有两层搅拌桨，下层桨的功能是实现液体混合与固体悬浮，上层桨用于分散气泡，达到促进气液传质和釜内液体循环的要求。专利JP14098/1979、EP0618186A1和专利US5463113公开的反应器带有一个搅拌桨，安装在反应釜的底部，其作用是松动固体浆料，防止反应釜结疤。这类搅拌釜存在的主要问题是设备造价与运行费用高，需要专门的机械制造工艺来解决搅拌桨动密封和震动等问题，运行时电耗高，维护成本高。

专利CN1293184A公开了一种无搅拌的用于生产芳香羧酸的氧化装置，其特征是反应器筒体内安装了多层纵横隔板，将筒体内分为若干个上下相连的小区，每个小区相当于一个全混流反应器，原料与空气从塔下部加入，反应后的浆料从上部排出，物料以接近平推流的方式流动，以此来达到更高的转化率和收率。但是该反应器内部结构复杂，不利于气体与含固体浆料的混合与流动。CN100594972C公开了一种罐状无搅拌的PX氧化反应器，其特征是反应器高径比为2.8～5，反应器壳体底部设有分布式进气装置和旋流式进气装置。专利CN1049424C公开了一种无搅拌的生产芳香羧酸的氧化装置，反应器上方直接连接氧化废气蒸馏塔，蒸馏塔下部设有固体物收集盘，上部设有填料床层，直接使用氧化反应热完成溶剂脱水操作。专利CN1807392A同样公开了一种反应器与蒸馏脱水塔一体化的TA生产装置，为了保证下段反应器中三相均匀混合，该装置在反应段的侧壁均匀设置了2～8个气相原料分进口，并在反应段的底部安装有底入式锚式搅拌器。CN1486968A公开了一种生产TA的气升式外循环鼓泡塔氧化反应装置，其特征是该装置由带有顶部扩大段的筒式鼓泡塔、外循环管、回流液分布器和冷凝器构成，利用外循环管将塔上部浆料通过气升作用引入下部区域，从而使物料均匀混合。CN1634848和CN2791044Y、CN2654608Y和CN1528732A公开了一种TA的生产装置，其特征是采用带有气体分离段的鼓泡塔反应器实现对二甲苯的催化氧化，该鼓泡塔分为气体处理段、自由空间段和三相反应段，其中气体处理段安装有气体分布器、填料或持液塔板，三相反应段的下部水平安装有气体分布器。

目前文献和专利中介绍的各种用于生产PTA的无搅拌氧化反应器都属于单一反应器类型，仅涉及一个氧化反应器。有关PTA的专利与文献中都没有提及采用双鼓泡塔进行分级氧化的方案及装置，而后者正是本发明的主要特征。

发明内容