RU2388745C2 - Optimised liquid-phase oxidation - Google Patents
Optimised liquid-phase oxidation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388745C2 RU2388745C2 RU2007111927/02A RU2007111927A RU2388745C2 RU 2388745 C2 RU2388745 C2 RU 2388745C2 RU 2007111927/02 A RU2007111927/02 A RU 2007111927/02A RU 2007111927 A RU2007111927 A RU 2007111927A RU 2388745 C2 RU2388745 C2 RU 2388745C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction medium
- reaction
- reaction zone
- zone
- reactor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Данное изобретение в общем случае относится к способу жидкофазного каталитического окисления ароматического соединения. Один аспект изобретения относится к частичному окислению диалкилароматического соединения (например, пара-ксилола) с получением сырой неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты (например, сырой неочищенной терефталевой кислоты), которую после этого можно будет подвергнуть очистке и разделению. Еще один аспект изобретения относится к улучшенной барботажной реакторной колонне, которая позволяет реализовать более эффективный и экономичный способ жидкофазного окисления.The present invention generally relates to a process for the liquid phase catalytic oxidation of an aromatic compound. One aspect of the invention relates to the partial oxidation of a dialkyl aromatic compound (e.g., para-xylene) to produce a crude crude aromatic dicarboxylic acid (e.g., a crude crude terephthalic acid), which can then be purified and separated. Another aspect of the invention relates to an improved bubble column reactor, which allows a more efficient and economical liquid phase oxidation process.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Реакции жидкофазного окисления используют в широком ассортименте существующие коммерческие способы. Например, жидкофазное окисление в настоящее время используют для окисления альдегидов до получения кислот (например, пропионового альдегида до получения пропионовой кислоты), окисления циклогексана до получения адипиновой кислоты и окисления алкилароматики до получения спиртов, кислот или дикислот. Способом коммерческого окисления, имеющим в особенности большое значение и относящимся к последней категории (окисление алкилароматики), является жидкофазное каталитическое частичное окисление пара-ксилола до получения терефталевой кислоты. Терефталевая кислота представляет собой важное соединение, характеризующееся широким ассортиментом сфер применения. Основным вариантом использования терефталевой кислоты является использование в качестве исходного сырья при получении полиэтилентерефталата (ПЭТФ). ПЭТФ представляет собой хорошо известный пластик, используемый в больших количествах по всему миру для получения продукции, такой как бутылки, волокна и упаковка.Liquid phase oxidation reactions use a wide variety of existing commercial methods. For example, liquid phase oxidation is currently used to oxidize aldehydes to produce acids (e.g., propionic aldehyde to produce propionic acid), oxidize cyclohexane to produce adipic acid and oxidize alkyl aromatics to produce alcohols, acids or diacids. A method of commercial oxidation, which is particularly important and belongs to the latter category (oxidation of alkyl aromatics), is a liquid-phase catalytic partial oxidation of para-xylene to obtain terephthalic acid. Terephthalic acid is an important compound characterized by a wide range of applications. The main use of terephthalic acid is to use polyethylene terephthalate (PET) as a feedstock. PET is a well-known plastic used in large quantities around the world to produce products such as bottles, fibers and packaging.
В типичном способе жидкофазного окисления, включающем частичное окисление пара-ксилола до получения терефталевой кислоты, поток жидкофазного исходного подаваемого материала и поток газофазного окислителя вводят в реактор, и в реакторе они образуют многофазную реакционную среду. Вводимый в реактор поток жидкофазного исходного подаваемого материала содержит, по меньшей мере, одно окисляемое органическое соединение (например, пара-ксилол), в то время как поток газофазного окислителя содержит молекулярный кислород. По меньшей мере, часть молекулярного кислорода, вводимого в реактор в качестве газа, растворяется в жидкой фазе реакционной среды, что обеспечивает доступность кислорода для жидкофазной реакции. Если жидкая фаза многофазной реакционной среды будет содержать недостаточную концентрацию молекулярного кислорода (то есть, если определенные части реакционной среды будут «обеднены кислородом»), то тогда нежелательные побочные реакции могут привести к образованию примесей, и/или целевые реакции могут замедлиться по скорости. Если жидкая фаза реакционной среды будет содержать чрезмерно мало окисляемого соединения, то тогда скорость реакции может оказаться нежелательно низкой. Кроме того, если жидкая фаза реакционной среды будет содержать избыточную концентрацию окисляемого соединения, то тогда дополнительные нежелательные побочные реакции могут привести к образованию примесей.In a typical liquid-phase oxidation process, including partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid, a liquid-phase feed stream and a gas-phase oxidizer stream are introduced into the reactor and they form a multiphase reaction medium in the reactor. The liquid-phase feed feed stream introduced into the reactor contains at least one oxidizable organic compound (e.g., para-xylene), while the gas-phase oxidizer stream contains molecular oxygen. At least part of the molecular oxygen introduced into the reactor as a gas is dissolved in the liquid phase of the reaction medium, which ensures the availability of oxygen for the liquid-phase reaction. If the liquid phase of the multiphase reaction medium contains an insufficient concentration of molecular oxygen (that is, if certain parts of the reaction medium are “oxygen depleted”), then undesirable side reactions can lead to the formation of impurities, and / or target reactions can slow down in speed. If the liquid phase of the reaction medium contains excessively little oxidizable compound, then the reaction rate may be undesirably low. In addition, if the liquid phase of the reaction medium contains an excess concentration of the oxidizable compound, then additional undesirable side reactions can lead to the formation of impurities.
Обычно используемые реакторы жидкофазного окисления оборудуют средствами перемешивания, предназначенными для перемешивания многофазной реакционной среды, содержащейся в них. Перемешивание реакционной среды проводят в целях стимулирования растворения молекулярного кислорода в жидкой фазе реакционной среды, выдерживания относительно однородных концентраций растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды и выдерживания в жидкой фазе реакционной среды относительно однородных концентраций окисляемого органического соединения.Commonly used liquid phase oxidation reactors are equipped with stirring means for mixing the multiphase reaction medium contained therein. Stirring of the reaction medium is carried out in order to stimulate the dissolution of molecular oxygen in the liquid phase of the reaction medium, maintaining relatively uniform concentrations of dissolved oxygen in the liquid phase of the reaction medium, and maintaining relatively uniform concentrations of oxidizable organic compound in the liquid phase of the reaction medium.
Перемешивание реакционной среды, подвергающейся жидкофазному окислению, зачастую проводят при использовании механических средств перемешивания в емкостях, таких как, например, емкостные реакторы с непрерывным перемешиванием (CSTR). Несмотря на то, что реакторы CSTR могут обеспечить проведение тщательного перемешивания реакционной среды, реакторам CSTR свойственны несколько недостатков. Например, реакторы CSTR характеризуются относительно высоким уровнем капитальных затрат вследствие наличия у них потребности в дорогостоящих двигателях, подшипниках с жидкостным уплотнением и приводных валах и/или сложных перемешивающих механизмах. Кроме того, вращающиеся и/или осциллирующие механические компоненты обычно используемых реакторов CSTR требуют регулярного проведения технологического обслуживания. Работы и время остановки, связанные с проведением такого технического обслуживания, увеличивают эксплуатационные расходы для реакторов CSTR. Однако даже при регулярном проведении технического обслуживания механические системы перемешивания, используемые в реакторах CSTR, подвержены отказам механической части и могут потребовать замены по истечении относительно коротких периодов времени.Mixing of the reaction medium subjected to liquid phase oxidation is often carried out using mechanical means of mixing in containers, such as, for example, continuous stirred tank reactors (CSTR). Although CSTRs can provide thorough mixing of the reaction medium, several disadvantages are present in CSTRs. For example, CSTR reactors are characterized by a relatively high level of capital costs due to their need for expensive engines, liquid-sealed bearings and drive shafts and / or complex mixing mechanisms. In addition, the rotating and / or oscillating mechanical components of commonly used CSTRs require regular maintenance. The work and shutdown time associated with such maintenance increases the operating costs for CSTR reactors. However, even with regular maintenance, the mechanical mixing systems used in CSTRs are susceptible to mechanical failures and may require replacement after relatively short periods of time.
Барботажные реакторные колонны представляют собой привлекательную альтернативу для реакторов CSTR и других реакторов окисления с механическим перемешиванием. Барботажные реакторные колонны обеспечивают перемешивание реакционной среды без возникновения потребности в дорогостоящем и ненадежном механическом оборудовании. Барботажные реакторные колонны обычно включают удлиненную прямостоячую зону реакции, внутри которой содержится реакционная среда. Перемешивание реакционной среды в зоне реакции обеспечивается главным образом за счет естественного всплывания пузырьков газа, поднимающихся через жидкую фазу реакционной среды. Данное обусловленное естественным всплыванием перемешивание, достигаемое в барботажных реакторных колоннах, приводит к уменьшению капитальных затрат и расходов на техническое обслуживание в сопоставлении с реакторами с механическим перемешиванием. Кроме того, по существу отсутствие подвижных механических деталей, связанное с барботажными реакторными колоннами, обеспечивает получение системы окисления, которая менее подвержена отказам механической части в сопоставлении с реакторами с механическим перемешиванием.Bubble reactor columns are an attractive alternative for CSTR reactors and other mechanically stirred oxidation reactors. Bubble reactor columns provide mixing of the reaction medium without the need for expensive and unreliable mechanical equipment. Sparging reactor columns typically include an elongated upright reaction zone, within which the reaction medium is contained. Stirring of the reaction medium in the reaction zone is mainly due to the natural rise of gas bubbles rising through the liquid phase of the reaction medium. This naturally occurring stirring, achieved in bubble column reactors, results in lower capital and maintenance costs compared to mechanically agitated reactors. In addition, the essentially absence of moving mechanical parts associated with bubble column reactors provides an oxidation system that is less susceptible to mechanical failures when compared to mechanically stirred reactors.
Если жидкофазное частичное окисление пара-ксилола будут проводить в обычно используемом реакторе окисления (CSTR или барботажная колонна), то тогда продуктом, отбираемым из реактора, обычно будет являться суспензия, содержащая сырую неочищенную терефталевую кислоту (СТА) и маточный раствор. СТА характеризуется относительно высокими уровнями содержания примесей (например, 4-карбоксибензальдегида, пара-толуиловой кислоты, флуоренонов и других окрашенных веществ), что делает ее непригодной для использования в качестве исходного сырья при получении ПЭТФ. Таким образом, СТА, полученную в обычно используемых реакторах окисления, обычно подвергают технологическому процессу очистки, который превращает СТА в очищенную терефталевую кислоту (РТА), подходящую для использования при получении ПЭТФ.If the liquid-phase partial oxidation of para-xylene is carried out in a commonly used oxidation reactor (CSTR or bubble column), then the product taken from the reactor will usually be a suspension containing crude crude terephthalic acid (CTA) and mother liquor. CTA is characterized by relatively high levels of impurities (for example, 4-carboxybenzaldehyde, para-toluic acid, fluorenones and other colored substances), which makes it unsuitable for use as a feedstock in the production of PET. Thus, the CTA obtained in commonly used oxidation reactors is usually subjected to a purification process that converts the CTA into purified terephthalic acid (PTA) suitable for use in the production of PET.
Один типичный способ очистки при превращении СТА в РТА включает следующие далее стадии: (1) замена маточного раствора в суспензии, содержащей СТА, на воду, (2) нагревание суспензии СТА/вода для растворения СТА в воде, (3) каталитическое гидрирование раствора СТА/вода для превращения примесей в более желательные и/или легче отделяемые соединения, (4) осаждение полученной в результате РТА из подвергнутого гидрированию раствора при использовании нескольких стадий кристаллизации и (5) отделение закристаллизованной РТА от остающихся жидкостей. Несмотря на свою эффективность данный тип обычно используемого способа очистки может оказаться очень дорогостоящим. Индивидуальные факторы, вносящие свой вклад в высокую стоимость обычно используемых способов очистки СТА, включают, например, тепловую энергию, необходимую для стимулирования растворения СТА в воде, катализатор, необходимый для проведения гидрирования, поток водорода, необходимый для проведения гидрирования, потери выхода, вызванные гидрированием некоторой части терефталевой кислоты, и наличие нескольких емкостей, необходимых для проведения многоступенчатой кристаллизации. Таким образом, было бы желательным предложение продукта СТА, который можно было бы очищать без возникновения потребности в стимулированном нагреванием растворении в воде, гидрировании и/или многоступенчатой кристаллизации.One typical purification method when converting CTA to PTA involves the following steps: (1) replacing the mother liquor in the CTA suspension with water, (2) heating the CTA / water suspension to dissolve the CTA in water, (3) catalytic hydrogenation of the CTA solution / water to convert impurities into more desirable and / or easier to separate compounds, (4) precipitating the resulting PTA from the hydrogenated solution using several crystallization steps and (5) separating the crystallized PTA from the remaining liquids. Despite its effectiveness, this type of commonly used cleaning method can be very expensive. Individual factors contributing to the high cost of commonly used CTA purification methods include, for example, the thermal energy needed to stimulate the dissolution of CTA in water, the catalyst necessary for hydrogenation, the hydrogen stream necessary for hydrogenation, yield losses caused by hydrogenation some part of terephthalic acid, and the presence of several containers required for multi-stage crystallization. Thus, it would be desirable to offer a CTA product that could be purified without the need for heat-stimulated dissolution in water, hydrogenation and / or multi-stage crystallization.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECTS OF THE INVENTION
Поэтому цель настоящего изобретения заключается в предложении более эффективных и экономичных реактора и способа жидкофазного окисления.Therefore, the aim of the present invention is to provide a more efficient and economical reactor and method of liquid phase oxidation.
Другая цель изобретения заключается в предложении более эффективных и экономичных реактора и способа для жидкофазного каталитического частичного окисления пара-ксилола до получения терефталевой кислоты.Another objective of the invention is to provide a more efficient and economical reactor and process for the liquid phase catalytic partial oxidation of para-xylene to produce terephthalic acid.
Еще одна цель изобретения заключается в предложении барботажной реакторной колонны, которая облегчает проведение улучшенных реакций жидкофазного окисления при пониженной эффективности образования примесей.Another objective of the invention is to provide a bubble column reactor that facilitates improved liquid phase oxidation reactions with reduced impurity formation efficiency.
И еще одна цель изобретения заключается в предложении более эффективной и экономичной системы, предназначенной для получения чистой терефталевой кислоты (РТА) в результате проведения жидкофазного окисления пара-ксилола с получением сырой неочищенной терефталевой кислоты (СТА), а после этого очистки СТА до получения РТА.And another objective of the invention is to propose a more efficient and economical system designed to produce pure terephthalic acid (PTA) as a result of liquid-phase oxidation of para-xylene to produce crude crude terephthalic acid (CTA), and after that, purification of CTA to obtain PTA.
Дополнительная цель изобретения заключается в предложении барботажной реакторной колонны, предназначенной для окисления пара-ксилола и получения продукта СТА, способного подвергнуться очистке без возникновения потребности в стимулированном нагреванием растворении СТА в воде, гидрировании растворенной СТА и/или многоступенчатой кристаллизации гидрированной РТА.An additional objective of the invention is to provide a bubble column reactor designed to oxidize para-xylene and to obtain a CTA product capable of undergoing purification without the need for heating-stimulated dissolution of CTA in water, hydrogenation of dissolved CTA and / or multi-stage crystallization of hydrogenated PTA.
Необходимо отметить, что объем настоящего изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не ограничивается способами или аппаратами, способными обеспечить реализацию всех целей, перечисленных выше. Вместо этого объем заявленного изобретения может включать широкий ассортимент систем, которые не позволяют добиться достижения всех или любых из перечисленных выше целей. Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения станут вполне очевидными для специалиста в соответствующей области техники после ознакомления со следующим далее подробным описанием и сопутствующими чертежами.It should be noted that the scope of the present invention defined in the attached claims is not limited to methods or apparatuses capable of ensuring the realization of all the goals listed above. Instead, the scope of the claimed invention may include a wide range of systems that do not allow to achieve all or any of the above objectives. Additional objectives and advantages of the present invention will become readily apparent to those skilled in the art upon review of the following detailed description and the accompanying drawings.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Один вариант реализации настоящего изобретения относится к способу, включающему следующие далее стадии: (а) введение потока окислителя, содержащего молекулярный кислород, в зону реакции барботажной реакторной колонны; (b) окисление окисляемого соединения в жидкой фазе многофазной реакционной среды, содержащейся в зоне реакции, где окисление приводит к получению в реакционной среде, по меньшей мере, из приблизительно 10 массовых процентов окисляемого соединения твердофазного продукта, где средневременной расход на единицу сечения потока на половине высоты реакционной среды составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,3 метра в секунду; и (с) отбор, по меньшей мере, части твердофазного продукта из зоны реакции через одно или несколько отверстий повышенного уровня расположения, где, по меньшей мере, часть молекулярного кислорода поступает в зону реакции ниже отверстий повышенного уровня расположения.One embodiment of the present invention relates to a method comprising the following steps: (a) introducing a stream of oxidizing agent containing molecular oxygen into the reaction zone of the bubble column reactor; (b) oxidizing the oxidizable compound in the liquid phase of the multiphase reaction medium contained in the reaction zone, where oxidation results in at least about 10 weight percent of the oxidizable compound of the solid phase product in the reaction medium, where the average flow rate per unit cross section is half the height of the reaction medium is at least about 0.3 meters per second; and (c) withdrawing at least a portion of the solid phase product from the reaction zone through one or more openings of an elevated location, where at least a portion of molecular oxygen enters the reaction zone below the openings of an increased location.
Еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к способу, включающему следующие далее стадии: (а) введение потока окислителя, содержащего молекулярный кислород, в зону реакции барботажной реакторной колонны; (b) окисление окисляемого соединения в жидкой фазе многофазной реакционной среды, содержащейся в зоне реакции; и (с) отбор, по меньшей мере, части реакционной среды из зоны реакции через одно или несколько отверстий повышенного уровня расположения, где, по меньшей мере, часть молекулярного кислорода поступает в зону реакции ниже отверстий повышенного уровня расположения, где температура реакционной среды в отверстиях повышенного уровня расположения, по меньшей мере, приблизительно на 1°С превышает температуру реакционной среды в самой нижней точке в зоне реакции.Another embodiment of the present invention relates to a method comprising the following steps: (a) introducing a stream of oxidizing agent containing molecular oxygen into the reaction zone of the bubble column reactor; (b) oxidizing the oxidizable compound in the liquid phase of the multiphase reaction medium contained in the reaction zone; and (c) withdrawing at least a portion of the reaction medium from the reaction zone through one or more openings of an increased location, where at least a portion of molecular oxygen enters the reaction zone below the openings of an increased location, where the temperature of the reaction medium is in the openings the increased level of location is at least about 1 ° C higher than the temperature of the reaction medium at the lowest point in the reaction zone.
И еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к способу получения терефталевой кислоты, включающему следующие далее стадии: (а) введение потока преимущественно жидкофазного исходного подаваемого материала, содержащего пара-ксилол, в зону реакции барботажной реакторной колонны; (b) введение в зону реакции потока преимущественно газофазного окислителя, содержащего молекулярный кислород; (с) окисление пара-ксилола в жидкой фазе трехфазной реакционной среды, содержащейся в зоне реакции, до получения, таким образом, сырой неочищенной терефталевой кислоты; (d) отбор, по меньшей мере, части сырой неочищенной терефталевой кислоты из зоны реакции через одно или несколько отверстий повышенного уровня расположения, где, по меньшей мере, часть пара-ксилола и, по меньшей мере, часть молекулярного кислорода поступают в зону реакции ниже отверстий повышенного уровня расположения; и (е) окисление, по меньшей мере, части сырой неочищенной терефталевой кислоты в реакторе вторичного окисления до получения, таким образом, более чистой терефталевой кислоты.And another embodiment of the present invention relates to a method for producing terephthalic acid, comprising the following steps: (a) introducing a stream of predominantly liquid-phase feed material containing para-xylene into the reaction zone of the bubble column reactor; (b) introducing into the reaction zone a stream of predominantly a gas phase oxidizing agent containing molecular oxygen; (c) oxidizing para-xylene in the liquid phase of the three-phase reaction medium contained in the reaction zone to thereby obtain crude crude terephthalic acid; (d) withdrawing at least a portion of the crude crude terephthalic acid from the reaction zone through one or more openings of an elevated location, where at least a portion of para-xylene and at least a portion of molecular oxygen enter the reaction zone below openings of the increased level of arrangement; and (e) oxidizing at least a portion of the crude crude terephthalic acid in the secondary oxidation reactor to thereby obtain a purer terephthalic acid.
А еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к барботажной реакторной колонне, предназначенной для проведения реакции между преимущественно жидкофазным потоком и преимущественно газофазным потоком до получения, таким образом, твердофазного продукта. Барботажная реакторная колонна включает оболочку емкости, одно или несколько отверстий для газа, одно или несколько отверстий для жидкости и одно или несколько отверстий повышенного уровня расположения для продукта. Оболочка емкости определяет удлиненную зону реакции. Зона реакции включает нормально нижний край и нормально верхний край, разнесенные друг от друга на аксиальную длину (L). Зона реакции характеризуется максимальным диаметром (D) и соотношением L:D, равным, по меньшей мере, приблизительно 6:1. Одно или несколько отверстий для газа обеспечивают введение газофазного потока в зону реакции. По меньшей мере, одно из отверстий для газа отстоит от нормально нижнего края зоны реакции на аксиальное расстояние, меньшее чем приблизительно 0,25D. Одно или несколько отверстий для жидкости обеспечивают введение жидкофазного потока в зону реакции. По меньшей мере, приблизительно 50 процентов от совокупной площади живого сечения, определенной всеми отверстиями для жидкости, отстоят менее чем приблизительно на 2,5D от отверстия для газа, расположенного ближе всего к нормально нижнему краю. Одно или несколько отверстий повышенного уровня расположения для продукта обеспечивают отбор твердофазного продукта из зоны реакции. В сопоставлении, по меньшей мере, с одним из отверстий для газа и, по меньшей мере, одним из отверстий для жидкости отверстия для продукта в аксиальном направлении располагают дальше от нормально нижнего края.And yet another embodiment of the present invention relates to a bubble column reactor designed to carry out a reaction between a predominantly liquid phase stream and a predominantly gas phase stream to thereby obtain a solid phase product. The bubble column reactor includes a vessel shell, one or more openings for gas, one or more openings for liquid, and one or more openings of an increased level of arrangement for the product. The shell of the vessel defines an elongated reaction zone. The reaction zone includes a normally lower edge and a normal upper edge, spaced apart from each other by axial length (L). The reaction zone is characterized by a maximum diameter (D) and an L: D ratio of at least about 6: 1. One or more gas openings allow for the introduction of a gas phase stream into the reaction zone. At least one of the gas openings is spaced apart from the normally lower edge of the reaction zone by an axial distance of less than about 0.25D. One or more openings for liquid provide the introduction of a liquid-phase flow into the reaction zone. At least about 50 percent of the total living area defined by all fluid openings is less than about 2.5 D from the gas opening closest to the normally lower edge. One or more holes of an increased level of location for the product provide the selection of the solid-phase product from the reaction zone. In comparison with at least one of the gas openings and at least one of the liquid openings, the product openings in the axial direction are further from the normally lower edge.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Предпочтительные варианты реализации изобретения подробно описываются далее со ссылкой на прилагаемые чертежи где:Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings, wherein:
Фигура 1 представляет собой вид сбоку для реактора окисления, сконструированного в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, в частности, иллюстрирующего введение потоков исходного подаваемого материала, окислителя и среды орошения в реактор, присутствие в реакторе многофазной реакционной среды и отбор газа и суспензии из верха и низа реактора соответственно;Figure 1 is a side view of an oxidation reactor constructed in accordance with one embodiment of the present invention, in particular illustrating the introduction of feed streams, an oxidizing agent, and an irrigation medium into the reactor, the presence of a multiphase reaction medium in the reactor, and the withdrawal of gas and slurry from the top and bottom of the reactor, respectively;
Фигура 2 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе для низа барботажной реакторной колонны, по линии 2-2 на фигуре 3, в частности, иллюстрирующий местоположение и конфигурацию барботера окислителя, используемого для введения в реактор потока окислителя;Figure 2 is an enlarged sectional side view for the bottom of the bubble column reactor, taken along line 2-2 of Figure 3, in particular illustrating the location and configuration of the oxidizer bubbler used to introduce the oxidizer stream into the reactor;
Фигура 3 представляет собой вид сверху для барботера окислителя фигуры 2, в частности, иллюстрирующий отверстия для окислителя в области верха барботера окислителя;Figure 3 is a top view for the oxidizer bubbler of Figure 2, in particular illustrating the holes for the oxidizer in the region of the top of the oxidizer bubbler;
Фигура 4 представляет собой вид снизу для барботера окислителя фигуры 2, в частности, иллюстрирующий отверстия для окислителя в области низа барботера окислителя;Figure 4 is a bottom view for the oxidizer bubbler of Figure 2, in particular illustrating the holes for the oxidizer in the region of the bottom of the oxidizer bubbler;
Фигура 5 представляет собой вид сбоку в разрезе для барботера окислителя, по линии 5-5 на фигуре 3, в частности, иллюстрирующий ориентацию отверстий для окислителя в областях верха и низа барботера окислителя;Figure 5 is a sectional side view for an oxidizer bubbler, taken along line 5-5 of Figure 3, in particular illustrating the orientation of the oxidizer holes in the areas of the top and bottom of the oxidizer bubbler;
Фигура 6 представляет собой увеличенный вид сбоку для нижней части барботажной реакторной колонны, в частности, иллюстрирующий систему, предназначенную для введения в реактор потока исходного подаваемого материала в нескольких разнесенных по вертикали позициях;Figure 6 is an enlarged side view for the lower part of the bubble column reactor, in particular, illustrating a system for introducing into the reactor the flow of the feed material in several vertically spaced positions;
Фигура 7 представляет собой вид сверху в разрезе, по линии 7-7 на фигуре 6, в частности, иллюстрирующий то, как система введения исходного подаваемого материала, продемонстрированная на фигуре 6, распределяет поток исходного подаваемого материала в зоне предпочтительной радиальной подачи исходного подаваемого материала (FZ) и более чем одном азимутальном квадранте (Q1, Q2, Q3, Q4);Figure 7 is a cross-sectional top view taken along line 7-7 of Figure 6, in particular illustrating how the feed system introduced in Figure 6 distributes the feed feed stream in the preferred radial feed zone of the feed ( FZ) and more than one azimuthal quadrant (Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 );
Фигура 8 представляет собой вид сверху в разрезе, подобный фигуре 7, но иллюстрирующий альтернативное средство выпуска потока исходного подаваемого материала в реактор, использующее байонетные трубы, каждая из которых имеет множество небольших отверстий для исходного подаваемого материала;Figure 8 is a cross-sectional top view similar to Figure 7, but illustrating alternative means for discharging a feed feed stream into a reactor using bayonet tubes, each of which has many small openings for the feed feed;
Фигура 9 представляет собой изометрическое изображение для альтернативной системы, предназначенной для введения потока исходного подаваемого материала в зону реакции в нескольких разнесенных по вертикали позициях без возникновения потребности в наличии нескольких точек ввода в емкость, в частности, иллюстрирующее то, что система распределения исходного подаваемого материала может, по меньшей мере, отчасти опираться на барботер окислителя;Figure 9 is an isometric view of an alternative system for introducing a feed feed stream into the reaction zone at several vertically spaced positions without the need for multiple entry points into the container, in particular illustrating that a feed distribution system can at least partially rely on the oxidizer bubbler;
Фигура 10 представляет собой вид сбоку для системы распределения исходного подаваемого материала с одной точкой ввода в емкость и барботера окислителя, проиллюстрированных на фигуре 9;Figure 10 is a side view for the distribution system of the original feed material with a single point of entry into the tank and bubbler oxidizer, illustrated in figure 9;
Фигура 11 представляет собой вид сверху в разрезе, по линии 11-11 на фигуре 10, и дополнительно иллюстрирующий систему распределения исходного подаваемого материала с одной точкой ввода в емкость, опирающуюся на барботер окислителя;Figure 11 is a top view in section, along the line 11-11 in figure 10, and further illustrating the distribution system of the feed material with one point of entry into the tank, based on the oxidizer bubbler;
Фигура 12 представляет собой изометрическое изображение для альтернативного барботера окислителя, все отверстия для окислителя которого расположены в области низа кольцевого элемента;Figure 12 is an isometric view of an alternate oxidizer bubbler, all of whose openings for the oxidizer are located at the bottom of the ring element;
Фигура 13 представляет собой вид сверху для альтернативного барботера окислителя фигуры 12;Figure 13 is a top view for an alternative bubbler of the oxidizing agent of Figure 12;
Фигура 14 представляет собой вид снизу для альтернативного барботера окислителя фигуры 12, в частности, иллюстрирующий местоположение нижних отверстий, предназначенных для введения потока окислителя в зону реакции;Figure 14 is a bottom view for an alternative oxidizer bubbler of Figure 12, in particular illustrating the location of the lower holes for introducing an oxidizer stream into the reaction zone;
Фигура 15 представляет собой вид сбоку в разрезе для барботера окислителя, по линии 15-15 на фигуре 13, в частности, иллюстрирующий ориентацию нижних отверстий для окислителя;Figure 15 is a sectional side view for an oxidizer bubbler, taken along line 15-15 of Figure 13, in particular illustrating the orientation of the lower oxidizer holes;
Фигура 16 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, оборудованной внутренней деаэрационной емкостью, расположенной поблизости от нижнего выпускного отверстия реактора;Figure 16 is a side view for a bubble column reactor equipped with an internal deaeration vessel located near the lower outlet of the reactor;
Фигура 17 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе для нижней части барботажной реакторной колонны фигуры 16, по линии 17-17 на фигуре 18, в частности, иллюстрирующий конфигурацию внутренней деаэрационной емкости, расположенной у нижнего выпускного отверстия барботажной реакторной колонны;Figure 17 is an enlarged sectional side view for the lower portion of the bubble column reactor of Figure 16, taken along line 17-17 of Figure 18, in particular illustrating the configuration of the internal deaeration vessel located at the lower outlet of the bubble column reactor;
Фигура 18 представляет собой вид сверху в разрезе, по линии 18-18 на фигуре 16, в частности, иллюстрирующий стабилизатор потока, расположенный в деаэрационной емкости;Figure 18 is a top view in section, along the line 18-18 in figure 16, in particular, illustrating a flow stabilizer located in the deaeration tank;
Фигура 19 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, оборудованной внешней деаэрационной емкостью, иллюстрирующий способ, по которому часть деаэрированной суспензии, покидающей низ деаэрационной емкости, можно использовать для промывания линии уменьшения коэффициента заполнения, соединенной с низом реактора;Figure 19 is a side view for a bubble column reactor equipped with an external deaeration vessel, illustrating the way in which a portion of the deaerated suspension leaving the bottom of the deaeration vessel can be used to flush the fill factor reduction line connected to the bottom of the reactor;
Фигура 20 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, оборудованной гибридной внутренне/внешней деаэрационной емкостью, предназначенной для отделения газовой фазы реакционной среды, отбираемой из боковой позиции повышенного уровня расположения в реакторе;Figure 20 is a side view for a bubble column reactor equipped with a hybrid internal / external deaeration tank for separating the gas phase of the reaction medium taken from a side position of an elevated level in the reactor;
Фигура 21 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, оборудованной альтернативной гибридной деаэрационной емкостью, расположенной поблизости от низа реактора;Figure 21 is a side view for a bubble column reactor equipped with an alternative hybrid deaeration vessel located near the bottom of the reactor;
Фигура 22 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе для нижней части барботажной реакторной колонны фигуры 21, в частности, иллюстрирующий применение альтернативного барботера окислителя, использующего каналы впускных отверстий, которые принимают поток окислителя через нижнее днище реактора;Figure 22 is an enlarged sectional side view for the lower portion of the bubble column reactor of Figure 21, in particular illustrating the use of an alternative oxidizer bubbler using inlet channels that receive an oxidizer stream through the bottom of the reactor;
Фигура 23 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе, подобный фигуре 22, в частности, иллюстрирующий альтернативное средство введения потока окислителя в реактор через множество отверстий в нижнем днище реактора и необязательно с использованием отбойников для более равномерного распределения потока окислителя в реакторе;Figure 23 is an enlarged sectional side view similar to Figure 22, in particular illustrating an alternative means of introducing an oxidizer stream into the reactor through a plurality of openings in the bottom of the reactor and optionally using chippers to more evenly distribute the oxidizer stream in the reactor;
Фигура 24 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, использующей внутренний канал для течения в целях содействия улучшению диспергирования окисляемого соединения в результате рециркуляции части реакционной среды с ее переходом из верхней части реактора в нижнюю часть реактора;Figure 24 is a side view for a bubble column reactor using an internal flow channel to help improve dispersion of the oxidizable compound by recycling part of the reaction medium from the upper part of the reactor to the lower part of the reactor;
Фигура 25 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, использующей внешний канал для течения в целях содействия улучшению диспергирования окисляемого соединения в результате рециркуляции части реакционной среды с ее переходом из верхней части реактора в нижнюю часть реактора;Figure 25 is a side view for a bubble column reactor using an external flow channel to help improve dispersion of the oxidizable compound by recycling part of the reaction medium from the upper part of the reactor to the lower part of the reactor;
Фигура 26 представляет собой вид сбоку в разрезе для горизонтального эдуктора, который можно использовать для улучшения диспергирования окисляемого соединения в реакторе окисления, в частности, иллюстрирующий эдуктор, который использует поступающий жидкий исходный подаваемый материал для затягивания реакционной среды в эдуктор и выпускает смесь исходного подаваемого материала и реакционной среды в зону реакции с высокой скоростью;Figure 26 is a sectional side view for a horizontal eductor that can be used to improve dispersion of an oxidizable compound in an oxidation reactor, in particular, illustrating an eductor that uses incoming liquid feed material to draw the reaction medium into the eductor and discharges a mixture of feed material and the reaction medium into the reaction zone at high speed;
Фигура 27 представляет собой вид сбоку в разрезе для вертикального эдуктора, который можно использовать для улучшения диспергирования окисляемого соединения в реакторе окисления, в частности, иллюстрирующий эдуктор, который объединяет жидкий исходный подаваемый материал и газ из впускного отверстия и использует объединенную двухфазную текучую среду для затягивания реакционной среды в эдуктор, и выпускает смесь жидкого исходного подаваемого материала, газа из впускного отверстия и реакционной среды в зону реакции с высокой скоростью;Figure 27 is a sectional side view for a vertical eductor that can be used to improve dispersion of an oxidizable compound in an oxidation reactor, in particular, illustrating an eductor that combines liquid feed material and gas from an inlet and uses a combined two-phase fluid to draw the reaction medium into the eductor, and discharges the mixture of the liquid feed material, gas from the inlet and the reaction medium into the reaction zone at a high speed;
Фигура 28 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, содержащей многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий реакционную среду, теоретически разделенную на 30 горизонтальных долей с равным объемом для того, чтобы количественно установить определенные градиенты в реакционной среде;Figure 28 is a side view for a bubble column reactor containing a multiphase reaction medium, in particular illustrating a reaction medium theoretically divided into 30 horizontal fractions with equal volume in order to quantitatively establish certain gradients in the reaction medium;
Фигура 29 представляет собой вид сбоку для барботажной реакторной колонны, содержащей многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий первый и второй дискретные 20-процентные сплошные объемы реакционной среды, которые характеризуются существенно различными концентрациями кислорода и/или скоростями расходования кислорода;Figure 29 is a side view for a bubble column reactor containing a multiphase reaction medium, in particular illustrating the first and second discrete 20 percent continuous volumes of the reaction medium, which are characterized by significantly different oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates;
Фигура 30 представляет собой вид сбоку для двух расположенных друг над другом реакционных емкостей, с использованием или без использования необязательного механического перемешивания, содержащих многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий то, что емкости вмещают дискретные 20-процентные сплошные объемы реакционной среды, характеризующиеся существенно различными концентрациями кислорода и/или скоростями расходования кислорода;Figure 30 is a side view for two reaction tanks arranged one above the other, with or without optional mechanical stirring, containing a multiphase reaction medium, in particular illustrating that the containers contain discrete 20 percent continuous volumes of the reaction medium, characterized by significantly different oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates;
Фигура 31 представляет собой вид сбоку для трех расположенных рядом друг с другом реакционных емкостей, с использованием или без использования необязательного механического перемешивания, содержащих многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий то, что емкости вмещают дискретные 20-процентные сплошные объемы реакционной среды, характеризующиеся существенно различными концентрациями кислорода и/или скоростями расходования кислорода;Figure 31 is a side view for three adjacent adjacent reaction vessels, with or without optional mechanical stirring, containing a multiphase reaction medium, in particular, illustrating that the containers contain discrete 20 percent continuous volumes of the reaction medium, characterized by substantially various oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates;
Фигуры 32А и 32В представляют собой увеличенные изображения для частиц сырой неочищенной терефталевой кислоты (СТА), полученных в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, в частности, иллюстрирующие то, что каждая частица СТА представляет собой частицу, характеризующуюся малой плотностью и большой площадью удельной поверхности и состоящую из множества неплотно связанных субчастиц СТА;Figures 32A and 32B are enlarged images of crude crude terephthalic acid (CTA) particles obtained in accordance with one embodiment of the present invention, in particular illustrating that each CTA particle is a particle having a low density and a large specific surface area and consisting of many loosely coupled subunits of CTA;
Фигуры 33А и 33В представляют собой увеличенные изображения для обычно получаемой СТА, в частности, иллюстрирующие то, что обычная частица СТА характеризуется большим размером частиц, меньшей плотностью и меньшей площадью удельной поверхности в сопоставлении с частицей СТА изобретения фигур 32А и 32В;Figures 33A and 33B are enlarged images of a typically obtained CTA, in particular illustrating that a conventional CTA particle is characterized by a larger particle size, lower density and lower specific surface area in comparison with the CTA particle of the invention of Figures 32A and 32B;
Фигура 34 представляет собой упрощенную схему технологического процесса для способа получения очищенной терефталевой кислоты (РТА) предшествующего уровня техники;Figure 34 is a simplified flow diagram for a process for producing purified prior art terephthalic acid (PTA);
Фигура 35 представляет собой упрощенную схему технологического процесса для способа получения РТА в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.Figure 35 is a simplified flow diagram of a process for producing PTA in accordance with one embodiment of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Один вариант реализации настоящего изобретения относится к жидкофазному частичному окислению окисляемого соединения. Такое окисление предпочтительно проводят в жидкой фазе многофазной реакционной среды, содержащейся в одном или нескольких реакторах с перемешиванием. Подходящие реакторы с перемешиванием включают, например, реакторы с барботажным перемешиванием (например, барботажные реакторные колонны), реакторы с механическим перемешиванием (например, емкостные реакторы с непрерывным перемешиванием) и реакторы с перемешиванием потоком (например, струйные реакторы). В одном варианте реализации жидкофазное окисление проводят в одной барботажной реакторной колонне.One embodiment of the present invention relates to a liquid phase partial oxidation of an oxidizable compound. Such oxidation is preferably carried out in the liquid phase of a multiphase reaction medium contained in one or more stirred reactors. Suitable agitated reactors include, for example, bubbler reactors (e.g., bubble column reactors), mechanically stirred reactors (e.g., continuous stirred tank reactors), and flow stirred reactors (e.g., jet reactors). In one embodiment, liquid phase oxidation is carried out in a single bubble column reactor.
В соответствии с использованием в настоящем документе термин «барботажная реакторная колонна» должен обозначать реактор, предназначенный для облегчения проведения химических реакций в многофазной реакционной среде, где перемешивание реакционной среды главным образом обеспечивается в результате перемещения пузырьков газа снизу вверх через реакционную среду. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «перемешивание» должен обозначать работу, затрачиваемую в реакционной среде, которая приводит к возникновению течения и/или перемешивания текучей среды. В соответствии с использованием в настоящем документе термины «основная часть», «главным образом» и «преимущественно» должны обозначать более чем 50 процентов. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «механическое перемешивание» должен обозначать перемешивание реакционной среды, вызываемое физическим перемещением жестких или гибких элементов (элемента) по отношению к реакционной среде или внутри реакционной массы. Например, механическое перемешивание можно обеспечить при использовании вращения, осцилляции и/или вибрации внутренних мешалок, лопастей, вибраторов или акустических диафрагм, расположенных в реакционной среде. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «перемешивание потоком» должен обозначать перемешивание реакционной среды, вызванное высокоскоростными инжектированием и/или рециркуляцией одной или нескольких текучих сред в реакционной среде. Например, перемешивание потоком можно обеспечить при использовании сопел, эжекторов и/или эдукторов.As used herein, the term “bubble column” is intended to mean a reactor designed to facilitate chemical reactions in a multiphase reaction medium, where stirring of the reaction medium is mainly achieved by moving gas bubbles from bottom to top through the reaction medium. As used herein, the term “mixing” is intended to mean work in the reaction medium that causes flow and / or mixing of the fluid. As used herein, the terms “main body”, “mainly” and “predominantly” should mean more than 50 percent. As used herein, the term “mechanical agitation” is intended to mean agitation of the reaction medium caused by physical movement of rigid or flexible elements (element) with respect to the reaction medium or within the reaction mass. For example, mechanical mixing can be achieved by using rotation, oscillation and / or vibration of internal mixers, blades, vibrators or acoustic diaphragms located in the reaction medium. As used herein, the term “flow agitation” is intended to mean agitation of the reaction medium caused by high-speed injection and / or recirculation of one or more fluids in the reaction medium. For example, flow mixing can be achieved using nozzles, ejectors, and / or eductors.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения менее чем приблизительно 40 процентов от величины перемешивания реакционной среды в барботажной реакторной колонне во время окисления обеспечивают в результате наличия механического перемешивания и/или перемешивания потоком, более предпочтительно менее чем приблизительно 20 процентов от величины перемешивания обеспечивают в результате наличия механического перемешивания и/или перемешивания потоком, а наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 5 процентов от величины перемешивания обеспечивают в результате наличия механического перемешивания и/или перемешивания потоком. Предпочтительно величина механического перемешивания и/или перемешивания потоком, придаваемая многофазной реакционной среде во время окисления, составляет величину, меньшую, чем приблизительно 3 киловатта на один кубический метр реакционной среды, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 2 киловатта на один кубический метр, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 1 киловатт на один кубический метр.In a preferred embodiment of the present invention, less than about 40 percent of the amount of stirring of the reaction medium in the bubble column reactor during oxidation is provided by mechanical stirring and / or flow mixing, more preferably less than about 20 percent of the amount of stirring is provided by mechanical mixing and / or mixing with a stream, and most preferably less than about 5 percent of the led ranks provide mixing by the presence of mechanical and / or flow agitation. Preferably, the amount of mechanical stirring and / or stream stirring given to the multiphase reaction medium during oxidation is less than about 3 kilowatts per cubic meter of reaction medium, more preferably less than about 2 kilowatts per cubic meter, and most preferably less than 1 kilowatt per cubic meter.
