[发明专利]基于气液固多相反应分离同步反应器的利用空气氧化对二甲苯生产对苯二甲酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用空气氧化对二甲苯生产对苯二甲酸的工艺方法。 

背景技术

对苯二甲酸是聚酯工业的主要原料。以醋酸钴、醋酸锰为催化剂，溴化物等为促进剂，在180～200℃、14～16MPa下，用空气氧化PX（对二甲苯）可以产生对苯二甲酸。但是，催化剂金属盐和反应产物对苯二甲酸都是不溶于反应物PX的固体物质，所以上述方案不能直接工业应用。为了解决金属盐、对苯二甲酸、PX的相互溶解性问题，US6,175,038公开了使用70%的醋酸和10%的水作为混合溶剂使金属盐、对苯二甲酸和PX相互溶解的技术方案，并且已经成为目前工业制备对苯二甲酸的技术。但是该方案中存在如下问题：一是溴化物和醋酸严重污染环境和腐蚀设备；二是反应物PX只占体系总量的20%，导致生产和分离设备庞大，产物精制和分离复杂，操作技术难度大，生产效率低；三是反应过程中溶剂醋酸也被氧化，目前工业上每生产1吨对苯二甲酸，溶剂醋酸的损耗量在60～80公斤；四是生产过程中产物对苯二甲酸长时间以悬浮形式存在于溶剂中，在高温高压条件下，部分产物进一步发生脱羧形成副产物，导致对苯二甲酸精制难度加大。 

专利CN1453259公开了一种由金属卟啉或金属卟啉与金属盐催化芳香甲基苯被空气或含二氧化碳空气直接氧化成为相应芳香羧酸的工艺。该工艺不使用腐蚀性的醋酸溶剂和溴化物，可以避免腐蚀和环境污染问题，也不存在溶剂的氧化，但氧化产物为甲基苯甲醛、甲基苯甲醇和甲基苯甲酸而不是对苯二甲酸，并且由于反应物芳香甲苯与氧化产物互不溶解使得该反应工艺只适合间隙反应过程，不适合连续化工业生产。另外，该技术中产物仍然长时间停留在反应系统中，存在高温高压条件下，部分产物进一步发生脱羧形成副产物的问题。 

专利CN101362687公开了在多釜串联反应器中以金属卟啉为催化剂，以空气作氧化剂，PX通过氧化过程得到对苯二甲酸的连续反应工艺。该方案进行的PX氧化反应分为PX初次氧化和经分离后的初次氧化产物对甲基苯甲酸和对甲基苯甲醇混合物的二次氧化两个氧化过程。两次氧化在同一反应器循环完成并构成连续氧化过程。为了解决固体氧化产物在氧化反应釜之间或者氧化反应釜与结晶分离罐之间的转移问题，该工艺在氧化反应釜之间或者氧化反应釜与结晶分离罐之间连接有固体泵。但是，该工艺仍然存在如下问题：一是氧化反应釜或者结晶分离罐与固体泵之间连有大量管路，固体氧化产物对苯二甲酸在反应物PX中不溶解而出现在氧化反应器底部和流动管路中结晶；二是PX的初次氧化产物为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲醇和对苯二甲酸的混合物，需要在结晶器中将产物对苯二甲酸进行分离，而这个过程的实现需要消耗大量能量；三是该技术中产物对苯二甲酸仍然长时间停留在反应系统中，存在高温高压条件下，部分产物进一步发生脱羧形成副产物的问题。 

化工生产中经常遇到产物比重大于反应物且互不相溶的气液固多相反应。对这类反应，反应过程中气体、液体和固体多相同时存在于反应体系中。现有的化工生产模式是，整个反应期间，反应物与反应产物自然地或者被强制地（例如搅拌）分布于反应区。反应结束后，再将反应物与反应产物移到分离器中进行分离。由于体系中多相物质的存在会影响液体在生产装置中的流动性而无法连续生产。对于上述情况，目前化工生产中主要有两种解决方案。一种方案是加入另一种能同时溶解多相物质的溶剂。通过加入溶剂的方法可以实现有不溶性产物生成的工艺连续化；但是，溶剂的加入使化工生产过程变得复杂，同时也增加相应的设备投资和能耗、物耗以及溶剂对环境的污染；另一种方案是，采用间隙操作生产。上述两个方案中，都将增加反应产物在反应系统中的停留时间，而在反应操作条件下，反应产物会因为分解或者深度反应，导致反应产物收率和收率降低。 

发明内容

本发明的目的是在于提供一种基于气液固多相反应分离同步反应器利用空气氧化对二甲苯，高转化率、高收率地连续化生产对苯二甲酸的方法，该方法大大提高了对苯二甲酸的生产效率，降低了生产成本。