Если обратиться теперь к фигуре 1, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована предпочтительная барботажная реакторная колонна 20, включающая оболочку емкости 22, включающую секцию реакции 24 и секцию отделения 26. Секция реакции 24 определяет внутреннюю зону реакции 28, в то время как секция отделения 26 определяет внутреннюю зону отделения 30. Поток преимущественно жидкофазного исходного подаваемого материала вводят в зону реакции 28 через впускные отверстия для исходного подаваемого материала 32а, b, c, d. Поток преимущественно газофазного окислителя вводят в зону реакции 28 через барботер окислителя 34, расположенный в нижней части зоны реакции 28. Поток жидкофазного исходного подаваемого материала и поток газофазного окислителя совместно образуют многофазную реакционную среду 36 внутри зоны реакции 28. Многофазная реакционная среда 36 включает жидкую фазу и газовую фазу. Более предпочтительно многофазная реакционная среда 36 включает трехфазную среду, включающую твердофазный, жидкофазный и газофазный компоненты. Твердофазный компонент реакционной среды 36 предпочтительно выпадает в осадок внутри зоны реакции 28 в результате прохождения реакции окисления, проводимой в жидкой фазе реакционной среды 36. Барботажная реакторная колонна 20 включает выпускное отверстие для суспензии 38, расположенное поблизости от низа реакционной колонны 28, и выпускное отверстие для газа 40, расположенное поблизости от верха зоны отделения 30. Отходящий поток суспензии, включающий жидкофазный и твердофазный компоненты реакционной среды 36, отбирают из зоны реакции 28 через выпускное отверстие для суспензии 38, в то время как отходящий поток преимущественно газа отбирают из зоны отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40.Turning now to Figure 1, it can be said that it illustrates a preferred
Поток жидкофазного исходного подаваемого материала, вводимый в барботажную реакторную колонну 20 через впускные отверстия для исходного подаваемого материала 32а, b, c, d, предпочтительно включает окисляемое соединение, растворитель и систему катализатора.The liquid-phase feed feed stream introduced into the
Окисляемое соединение, присутствующее в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, предпочтительно имеет, по меньшей мере, одну гидрокарбильную группу. Более предпочтительно окисляемое соединение представляет собой ароматическое соединение. Еще более предпочтительно окисляемое соединение представляет собой ароматическое соединение, имеющее, по меньшей мере, одну присоединенную гидрокарбильную группу или, по меньшей мере, одну присоединенную замещенную гидрокарбильную группу или содержащее, по меньшей мере, один присоединенный гетероатом или, по меньшей мере, одну присоединенную функциональность карбоновой кислоты (-СООН). Еще более предпочтительно окисляемое соединение представляет собой ароматическое соединение, имеющее, по меньшей мере, одну присоединенную гидрокарбильную группу или, по меньшей мере, одну присоединенную замещенную гидрокарбильную группу, при этом каждая присоединенная группа содержит от 1 до 5 атомов углерода. И еще более предпочтительно окисляемое соединение представляет собой ароматическое соединение, имеющее ни больше, ни меньше, чем две присоединенные группы, при этом каждая присоединенная группа содержит ни больше, ни меньше, чем один атом углерода и состоит из метильных групп и/или замещенных метильных групп и/или, самое большее, одной группы карбоновой кислоты. Даже еще более предпочтительно окисляемое соединение представляет собой пара-ксилол, мета-ксилол, пара-толуиловый альдегид, мета-толуиловый альдегид, пара-толуиловую кислоту, мета-толуиловую кислоту и/или ацетальдегид. Наиболее предпочтительно окисляемое соединение представляет собой пара-ксилол.The oxidizable compound present in the liquid phase feed stream preferably has at least one hydrocarbyl group. More preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound. Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound having at least one attached hydrocarbyl group or at least one attached substituted hydrocarbyl group or containing at least one attached heteroatom or at least one attached functionality carboxylic acid (-COOH). Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound having at least one attached hydrocarbyl group or at least one attached substituted hydrocarbyl group, with each attached group containing from 1 to 5 carbon atoms. And even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound having neither more nor less than two attached groups, with each attached group containing neither more nor less than one carbon atom and consists of methyl groups and / or substituted methyl groups and / or at most one carboxylic acid group. Even more preferably, the oxidizable compound is para-xylene, meta-xylene, para-toluyl aldehyde, meta-toluyl aldehyde, para-toluic acid, meta-toluic acid and / or acetaldehyde. Most preferably, the oxidizable compound is para-xylene.
«Гидрокарбильная группа» в соответствии с определением в настоящем документе представляет собой, по меньшей мере, один атом углерода, который связан только с атомами водорода или с другими атомами углерода. «Замещенная гидрокарбильная группа» в соответствии с определением в настоящем документе представляет собой, по меньшей мере, один атом углерода, связанный, по меньшей мере, с одним гетероатомом и, по меньшей мере, с одним атомом водорода. «Гетероатомы» в соответствии с определением в настоящем документе представляют собой все атомы, отличные от атомов углерода и водорода. Ароматические соединения в соответствии с определением в настоящем документе включают ароматическое кольцо, предпочтительно содержащее, по меньшей мере, 6 атомов углерода, еще более предпочтительно содержащее только атомы углерода в качестве части кольца. Подходящие примеры таких ароматических колец включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: бензольное, бифенильное, терфенильное, нафталиновое и другие конденсированные ароматические кольца на углеродной основе.A “hydrocarbyl group” as defined herein is at least one carbon atom that is bonded only to hydrogen atoms or to other carbon atoms. A “substituted hydrocarbyl group” as defined herein is at least one carbon atom bonded to at least one heteroatom and at least one hydrogen atom. “Heteroatoms” as defined herein are all atoms other than carbon and hydrogen. Aromatic compounds as defined herein include an aromatic ring, preferably containing at least 6 carbon atoms, even more preferably containing only carbon atoms as part of the ring. Suitable examples of such aromatic rings include, but are not limited to: benzene, biphenyl, terphenyl, naphthalene and other carbon-based fused aromatic rings.
Подходящие примеры окисляемого соединения включают алифатические углеводороды (например, алканы, разветвленные алканы, циклические алканы, алифатические алкены, разветвленные алкены и циклические алкены); алифатические альдегиды (например, ацетальдегид, пропионовый альдегид, изомасляный альдегид и н-масляный альдегид); алифатические спирты (например, этанол, изопропанол, н-пропанол, н-бутанол и изобутанол); алифатические кетоны (например, диметилкетон, этилметилкетон, диэтилкетон и изопропилметилкетон); алифатические сложные эфиры (например, метилформиат, метилацетат, этилацетат); алифатические пероксиды, перкислоты и гидропероксиды (например, трет-бутилгидропероксид, перуксусная кислота и ди-трет-бутилгидропероксид); алифатические соединения, имеющие группы, которые представляют собой комбинации вышеупомянутых алифатических вариантов плюс другие гетероатомы (например, алифатические соединения, содержащие один или несколько молекулярных сегментов углеводородов, альдегидов, спиртов, кетонов, сложных эфиров, пероксидов, перкислот и/или гидропероксидов в комбинации с натрием, бромом, кобальтом, марганцем и цирконием); различные бензольные кольца, нафталиновые кольца, бифенилы, терфенилы и другие ароматические группы, имеющие одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп (например, толуол, этилбензол, изопропилбензол, н-пропилбензол, неопентилбензол, пара-ксилол, мета-ксилол, орто-ксилол, все изомеры триметилбензолов, все изомеры тетраметилбензолов, пентаметилбензол, гексаметилбензол, все изомеры этилметилбензолов, все изомеры диэтилбензолов, все изомеры этилдиметилбензолов, все изомеры диметилнафталинов, все изомеры этилметилнафталинов, все изомеры диэтилнафталинов, все изомеры диметилбифенилов, все изомеры этилметилбифенилов и все изомеры диэтилбифенилов, стильбен и стильбен, имеющий одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп, флуорен и флуорен, имеющий одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп, антрацен и антрацен, имеющий одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп, и дифенилэтан, имеющий одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп); различные бензольные кольца, нафталиновые кольца, бифенилы, терфенилы и другие ароматические группы, имеющие одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп и/или содержащие один или несколько присоединенных гетероатомов, которые могут соединяться с другими атомами или группами атомов (например, фенол, все изомеры метилфенолов, все изомеры диметилфенолов, все изомеры нафтолов, простой бензилметиловый эфир, все изомеры бромфенолов, бромбензол, все изомеры бромтолуолов, включающие альфа-бромтолуол, дибромбензол, нафталенат кобальта и все изомеры бромбифенилов); различные бензольные кольца, нафталиновые кольца, бифенилы, терфенилы и другие ароматические группы, имеющие одну или несколько присоединенных гидрокарбильных групп и/или содержащие один или несколько присоединенных гетероатомов, и/или имеющие одну или несколько присоединенных замещенных гидрокарбильных групп (например, бензальдегид, все изомеры бромбензальдегидов, все изомеры бромированных толуиловых альдегидов, в том числе все изомеры альфа-бромтолуиловых альдегидов, все изомеры гидроксибензальдегидов, все изомеры бромгидроксибензальдегидов, все изомеры бензолдикарбоксальдегидов, все изомеры бензолтрикарбоксальдегидов, пара-толуиловый альдегид, мета-толуиловый альдегид, орто-толуиловый альдегид, все изомеры толуолдикарбоксальдегидов, все изомеры толуолтрикарбоксальдегидов, все изомеры толуолтетракарбоксальдегидов, все изомеры диметилбензолдикарбоксальдегидов, все изомеры диметилбензолтрикарбоксальдегидов, все изомеры диметилбензолтетракарбоксальдегидов, все изомеры триметилбензолтрикарбоксальдегидов, все изомеры этилтолуолальдегидов, все изомеры триметилбензолдикарбоксальдегидов, тетраметилбензолдикарбоксальдегид, гидроксиметилбензол, все изомеры гидроксиметилтолуолов, все изомеры гидроксиметилбромтолуолов, все изомеры гидроксиметилтолуиловых альдегидов, все изомеры гидроксиметилбромтолуиловых альдегидов, бензилгидроксипероксид, бензоилгидропероксид, все изомеры толилметилгидропероксидов и все изомеры метилфенолметилгидропероксидов); различные бензольные кольца, нафталиновые кольца, бифенилы, терфенилы и другие ароматические группы, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, при этом избранные группы обозначают гидрокарбильные группы и/или присоединенные гетероатомы, и/или замещенные гидрокарбильные группы, и/или группы карбоновой кислоты, и/или группы пероксикислоты (например, бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, мета-толуиловая кислота, орто-толуиловая кислота, все изомеры этилбензойных кислот, все изомеры пропилбензойных кислот, все изомеры бутилбензойных кислот, все изомеры пентилбензойных кислот, все изомеры диметилбензойных кислот, все изомеры этилметилбензойных кислот, все изомеры триметилбензойных кислот, все изомеры тетраметилбензойных кислот, пентаметилбензойная кислота, все изомеры диэтилбензойных кислот, все изомеры бензолдикарбоновых кислот, все изомеры бензолтрикарбоновых кислот, все изомеры метилбензолдикарбоновых кислот, все изомеры диметилбензолдикарбоновых кислот, все изомеры метилбензолтрикарбоновых кислот, все изомеры бромбензойных кислот, все изомеры дибромбензойных кислот, все изомеры бромтолуиловых кислот, в том числе альфа-бромтолуиловые кислоты, толилуксусная кислота, все изомеры гидроксибензойных кислот, все изомеры гидроксиметилбензойных кислот, все изомеры гидрокситолуиловых кислот, все изомеры гидроксиметилтолуиловых кислот, все изомеры гидроксиметилбензолдикарбоновых кислот, все изомеры гидроксибромбензойных кислот, все изомеры гидроксибромтолуиловых кислот, все изомеры гидроксиметилбромбензойных кислот, все изомеры карбоксибензальдегидов, все изомеры дикарбоксибензальдегидов, пербензойная кислота, все изомеры гидропероксиметилбензойных кислот, все изомеры гидропероксиметилгидроксибензойных кислот, все изомеры гидропероксикарбонилбензойных кислот, все изомеры гидропероксикарбонилтолуолов, все изомеры метилбифенилкарбоновых кислот, все изомеры диметилбифенилкарбоновых кислот, все изомеры метилбифенилдикарбоновых кислот, все изомеры бифенилтрикарбоновых кислот, все изомеры стильбена, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, все изомеры флуоренона, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, все изомеры нафталина, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, бензил, все изомеры бензила, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, бензофенон, все изомеры бензофенона, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, антрахинон, все изомеры антрахинона, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, все изомеры дифенилэтана, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп, бензокумарин и все изомеры бензокумарина, имеющие одну или несколько присоединенных избранных групп).Suitable examples of an oxidizable compound include aliphatic hydrocarbons (eg, alkanes, branched alkanes, cyclic alkanes, aliphatic alkenes, branched alkenes, and cyclic alkenes); aliphatic aldehydes (e.g. acetaldehyde, propionic aldehyde, isobutyric aldehyde and n-butyric aldehyde); aliphatic alcohols (e.g. ethanol, isopropanol, n-propanol, n-butanol and isobutanol); aliphatic ketones (e.g. dimethyl ketone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone and isopropyl methyl ketone); aliphatic esters (e.g. methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate); aliphatic peroxides, peracids and hydroperoxides (for example, tert-butyl hydroperoxide, peracetic acid and di-tert-butyl hydroperoxide); aliphatic compounds having groups that are combinations of the aforementioned aliphatic variants plus other heteroatoms (e.g., aliphatic compounds containing one or more molecular segments of hydrocarbons, aldehydes, alcohols, ketones, esters, peroxides, peracids and / or hydroperoxides in combination with sodium , bromine, cobalt, manganese and zirconium); various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups having one or more attached hydrocarbyl groups (e.g., toluene, ethylbenzene, isopropylbenzene, n-propylbenzene, neopentylbenzene, para-xylene, meta-xylene, ortho-xylene, all isomers of trimethylbenzenes, all isomers of tetramethylbenzenes, pentamethylbenzene, hexamethylbenzene, all isomers of ethyl methylbenzenes, all isomers of diethylbenzenes, all isomers of ethyl dimethylbenzenes, all isomers of dimethylnaphthalenes, all isomers of ethylmethylnaphthalenes all isomers of diethylnaphthalenes, all isomers of dimethylbiphenyls, all isomers of ethylmethylbiphenyls and all isomers of diethylbiphenyls, stilbene and stilbene having one or more attached hydrocarbyl groups, fluorene and fluorene, having one or more attached hydrocarbyl groups, one anthracene or anthra groups, and diphenylethane having one or more attached hydrocarbyl groups); various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups having one or more attached hydrocarbyl groups and / or containing one or more attached heteroatoms that can combine with other atoms or groups of atoms (e.g. phenol, all methyl phenol isomers, all isomers of dimethylphenols, all isomers of naphthols, benzyl methyl ether, all isomers of bromophenols, bromobenzene, all isomers of bromtoluene, including alpha-bromtoluene, dibromobenzene, coba naphthalenate ice and all isomers of bromobiphenyls); various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups having one or more attached hydrocarbyl groups and / or containing one or more attached heteroatoms and / or having one or more attached substituted hydrocarbyl groups (e.g., benzaldehyde, all isomers bromobenzaldehyde, all isomers of brominated toluyl aldehydes, including all isomers of alpha-bromtoluyl aldehydes, all isomers of hydroxybenzaldehydes, all isomers of bromohydroxyb nzaldegidov, all isomers benzenedicarboxaldehyde, all isomers benzoltrikarboksaldegidov, para-tolualdehyde, meta-tolualdehyde, ortho-tolualdehyde, all isomers toluoldikarboksaldegidov, all isomers toluoltrikarboksaldegidov, all isomers toluoltetrakarboksaldegidov, all isomers dimetilbenzoldikarboksaldegidov, all isomers dimetilbenzoltrikarboksaldegidov, all isomers dimetilbenzoltetrakarboksaldegidov all isomers of trimethylbenzene tricarboxaldehyde, all isomers of ethyl toluene aldehydes, all isomers trimetilbenzoldikarboksaldegidov, tetrametilbenzoldikarboksaldegid, hydroxymethylbenzene, gidroksimetiltoluolov all isomers, all isomers gidroksimetilbromtoluolov, all isomers gidroksimetiltoluilovyh aldehydes, all isomers gidroksimetilbromtoluilovyh aldehydes benzilgidroksiperoksid, benzoilgidroperoksid, all isomers and all isomers tolilmetilgidroperoksidov metilfenolmetilgidroperoksidov); various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups having one or more attached selected groups, the selected groups denoting hydrocarbyl groups and / or attached heteroatoms and / or substituted hydrocarbyl groups and / or carboxylic acid groups, and / or peroxy acid groups (e.g., benzoic acid, para-toluic acid, meta-toluic acid, ortho-toluic acid, all isomers of ethylbenzoic acids, all isomers of propylbenzoic acids, all isomes butylbenzoic acids, all isomers of pentylbenzoic acids, all isomers of dimethylbenzoic acids, all isomers of ethylmethylbenzoic acids, all isomers of trimethylbenzoic acids, all isomers of tetramethylbenzoic acids, pentamethylbenzoic isomers acids, all isomers of dimethylbenzene dicarboxylic acids, all isomers of methylbenzene tricarboxylic acids, all isomers of bromobenzoic acids, all and isomers of dibromobenzoic acids, all isomers of bromotoluylic acids, including alpha-bromtoluilic acids, tolyl acetic acid, all isomers of hydroxybenzoic acids, all isomers of hydroxymethylbenzoic acids, all isomers of hydroxymethyloxymethyloxymethyloxybetylmethyloxybetylmethyloxymethylethylbenzoic acids all all isomers of hydroxybromotoluylic acids, all isomers of hydroxymethyl bromobenzoic acids, all isomers of carboxybenzaldehydes, all isomers are wild hydroxybenzaldehyde, perbenzoic acid, all isomers gidroperoksimetilbenzoynyh acids, all isomers gidroperoksimetilgidroksibenzoynyh acids, all isomers gidroperoksikarbonilbenzoynyh acids, all isomers gidroperoksikarboniltoluolov, all isomers metilbifenilkarbonovyh acids, all isomers dimetilbifenilkarbonovyh acids, all isomers metilbifenildikarbonovyh acids, all isomers bifeniltrikarbonovyh acids, all isomers of stilbene with one or several attached selected groups, all fluorenone isomers having one and and several attached selected groups, all naphthalene isomers having one or more attached selected groups, benzyl, all benzyl isomers having one or more attached selected groups, benzophenone, all benzophenone isomers having one or more attached selected groups, anthraquinone, all isomers anthraquinone having one or more attached selected groups, all diphenylethane isomers having one or more attached selected groups, benzocoumarin and all benzocoumarin isomers having ie one or more attached selected groups).
Если окисляемое соединение, присутствующее в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, будет представлять собой соединение, твердое при нормальных условиях (то есть твердое вещество при стандартных температуре и давлении), то тогда предпочитается, чтобы при введении в зону реакции 28 окисляемое соединение было бы по существу растворено в растворителе. Предпочитается, чтобы температура кипения окисляемого соединения при атмосферном давлении была бы равной, по меньшей мере, приблизительно 50°С. Более предпочтительно температура кипения окисляемого соединения находится в диапазоне от приблизительно 80 до приблизительно 400°С, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 125 до 155°С. Количество окисляемого соединения, присутствующего в жидкофазном исходном подаваемом материале, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 40 массовых процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 20 массовых процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 6 до 15 массовых процентов.If the oxidizable compound present in the liquid-phase feed stream is a compound that is solid under normal conditions (i.e., solid at standard temperature and pressure), then it is preferable that, when introduced into the
В данный момент следует отметить то, что окисляемое соединение, присутствующее в жидкофазном исходном подаваемом материале, может включать комбинацию двух или более различных окисляемых реагентов. Подачу данных двух или более различных химических веществ можно проводить при их смешении в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, или ее можно проводить при их разделении на несколько потоков исходного подаваемого материала. Например, окисляемое соединение, включающее пара-ксилол, мета-ксилол, пара-толуиловый альдегид, пара-толуиловую кислоту и ацетальдегид, можно подавать в реактор через единственное впускное отверстие или несколько раздельных впускных отверстий.At this point, it should be noted that the oxidizable compound present in the liquid phase feed material may include a combination of two or more different oxidizable reagents. The supply of these two or more different chemicals can be carried out when they are mixed in a liquid-phase flow of the feed material, or it can be carried out when they are divided into several streams of the feed material. For example, an oxidizable compound including para-xylene, meta-xylene, para-toluic aldehyde, para-toluic acid and acetaldehyde can be fed into the reactor through a single inlet or several separate inlets.
Растворитель, присутствующий в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, предпочтительно включает кислотный компонент и водный компонент. Растворитель предпочтительно присутствует в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала с концентрацией в диапазоне от приблизительно 60 до приблизительно 98 массовых процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 80 до приблизительно 96 массовых процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 85 до 94 массовых процентов. Кислотный компонент растворителя предпочтительно представляет собой главным образом органическую низкомолекулярную монокарбоновую кислоту, содержащую 1-6 атомов углерода, более предпочтительно 2 атома углерода. Наиболее предпочтительно кислотный компонент растворителя представляет собой главным образом уксусную кислоту. Предпочтительно кислотный компонент составляет, по меньшей мере, приблизительно 75 массовых процентов растворителя, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80 массовых процентов растворителя, а наиболее предпочтительно от 85 до 98 массовых процентов растворителя, при этом баланс образует главным образом вода. Растворитель, вводимый в барботажную реакторную колонну 20, может содержать небольшие количества примесей, таких как, например, пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, 4-карбоксибензальдегид (4-СВА), бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид, альфа-бром-пара-толуиловая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота, тримеллитовая кислота, полиароматика и/или суспендированный дисперсный материал. Предпочитается, чтобы совокупное количество примесей в растворителе, вводимом в барботажную реакторную колонну 20, составляло бы величину, меньшую чем приблизительно 3 массовых процента.The solvent present in the liquid phase feed stream preferably includes an acid component and an aqueous component. The solvent is preferably present in the liquid phase feed stream with a concentration in the range of from about 60 to about 98 weight percent, more preferably in the range of about 80 to about 96 weight percent, and most preferably in the range of 85 to 94 weight percent. The acid component of the solvent is preferably mainly organic low molecular weight monocarboxylic acid containing 1-6 carbon atoms, more preferably 2 carbon atoms. Most preferably, the acid component of the solvent is mainly acetic acid. Preferably, the acid component is at least about 75 weight percent of the solvent, more preferably at least about 80 weight percent of the solvent, and most preferably from 85 to 98 weight percent of the solvent, with the balance being mainly water. The solvent introduced into the
Система катализатора, присутствующая в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, предпочтительно является однородной жидкофазной системой катализатора, способной стимулировать прохождение окисления (в том числе частичного окисления) окисляемого соединения. Более предпочтительно система катализатора включает, по меньшей мере, один многовалентный переходный металл. Еще более предпочтительно многовалентный переходный металл включает кобальт. Даже более предпочтительно система катализатора включает кобальт и бром. Наиболее предпочтительно система катализатора включает кобальт, бром и марганец.The catalyst system present in the liquid-phase feed stream is preferably a homogeneous liquid-phase catalyst system capable of promoting oxidation (including partial oxidation) of an oxidizable compound. More preferably, the catalyst system includes at least one multivalent transition metal. Even more preferably, the multivalent transition metal includes cobalt. Even more preferably, the catalyst system includes cobalt and bromine. Most preferably, the catalyst system includes cobalt, bromine and manganese.
В случае присутствия в системе катализатора кобальта предпочитается, чтобы количество кобальта, присутствующего в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, было бы таким, чтобы концентрация кобальта в жидкой фазе реакционной среды 36 выдерживалась бы в диапазоне от приблизительно 300 до приблизительно 6000 массовых частей на миллион частей (ч./млн (мас.)), более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 700 до приблизительно 4200 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно в диапазоне от 1200 до 3000 ч./млн (мас.). В случае присутствия в системе катализатора брома предпочитается, чтобы количество брома, присутствующего в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, было бы таким, чтобы концентрация брома в жидкой фазе реакционной среды 36 выдерживалась бы в диапазоне от приблизительно 300 до приблизительно 5000 ч./млн (мас.), более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 600 до приблизительно 4000 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно в диапазоне от 900 до 3000 ч./млн (мас.). В случае присутствия в системе катализатора марганца предпочитается, чтобы количество марганца, присутствующего в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, было бы таким, чтобы концентрация марганца в жидкой фазе реакционной среды 36 выдерживалась бы в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 1000 ч./млн (мас.), более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 500 ч./млн (мас.), наиболее предпочтительно в диапазоне от 50 до 200 ч./млн (мас.).If cobalt is present in the catalyst system, it is preferred that the amount of cobalt present in the liquid phase feed stream is such that the cobalt concentration in the liquid phase of
Концентрации кобальта, брома и/или марганца в жидкой фазе реакционной среды 36, представленные выше, выражают в виде средневременных и среднеобъемных величин. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «средневременной» должен обозначать среднюю величину, по меньшей мере, для 10 измерений, проведенных через равные промежутки времени в течение непрерывного периода времени продолжительностью, по меньшей мере, в 100 секунд. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «среднеобъемный» должен обозначать среднюю величину, по меньшей мере, для 10 измерений, проведенных через однородные 3-мерные интервалы по всему определенному объему.The concentrations of cobalt, bromine and / or manganese in the liquid phase of the
Массовое соотношение между кобальтом и бромом (Со:Br) в системе катализатора, вводимой в зону реакции 28, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,25:1 до приблизительно 4:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 3:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,75:1 до 2:1. Массовое соотношение между кобальтом и марганцем (Со:Mn) в системе катализатора, вводимой в зону реакции 28, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,3:1 до приблизительно 40:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5:1 до приблизительно 30:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 10:1 до 25:1.The mass ratio between cobalt and bromine (Co: Br) in the catalyst system introduced into
Поток жидкофазного исходного подаваемого материала, вводимый в барботажную реакторную колонну 20, может содержать небольшие количества примесей, таких как, например, толуол, этилбензол, пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, 4-карбоксибензальдегид (4-СВА), бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид, альфа-бром-пара-толуиловая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота, тримеллитовая кислота, полиароматика и/или суспендированный дисперсный материал. В случае использования барботажной реакторной колонны 20 для получения терефталевой кислоты мета-ксилол и орто-ксилол также рассматриваются в качестве примесей. Предпочитается, чтобы совокупное количество примесей в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, вводимого в барботажную реакторную колонну 20, составляло бы величину, меньшую чем приблизительно 3 массовых процента.The liquid-phase feed stream introduced into the
Несмотря на то, что фигура 1 иллюстрирует вариант реализации, в котором окисляемое соединение, растворитель и систему катализатора перемешивают друг с другом и вводят в барботажную реакторную колонну 20 в виде единственного потока исходного подаваемого материала, в альтернативном варианте реализации настоящего изобретения окисляемое соединение, растворитель и катализатор можно вводить в барботажную реакторную колонну 20 по отдельности. Например, поток чистого пара-ксилола можно подавать в барботажную реакторную колонну 20 через отдельное впускное отверстие, а не через впускное отверстие (отверстия) для растворителя и катализатора.Although FIG. 1 illustrates an embodiment in which the oxidizable compound, solvent, and catalyst system are mixed together and introduced into the
Поток преимущественно газофазного окислителя, вводимый в барботажную реакторную колонну 20 через барботер окислителя 34, включает молекулярный кислород (О2). Предпочтительно поток окислителя включает молекулярный кислород в количестве в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 40 мольных процентов, более предпочтительно молекулярный кислород в количестве в диапазоне от приблизительно 15 до приблизительно 30 мольных процентов, а наиболее предпочтительно молекулярный кислород в количестве в диапазоне от 18 до 24 мольных процентов. Предпочитается, чтобы баланс потока окислителя главным образом составлял бы газ или газы, такие как азот, которые являются инертными по отношению к окислению. Более предпочтительно поток окислителя состоит по существу из молекулярного кислорода и азота. Наиболее предпочтительно поток окислителя представляет собой сухой воздух, который содержит приблизительно 21 мольный процент молекулярного кислорода и азот в количестве в диапазоне от приблизительно 78 до приблизительно 81 мольного процента. В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения поток окислителя может включать по существу чистый кислород.The predominantly gas phase oxidizing agent stream introduced into the
Если обратиться опять к фигуре 1, то можно сказать, что барботажную реакторную колонну 20 предпочтительно оборудуют распределителем среды орошения 42, расположенным выше верхней поверхности 44 реакционной среды 36. Распределитель среды орошения 42 может функционировать таким образом, чтобы вводить капли потока преимущественно жидкофазной среды орошения в зону отделения 30 при использовании любого средства каплеобразования, известного на современном уровне техники. Более предпочтительно распределитель среды орошения 42 производит распыление капель сверху вниз в направлении к верхней поверхности 44 реакционной среды 36. Предпочтительно данное распыление капель в направлении сверху вниз оказывает воздействие (то есть распространяется и влияет), по меньшей мере, приблизительно на 50 процентов от максимальной площади горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Более предпочтительно распыление капель оказывает воздействие, по меньшей мере, приблизительно на 75 процентов от максимальной площади горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Наиболее предпочтительно распыление капель оказывает воздействие, по меньшей мере, на 90 процентов от максимальной площади горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Данное распыление жидкой среды орошения в направлении сверху вниз может способствовать предотвращению вспенивания на или выше верхней поверхности 44 реакционной среды 36, а также может содействовать отделению любых капель жидкости или суспензии, захваченных в двигающемся снизу вверх газе, который перемещается в направлении выпускного отверстия для газа 40. Кроме того, жидкую среду орошения можно использовать для уменьшения количества дисперсного материала и потенциально выпадающих в осадок соединений (например, растворенных бензойной кислоты, пара-толуиловой кислоты, 4-СВА, терефталевой кислоты и металлических солей катализатора), уходящих с отходящим потоком газа, отбираемым из зоны отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40. В дополнение к этому, в результате проведения перегонки введение капель среды орошения в зону отделения 30 можно использовать для регулирования состава отходящего потока газа, отбираемого через выпускное отверстие для газа 40.Referring again to FIG. 1, it can be said that the
Поток жидкой среды орошения, вводимый в барботажную реакторную колонну 20 через распределитель среды орошения 42, предпочтительно имеет приблизительно тот же самый состав, что и образуемый растворителем компонент потока жидкофазного исходного подаваемого материала, вводимого в барботажную реакторную колонну 20 через впускные отверстия для исходного подаваемого материала 32а, b, c, d. Таким образом, предпочитается, чтобы поток жидкой среды орошения содержал бы кислотный компонент и воду. Кислотный компонент потока среды орошения предпочтительно представляет собой низкомолекулярную органическую монокарбоновую кислоту, содержащую 1-6 атомов углерода, более предпочтительно 2 атома углерода. Наиболее предпочтительно кислотный компонент потока среды орошения представляет собой уксусную кислоту. Предпочтительно кислотный компонент составляет, по меньшей мере, приблизительно 75 массовых процентов потока среды орошения, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80 массовых процентов потока среды орошения, а наиболее предпочтительно от 85 до 98 массовых процентов потока среды орошения, при этом баланс составляет вода. Поскольку поток среды орошения обычно имеет по существу тот же самый состав, что и растворитель в потоке жидкофазного исходного подаваемого материала, то, когда в данном описании будут упоминать «совокупный растворитель», вводимый в реактор, такой «совокупный растворитель» должен будет включать как поток среды орошения, так и образуемую растворителем часть потока исходного подаваемого материала.The flow of the liquid irrigation medium introduced into the
Во время жидкофазного окисления в барботажной реакторной колонне 20 предпочитается, чтобы потоки исходного подаваемого материала, окислителя и среды орошения в зону реакции 28 по существу непрерывно бы вводили, в то время как отходящие потоки газа и суспензии из зоны реакции 28 по существу непрерывно бы отбирали. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «по существу непрерывно» должен обозначать период продолжительностью, по меньшей мере, в 10 часов с перерывами продолжительностью, меньшей чем 10 минут. Предпочитается, чтобы во время окисления окисляемое соединение (например, пара-ксилол) по существу непрерывно вводили бы в зону реакции 28 при расходе, равном, по меньшей мере, приблизительно 8000 килограммам в час, более предпочтительно при расходе в диапазоне от приблизительно 13000 до приблизительно 80000 килограммов в час, еще более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 18000 до приблизительно 50000 килограммов в час, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 22000 до 30000 килограммов в час. Несмотря на то, что в общем случае предпочитается, чтобы расходы поступающих потоков исходного подаваемого материала, окислителя и среды орошения по существу являлись бы стационарными, в данный момент следует отметить то, что один вариант реализации настоящего изобретения предусматривает пульсацию поступающего потока исходного подаваемого материала, окислителя и/или среды орошения для того, чтобы улучшить прохождение перемешивания и массопереноса. В случае введения поступающего потока исходного подаваемого материала, окислителя и/или среды орошения в пульсирующем режиме предпочитается, чтобы их расходы варьировались бы в пределах от приблизительно 0 до приблизительно 500 процентов от упоминаемых в настоящем документе стационарных расходов, более предпочтительно в пределах от приблизительно 30 до приблизительно 200 процентов от упоминаемых в настоящем документе стационарных расходов, а наиболее предпочтительно в пределах от 80 до 120 процентов от упоминаемых в настоящем документе стационарных расходов.During liquid phase oxidation in a
Среднюю скорость реакции за один проход в единицу времени (STR) в барботажной реакторной колонне окисления 20 определяют как массу окисляемого соединения, подаваемого на единицу объема реакционной среды 36 в единицу времени (например, килограммы пара-ксилола, подаваемые на один кубический метр в час). При обычном использовании количество окисляемого соединения, не превращенного в продукт, обычно вычитали бы из количества окисляемого соединения в потоке исходного подаваемого материала перед вычислением значения STR. Однако для многих окисляемых соединений, предпочитаемых в настоящем документе (например, пара-ксилола), степени превращения и выходы обычно являются высокими, и в настоящем документе данный термин удобно определить так, как это заявляется выше. Помимо прочего, по причинам, связанным с капитальными затратами и рабочим коэффициентом заполнения, в общем случае предпочитается, чтобы реакцию проводили бы при высоком значении STR. Однако проведение реакции при значительно повышенных значениях STR может оказывать влияние на качество или выход частичного окисления. Барботажная реакторная колонна 20 является в особенности подходящей для использования тогда, когда значение STR по окисляемому соединению (например, по пара-ксилолу) находится в диапазоне от приблизительно 25 килограммов на один кубический метр в час до приблизительно 400 килограммов на один кубический метр в час, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 30 килограммов на один кубический метр в час до приблизительно 250 килограммов на один кубический метр в час, еще более предпочтительно от приблизительно 35 килограммов на один кубический метр в час до приблизительно 150 килограммов на один кубический метр в час, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 40 килограммов на один кубический метр в час до 100 килограммов на один кубический метр в час.The average reaction rate in one pass per unit time (STR) in a bubble
Значение STR по кислороду в барботажной реакторной колонне 20 определяют как массу молекулярного кислорода, расходуемого на единицу объема реакционной среды 36 в единицу времени (например, килограммы молекулярного кислорода, расходуемого на один кубический метр в час). Помимо прочего, по причинам, связанным с капитальными затратами и расходованием растворителя при окислении, в общем случае предпочитается, чтобы реакцию проводили бы при высоком значении STR по кислороду. Однако проведение реакции при значительно повышенных значениях STR по кислороду в конечном счете приводит к ухудшению качества или выхода частичного окисления. Не в порядке связывания себя теорией представляется, что это возможно связано со скоростью переноса молекулярного кислорода из газовой фазы в жидкость на площади межфазной поверхности и, следовательно, в объем жидкости. Чрезмерно высокое значение STR по кислороду возможно будет приводить к чрезмерно низкому уровню содержания растворенного кислорода в объеме жидкой фазы реакционной среды.The oxygen STR value in the
Значение глобальной средней STR по кислороду в настоящем документе определяют как массу всего кислорода, расходуемого во всем объеме реакционной среды 36 в единицу времени (например, килограммы молекулярного кислорода, расходуемого на один кубический метр в час). Барботажная реакторная колонна 20 является в особенности подходящей для использования тогда, когда значение глобальной средней STR по кислороду находится в диапазоне от приблизительно 25 килограммов на один кубический метр в час до приблизительно 400 килограммов на один кубический метр в час, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 30 килограммов на один кубический метр в час до приблизительно 250 килограммов на один кубический метр в час, еще более предпочтительно от приблизительно 35 килограммов на один кубический метр в час до приблизительно 150 килограммов на один кубический метр в час, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 40 килограммов на один кубический метр в час до 100 килограммов на один кубический метр в час.The value of the global average STR for oxygen in this document is defined as the mass of all oxygen consumed in the entire volume of the reaction medium 36 per unit time (for example, kilograms of molecular oxygen consumed per cubic meter per hour). The
Предпочитается, чтобы во время окисления в барботажной реакторной колонне 20 соотношение между массовым расходом совокупного растворителя (из потоков как исходного подаваемого материала, так и среды орошения) и массовым расходом окисляемого соединения, поступающим в зону реакции 28, выдерживалось бы в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5:1 до приблизительно 40:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 7,5:1 до 25:1. Предпочтительно соотношение между массовым расходом растворителя, введенного в виде части потока исходного подаваемого материала, и массовым расходом растворителя, введенного в виде части потока среды орошения, выдерживают в диапазоне от приблизительно 0,5:1 до уровня вообще нулевого расхода потока среды орошения, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 4:1, еще более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1:1 до приблизительно 2:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 1,25:1 до 1,5:1.It is preferable that during the oxidation in the
Предпочитается, чтобы во время жидкофазного окисления в барботажной реакторной колонне 20 поток окислителя вводили бы в барботажную реакторную колонну 20 в количестве, которое обеспечивает некоторое превышение количества молекулярного кислорода в сопоставлении со стехиометрической потребностью в кислороде. Количество избыточного молекулярного кислорода, необходимого при достижении наилучших результатов для конкретного окисляемого соединения, оказывает влияние на общие экономические показатели жидкофазного окисления. Предпочитается, чтобы во время жидкофазного окисления в барботажной реакторной колонне 20 соотношение между массовым расходом потока окислителя и массовым расходом окисляемого органического соединения (например, пара-ксилола), поступающего в реактор 20, выдерживалось бы в диапазоне от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 20:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1:1 до приблизительно 10:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 2:1 до 6:1.It is preferred that, during liquid phase oxidation in the
Если обратиться опять к фигуре 1, то можно сказать, что потоки исходного подаваемого материала, окислителя и среды орошения, вводимые в барботажную реакторную колонну 20, совместно образуют, по меньшей мере, часть многофазной реакционной среды 36. Реакционная среда 36 предпочтительно представляет собой трехфазную среду, включающую твердую фазу, жидкую фазу и газовую фазу. Как упоминалось выше, окисление окисляемого соединения (например, пара-ксилола) происходит преимущественно в жидкой фазе реакционной среды 36. Таким образом, жидкая фаза реакционной среды 36 содержит растворенный кислород и окисляемое соединение. Экзотермическая природа реакции окисления, которая протекает в барботажной реакторной колонне 20, вызывает вскипание/испарение части растворителя (например, уксусной кислоты и воды), введенного через впускные отверстия для исходного подаваемого материала 32а, b, c, d. Таким образом, газовая фаза реакционной среды 36 в реакторе 20 образуется главным образом из испарившегося растворителя и не растворившейся и не вступившей в реакцию части потока окислителя. Определенные реакторы окисления предшествующего уровня техники используют теплообменные трубки/ребра для нагревания или охлаждения реакционной среды. Однако такие теплообменные конструкции могут оказаться нежелательными в реакторе и способе изобретения, описанных в настоящем документе. Таким образом, предпочитается, чтобы барботажная реакторная колонна 20 по существу не включала бы поверхностей, которые находятся в контакте с реакционной средой 36 и демонстрируют средневременную плотность теплового потока, превышающую 30000 ватт на один квадратный метр.Referring again to FIG. 1, it can be said that the feed streams, oxidizing agent and reflux medium introduced into the
Концентрацию растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды 36 формирует динамическое равновесие между скоростью массопереноса из газовой фазы и скоростью расходования за счет реакции в жидкой фазе (то есть она не просто устанавливается парциальным давлением молекулярного кислорода в поступающей газовой фазе, хотя это один фактор в скорости подачи растворенного кислорода, и он на самом деле оказывает влияние на предельную верхнюю концентрацию растворенного кислорода). Количество растворенного кислорода локально варьируется, при этом оно будет выше поблизости от межфазных поверхностей пузырьков. В целом количество растворенного кислорода зависит от баланса между факторами подачи и потребности в различных частях реакционной среды 36. Во времени количество растворенного кислорода зависит от однородности перемешивания газа и жидкости по отношению к скоростям химического расходования. При проектировании, обеспечивающем достижение надлежащего соответствия между подачей и потребностью в отношении растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды 36, предпочитается, чтобы средневременная и среднеобъемная концентрация кислорода в жидкой фазе реакционной среды 36 выдерживалась бы на уровне, превышающем приблизительно 1 ч./млн (моль.), более предпочтительно находящемся в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 1000 ч./млн (моль.), еще более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 8 до приблизительно 500 ч./млн (моль.), а наиболее предпочтительно в диапазоне от 12 до 120 ч./млн (моль.).The concentration of dissolved oxygen in the liquid phase of the
Реакция жидкофазного окисления, проводимая в барботажной реакторной колонне 20, предпочтительно представляет собой реакцию осаждения, в ходе которой образуется твердая фаза. Более предпочтительно жидкофазное окисление, проводимое в барботажной реакторной колонне 20, приводит к тому, что твердое соединение (например, частицы сырой неочищенной терефталевой кислоты) в реакционной среде 36 будет образовывать, по меньшей мере, приблизительно 10 массовых процентов окисляемого соединения (например, пара-ксилола), вводимого в зону реакции 28. Еще более предпочтительно жидкофазное окисление приводит к тому, что твердое соединение в реакционной среде 36 будет образовывать, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов окисляемого соединения. Наиболее предпочтительно жидкофазное окисление приводит к тому, что твердое соединение в реакционной среде 36 будет образовывать, по меньшей мере, 90 массовых процентов окисляемого соединения. Предпочитается, чтобы совокупное количество твердой фазы в реакционной среде 36 превышало бы приблизительно 3 массовых процентов при выражении через средневременные и среднеобъемные величины. Более предпочтительно совокупное количество твердой фазы в реакционной среде 36 выдерживают в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 40 массовых процентов, еще более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 35 массовых процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 15 до 30 массовых процентов. Предпочитается, чтобы существенная часть продукта окисления (например, терефталевой кислоты), полученного в барботажной реакторной колонне 20, присутствовала бы в реакционной среде 36 в виде твердой фазы в противоположность веществу, остающемуся растворенным в жидкой фазе реакционной среды 36. Количество твердофазного продукта окисления, присутствующего в реакционной среде 36, предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 25 массовых процентов от совокупного (твердо- и жидкофазного) продукта окисления в реакционной среде 36, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75 массовых процентов от совокупного продукта окисления в реакционной среде 36, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 95 массовых процентов от совокупного продукта окисления в реакционной среде 36. Численные диапазоны, приведенные выше для количества твердой фазы в реакционной среде 36, используются для по существу стационарного режима функционирования барботажной колонны 20 в течение по существу непрерывного периода времени, а не для запуска, остановки или не вполне оптимального режима функционирования барботажной реакторной колонны 20. Количество твердой фазы в реакционной среде 36 определяют при использовании гравиметрического метода. В данном гравиметрическом методе представительную часть суспензии отбирают из реакционной среды и взвешивают. В условиях, которые эффективно обеспечивают выдерживание общего разделения твердой и жидкой фаз, протекающего в реакционной среде, свободную жидкость из части, образуемой твердой фазой, эффективно удаляют при использовании седиментации или фильтрования, без потерь осажденной твердой фазы и при сохранении в части, образуемой твердой фазой, менее чем приблизительно 10 процентов от первоначальной массы жидкости. Остающуюся жидкость в твердой фазе эффективно выпаривают до сухости без сублимации твердой фазы. Оставшуюся часть, образуемую твердой фазой, взвешивают. Соотношение между массой части, образуемой твердой фазой, и массой первоначальной части, образуемой суспензией, представляет собой долю твердой фазы, обычно выражаемую через процентное содержание.The liquid phase oxidation reaction carried out in the
Реакция осаждения, проводимая в барботажной реакторной колонне 20, может приводить к возникновению обрастания (то есть накоплению отложений твердой фазы) на поверхности определенных жестких конструкций, которые находятся в контакте с реакционной средой 36. Таким образом, в одном варианте реализации настоящего изобретения предпочитается, чтобы барботажная реакторная колонна 20 в зоне реакции 28 по существу не включала бы каких-либо внутренних теплообменных, перемешивающих или перегораживающих конструкций, поскольку такие конструкции были бы подвержены возникновению обрастания. Если в зоне реакции 28 будут присутствовать внутренние конструкции, то тогда желательно было бы избежать наличия внутренних конструкций, имеющих внешние поверхности, которые характеризуются значительной величиной площади обращенных кверху плоскостных поверхностей, поскольку такие обращенные кверху плоскостные поверхности были бы в исключительно высокой степени подвержены возникновению обрастания. Таким образом, если в зоне реакции 28 будут присутствовать какие-либо внутренние конструкции, то тогда предпочитается, чтобы по существу плоскостными поверхностями, наклоненными под углом, меньшим чем приблизительно на 15 градусов от горизонтали, были бы образованы менее чем приблизительно 20 процентов от совокупной площади обращенных кверху обнаженных внешних поверхностей таких внутренних конструкций.The deposition reaction carried out in a
Если обратиться опять к фигуре 1, то можно сказать, что физическая конфигурация барботажной реакторной колонны 20 способствует обеспечению проведения оптимизированного окисления окисляемого соединения (например, пара-ксилола) при минимальном образовании примесей. Предпочитается, чтобы удлиненная секция реакции 24 оболочки емкости 22 включала бы по существу цилиндрическое основное тело 46 и нижнее днище 48. Верхний край зоны реакции 28 определяется горизонтальной плоскостью 50, проходящей через верх цилиндрического основного тела 46. Нижний край 52 зоны реакции 28 определяется самой нижней внутренней поверхностью нижнего днища 48. Обычно нижний край 52 зоны реакции 28 располагается поблизости от устья выпускного отверстия для суспензии 38. Таким образом, удлиненная зона реакции 28, определяемая внутри барботажной реакторной колонны 20, имеет максимальную длину «L», измеряемую от верхнего края 50 до нижнего края 52 зоны реакции 28 вдоль продольной оси цилиндрического основного тела 46. Длина «L» зоны реакции 28 предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 100 метров, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 75 метров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 25 до 50 метров. Зона реакции 28 имеет максимальный диаметр (ширину) «D», который обычно равен максимальному внутреннему диаметру цилиндрического основного тела 46. Максимальный диаметр «D» зоны реакции 28 предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 12 метров, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 10 метров, еще более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 3,1 до приблизительно 9 метров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 4 до 8 метров. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения зона реакции 28 характеризуется соотношением длины к диаметру «L:D» в диапазоне от приблизительно 6:1 до приблизительно 30:1. Еще более предпочтительно зона реакции 28 характеризуется соотношением L:D в диапазоне от приблизительно 8:1 до приблизительно 20:1. Наиболее предпочтительно зона реакции 28 характеризуется соотношением L:D в диапазоне от 9:1 до 15:1.Referring again to Figure 1, it can be said that the physical configuration of the
Как это обсуждается выше, зона реакции 28 барботажной реакторной колонны 20 вмещает многофазную реакционную среду 36. Реакционная среда 36 имеет нижний край, совпадающий с нижним краем 52 зоны реакции 28, и верхний край, расположенный на уровне верхней поверхности 44. Верхняя поверхность 44 реакционной среды 36 определяется положением вдоль горизонтальной плоскости, которая проходит через зону реакции 28 в позиции по вертикали, где содержимое зоны реакции 28 переходит из газофазного сплошного состояния в жидкофазное сплошное состояние. Верхняя поверхность 44 предпочтительно располагается в позиции по вертикали, где локальная средневременная величина удерживания газа в тонкой горизонтальной доле содержимого зоны реакции 28 составляет 0,9.As discussed above, the
Реакционная среда 36 имеет максимальную высоту «Н», измеренную между ее верхним и нижним краями. Максимальная ширина «W» реакционной среды 36 обычно равна максимальному диаметру «D» цилиндрического основного тела 46. Предпочитается, чтобы во время жидкофазного окисления в барботажной реакторной колонне 20 величину Н выдерживали бы в диапазоне от приблизительно 60 до приблизительно 120 процентов от L, более предпочтительно от приблизительно 80 до приблизительно 110 процентов от L, а наиболее предпочтительно от 85 до 100 процентов от L. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения реакционная среда 36 характеризуется соотношением высоты к ширине «Н:W», превышающим приблизительно 3:1. Более предпочтительно реакционная среда 36 характеризуется соотношением Н:W в диапазоне от приблизительно 7:1 до приблизительно 25:1. Еще более предпочтительно реакционная среда 36 характеризуется соотношением Н:W в диапазоне от приблизительно 8:1 до приблизительно 20:1. Наиболее предпочтительно реакционная среда 36 характеризуется соотношением Н:W в диапазоне от 9:1 до 15:1. В одном варианте реализации изобретения L=H и D=W, так что различные размеры или соотношения, представленные в настоящем документе для L и D, также относятся к Н и W, и наоборот.The
Относительно высокие соотношения L:D и Н:W, предусматриваемые в соответствии с одним вариантом реализации изобретения, могут вносить свой вклад в некоторые существенные преимущества системы изобретения. Как обсуждается более подробно далее, было обнаружено то, что более высокие соотношения L:D и H:W, а также определенные другие признаки, обсуждающиеся далее, могут способствовать созданию выгодных вертикальных градиентов в концентрациях молекулярного кислорода и/или окисляемого соединения (например, пара-ксилола) в реакционной среде 36. В противоположность общепринятой точке зрения, согласно которой считалось бы выгодным иметь хорошо перемешанную реакционную среду при относительно однородных концентрациях по всему объему, было обнаружено то, что разбиение по вертикали на ступени в отношении концентраций кислорода и/или окисляемого соединения облегчает более эффективное и экономичное прохождение реакции окисления. Сведение к минимуму концентраций кислорода и окисляемого соединения поблизости от верха реакционной среды 36 может способствовать предотвращению потерь не вступившего в реакцию кислорода и не вступившего в реакцию окисляемого соединения в результате уноса через верхнее выпускное отверстие для газа 40. Однако, если концентрации окисляемого соединения и не вступившего в реакцию кислорода будут низкими по всему объему реакционной среды 36, то тогда скорость и/или селективность окисления уменьшатся. Таким образом, предпочитается, чтобы концентрации молекулярного кислорода и/или окисляемого соединения были бы значительно выше поблизости от низа реакционной среды 36 в сопоставлении с тем, что имеет место поблизости от верха реакционной среды 36.The relatively high ratios of L: D and H: W provided for in accordance with one embodiment of the invention can contribute to some of the significant advantages of the system of the invention. As discussed in more detail below, it has been found that higher L: D and H: W ratios, as well as certain other features discussed below, can help create beneficial vertical gradients in the concentrations of molecular oxygen and / or an oxidizable compound (e.g., steam -xylene) in the
В дополнение к этому, высокие соотношения L:D и H:W приводят к тому, что давление низа реакционной среды 36 будет существенно превышать давление верха реакционной среды 36. Данный градиент давления по вертикали представляет собой следствие высоты и плотности реакционной среды 36. Одно преимущество наличия данного градиента давления по вертикали заключается в том, что повышенное давление низа емкости становится движущей силой, обеспечивающей достижение более значительных растворимости и массопереноса кислорода в сопоставлении с тем, чего можно было бы добиться в других случаях при сопоставимых температурах и давлениях верха реактора в мелких реакторах. Таким образом, реакцию окисления можно проводить при более низких температурах в сопоставлении с тем, что потребовалось бы в более мелкой емкости. В случае использования барботажной реакторной колонны 20 для частичного окисления пара-ксилола до получения сырой неочищенной терефталевой кислоты (СТА) способность функционирования при пониженных температурах реакции при тех же самых или лучших скоростях массопереноса кислорода позволяет воспользоваться несколькими преимуществами. Например, низкотемпературное окисление пара-ксилола приводит к уменьшению количества растворителя, сжигаемого во время прохождения реакции. Как обсуждается более подробно далее, низкотемпературное окисление также благоприятствует образованию небольших, характеризующихся большой площадью удельной поверхности, неплотно связанных, легкорастворимых частиц СТА, которые могут быть подвергнуты воздействию более экономичных методик очистки в сопоставлении с крупными, характеризующимися малой площадью удельной поверхности, плотными частицами СТА, получаемыми в соответствии с обычно используемыми способами высокотемпературного окисления.In addition, the high ratios of L: D and H: W cause the bottom pressure of the
Предпочитается, чтобы во время окисления в реакторе 20 средневременную и среднеобъемную температуру реакционной среды 36 выдерживали бы в диапазоне от приблизительно 125 до приблизительно 200°С, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 140 до приблизительно 180°С, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 150 до 170°С. Давление верха реактора над реакционной средой 36 предпочтительно выдерживают в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20 бар избыточного давления (бар (изб.)), более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 12 бар (изб.), а наиболее предпочтительно в диапазоне от 4 до 8 бар (изб.). Предпочтительно разность давлений между верхом реакционной среды 36 и низом реакционной среды 36 находится в диапазоне от приблизительно 0,4 до приблизительно 5 бар, более предпочтительно разность давлений находится в диапазоне от приблизительно 0,7 до приблизительно 3 бар, а наиболее предпочтительно разность давлений находится в диапазоне от 1 до 2 бар. Несмотря на то, что в общем случае предпочитается, чтобы давление верха реактора над реакционной средой 36 выдерживалось бы на уровне относительно постоянного значения, один вариант реализации настоящего изобретения предусматривает наличие пульсации давления верха реактора для облегчения улучшенного прохождения перемешивания и/или массопереноса в реакционной среде 36. В случае наличия пульсаций давления верха реактора предпочитается, чтобы пульсации давления находились бы в диапазоне от приблизительно 60 до приблизительно 140 процентов от упоминавшегося в настоящем документе стационарного давления верха реактора, более предпочтительно от приблизительно 85 до приблизительно 115 процентов от упоминавшегося в настоящем документе стационарного давления верха реактора, а наиболее предпочтительно от 95 до 105 процентов от упоминавшегося в настоящем документе стационарного давления верха реактора.It is preferred that, during oxidation in the
Дополнительное преимущество высокого соотношения L:D для зоны реакции 28 заключается в том, что оно может вносить свой вклад в увеличение среднего расхода на единицу сечения потока для реакционной среды 36. Термины «расход на единицу сечения потока» и «расход газа на единицу сечения потока» в соответствии с использованием в настоящем документе в отношении реакционной среды 36 должны обозначать объемный расход газовой фазы реакционной среды 36 на некотором уровне по высоте в реакторе, поделенный на площадь горизонтального поперечного сечения реактора на данном уровне по высоте. Повышенный расход на единицу сечения потока, достигаемый благодаря высокому соотношению L:D для зоны реакции 28, может способствовать прохождению локального перемешивания и увеличению удерживания газа в реакционной среде 36. Средневременные расходы на единицу сечения потока для реакционной среды 36 на одной четверти высоты, половине высоты и/или трех четвертях высоты реакционной среды 36 предпочтительно превышают приблизительно 0,3 метра в секунду, более предпочтительно находятся в диапазоне от приблизительно 0,8 до приблизительно 5 метров в секунду, еще более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,9 до приблизительно 4 метров в секунду, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 метров секунду.An additional advantage of the high L: D ratio for
Если обратиться опять к фигуре 1, то можно сказать, что секция отделения 26 барботажной реакторной колонны 20 представляет собой просто уширенную часть оболочки емкости 22, расположенную непосредственно над секцией реакции 24. Секция отделения 26 обеспечивает уменьшение скорости перемещающейся снизу вверх газовой фазы в барботажной реакторной колонне 20 тогда, когда газовая фаза поднимется выше верхней поверхности 44 реакционной среды 36 и приблизится к выпускному отверстию для газа 40. Данное уменьшение скорости перемещения газовой фазы снизу вверх способствует облегчению удаления жидкой и/или твердой фаз, захваченных в перетекающей снизу вверх газовой фазе, и, таким образом, приводит к уменьшению нежелательных потерь определенных компонентов, присутствующих в жидкой фазе реакционной среды 36.Referring again to Figure 1, we can say that the section of the
Секция отделения 26 предпочтительно включает переходную стенку, в общем случае образующую поверхность усеченного конуса, 54, в общем случае цилиндрическую широкую боковую стенку 56 и верхнее днище 58. Узкий нижний край переходной стенки 54 соединяется с верхом цилиндрического основного тела 46 секции реакции 24. Широкий верхний край переходной стенки 54 соединяется с низом широкой боковой стенки 56. Предпочитается, чтобы переходная стенка 54 проходила бы снизу вверх и изнутри наружу от ее узкого нижнего края под углом в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 70 градусов от вертикали, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 15 до приблизительно 50 градусов от вертикали, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 15 до 45 градусов от вертикали. Широкая боковая стенка 56 имеет максимальный диаметр «Х», который в общем случае превышает максимальный диаметр «D» секции реакции 24, хотя, если верхняя часть секции реакции 24 будет иметь меньший диаметр в сопоставлении с совокупным максимальным диаметром секции реакции 24, то тогда Х фактически может составить величину, меньшую, чем D. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения соотношение между диаметром широкой боковой стенки 56 и максимальным диаметром секции реакции 24 «Х:D» находится в диапазоне от приблизительно 0,8:1 до приблизительно 4:1, наиболее предпочтительно в диапазоне от 1,1:1 до 2:1. Верхнее днище 58 соединяется с верхом широкой боковой стенки 56. Верхнее днище 58 предпочтительно представляет собой элемент в общем случае в виде эллиптического днища, определяющий центральное отверстие, которое делает возможным уход газа из зоны отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40. В альтернативном варианте реализации верхнее днище 58 может иметь любую форму, в том числе коническую. Зона отделения 30 имеет максимальную высоту «Y», измеренную от верха 50 зоны реакции 28 самой верхней части зоны отделения 30. Соотношение между длиной зоны реакции 28 и высотой зоны отделения 30 «L:Y» предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 24:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 3:1 до приблизительно 20:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 4:1 до 16:1.The
Если обратиться теперь к фигурам 1-5, то можно сказать, что теперь будет более подробно обсуждаться местоположение и конфигурация барботера окислителя 34. Фигуры 2 и 3 демонстрируют то, что барботер окислителя 34 может включать кольцевой элемент 60, поперечный элемент 62 и пару каналов для ввода окислителя 64а, b. В удобном варианте данные каналы для ввода окислителя 64а, b могут входить в емкость на уровне по высоте, находящемся выше кольцевого элемента 60, а после этого поворачиваться книзу так, как это продемонстрировано на фигурах 2 и 3. В альтернативном варианте канал для ввода окислителя 64а, b может входить в емкость ниже кольцевого элемента 60 или приблизительно на той же самой горизонтальной плоскости, что и кольцевой элемент 60. Каждый канал для ввода окислителя 64а, b включает первый край, соединенный с соответствующим впускным отверстием для окислителя 66а, b, сформированным в оболочке емкости 22, и второй край, через текучую среду соединяющийся с кольцевым элементом 60. Кольцевой элемент 60 предпочтительно образован из каналов, более предпочтительно из множества прямых секций каналов, а наиболее предпочтительно множества прямых трубных секций, жестко соединенных друг с другом с получением трубчатого многоугольного кольца. Предпочтительно кольцевой элемент 60 образован, по меньшей мере, из 3 прямых трубных секций, более предпочтительно из 6-10 трубных секций, а наиболее предпочтительно из 8 трубных секций. В соответствии с этим, если кольцевой элемент 60 будет образован из 8 трубных секций, то тогда он будет иметь в общем случае восьмиугольную конфигурацию. Поперечный элемент 62 предпочтительно получают из по существу прямой трубной секции, которая через текучую среду соединяется с противоположными трубными секциями кольцевого элемента 60 и проходит по диагонали между ними. Трубная секция, используемая для поперечного элемента 62, предпочтительно имеет по существу тот же самый диаметр, что и трубные секции, используемые для получения кольцевого элемента 60. Предпочитается, чтобы трубные секции, которые составляют каналы для ввода окислителя 64а, b, кольцевой элемент 60 и поперечный элемент 62, имели бы номинальный диаметр, больший чем приблизительно 0,1 метра, более предпочтительно находящийся в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 2 метров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,25 до 1 метра. Как может быть наилучшим образом проиллюстрировано на фигуре 3, каждый элемент, выбираемый из кольцевого элемента 60 и поперечного элемента 62, характеризуется наличием множества верхних отверстий для окислителя 68, предназначенных для выпуска потока окислителя снизу вверх в зону реакции 28. Как может быть лучше всего проиллюстрировано на фигуре 4, кольцевой элемент 60 и/или поперечный элемент 62 могут характеризоваться наличием одного или нескольких нижних отверстий для окислителя 70, предназначенных для выпуска потока окислителя сверху вниз в зону реакции 28. Нижние отверстия для окислителя 70 также могут быть использованы для выпуска жидкой и/или твердой фаз, которые могут проникать внутрь кольцевого элемента 60 и/или поперечного элемента 62. Для того чтобы предотвратить накопление твердой фазы внутри барботера окислителя 34, через барботер 34 можно непрерывно или периодически перепускать поток жидкости для вымывания любых количеств накопившейся твердой фазы.Turning now to Figures 1-5, we can say that the location and configuration of the
Если обратиться опять к фигурам 1-4, то можно сказать, что во время окисления в барботажной реакторной колонне 20 потоки окислителя перепускают через впускные отверстия для окислителя 66а, b в каналы для ввода окислителя 64а, b, соответственно. После этого потоки окислителя транспортируют через каналы для ввода окислителя 64а, b в кольцевой элемент 60. Как только поток окислителя поступит в кольцевой элемент 60, поток окислителя будет распределяться по всем внутренним объемам кольцевого элемента 60 и поперечного элемента 62. После этого поток окислителя вытесняется из барботера окислителя 34 в зону реакции 28 через верхние и нижние отверстия для окислителя 68, 70 кольцевого элемента 60 и поперечного элемента 62.Referring again to Figures 1-4, it can be said that during oxidation in the
Устья верхних отверстий для окислителя 68 разнесены одно от другого в боковом направлении и располагаются по существу на одном и том же уровне по высоте в зоне реакции 28. Таким образом, устья верхних отверстий для окислителя 68 в общем случае располагаются на по существу горизонтальной плоскости, определенной верхом барботера окислителя 34. Устья нижних отверстий для окислителя 70 разнесены в боковом направлении одно от другого и располагаются по существу на одном и том же уровне по высоте в зоне реакции 28. Таким образом, устья нижних отверстий для окислителя 70 в общем случае располагаются на по существу горизонтальной плоскости, определенной низом барботера окислителя 34.The mouths of the upper holes for the oxidizing
В одном варианте реализации настоящего изобретения барботер окислителя 34 имеет, по меньшей мере, приблизительно 20 верхних отверстий для окислителя 68, сформированных в нем. Более предпочтительно барботер окислителя 34 имеет сформированные в нем верхние отверстия для окислителя в количестве в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 800. Наиболее предпочтительно барботер окислителя 34 имеет сформированные в нем верхние отверстия для окислителя 68 в количестве в диапазоне от 60 до 400. Барботер окислителя 34 предпочтительно имеет, по меньшей мере, приблизительно 1 нижнее отверстие для окислителя 70, сформированное в нем. Более предпочтительно барботер окислителя 34 имеет сформированные в нем нижние отверстия для окислителя 70 в количестве в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 40. Наиболее предпочтительно барботер окислителя 34 имеет сформированные в нем нижние отверстия для окислителя 70 в количестве в диапазоне от 8 до 20. Соотношение между количествами верхних отверстий для окислителя 68 и нижних отверстий для окислителя 70 в барботере окислителя 34 предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 100:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5:1 до приблизительно 25:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 8:1 до 15:1. Диаметры по существу всех верхних и нижних отверстий для окислителя 68, 70 предпочтительно являются по существу одинаковыми, так что соотношение между объемными расходами потока окислителя из верхних и нижних отверстий 68, 70 является по существу тем же самым, что и приведенные выше соотношения для относительных количеств верхних и нижних отверстий для окислителя 68, 70.In one embodiment of the present invention, the
Фигура 5 иллюстрирует направление выпуска окислителя из верхних и нижних отверстий для окислителя 68, 70. Что касается верхних отверстий для окислителя 68, то предпочитается, чтобы, по меньшей мере, часть верхних отверстий для окислителя 68 производила бы выпуск потока окислителя под углом «А» от вертикали. Предпочитается, чтобы процентная доля верхних отверстий для окислителя 68, которые ориентированы под углом «А» к вертикали, находилась бы в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 90 процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 80 процентов, еще более предпочтительно в диапазоне от 60 до 75 процентов, а наиболее предпочтительно была бы равна приблизительно 67 процентам. Угол «А» предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 60 градусов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 45 градусов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 15 до 30 градусов. Что касается нижних отверстий для окислителя 70, то предпочитается, чтобы по существу все нижние отверстия для окислителя 70 располагались бы поблизости от самой нижней части кольцевого элемента 60 и/или поперечного элемента 62. Таким образом, любые количества жидкой и/или твердой фаз, которые могут ненамеренно попасть в барботер окислителя 34, можно будет легко выпустить из барботера окислителя 34 через нижние отверстия для окислителя 70. Предпочтительно нижние отверстия для окислителя 70 обеспечивают выпуск потока окислителя сверху вниз по существу под углом, соответствующим вертикали. Для целей данного описания верхним отверстием для окислителя может быть любое отверстие, которое обеспечивает выпуск потока окислителя в общем случае в направлении снизу вверх (то есть под углом, отсчитываемым вверх от горизонтали), а нижним отверстием для окислителя может быть любое отверстие, которое обеспечивает выпуск потока окислителя в общем случае в направлении сверху вниз (то есть под углом, отсчитываемым вниз от горизонтали).Figure 5 illustrates the direction of release of the oxidizing agent from the upper and lower holes for the oxidizing
Во многих обычно используемых барботажных реакторных колоннах, содержащих многофазную реакционную среду, по существу вся реакционная среда, расположенная ниже барботера окислителя (или другого механизма, предназначенного для введения потока окислителя в зону реакции), характеризуется очень низкой величиной удерживания газа. Как известно на современном уровне техники, «удерживание газа» представляет собой просто объемную долю многофазной среды, которая находится в газообразном состоянии. Зоны низкой величины удерживания газа в среде также можно называть «неаэрированными» зонами. Во многих обычно используемых суспензионных барботажных реакторных колоннах значительная доля от совокупного объема реакционной среды располагается ниже барботера окислителя (или другого механизма, предназначенного для введения потока окислителя в зону реакции). Таким образом, значительная часть реакционной среды, присутствующей в области низа обычно используемых барботажных реакторных колонн, является неаэрированной.In many commonly used bubble column reactors containing a multiphase reaction medium, substantially all of the reaction medium located below the oxidizer bubbler (or other mechanism for introducing the oxidizer stream into the reaction zone) has a very low gas retention rate. As is known in the art, “gas retention” is simply the volume fraction of a multiphase medium that is in a gaseous state. Zones of low gas retention in the medium can also be called "non-aerated" zones. In many commonly used slurry bubble column reactors, a significant fraction of the total volume of the reaction medium is located below the oxidizing bubbler (or other mechanism for introducing the oxidizing stream into the reaction zone). Thus, a significant portion of the reaction medium present in the bottom region of commonly used bubble column reactors is unaerated.
Было обнаружено то, что сведение к минимуму количества неаэрированных зон в реакционной среде, подвергаемой окислению в барботажной реакторной колонне, может обеспечить сведение к минимуму образования определенных типов нежелательных примесей. Неаэрированные зоны реакционной среды содержат относительно малое количество пузырьков окислителя. Данный малый объем пузырьков окислителя приводит к уменьшению количества молекулярного кислорода, доступного для растворения в жидкой фазе реакционной среды. Таким образом, жидкая фаза в неаэрированной зоне реакционной среды характеризуется относительно низкой концентрацией молекулярного кислорода. Данные обедненные кислородом неаэрированные зоны реакционной среды имеют тенденцию к стимулированию прохождения нежелательных побочных реакций, вместо желательной реакции окисления. Например, в случае частичного окисления пара-ксилола с получением терефталевой кислоты недостаточная доступность кислорода в жидкой фазе реакционной среды может привести к образованию нежелательно больших количеств бензойной кислоты и сопряженных ароматических колец, в частности, в том числе в высшей степени нежелательных молекул окрашенных веществ, известных как флуореноны и антрахиноны.It has been found that minimizing the amount of unaerated zones in a reaction medium subjected to oxidation in a bubble column reactor can minimize the formation of certain types of undesired impurities. Unaerated zones of the reaction medium contain a relatively small number of oxidizing bubbles. This small volume of oxidizer bubbles leads to a decrease in the amount of molecular oxygen available for dissolution in the liquid phase of the reaction medium. Thus, the liquid phase in the non-aerated zone of the reaction medium is characterized by a relatively low concentration of molecular oxygen. These oxygen-depleted unaerated zones of the reaction medium tend to stimulate undesired side reactions rather than the desired oxidation reaction. For example, in the case of partial oxidation of para-xylene to produce terephthalic acid, insufficient oxygen availability in the liquid phase of the reaction medium can lead to the formation of undesirably large quantities of benzoic acid and conjugated aromatic rings, in particular, including highly undesirable molecules of colored substances known like fluorenones and anthraquinones.
В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения жидкофазное окисление проводят в барботажной реакторной колонне, сконфигурированной и функционирующей таким образом, чтобы свести к минимуму объемную долю реакционной среды, характеризующейся низкими величинами удерживания газа. Данное сведение к минимуму количества неаэрированных зон можно количественно охарактеризовать в результате теоретического разделения совокупного объема реакционной среды на 2000 дискретных горизонтальных долей с одинаковым объемом. За исключением самой верхней и самой нижней горизонтальных долей каждая горизонтальная доля представляет собой дискретный объем, ограниченный по его боковым сторонам боковой стенкой реактора и ограниченный по его верхней и нижней сторонам воображаемыми горизонтальными плоскостями. Самая верхняя горизонтальная доля ограничена по ее нижней стороне воображаемой горизонтальной плоскостью, а по ее верхней стороне - верхней поверхностью реакционной среды. Самая нижняя горизонтальная доля ограничена по ее верхней стороне воображаемой горизонтальной плоскостью, а по ее нижней стороне - нижним краем емкости. Как только реакционная среда будет теоретически разделена на 2000 дискретных горизонтальных долей с равным объемом, можно будет определить средневременную и среднеобъемную величину удерживания газа для каждой горизонтальной доли. В случае использования данного способа определения количества неаэрированных зон предпочитается, чтобы количество горизонтальных долей, характеризующихся средневременной и среднеобъемной величиной удерживания газа, меньшей 0,1, составляло бы величину, меньшую 30, более предпочтительно меньшую 15, еще более предпочтительно меньшую 6, даже более предпочтительно меньшую 4, а наиболее предпочтительно меньшую 2. Предпочитается, чтобы количество горизонтальных долей, характеризующихся величиной удерживания газа, меньшей 0,2, составляло бы величину, меньшую 80, более предпочтительно меньшую 40, еще более предпочтительно меньшую 20, даже более предпочтительно меньшую 12, а наиболее предпочтительно меньшую 5. Предпочитается, чтобы количество горизонтальных долей, характеризующихся величиной удерживания газа, меньшей 0,3, составляло бы величину, меньшую 120, более предпочтительно меньшую 80, еще более предпочтительно меньшую 40, даже более предпочтительно меньшую 20, а наиболее предпочтительно меньшую 15.In accordance with one embodiment of the present invention, liquid phase oxidation is carried out in a bubble column reactor configured and operating in such a way as to minimize the volume fraction of the reaction medium characterized by low gas retention values. This minimization of the number of unaerated zones can be quantitatively characterized as a result of the theoretical separation of the total volume of the reaction medium into 2000 discrete horizontal fractions with the same volume. With the exception of the uppermost and lowest horizontal fractions, each horizontal fraction represents a discrete volume limited on its lateral sides by the side wall of the reactor and limited on its upper and lower sides by imaginary horizontal planes. The uppermost horizontal fraction is limited on its lower side by an imaginary horizontal plane, and on its upper side by the upper surface of the reaction medium. The lowest horizontal fraction is limited on its upper side by an imaginary horizontal plane, and on its lower side by the lower edge of the container. As soon as the reaction medium is theoretically divided into 2,000 discrete horizontal fractions with equal volume, it will be possible to determine the average and medium volume gas retention for each horizontal fraction. In the case of using this method of determining the number of unaerated zones, it is preferable that the number of horizontal fractions, characterized by an average and medium volume gas retention of less than 0.1, be less than 30, more preferably less than 15, even more preferably less than 6, even more preferably less than 4, and most preferably less than 2. It is preferable that the number of horizontal fractions characterized by a gas retention rate of less than 0.2 be inu, less than 80, more preferably less than 40, even more preferably less than 20, even more preferably less than 12, and most preferably less than 5. It is preferable that the number of horizontal fractions, characterized by the amount of gas retention less than 0.3, be less than 120, more preferably less than 80, even more preferably less than 40, even more preferably less than 20, and most preferably less than 15.
Если обратиться опять к фигурам 1 и 2, то было обнаружено то, что более низкое расположение барботера окислителя 34 в зоне реакции 28 обеспечивает достижение нескольких преимуществ, включающих уменьшение количества неаэрированных зон в реакционной среде 36. При данных высоте «Н» реакционной среды 36, длине «L» зоны реакции 28 и максимальном диаметре «D» зоны реакции 28 предпочитается, чтобы основную часть (то есть >50 массовых процентов) потока окислителя вводили бы в зону реакции 28 в пределах приблизительно 0,025Н, 0,022L и/или 0,25D от нижнего края 52 зоны реакции 28. Более предпочтительно основную часть потока окислителя вводят в зону реакции 28 в пределах приблизительно 0,02Н, 0,018L и/или 0,2D от нижнего края 52 зоны реакции 28. Наиболее предпочтительно основную часть потока окислителя вводят в зону реакции 28 в пределах 0,015Н, 0,013L и/или 0,15D от нижнего края 52 зоны реакции 28.Referring again to Figures 1 and 2, it was found that a lower location of the
В варианте реализации, проиллюстрированном на фигуре 2, расстояние по вертикали «Y1» между нижним краем 52 зоны реакции 28 и устьями верхних отверстий для окислителя 68 барботера окислителя 34 составляет величину, меньшую приблизительно 0,25Н, 0,022L и/или 0,25D, так что по существу весь поток окислителя поступает в зону реакции 28 в пределах приблизительно 0,25Н, 0,022L и/или 0,25D от нижнего края 52 зоны реакции 28. Более предпочтительно Y1 составляет величину, меньшую чем приблизительно 0,02Н, 0,018L и/или 0,2D. Наиболее предпочтительно Y1 составляет величину, меньшую чем 0,015Н, 0,013L и/или 0,15D, но большую чем 0,005Н, 0,004L и/или 0,06D. Фигура 2 иллюстрирует линию начала изгиба 72 в позиции, в которой нижний край цилиндрического основного тела 46 оболочки емкости 22 соединяется с верхним краем эллиптического нижнего днища 48 оболочки емкости 22. В альтернативном варианте нижнее днище 48 может иметь любую форму, в том числе коническую, а линию начала изгиба все еще определяют как нижний край цилиндрического основного тела 46. Расстояние по вертикали «Y2» между линией начала изгиба 72 и верхом барботера окислителя 34 предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,0012Н, 0,001L и/или 0,01D; более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,005Н, 0,004L и/или 0,05D; а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,01Н, 0,008L и/или 0,1D. Расстояние по вертикали «Y3» между нижним краем 52 зоны реакции 28 и устьями нижних отверстий для окислителя 70 барботера окислителя 34 предпочтительно составляет величину, меньшую чем приблизительно 0,015Н, 0,013L и/или 0,15D; более предпочтительно меньшую чем приблизительно 0,012Н, 0,01L и/или 0,1D; а наиболее предпочтительно меньшую чем 0,01Н, 0,008L и/или 0,075D, но большую чем 0,003Н, 0,002L и/или 0,025D.In the embodiment illustrated in FIG. 2, the vertical distance “Y 1 ” between the
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отверстия, которые обеспечивают выпуск потока окислителя и потока исходного подаваемого материала в зону реакции, имеют такую конфигурацию, чтобы (массовая) величина потока окислителя или исходного подаваемого материала, выпускаемого из отверстия, была бы прямо пропорциональна площади живого сечения отверстия. Таким образом, например, если 50 процентов от совокупной площади живого сечения, определенной всеми отверстиями для окислителя, будут располагаться в пределах 0,15D от низа зоны реакции, то тогда в зону реакции в пределах 0,15D от низа зоны реакции будут поступать 50 массовых процентов потока окислителя, и наоборот.In a preferred embodiment of the present invention, the openings that allow the oxidizing stream and the feed stream to flow into the reaction zone are configured such that the (mass) amount of the oxidizing stream or the feed feed from the hole is directly proportional to the live section of the hole . Thus, for example, if 50 percent of the total living cross-sectional area defined by all openings for the oxidizer is located within 0.15D from the bottom of the reaction zone, then 50 mass percent flow of oxidizer, and vice versa.
В дополнение к преимуществам, обеспечиваемым в результате сведения к минимуму количества неаэрированных зон (то есть зон, характеризующихся низкой величиной удерживания газа) в реакционной среде 36, было обнаружено то, что прохождение окисления можно улучшить в результате доведения до максимума величины удерживания газа для совокупной реакционной среды 36. Реакционная среда 36 предпочтительно характеризуется средневременной и среднеобъемной величиной удерживания газа, равной, по меньшей мере, приблизительно 0,4, более предпочтительно находящейся в диапазоне от приблизительно 0,6 до приблизительно 0,9, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,65 до 0,85. Некоторые физические и эксплуатационные признаки барботажной реакторной колонны 20 вносят свой вклад в обсуждавшуюся выше высокую величину удерживания газа. Например, для данных размера реактора и расхода для потока окислителя высокое соотношение L:D для зоны реакции 28 дает в результате меньший диаметр, что вызывает увеличение расхода на единицу сечения потока в реакционной среде 36, что, в свою очередь, приводит к увеличению удерживания газа. В дополнение к этому, на среднюю величину удерживания газа даже для данного постоянного расхода на единицу сечения потока, как известно, оказывают влияние фактический диаметр барботажной колонны и соотношение L:D. В дополнение к этому, свой вклад в повышенную величину удерживания газа вносит сведение к минимуму количества неаэрированных зон, в частности, в области низа зона реакции 28. Кроме того, на стабильность функционирования при высоких расходах на единицу сечения потока и величинах удерживания газа, описанных в настоящем документе, могут оказывать влияние давление верха реактора и механическая конфигурация барботажной реакторной колонны.In addition to the advantages provided by minimizing the number of unaerated zones (i.e., zones characterized by low gas retention) in the
Кроме того, изобретатели выявили важность функционирования при оптимизированном давлении верха реактора для получения повышенного удерживания газа и повышенного массопереноса. Может показаться, что функционирование при пониженном давлении верха реактора, что приводит к уменьшению растворимости молекулярного кислорода в соответствии с действием закона Генри, привело бы к уменьшению скорости массопереноса молекулярного кислорода из газа в жидкость. В емкости с механическим перемешиванием данный вариант обычен и имеет место, поскольку уровни аэрации и скорости массопереноса преимущественным образом определяются конструкцией перемешивающего устройства и давлением верха реактора. Однако в случае барботажной реакторной колонны, соответствующей предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, было выявлено то, как использовать пониженное давление верха реактора для того, чтобы стимулировать занятие заданной массой потока газофазного окислителя большего объема, что вызывает увеличение расхода на единицу сечения потока в реакционной среде 36 и, в свою очередь, приводит к увеличению удерживания газа и скорости переноса молекулярного кислорода.In addition, the inventors have identified the importance of operating at an optimized top pressure of the reactor to obtain increased gas retention and increased mass transfer. It might seem that functioning under reduced pressure at the top of the reactor, which leads to a decrease in the solubility of molecular oxygen in accordance with the action of Henry's law, would lead to a decrease in the rate of mass transfer of molecular oxygen from gas to liquid. In a vessel with mechanical stirring, this option is common and takes place, since the levels of aeration and mass transfer rates are mainly determined by the design of the mixing device and the pressure of the top of the reactor. However, in the case of a bubble column reactor according to a preferred embodiment of the present invention, it was revealed how to use a reduced pressure at the top of the reactor in order to stimulate the occupation of a given mass of a gas phase oxidizer of a larger volume, which causes an increase in flow per unit cross section of the stream in the
Установление равновесия между коалесценцией и дроблением пузырьков представляет собой чрезвычайно сложное явление, приводящее, с одной стороны, к возникновению тенденции к вспениванию, что вызывает уменьшение скоростей внутренней циркуляции жидкой фазы, и что может потребовать наличия очень, очень больших зон отделения, а с другой стороны, к возникновению тенденции к наличию меньшего количества очень крупных пузырьков, что приводит к пониженному удерживанию газа и пониженной скорости массопереноса из потока окислителя в жидкую фазу. Что касается жидкой фазы, то, как известно, ее состав, плотность, вязкость и поверхностное натяжение, помимо прочих факторов, взаимодействуют очень сложным образом, приводя к получению очень сложных результатов даже в отсутствие твердой фазы. Например, в лабораторных исследованиях исследователи обнаружили то, что при составлении отчетов и оценке результатов по наблюдениям даже для простых водно-воздушных барботажных колонн полезно устанавливать качество «воды» - будет ли это водопроводная вода, дистиллированная вода или деионизованная вода. В случае сложных смесей в жидкой фазе и в случае добавления твердой фазы уровень сложности увеличивается дополнительно. Важными для взаимодействия твердой фазы с жидкой фазой и потоком окислителя при определении того, какими в результате будут получаться характеристики барботирования и схемы течения при естественной конвекции, помимо прочего, являются все параметры, выбираемые из поверхностных неоднородностей индивидуальных частиц твердой фазы, среднего размера твердых частиц, распределения частиц по размерам, количества твердой фазы в сопоставлении с количеством жидкой фазы и способности жидкости смачивать поверхность твердой фазы.The establishment of an equilibrium between coalescence and fragmentation of the bubbles is an extremely complex phenomenon, leading, on the one hand, to a tendency to foaming, which causes a decrease in the rates of internal circulation of the liquid phase, and which may require very, very large separation zones, and on the other hand , there is a tendency to the presence of a smaller number of very large bubbles, which leads to reduced gas retention and a reduced mass transfer rate from the oxidant stream to the liquid phase. As for the liquid phase, it is known that its composition, density, viscosity and surface tension, among other factors, interact in a very complex way, leading to very complex results even in the absence of a solid phase. For example, in a laboratory study, researchers found that when reporting and evaluating observational results, even for simple air-to-water bubble columns it is useful to establish the “water” quality — whether it is tap water, distilled water or deionized water. In the case of complex mixtures in the liquid phase and in the case of adding a solid phase, the level of complexity increases further. Important for the interaction of the solid phase with the liquid phase and the oxidizer flow in determining what will result in the bubbling characteristics and flow patterns during natural convection, among other things, are all parameters selected from the surface inhomogeneities of the individual particles of the solid phase, the average particle size, particle size distribution, the amount of solid phase in comparison with the amount of the liquid phase and the ability of the liquid to wet the surface of the solid phase.
Таким образом, способность барботажной реакторной колонны функционировать подходящим образом при высоких расходах на единицу сечения потока и высоких величинах удерживания газа, описываемых в настоящем документе, зависит, например, от надлежащего выбора: (1) состава жидкой фазы реакционной среды; (2) количества и типа осажденной твердой фазы, где оба параметра можно отрегулировать при помощи условий проведения реакции; (3) величины потока окислителя, подаваемого в реактор; (4) давления верха реактора, которое оказывает влияние на объемный расход потока окислителя, стабильность пузырьков и, через энергетический баланс, на температуру реакции; (5) самой температуры реакции, которая оказывает влияние на характеристики текучести, свойства осажденной твердой фазы и удельный объем потока окислителя; и (6) геометрии и механических деталей реакционной емкости, в том числе соотношения L:D.Thus, the ability of the bubble column reactor to function appropriately at high flow rates per unit flow cross section and the high gas retention values described herein depends, for example, on the appropriate choice: (1) the composition of the liquid phase of the reaction medium; (2) the amount and type of precipitated solid phase, where both parameters can be adjusted using the reaction conditions; (3) the magnitude of the flow of oxidizing agent supplied to the reactor; (4) the pressure of the top of the reactor, which affects the volumetric flow rate of the oxidizing stream, the stability of the bubbles, and, through the energy balance, the reaction temperature; (5) the reaction temperature itself, which affects the flow characteristics, the properties of the precipitated solid phase, and the specific flow rate of the oxidizing agent; and (6) the geometry and mechanical details of the reaction vessel, including the L: D ratio.
Если обратиться опять к фигуре 1, то можно сказать, что было обнаружено то, что получения улучшенного распределения окисляемого соединения (например, пара-ксилола) в реакционной среде 36 можно было добиться в результате введения потока жидкофазного исходного подаваемого материала в зону реакции 28 в нескольких позициях, разнесенных по вертикали. Предпочтительно поток жидкофазного исходного подаваемого материала вводят в зону реакции 28 при использовании, по меньшей мере, 3 отверстий для исходного подаваемого материала, более предпочтительно, по меньшей мере, 4 отверстий для исходного подаваемого материала. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «отверстия для исходного подаваемого материала» должен обозначать отверстия, через которые поток жидкофазного исходного подаваемого материала выпускают в зону реакции 28 для перемешивания с реакционной средой 36. Предпочитается, чтобы, по меньшей мере, 2 отверстия для исходного подаваемого материала были бы разнесены по вертикали относительно друг друга, по меньшей мере, приблизительно на 0,5D, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 1,5D, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 3D. Однако предпочитается, чтобы самое высокое отверстие для исходного подаваемого материала отстояло бы по вертикали от самого нижнего отверстия для окислителя не более чем приблизительно на 0,75Н, 0,65L и/или 8D; более предпочтительно не более чем приблизительно на 0,5Н, 0,4L и/или 5D; а наиболее предпочтительно не более чем на 0,4Н, 0,35L и/или 4D.Referring again to Figure 1, it can be said that it was found that obtaining an improved distribution of an oxidizable compound (e.g., para-xylene) in the
Несмотря на то, что введение потока жидкофазного исходного подаваемого материала желательно проводить в нескольких позициях по вертикали, также было обнаружено и то, что улучшенное распределение окисляемого соединения в реакционной среде 36 будет достигаться, если основную часть потока жидкофазного исходного подаваемого материала будут вводить в нижнюю половину реакционной среды 36 и/или зоны реакции 28. Предпочтительно в нижнюю половину реакционной среды 36 и/или зоны реакции 28 вводят, по меньшей мере, приблизительно 75 массовых процентов от потока жидкофазного исходного подаваемого материала. Наиболее предпочтительно в нижнюю половину реакционной среды 36 и/или зоны реакции 28 вводят, по меньшей мере, 90 массовых процентов от потока жидкофазного исходного подаваемого материала. В дополнение к этому, предпочитается, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 30 массовых процентов потока жидкофазного исходного подаваемого материала вводили бы в зону реакцию 28 в пределах приблизительно 1,5D от самой нижней позиции по вертикали, где в зону реакции 28 вводят поток окислителя. Данная самая нижняя позиция по вертикали, где поток окислителя вводят в зону реакции 28, обычно находится в области низа барботера окислителя; однако в одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения предусматривается широкий ассортимент альтернативных конфигураций, предназначенных для введения потока окислителя в зону реакции 28. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов от жидкофазного исходного подаваемого материала вводят в пределах приблизительно 2,5D от самой нижней позиции по вертикали, где в зону реакции 28 вводят поток окислителя. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75 массовых процентов от потока жидкофазного исходного подаваемого материала вводят в пределах приблизительно 5D от самой нижней позиции по вертикали, где в зону реакции 28 вводят поток окислителя.Although it is desirable to carry out the introduction of the liquid phase feed stream in several vertical positions, it has also been found that an improved distribution of the oxidizable compound in the
Каждое отверстие для исходного подаваемого материала определяет живое сечение, через которое выпускают исходный подаваемый материал. Предпочитается, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 30 процентов от совокупной площади живого сечения всех впускных отверстий для исходного подаваемого материала располагались бы в пределах приблизительно 1,5D от самой нижней позиции по вертикали, где в зону реакции 28 вводят поток окислителя. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50 процентов от совокупной площади живого сечения всех впускных отверстий для исходного подаваемого материала располагаются в пределах приблизительно 2,5D от самой нижней позиции по вертикали, где в зону реакции 28 вводят поток окислителя. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75 процентов от совокупной площади живого сечения всех впускных отверстий для исходного подаваемого материала располагаются в пределах приблизительно 5D от самой нижней позиции по вертикали, где в зону реакции 28 вводят поток окислителя.Each opening for the feed material defines a living section through which the feed material is released. It is preferred that at least about 30 percent of the total living cross-sectional area of all the feed inlet openings is within about 1.5 D from the lowest vertical position where an oxidant stream is introduced into
Если обратиться опять к фигуре 1, то можно сказать, что в одном варианте реализации настоящего изобретения впускные отверстия для исходного подаваемого материала 32а, b, c, d представляют собой просто последовательность из отверстий, выровненных по вертикали по одной стороне оболочки емкости 22. Данные отверстия для исходного подаваемого материала предпочтительно имеют по существу подобные диаметры, меньшие чем приблизительно 7 сантиметров, более предпочтительно находящиеся в диапазоне от приблизительно 0,25 до приблизительно 5 сантиметров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 2 сантиметров. Барботажную реакторную колонну 20 предпочтительно оборудуют системой регулирования расхода для потока жидкофазного исходного подаваемого материала из каждого отверстия для исходного подаваемого материала. Такая система регулирования расхода предпочтительно включает индивидуальный клапан регулирования расхода 74а, b, c, d для каждого соответствующего впускного отверстия для исходного подаваемого материала 32а, b, c, d. В дополнение к этому, предпочитается, чтобы барботажная реакторная колонна 20 была бы оборудована системой регулирования расхода, которая позволяла бы, по меньшей мере, часть потока жидкофазного исходного подаваемого материала вводить в зону реакции 28 при повышенном расходе на единицу сечения потока во впускном отверстии, равном, по меньшей мере, приблизительно 2 метрам в секунду, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 5 метрам в секунду, еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 6 метрам в секунду, а наиболее предпочтительно находящемся в диапазоне от 8 до 20 метров в секунду. В соответствии с использованием в настоящем документе, термин «расход на единицу сечения потока во впускном отверстии» обозначает средневременной объемный расход для потока исходного подаваемого материала из отверстия для исходного подаваемого материала, поделенный на площадь отверстия для исходного подаваемого материала. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов потока исходного подаваемого материала вводят в зону реакции 28 при повышенном расходе на единицу сечения потока во впускном отверстии. Наиболее предпочтительно по существу весь поток исходного подаваемого материала вводят в зону реакции 28 при повышенном расходе на единицу сечения потока во впускном отверстии.Referring again to Figure 1, it can be said that in one embodiment of the present invention, the inlets for the
Если обратиться теперь к фигурам 6-7, то можно сказать, что на них проиллюстрирована альтернативная система введения в зону реакции 28 потока жидкофазного исходного подаваемого материала. В данном варианте реализации поток исходного подаваемого материала вводят в зону реакции 28 на четырех различных уровнях по высоте. На каждом уровне по высоте оборудуют соответствующую систему распределения исходного подаваемого материала 76а, b, c, d. Каждая система распределения исходного подаваемого материала 76 включает основной канал для исходного подаваемого материала 78 и коллектор 80. Каждый коллектор 80 снабжают, по меньшей мере, двумя выпускными отверстиями 82, 84, соединенными с соответствующими вставными каналами 86, 88, которые проходят в зону реакции 28 оболочки емкости 22. Каждый вставной канал 86, 88 характеризуется наличием соответствующего отверстия для исходного подаваемого материала 87, 89, предназначенного для выпуска потока исходного подаваемого материала в зону реакции 28. Отверстия для исходного подаваемого материала 87, 89 предпочтительно имеют по существу подобные диаметры, меньшие, чем приблизительно 7 сантиметров, более предпочтительно находящиеся в диапазоне от приблизительно 0,25 до приблизительно 5 сантиметров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 2 сантиметров. Предпочитается, чтобы отверстия для исходного подаваемого материала 87, 89 в каждой системе распределения исходного подаваемого материала 76а, b, c, d были бы расположены по диаметру напротив друг друга таким образом, чтобы поток исходного подаваемого материала вводить в зону реакции 28 в противоположных направлениях. Кроме того, предпочитается, чтобы расположенные по диаметру напротив друг друга отверстия для исходного подаваемого материала 86, 88 соседних систем распределения исходного подаваемого материала 76 были бы ориентированы с поворотом на угол 90 градусов по отношению друг к другу. В ходе функционирования поток жидкофазного исходного подаваемого материала загружают в основной канал для исходного подаваемого материала 78, а после этого он поступает в коллектор 80. Коллектор 80 равномерно распределяет поток исходного подаваемого материала для одновременного введения с противоположных сторон реактора 20 через отверстия для исходного подаваемого материала 87, 89.If we turn now to figures 6-7, we can say that they illustrate an alternative system for introducing into the reaction zone 28 a stream of liquid-phase feed material. In this embodiment, the feed stream is introduced into
Фигура 8 иллюстрирует альтернативную конфигурацию, где каждую систему распределения исходного подаваемого материала 76 оборудуют байонетными трубами 90, 92, а не вставными каналами 86, 88 (продемонстрированными на фигуре 7). Байонетные трубы 90, 92 проходят в зону реакции 28 и включают множество небольших отверстий для исходного подаваемого материала 94, 96, предназначенных для выпуска жидкофазного исходного подаваемого материала в зону реакции 28. Предпочитается, чтобы небольшие отверстия для исходного подаваемого материала 94, 96 у байонетных труб 90, 92 имели бы по существу одни и те же диаметры, меньшие, чем приблизительно 50 миллиметров, более предпочтительно находящиеся в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 25 миллиметров, а наиболее предпочтительно от 4 до 15 миллиметров.Figure 8 illustrates an alternative configuration where each distribution system of the feed feed 76 is equipped with
Фигуры 9-11 иллюстрируют альтернативную систему распределения исходного подаваемого материала 100. Система распределения исходного подаваемого материала 100 обеспечивает введение потока жидкофазного исходного подаваемого материала через множество разнесенных по вертикали и разнесенных в боковом направлении позиций без возникновения потребности в наличии нескольких позиций ввода сквозь боковую стенку барботажной реакторной колонны 20. Система введения исходного подаваемого материала 100 в общем случае включает единственный канал впускного отверстия 102, магистраль 104, множество прямостоячих распределительных труб 106, механизм, создающий боковую опору, 108 и механизм, создающий вертикальную опору, 110. Канал впускного отверстия 102 проникает через боковую стенку основного тела 46 оболочки емкости 22. Канал впускного отверстия 102 через текучую среду соединяется с магистралью 104. Магистраль 104 равномерно распределяет поток исходного подаваемого материала, поступающий из канала впускного отверстия 102, между прямостоячими распределительными трубами 106. Каждая распределительная труба 106 имеет множество разнесенных по вертикали отверстий для исходного подаваемого материала 112а, b, c, d, предназначенных для выпуска потока исходного подаваемого материала в зону реакции 28. Механизм, создающий боковую опору, 108 соединяется с каждой распределительной трубой 106 и предотвращает возникновение относительного бокового перемещения распределительных труб 106. Механизм, создающий вертикальную опору, 110 предпочтительно соединяется с механизмом, создающим боковую опору, 108 и верхом барботера окислителя 34. Механизм, создающий вертикальную опору, 110 по существу предотвращает возникновение вертикального перемещения распределительных труб 106 в зоне реакции 28. Предпочитается, чтобы отверстия для исходного подаваемого материала 112 имели бы по существу одни и те же диаметры, меньшие, чем приблизительно 50 миллиметров, более предпочтительно находящиеся в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 25 миллиметров, а наиболее предпочтительно от 4 до 15 миллиметров. Разнесение по вертикали отверстий для исходного подаваемого материала 112 в системе распределения исходного подаваемого материала 100, проиллюстрированной на фигурах 9-11, может быть по существу тем же самым, что и описанное выше в том, что касается системы распределения исходного подаваемого материала фигуры 1.Figures 9-11 illustrate an alternative
Было обнаружено то, что схемы течения реакционной среды во многих барботажных реакторных колоннах могут позволить осуществить неравномерное азимутальное распределение окисляемого соединения в реакционной среде, в особенности тогда, когда окисляемое соединение главным образом вводят по одной стороне реакционной среды. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «азимутальный» должен обозначать угол или разнесение по окружности относительно прямостоячей продольной оси зоны реакции. В соответствии с использованием в настоящем документе «прямостоячий» должен обозначать нахождение в пределах 45° от вертикали. В одном варианте реализации настоящего изобретения поток исходного подаваемого материала, содержащий окисляемое соединение (например, пара-ксилол), в зону реакции вводят через множество разнесенных по азимуту отверстий для исходного подаваемого материала. Данные разнесенные по азимуту отверстия для исходного подаваемого материала могут способствовать предотвращению возникновения в реакционной среде областей избыточно высоких и избыточно низких концентраций окисляемого соединения. Различные системы введения исходного подаваемого материала, проиллюстрированные на фигурах 6-11, представляют собой примеры систем, которые обеспечивают наличие надлежащего разнесения по азимуту для отверстий для исходного подаваемого материала.It has been found that the flow patterns of the reaction medium in many bubble column reactors can allow for an uneven azimuthal distribution of the oxidizable compound in the reaction medium, especially when the oxidizable compound is mainly introduced on one side of the reaction medium. As used herein, the term “azimuthal” should mean an angle or circumferential spacing with respect to the upright longitudinal axis of the reaction zone. As used herein, “erect” shall mean being within 45 ° of the vertical. In one embodiment of the present invention, a feed stream containing an oxidizable compound (eg, para-xylene) is introduced into the reaction zone through a plurality of azimuthally spaced openings for the feed. These azimuthally spaced openings for the feed feed can help prevent regions of excessively high and excessively low concentrations of oxidizable compound from occurring in the reaction medium. The various feed introduction systems illustrated in FIGS. 6-11 are examples of systems that provide proper azimuth spacing for feed openings.
Если обратиться опять к фигуре 7, то можно сказать, что для того чтобы получить количественные характеристики для разнесенного по азимуту введения потока жидкофазного исходного подаваемого материала в реакционную среду, реакционную среду можно теоретически разделить на четыре прямостоячих азимутальных квадранта «Q1, Q2, Q3, Q4» с приблизительно равным объемом. Данные азимутальные квадранты «Q1, Q2, Q3, Q4» определяются парой воображаемых пересекающихся перпендикулярных вертикальных плоскостей «Р1, Р2», выходящих за пределы максимального вертикального размера и максимального радиального размера реакционной среды. Если реакционная среда будет содержаться в цилиндрической емкости, то тогда линия пересечения воображаемых пересекающихся вертикальных плоскостей Р1, Р2 будет приблизительно совпадать с вертикальной центральной линией цилиндра, а каждый азимутальный квадрант Q1, Q2, Q3, Q4 будет представлять собой в общем случае клиновидный вертикальный объем, имеющий высоту, равную высоте реакционной среды. Предпочитается, чтобы существенную часть окисляемого соединения выпускали бы в реакционную среду через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные, по меньшей мере, в двух различных азимутальных квадрантах.Referring again to Figure 7, we can say that in order to obtain quantitative characteristics for the azimuthally spaced introduction of the liquid-phase feed stream into the reaction medium, the reaction medium can theoretically be divided into four erect azimuthal quadrants "Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 "with approximately equal volume. These azimuthal quadrants "Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 " are determined by a pair of imaginary intersecting perpendicular vertical planes "P 1 , P 2 " that go beyond the maximum vertical size and maximum radial size of the reaction medium. If the reaction medium is contained in a cylindrical vessel, then the line of intersection of the imaginary intersecting vertical planes P 1 , P 2 will approximately coincide with the vertical center line of the cylinder, and each azimuthal quadrant Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 will be in generally a wedge-shaped vertical volume having a height equal to the height of the reaction medium. It is preferred that a substantial portion of the oxidizable compound be discharged into the reaction medium through openings for the feed material located in at least two different azimuthal quadrants.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения через отверстия для исходного подаваемого материала, которые могут располагаться в одном азимутальном квадранте, в реакционную среду выпускают не более чем приблизительно 80 массовых процентов от окисляемого соединения. Более предпочтительно через отверстия для исходного подаваемого материала, которые могут располагаться в одном азимутальном квадранте, в реакционную среду выпускают не более чем приблизительно 60 массовых процентов от окисляемого соединения. Наиболее предпочтительно через отверстия для исходного подаваемого материала, которые могут располагаться в одном азимутальном квадранте, в реакционную среду выпускают не более чем приблизительно 40 массовых процентов от окисляемого соединения. Данные параметры для азимутального распределения окисляемого соединения измеряют тогда, когда азимутальные квадранты будут азимутально ориентированы таким образом, чтобы в один из азимутальных квадрантов обеспечить выпуск максимально возможного количества окисляемого соединения. Например, если поток совокупного исходного подаваемого материала будут выпускать в реакционную среду через два отверстия для исходного подаваемого материала, которые будут азимутально разнесены друг от друга на 89 градусов, то тогда для целей определения азимутального распределения в четырех азимутальных квадрантах 100 массовых процентов потока исходного подаваемого материала будут выпускать в реакционную среду в одном азимутальном квадранте, поскольку азимутальные квадранты могут быть азимутально ориентированы таким образом, чтобы оба отверстия для исходного подаваемого материала были бы расположены в одном азимутальном квадранте.In a preferred embodiment of the present invention, no more than about 80 weight percent of the oxidizable compound is discharged into the reaction medium through openings for the feed material that can be located in one azimuthal quadrant. More preferably, no more than about 60 weight percent of the oxidizable compound is discharged into the reaction medium through openings for the feed material, which may be located in the same azimuthal quadrant. Most preferably, no more than about 40 weight percent of the oxidizable compound is discharged into the reaction medium through openings for the feed material, which may be located in a single azimuthal quadrant. These parameters for the azimuthal distribution of the oxidizable compound are measured when the azimuthal quadrants are azimuthally oriented so that the maximum possible amount of oxidizable compound is released into one of the azimuthal quadrants. For example, if the total feed stream is discharged into the reaction medium through two openings for the feed feed, which will be 89 degrees azimuthally apart, then for the purpose of determining the azimuthal distribution in four azimuth quadrants, 100 weight percent of the feed stream will be released into the reaction medium in one azimuthal quadrant, since the azimuthal quadrants can be azimuthally oriented so that both holes for the feed source would be located in the same azimuthal quadrant.
В дополнение к преимуществам, связанным с надлежащим азимутальным разнесением отверстий для исходного подаваемого материала, также было обнаружено и то, что в барботажной реакторной колонне существенным может являться также и надлежащее радиальное разнесение отверстий для исходного подаваемого материала. Предпочитается, чтобы существенную часть окисляемого соединения, вводимого в реакционную среду, выпускали бы через отверстия для исходного подаваемого материала, которые радиально разнесены в направлении извне вовнутрь от боковой стенки емкости. Таким образом, в одном варианте реализации настоящего изобретения существенная часть окисляемого соединения поступает в зону реакции через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в «предпочтительной радиальной зоне для исходного подаваемого материала», которая простирается в направлении извне вовнутрь от прямостоячих боковых стенок, определяющих зону реакции.In addition to the advantages associated with proper azimuthal hole spacing for the feed feed, it has also been found that proper radial hole spacing for the feed feed can also be significant in the bubble column reactor. It is preferred that a substantial portion of the oxidizable compound introduced into the reaction medium is discharged through openings for the feed material that are radially spaced from the outside inward from the side wall of the vessel. Thus, in one embodiment of the present invention, a substantial portion of the oxidizable compound enters the reaction zone through openings for the feed material located in a “preferred radial zone for the feed material” that extends from the inside inward from the upright side walls defining the reaction zone .
Если обратиться опять к фигуре 7, то можно сказать, что предпочтительная радиальная зона для исходного подаваемого материала «FZ» может принимать форму теоретического прямостоячего цилиндра, центрированного в зоне реакции 28 и имеющего внешний диаметр «DO», равный 0,9D, где «D» представляет собой диаметр зоны реакции 28. Таким образом, внешнее кольцевое пространство «ОА», имеющее толщину 0,05D, определяется областью в промежутке между предпочтительной радиальной зоной для исходного подаваемого материала FZ и внутренней стороной боковой стенки, определяющей зону реакции 28. Предпочитается, чтобы через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в данном внешнем кольцевом пространстве ОА, в зону реакции 28 вводили бы незначительное количество окисляемого соединения, или его не вводили бы вообще.Referring again to FIG. 7, it can be said that the preferred radial zone for the feed material “FZ” may take the form of a theoretical upright cylinder centered in
В еще одном варианте реализации предпочитается, чтобы незначительное количество окисляемого соединения вводили бы в центр зоны реакции 28, или туда не вводили бы его вообще. Таким образом, как проиллюстрировано на фигуре 8, предпочтительная радиальная зона для исходного подаваемого материала FZ может принимать форму теоретического прямостоячего кольцевого пространства, центрированного в зоне реакции 28, имеющего внешний диаметр DO, равный 0,9D, и имеющего внутренний диаметр DI, равный 0,2D. Таким образом, в данном варианте реализации из центра предпочтительной радиальной зоны для исходного подаваемого материала FZ «вырезают» внутренний цилиндр IC, имеющий диаметр 0,2D. Предпочитается, чтобы через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в данном внутреннем цилиндре IC, в зону реакции 28 вводили бы незначительное количество окисляемого соединения, или его не вводили бы вообще.In yet another embodiment, it is preferred that a small amount of the oxidizable compound be introduced into the center of
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения существенную часть окисляемого соединения в реакционную среду 36 вводят через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в предпочтительной радиальной зоне для исходного подаваемого материала, вне зависимости от того, будет ли предпочтительная радиальная зона для исходного подаваемого материала иметь цилиндрическую или кольцевую формы, описанные выше. Более предпочтительно через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в предпочтительной радиальной зоне для исходного подаваемого материала, в реакционную среду 36 выпускают, по меньшей мере, приблизительно 25 массовых процентов окисляемого соединения. Еще более предпочтительно через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в предпочтительной радиальной зоне для исходного подаваемого материала, в реакционную среду 36 выпускают, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов окисляемого соединения. Наиболее предпочтительно через отверстия для исходного подаваемого материала, расположенные в предпочтительной радиальной зоне для исходного подаваемого материала, в реакционную среду 36 выпускают, по меньшей мере, 75 массовых процентов окисляемого соединения.In a preferred embodiment of the present invention, a substantial portion of the oxidizable compound is introduced into the
Несмотря на то, что теоретические азимутальные квадранты и теоретическая предпочтительная радиальная зона для исходного подаваемого материала, проиллюстрированные на фигурах 7 и 8, описываются со ссылкой на распределение потока жидкофазного исходного подаваемого материала, было обнаружено то, что надлежащее азимутальное и радиальное распределение потока газофазного окислителя также может обеспечить достижение определенных преимуществ. Таким образом, в одном варианте реализации настоящего изобретения описание азимутального и радиального распределения потока жидкофазного исходного подаваемого материала, представленное выше, относится также и к способу, по которому в реакционную среду 36 вводят поток газофазного окислителя.Although the theoretical azimuthal quadrants and the theoretical preferred radial zone for the feed source, illustrated in Figures 7 and 8, are described with reference to the distribution of the liquid-phase feed feed, it was found that the proper azimuthal and radial distribution of the gas-phase oxidizer flow is also can provide certain benefits. Thus, in one embodiment of the present invention, the description of the azimuthal and radial distribution of the liquid-phase feed feed stream presented above also relates to a method by which a gas-phase oxidizer stream is introduced into the
Если обратиться теперь к фигурам 12-15, то можно сказать, что на них проиллюстрирован альтернативный барботер окислителя 200, в общем случае включающий кольцевой элемент 202 и пару каналов для ввода окислителя 204, 206. Барботер окислителя 200 с фигур 12-15 подобен барботеру окислителя 34 с фигур 1-11 при следующих далее трех основных различиях: (1) барботер окислителя 200 не включает диагонального поперечного элемента; (2) верхняя часть кольцевого элемента 202 не имеет отверстий для выпуска окислителя в направлении снизу вверх; и (3) барботер окислителя 200 имеет намного больше отверстий в нижней части кольцевого элемента 202.If we turn now to figures 12-15, we can say that they illustrate an
Как может быть наилучшим образом проиллюстрировано на фигурах 14 и 15, нижняя часть кольца барботера окислителя 202 характеризуется наличием множества отверстий для окислителя 208. Отверстия для окислителя 208 предпочтительно имеют такую конфигурацию, что, по меньшей мере, приблизительно 1 процент от совокупной площади живого сечения, определенного отверстиями для окислителя 208, располагается ниже центральной линии 210 (фигура 15) кольцевого элемента 202, где центральная линия 210 располагается на уровне по высоте для средней точки объема кольцевого элемента 202. Более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 5 процентов от совокупной площади живого сечения, определенного всеми отверстиями для окислителя 208, располагаются ниже центральной линии 210, при этом, по меньшей мере, приблизительно 2 процента от совокупной площади живого сечения определяются отверстиями 208, которые обеспечивают выпуск потока окислителя в общем случае в направлении сверху вниз в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали. Еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 20 процентов от совокупной площади живого сечения, определенного всеми отверстиями для окислителя 208, располагаются ниже центральной линии 210, при этом, по меньшей мере, приблизительно 10 процентов от совокупной площади живого сечения определяются отверстиями 208, которые обеспечивают выпуск потока окислителя в общем случае в направлении сверху вниз в пределах 30 градусов от вертикали. Наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75 процентов от совокупной площади живого сечения, определенного всеми отверстиями для окислителя 208, располагаются ниже центральной линии 210, при этом, по меньшей мере, приблизительно 40 процентов от совокупной площади живого сечения определяются отверстиями 208, которые обеспечивают выпуск потока окислителя в общем случае в направлении сверху вниз в пределах 30 градусов от вертикали. Доля от совокупной площади живого сечения, определенной всеми отверстиями для окислителя 208, которые располагаются выше центральной линии 210, предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 75 процентов, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 50 процентов, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 25 процентов, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 5 процентов.As can best be illustrated in Figures 14 and 15, the lower portion of the
Как проиллюстрировано на фигурах 14 и 15, отверстия для окислителя 208 включают отверстия, обращенные книзу, 208а и отверстия, ориентированные под углом, 208b. Отверстия, обращенные книзу, 208а имеют конфигурацию, обеспечивающую выпуск потока окислителя в общем случае в направлении сверху вниз под углом в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали, более предпочтительно в пределах приблизительно 15 градусов от вертикали, а наиболее предпочтительно в пределах 5 градусов от вертикали. Отверстия, ориентированные под углом, 208b имеют конфигурацию, обеспечивающую выпуск потока окислителя в общем случае в направлении изнутри наружу и сверху вниз под углом «А», который находится в диапазоне от приблизительно 15 до приблизительно 75 градусов от вертикали, более предпочтительно угол А находится в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 60 градусов от вертикали, а наиболее предпочтительно угол А находится в диапазоне от 40 до 50 градусов от вертикали.As illustrated in figures 14 and 15, the holes for the
Предпочитается, чтобы по существу все отверстия для окислителя 208 имели бы приблизительно один и тот же диаметр. Диаметр отверстий для окислителя 208 предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 300 миллиметров, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 120 миллиметров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 8 до 60 миллиметров. Совокупное количество отверстий для окислителя 208 в кольцевом элементе 202 выбирают в соответствии с критериями низкого падения давления, детально описанными далее. Предпочтительно совокупное количество отверстий для окислителя 208, сформированных в кольцевом элементе 202, составляет, по меньшей мере, приблизительно 10, более предпочтительно совокупное количество отверстий для окислителя 208 составляет величину в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 200, а наиболее предпочтительно совокупное количество отверстий для окислителя 208 составляет величину в диапазоне от 40 до 100.It is preferred that substantially all of the openings for the
Несмотря на то, что фигуры 12-15 иллюстрируют очень конкретную конфигурацию барботера окислителя 200, в настоящий момент следует отметить то, что для достижения преимуществ, описанных в настоящем документе, может быть использован широкий ассортимент конфигураций барботеров окислителя. Например, барботер окислителя необязательно должен иметь конфигурацию восьмиугольного кольцевого элемента, проиллюстрированную на фигурах 12-13. Вместо этого возможно, чтобы барботер окислителя был бы получен из любой конфигурации канала (каналов) для течения, который использует множество пространственно разнесенных отверстий, предназначенных для выпуска потока окислителя. Размер, количество и направление выпуска, характеризующие отверстия для окислителя в канале для течения, предпочтительно находятся в пределах приведенных выше диапазонов. Кроме того, барботер окислителя предпочтительно имеет конфигурацию, обеспечивающую азимутальное и радиальное распределение молекулярного кислорода, описанное выше.Although Figures 12-15 illustrate a very specific configuration of the
Вне зависимости от конкретной конфигурации барботера окислителя предпочитается, чтобы барботер окислителя имел бы физическую конфигурацию и функционировал бы в соответствии со способом, который обеспечивает сведение к минимуму падения давления, связанное с выпуском потока окислителя из канала (каналов) для течения через отверстия для окислителя в зону реакции. Такое падение давления рассчитывают в виде средневременного статического давления потока окислителя внутри канала для течения на впускных отверстиях для окислителя 66а, b барботера окислителя минус средневременное статическое давление в зоне реакции на уровне по высоте, где половину потока окислителя вводят выше данной позиции по вертикали, а половину потока окислителя вводит ниже данной позиции по вертикали. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения средневременное падение давления, связанное с выпуском потока окислителя из барботера окислителя, составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,3 мегапаскаля (МПа), более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,2 МПа, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,1 МПа, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,05 МПа. В предпочтительных условиях функционирования барботажной реакторной колонны, описанной в настоящем документе, давление потока окислителя внутри канала (каналов) для течения барботера окислителя предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,35 до приблизительно 1 МПа, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,45 до приблизительно 0,85 МПа, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 0,7 МПа.Regardless of the specific configuration of the oxidizer bubbler, it is preferable that the oxidizer bubbler be physically configured and operate in accordance with a method that minimizes the pressure drop associated with the release of the oxidizer stream from the channel (s) for flow through the oxidizer openings into the zone reactions. Such a pressure drop is calculated as the average time static pressure of the oxidizer flow inside the channel for flow at the inlet openings for the
Как упоминалось ранее в том, что касается конфигурации барботера окислителя, проиллюстрированной на фигурах 2-5, может оказаться желательным непрерывное или периодическое промывание барботера окислителя жидкостью (например, уксусной кислотой, водой и/или пара-ксилолом) для предотвращения возникновения обрастания барботера окислителя отложениями твердой фазы. В случае использования такого промывания жидкостью предпочитается, чтобы в течение, по меньшей мере, одного периода продолжительностью, большей, чем одна минута каждый день, через барботер окислителя и из отверстий для окислителя перепускали бы эффективное количество жидкости (то есть не просто незначительное количество капель жидкости, которые естественным образом могут присутствовать в потоке окислителя). Если из барботера окислителя непрерывно или периодически будут выпускать жидкость, то тогда предпочитается, чтобы средневременное соотношение между массовым расходом жидкости через барботер окислителя и массовым расходом молекулярного кислорода через барботер окислителя находилось бы в диапазоне от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 30:1 или в диапазоне от приблизительно 0,1:1 до приблизительно 2:1, или даже в диапазоне от 0,2:1 до 1:1.As previously mentioned with regard to the oxidizer bubbler configuration illustrated in FIGS. 2-5, it may be desirable to continuously or periodically rinse the oxidizer bubbler with a liquid (e.g., acetic acid, water and / or para-xylene) to prevent the formation of oxidizer bubbler deposits. solid phase. In the case of using such washing with liquid, it is preferable that for at least one period of longer than one minute every day an effective amount of liquid is passed through the oxidizer bubbler and from the oxidizer openings (i.e., not just a small amount of liquid drops which may naturally be present in the oxidant stream). If liquid is continuously or periodically discharged from the oxidizer bubbler, then it is preferable that the average time ratio between the mass flow rate of the liquid through the oxidizer bubbler and the mass flow rate of molecular oxygen through the oxidizer bubbler be in the range from about 0.05: 1 to about 30: 1 or in the range of about 0.1: 1 to about 2: 1, or even in the range of 0.2: 1 to 1: 1.
В одном варианте реализации настоящего изобретения значительную часть окисляемого соединения (например, пара-ксилола) можно вводить в зону реакции через барботер окислителя. В такой конфигурации предпочитается, чтобы выпуск окисляемого соединения и молекулярного кислорода из барботера окислителя происходил бы через одни и те же отверстия в барботере окислителя. Как отмечалось выше, окисляемое соединение обычно представляет собой жидкость при STP. Поэтому в данном варианте реализации из барботера окислителя можно выпускать двухфазный поток, при этом жидкая фаза будет содержать окисляемое соединение, а газовая фаза будет содержать молекулярный кислород. Однако необходимо понимать, что во время выпуска из барботера окислителя, по меньшей мере, часть окисляемого соединения может находиться в газообразном состоянии. В одном варианте реализации жидкую фазу, выпускаемую из барботера окислителя, преимущественно образует окисляемое соединение. В еще одном варианте реализации жидкая фаза, выпускаемая из барботера окислителя, имеет по существу тот же самый состав, что и поток исходного подаваемого материала, описанный выше. Если жидкая фаза, выпускаемая из барботера окислителя, будет иметь по существу тот же самый состав, что и поток исходного подаваемого материала, то такая жидкая фаза может содержать растворитель и/или систему катализатора в количествах и при соотношениях, описанных выше в том, что касается состава потока исходного подаваемого материала.In one embodiment of the present invention, a significant portion of the oxidizable compound (e.g., para-xylene) can be introduced into the reaction zone through an oxidizer bubbler. In such a configuration, it is preferable that the release of the oxidizable compound and molecular oxygen from the oxidizer bubbler occurs through the same openings in the oxidizer bubbler. As noted above, the oxidizable compound is typically a liquid in STP. Therefore, in this embodiment, a two-phase stream can be discharged from the oxidizer bubbler, wherein the liquid phase will contain an oxidizable compound and the gas phase will contain molecular oxygen. However, it must be understood that during the release of the oxidizing agent from the bubbler, at least a portion of the oxidizable compound may be in a gaseous state. In one embodiment, the liquid phase discharged from the oxidizer bubbler predominantly forms an oxidizable compound. In yet another embodiment, the liquid phase discharged from the oxidizer bubbler has substantially the same composition as the feed stream described above. If the liquid phase discharged from the oxidizer bubbler will have substantially the same composition as the feed stream, then such a liquid phase may contain a solvent and / or catalyst system in quantities and proportions as described above with respect to composition of the feed stream.
В одном варианте реализации настоящего изобретения предпочитается, чтобы через барботер окислителя вводили бы, по меньшей мере, приблизительно 10 массовых процентов от всего количества окисляемого соединения, вводимого в зону реакции, более предпочтительно через барботер окислителя в зону реакции вводят, по меньшей мере, приблизительно 40 массовых процентов окисляемого соединения, а наиболее предпочтительно через барботер окислителя в зону реакции вводят, по меньшей мере, 80 массовых процентов окисляемого соединения. Если все количество или часть окисляемого соединения будут вводить в зону реакции через барботер окислителя, то предпочитается, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 10 массовых процентов от всего количества молекулярного кислорода, вводимого в зону реакции, вводили бы через тот же самый барботер окислителя, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 40 массовых процентов окисляемого соединения в зону реакции вводят через один и тот же барботер окислителя, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 80 массовых процентов окисляемого соединения в зону реакции вводят через один и тот же барботер окислителя. Если в зону реакции через барботер окислителя будут вводить значительную долю окисляемого соединения, то тогда предпочитается, чтобы в барботере окислителя были бы установлены одно или несколько устройств, воспринимающих температуру (например, термопар). Данные температурные датчики можно использовать в качестве вспомогательных средств, помогающих удостовериться в том, что температура в барботере окислителя не становится опасно высокой.In one embodiment of the present invention, it is preferable that at least about 10 weight percent of the total amount of the oxidizable compound introduced into the reaction zone is introduced through the oxidizer bubbler, more preferably at least about 40 are introduced through the oxidizer bubbler. mass percent of the oxidizable compound, and most preferably through the bubbler of the oxidizing agent, at least 80 mass percent of the oxidizable compound is introduced into the reaction zone. If all or part of the oxidizable compound is introduced into the reaction zone through an oxidizer bubbler, it is preferred that at least about 10 weight percent of the total amount of molecular oxygen introduced into the reaction zone is introduced through the same oxidizer bubbler, more preferably, at least about 40 weight percent of the oxidizable compound is introduced into the reaction zone through the same oxidizer bubbler, and most preferably at least 80 weight percent of the oxide yaemogo compound in the reaction zone are introduced via the same oxidant sparger. If a significant proportion of the oxidizable compound is introduced into the reaction zone through the oxidizer bubbler, then it is preferable that one or more temperature sensing devices (for example, thermocouples) be installed in the oxidizer bubbler. These temperature sensors can be used as an aid to help ensure that the temperature in the oxidizer bubbler does not become dangerously high.
Если обратиться теперь к фигурам 16-18, то можно сказать, что на них проиллюстрирована барботажная реакторная колонна 20, включающая внутреннюю деаэрационную емкость 300, расположенную в области низа зоны реакции 28 поблизости от выпускного отверстия для суспензии 38. Было обнаружено то, что во время деаэрации реакционной среды 36 с относительно высокой скоростью протекают побочные реакции, приводящие к образованию примесей. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «деаэрация» должен обозначать отделение газовой фазы от многофазной реакционной среды. Если реакционная среда 36 будет высокоаэрированной (величина удерживания газа >0,3), то тогда образование примесей будет минимальным. Если реакционная среда 36 будет высоконеаэрированной (величина удерживания газа <0,01), то тогда образование примесей также будет минимальным. Однако если реакционная среда будет частично аэрирована (величина удерживания газа 0,01-0,3), то тогда будет стимулироваться прохождение нежелательных побочных реакций и будет образовываться повышенное количество примесей. Деаэрационная емкость 300 имеет целью устранение данной и других проблем в результате сведения к минимуму объема реакционной среды 36 в частично аэрированном состоянии и в результате сведения к минимуму времени, которое потребуется для деаэрации реакционной среды 36. По существу деаэрированную суспензию получают из низа деаэрационной емкости 300, и она выходит из реактора 20 через выпускное отверстие для суспензии 38. По существу деаэрированная суспензия предпочтительно содержит менее чем приблизительно 5 объемных процентов газовой фазы, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 объемных процента газовой фазы, а наиболее предпочтительно менее чем 1 объемный процент газовой фазы.If we turn now to figures 16-18, we can say that they illustrate a
На фигуре 16 барботажная реакторная колонна 20 проиллюстрирована как включающая регулятор уровня 302 и клапан регулирования расхода 304. Регулятор уровня 302 и клапан регулирования расхода 304 взаимодействуют, обеспечивая выдерживание реакционной среды 36 в зоне реакции 28 по существу на постоянном уровне по высоте. Регулятор уровня 302 может функционировать в качестве средства восприятия уровня по высоте (например, при использовании восприятия уровня по разности давлений или восприятия уровня при помощи радиоактивного датчика) для верхней поверхности 44 реакционной среды 36 и генерации управляющего сигнала 306, образующего отклик на уровень по высоте для реакционной среды 36. Клапан регулирования расхода 304 воспринимает управляющий сигнал 306 и регулирует расход суспензии через канал выпускного отверстия для суспензии 308. Таким образом, расход суспензии из выпускного отверстия для суспензии 38 может варьироваться в диапазоне от максимального объемного расхода суспензии (Fмакс) тогда, когда уровень по высоте для реакционной среды 36 будет чрезмерно высоким, до минимального объемного расхода суспензии (Fмин) тогда, когда уровень по высоте для реакционной среды 36 будет чрезмерно низким.In Figure 16, a
Для того чтобы удалить твердофазный продукт окисления из зоны реакции 28, часть сначала необходимо перепустить через деаэрационную емкость 300. Деаэрационная емкость 300 обеспечивает наличие низкотурбулентного внутреннего объема, который позволяет газовой фазе реакционной среды 36 естественным образом, поднимаясь, выходить из жидкой и твердой фаз реакционной среды 36, по мере того как жидкая и твердая фазы будут перетекать сверху вниз в направлении к выпускному отверстию для суспензии 38. Подъем газовой фазы из жидкой и твердой фаз вызывается естественной направленной вверх подъемной силой, действующей на газовую фазу в жидкой и твердой фазах. В случае использования деаэрационной емкости 300 переход реакционной среды 36 из состояния полностью аэрированной трехфазной среды в состояние полностью деаэрированной двухфазной суспензии происходит быстро и эффективно.In order to remove the solid-state oxidation product from the
Если обратиться теперь к фигурам 17 и 18, то можно сказать, что деаэрационная емкость 300 включает в общем случае прямостоячую боковую стенку 308, определяющую зону деаэрации 312, ограничиваемую ею. Предпочтительно боковая стенка 308 проходит снизу вверх в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали, более предпочтительно в пределах приблизительно 10 градусов от вертикали. Наиболее предпочтительно боковая стенка 308 является по существу вертикальной. Зона деаэрации 312 отделена от зоны реакции 28 и имеет высоту «h» и диаметр «d». Верхний край 310 боковой стенки 308 является незамкнутым для того, чтобы принимать реакционную среду из зоны реакции 28 во внутренний объем 312. Нижний край боковой стенки 308 через текучую среду соединяется с выпускным отверстием для суспензии 38 через переходную секцию 314. В определенных случаях, таких как, когда устье выпускного отверстия для суспензии 38 будет большим, или когда диаметр «d» боковой стенки 308 будет маленьким, переходную секцию 314 можно исключить. Как может быть лучше всего проиллюстрировано на фигуре 18, деаэрационная емкость 300 также может включать стабилизатор потока 316, расположенный в зоне деаэрации 312. Стабилизатор потока 316 может представлять собой любую конструкцию, функционирующую в целях подавления образования вихрей по мере того, как твердая и жидкая фазы будут перетекать сверху вниз в направлении выпускного отверстия для суспензии 38.Turning now to Figures 17 and 18, it can be said that the
Для того чтобы добиться надлежащего отделения газовой фазы от твердой и жидкой фаз в деаэрационной емкости 300, производят тщательный отбор высоты «h» и площади горизонтального поперечного сечения внутренней зоны деаэрации 312. Высота «h» и площадь горизонтального поперечного сечения внутренней зоны деаэрации 312 должны обеспечивать достижение достаточных расстояния и времени таким образом, чтобы при отборе максимального количества суспензии (то есть при отборе суспензии на уровне Fмакс) по существу весь объем пузырьков газа мог бы, поднимаясь, выйти из твердой и жидкой фаз до того, как пузырьки газа достигнут нижнего выпускного отверстия в деаэрационной емкости 300. Таким образом, предпочитается, чтобы площадь поперечного сечения зоны деаэрации 312 была бы такой, чтобы максимальная скорость в направлении сверху вниз (Vdмакс) для жидкой и твердой фаз при прохождении зоны деаэрации 312 была бы существенно меньшей, чем скорость естественного подъема (Vu) для пузырьков газовой фазы при прохождении жидкой и твердой фаз. Максимальная скорость в направлении сверху вниз (Vdмакс) для жидкой и твердой фаз при прохождении зоны деаэрации 312 имеет место при максимальном объемном расходе суспензии (Fмакс), обсуждавшемся выше. Скорость естественного подъема (Vu) для пузырьков газа при прохождении жидкой и твердой фаз варьируется в зависимости от размера пузырьков; однако, скорость естественного подъема (Vu0,5) для пузырьков газа с диаметром 0,5 сантиметра при прохождении жидкой и твердой фаз может быть использована в качестве значения отсечки, поскольку по существу весь объем пузырька, первоначально присутствующий в реакционной среде 36, будет соответствовать величине, превышающей 0,5 сантиметра. Предпочтительно площадь поперечного сечения зоны деаэрации 312 такова, что Vdмакс составляет величину, меньшую, чем приблизительно 75 процентов от Vu0,5, более предпочтительно Vdмакс составляет величину, меньшую, чем приблизительно 40 процентов от Vu0,5, наиболее предпочтительно Vdмакс составляет величину, меньшую, чем 20 процентов от Vu0,5.In order to achieve proper separation of the gas phase from the solid and liquid phases in the
Скорость при движении сверху вниз для жидкой и твердой фаз в зоне деаэрации 312 деаэрационной емкости 300 рассчитывают в виде объемного расхода деаэрированной суспензии через выпускное отверстие для суспензии 38, поделенного на минимальную площадь поперечного сечения зоны деаэрации 312. Скорость при движении сверху вниз для жидкой и твердой фаз в зоне деаэрации 312 деаэрационной емкости 300 предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 50 сантиметров в секунду, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 30 сантиметров в секунду, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 10 сантиметров в секунду.The top-down velocity for liquid and solid phases in the
В данный момент следует отметить, что, несмотря на то, что прямостоячая боковая стенка 308 деаэрационной емкости 300 проиллюстрирована как имеющая цилиндрическую конфигурацию, боковая стенка 308 может включать множество боковых стенок, которые образуют широкий спектр конфигураций (например, треугольную, квадратную или овальную), до тех пор, пока стенки будут определять внутренний объем, характеризующийся надлежащими объемом, площадью поперечного сечения, шириной «d» и высотой «h». В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения «d» находится в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 2 метров, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,5 метров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 1,2 метра. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения «h» находится в диапазоне от приблизительно 0,3 метра до приблизительно 5 метров, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 3 метров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,75 до 2 метров.It should be noted at this point that, although the
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения боковая стенка 308 является по существу вертикальной, так что площадь горизонтального поперечного сечения зоны деаэрации 312 является по существу постоянной по всей высоте «h» зоны деаэрации 312. Предпочтительно максимальная площадь горизонтального поперечного сечения зоны деаэрации 312 составляет величину, меньшую, чем приблизительно 25 процентов от максимальной площади горизонтального поперечного сечения зоны реакции 28. Более предпочтительно максимальная площадь горизонтального поперечного сечения зоны деаэрации 312 находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 процентов от максимальной площади горизонтального поперечного сечения зоны реакции 28. Наиболее предпочтительно максимальная площадь горизонтального поперечного сечения зоны деаэрации 312 находится в диапазоне от 0,25 до 4 процентов от максимальной площади горизонтального поперечного сечения зоны реакции 28. Предпочтительно максимальная площадь горизонтального поперечного сечения зоны деаэрации 312 находится в диапазоне от приблизительно 0,02 до приблизительно 3 квадратных метров, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 2 квадратных метров, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 1,2 квадратного метра. Объем зоны деаэрации 312 предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 5 процентов от совокупного объема реакционной среды 36 или зоны реакции 28. Более предпочтительно объем зоны деаэрации 312 находится в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 2 процентов от совокупного объема реакционной среды 36 или зоны реакции 28. Наиболее предпочтительно объем зоны деаэрации 312 находится в диапазоне от 0,05 до приблизительно 1 процента от совокупного объема реакционной среды 36 или зоны реакции 28. Объем зоны деаэрации 312 предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 2 кубических метра, более предпочтительно находящуюся в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 1 кубического метра, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,5 кубического метра.In a preferred embodiment of the present invention, the
Если обратиться теперь к фигуре 19, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована барботажная реакторная колонна 20, включающая внешнюю деаэрационную емкость 400. В данной конфигурации аэрированную реакционную среду 36 отбирают из зоны реакции 28 через отверстие в боковой стороне оболочки емкости 22 повышенного уровня расположения. Отобранную аэрированную среду транспортируют до внешней деаэрационной емкости 400 через канал выпускного отверстия 402 для отделения газовой фазы от твердой и жидкой фаз. Отделенная газовая фаза покидает деаэрационную емкость 400 через канал 404, в то время как по существу деаэрированная суспензия покидает деаэрационную емкость 400 через канал 406.Turning now to FIG. 19, it can be said that it illustrates a
На фигуре 19 канал выпускного отверстия 402 продемонстрирован как являющийся приблизительно прямым, горизонтальным и ортогональным по отношению к оболочке емкости 22. Это просто одна удобная конфигурация; и канал выпускного отверстия 402 может быть другим в любом отношении при том условии, что он обеспечивает подходящее соединение барботажной реакторной колонны 20 и внешней деаэрационной емкости 400. Если обратиться к каналу 404, то можно сказать, что в подходящем случае данный канал присоединяется к верху или поблизости от верха деаэрационной емкости 400 для того, чтобы устранить вопросы по технике безопасности, связанные с карманом застаивающегося газа, содержащим окисляемое соединение и окислитель. Кроме того, каналы 402 и 404 в подходящем случае могут включать средства отсечения течения, такие как клапаны.In Figure 19, the
Если реакционную среду 36 будут отбирать из реактора 20 через выпускное отверстие повышенного уровня расположения, как это продемонстрировано на фигуре 19, то тогда предпочитается, чтобы барботажная реакторная колонна 20 была бы оборудована нижним выпускным отверстием 408 поблизости от низа 52 зоны реакции 28. Нижнее выпускное отверстие 408 и нижний канал 410, присоединенный к нему, можно использовать для уменьшения коэффициента заполнения (то есть опорожнения) реактора 20 во время остановок. Предпочтительно одно или несколько нижних выпускных отверстий 408 предусматриваются в нижней одной трети высоты реакционной среды 36, более предпочтительно в нижней одной четверти реакционной среды 36, а наиболее предпочтительно в самой нижней точке зоны реакции 28.If the
В случае отбора суспензии в позиции повышенного уровня расположения и деаэрационной системы, продемонстрированной на фигуре 19, нижний канал 410 и выпускное отверстие 408 не используются для отбора суспензии из зоны реакции 28 во время окисления. На современном уровне техники известно то, что твердая фаза имеет тенденцию к отстаиванию под действием силы тяжести в неаэрируемых и неперемешиваемых другим образом частях суспензии, в том числе в каналах с застаивающимся течением. Кроме того, отстоявшаяся твердая фаза (например, терефталевая кислота) может иметь тенденцию к затвердеванию в виде больших агломератов вследствие продолжения осаждения и/или перестройки кристаллов. Таким образом, для того чтобы предотвратить закупоривание нижнего канала для течения 410, часть деаэрированной суспензии из низа деаэрационной емкости 400 можно использовать для непрерывного или периодического промывания нижнего канала 410 во время нормального функционирования реактора 20. Предпочтительный способ, обеспечивающий такое промывание канала 410 суспензией, заключается в периодическом открывании клапана 412 в канале 410 и предоставлении возможности части деаэрированной суспензии перетекать через канал 410 в зону реакции 28 через нижнее отверстие 408. Даже тогда, когда клапан 412 будет полностью или частично открыт, только часть деаэрированной суспензии будет перетекать через нижний канал 410 и возвращаться обратно в зону реакции 28. Оставшуюся часть деаэрированной суспензии, не используемую для промывания нижнего каналы 410, выводят через канал 414 из реактора 20 для проведения дополнительной переработки на последующих стадиях технологической схемы (например, очистки).In the case of the selection of the suspension at the elevated position and the deaeration system shown in FIG. 19, the
Во время обычного функционирования барботажной реакторной колонны 20 в течение существенного промежутка времени (например, >100 часов) предпочитается, чтобы количество деаэрированной суспензии, используемой для промывания нижнего канала 410, составляло бы величину, меньшую, чем 50 массовых процентов от совокупной деаэрированной суспензии, полученной из низа деаэрационной емкости 400, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 20 массовых процентов, а наиболее предпочтительно меньшую, чем приблизительно 5 массовых процентов. Кроме того, предпочитается, чтобы в течение существенного промежутка времени средний массовый расход деаэрированной суспензии, используемой для промывания нижнего канала 410, составлял бы величину, меньшую, чем приблизительно 4-кратный средний массовый расход окисляемого соединения, вводимого в зону реакции 28, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 2-кратный средний массовый расход окисляемого соединения, вводимого в зону реакции 28, еще более предпочтительно меньшую, чем средний массовый расход окисляемого соединения, вводимого в зону реакции 28, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,5-кратный средний массовый расход окисляемого соединения, вводимого в зону реакции 28.During the normal operation of the
Если обратиться опять к фигуре 19, то можно сказать, что деаэрационная емкость 400 включает по существу прямостоячую предпочтительно цилиндрическую боковую стенку 416, определяющую зону деаэрации 418. Зона деаэрации 418 имеет диаметр «d» и высоту «h». Высоту «h» измеряют в виде расстояния по вертикали между позицией, в которой аэрированная реакционная среда поступает в деаэрационную емкость 400, и низом боковой стенки 416. Высота «h», диаметр «d», площадь поверхности и объем зоны деаэрации 418 предпочтительно представляют собой по существу то же самое, что и то, что описывается выше в том, что касается зоны деаэрации 312 деаэрационной емкости 300, проиллюстрированной на фигурах 16-18. В дополнение к этому, деаэрационная емкость 400 включает верхнюю секцию 420, полученную в результате продолжения боковой стенки 416 выше зоны деаэрации 418. Верхняя секция 420 деаэрационной емкости 400 может иметь любую высоту, хотя предпочтительно она проходит снизу вверх до положения уровня или положения выше уровня реакционной среды 36 в зоне реакции 28. Верхняя секция 420 обеспечивает то, чтобы газовая фаза имела бы пространство для надлежащего отделения от жидкой и твердой фаз перед тем, как покинуть деаэрационную емкость 400 через канал 404. В данный момент следует отметить, что, несмотря на то, что канал 404 проиллюстрирован как возвращающий отделенную газовую фазу в зону отделения реактора 20, в альтернативном варианте канал 404 может быть соединен с оболочкой емкости 22 на любом уровне по высоте выше канала выпускного отверстия 402. Необязательно канал 404 может быть соединен с каналом выпускного отверстия для газа 40 таким образом, чтобы отделенная газовая фаза из деаэрационной емкости 400 объединялась бы с удаленным потоком паров верха реактора в канале 40 и отправлялась бы на последующие стадии технологической схемы для дополнительной переработки.Referring again to FIG. 19, it can be said that the
Если обратиться теперь к фигуре 20, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована барботажная реакторная колонна 20 как включающая гибридную внутренне-внешнюю деаэрационную емкость 500. В данной конфигурации часть реакционной среды 36 отбирают из зоны реакции 28 через относительно большое отверстие повышенного уровня расположения 502 в боковой стенке оболочки емкости 22. После этого отобранную реакционную среду 36 транспортируют через коленный канал 504 относительно большого диаметра, и она поступает в верх деаэрационной емкости 500. На фигуре 20 коленный канал 504 продемонстрирован как ортогонально соединяющийся с боковой стенкой оболочки емкости 22 и включающий плавный поворот на угол, равный приблизительно 90 градусам. Это просто одна удобная конфигурация; и коленный канал 504 может быть другим в любом отношении при том условии, что он обеспечивает подходящее соединение барботажной реакторной колонны 20 и внешней деаэрационной емкости 500, как это описано. Кроме того, коленный канал 504 в подходящем случае может включать средства отсечения течения, такие как клапаны.Turning now to Figure 20, we can say that it illustrates a
В деаэрационной емкости 500 газовая фаза перемещается снизу вверх, в то время как твердая и жидкая фазы перемещаются сверху вниз. Перемещающаяся снизу вверх газовая фаза может повторно поступать в коленный канал 504, а после этого уходить через отверстие 502 обратно в зону реакции 28. Таким образом, в отверстии 502 может иметь место противоточное течение поступающей реакционной среды 36 и отходящего отделенного газа. Деаэрированная суспензия покидает деаэрационную емкость 500 через канал 506. Деаэрационная емкость 500 включает по существу прямостоячую, предпочтительно цилиндрическую боковую стенку 508, определяющую зону деаэрации 510. Зона деаэрации 510 имеет высоту «h» и диаметр «d». Предпочитается, чтобы отверстие повышенного уровня расположения 502 и коленный канал 504 имели бы диаметр, идентичный диаметру «d» зоны деаэрации 510 или превышающий его. Высота «h», диаметр «d», площадь поверхности и объем зоны деаэрации 510 предпочтительно представляют собой по существу то же самое, что и то, что описывалось выше в том, что касается зоны деаэрации 312 деаэрационной емкости 300, проиллюстрированной на фигурах 16-18.In the
Фигуры 19 и 20 иллюстрируют вариант реализации барботажной реакторной колонны 20, в которой твердый продукт (например, сырая неочищенная терефталевая кислота), полученный в зоне реакции 28, отбирают из зоны реакции 28 через выпускное отверстие повышенного уровня расположения. Отбор аэрированной реакционной среды 36 из позиции повышенного уровня расположения выше низа барботажной реакторной колонны 20 может способствовать предотвращению накопления и застаивания плохо аэрированной реакционной среды 36 в области низа 52 зоны реакции 28. В соответствии с другими аспектами настоящего изобретения концентрации кислорода и окисляемого соединения (например, пара-ксилола) в реакционной среде 36 поблизости от верха реакционной среды 36 предпочтительно составляют величины, меньшие, чем соответствующие концентрации поблизости от низа. Таким образом, отбор реакционной среды 36 в позиции повышенного уровня расположения может обеспечить увеличение выхода в результате уменьшения количества не вступивших в реакцию реагентов, отбираемых из реактора 20. Кроме этого, тогда, когда барботажная реакторная колонна 20 будет функционировать при высоком значении STR и наличии градиентов химического состава, описанных в настоящем документе, температура реакционной среды 36 будет значительно варьироваться в вертикальном направлении. В таких условиях температура реакционной среды 36 обычно будет иметь локальные минимумы поблизости от нижнего края и верхнего края зоны реакции 28. Поблизости от нижнего края минимум относится к испарению растворителя поблизости от того места, где производят введение всего количества или части окислителя. Поблизости от верхнего края минимум опять-таки обуславливается испарением растворителя, хотя в данном случае это объясняется уменьшением давления внутри реакционной среды. В дополнение к этому, в промежутке между верхним и нижним краями могут иметь место и другие локальные минимумы каждый раз тогда, когда в реакционную среду будут вводить дополнительные количества исходного подаваемого материала или окислителя. Таким образом, в промежутке между нижним краем и верхним краем зоны реакции 28 существуют один или несколько температурных максимумов, движущей силой возникновения которых является экзотермическая теплота реакций окисления. Отбор реакционной среды 36 в позиции повышенного уровня расположения при повышенной температуре может оказаться в особенности выгодным тогда, когда при повышенных температурах будет происходить переработка на последующих стадиях технологической схемы, поскольку уменьшаются затраты энергии, связанные с нагреванием отобранной среды, предназначенной для переработки на последующих стадиях технологической схемы.Figures 19 and 20 illustrate an embodiment of a
Таким образом, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения и в особенности тогда, когда переработку на последующих стадиях технологической схемы будут проводить при повышенных температурах, реакционную среду 36 из барботажной реакторной колонны 20 отбирают через выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения, размещенное выше позиции (позиций), в которой в зону реакции 28 поступают, по меньшей мере, 50 массовых процентов от потока жидкофазного исходного подаваемого материала и/или потока газофазного окислителя. Более предпочтительно реакционную среду 36 из барботажной реакторной колонны 20 отбирают через выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения, размещенное выше позиции (позиций), в которой в зону реакции 28 поступает по существу весь поток жидкофазного исходного подаваемого материала и/или поток газофазного окислителя. Предпочтительно через выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения отбирают, по меньшей мере, 50 массовых процентов твердофазных и жидкофазных компонентов, отбираемых из барботажной реакторной колонны 20. Более предпочтительно через выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения отбирают по существу все количество твердофазных и жидкофазных компонентов, отбираемых из барботажной реакторной колонны 20. Предпочтительно выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения размещают, по меньшей мере, приблизительно на 1D выше нижнего края 52 зоны реакции 28. Более предпочтительно выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения располагают, по меньшей мере, приблизительно на 2D выше нижнего края 52 зоны реакции 28. Наиболее предпочтительно выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения располагают, по меньшей мере, на 3D выше нижнего края 52 зоны реакции 28. При наличии высоты «Н» реакционной среды 36 предпочитается, чтобы выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения были бы размещены по вертикали в промежутке между приблизительно 0,2Н и приблизительно 0,8Н, более предпочтительно между приблизительно 0,3Н и приблизительно 0,7Н, а наиболее предпочтительно между 0,4Н и 0,6Н. Кроме того, предпочитается, чтобы температура реакционной среды 36 на выпускном отверстии повышенного уровня расположения, выходящем из зоны реакции 28, по меньшей мере, на 1°С превышала бы температуру реакционной среды 36 на нижнем краю 52 зоны реакции 28. Более предпочтительно температура реакционной среды 36 на выпускном отверстии повышенного уровня расположения, выходящем из зоны реакции 28, превышает температуру реакционной среды 36 на нижнем краю 52 зоны реакции 28 на величину в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 16°С. Наиболее предпочтительно температура реакционной среды 36 на выпускном отверстии повышенного уровня расположения, выходящем из зоны реакции 28, превышает температуру реакционной среды 36 на нижнем краю 52 зоны реакции 28 на величину в диапазоне от 2 до 12°С.Thus, in a preferred embodiment of the present invention, and especially when the processing in the subsequent stages of the technological scheme will be carried out at elevated temperatures, the
Если обратиться теперь к фигуре 21, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована барботажная реакторная колонна 20, включающая альтернативную гибридную деаэрационную емкость 600, расположенную в области низа реактора 20. В данной конфигурации аэрированную реакционную среду 36 отбирают из зоны реакции 28 через относительно большое отверстие 602 на нижнем крае 52 оболочки емкости 22. Отверстие 602 определяет незамкнутый верхний край деаэрационной емкости 600. В деаэрационной емкости 600 газовая фаза перемещается снизу вверх в то время, как твердая и жидкая фазы перемещаются сверху вниз. Перемещающаяся снизу вверх газовая фаза может повторно поступать в зону реакции 28 через отверстие 602. Таким образом, в отверстии 602 может иметь место противоточное течение поступающей реакционной среды 36 и отходящего отделенного газа. Деаэрированная суспензия покидает деаэрационную емкость 600 через канал 604. Деаэрационная емкость 600 включает по существу прямостоячую, предпочтительно цилиндрическую боковую стенку 606, определяющую зону деаэрации 608. Зона деаэрации 608 имеет высоту «h» и диаметр «d». Предпочитается, чтобы отверстие 602 имело бы диаметр, идентичный диаметру «d» зоны деаэрации 608 или превышающий его. Высота «h», диаметр «d», площадь поверхности и объем зоны деаэрации 608 предпочтительно представляют собой по существу то же самое, что и то, что описывалось выше в том, что касается зоны деаэрации 312 деаэрационной емкости 300, проиллюстрированной на фигурах 16-18.Turning now to Figure 21, it can be said that it illustrates a
Если обратиться теперь к фигуре 22, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована барботажная реакторная колонна 20 фигуры 21, включающая альтернативный барботер окислителя 620. Барботер окислителя 620 включает кольцевой элемент 622 и пару каналов впускных отверстий 624, 626. Кольцевой элемент 622 предпочтительно имеет по существу ту же самую конфигурацию, что и кольцевой элемент 202, описанный выше в том, что касается фигур 12-15. Каналы впускных отверстий 624, 626 проходят снизу вверх через отверстия в нижнем днище 48 оболочки емкости 22 и обеспечивают подачу потока окислителя в кольцевой элемент 622.Turning now to Figure 22, we can say that it illustrates a
Если обратиться теперь к фигуре 23, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована барботажная реакторная колонна 20 фигуры 21, включающая не использующее барботер средство введения потока окислителя в зону реакции 28. В конфигурации 23 подачу потока окислителя в реактор 20 обеспечивают через каналы для окислителя 630, 632. Каналы для окислителя 630, 632 соединяют с соответствующими отверстиями для окислителя 634, 636 в нижнем днище 48 оболочки емкости 22. Поток окислителя вводят непосредственно в зону реакции 28 через отверстия для окислителя 634, 636. Для отклонения течения потока окислителя сразу после его первоначального введения в зону реакции 28 можно предусмотреть наличие необязательных отбойников 638, 640.If we turn now to figure 23, we can say that it illustrates the
Как упоминалось выше, предпочитается, чтобы реактор окисления имел бы конфигурацию и функционировал бы в соответствии со способом, который позволяет избегать возникновения зон высокой концентрации окисляемого соединения в реакционной среде, поскольку такие зоны могут привести к образованию примесей. Один способ улучшения первоначального диспергирования окисляемого соединения (например, пара-ксилола) в реакционной среде заключается в разбавлении окисляемого соединения жидкостью. Жидкость, используемая для разбавления окисляемого соединения, своим источником может иметь часть реакционной среды, расположенную на существенном расстоянии от позиции (позиций), в которой в зону реакции подают окисляемое соединение. Для данной жидкости из удаленной части реакционной среды в результате циркуляции можно обеспечить подачу к позиции, расположенной поблизости от позиции введения окисляемого соединения через канал для течения, который располагается внутри и/или вне основной реакционной емкости.As mentioned above, it is preferable that the oxidation reactor be configured and function in accordance with a method that avoids the formation of zones of high concentration of oxidizable compounds in the reaction medium, since such zones can lead to the formation of impurities. One way to improve the initial dispersion of an oxidizable compound (e.g., para-xylene) in a reaction medium is to dilute the oxidizable compound with a liquid. The liquid used to dilute the oxidizable compound may have as its source a portion of the reaction medium located at a considerable distance from the position (s) at which the oxidizable compound is fed into the reaction zone. For a given liquid from a remote part of the reaction medium as a result of circulation, it is possible to supply to a position located near the position of introduction of the oxidizable compound through the flow channel, which is located inside and / or outside the main reaction vessel.
Фигуры 24 и 25 иллюстрируют два предпочтительных способа организации циркуляции жидкости из удаленной части реакционной среды с подачей в позицию, расположенную поблизости от впускного отверстия для окисляемого соединения, при использовании внутреннего (фигура 24) или внешнего (фигура 25) канала. Предпочтительно длина канала для течения от его впускного отверстия (то есть отверстия (отверстий), где жидкость поступает в канал) до его выпускного отверстия (то есть отверстия (отверстий), где жидкость выпускают из канала) превышает приблизительно 1 метр, более предпочтительно превышает приблизительно 3 метра, еще более предпочтительно превышает приблизительно 6 метров, а наиболее предпочтительно превышает 9 метров. Однако фактическая длина канала становится менее существенным параметром, если жидкость получают из отдельной емкости, может быть расположенной непосредственно над или рядом с емкостью, в которую первоначально выпускают исходный подаваемый материал, образуемый окисляемый соединением. Жидкость из любой отдельной емкости, содержащей, по меньшей мере, некоторое количество реакционной среды, представляет собой предпочтительный источник для первоначального разбавления окисляемого соединения.Figures 24 and 25 illustrate two preferred methods for circulating fluid from a remote portion of the reaction medium to a position located near the inlet for the oxidizable compound using an internal (Figure 24) or external (Figure 25) channel. Preferably, the length of the flow channel from its inlet (i.e., the hole (s) where liquid enters the channel) to its outlet (i.e. the hole (s) where the liquid is discharged from the channel) exceeds about 1 meter, more preferably more than about 3 meters, more preferably more than about 6 meters, and most preferably more than 9 meters. However, the actual channel length becomes a less significant parameter if the liquid is obtained from a separate container, can be located directly above or next to the container into which the initial feed material formed by the oxidizable compound is initially released. Liquid from any single container containing at least some amount of reaction medium is the preferred source for the initial dilution of the oxidizable compound.
Предпочитается, чтобы жидкость, перепускаемая через канал, вне зависимости от источника имела бы пониженную стационарную концентрацию окисляемого соединения в сопоставлении с реакционной средой, непосредственно примыкающей, по меньшей мере, к одному выпускному отверстию канала. Кроме того, предпочитается, чтобы жидкость, перепускаемая через канал, имела бы концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, меньшую приблизительно 100000 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 10000 ч./млн (мас.), еще более предпочтительно меньшую приблизительно 1000 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно меньшую 100 ч./млн (мас.), где концентрации измеряют перед добавлением в канал порции образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала и любого необязательного отдельного исходного подаваемого материала, образуемого растворителем. При проведении измерения после добавления порции образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала и необязательного исходного подаваемого материала, образуемого растворителем, предпочитается, чтобы объединенный поток жидкости, поступающий в реакционную среду, имел бы концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, меньшую приблизительно 300000 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 50000 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно меньшую 10000 ч./млн (мас.).It is preferable that the liquid passed through the channel, regardless of the source, has a reduced stationary concentration of the oxidizable compound in comparison with the reaction medium directly adjacent to at least one channel outlet. In addition, it is preferred that the fluid passed through the channel has a concentration of oxidizable compound in the liquid phase of less than about 100,000 ppm (wt.), More preferably less than about 10,000 ppm (wt.), Even more preferably less than about 1000 ppm (wt.), and most preferably less than 100 ppm (wt.), where the concentrations are measured before adding to the portion of the feed formed by the oxidizable compound the feed material and any optional separate feed source ala formed by the solvent. When measuring after adding a portion of the feed material formed by the oxidizable compound and the optional solvent feed, the combined fluid stream entering the reaction medium has a concentration of the oxidizable compound in the liquid phase of less than about 300,000 ppm ( wt.), more preferably less than approximately 50,000 ppm (wt.), and most preferably less than 10,000 ppm (wt.).
Желательно выдерживать течение через канал на уровне достаточно низкого расхода таким образом, чтобы циркулирующая жидкость действительно подавляла бы желательный совокупный градиент окисляемого соединения в пределах реакционной среды. В данном отношении предпочитается, чтобы соотношение между массой жидкой фазы в зоне реакции, в которую первоначально выпускают порцию окисляемого соединения, и массовым расходом жидкости, перепускаемой через канал, превышало бы приблизительно 0,3 минуты, более предпочтительно превышало бы приблизительно 1 минуту, еще более предпочтительно находилось бы в диапазоне от приблизительно 2 минут до приблизительно 120 минут, а наиболее предпочтительно от 3 минут до 60 минут.It is desirable to maintain the flow through the channel at a sufficiently low flow rate so that the circulating liquid does indeed suppress the desired cumulative gradient of the oxidizable compound within the reaction medium. In this regard, it is preferable that the ratio between the mass of the liquid phase in the reaction zone into which the portion of the oxidizable compound is initially released and the mass flow rate of the liquid passed through the channel exceed about 0.3 minutes, more preferably exceed about 1 minute, even more preferably would be in the range from about 2 minutes to about 120 minutes, and most preferably from 3 minutes to 60 minutes.
Существует множество способов, стимулирующих течение жидкости через канал. Предпочтительные способы включают применение силы тяжести, эдукторов всех типов, использующих либо газ, либо жидкость, либо и газ, и жидкость в качестве движущей текучей среды, и механических насосов всех типов. В случае применения эдуктора в одном варианте реализации изобретения в качестве движущей текучей среды используют, по меньшей мере, одну текучую среду, выбираемую из группы, состоящей из: исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, (жидкости или газа), исходного подаваемого материала, образуемого окислителем, (газа), исходного подаваемого материала, образуемого растворителем, (жидкости) и снабженного насосом источника реакционной среды (суспензии). В еще одном варианте реализации в качестве движущей текучей среды используют, по меньшей мере, две текучие среды, выбираемые из группы, состоящей из: исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, исходного подаваемого материала, образуемого окислителем, и исходного подаваемого материала, образуемого растворителем. В еще одном варианте реализации в качестве движущей текучей среды используют комбинацию исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, исходного подаваемого материала, образуемого окислителем, и исходного подаваемого материала, образуемого растворителем.There are many ways to stimulate the flow of fluid through the channel. Preferred methods include the use of gravity, eductors of all types, using either gas or liquid, or both gas and liquid as a driving fluid, and mechanical pumps of all types. In the case of the use of an eductor in one embodiment of the invention, at least one fluid selected from the group consisting of: a feed source formed by an oxidizable compound (liquid or gas), a feed source formed, is used as a driving fluid an oxidizing agent, (gas), an initial feed material formed by a solvent (liquid) and a pump source of a reaction medium (suspension). In yet another embodiment, at least two fluids selected from the group consisting of: a feed feed material formed by an oxidizable compound, a feed feed material formed by an oxidizing agent, and a feed feed material formed by a solvent are used as a driving fluid. In yet another embodiment, a combination of a feed feed formed by an oxidizable compound, a feed feed formed by an oxidizing agent, and a feed feed formed by a solvent is used as the driving fluid.
Подходящие диаметр или диаметры канала циркуляции могут варьироваться в соответствии с количеством и свойствами транспортируемого материала, энергией, доступной для стимулирования движения потока, и соображениями, касающимися капитальных затрат. Предпочитается, чтобы минимальный диаметр такого канала превышал бы приблизительно 0,02 метра, более предпочтительно находился бы в диапазоне от приблизительно 0,06 метра до приблизительно 2 метров, а наиболее предпочтительно от 0,12 до 0,8 метра.Suitable circulation channel diameters or diameters may vary according to the amount and properties of the material being transported, the energy available to stimulate flow, and considerations regarding capital costs. It is preferred that the minimum diameter of such a channel be greater than about 0.02 meters, more preferably between about 0.06 meters and about 2 meters, and most preferably between 0.12 and 0.8 meters.
Как отмечалось выше, течение через канал желательно регулировать, выдерживая в определенных предпочтительных диапазонах. Существует множество известных на современном уровне способов оказания воздействия на данное управление в результате задания подходящей фиксированной геометрии во время изготовления канала для течения. Еще один предпочтительный вариант реализации заключается в использовании геометрий, которые могут меняться во время функционирования, а именно включающих клапаны всех сортов и описаний, в том числе с ручным управлением и механическим управлением при использовании любых средств, включающих контуры управления с обратной связью от воспринимающего элемента или без этого. Еще один предпочтительный способ управления течением разбавленной жидкости заключается в варьировании подвода энергии в промежутке между впускным отверстием и выпускным отверстием канала. Предпочтительные способы включают изменение расхода для одной или нескольких движущих текучих сред, подаваемых в эдуктор, изменение подвода энергии к приводу насоса и изменение разницы плотностей или разницы уровней по высоте при использовании силы тяжести. Данные предпочтительные способы также можно использовать и во всех комбинациях.As noted above, it is desirable to control the flow through the channel while maintaining it in certain preferred ranges. There are many modern methods known to influence this control as a result of setting a suitable fixed geometry during the manufacture of the channel for the flow. Another preferred implementation option is to use geometries that can change during operation, namely including valves of all kinds and descriptions, including those with manual control and mechanical control using any means including control loops with feedback from the sensing element or without it. Another preferred method for controlling the flow of dilute liquid is to vary the energy supply between the inlet and the outlet of the channel. Preferred methods include changing the flow rate for one or more motive fluids supplied to the eductor, changing the energy supply to the pump drive, and changing the density difference or level difference in height using gravity. These preferred methods can also be used in all combinations.
Канал, используемый для циркуляции жидкости из реакционной среды, может относиться к любому типу, известному на современном уровне техники. В одном варианте реализации используют канал, сконструированный полностью или частично при использовании обычных материалов для изготовления трубопровода. В еще одном варианте реализации используют канал, сконструированный полностью или частично при использовании стенки реакционной емкости в качестве одной части канала. Канал можно сконструировать полностью включенным в границы реакционной емкости (фигура 24), или его можно сконструировать расположенным полностью вне реакционной емкости (фигура 25), или он может включать секции, располагаемые как внутри, так и вне реакционной емкости.The channel used to circulate liquid from the reaction medium may be of any type known in the art. In one embodiment, a channel is used that is designed in whole or in part using conventional materials for the manufacture of the pipeline. In yet another embodiment, a channel is used that is constructed in whole or in part by using the wall of the reaction vessel as one part of the channel. The channel can be designed to be completely included within the boundaries of the reaction vessel (Figure 24), or it can be designed to be located completely outside the reaction vessel (Figure 25), or it may include sections located both inside and outside the reaction vessel.
Изобретатели предусматривают то, что, в особенности в более крупных реакторах, может оказаться желательным наличие множества каналов и различных вариантов перемещения жидкости через канал. Кроме того, может оказаться желательным наличие множества выпускных отверстий во множестве позиций на одном из каналов или на всех каналах. Детали конструкции будут обеспечивать наличие баланса между желательным совокупным градиентом стационарных концентраций окисляемого соединения и желательным первоначальным разбавлением образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала в соответствии с другими аспектами настоящего изобретения.The inventors provide that, especially in larger reactors, it may be desirable to have multiple channels and various options for moving fluid through the channel. In addition, it may be desirable to have multiple outlets in multiple positions on one of the channels or on all channels. The structural details will provide a balance between the desired cumulative gradient of stationary concentrations of the oxidizable compound and the desired initial dilution of the feed material formed by the oxidizable compound in accordance with other aspects of the present invention.
Фигуры как 24, так и 25 иллюстрируют конструкции, которые используют деаэрационную емкость, соединенную с каналом. Данная деаэрационная емкость обеспечивает то, что часть реакционной среды, используемой для разбавления поступающего окисляемого соединения, представляет собой по существу деаэрированную суспензию. Однако в данный момент следует отметить то, что жидкость или суспензия, используемые для разбавления поступающего окисляемого соединения, могут находиться в аэрированной форме, а также в деаэрированной форме.Figures 24 and 25 illustrate structures that use a deaeration vessel connected to the channel. This deaeration vessel ensures that part of the reaction medium used to dilute the incoming oxidizable compound is a substantially deaerated suspension. However, it should be noted at this point that the liquid or suspension used to dilute the incoming oxidizable compound may be in aerated form as well as in deaerated form.
Использование жидкости, перетекающей через канал, для обеспечения разбавления образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала является в особенности подходящим для использования в барботажных реакторных колоннах. Кроме того, в барботажных реакторных колоннах получения больших преимуществ от первоначального разбавления образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала можно добиться даже без добавления образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала непосредственно в канал при том условии, что выпускное отверстие канала будет располагаться достаточно близко к позиции добавления окисляемого соединения. В таком варианте реализации предпочитается, чтобы выпускное отверстие канала располагалось бы в пределах приблизительно 27 диаметров выпускного отверстия канала от наиболее близкой позиции добавления окисляемого соединения, более предпочтительно в пределах приблизительно 9 диаметров выпускного отверстия канала, еще более предпочтительно в пределах приблизительно 3 диаметров выпускного отверстия канала, а наиболее предпочтительно в пределах 1 диаметра выпускного отверстия канала.The use of liquid flowing through the channel to provide dilution of the feed material formed by the oxidizable compound is particularly suitable for use in bubble column reactors. In addition, in bubbler reactor columns, great benefits from the initial dilution of the feed feed formed by the oxidizable compound can be achieved even without the feed feed formed by the oxidizable compound directly into the channel, provided that the outlet of the channel is close enough to the position of addition of the oxidizable compound . In such an embodiment, it is preferable that the outlet of the channel be located within about 27 diameters of the outlet of the channel from the closest position to add oxidizable compounds, more preferably within about 9 diameters of the outlet of the channel, even more preferably within about 3 diameters of the outlet of the channel and most preferably within 1 diameter of the outlet of the channel.
Также было обнаружено то, что даже без применения каналов для получения жидкости разбавления из удаленной части реакционной среды подходящими для использования при первоначальном разбавлении образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала в барботажных колоннах окисления, соответствующих одному варианту реализации настоящего изобретения, могут оказаться эдукторы потока. В таких случаях эдуктор располагают внутри реакционной среды и он имеет свободный проход от реакционной среды до горловины эдуктора, где низкое давление будет затягивать примыкающую реакционную среду. Примеры двух возможных конфигураций эдукторов проиллюстрированы на фигурах 26 и 27. В предпочтительном варианте реализации данных эдукторов самая близкая позиция подачи окисляемого соединения располагается в пределах приблизительно 4 метров, более предпочтительно в пределах приблизительно 1 метра, а наиболее предпочтительно 0,3 метра от горловины эдуктора. В другом варианте реализации в качестве движущей текучей среды под давлением подают окисляемое соединение. В еще одном варианте реализации в качестве дополнительной движущей текучей среды совместно с окисляемым соединением под давлением подают либо растворитель, либо окислитель. А в еще одном варианте реализации в качестве дополнительной движущей текучей среды совместно с окисляемым соединением под давлением подают как растворитель, так и окислитель.It has also been found that even without the use of channels for producing dilution liquid from a remote part of the reaction medium, flow eductors may be suitable for initial dilution of the feed material formed by the oxidizable compound in the oxidation bubble columns of one embodiment of the present invention. In such cases, the eductor is located inside the reaction medium and it has a free passage from the reaction medium to the neck of the eductor, where low pressure will drag the adjacent reaction medium. Examples of two possible eductor configurations are illustrated in Figures 26 and 27. In a preferred embodiment of these eductors, the closest feed position of the oxidizable compound is within about 4 meters, more preferably within about 1 meter, and most preferably 0.3 meters from the mouth of the eductor. In another embodiment, an oxidizable compound is supplied as a motive fluid under pressure. In yet another embodiment, either a solvent or an oxidizing agent is supplied under pressure as an additional driving fluid along with the oxidizable compound. In yet another embodiment, both a solvent and an oxidizing agent are supplied under pressure as an additional driving fluid along with the oxidizable compound.
Изобретатели предусматривают то, что, в особенности в более крупных реакторах, может оказаться желательным наличие множества эдукторов различных конструкций, расположенных в различных позициях в пределах реакционной среды. Детали конструкции будут обеспечивать наличие баланса между желательным совокупным градиентом стационарных концентраций окисляемого соединения и желательным первоначальным разбавлением образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала в соответствии с другими аспектами настоящего изобретения. В дополнение к этому, изобретатели предусматривают то, что струи истечения из выпускного отверстия эдуктора могут быть ориентированы в любом направлении. В случае использования множества эдукторов каждый эдуктор может быть ориентирован индивидуально, опять-таки в любом направлении.The inventors contemplate that, especially in larger reactors, it may be desirable to have multiple eductors of various designs located at different positions within the reaction medium. The structural details will provide a balance between the desired cumulative gradient of stationary concentrations of the oxidizable compound and the desired initial dilution of the feed material formed by the oxidizable compound in accordance with other aspects of the present invention. In addition to this, the inventors provide that the jets of flow from the outlet of the eductor can be oriented in any direction. In the case of using multiple eductors, each eductor can be individually oriented, again in any direction.
Как упоминалось выше, определенные физические и эксплуатационные признаки барботажной реакторной колонны 20, описанные выше в том, что касается фигур 1-27, обеспечивают наличие вертикальных градиентов давления, температуры и концентраций реагента (то есть кислорода и окисляемого соединения) в реакционной среде 36. Как обсуждалось выше, данные вертикальные градиенты могут обеспечивать более эффективную и экономичную реализацию способа окисления в сопоставлении с обычно используемыми способами окисления, которые благоприятствуют получению хорошо перемешанной реакционной среды, характеризующейся относительно однородными давлением, температурой и концентрацией реагента во всех ее частях. Далее более подробно будут обсуждаться вертикальные градиенты для кислорода, окисляемого соединения (например, пара-ксилола) и температуры, которые делают возможными использование системы окисления в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.As mentioned above, certain physical and operational features of the
Если обратиться теперь к фигуре 28, то можно сказать, что для того чтобы получить количественные характеристики градиентов концентраций реагентов, существующих в реакционной среде 36 во время окисления в барботажной реакторной колонне 20, совокупный объем реакционной среды 36 можно теоретически разделить на 30 дискретных горизонтальных долей с равным объемом. Фигура 28 иллюстрирует концепцию разделения реакционной среды 36 на 30 дискретных горизонтальных долей с равным объемом. За исключением самой верхней и самой нижней горизонтальных долей каждая горизонтальная доля имеет дискретный объем, ограниченный по его верхней и нижней сторонам воображаемыми горизонтальными плоскостями и ограниченный по его боковым сторонам стенкой реактора 20. Самая верхняя горизонтальная доля ограничена по ее нижней стороне воображаемой горизонтальной плоскостью, а по ее верхней стороне - верхней поверхностью реакционной среды 36. Самая нижняя горизонтальная доля ограничена по ее верхней стороне воображаемой горизонтальной плоскостью, а по ее нижней стороне - низом оболочки емкости. Как только реакционная среда 36 будет теоретически разделена на 30 дискретных горизонтальных долей с равным объемом, то после этого можно будет определить средневременную и среднеобъемную концентрацию для каждой горизонтальной доли. Индивидуальную горизонтальную долю, имеющую максимальную концентрацию в числе всех 30 горизонтальных долей, можно идентифицировать как «горизонтальную долю С-макс». Индивидуальную горизонтальную долю, расположенную выше горизонтальной доли С-макс и имеющую минимальную концентрацию в числе всех горизонтальных долей, расположенных выше горизонтальной доли С-макс, можно идентифицировать как «горизонтальную долю С-мин». После этого вертикальный градиент концентраций можно рассчитать в виде соотношения между концентрацией в горизонтальной доле С-макс и концентрацией в горизонтальной доле С-мин.Turning now to Figure 28, it can be said that in order to obtain quantitative characteristics of the concentration gradients of the reactants existing in the
Что касается получения количественных характеристик градиента концентрации кислорода, то тогда, когда реакционная среда 36 будет теоретически разделена на 30 дискретных горизонтальных долей с равным объемом, горизонтальную долю О2-макс идентифицируют как имеющую максимальную концентрацию кислорода в числе всех 30 горизонтальных долей, а горизонтальную долю О2-мин идентифицируют как имеющую минимальную концентрацию кислорода в числе горизонтальных долей, расположенных выше горизонтальной доли О2-макс. Концентрации кислорода в горизонтальных долях измеряют в газовой фазе реакционной среды 36 в виде средневременных и среднеобъемных молярных величин при расчете для влажного состояния. Предпочитается, чтобы соотношение между концентрацией кислорода в горизонтальной доле О2-макс и концентрацией кислорода в горизонтальной доле О2-мин находилось бы в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 25:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 3:1 до приблизительно 15:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 4:1 до 10:1.As for obtaining quantitative characteristics of the oxygen concentration gradient, then, when the
Обычно горизонтальная доля О2-макс будет располагаться поблизости от низа реакционной среды 36, в то время как горизонтальная доля О2-мин будет располагаться поблизости от верха реакционной среды 36. Предпочтительно горизонтальная доля О2-мин будет представлять собой одну из 5 самых верхних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Наиболее предпочтительно горизонтальная доля О2-мин представляет собой самую верхнюю долю в числе 30 дискретных горизонтальных долей, как это проиллюстрировано на фигуре 28. Предпочтительно горизонтальная доля О2-макс представляет собой одну из 10 самых нижних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Наиболее предпочтительно горизонтальная доля О2-макс представляет собой одну из 5 самых нижних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Например, фигура 28 иллюстрирует горизонтальную долю О2-макс как третью горизонтальную долю от низа реактора 20. Предпочитается, чтобы разнесение по вертикали между горизонтальными долями О2-мин и О2-макс составляло бы, по меньшей мере, приблизительно 2W, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4W, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 6W. Предпочитается, чтобы разнесение по вертикали между горизонтальными долями О2-мин и О2-макс составляло бы, по меньшей мере, приблизительно 0,2Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,4Н, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,6Н.Typically, the horizontal O 2 max fraction will be located near the bottom of the
Средневременная и среднеобъемная концентрация кислорода в горизонтальной доле О2-мин при расчете для влажного состояния предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 мольных процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,3 до приблизительно 2 мольных процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 1,5 мольных процентов. Средневременная и среднеобъемная концентрация кислорода в горизонтальной доле О2-макс предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 20 мольных процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 15 мольных процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 6 до 12 мольных процентов. Средневременная концентрация кислорода в газообразном отходящем потоке, выпускаемом из реактора 20 через выпускное отверстие для газа 40, при расчете для сухого состояния предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 9 мольных процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 7 мольных процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 1,5 до 5 мольных процентов.The average temporal and volumetric oxygen concentration in the horizontal O 2 -min fraction, when calculated for the wet state, is preferably in the range of about 0.1 to about 3 mole percent, more preferably in the range of about 0.3 to about 2 mole percent, and most preferably in the range from 0.5 to 1.5 molar percent. The temporal and mid-volume oxygen concentration in the horizontal O 2 -max fraction is preferably in the range of about 4 to about 20 mole percent, more preferably in the range of about 5 to about 15 mole percent, and most preferably in the range of 6 to 12 mole percent. The average time concentration of oxygen in the gaseous effluent discharged from the
Поскольку концентрация кислорода очень заметно уменьшается по направлению к верху реакционной среды 36, желательно, чтобы потребность в кислороде в области верха реакционной среды 36 была бы пониженной. Получения данной пониженной потребности в кислороде поблизости от верха реакционной среды 36 можно добиться в результате создания вертикального градиента концентрации окисляемого соединения (например, пара-ксилола), когда минимальная концентрация окисляемого соединения будет находиться поблизости от верха реакционной среды 36.Since the oxygen concentration is very noticeably reduced towards the top of the
Что касается получения количественных характеристик градиента концентраций окисляемого соединения (например, пара-ксилола), то тогда, когда реакционная среда 36 будет теоретически разделена на 30 дискретных горизонтальных долей с равным объемом, горизонтальную долю ОС-макс будут идентифицировать как имеющую максимальную концентрацию окисляемого соединения в числе всех 30 горизонтальных долей, а горизонтальную долю ОС-мин будут идентифицировать как имеющую минимальную концентрацию окисляемого соединения в числе горизонтальных долей, расположенных выше горизонтальной доли ОС-макс. Концентрации окисляемого соединения в горизонтальных долях измеряют в жидкой фазе при расчете на величины средневременной и среднеобъемной массовой доли. Предпочитается, чтобы соотношение между концентрацией окисляемого соединения в горизонтальной доле ОС-макс и концентрацией окисляемого соединения в горизонтальной доле ОС-мин превышало бы приблизительно 5:1, более предпочтительно превышало бы приблизительно 10:1, еще более предпочтительно превышало бы приблизительно 20:1, а наиболее предпочтительно находилось бы в диапазоне от 40:1 до 1000:1.With regard to obtaining quantitative characteristics of the concentration gradient of an oxidizable compound (for example, para-xylene), then when the
Обычно горизонтальная доля ОС-макс будет располагаться поблизости от низа реакционной среды 36, в то время как горизонтальная доля ОС-мин будет располагаться поблизости от верха реакционной среды 36. Предпочтительно горизонтальная доля ОС-мин представляет собой одну из 5 самых верхних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Наиболее предпочтительно горизонтальная доля ОС-мин представляет собой самую верхнюю долю в числе 30 дискретных горизонтальных долей, как это проиллюстрировано на фигуре 28. Предпочтительно горизонтальная доля ОС-макс представляет собой одну из 10 самых нижних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Наиболее предпочтительно горизонтальная доля ОС-макс представляет собой одну из 5 самых нижних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Например, фигура 28 иллюстрирует горизонтальную долю ОС-макс как пятую горизонтальную долю от низа реактора 20. Предпочитается, чтобы разнесение по вертикали между горизонтальными долями ОС-мин и ОС-макс составляло бы, по меньшей мере, приблизительно 2W, где «W» представляет собой максимальную ширину реакционной среды 36. Более предпочтительно разнесение по вертикали между горизонтальными долями ОС-мин и ОС-макс составляет, по меньшей мере, приблизительно 4W, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 6W. При наличии у реакционной среды 36 высоты «Н» предпочитается, чтобы разнесение по вертикали между горизонтальными долями ОС-мин и ОС-макс составляло бы, по меньшей мере, приблизительно 0,2Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,4Н, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,6Н.Typically, the horizontal fraction of OS-max will be located near the bottom of the
Средневременная и среднеобъемная концентрация окисляемого соединения (например, пара-ксилола) в жидкой фазе в горизонтальной доле ОС-мин предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 5000 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 2000 ч./млн (мас.), еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 400 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 1 ч./млн (мас.) до 100 ч./млн (мас.). Средневременная и среднеобъемная концентрация окисляемого соединения в жидкой фазе в горизонтальной доле ОС-макс предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 100 ч./млн (мас.) до приблизительно 10000 ч./млн (мас.), более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 200 ч./млн (мас.) до приблизительно 5000 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно в диапазоне от 500 ч./млн (мас.) до 3000 ч./млн (мас.).The temporal and intermediate volume concentration of the oxidizable compound (e.g., para-xylene) in the liquid phase in the horizontal fraction of OS-min is preferably less than about 5000 ppm (wt.), More preferably less than about 2000 ppm. ppm (wt.), even more preferably less than about 400 ppm (wt.), and most preferably in the range of 1 ppm (wt.) to 100 ppm (wt.). The mid-to-mid-volume concentration of the oxidizable compound in the liquid phase in the horizontal fraction of OS-max is preferably in the range of from about 100 ppm (wt.) To about 10,000 ppm (wt.), More preferably in the range of about 200 hours ./mln (wt.) to about 5000 ppm (wt.), and most preferably in the range from 500 ppm (wt.) to 3000 ppm (wt.).
Несмотря на то, что предпочитается, чтобы барботажная реакторная колонна 20 обеспечивала бы наличие для концентрации окисляемого соединения градиентов по вертикали, предпочитается также и то, чтобы объемный процент реакционной среды 36, имеющей концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, превышающую 1000 ч./млн (мас.), был бы сведен к минимуму. Предпочтительно средневременной объемный процент реакционной среды 36, имеющей концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, превышающую 1000 ч./млн (мас.), составляет величину, меньшую, чем приблизительно 9 процентов, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 6 процентов, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 3 процента. Предпочтительно средневременной объемный процент реакционной среды 36, имеющей концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, превышающую 2500 ч./млн (мас.), составляет величину, меньшую, чем приблизительно 1,5 процента, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 1 процент, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,5 процента. Предпочтительно средневременной объемный процент реакционной среды 36, имеющей концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, превышающую 10000 ч./млн (мас.), составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,3 процента, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,1 процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,03 процента. Предпочтительно средневременной объемный процент реакционной среды 36, имеющей концентрацию окисляемого соединения в жидкой фазе, превышающую 25000 ч./млн (мас.), составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,03 процента, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,015 процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,007 процента. Изобретатели отмечают то, что объем реакционной среды 36, характеризующейся повышенными уровнями содержания окисляемого соединения, не обязательно должен совпадать с одним объемом, образованным примыкающими друг к другу его частями. В различные моменты времени хаотические схемы течения в реакционной емкости барботажной колонны приводят к образованию одновременно двух или более сплошных, но сегрегированных частей реакционной среды 36, характеризующейся повышенными уровнями содержания окисляемого соединения. В каждый момент времени, используемый при усреднении по времени, все такие сплошные, но сегрегированные объемы, превышающие 0,0001 объемного процента от совокупной реакционной среды, складывают друг с другом для определения совокупного объема, характеризующегося повышенными уровнями концентрации окисляемого соединения в жидкой фазе.Although it is preferred that the
В дополнение к градиентам концентраций кислорода и окисляемого соединения, обсуждавшимся выше, предпочитается, чтобы в реакционной среде 36 существовал бы градиент температуры. Если обратиться опять к фигуре 28, то можно сказать, что количественные характеристики данного градиента температуры можно получить по способу, подобному получению количественных характеристик градиентов концентраций, в результате теоретического разделения реакционной среды 36 на 30 дискретных горизонтальных долей с равным объемом и измерения средневременной и среднеобъемной температуры в каждой доле. Тогда горизонтальную долю, характеризующуюся наименьшей температурой в числе самых нижних 15 горизонтальных долей, можно идентифицировать как горизонтальную долю Т-мин, а горизонтальную долю, расположенную выше горизонтальной доли Т-мин и имеющую максимальную температуру в числе всех долей, расположенных выше горизонтальной доли Т-мин, после этого можно идентифицировать как «горизонтальную долю Т-макс». Предпочитается, чтобы температура горизонтальной доли Т-макс была бы, по меньшей мере, приблизительно на 1°С большей, чем температура горизонтальной доли Т-мин. Более предпочтительно температура горизонтальной доли Т-макс находится в диапазоне температур, превышающих температуру горизонтальной доли Т-мин на величину в диапазоне от приблизительно 1,25 до приблизительно 12°С. Наиболее предпочтительно температура горизонтальной доли Т-макс находится в диапазоне температур, превышающих температуру горизонтальной доли Т-мин на величину в диапазоне от 2 до 8°С. Температура горизонтальной доли Т-макс предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 125 до приблизительно 200°С, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 140 до приблизительно 180°С, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 150 до 170°C.In addition to the oxygen and oxidation concentration gradients discussed above, it is preferred that a temperature gradient exist in
Обычно горизонтальная доля Т-макс будет располагаться поблизости от центра реакционной среды 36, в то время как горизонтальная доля Т-мин будет располагаться поблизости от низа реакционной среды 36. Предпочтительно горизонтальная доля Т-мин представляет собой одну из 10 самых нижних горизонтальных долей в числе 15 самых нижних горизонтальных долей. Наиболее предпочтительно горизонтальная доля Т-мин представляет собой одну из 5 самых нижних горизонтальных долей в числе 15 самых нижних горизонтальных долей. Например, фигура 28 иллюстрирует горизонтальную долю Т-мин как вторую горизонтальную долю от низа реактора 20. Предпочтительно горизонтальная доля Т-макс представляет собой одну из 20 средних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Наиболее предпочтительно горизонтальная доля Т-мин представляет собой одну из 14 средних горизонтальных долей в числе 30 дискретных горизонтальных долей. Например, фигура 28 иллюстрирует горизонтальную долю Т-макс как двадцатую горизонтальную долю от низа реактора 20 (то есть одну из средних 10 горизонтальных долей). Предпочитается, чтобы разнесение по вертикали между горизонтальными долями Т-мин и Т-макс составляло бы, по меньшей мере, приблизительно 2W, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4W, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 6W. Предпочитается, чтобы разнесение по вертикали между горизонтальными долями T-мин и T-макс составляло бы, по меньшей мере, приблизительно 0,2Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,4Н, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,6Н.Typically, the horizontal T-max fraction will be located near the center of the
Как обсуждалось выше, в случае существования в реакционной среде 36 градиента температуры по вертикали может оказаться выгодным отбор реакционной среды 36 в позиции повышенного уровня расположения, где температура реакционной среды является максимальной, в особенности тогда, когда на последующих стадиях технологической схемы отобранный продукт будут подвергать дополнительной переработке при повышенных температурах. Таким образом, если реакционную среду 36 отбирают из зоны реакции 28 через одно или несколько выпускных отверстий повышенного уровня расположения, как это проиллюстрировано на фигурах 19 и 20, то предпочитается, чтобы выпускное отверстие (отверстия) повышенного уровня расположения располагалось бы поблизости от горизонтальной доли Т-макс. Предпочтительно выпускное отверстие повышенного уровня расположения располагается в пределах 10 горизонтальных долей от горизонтальной доли Т-макс, более предпочтительно в пределах 5 горизонтальных долей от горизонтальной доли Т-макс, а наиболее предпочтительно в пределах 2 горизонтальных долей от горизонтальной доли Т-макс.As discussed above, if there is a vertical temperature gradient in the
В данный момент следует отметить то, что многие из признаков изобретения, описанные в настоящем документе, могут быть использованы в системах с несколькими реакторами окисления, а не просто в системах, использующих единственный реактор окисления. В дополнение к этому, определенные признаки изобретения, описанные в настоящем документе, могут быть использованы в реакторах окисления с механическим перемешиванием и/или с перемешиванием потоком, а не просто в реакторах с барботажным перемешиванием (то есть барботажных реакторных колоннах). Например, изобретатели выявили определенные преимущества, связанные с разбиением на ступени/варьированием в отношении концентрации кислорода и/или скорости расходования кислорода по всему объему реакционной среды. Преимущества, реализуемые в результате разбиения на ступени в отношении концентрации/расходования кислорода в реакционной среде, можно реализовать вне зависимости от того, будет ли совокупный объем реакционной среды содержаться в единственной емкости или в нескольких емкостях. Кроме того, преимущества, реализуемые в результате разбиения на ступени в отношении концентрации/расходования кислорода в реакционной среде, можно реализовать вне зависимости от того, будет ли реакционная емкость (емкости) иметь механическое перемешивание, перемешивание потоком и/или барботажное перемешивание.At this point, it should be noted that many of the features of the invention described herein can be used in systems with multiple oxidation reactors, and not just in systems using a single oxidation reactor. In addition, certain features of the invention described herein can be used in oxidation reactors with mechanical stirring and / or with stirring with a stream, and not just in bubbling reactors (i.e., bubbler reactors). For example, the inventors have identified certain advantages associated with staging / variation with respect to oxygen concentration and / or oxygen consumption rate over the entire volume of the reaction medium. The benefits of staging with respect to oxygen concentration / consumption in the reaction medium can be realized regardless of whether the total volume of the reaction medium is contained in a single vessel or in several vessels. In addition, the benefits realized by dividing into steps with respect to the concentration / consumption of oxygen in the reaction medium can be realized regardless of whether the reaction vessel (s) have mechanical stirring, flow mixing and / or bubbling.
Один способ получения количественных характеристик для степени разбиения на ступени в отношении концентрации и/или скорости расходования кислорода в реакционной среде заключается в сопоставлении двух или более обособленных 20-процентных сплошных объемов реакционной среды. Данные 20-процентные сплошные объемы не обязательно должны определяться какой-либо конкретной формой. Однако каждый 20-процентный сплошной объем должен быть сформирован из объема реакционной среды, образованного примыкающими друг к другу его частями, (то есть каждый объем является «сплошным»), и 20-процентные сплошные объемы не должны перекрываться друг с другом (то есть объемы являются «обособленными»). Фигуры 29-31 иллюстрируют то, что данные обособленные 20-процентные сплошные объемы могут располагаться в одном и том же реакторе (фигура 29) или в нескольких реакторах (фигуры 30 и 31). Необходимо отметить то, что реакторы, проиллюстрированные на фигурах 29-31, могут представлять собой реакторы с механическим перемешиванием, перемешиванием потоком и/или барботажным перемешиванием. В одном варианте реализации предпочитается, чтобы реакторы, проиллюстрированные на фигурах 29-31, представляли бы собой реакторы с барботажным перемешиванием (то есть барботажные реакторные колонны).One way to obtain quantitative characteristics for the degree of staging in relation to the concentration and / or rate of oxygen consumption in the reaction medium is to compare two or more isolated 20 percent continuous volumes of the reaction medium. These 20 percent continuous volumes need not be determined by any particular form. However, each 20 percent continuous volume must be formed from the volume of the reaction medium formed by its adjacent parts (that is, each volume is “solid”), and the 20 percent continuous volumes should not overlap with each other (i.e. volumes are “isolated”). Figures 29-31 illustrate that these isolated 20 percent continuous volumes may be located in the same reactor (Figure 29) or in multiple reactors (Figures 30 and 31). It should be noted that the reactors illustrated in figures 29-31, can be a reactor with mechanical stirring, stirring the stream and / or bubble mixing. In one embodiment, it is preferred that the reactors illustrated in FIGS. 29-31 be bubble agitated reactors (i.e., bubble reactors).
Если обратиться теперь к фигуре 29, то можно сказать, что на ней проиллюстрирован реактор 20, вмещающий реакционную среду 36. Реакционная среда 36 включает первый обособленный 20-процентный сплошной объем 37 и второй обособленный 20-процентный сплошной объем 39.Turning now to Figure 29, it can be said that it illustrates a
Если обратиться теперь к фигуре 30, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована система с несколькими реакторами, включающая первый реактор 720а и второй реактор 720b. Реакторы 720а, b совместно вмещают совокупный объем реакционной среды 736. Первый реактор 720а вмещает первую часть реакционной среды 736а, в то время как второй реактор 720b вмещает вторую часть реакционной среды 736b. Первый обособленный 20-процентный сплошной объем 737 реакционной среды 736 продемонстрирован как определенный в пределах первого реактора 720а, в то время как второй обособленный 20-процентный сплошной объем 739 реакционной среды 736 продемонстрирован как определенный в пределах второго реактора 720b.Turning now to FIG. 30, it can be said that it illustrates a multi-reactor system including a first reactor 720a and a second reactor 720b. Reactors 720a, b together contain the total volume of the reaction medium 736. The first reactor 720a contains the first part of the
Если обратиться теперь к фигуре 31, то можно сказать, что на ней проиллюстрирована система с несколькими реакторами, включающая первый реактор 820а, второй реактор 820b и третий реактор 820с. Реакторы 820а, b, c совместно вмещают совокупный объем реакционной среды 836. Первый реактор 820а вмещает первую часть реакционной среды 836а; второй реактор 820b вмещает вторую часть реакционной среды 836b; а третий реактор 820с вмещает третью часть реакционной среды 836с. Первый обособленный 20-процентный сплошной объем 837 реакционной среды 836 продемонстрирован как определенный в пределах первого реактора 820а; второй обособленный 20-процентный сплошной объем 839 реакционной среды 836 продемонстрирован как определенный в пределах второго реактора 820b; а третий обособленный 20-процентный сплошной объем 841 реакционной среды 836 продемонстрирован как определенный в пределах третьего реактора 820с.Turning now to FIG. 31, it can be said that it illustrates a multi-reactor system including a
Разбиение на ступени в отношении доступности кислорода в реакционной среде можно количественно охарактеризовать при отнесении к 20-процентному сплошному объему реакционной среды, содержащей наиболее обогащенную мольную долю кислорода в газовой фазе, и при отнесении к 20-процентному сплошному объему реакционной среды, содержащей наиболее обедненную мольную долю кислорода в газовой фазе. В газовой фазе обособленного 20-процентного сплошного объема реакционной среды, имеющей наивысшую концентрацию кислорода в газовой фазе, средневременная и среднеобъемная концентрация кислорода, при расчете для влажного состояния, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 18 мольных процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 3,5 до приблизительно 14 мольных процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 4 до 10 мольных процентов. В газовой фазе обособленного 20-процентного сплошного объема реакционной среды, имеющей наименьшую концентрацию кислорода в газовой фазе, средневременная и среднеобъемная концентрация кислорода, при расчете для влажного состояния, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,3 до приблизительно 5 мольных процентов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,6 до приблизительно 4 мольных процентов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,9 до 3 мольных процентов. Кроме того, соотношение между средневременными и среднеобъемными концентрациями кислорода, при расчете для влажного состояния, в наиболее обогащенном 20-процентном сплошном объеме реакционной среды и в наиболее обедненном 20-процентном сплошном объеме реакционной среды предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 1,5:1 до приблизительно 20:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 12:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 3:1 до 9:1.Staggering with respect to oxygen availability in the reaction medium can be quantitatively characterized when assigned to a 20 percent continuous volume of the reaction medium containing the most enriched molar fraction of oxygen in the gas phase, and when assigned to a 20 percent continuous volume of the reaction medium containing the most depleted molar fraction of oxygen in the gas phase. In the gas phase of an isolated 20 percent continuous volume of the reaction medium having the highest concentration of oxygen in the gas phase, the average temporal and volumetric oxygen concentrations, when calculated for the wet state, are preferably in the range of about 3 to about 18 mole percent, more preferably in the range of about 3.5 to about 14 molar percent, and most preferably in the range of 4 to 10 molar percent. In the gas phase of an isolated 20 percent continuous volume of the reaction medium having the lowest oxygen concentration in the gas phase, the average temporal and volumetric oxygen concentration, when calculated for the wet state, is preferably in the range of about 0.3 to about 5 mole percent, more preferably in a range from about 0.6 to about 4 molar percent, and most preferably in a range from 0.9 to 3 molar percent. In addition, the ratio between medium and medium volume oxygen concentrations, when calculated for the wet state, in the most enriched 20 percent continuous volume of the reaction medium and in the most depleted 20 percent continuous volume of the reaction medium is preferably in the range from about 1.5: 1 to about 20: 1, more preferably in the range of from about 2: 1 to about 12: 1, and most preferably in the range of from 3: 1 to 9: 1.
Количественные характеристики для разбиения на ступени в отношении скорости расходования кислорода в реакционной среде могут быть получены при выражении через значение STR по кислороду, что первоначально описали выше. Значение STR по кислороду было ранее описано в глобальном смысле (то есть из перспективы среднего значения STR по кислороду для совокупной реакционной среды); однако значение STR по кислороду также можно рассматривать и в локальном смысле (то есть часть реакционной среды) для того, чтобы получить количественные характеристики для разбиения на ступени в отношении скорости расходования кислорода по всему объему реакционной среды.Quantitative characteristics for staging in relation to the rate of oxygen consumption in the reaction medium can be obtained by expressing the oxygen as STR value, which was originally described above. The oxygen STR value has been previously described in a global sense (that is, from the perspective of the average oxygen STR value for the total reaction medium); however, the oxygen STR value can also be considered in the local sense (i.e., part of the reaction medium) in order to obtain quantitative characteristics for staging in relation to the oxygen consumption rate over the entire volume of the reaction medium.
Изобретатели обнаружили то, что очень полезным является стимулирование варьирования значения STR по кислороду по всему объему реакционной среды в общем соответствии с желательными градиентами, описанными в настоящем документе в отношении давления в реакционной среде и мольной доли молекулярного кислорода в газовой фазе реакционной среды. Таким образом, предпочитается, чтобы соотношение между значением STR по кислороду для первого обособленного 20-процентного сплошного объема реакционной среды и значением STR по кислороду для второго обособленного 20-процентного сплошного объема реакционной среды находилось бы в диапазоне от приблизительно 1,5:1 до приблизительно 20:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 12:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 3:1 до 9:1. В одном варианте реализации в сопоставлении со «вторым обособленным 20-процентным сплошным объемом» «первый обособленный 20-процентный сплошной объем» располагается ближе к позиции, в которой в реакционную среду первоначально вводят молекулярный кислород. Данные большие градиенты значения STR по кислороду являются желательными вне зависимости от того, будет ли реакционная среда частичного окисления вмещаться в барботажной реакторной колонне окисления или в любом другом типе реакционной емкости, в которой создаются градиенты давления и/или мольной доли молекулярного кислорода в газовой фазе реакционной среды (например, в емкости с механическим перемешиванием, имеющей несколько расположенных по вертикали зон перемешивания, что достигается в результате использования нескольких крыльчаток, характеризующейся наличием сильного радиального течения, при возможном усилении результата в результате наличия сборных модулей в виде в общем случае горизонтальных перегородок, при этом поток окислителя поднимается в общем случае снизу вверх от позиции подачи поблизости от нижней части реакционной емкости, несмотря на то, что в пределах каждой расположенной по вертикали зоне перемешивания может иметь место значительный уровень обратного смешения потока окислителя, и что определенный уровень обратного смешения потока окислителя может иметь место и между примыкающими расположенными по вертикали зонами перемешивания). То есть изобретатели выявили то, что в случае существования градиента давления и/или мольной доли молекулярного кислорода в газовой фазе реакционной среды желательным является создание подобного градиента химической потребности в растворенном кислороде при использовании способов, описанных в настоящем документе.The inventors have found that it is very useful to stimulate the variation of the STR value for oxygen over the entire volume of the reaction medium in general accordance with the desired gradients described herein in relation to the pressure in the reaction medium and the molar fraction of molecular oxygen in the gas phase of the reaction medium. Thus, it is preferable that the ratio between the oxygen STR value for the first isolated 20 percent continuous volume of the reaction medium and the oxygen STR value for the second isolated 20 percent continuous volume of the reaction medium be in the range of about 1.5: 1 to about 20: 1, more preferably in the range of from about 2: 1 to about 12: 1, and most preferably in the range of from 3: 1 to 9: 1. In one embodiment, when compared with the “second isolated 20 percent continuous volume”, the “first isolated 20 percent continuous volume” is closer to the position at which molecular oxygen is initially introduced into the reaction medium. These large oxygen oxygen gradients are desirable regardless of whether the partial oxidation reaction medium is contained in a bubble column oxidation column or in any other type of reaction vessel in which pressure gradients and / or mole fractions of molecular oxygen in the reaction gas phase are created medium (for example, in a container with mechanical stirring, having several vertically arranged mixing zones, which is achieved by using several vane to, characterized by the presence of a strong radial flow, with the possible strengthening of the result as a result of the availability of prefabricated modules in the form of generally horizontal partitions, while the oxidizer flow rises in the general case from the bottom up from the feed position near the bottom of the reaction vessel, despite the fact that within each vertically mixing zone, there may be a significant level of back-mixing of the oxidizing stream, and that a certain level of back-mixing of the oxidizing stream is May also occur between adjacent vertically adjacent mixing zones). That is, the inventors have revealed that if there is a pressure gradient and / or a molar fraction of molecular oxygen in the gas phase of the reaction medium, it is desirable to create a similar gradient of the chemical demand for dissolved oxygen using the methods described herein.
Предпочтительные способы стимулирования варьирования локальных значений STR по кислороду заключаются в управлении позициями подачи окисляемого соединения и в управлении перемешиванием жидкой фазы реакционной среды в целях регулирования градиентов концентрации окисляемого соединения в соответствии с другими моментами из описания настоящего изобретения. Другие подходящие способы стимулирования варьирования локальных значений STR включают стимулирование варьирования активности в реакции в результате стимулирования варьирования локальной температуры и в результате изменения локальной смеси компонентов катализатора и растворителя (например, в результате введения дополнительного количества газа для стимулирования охлаждения испарением в конкретной части реакционной среды и в результате добавления потока растворителя, содержащего повышенное количество воды для уменьшения активности в конкретной части реакционной среды).Preferred methods of promoting variation of the local oxygen STR values are to control the feed positions of the oxidizable compound and to control the mixing of the liquid phase of the reaction medium in order to control the concentration gradients of the oxidizable compound in accordance with other aspects of the description of the present invention. Other suitable methods of stimulating variation of local STR values include stimulating variation in activity in the reaction by stimulating variation in local temperature and by changing a local mixture of catalyst and solvent components (for example, by introducing additional gas to stimulate cooling by evaporation in a specific part of the reaction medium and in by adding a solvent stream containing an increased amount of water to reduce activity and in a specific part of the reaction medium).
Как обсуждалось выше в том, что касается фигур 30 и 31, реакцию частичного окисления в подходящем случае можно проводить в нескольких реакционных емкостях, где, по меньшей мере, часть, предпочтительно, по меньшей мере, 25 процентов, более предпочтительно, по меньшей мере, 50 процентов, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 75 процентов, от молекулярного кислорода, покидающего первую реакционную емкость, перепускают в одну или несколько последующих реакционных емкостей для расходования дополнительной порции, предпочтительно более чем 10 процентов, более предпочтительно более чем 20 процентов, а наиболее предпочтительно более чем 40 процентов, от молекулярного кислорода, покидающего первую/расположенную раньше на технологической схеме реакционную емкость. При использовании такого последовательного течения молекулярного кислорода из одного реактора в другие желательно, чтобы первая реакционная емкость функционировала бы при интенсивности реакции, более высокой в сопоставлении с тем, что имеет место в, по меньшей мере, одной из последующих реакционных емкостей, предпочтительно при соотношении между средним по емкости значением STR по кислороду в пределах первой реакционной емкости и средним по емкости значением STR по кислороду в пределах последующей реакционной емкости в диапазоне от приблизительно 1,5:1 до приблизительно 20:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 12:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 3:1 до 9:1.As discussed above with regard to figures 30 and 31, the partial oxidation reaction can suitably be carried out in several reaction vessels, where at least a portion, preferably at least 25 percent, more preferably at least 50 percent, and most preferably at least 75 percent, of the molecular oxygen leaving the first reaction vessel is transferred to one or more subsequent reaction vessels to consume an additional portion, preferably more than 10 ol percent, more preferably more than 20 percent, and most preferably more than 40 percent, of molecular oxygen leaving the first / previously located reaction vessel in the process flow chart. When using such a sequential flow of molecular oxygen from one reactor to another, it is desirable that the first reaction vessel would function at a reaction rate higher than that which takes place in at least one of the subsequent reaction vessels, preferably with a ratio between the average oxygen capacity STR for oxygen within the first reaction vessel and the oxygen average STR value for oxygen within the subsequent reaction vessel in the range from preferably 1.5: 1 to about 20: 1, more preferably in the range of from about 2: 1 to about 12: 1, and most preferably in the range of 3: 1 to 9: 1.
Как обсуждалось выше, подходящими для последовательного течения молекулярного кислорода в последующие реакционные емкости в соответствии с настоящим изобретением являются все типы первой реакционной емкости (например, барботажная колонна, аппараты с механическим перемешиванием, с обратным перемешиванием, с внутренним разбиением на ступени, с течением в режиме идеального вытеснения и тому подобное) и все типы последующих реакционных емкостей, которые могут относиться, а могут и не относиться к типу, отличному от первой реакционной емкости. Способы стимулирования уменьшения среднего по емкости значения STR по кислороду в пределах последующих реакционных емкостей в подходящем случае включают уменьшение температуры, уменьшение концентраций окисляемого соединения и уменьшение активности в реакции для конкретной смеси каталитических компонентов и растворителя (например, уменьшение концентрации кобальта, увеличение концентрации воды и добавление замедлителя катализатора, такого как небольшие количества ионной меди).As discussed above, all types of the first reaction vessel (e.g., bubble column, mechanical agitators, back-mixers, internally divided into stages, flowing in flow mode) are suitable for the sequential flow of molecular oxygen into subsequent reaction vessels in accordance with the present invention. ideal displacement and the like) and all types of subsequent reaction vessels that may or may not be of a type different from the first reaction vessel STI. Methods of stimulating a decrease in the average capacity oxygen STR value within subsequent reaction vessels may suitably include decreasing the temperature, decreasing the concentration of the oxidizable compound, and decreasing the activity in the reaction for a particular mixture of catalytic components and solvent (e.g., decreasing the concentration of cobalt, increasing the concentration of water, and adding a catalyst retarder such as small amounts of ionic copper).
При течении потока из первой реакционной емкости в последующую реакционную емкость поток окислителя можно подвергнуть переработке при использовании любых способов, известных на современном уровне техники, таких как сжатие или уменьшение давления, охлаждение или нагревание и удаление массы или добавление массы в любом количестве или любого типа. Однако использование уменьшения среднего по емкости значения STR по кислороду в последующих реакционных емкостях является в особенности полезным тогда, когда абсолютное давление в верхней части первой реакционной емкости составляет величину, меньшую чем приблизительно 2,0 мегапаскаля, более предпочтительно меньшую чем приблизительно 1,6 мегапаскаль, а наиболее предпочтительно меньшую чем 1,2 мегапаскаль. Кроме того, использование уменьшения среднего по емкости значения STR по кислороду в последующих реакционных емкостях является в особенности полезным тогда, когда соотношение между абсолютным давлением в верхней части первой реакционной емкости и абсолютным давлением в верхней части, по меньшей мере, одной последующей реакционной емкости находится в диапазоне от приблизительно 0,5:1 до 6:1, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,6:1 до приблизительно 4:1, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,7:1 до 2:1. Уменьшение давления в последующих емкостях до уровня, меньшего данных нижних пределов, накладывается на уменьшение доступности молекулярного кислорода, а увеличение давления выше данных верхних пределов требует использования значительных затрат в сопоставлении с применением свежей подачи окислителя.When the stream flows from the first reaction vessel to the subsequent reaction vessel, the oxidizing stream can be processed using any methods known in the art, such as compressing or reducing pressure, cooling or heating and removing the mass, or adding the mass in any quantity or any type. However, the use of decreasing the capacity average of the oxygen STR in subsequent reaction vessels is particularly useful when the absolute pressure at the top of the first reaction vessel is less than about 2.0 megapascals, more preferably less than about 1.6 megapascals, and most preferably less than 1.2 megapascals. In addition, the use of decreasing the average oxygen capacity STR for oxygen in subsequent reaction vessels is particularly useful when the ratio between the absolute pressure in the upper part of the first reaction vessel and the absolute pressure in the upper part of at least one subsequent reaction vessel is a range from about 0.5: 1 to 6: 1, more preferably in a range from about 0.6: 1 to about 4: 1, and most preferably in a range from 0.7: 1 to 2: 1. A decrease in pressure in subsequent vessels to a level lower than these lower limits is superimposed on a decrease in the availability of molecular oxygen, and an increase in pressure above these upper limits requires significant costs in comparison with the use of a fresh supply of oxidizing agent.
При использовании последовательного течения молекулярного кислорода в последующие реакционные емкости, характеризующиеся уменьшением средних по емкости значений STR по кислороду, свежие потоки исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, растворителем и окислителем, могут перетекать в последующие реакционные емкости и/или в первую реакционную емкость. Потоки жидкой фазы и твердой фазы, в случае ее наличия, реакционной среды могут перемещаться в любом направлении между реакционными емкостями. Все количество или часть газовой фазы, покидающей первую реакционную емкость и поступающей в последующую реакционную емкость, может перетекать отделенным от частей жидкой фазы или твердой фазы, в случае ее наличия, реакционной среды из первой реакционной емкости или может перетекать смешанным с ними. Течение потока продукта, содержащего жидкую фазу и твердую фазу, в случае ее наличия, может направляться на отбор из реакционной среды в любой реакционной емкости в системе.When using a sequential flow of molecular oxygen into subsequent reaction vessels, characterized by a decrease in capacity average oxygen values for oxygen, fresh streams of the feed material formed by the oxidizable compound, solvent, and oxidizing agent can flow into subsequent reaction vessels and / or into the first reaction vessel. The flows of the liquid phase and the solid phase, if any, of the reaction medium can move in any direction between the reaction vessels. All or part of the gas phase leaving the first reaction vessel and entering the subsequent reaction vessel may flow separated from the liquid phase or solid phase, if present, the reaction medium from the first reaction vessel or may flow mixed with them. The flow of a product containing a liquid phase and a solid phase, if present, can be directed to selection from the reaction medium in any reaction vessel in the system.
Если обратиться опять к фигурам 1-29, то можно сказать, что окисление предпочтительно проводят в барботажной реакторной колонне 20 в условиях, которые в соответствии с предпочтительными вариантами реализации, описанными в настоящем документе, значительно отличаются от того, что имеет место в случае обычно используемых реакторов окисления. В случае использования барботажной реакторной колонны 20 для проведения жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения сырой неочищенной терефталевой кислоты (СТА) в соответствии с предпочтительными вариантами реализации, описанными в настоящем документе, в образование частиц СТА, обладающих уникальными и выгодными свойствами, вносят свой вклад пространственные профили локальной интенсивности реакции, локальной интенсивности испарения и локальной температуры в комбинации со схемами течения жидкости в реакционной среде и предпочтительными относительно низкими температурами окисления.Referring again to Figures 1-29, it can be said that the oxidation is preferably carried out in a
Фигуры 32А и 32В иллюстрируют базовые частицы СТА, полученные в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения. Фигура 32А демонстрирует базовые частицы СТА при 500-кратном увеличении, в то время как фигура 32В в увеличенном масштабе представляет одну из базовых частиц СТА и демонстрирует данную частицу при 2000-кратном увеличении. Как может быть наилучшим образом проиллюстрировано на фигуре 32В, каждая базовая частица СТА обычно образована из большого количества мелких агломерированных субчастиц СТА, что, таким образом, приводит к получению базовой частицы СТА, характеризующейся относительно большой площадью удельной поверхности, высокой пористостью, низкой плотностью и хорошей растворимостью. Базовые частицы СТА обычно характеризуются средним размером частиц в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 150 микронов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 120 микронов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 40 до 90 микронов. Субчастицы СТА обычно характеризуются средним размером частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 30 микронов, более предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 15 микронов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 2 до 5 микронов. Относительно большую площадь удельной поверхности базовых частиц СТА, проиллюстрированных на фигурах 32А и 32В, можно количественно охарактеризовать при использовании метода измерения площади удельной поверхности Браунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ). Предпочтительно базовые частицы СТА характеризуются средней площадью удельной поверхности согласно методу БЭТ, равной, по меньшей мере, приблизительно 0,6 квадратного метра на один грамм (м2/г). Более предпочтительно базовые частицы СТА характеризуются средней площадью удельной поверхности согласно методу БЭТ в диапазоне от приблизительно 0,8 до приблизительно 4 м2/г. Наиболее предпочтительно базовые частицы СТА характеризуются средней площадью удельной поверхности согласно методу БЭТ в диапазоне от 0,9 до 2 м2/г. Физические свойства (например, размер частиц, площадь удельной поверхности согласно методу БЭТ, пористость и растворимость) базовых частиц СТА, полученных в соответствии с оптимизированным способом окисления предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения, делают возможной очистку частиц СТА при использовании более эффективных и/или экономичных способов, описанных более подробно далее в связи с фигурой 35.Figures 32A and 32B illustrate CTA base particles prepared in accordance with one embodiment of the present invention. Figure 32A shows the CTA base particles at 500x magnification, while Figure 32B shows on an enlarged scale one of the CTA base particles and shows this particle at 2000x. As can best be illustrated in Figure 32B, each CTA base particle is typically formed from a large number of small agglomerated CTA subparticles, which thus results in a CTA base particle having a relatively large specific surface area, high porosity, low density and good solubility. CTA base particles are typically characterized by an average particle size in the range of about 20 to about 150 microns, more preferably in the range of about 30 to about 120 microns, and most preferably in the range of 40 to 90 microns. CTA subparticles are typically characterized by an average particle size in the range of from about 0.5 to about 30 microns, more preferably from about 1 to about 15 microns, and most preferably in the range of 2 to 5 microns. The relatively large specific surface area of the CTA base particles illustrated in Figures 32A and 32B can be quantified using the Braunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area measurement method. Preferably, the CTA base particles are characterized by an average specific surface area according to the BET method of at least about 0.6 square meters per gram (m 2 / g). More preferably, the CTA base particles are characterized by an average specific surface area according to the BET method in the range of from about 0.8 to about 4 m 2 / g. Most preferably, the CTA base particles are characterized by an average specific surface area according to the BET method in the range of 0.9 to 2 m 2 / g. Physical properties (for example, particle size, specific surface area according to the BET method, porosity and solubility) of CTA base particles obtained in accordance with an optimized oxidation method of a preferred embodiment of the present invention make it possible to clean CTA particles using more efficient and / or economical methods described in more detail below in connection with figure 35.
Значения средних размеров частиц, представленные выше, определяли при использовании микроскопии в поляризованном свете и методики анализа изображений. Оборудование, использованное при анализе размеров частиц, включало оптический микроскоп Nikon E800 с объективом 4×Plan Flour N. A. 0.13, цифровую камеру Spot RT™ и персональный компьютер с установленным программным обеспечением для анализа изображений Image Pro Plus™ V4.5.0.19. Метод анализа размеров частиц включал следующие основные стадии: (1) диспергирование порошка СТА в минеральном масле; (2) получение препарата для микроскопии в виде дисперсии между предметным и покровным стеклами микроскопа; (3) рассматривание препарата для микроскопии при использовании микроскопии в поляризованном свете (состояние скрещенных поляризаторов - частицы наблюдаются в виде светлых предметов на черном фоне); (4) фиксация различных изображений для каждого случая приготовления образцов (размер поля изображения = 3×2,25 мм; размер элемента изображения = 1,84 микрон/элемент изображения); (5) проведение анализа изображений при использовании программного обеспечения Image Pro Plus™; (6) перенос результатов измерений для частиц в электронную таблицу; и (7) проведение операции по статистическому обсчету характеристик в электронной таблице. Стадия (5) «проведение анализа изображений при использовании программного обеспечения Image Pro Plus™» включала подстадии: (а) установки порогового значения для изображения в целях детектирования белых частиц на темном фоне; (b) создания черно-белого изображения; (с) приведения в действие однопроходного открытого фильтра для отфильтровывания шума элементов изображения; (d) проведения измерения для всех частиц на изображении; и (е) выдачи данных о среднем диаметре, измеренном для каждой частицы. Программное обеспечение Image Pro Plus™ определяет средний диаметр для индивидуальных частиц в виде среднечисленной длины диаметров частицы, обмеренной с интервалами в 2 градуса и пропущенной через операцию определения центра тяжести частицы. Стадия 7 «проведение операции по статистическому обсчету характеристик в электронной таблице» включает вычисление объемно-взвешенного среднего размера частиц следующим образом. Объем каждой из n частиц в образце рассчитывают так, как если бы она была сферической, в результате использования формулы π/6*di^3; умножения объема каждой частицы на ее диаметр с получением π/6*di^4; суммирования для всех частиц в образце значений π/6*di^4; суммирования объемов всех частиц в образце; и вычисления объемно-взвешенного диаметра частиц в виде суммы величин (π/6*di^4) для всех n частиц в образце, поделенной на сумму величин (π/6*di^3) для всех n частиц в образце. В соответствии с использованием в настоящем документе «средний размер частиц» обозначает объемно-взвешенный средний размер частиц, определенный в соответствии с описанным выше методом испытаний; и его также обозначают как D(4, 3).The average particle sizes presented above were determined using polarized light microscopy and image analysis techniques. The equipment used for particle size analysis included a Nikon E800 optical microscope with a 4 × Plan Flour NA 0.13 objective lens, a Spot RT ™ digital camera, and a personal computer with Image Pro Plus ™ V4.5.0.19 image analysis software installed. The method of analysis of particle sizes included the following main stages: (1) dispersion of CTA powder in mineral oil; (2) obtaining a preparation for microscopy in the form of a dispersion between a microscope slide and a cover glass; (3) examination of a preparation for microscopy using microscopy in polarized light (state of crossed polarizers — particles are observed in the form of light objects on a black background); (4) fixing different images for each sample preparation case (image field size = 3 × 2.25 mm; image element size = 1.84 microns / image element); (5) image analysis using Image Pro Plus ™ software; (6) transfer of measurement results for particles to a spreadsheet; and (7) performing a statistical performance calculation operation in a spreadsheet. Stage (5) “image analysis using Image Pro Plus ™ software” included the following steps: (a) setting a threshold value for the image in order to detect white particles against a dark background; (b) creating a black and white image; (c) driving a single-pass open filter to filter out the noise of image elements; (d) taking measurements for all particles in the image; and (e) providing data on the average diameter measured for each particle. Image Pro Plus ™ software determines the average diameter for individual particles as the number average length of the particle diameters measured at 2 degree intervals and passed through the particle center of gravity operation.
В дополнение к этому, стадия 7 включает установление размеров частиц, для которых различные доли от совокупного объема образца характеризуются меньшими размерами частиц. Например, D(v, 0,1) представляет собой размер частиц, для которого 10 процентов от совокупного объема образца характеризуются меньшим размером частиц, а 90 процентов характеризуются большим размером частиц; D(v, 0,5) представляет собой размер частиц, для которого половина объема образца характеризуется большим размером частиц, а половина характеризуется меньшим размером частиц; D(v, 0,9) представляет собой размер частиц, для которого 90 процентов от совокупного объема образца характеризуются меньшим размером частиц; и так далее. В дополнение к этому, стадия 7 включает вычисление значения D(v, 0,9) минус D(v, 0,1), которое в настоящем документе определяют как «разброс размеров частиц»; и стадия 7 включает вычисление величины разброса размеров частиц, поделенного на значение D(4, 3), что в настоящем документе определяют как «относительный разброс размеров частиц».In addition to this,
Кроме того, предпочитается, чтобы величина D(v, 0,1) для частиц СТА, измеренная выше, находилась бы в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 65 микронов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 15 до приблизительно 55 микронов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 25 до 45 микронов. Предпочитается, чтобы величина D(v, 0,5) для частиц СТА, измеренная выше, находилась бы в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 90 микронов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 80 микронов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 30 до 70 микронов. Предпочитается, чтобы величина D(v, 0,9) для частиц СТА, измеренная выше, находилась бы в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 150 микронов, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 130 микронов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 50 до 110 микронов. Предпочитается, чтобы относительный разброс размеров частиц находился бы в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,0, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,6 до приблизительно 1,5, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,7 до 1,3.In addition, it is preferable that the D (v, 0.1) value for CTA particles, as measured above, be in the range of from about 5 to about 65 microns, more preferably in the range of from about 15 to about 55 microns, and most preferably in range from 25 to 45 microns. It is preferred that the D (v, 0.5) value for CTA particles, as measured above, be in the range of about 10 to about 90 microns, more preferably in the range of about 20 to about 80 microns, and most preferably in the range of 30 up to 70 microns. It is preferred that the D (v, 0.9) value for CTA particles, as measured above, be in the range of about 30 to about 150 microns, more preferably in the range of about 40 to about 130 microns, and most preferably in the range of 50 up to 110 microns. It is preferred that the relative particle size dispersion be in the range of about 0.5 to about 2.0, more preferably in the range of about 0.6 to about 1.5, and most preferably in the range of 0.7 to 1.3 .
Значения площади удельной поверхности согласно методу БЭТ, приведенные выше, измеряли при использовании прибора Micromeritics ASAP2000 (доступного в компании Micromeritics Instrument Corporation из Норкросса, Джорджия). На первой стадии метода измерения от 2 до 4 граммов образца частиц отвешивали и высушивали в вакууме при 50°С. После этого образец помещали в газовый коллектор для проведения анализа и охлаждали до 77К. Изотерму адсорбции азота измеряли, как минимум, при 5 равновесных давлениях в результате воздействия на образец известных объемов газообразного азота и измерения падения давления. Равновесные давления в подходящем случае находились в диапазоне Р/Р0=0,01-0,20, где Р представляет собой равновесное давление, а Р0 представляет собой давление паров жидкого азота при 77К. После этого проводили графическое построение для получающейся в результате изотермы в соответствии со следующим далее уравнением метода БЭТ:The BET specific surface area values given above were measured using a Micromeritics ASAP2000 instrument (available from Micromeritics Instrument Corporation of Norcross, Georgia). In the first stage of the measurement method, from 2 to 4 grams of a sample of particles were weighed and dried in vacuum at 50 ° C. After that, the sample was placed in a gas collector for analysis and cooled to 77K. The nitrogen adsorption isotherm was measured at least at 5 equilibrium pressures as a result of exposure to the sample of known volumes of nitrogen gas and measurement of the pressure drop. The equilibrium pressures were suitably in the range of P / P 0 = 0.01-0.20, where P is the equilibrium pressure, and P 0 is the vapor pressure of liquid nitrogen at 77K. After that, a graphical construction was performed for the resulting isotherm in accordance with the following equation of the BET method:
, ,
где Va представляет собой объем газа, адсорбированного образцом при Р, Vm представляет собой объем газа, необходимый для покрытия совокупной поверхности образца монослоем газа, а С представляет собой константу. Из данного графика определяли значения Vm и С. После этого Vm пересчитывали в площадь удельной поверхности при использовании площади поперечного сечения азота при 77К по формуле:where V a is the volume of gas adsorbed by the sample at P, V m is the volume of gas needed to cover the total surface of the sample with a gas monolayer, and C is a constant. From this graph, the values of V m and C were determined. After that, V m was converted to the specific surface area when using the nitrogen cross-sectional area at 77K using the formula:
, ,
где σ представляет собой площадь поперечного сечения азота при 77К, Т равна 77К, а R представляет собой газовую постоянную.where σ is the nitrogen cross-sectional area at 77K, T is 77K, and R is the gas constant.
Как упоминалось выше, СТА, полученная в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, демонстрирует превосходные характеристики растворения в сопоставлении с обычной СТА, полученной при использовании других способов. Данная улучшенная скорость растворения делает возможной очистку СТА изобретения при использовании более эффективных и/или более действенных способов очистки. Следующее далее описание относится к способу, по которому можно получить количественные характеристики для скорости растворения СТА.As mentioned above, CTA obtained in accordance with one embodiment of the present invention exhibits excellent dissolution characteristics compared to conventional CTA obtained using other methods. This improved dissolution rate makes it possible to purify the CTA of the invention using more efficient and / or more efficient purification methods. The following description relates to a method by which quantitative characteristics for the dissolution rate of CTA can be obtained.
Скорость растворения известного количества твердой фазы в известном количестве растворителя в перемешиваемой смеси можно измерять в соответствии с различными протоколами. В соответствии с использованием в настоящем изобретении метод измерения, называемый «испытанием на растворение во времени», определяют следующим образом. В ходе всего испытания на растворение во времени используют давление окружающей среды, равное приблизительно 0,1 мегапаскалю. Температура окружающей среды, используемая в ходе всего испытания на растворение во времени, составляет приблизительно 22°С. Кроме того, перед началом проведения испытаний для твердой фазы, растворителя и всей аппаратуры для растворения добивались достижения полного термического равновесия при данной температуре, и в течение периода времени растворения какого-либо ощутимого нагревания или охлаждения химического стакана или его содержимого не отмечалось. Образуемую растворителем часть в виде свежего тетрагидрофурана марки «чистый для анализа по методу ЖХВД» (степень чистоты >99,9 процента), здесь и далее в настоящем документе обозначаемого как ТГФ, в количестве 250 граммов помещают в очищенный стеклянный химический стакан высокой формы KIMAX объемом 400 миллилитров (номер детали Kimble® 14020, компания Kimble/Kontes, Вайнлэнд, Нью-Джерси), который является нетеплоизолированным, имеющим гладкие стенки и в общем случае цилиндрическую форму. В химический стакан помещают магнитную мешалку с тефлоновым покрытием (номер детали VWR 58948-230, длиной приблизительно 1 дюйм и диаметром 3/8 дюйма, с восьмиугольным поперечным сечением, компания VWR International, Уэст-Честер, Пенсильвания 19380), где она естественным образом опускается на дно. Образец перемешивают при использовании магнитной мешалки Variomag® multipoint 15 (компания H&P Labortechnik AG, Обершляйссхайм, Германия) при ее установке на вращение при 800 оборотах в минуту. Данное перемешивание начинается не более чем за 5 минут до добавления твердой фазы и стационарно продолжается в течение, по меньшей мере, 30 минут после добавления твердой фазы. В нелипкую кювету для отвешивания образцов отвешивают твердый образец в виде частиц сырой неочищенной или очищенной ТРА в количестве 250 миллиграммов. В начальный момент, обозначаемый как t=0, всю отвешенную твердую фазу сразу выливают в перемешиваемый ТГФ и одновременно запускают секундомер. При правильном проведении операции ТГФ очень быстро смачивает твердую фазу и образует разбавленную хорошо перемешанную суспензию в течение 5 секунд. После этого образцы данной смеси получают в последующие моменты времени, отсчитываемые в минутах от t=0: 0,08, 0,25, 0,50, 0,75, 1,00, 1,50, 2,00, 2,50, 3,00, 4,00, 5,00, 6,00, 8,00, 10,00, 15,00 и 30,00. Каждый небольшой образец отбирают из разбавленной хорошо перемешанной смеси при использовании нового одноразового шприца (компания Becton, Dickinson and Co, 5 миллилитров, REF 30163, Франклин-Лэйкс, Нью-Джерси 07417). Сразу же после проведения отбора из химического стакана в новую маркированную стеклянную ампулу для образцов при использовании нового неиспользованного фильтрующего шприца (диаметр 25 мм, 0,45 микрона, Gelman GHP Acrodisc GF®, компания Pall Corporation, Ист-Хиллс, Нью-Йорк 11548) быстро выпускали приблизительно 2 миллилитра прозрачного жидкого образца. Продолжительность каждого заполнения шприца, размещения фильтра и выпускания в ампулу для образцов в надлежащем случае составляет величину, меньшую чем приблизительно 5 секунд, и данный интервал в подходящем случае начинается и заканчивается в течение приблизительно 3 секунд в ту или иную сторону от каждой целевой продолжительности времени отбора образца. В течение приблизительно пяти минут от каждого заполнения ампулы для образцов закрывают крышкой и выдерживают приблизительно при постоянной температуре вплоть до проведения последующего химического анализа. После отбора конечного образца в момент времени, соответствующий прохождению 30 минут после t=0, все шестнадцать образцов анализируют для установления количества растворенной ТРА при использовании метода ЖХВД-ДМД, в общем случае охарактеризованного в другом месте данного описания. Однако в настоящем испытании как калибровочные стандарты, так и приведенные результаты рассчитываются как миллиграммы растворенной ТРА на один грамм растворителя ТГФ (здесь и далее в настоящем документе «ч./млн в ТГФ»). Например, если все 250 миллиграммов твердой фазы представляли бы собой очень чистую ТРА, и если данное совокупное количество было бы полностью растворено в 250 граммах растворителя ТГФ до того, как был отобран конкретный образец, то тогда правильно измеренная концентрация составила бы приблизительно 1000 ч./млн в ТГФ.The dissolution rate of a known amount of a solid phase in a known amount of solvent in a stirred mixture can be measured in accordance with various protocols. In accordance with the use in the present invention, a measurement method called a “time dissolution test” is defined as follows. During the entire dissolution test over time, an ambient pressure of approximately 0.1 megapascal is used. The ambient temperature used during the entire dissolution test over time is approximately 22 ° C. In addition, before starting the tests for the solid phase, solvent, and all dissolution equipment, they achieved complete thermal equilibrium at a given temperature, and no noticeable heating or cooling of the beaker or its contents was noted during the dissolution period. The solvent-formed portion in the form of fresh tetrahydrofuran of the brand “pure for HPLC analysis” (purity> 99.9 percent), hereinafter referred to as THF, in the amount of 250 grams is placed in a clean glass KIMAX high-shaped glass beaker with a volume of 400 milliliters (Kimble® Part Number 14020, Kimble / Kontes, Vineland, NJ), which is non-heat insulated, having smooth walls and generally a cylindrical shape. A teflon-coated magnetic stirrer (part number VWR 58948-230, approximately 1 inch long and 3/8 inch diameter, with an octagonal cross section, VWR International, West Chester, PA 19380) is placed in a beaker, where it is naturally lowered to the bottom. The sample is mixed using a
Если СТА, соответствующую настоящему изобретению, будут подвергать описанному выше испытанию на растворение во времени, то тогда предпочитается, чтобы образец, отобранный по истечении одной минуты после t=0, растворялся бы до концентрации, равной, по меньшей мере, приблизительно 500 ч./млн в ТГФ, более предпочтительно, по меньшей мере, 600 ч./млн в ТГФ. В случае образца, отбираемого по истечении двух минут после t=0, предпочитается, чтобы СТА, соответствующая настоящему изобретению, растворялась бы до концентрации, равной, по меньшей мере, приблизительно 700 ч./млн в ТГФ, более предпочтительно, по меньшей мере, 750 ч./млн в ТГФ. В случае образца, отбираемого по истечении четырех минут после t=0, предпочитается, чтобы СТА, соответствующая настоящему изобретению, растворялась бы до концентрации, равной, по меньшей мере, приблизительно 840 ч./млн в ТГФ, более предпочтительно, по меньшей мере, 880 ч./млн в ТГФ.If the CTA of the present invention is subjected to the dissolution test described above over time, then it is preferred that a sample taken after one minute after t = 0 dissolves to a concentration of at least about 500 hours / ppm in THF, more preferably at least 600 ppm in THF. In the case of a sample taken after two minutes after t = 0, it is preferred that the CTA of the present invention dissolves to a concentration of at least about 700 ppm in THF, more preferably at least 750 ppm in THF. In the case of a sample taken after four minutes after t = 0, it is preferred that the CTA of the present invention dissolves to a concentration of at least about 840 ppm in THF, more preferably at least 880 ppm in THF.
Изобретатели обнаружили то, что при описании временной зависимости для полного набора данных из всего испытания на растворение во времени подходящей является относительно простая модель отрицательного экспоненциального роста вне зависимости от сложности частиц и способа растворения. Форма уравнения, здесь и далее в настоящем документе называемого «моделью растворения во времени», представляет собой нижеследующее:The inventors have found that in describing the time dependence for a complete set of data from the entire dissolution test over time, a relatively simple model of negative exponential growth is suitable regardless of the complexity of the particles and the method of dissolution. The form of the equation, hereinafter referred to as the “time dissolution model”, is as follows:
S=A+B*(1-exp(-C*t)), гдеS = A + B * (1-exp (-C * t)), where
t - время с единицей измерения минута;t - time with unit of measurement minute;
S - растворимость с единицей измерения ч./млн в ТГФ в момент времени t;S is the solubility with a unit of ppm in THF at time t;
ехр - экспоненциальная функция в основании натурального логарифма 2;exp - exponential function at the base of the natural logarithm of 2;
А, В - константы регрессии с единицей измерения ч./млн в ТГФ, где А в основном относится к быстрому растворению более мелких частиц за очень короткие промежутки времени, и где сумма А+В в основном относится к совокупному уровню растворения незадолго до завершения указанного периода испытания; иA, B are the regression constants with the unit of ppm in THF, where A mainly refers to the rapid dissolution of smaller particles in very short periods of time, and where the sum of A + B mainly refers to the total dissolution level shortly before completion of the indicated test period; and
С - константа времени регрессии с единицей измерения обратная минута.C is the regression time constant with the unit of measurement inverse minute.
Константы регрессии подстраивают, добиваясь сведения к минимуму суммы квадратов отклонений фактических экспериментальных данных от соответствующих величин в модели, при этом данный способ обычно называют аппроксимацией по методу «наименьших квадратов». Предпочтительным комплектом программного обеспечения, предназначенным для проведения данной регрессии данных, является JMP Release 5.1.2 (компания SAS Institute Inc., JMP Software, САС-Кэмпус-Драйв, Кэри, Северная Каролина 27513).The regression constants are adjusted to minimize the sum of the squares of the deviations of the actual experimental data from the corresponding values in the model, and this method is usually called the least-squares approximation. The preferred software suite for this data regression is JMP Release 5.1.2 (SAS Institute Inc., JMP Software, CAC Campus Drive, Carey, North Carolina 27513).
В случае проведения для СТА, соответствующей настоящему изобретению, испытания по методу испытания на растворение во времени и аппроксимации в соответствии с описанной выше моделью растворения во времени предпочитается, чтобы СТА характеризовалась бы константой времени «С», превышающей приблизительно 0,5 обратной минуты, более предпочтительно превышающей приблизительно 0,6 обратной минуты, а наиболее предпочтительно превышающей 0,7 обратной минуты.In the case of conducting for the CTA in accordance with the present invention, the test according to the test method for dissolution in time and approximation in accordance with the above model of dissolution in time, it is preferable that the CTA would have a time constant "C" exceeding approximately 0.5 inverse minutes, more preferably greater than about 0.6 reverse minutes, and most preferably greater than 0.7 reverse minutes.
Фигуры 33А и 33В иллюстрируют обычную частицу СТА, полученную при использовании обычного способа высокотемпературного окисления в корпусном реакторе с непрерывным перемешиванием (CSTR). Фигура 33А демонстрирует обычную частицу СТА при 500-кратном увеличении, в то время как фигура 33В представляет собой изображение в увеличенном масштабе и демонстрирует частицу СТА при 2000-кратном увеличении. Визуальное сопоставление частиц СТА изобретения, проиллюстрированных на фигурах 32А и 32В, и обычной частицы СТА, проиллюстрированной на фигурах 33А и 33В, свидетельствует о том, что обычная частица СТА характеризуется повышенной плотностью, меньшей площадью удельной поверхности, меньшей пористостью и большим размером частиц в сопоставлении с частицами СТА изобретения. Собственно говоря, обычная СТА, представленная на фигурах 33А и 33В, характеризуется средним размером частиц, равным приблизительно 205 микронам, и площадью удельной поверхности согласно методу БЭТ, равной приблизительно 0,57 м2/г.Figures 33A and 33B illustrate a conventional CTA particle obtained using a conventional high temperature oxidation process in a continuous stirred tank reactor (CSTR). Figure 33A shows a conventional CTA particle at a 500x magnification, while Figure 33B is an enlarged image and shows a CTA particle at a 2000x magnification. A visual comparison of the CTA particles of the invention illustrated in Figures 32A and 32B and the conventional CTA particle illustrated in Figures 33A and 33B indicates that a conventional CTA particle is characterized by increased density, lower specific surface area, lower porosity and larger particle size in comparison with particles of the CTA of the invention. In fact, the conventional CTA shown in Figures 33A and 33B is characterized by an average particle size of approximately 205 microns and a specific surface area according to the BET method of approximately 0.57 m 2 / g.
Фигура 34 иллюстрирует обычно используемый способ получения очищенной терефталевой кислоты (РТА). В обычно используемом способе получения РТА пара-ксилол подвергают частичному окислению в высокотемпературном реакторе окисления с механическим перемешиванием 700. Суспензию, содержащую СТА, из реактора 700 отбирают, а после этого очищают в системе очистки 702. Продукт РТА системы очистки 702 вводят в систему разделения 706 для отделения и высушивания частиц РТА. Система очистки 702 составляет большую долю расходов, связанных с получением частиц РТА при использовании обычных способов. Система очистки 702 в общем случае включает систему добавления воды/обмена 708, систему растворения 710, систему гидрирования 712 и три отдельные кристаллизационные емкости 704а, b, c. В системе добавления воды/обмена 708 существенную часть маточного раствора вытесняют водой. После добавления воды суспензию вода/СТА вводят в систему растворения 710, где смесь вода/СТА нагревают до тех пор, пока частицы СТА в воде полностью не растворятся. После растворения СТА раствор СТА в воде подвергают гидрированию в системе гидрирования 712. После этого для отходящего потока продукта гидрирования из системы гидрирования 712 проводят три стадии кристаллизации в кристаллизационных емкостях 704а, b, c с последующим отделением РТА в системе разделения 706.Figure 34 illustrates a commonly used process for the preparation of purified terephthalic acid (PTA). In a commonly used process for producing PTA, para-xylene is partially oxidized in a high temperature mechanically stirred
Фигура 35 иллюстрирует улучшенный способ получения РТА, использующий барботажную реакторную колонну окисления 800, сконфигурированную в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Из реактора 800 отбирают первоначальную суспензию, содержащую твердые частицы СТА и жидкий маточный раствор. Обычно первоначальная суспензия может содержать твердые частицы СТА в количестве в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 50 массовых процентов, при этом баланс составляет жидкий маточный раствор. Твердые частицы СТА, присутствующие в первоначальной суспензии, обычно содержат, по меньшей мере, приблизительно 400 ч./млн (мас.) 4-карбоксибензальдегида (4-СВА), более часто, по меньшей мере, приблизительно 800 ч./млн (мас.) 4-СВА, а наиболее часто 4-СВА в количестве в диапазоне от 1000 до 15000 ч./млн (мас.). Первоначальную суспензию, отобранную из реактора 800, вводят в систему очистки 802 для уменьшения концентрации 4-СВА и других примесей, присутствующих в СТА. В системе очистки 802 получают более чистую/очищенную суспензию и ее подвергают разделению и высушиванию в системе разделения 804, тем самым, получая частицы более чистой твердой терефталевой кислоты, содержащие менее чем приблизительно 400 ч./млн (мас.) 4-СВА, более предпочтительно менее чем приблизительно 250 ч./млн (мас.) 4-СВА, а наиболее предпочтительно 4-СВА в количестве в диапазоне от 10 до 200 ч./млн (мас.).Figure 35 illustrates an improved method for producing PTA using a bubble
Система очистки 802 из системы получения РТА, проиллюстрированной на фигуре 35, обеспечивает достижение нескольких преимуществ в сопоставлении с системой очистки 802 из системы предшествующего уровня техники, проиллюстрированной на фигуре 34. Предпочтительно система очистки 802 в общем случае включает систему обмена раствора 806, утилизатор 808 и один кристаллизатор 810. В системе обмена раствора 806, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов маточного раствора, присутствующего в первоначальной суспензии, обменивают на свежий растворитель замены с получением, таким образом, суспензии после обмена растворителя, содержащей частицы СТА и растворитель замены. Суспензию после обмена растворителя, покидающую систему обмена раствора 806, вводят в утилизатор (или реактор вторичного окисления) 808. В утилизаторе 808 реакцию вторичного окисления проводят при несколько более высоких температурах в сопоставлении с теми, которые использовали во время реакции первоначального/первичного окисления, проводимой в барботажной реакторной колонне 800. Как обсуждалось выше, большая площадь удельной поверхности, небольшой размер частиц и малая плотность частиц СТА, полученных в реакторе 800, приводят к тому, что определенные примеси, захваченные в частицах СТА, становятся доступными для окисления в утилизаторе 808 без возникновения необходимости в проведении полного растворения частиц СТА в утилизаторе 808. Таким образом, температура в утилизаторе 808 может составлять величину, меньшую, чем во многих подобных способах предшествующего уровня техники. Вторичное окисление, проводимое в утилизаторе 808, предпочтительно приводит к уменьшению концентрации 4-СВА в СТА, по меньшей мере, на 200 ч./млн (мас.), более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 400 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно на величину в диапазоне от 600 до 6000 ч./млн (мас.). Предпочтительно температура вторичного окисления в утилизаторе 808, по меньшей мере, приблизительно на 10°С превышает температуру первичного окисления в барботажной реакторной колоне 800, более предпочтительно превышает температуру первичного окисления в реакторе 800 на величину в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 80°С, а наиболее предпочтительно превышает температуру первичного окисления в реакторе 800 на величину в диапазоне от 30 до 50°С. Температура вторичного окисления предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 160 до приблизительно 240°С, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 180 до приблизительно 220°С, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 190 до 210°С. Очищенный продукт из утилизатора 808 требует наличия только одной стадии кристаллизации в кристаллизаторе 810 перед проведением разделения в системе разделения 804. Подходящие методики вторичного окисления/утилизации обсуждаются более подробно в публикации патентной заявки США № 2005/0065373, описание которой во всей своей полноте недвусмысленно включается в настоящий документ для справки.The
Терефталевую кислоту (например, РТА), полученную при использовании системы, проиллюстрированной на фигуре 35, предпочтительно образуют частицы РТА, характеризующиеся средним размером частиц, равным, по меньшей мере, приблизительно 40 микронам, более предпочтительно находящимся в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 2000 микронов, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 60 до 200 микронов. Частицы РТА предпочтительно характеризуются средней площадью удельной поверхности согласно методу БЭТ, меньшей, чем приблизительно 0,25 м2/г, более предпочтительно находящейся в диапазоне от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,2 м2/г, а наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,01 до 0,18 м2/г. РТА, полученная при использовании системы, проиллюстрированной на фигуре 35, является подходящей для использования в качестве исходного сырья при получения ПЭТФ. Обычно ПЭТФ получают в результате проведения этерификации терефталевой кислоты этиленгликолем с последующей поликонденсацией. Предпочтительно терефталевую кислоту, полученную в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, используют в качестве исходного подаваемого материала в способе получения ПЭТФ в трубчатом реакторе, описанном в патентной заявке США с регистрационным номером 10/013318, поданной 7 декабря 2001 года, описание которой во всей своей полноте включается в настоящий документ для справки.Terephthalic acid (e.g., PTA) obtained using the system illustrated in Figure 35 is preferably formed by PTA particles having an average particle size of at least about 40 microns, more preferably in the range of from about 50 to about 2000 microns and most preferably in the range of 60 to 200 microns. The PTA particles are preferably characterized by an average specific surface area according to the BET method, less than about 0.25 m 2 / g, more preferably in the range from about 0.005 to about 0.2 m 2 / g, and most preferably in the range from 0, 01 to 0.18 m 2 / g. PTA obtained using the system illustrated in FIG. 35 is suitable for use as a feedstock in the production of PET. Typically, PET is obtained by esterification of terephthalic acid with ethylene glycol, followed by polycondensation. Preferably, terephthalic acid obtained in accordance with one embodiment of the present invention is used as a feed source in a method for producing PET in a tubular reactor described in US Patent
Частицы СТА, характеризующиеся предпочтительной морфологией, описанной в настоящем документе, являются в особенности подходящими для использования в описанном выше способе окислительной утилизации, предназначенном для уменьшения уровня содержания 4-СВА. В дополнение к этому, данные предпочтительные частицы СТА обеспечивают достижение преимуществ в широком ассортименте других способов последующей переработки, включающих растворение и/или химическую реакцию частиц. Данные дополнительные способы последующей переработки включают нижеследующее, но также и не ограничиваются только этим: реакцию, по меньшей мере, с одним гидроксилсодержащим соединением с получением производных сложных эфиров, в особенности, реакцию СТА с метанолом с получением диметилтерефталата и примесных сложных эфиров; реакцию, по меньшей мере, с одним диолом с получением мономерного сложного эфира и/или полимерных производных сложного эфира, в особенности, реакцию СТА с этиленгликолем с получением полиэтилентерефталата (ПЭТФ); и полное или частичное растворение в растворителях, включающих нижеследующее, но также и не ограничивающихся только этим: воду, уксусную кислоту и N-метил-2-пирролидон, что может включать дополнительную переработку, включающую нижеследующее, но также и не ограничивающуюся только этим: переосаждение более чистой терефталевой кислоты и/или селективное химическое восстановление карбонильных групп, отличных от групп карбоновой кислоты. В частности, включается по существу растворение СТА в растворителе, включающем воду, в сочетании с частичным гидрированием, которое приводит к уменьшению количества альдегидов, в особенности, 4-СВА, флуоренонов, фенонов и/или антрахинонов.CTA particles characterized by the preferred morphology described herein are particularly suitable for use in the oxidative utilization method described above designed to reduce the level of 4-CBA. In addition, these preferred CTA particles provide advantages in a wide range of other post-processing methods, including dissolving and / or chemical reaction of the particles. These additional post-processing methods include, but are not limited to, the reaction of at least one hydroxyl-containing compound to produce ester derivatives, in particular the reaction of CTA with methanol to produce dimethyl terephthalate and impurity esters; a reaction with at least one diol to produce a monomeric ester and / or polymer derivatives of an ester, in particular a reaction of CTA with ethylene glycol to produce polyethylene terephthalate (PET); and complete or partial dissolution in solvents, including but not limited to the following: water, acetic acid and N-methyl-2-pyrrolidone, which may include additional processing, including the following, but also not limited to this: reprecipitation more pure terephthalic acid and / or selective chemical reduction of carbonyl groups other than carboxylic acid groups. In particular, essentially dissolving the CTA in a solvent including water, in combination with partial hydrogenation, which reduces aldehydes, especially 4-CBA, fluorenones, phenons and / or anthraquinones, is included.
Изобретатели также предусматривают возможность получения частиц СТА, обладающих предпочтительными свойствами, описанными в настоящем документе, из частиц СТА, не соответствующих требованиям предпочтительных свойств, описанных в настоящем документе, (частиц СТА, не соответствующих требованиям) при использовании способов, включающих нижеследующее, но также и не ограничивающихся только этим: механическое измельчение частиц СТА, не соответствующих требованиям, и полное или неполное растворение частиц СТА, не соответствующих требованиям, с последующим полным или неполным переосаждением.The inventors also contemplate the possibility of producing CTA particles having the preferred properties described herein from CTA particles not meeting the requirements of the preferred properties described herein (CTA particles not meeting the requirements) using methods including the following, but also not limited to only this: mechanical grinding of CTA particles that do not meet the requirements, and complete or incomplete dissolution of CTA particles that do not meet the requirements , followed by complete or incomplete reprecipitation.
В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения предлагается способ частичного окисления окисляемого ароматического соединения до получения одного или нескольких типов ароматической карбоновой кислоты, где степень чистоты образуемой растворителем части исходного подаваемого материала (то есть «образуемого растворителем исходного подаваемого материала») и степень чистоты образуемой окисляемым соединением части исходного подаваемого материала (то есть «образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала») регулируют в определенных диапазонах, указанных далее. Совместно с другими вариантами реализации настоящего изобретения это делает возможным регулирование степени чистоты жидкой фазы и, в случае ее наличия, твердой фазы и объединенной фазы суспензии (то есть твердой фазы плюс жидкой фазы) реакционной среды в определенных предпочтительных диапазонах, обозначенных далее.In accordance with one embodiment of the present invention, there is provided a method for partial oxidation of an oxidizable aromatic compound to produce one or more types of aromatic carboxylic acid, wherein the degree of purity of the solvent-formed portion of the feed material (i.e., “the solvent-formed feed material”) and the purity of the oxidizable by combining a portion of the feed feed (i.e., “formed by the oxidizable feed feed compound material ”) are regulated in certain ranges indicated below. Together with other embodiments of the present invention, this makes it possible to control the degree of purity of the liquid phase and, if available, the solid phase and the combined phase of the suspension (i.e., solid phase plus liquid phase) of the reaction medium in certain preferred ranges indicated below.
Что касается образуемого растворителем исходного подаваемого материала, то известно окисление окисляемого ароматического соединения (соединений) до получения ароматической карбоновой кислоты, где образуемый растворителем исходный подаваемый материал, вводимый в реакционную среду, представляет собой смесь уксусной кислоты и воды со степенями чистоты «чистый для анализа», и его зачастую используют в лабораторном масштабе и полупромышленном масштабе. Подобным же образом известно проведение окисления окисляемого ароматического соединения до получения ароматической карбоновой кислоты, где растворитель, покидающий реакционную среду, отделяют от полученной ароматической карбоновой кислоты, а после этого отправляют на рецикл обратно в реакционную среду в качестве растворителя в исходном подаваемом материале главным образом по причинам, связанным с производственной себестоимостью. Данное отправление растворителя на рецикл с течением времени приводит к накоплению в отправляемом на рецикл растворителе определенных примесей из исходного подаваемого материала и побочных продуктов технологического процесса. На современном уровне техники известны различные способы содействия очистке отправляемого на рецикл растворителя перед повторным введением в реакционную среду. В общем случае повышенная степень очистки отправляемого на рецикл растворителя приводит к получению значительно более высокой производственной себестоимости в сопоставлении с тем, чего достигают при пониженной степени очистки при использовании подобных способов. Один вариант реализации настоящего изобретения относится к осознанию и определению предпочтительных диапазонов для большого количества примесей в образуемом растворителем исходном подаваемом материале, многие из которых до настоящего времени воспринимались как в основном безвредные, для того, чтобы отыскать оптимальный баланс между общей производственной себестоимостью и общей степенью чистоты продукта.As for the solvent feed source, it is known to oxidize an oxidizable aromatic compound (s) to produce an aromatic carboxylic acid, where the solvent feed source introduced into the reaction medium is a mixture of acetic acid and water with a purity of “pure for analysis” , and it is often used on a laboratory scale and semi-industrial scale. Similarly, it is known to carry out the oxidation of an oxidizable aromatic compound to produce an aromatic carboxylic acid, where the solvent leaving the reaction medium is separated from the obtained aromatic carboxylic acid and then recycled back to the reaction medium as a solvent in the feed material, mainly for reasons related to production costs. This dispatch of the solvent for recycling over time leads to the accumulation in the solvent sent for recycling of certain impurities from the feed material and by-products of the process. Various methods are known in the art for facilitating the purification of a solvent to be recycled before being introduced back into the reaction medium. In general, an increased degree of purification of the solvent sent for recycling results in a significantly higher production cost in comparison with what is achieved with a reduced degree of purification using similar methods. One embodiment of the present invention relates to the recognition and determination of preferred ranges for a large amount of impurities in a solvent-formed feed feed, many of which have so far been perceived to be substantially harmless, in order to find the optimal balance between total production costs and overall purity product.
«Отправляемый на рецикл образуемый растворителем исходный подаваемый материал» определяют в настоящем документе как образуемый растворителем исходный подаваемый материал, включающий, по меньшей мере, приблизительно 5 массовых процентов массы, которую ранее перепускали через реакционную среду, содержащую одно или несколько окисляемых ароматических соединений, претерпевающих частичное окисление. По причинам, связанным с коэффициентом заполнения растворителем и продолжительностью рабочего цикла для производственной установки, предпочитается, чтобы части отправляемого на рецикл растворителя перепускали бы через реакционную среду, по меньшей мере, один раз в день функционирования, более предпочтительно, по меньшей мере, один раз в день в течение, по меньшей мере, семи последовательных дней функционирования, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, один раз в день в течение, по меньшей мере, 30 последовательных дней функционирования. По экономическим причинам предпочитается, чтобы растворитель, отправляемый на рецикл, представлял бы собой, по меньшей мере, приблизительно 20 массовых процентов от образуемого растворителем исходного подаваемого материала, направляемого в реакционную среду настоящего изобретения, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 40 массовых процентов, еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80 массовых процентов, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 массовых процентов."Solvent-formed feed feed material recycled" is defined herein as a solvent-formed feed feed material comprising at least about 5 weight percent of the mass that was previously passed through a reaction medium containing one or more oxidizable aromatic compounds that undergo partial oxidation. For reasons related to the solvent fill factor and the cycle time for the production plant, it is preferred that portions of the solvent sent for recycling be passed through the reaction medium at least once a day of operation, more preferably at least once per a day for at least seven consecutive days of functioning, and most preferably at least once a day for at least 30 consecutive days of functioning Nia. For economic reasons, it is preferred that the solvent sent for recycling be at least about 20 weight percent of the solvent-formed feed feed to the reaction medium of the present invention, more preferably at least about 40 weight percent, even more preferably at least about 80 weight percent, and most preferably at least 90 weight percent.
Изобретатели обнаружили то, что по причинам, связанным с активностью в реакции, и для учета наличия металлсодержащих примесей, остающихся в продукте окисления, концентрации избранных многовалентных металлов в отправляемом на рецикл образуемом растворителем исходном подаваемом материале предпочтительно находятся в диапазонах, приведенных непосредственно далее. Концентрация железа в отправляемом на рецикл растворителе предпочтительно составляет величину, меньшую приблизительно 150 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 40 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 0 до 8 ч./млн (мас.). Концентрация никеля в отправляемом на рецикл растворителе предпочтительно составляет величину, меньшую приблизительно 150 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 40 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 0 до 8 ч./млн (мас.). Концентрация хрома в отправляемом на рецикл растворителе предпочтительно составляет величину, меньшую приблизительно 150 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 40 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 0 до 8 ч./млн (мас.). Концентрация молибдена в отправляемом на рецикл растворителе предпочтительно составляет величину, меньшую приблизительно 75 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 20 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 0 до 4 ч./млн (мас.). Концентрация титана в отправляемом на рецикл растворителе предпочтительно составляет величину, меньшую приблизительно 75 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 20 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 0 до 4 ч./млн (мас.). Концентрация меди в отправляемом на рецикл растворителе предпочтительно составляет величину, меньшую приблизительно 20 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую приблизительно 4 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно находящуюся в диапазоне от 0 до 1 ч./млн (мас.). В отправляемом на рецикл растворителе обычно также присутствуют и другие металлсодержащие примеси в общем случае при варьировании содержания на еще более низких уровнях в виде доли от содержания одного или нескольких из перечисленных ранее металлов. Регулирование содержания перечисленных выше металлов при выдерживании в предпочтительных диапазонах будет обеспечивать выдерживание содержания других металлсодержащих примесей на подходящих уровнях.The inventors have found that, for reasons related to the activity in the reaction, and to account for the presence of metal-containing impurities remaining in the oxidation product, the concentrations of selected multivalent metals in the solvent-fed starting feed material recycled are preferably in the ranges immediately below. The concentration of iron in the solvent to be recycled is preferably less than about 150 ppm (wt.), More preferably less than about 40 ppm (wt.), And most preferably in the range of 0 to 8 ppm. million (wt.). The concentration of nickel in the recycled solvent is preferably less than about 150 ppm (wt.), More preferably less than about 40 ppm (wt.), And most preferably in the range of 0 to 8 ppm. million (wt.). The concentration of chromium in the solvent to be recycled is preferably less than about 150 ppm (wt.), More preferably less than about 40 ppm (wt.), And most preferably in the range of 0 to 8 ppm. million (wt.). The concentration of molybdenum in the recycled solvent is preferably less than about 75 ppm (wt.), More preferably less than about 20 ppm (wt.), And most preferably in the range of 0 to 4 ppm. million (wt.). The concentration of titanium in the solvent to be recycled is preferably less than about 75 ppm (wt.), More preferably less than about 20 ppm (wt.), And most preferably in the range of 0 to 4 ppm. million (wt.). The concentration of copper in the solvent to be recycled is preferably less than about 20 ppm (wt.), More preferably less than about 4 ppm (wt.), And most preferably in the range of 0 to 1 ppm. million (wt.). Other metal-containing impurities are usually also present in the solvent to be recycled, generally varying the content at even lower levels as a fraction of the content of one or more of the metals listed above. Regulation of the content of the above metals when kept in the preferred ranges will ensure that the content of other metal-containing impurities is maintained at suitable levels.
Данные металлы могут выявляться в качестве примесей в любом из поступающих в технологический процесс исходных подаваемых потоков (например, в поступающих окисляемом соединении, растворителе, окислителе и соединениях катализатора). В альтернативном варианте металлы могут образовываться в качестве продуктов коррозии в любой из технологических установок, находящихся в контакте с реакционной средой и/или находящихся в контакте с отправляемым на рецикл растворителем. Способы регулирования содержания металлов при выдерживании в описанных диапазонах концентрации включают обеспечение достижения надлежащих технических характеристик и отслеживания степени чистоты для различных исходных подаваемых материалов и надлежащее использование конструкционных материалов, включающих нижеследующее, но не ограничивающихся только этим: многие коммерческие марки титана и нержавеющих сталей, включающие те марки, которые известны под наименованием двухфазных нержавеющих сталей и высокомолибденистых нержавеющих сталей.These metals can be detected as impurities in any of the initial feed streams entering the process (for example, in the incoming oxidizable compound, solvent, oxidizing agent and catalyst compounds). Alternatively, metals may form as corrosion products in any of the process units in contact with the reaction medium and / or in contact with the solvent to be recycled. Methods for controlling the metal content during aging in the concentration ranges described include ensuring that proper technical specifications and traceability are achieved for the various feed materials and proper use of structural materials, including but not limited to the following: many commercial grades of titanium and stainless steels, including those grades that are known as biphasic stainless steels and high molybdenum stainless steels steels.
Изобретатели также выявили предпочтительные диапазоны для избранных ароматических соединений в отправляемом на рецикл растворителе. Данные соединения включают как осажденные, так и растворенные ароматические соединения в отправляемом на рецикл растворителе.The inventors have also identified preferred ranges for selected aromatic compounds in a recycled solvent. These compounds include both precipitated and dissolved aromatic compounds in a recycled solvent.
Как это ни удивительно, но каждый осажденный продукт (например, ТРА), получаемый в результате частичного окисления пара-ксилола, является загрязнителем, в отношении которого необходимо принимать меры в случае растворителя, отправляемого на рецикл. Поскольку, как это ни удивительно, для уровней содержания твердой фазы в реакционной среде существуют предпочтительные диапазоны, любой осажденной продукт в образуемом растворителем исходном подаваемом материале непосредственно уменьшает количество окисляемого соединения, которое можно будет подавать вместе с ним. Кроме того, как было обнаружено, подача осажденной твердой фазы, образуемой ТРА, в отправляемом на рецикл растворителе при повышенных уровнях содержания оказывает неблагоприятное влияние на характер частиц, образуемых в среде осадительного окисления, что приводит к приданию нежелательного характера операциям на последующих стадиях технологической схемы (например, фильтрации продукта, промывания растворителя, окислительной утилизации для сырого неочищенного продукта, растворения сырого неочищенного продукта для последующей переработки и тому подобного). Еще одна нежелательная характеристика осажденной твердой фазы в отправляемом на рецикл образуемом растворителем исходном подаваемом материале заключается в том, что она зачастую отличается очень высокими уровнями содержания осажденных примесей в сопоставлении с концентрациями примесей в объеме твердой фазы в суспензиях ТРА, из которых получают большое количество отправляемого на рецикл растворителя. Возможно повышенные уровни содержания примесей, наблюдаемые в твердой фазе, суспендированной в отправляемом на рецикл фильтрате, могут относиться к временам зародышеобразования, подходящим для осаждения определенных примесей из отправляемого на рецикл растворителя, и/или к охлаждению отправляемого на рецикл растворителя, либо намеренного, либо обусловленного потерями в окружающую среду. Например, концентрации высокоокрашенного и нежелательного 2,6-дикарбоксифлуоренона наблюдались при намного более высоких уровнях содержания в твердой фазе, присутствующей в отправляемом на рецикл растворителе при 80°С, в сопоставлении с тем, что наблюдали в твердой фазе ТРА, отделенной от отправляемого на рецикл растворителя при 160°С. Подобным же образом, концентрации изофталевой кислоты наблюдались на намного более высоких уровнях в твердой фазе, присутствующей в отправляемом на рецикл растворителе, в сопоставлении с уровнями, наблюдаемыми в твердой фазе ТРА из реакционной среды. То, как в точности будут себя вести конкретные осажденные примеси, захваченные в отправляемом на рецикл растворителе, при повторном введении в реакционную среду, по-видимому, представляет собой варьирующимся свойством. Это зависит может быть от относительной растворимости примеси в жидкой фазе реакционной среды, может быть от того, как осажденная примесь образует слои в осажденной твердой фазе, а может быть от локальной скорости осаждения ТРА там, где твердая фаза будет впервые повторно введена в реакционную среду. Таким образом, изобретатели обнаружили то, что регулирование уровня содержания определенных примесей в отправляемом на рецикл растворителе так, как это описывается далее, является полезным вне зависимости от того, будут ли данные примеси присутствовать в отправляемом на рецикл растворителе в растворенной форме, или они будут захватываться в нем в частицах.Surprisingly, each precipitated product (e.g. TPA) resulting from the partial oxidation of para-xylene is a pollutant that must be addressed in the case of a solvent sent for recycling. Since, surprisingly, there are preferred ranges for solids levels in the reaction medium, any precipitated product in the solvent-formed feed feed directly reduces the amount of oxidizable compound that can be fed with it. In addition, it was found that the supply of the precipitated solid phase formed by TPA in the solvent sent for recycling at elevated levels has an adverse effect on the nature of the particles formed in the precipitation oxidation medium, which leads to the undesirable nature of operations in the subsequent stages of the technological scheme ( for example, filtering the product, washing the solvent, oxidative disposal for the crude crude product, dissolving the crude crude product for subsequent processing weave, and the like). Another undesirable characteristic of the precipitated solid phase in the solvent feed source fed to recycling is that it often has very high levels of precipitated impurities in comparison with the concentrations of impurities in the volume of the solid phase in TPA suspensions, from which a large amount is sent to solvent recycling. The possibly increased levels of impurities observed in the solid phase suspended in the recycle filtrate may relate to nucleation times suitable for precipitation of certain impurities from the recycle solvent, and / or to the cooling of the recycle solvent, either intentional or conditional environmental losses. For example, concentrations of highly colored and undesired 2,6-dicarboxyfluorenone were observed at much higher levels in the solid phase present in the recycled solvent at 80 ° C. compared to what was observed in the TPA solid phase separated from the recycled solvent at 160 ° C. Similarly, isophthalic acid concentrations were observed at much higher levels in the solid phase present in the recycled solvent, compared to levels observed in the TPA solid phase from the reaction medium. The exact behavior of the particular precipitated impurities captured in the recycled solvent when re-introduced into the reaction medium appears to be a varying property. This may depend on the relative solubility of the impurity in the liquid phase of the reaction medium, it may be on how the precipitated impurity forms layers in the precipitated solid phase, or it may be on the local TPA deposition rate where the solid phase will be reintroduced into the reaction medium for the first time. Thus, the inventors have found that controlling the level of certain impurities in the recycled solvent as described below is useful regardless of whether these impurities are present in the recycled solvent in dissolved form or are captured in it in particles.
Количество осажденной твердой фазы, присутствующей в отправляемом на рецикл фильтрате, определяют при использовании гравиметрического метода следующим образом. Из растворителя, подаваемого в реакционную среду, отбирают представительный образец в то время, как растворитель перепускают в канал в направлении реакционной среды. Подходящий размер образца составляет приблизительно 100 граммов, помещенных в стеклянный контейнер, вмещающий приблизительно 250 миллилитров внутреннего объема. Перед выпуском в условия действия атмосферного давления, но при одновременном непрерывном перепускании в направлении контейнера для образца отправляемый на рецикл фильтрат охлаждают до менее чем 100°С; данное охлаждение производят для того, чтобы ограничить испарение растворителя в течение короткого промежутка времени перед герметичным закрытием в стеклянном контейнере. После помещения образца в условия действия атмосферного давления стеклянный контейнер незамедлительно герметично закрывают. После этого образцу дают возможность охлаждаться до приблизительно 20°С в окружении воздуха с температурой, равной приблизительно 20°С, и в отсутствие принудительной конвекции. После достижения приблизительно 20°С образец выдерживают в данном состоянии в течение, по меньшей мере, приблизительно 2 часов. После этого герметично закрытый контейнер интенсивно встряхивают до тех пор, пока не получают визуально однородное распределение твердой фазы. Непосредственно после этого в контейнер для образца помещают магнитную мешалку и обеспечивают ее вращение при скорости, достаточной для эффективного выдерживания однородного распределения твердой фазы. Отбирают пипеткой и взвешивают аликвоту в количестве 10 миллилитров смешанной жидкости, содержащей суспендированную твердую фазу. После этого объем жидкой фазы из данной аликвоты отделяют в результате проведения перегонки под вакуумом все еще при приблизительно 20°С и при эффективности, позволяющей избежать потерь твердой фазы. Влажную твердую фазу, отфильтрованную из данной аликвоты, после этого высушивают при эффективности, позволяющей избежать сублимации твердой фазы, а данную высушенную твердую фазу взвешивают. Соотношение между массой высушенной твердой фазы и массой первоначальной аликвоты суспензии представляет собой долю твердой фазы, обычно выражаемую в виде процентного содержания и называемую в настоящем документе уровнем содержания осажденной твердой фазы в фильтрате, отправляемом на рецикл, при 20°С.The amount of precipitated solid phase present in the filtrate sent for recycling is determined using the gravimetric method as follows. A representative sample is taken from the solvent supplied to the reaction medium while the solvent is passed into the channel in the direction of the reaction medium. A suitable sample size is approximately 100 grams placed in a glass container containing approximately 250 milliliters of internal volume. Before release under atmospheric pressure, but with continuous bypassing in the direction of the sample container, the filtrate sent for recycling is cooled to less than 100 ° C; this cooling is carried out in order to limit the evaporation of the solvent for a short period of time before hermetic closure in a glass container. After placing the sample under atmospheric pressure, the glass container is immediately sealed. After that, the sample is allowed to cool to approximately 20 ° C. surrounded by air with a temperature of approximately 20 ° C. and in the absence of forced convection. After reaching approximately 20 ° C. The sample is kept in this state for at least about 2 hours. After that, the hermetically sealed container is shaken vigorously until a visually uniform distribution of the solid phase is obtained. Immediately after this, a magnetic stirrer is placed in the sample container and rotated at a speed sufficient to effectively withstand the uniform distribution of the solid phase. Take a pipette and weigh an aliquot in an amount of 10 milliliters of a mixed liquid containing a suspended solid phase. After that, the volume of the liquid phase from this aliquot is separated by distillation under vacuum, still at approximately 20 ° C and at an efficiency that avoids loss of solid phase. The wet solid phase filtered from this aliquot is then dried at an efficiency that avoids sublimation of the solid phase, and this dried solid phase is weighed. The ratio between the mass of the dried solid phase and the mass of the initial aliquot of the suspension is the fraction of the solid phase, usually expressed as a percentage, referred to herein as the level of precipitated solid phase in the filtrate sent for recycling at 20 ° C.
Изобретатели обнаружили то, что ароматические соединения, растворенные в жидкой фазе реакционной среды и включающие ароматические карбоновые кислоты, не имеющие неароматических гидрокарбильных групп (например, изофталевую кислоту, бензойную кислоту, фталевую кислоту, 2,5,4'-трикарбоксибифенил), как это ни удивительно, являются вредными компонентами. Несмотря на то, что данные соединения обладают в значительной мере пониженной химической активностью в рассматриваемой реакционной среде в сопоставлении с окисляемыми соединениями, имеющими неароматические гидрокарбильные группы, изобретатели обнаружили то, что данные соединения, тем не менее, принимают участие во множестве неблагоприятных реакций. Таким образом, выгодно регулировать уровень содержания данных соединений в жидкой фазе реакционной среды при выдерживании в предпочтительных диапазонах. Это приводит к определению предпочтительных диапазонов избранных соединений в отправляемом на рецикл образуемом растворителем исходном подаваемом материале, а также предпочтительных диапазонов избранных предшественников в образуемом окисляемым ароматическим соединением исходном подаваемом материале.The inventors have found that aromatic compounds dissolved in the liquid phase of the reaction medium and including aromatic carboxylic acids that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups (e.g., isophthalic acid, benzoic acid, phthalic acid, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl), however surprisingly, are harmful components. Despite the fact that these compounds have a significantly reduced chemical activity in the considered reaction medium in comparison with oxidizable compounds having non-aromatic hydrocarbyl groups, the inventors found that these compounds, however, are involved in many adverse reactions. Thus, it is advantageous to control the level of these compounds in the liquid phase of the reaction medium while maintaining in the preferred ranges. This leads to the determination of the preferred ranges of the selected compounds in the recycled solvent-formed feed source, as well as the preferred ranges of the selected precursors in the oxidized aromatic compound-formed feed source.
Например, в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения терефталевой кислоты (ТРА) изобретатели обнаружили то, что высокоокрашенный и нежелательный примесный 2,7-дикарбоксифлуоренон (2,7-DCF) практически не обнаруживается в реакционной среде и отобранном продукте в случае присутствия мета-замещенных ароматических соединений в реакционной среде при очень низких уровнях содержания. Изобретатели обнаружили то, что в случае присутствия в образуемом растворителем исходном подаваемом материале примесной изофталевой кислоты при все более возрастающих уровнях содержания эффективность образования 2,7-DCF увеличивается почти что прямо пропорционально. Изобретатели также обнаружили то, что в случае присутствия в исходном подаваемом материале, образуемом пара-ксилолом, примесного мета-ксилола эффективность образования 2,7-DCF опять-таки увеличивается почти что в прямой пропорции. Кроме того, даже в случае отсутствия в образуемом растворителем исходном подаваемом материале и образуемом окисляемым соединением исходном подаваемом материале мета-замещенных ароматических соединений изобретатели обнаружили то, что во время обычного частичного окисления очень чистого пара-ксилола образуется определенное количество изофталевой кислоты, в особенности тогда, когда в жидкой фазе реакционной среды присутствует бензойная кислота. Данная самообразующаяся изофталевая кислота благодаря своей более высокой растворимости, в сопоставлении с ТРА, в растворителе, содержащем уксусную кислоту и воду, с течением времени может накапливаться в коммерческих установках, использующих отправляемый на рецикл растворитель. Таким образом, все характеристики, выбираемые из количества изофталевой кислоты в образуемом растворителем исходном подаваемом материале, количества мета-ксилола в образуемом окисляемым ароматическим соединением исходном подаваемом материале и скорости самообразования изофталевой кислоты в реакционной среде, в надлежащем случае рассматриваются в равновесии друг с другом и в равновесии с любыми реакциями, которые обеспечивают расходование изофталевой кислоты. Как было обнаружено, в дополнение к образованию 2,7-DCF изофталевая кислота претерпевает и другие расходующие ее реакции, как это описывается далее. В дополнение к этому, изобретатели обнаружили то, что существуют и другие вопросы, требующие внимания в случае задания подходящих диапазонов для мета-замещенных ароматических соединений при неполном окислении пара-ксилола до получения ТРА. Другие высокоокрашенные и нежелательные примеси, такие как 2,6-дикарбоксифлуоренон (2,6-DCF), по-видимому, очень тесно связаны с растворенными пара-замещенными ароматическими соединениями, которые всегда присутствуют в образуемом пара-ксилолом исходном подаваемом материале, направляемом на жидкофазное окисление. Таким образом, подавление образования 2,7-DCF лучше всего рассматривать в перспективе связи с уровнем содержания других образующихся окрашенных примесей.For example, in the case of liquid-phase partial oxidation of para-xylene to obtain terephthalic acid (TPA), the inventors found that highly colored and
Например, в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА изобретатели обнаружили то, что по мере увеличения уровней содержания изофталевой кислоты и фталевой кислоты в реакционной среде возрастает эффективность образования тримеллитовой кислоты. Тримеллитовая кислота представляет собой трехфункциональную карбоновую кислоту, присутствие которой приводит к разветвлению полимерных цепей во время получения ПЭТФ из ТРА. Во многих сферах применения ПЭТФ уровни разветвления необходимо регулировать при выдерживании низких уровней, и, таким образом, регулирование в отношении тримеллитовой кислоты должно обеспечить выдерживание низких уровней ее содержания в очищенной ТРА. Присутствие мета-замещенных и орто-замещенных соединений в реакционной среде помимо приведения к образованию тримеллитовой кислоты также становится причиной образования и других трикарбоновых кислот (например, 1,3,5-трикарбоксибензола). Кроме того, увеличение присутствия в реакционной среде трикарбоновых кислот приводит к увеличению эффективности образования тетракарбоновых кислот (например, 1,2,4,5-тетракарбоксибензола). Одним фактором при задании предпочтительных уровней содержания мета-замещенных и орто-замещенных соединений в отправляемом на рецикл образуемом растворителем исходном подаваемом материале, в образуемом окисляемым соединением исходном подаваемом материале и в реакционной среде, соответствующей настоящему изобретению, является регулирование эффективности совокупного образования всех ароматических карбоновых кислот, имеющих более чем две группы карбоновой кислоты.For example, in the case of a liquid-phase partial oxidation of para-xylene to obtain TPA, the inventors have found that as the levels of isophthalic acid and phthalic acid in the reaction medium increase, the efficiency of the formation of trimellitic acid increases. Trimellitic acid is a trifunctional carboxylic acid, the presence of which leads to branching of the polymer chains during the production of PET from TPA. In many applications of PET, branching levels must be controlled while maintaining low levels, and thus, regulation with respect to trimellitic acid should ensure that low levels of its content in purified TPA are maintained. The presence of meta-substituted and ortho-substituted compounds in the reaction medium, in addition to leading to the formation of trimellitic acid, also causes the formation of other tricarboxylic acids (for example, 1,3,5-tricarboxybenzene). In addition, an increase in the presence of tricarboxylic acids in the reaction medium leads to an increase in the efficiency of formation of tetracarboxylic acids (for example, 1,2,4,5-tetracarboxybenzene). One factor in setting the preferred levels of meta-substituted and ortho-substituted compounds in the starting feed material recycled by the solvent-formed feed material, in the feed feed formed by the oxidizable compound, and in the reaction medium of the present invention is to control the efficiency of the total formation of all aromatic carboxylic acids having more than two carboxylic acid groups.
Например, в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА изобретатели обнаружили то, что повышенные уровни содержания в жидкой фазе реакционной среды нескольких растворенных ароматических карбоновых кислот, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп, непосредственно приводят к повышенной эффективности образования монооксида углерода и диоксида углерода. Данная повышенная эффективность образования оксидов углерода представляет собой потерю выхода, как в отношении окислителя, так и в отношении окисляемого соединения, последнее - в связи с тем, что многие из попутно получаемых ароматических карбоновых кислот, с одной стороны, можно рассматривать в качестве примесей, с другой стороны, они также имеют коммерческую ценность. Таким образом, надлежащее удаление относительно растворимых карбоновых кислот, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп, из отправляемого на рецикл растворителя имеет экономическое значение при предотвращении потерь выхода в отношении как окисляемого ароматического соединения, так и окислителя, в дополнение к подавлению образования в высшей степени нежелательных примесей, таких как различные флуореноны и тримеллитовая кислота.For example, in the case of a liquid-phase partial oxidation of para-xylene to obtain TPA, the inventors found that increased levels of several dissolved aromatic carboxylic acids in the liquid phase of the reaction medium that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups directly lead to increased formation efficiency of carbon monoxide and carbon dioxide. This increased efficiency of the formation of carbon oxides represents a loss of yield, both in relation to the oxidizing agent and in relation to the oxidizable compound, the latter - due to the fact that many of the simultaneously obtained aromatic carboxylic acids, on the one hand, can be considered as impurities on the other hand, they also have commercial value. Thus, the proper removal of relatively soluble carboxylic acids having no non-aromatic hydrocarbyl groups from the recycled solvent is of economic importance in preventing loss of yield with respect to both the oxidizable aromatic compound and the oxidizing agent, in addition to suppressing the formation of highly undesirable impurities, such as various fluorenones and trimellitic acid.
Например, в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА изобретатели обнаружили то, что образование 2,5,4'-трикарбоксибифенила, по-видимому, является неизбежным. 2,5,4'-трикарбоксибифенил представляет собой ароматическую трикарбоновую кислоту, образованную в результате сопряжения двух ароматических колец, может быть, в результате сопряжения растворенных пара-замещенных ароматических соединений с арильным радикалом, может быть, с арильным радикалом, образованным в результате декарбоксилирования или декарбонилирования пара-замещенных ароматических соединений. К счастью, образование 2,5,4'-трикарбоксибифенила обычно происходит до меньших уровней содержания в сопоставлении с тримеллитовой кислотой, и это обычно не становится причиной значительного увеличения трудностей в связи с разветвлением молекул полимера во время получения ПЭТФ. Однако изобретатели обнаружили то, что повышенные уровни содержания 2,5,4'-трикарбоксибифенила в реакционной среде, включающей окисление алкилароматики в соответствии с предпочтительными вариантами реализации настоящего изобретения, приводят к повышению уровней содержания высокоокрашенного и нежелательного 2,6-DCF. Повышенные уровни содержания 2,6-DCF возможно формируются при участии 2,5,4'-трикарбоксибифенила в результате замыкания цикла с потерей молекулы воды, хотя точный механизм реакции достоверно неизвестен. Если 2,5,4'-трикарбоксибифенил, который в большей мере растворим в растворителе, содержащем уксусную кислоту и воду, в сопоставлении с ТРА, получит возможность накапливаться в отправляемом на рецикл растворителе до чрезмерно высоких уровней содержания, то тогда степени превращения в 2,6-DCF могут становиться неприемлемо большими.For example, in the case of a liquid-phase partial oxidation of para-xylene prior to TPA, the inventors have found that the formation of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl is apparently inevitable. 2,5,4'-tricarboxybiphenyl is an aromatic tricarboxylic acid formed by conjugation of two aromatic rings, possibly as a result of conjugation of dissolved para-substituted aromatic compounds with an aryl radical, maybe with an aryl radical formed by decarboxylation or decarbonylation of para-substituted aromatic compounds. Fortunately, the formation of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl usually occurs at lower levels compared to trimellitic acid, and this usually does not cause a significant increase in difficulties due to branching of the polymer molecules during the production of PET. However, the inventors have found that elevated levels of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl in a reaction medium including oxidation of alkyl aromatics in accordance with preferred embodiments of the present invention result in increased levels of highly colored and undesired 2,6-DCF. Elevated levels of 2,6-DCF are possibly formed with the participation of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl as a result of cycle closure with the loss of a water molecule, although the exact reaction mechanism is not known reliably. If 2,5,4'-tricarboxybiphenyl, which is more soluble in a solvent containing acetic acid and water, in comparison with TPA, will be able to accumulate in the recycled solvent to excessively high levels, then the degree of conversion is 2, 6-DCFs can become unacceptably large.
Например, в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА изобретатели обнаружили то, что ароматические карбоновые кислоты, не имеющие неароматических гидрокарбильных групп (например, изофталевая кислота) в общем случае приводят к мягкому подавлению химической активности реакционной среды в случае присутствия в жидкой фазе при достаточной концентрации.For example, in the case of a liquid-phase partial oxidation of para-xylene prior to TPA, the inventors found that aromatic carboxylic acids having no non-aromatic hydrocarbyl groups (for example, isophthalic acid) generally lead to a mild suppression of the chemical activity of the reaction medium if present in the liquid phase in sufficient concentration.
Например, в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА изобретатели обнаружили то, что осаждение очень часто является неидеальным (то есть неравновесным) в том, что касается относительных концентраций различных химических соединений в твердой фазе и в жидкой фазе. Может быть это обуславливается тем, что скорость осаждения очень велика при скоростях реакции за один проход в единицу времени, предпочтительных в настоящем документе, что приводит к неидеальному соосаждению примесей или даже к окклюдированию. Таким образом, в случае желательности ограничения концентрации определенных примесей (например, тримеллитовой кислоты и 2,6-DCF) в сырой неочищенной ТРА в связи с конфигурацией операций на последующих стадиях технологической схемы предпочитается регулировать их концентрацию в образуемом растворителем исходном подаваемом материале, а также скорость их образования в реакционной среде.For example, in the case of a liquid-phase partial oxidation of para-xylene prior to TPA production, the inventors found that precipitation very often is imperfect (i.e., nonequilibrium) with respect to the relative concentrations of various chemical compounds in the solid phase and in the liquid phase. Maybe this is due to the fact that the deposition rate is very high at reaction rates in one pass per unit time, preferred in this document, which leads to imperfect coprecipitation of impurities or even to occultation. Thus, if it is desirable to limit the concentration of certain impurities (for example, trimellitic acid and 2,6-DCF) in crude crude TPA, in connection with the configuration of operations at the subsequent stages of the technological scheme, it is preferable to control their concentration in the solvent feed source and the rate their formation in the reaction medium.
Например, изобретатели обнаружили то, что бензофеноновые соединения (например, 4,4'-дикарбоксибензофенон и 2,5,4'-трикарбоксибензофенон), полученные во время частичного окисления пара-ксилола, проявляют нежелательное действие в реакционной среде получения ПЭТФ, даже несмотря на то, что бензофеноновые соединения сами по себе не являются настолько высокоокрашенными в ТРА, насколько такими являются флуореноны и антрахиноны. В соответствии с этим, желательно ограничить присутствие бензофенонов и избранных предшественников в отправляемом на рецикл растворителе и в образуемом окисляемым соединением исходном подаваемом материале. Кроме того, изобретатели обнаружили то, что наличие повышенных уровней содержания бензойной кислоты вне зависимости от того, будет ли она введена в отправляемый на рецикл растворитель или образована в реакционной среде, приводит к повышенным скоростям получения 4,4'-дикарбоксибензофенона.For example, the inventors have found that benzophenone compounds (e.g., 4,4'-dicarboxybenzophenone and 2,5,4'-tricarboxybenzophenone) obtained during the partial oxidation of para-xylene exhibit an undesirable effect in the reaction medium for producing PET, even though that benzophenone compounds alone are not as highly colored in TPA as fluorenones and anthraquinones are. Accordingly, it is desirable to limit the presence of benzophenones and selected precursors in the recycled solvent and in the feed material formed by the oxidizable compound. In addition, the inventors found that the presence of elevated levels of benzoic acid, regardless of whether it is introduced into the recycled solvent or formed in the reaction medium, leads to increased production rates of 4,4'-dicarboxybenzophenone.
Говоря в целом, изобретатели обнаружили и в достаточной степени количественно охарактеризовали удивительный массив реакций для ароматических соединений, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп, которые имеют место в случае жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА. Резюмируя просто результаты для индивидуального случая, связанного с бензойной кислотой, изобретатели обнаружили то, что повышенные уровни содержания бензойной кислоты в реакционной среде определенных вариантов реализации настоящего изобретения приводят к значительному увеличению эффективности образования высокоокрашенной и нежелательной 9-флуоренон-2-карбоновой кислоты, к получению значительно повышенных уровней содержания 4,4'-дикарбоксибифенила, к получению повышенных уровней содержания 4,4'-дикарбоксибензофенона, к мягкому подавлению химической активности при целевом окислении пара-ксилола и к получению повышенных уровней содержания оксидов углерода и сопутствующим потерям выхода. Изобретатели обнаружили то, что повышенные уровни содержания бензойной кислоты в реакционной среде также приводят к повышенной эффективности образования изофталевой кислоты и фталевой кислоты, уровни содержания которых в желательном случае контролируют, выдерживая в низких диапазонах в соответствии с подобными аспектами настоящего изобретения. Количество и важность реакций, включающих участие бензойной кислоты, может быть являются даже более удивительными, поскольку некоторые изобретатели последнего времени предусматривают использование бензойной кислоты вместо уксусной кислоты в качестве основного компонента растворителя (смотрите, например, патент США № 6562997). В дополнение к этому, изобретатели настоящего изобретения наблюдали то, что во время окисления пара-ксилола бензойная кислота самообразуется со скоростями, которые являются вполне существенными в сопоставлении с ее образованием из примесей, таких как толуол и этилбензол, обычно обнаруживаемых в образуемом окисляемым соединением исходном подаваемом материале, содержащем пара-ксилол технической чистоты.Generally speaking, the inventors have discovered and sufficiently quantitatively characterized an amazing array of reactions for aromatic compounds that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups that occur in the case of liquid-phase partial oxidation of para-xylene to obtain TPA. Summarizing simply the results for an individual case related to benzoic acid, the inventors found that increased levels of benzoic acid in the reaction medium of certain embodiments of the present invention lead to a significant increase in the efficiency of formation of highly colored and undesirable 9-fluorenone-2-carboxylic acid, to obtain significantly elevated levels of 4,4'-dicarboxybiphenyl, to obtain elevated levels of 4,4'-dicarboxybenzophenone, to the soft hearth the occurrence of chemical activity during the targeted oxidation of para-xylene and to the production of elevated levels of carbon oxides and associated yield losses. The inventors have found that elevated levels of benzoic acid in the reaction medium also lead to increased formation efficiency of isophthalic acid and phthalic acid, the levels of which are desirably controlled by keeping in low ranges in accordance with similar aspects of the present invention. The number and importance of reactions involving the participation of benzoic acid may be even more surprising, as some recent inventors have suggested using benzoic acid instead of acetic acid as the main component of the solvent (see, for example, US Pat. No. 6,562,997). In addition, the inventors of the present invention observed that during the oxidation of para-xylene, benzoic acid self-forms at rates that are quite significant in comparison with its formation from impurities such as toluene and ethylbenzene, which are usually found in the starting feed formed by the oxidizable compound material containing para-xylene of technical purity.
С другой стороны, изобретатели обнаружили малую значимость дополнительного регулирования состава отправляемого на рецикл растворителя в том, что касается присутствия окисляемого ароматического соединения, и в том, что касается промежуточных соединений в реакции ароматики, которые как сохраняют неароматические гидрокарбильные группы, так и являются также относительно растворимыми в растворителе, отправляемом на рецикл. В общем случае данные соединения либо подают в реакционную среду, либо они образуются в реакционной среде, со скоростями, соответствующими значительному превышению уровня их присутствия в отправляемом на рецикл растворителе; а скорость расходования данных соединений в реакционной среде достаточно велика, при сохранении одной или нескольких неароматических гидрокарбильных групп, что позволяет надлежащим образом ограничивать их накопление в отправляемом на рецикл растворителе. Например, во время частичного окисления пара-ксилола в многофазной реакционной среде вместе с большими количествами растворителя в ограниченной степени испаряется и пара-ксилол. В случае покидания данным испарившимся растворителем реактора в виде части отходящего газа и его конденсации для извлечения в качестве растворителя, отправляемого на рецикл, здесь же конденсируется также и существенная часть испарившегося пара-ксилола. Нет никакой необходимости ограничивать концентрацию данного пара-ксилола в растворителе, отправляемом на рецикл. Например, если при покидании суспензией реакционной среды окисления пара-ксилола растворитель от твердой фазы отделяют, то тогда данный извлеченный растворитель будет содержать концентрацию растворенной пара-толуиловой кислоты, подобную концентрации, имеющей место на момент удаления из реакционной среды. Несмотря на то, что ограничение стационарной концентрации пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды, смотрите далее, может быть важным, смотрите далее, нет никакой необходимости в отдельном регулировании содержания пара-толуиловой кислоты в данной части отправляемого на рецикл растворителя благодаря ее относительно хорошей растворимости и ее малому массовому расходу в сопоставлении с образованием пара-толуиловой кислоты в реакционной среде. Подобным же образом, изобретатели выявили мало оснований для ограничения концентраций в отправляемом на рецикл растворителе ароматических соединений, имеющих метильные заместители (например, толуиловых кислот), ароматических альдегидов (например, терефталевого альдегида), ароматических соединений, имеющих гидроксиметильных заместителей (например, 4-гидроксиметилбензойной кислоты) и бромированных ароматических соединений, сохраняющих, по меньшей мере, одну неароматическую гидрокарбильную группу (например, альфа-бром-пара-толуиловой кислоты) уровнями, более низкими в сопоставлении с теми, которые внутренне присущи жидкой фазе, покидающей реакционную среду, существующую при частичном окислении ксилола в соответствии с предпочтительными вариантами реализации настоящего изобретения. Как это ни удивительно, но изобретатели также обнаружили и то, что нет никакой необходимости также и в регулировании в отправляемом на рецикл растворителе концентрации избранных фенолов, образующихся во время частичного окисления ксилола в соответствии с самой его природой, поскольку данные соединения образуются и разрушаются в реакционной среде со скоростями, соответствующими значительному превышению уровня их присутствия в растворителе, отправляемом на рецикл. Например, изобретатели обнаружили то, что 4-гидроксибензойная кислота оказывает относительно небольшое влияние на химическую активность в предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения в случае совместной подачи с расходами, соответствующими более чем 2 граммам 4-гидроксибензойной кислоты на 1 килограмм пара-ксилола, что намного превышает естественное присутствие в отправляемом на рецикл растворителе, несмотря на то, что другие исследователи сообщали, что она является существенным ядом в подобной реакционной среде (смотрите, например, работу W. Partenheimer, Catalysis Today 23 (1995) p. 81).On the other hand, the inventors found the small importance of further controlling the composition of the solvent to be recycled as regards the presence of an oxidizable aromatic compound, and as for intermediates in the aromatic reaction, which both retain non-aromatic hydrocarbyl groups, are also relatively soluble in the solvent sent for recycling. In the General case, these compounds are either fed into the reaction medium, or they are formed in the reaction medium, with speeds corresponding to a significant excess of the level of their presence in the solvent sent for recycling; and the rate of consumption of these compounds in the reaction medium is quite high, while maintaining one or more non-aromatic hydrocarbyl groups, which allows you to properly limit their accumulation in the solvent sent for recycling. For example, during the partial oxidation of para-xylene in a multiphase reaction medium, together with large amounts of solvent, para-xylene is also evaporated to a limited extent. If this evaporated solvent leaves the reactor as part of the exhaust gas and is condensed to recover as a solvent sent for recycling, a substantial part of the vaporized para-xylene is also condensed here. There is no need to limit the concentration of this para-xylene in the solvent to be recycled. For example, if the solvent is separated from the solid phase when the suspension leaves the reaction medium for the oxidation of para-xylene, then this recovered solvent will contain a concentration of dissolved para-toluic acid similar to that at the moment of removal from the reaction medium. Despite the fact that limiting the stationary concentration of para-toluic acid in the liquid phase of the reaction medium, see below, it may be important, see below, there is no need to separately control the content of para-toluic acid in this part of the solvent sent for recycling due to its relatively good solubility and its low mass flow rate in comparison with the formation of para-toluic acid in the reaction medium. Similarly, the inventors have found little reason to limit the concentration in the recycled solvent of aromatic compounds having methyl substituents (e.g. toluyl acids), aromatic aldehydes (e.g. terephthalic aldehyde), aromatic compounds having hydroxymethyl substituents (e.g. 4-hydroxymethylbenzoic acid) and brominated aromatic compounds retaining at least one non-aromatic hydrocarbyl group (e.g. alpha-bromo-para-toluic acid) levels lower than those that are intrinsic to the liquid phase leaving the reaction medium existing in the partial oxidation of xylene in accordance with preferred embodiments of the present invention. Surprisingly, the inventors also found that there is no need also to control the concentration of selected phenols formed during the partial oxidation of xylene in the solvent to be recycled in accordance with its nature, since these compounds form and decompose in the reaction environment with speeds corresponding to a significant excess of the level of their presence in the solvent sent for recycling. For example, the inventors have found that 4-hydroxybenzoic acid has a relatively small effect on the reactivity in preferred embodiments of the present invention when co-fed at a rate corresponding to more than 2 grams of 4-hydroxybenzoic acid per 1 kilogram of para-xylene, which is much higher the natural presence in the recycled solvent, although other researchers have reported that it is a significant poison in such a reaction medium (see for example, see W. Partenheimer, Catalysis Today 23 (1995) p. 81).
Таким образом, существуют многочисленные реакции и многочисленные соображения по заданию предпочтительных диапазонов для различных ароматических примесей в образуемом растворителем исходном подаваемом материале, как в данный момент было описано. Данные открытия сформулированы при выражении через совокупный среднемассовый состав для всех потоков растворителей, подаваемых в реакционную среду в течение заданного периода времени, предпочтительно одного дня, более предпочтительно одного часа, а наиболее предпочтительно одной минуты. Например, если один образуемый растворителем исходный подаваемый материал будут перепускать по существу непрерывно с составом, соответствующим 40 ч./млн (мас.) изофталевой кислоты, при расходе 7 килограммов в минуту, второй образуемый растворителем исходный подаваемый материал будут перепускать по существу непрерывно с составом, соответствующим 2000 ч./млн (мас.) изофталевой кислоты, при расходе 10 килограммов в минуту, и никаких других потоков образуемого растворителем исходного подаваемого материала в реакционную среду поступать не будет, то тогда совокупный среднемассовый состав для образуемого растворителем исходного подаваемого материала будут рассчитывать в виде (40*7+2000*10)/(7+10)=1193 ч./млн (мас.) изофталевой кислоты. Следует отметить то, что масса любого образуемого окисляемым соединением исходного подаваемого материала или любого образуемого окислителем исходного подаваемого материала, которые, может быть, являются перемешанными с образуемым растворителем исходным подаваемым материалом перед их поступлением в реакционную среду, не принимается во внимание при вычислении совокупного среднемассового состава образуемого растворителем исходного подаваемого материала.Thus, there are numerous reactions and numerous considerations in setting preferred ranges for various aromatic impurities in the solvent-formed feed feed material as has been described. These discoveries are formulated by expressing through the total weight average composition for all solvent streams supplied to the reaction medium over a given period of time, preferably one day, more preferably one hour, and most preferably one minute. For example, if one solvent-formed feed source is bypassed substantially continuously with a composition corresponding to 40 ppm isophthalic acid at a rate of 7 kilograms per minute, a second solvent-formed feed feed will be bypassed substantially continuously with the composition corresponding to 2000 ppm (wt.) isophthalic acid, at a rate of 10 kilograms per minute, and no other streams formed by the solvent of the original feed material will not enter the reaction medium, then the total mass-average composition for the initial feed material formed by the solvent will be calculated as (40 * 7 + 2000 * 10) / (7 + 10) = 1193 ppm of isophthalic acid. It should be noted that the mass of any feed material formed by the oxidizable compound or any feed material formed by the oxidizing agent, which may be mixed with the solvent formed by the feed material before they enter the reaction medium, is not taken into account when calculating the total mass composition solvent formed feed source.
Приведенная далее таблица 1 представляет предпочтительные значения для определенных компонентов в образуемом растворителем исходном подаваемом материале, вводимом в реакционную среду. Компоненты образуемого растворителем исходного подаваемого материала, приведенные в таблице 1, представляют собой нижеследующее: 4-карбоксибензальдегид (4-СВА), 4,4'-дикарбоксистильбен (4,4'-DCS), 2,6-дикарбоксиантрахинон (2,6-DCA), 2,6-дикарбоксифлуоренон (2,6-DCF), 2,7-дикарбоксифлуоренон (2,7-DCF), 3,5-дикарбоксифлуоренон (3,5-DCF), 9-флуоренон-2-карбоновая кислота (9F-2CA), 9-флуоренон-4-карбоновая кислота (9F-4CA), совокупный ассортимент флуоренонов, включающий другие флуореноны, не перечисленные индивидуально, (совокупный ассортимент флуоренонов), 4,4'-дикарбоксибифенил (4,4'-DCB), 2,5,4'-трикарбоксибифенил (2,5,4'-TCB), фталевая кислота (РА), изофталевая кислота (IPA), бензойная кислота (ВА), тримеллитовая кислота (ТМА), 2,6-дикарбоксибензокумарин (2,6-DCBC), 4,4'-дикарбоксибензил (4,4'-DCBZ), 4,4'-дикарбоксибензофенон (4,4'-DCBP), 2,5,4'-трикарбоксибензофенон (2,5,4'-TCBP), терефталевая кислота (ТРА), осажденная твердая фаза при 20°С и совокупный ассортимент ароматических карбоновых кислот, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп. Приведенная далее таблица 1 представляет предпочтительные количества данных примесей в СТА, полученной в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.Table 1 below provides preferred values for specific components in a solvent-formed feed feed material introduced into the reaction medium. The components of the solvent-formed starting feed material shown in Table 1 are as follows: 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), 4,4'-dicarboxylstilbene (4,4'-DCS), 2,6-dicarboxyanthraquinone (2,6- DCA), 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DCF), 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DCF), 3,5-dicarboxyfluorenone (3,5-DCF), 9-fluorenone-2-carboxylic acid (9F-2CA), 9-fluorenone-4-carboxylic acid (9F-4CA), a comprehensive range of fluorenones, including other fluorenones not listed individually, (a comprehensive range of fluorenones), 4,4'-dicarboxybiphenyl (4,4'-DCB), 2,5,4'-tricarboxybiphenyl (2,5,4'-TCB), phthalic acid (PA), isophthalic acid (IPA), benzoic acid (BA), trimellitic acid (TMA ), 2,6-dicarboxybenzocoumarin (2,6-DCBC), 4,4'-dicarboxybenzyl (4,4'-DCBZ), 4,4'-dicarboxybenzophenone (4,4'-DCBP), 2,5,4 '-tricarboxybenzophenone (2,5,4'-TCBP), terephthalic acid (TPA), precipitated solid phase at 20 ° C and a combined assortment of aromatic carboxylic acids that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups. The following table 1 presents the preferred amounts of these impurities in CTA, obtained in accordance with a variant implementation of the present invention.
В отправляемом на рецикл растворителе обычно присутствует также и множество других ароматических примесей, в общем случае при варьировании содержания на еще более низких уровнях и/или в виде доли от содержания одного или нескольких из описанных ароматических соединений. Способы регулирования уровней содержания описанных ароматических соединений при выдерживании в предпочтительных диапазонах обычно будут обеспечивать выдерживание на подходящих уровнях содержания и других ароматических примесей.A lot of other aromatic impurities are usually also present in the solvent to be recycled, generally when varying the content at even lower levels and / or as a fraction of the content of one or more of the described aromatic compounds. Methods for controlling the levels of the described aromatic compounds when kept in the preferred ranges will typically ensure that other aromatic impurities are maintained at suitable levels.
В случае использования в реакционной среде брома, как известно, большое количество ионных и органических форм брома будет существовать в динамическом равновесии. Данные различные формы брома характеризуются различными характеристиками стабильности сразу после покидания реакционной среды и прохождения через операции в различных установках, относящиеся к отправляемому на рецикл растворителю. Например, альфа-бром-пара-толуиловая кислота в определенных условиях может присутствовать как таковая или в других условиях может подвергаться гидролизу с образованием 4-гидроксиметилбензойной кислоты и бромида водорода. В настоящем изобретении предпочитается, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 40 массовых процентов, более предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 60 массовых процентов, а наиболее предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 80 массовых процентов от совокупной массы брома, присутствующего в совокупном образуемом растворителем исходном подаваемом материале, вводимом в реакционную среду, имели бы вид одной или нескольких из следующих далее химических форм: ионный бром, альфа-бром-пара-толуиловая кислота и бромуксусная кислота.In the case of using bromine in the reaction medium, as is known, a large number of ionic and organic forms of bromine will exist in dynamic equilibrium. These various forms of bromine are characterized by various stability characteristics immediately after leaving the reaction medium and passing through operations in various plants related to the solvent sent for recycling. For example, alpha-bromo-para-toluic acid may, under certain conditions, be present as such or, under other conditions, may undergo hydrolysis to form 4-hydroxymethylbenzoic acid and hydrogen bromide. In the present invention, it is preferred that at least about 40 weight percent, more preferably at least about 60 weight percent, and most preferably, at least about 80 weight percent of the total bromine present in the total solvent-formed starting feed material introduced into the reaction medium, would have the form of one or more of the following chemical forms: ionic bromine, alpha-bromo-para-toluic acid, and bromux hydrochloric acid.
Несмотря на то, что важность и значение регулирования совокупной среднемассовой степени чистоты образуемого растворителем исходного подаваемого материала при выдерживании в описанных желательных диапазонах настоящего изобретения до настоящего момента не были раскрыты и/или описаны, подходящие способы регулирования степени чистоты образуемого растворителем исходного подаваемого материала могут быть скомпонованы из различных способов, уже известных на современном уровне техники. Во-первых, любой растворитель, испарившийся из реакционной среды, обычно характеризуется подходящей степенью чистоты при том условии, что жидкая или твердая фаза из реакционной среды не будут захватываться испарившимся растворителем. В соответствии с описанием в настоящем документе такой захват надлежащим образом ограничивает подачу капель растворителя среды орошения в пространство отделения отходящего газа над реакционной средой; и из такого отходящего газа может быть сконденсирован отправляемый на рецикл растворитель с подходящей степенью чистоты в отношении ароматического соединения. Во-вторых, более трудная и дорогостоящая очистка отправляемого на рецикл образуемого растворителем исходного подаваемого материала обычно относится к растворителю, отбираемому из реакционной среды в жидкой форме, и к растворителю, который впоследствии вступает в контакт с жидкой и/или твердой фазами реакционной среды, отбираемой из реакционной емкости (то есть отправляемому на рецикл растворителю, получаемому из фильтра, в котором твердую фазу концентрируют и/или промывают, отправляемому на рецикл растворителю, получаемому из центрифуги, в которой твердую фазу концентрируют и/или промывают, отправляемому на рецикл растворителю, отбираемому с операции кристаллизации, и тому подобному). Однако на современном уровне техники также известны и способы проведения необходимой очистки данных отправляемых на рецикл потоков растворителя при использовании одного или нескольких описаний предшествующего уровня техники. Что касается регулирования уровня содержания осажденной твердой фазы в отправляемом на рецикл растворителе при выдерживании в пределах указанных диапазонов, то подходящие способы регулирования включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: гравиметрическую седиментацию, механическое фильтрование при использовании фильтровального полотна на вращающихся ленточных фильтрах и вращающихся барабанных фильтрах, механическое фильтрование при использовании стационарной фильтрующей среды внутри емкостей, работающих под давлением, гидроциклонов и центрифуг. Что касается регулирования уровня содержания растворенных ароматических соединений в отправляемом на рецикл растворителе при выдерживании в пределах указанных диапазонов, то способы регулирования включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: способы, описанные в патенте США № 4939297 и публикации патентной заявки США № 2005-0038288, включаемых в настоящий документ для справки. Однако ни одно из данных изобретений предшествующего уровня техники не раскрывает и не описывает предпочтительные уровни степени чистоты в совокупном образуемом растворителем исходном подаваемом материале, как это описывается в настоящем документе. Вместо этого, данные изобретения предшествующего уровня техники просто предлагают способы очистки избранных и частных потоков отправляемого на рецикл растворителя без выведения оптимальных значений настоящего изобретения для состава совокупного среднемассового образуемого растворителем исходного подаваемого материала, вводимого в реакционную среду.Although the importance and importance of controlling the total mass-average degree of purity of the solvent feed of the feed material when kept in the described desirable ranges of the present invention have not yet been disclosed and / or described, suitable methods for controlling the purity of the solvent feed of the feed material can be arranged from various methods already known in the art. First, any solvent that has evaporated from the reaction medium is usually characterized by a suitable degree of purity, provided that the liquid or solid phase from the reaction medium is not captured by the evaporated solvent. As described herein, such a capture appropriately restricts the supply of solvent droplets of the irrigation medium to the off-gas separation space above the reaction medium; and recycled solvent of suitable purity for the aromatic compound can be condensed from such off-gas. Secondly, the more difficult and costly purification of the solvent feed feed that is sent for recycling usually refers to the solvent taken from the reaction medium in liquid form and to the solvent which subsequently comes into contact with the liquid and / or solid phases of the reaction medium taken from a reaction vessel (i.e., a recycled solvent obtained from a filter in which the solid phase is concentrated and / or washed, a recycled solvent obtained from a centrifuge w, wherein the solid phase is concentrated and / or washed, recycled solvent, selected from the crystallization operation, or the like). However, methods of carrying out the necessary purification of data of solvent streams sent for recycling using one or more descriptions of the prior art are also known in the art. Regarding the regulation of the level of precipitated solid phase in the recycled solvent when kept within the indicated ranges, suitable control methods include, but are not limited to: gravimetric sedimentation, mechanical filtering using a filter cloth on rotating belt filters and rotating drum filters , mechanical filtration when using a stationary filter medium inside pressure vessels iem, hydrocyclones and centrifuges. Regarding the regulation of the level of dissolved aromatic compounds in the recycled solvent when kept within the specified ranges, the control methods include the following, but are not limited to: the methods described in US patent No. 4939297 and publication of US patent application No. 2005-0038288, incorporated herein by reference. However, none of these inventions of the prior art does not disclose or describe preferred levels of purity in the total solvent-formed starting feed material, as described herein. Instead, the prior art inventions merely provide methods for purifying selected and private streams of recycled solvent without deriving the optimum values of the present invention for the composition of the total weight average solvent-formed feed material introduced into the reaction medium.
Обращаясь теперь к степени чистоты исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, можно сказать, что известно то, что в данном случае имеют место определенные уровни содержания изофталевой кислоты, фталевой кислоты и бензойной кислоты, и при низких уровнях содержания присутствие данных соединений в очищенной ТРА, используемой для получения полимера, является допустимым. Кроме того, известно, что данные соединения являются относительно более растворимыми во многих растворителях, и в выгодном случае их можно удалить из очищенной ТРА при использовании способов кристаллизации. Однако из варианта реализации изобретения, описанного в настоящем документе, на данный момент известно то, что регулирование уровня содержания нескольких относительно растворимых ароматических соединений, а именно соединений, включающих изофталевую кислоту, фталевую кислоту и бензойную кислоту, в жидкой фазе реакционной среды, как это ни удивительно, является важным при регулировании уровня содержания полициклических и окрашенных ароматических соединений, образующихся в реакционной среде, при регулировании уровня содержания соединений, имеющих в молекуле более чем 2 функциональности карбоновой кислоты, при регулировании активности в реакции в реакционной среде для частичного окисления и при регулировании потерь выхода в отношении окислителя и ароматического соединения.Turning now to the degree of purity of the initial feed material formed by the oxidizable compound, we can say that it is known that in this case there are certain levels of isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid, and at low levels of the presence of these compounds in purified TPA, used to obtain the polymer is acceptable. In addition, it is known that these compounds are relatively more soluble in many solvents, and they can advantageously be removed from purified TPA using crystallization methods. However, it is currently known from the embodiment of the invention described herein that controlling the level of several relatively soluble aromatic compounds, namely compounds including isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid, in the liquid phase of the reaction medium, however surprisingly, it is important in controlling the level of polycyclic and colored aromatic compounds formed in the reaction medium, when controlling the level of content of compounds Nij having in the molecule more than 2 carboxylic acid functionality while adjusting the reaction activity in the reaction medium for partial oxidation and in the regulation of the output in relation to the losses of oxidant and of aromatic compound.
На современном уровне техники известно то, что изофталевая кислота, фталевая кислота и бензойная кислота образуются в реакционной среде следующим образом. Примесный мета-ксилол из исходного подаваемого материала при хороших степени превращения и выходе окисляется до получения IPA. Примесный орто-ксилол из исходного подаваемого материала при хороших степени превращения и выходе окисляется до получения фталевой кислоты. Примесные этилбензол и толуол из исходного подаваемого материала при хороших степени превращения и выходе окисляется до получения бензойной кислоты. Однако изобретатели обнаружили то, что в реакционной среде, содержащей пара-ксилол, значительные количества изофталевой кислоты, фталевой кислоты и бензойной кислоты образуются также и по механизмам, отличным от окисления мета-ксилола, орто-ксилола, этилбензола и толуола. Данные другие присущие природе системы химические маршруты возможно включают декарбонилирование, декарбоксилирование, реорганизацию переходных состояний и присоединение метильных и карбонильных радикалов к ароматическим кольцам.It is known in the art that isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid are formed in the reaction medium as follows. The impurity meta-xylene from the starting feed material is oxidized to a good degree of conversion and yield to give IPA. The impurity ortho-xylene from the initial feed material, with a good degree of conversion and yield, is oxidized to produce phthalic acid. The impurity ethylbenzene and toluene from the feed material are oxidized to a benzoic acid when the conversion and yield are good. However, the inventors have found that in a reaction medium containing para-xylene, significant amounts of isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid are also formed by mechanisms other than the oxidation of meta-xylene, ortho-xylene, ethylbenzene and toluene. These other chemical systems inherent in the nature of the system may include decarbonylation, decarboxylation, reorganization of transition states, and addition of methyl and carbonyl radicals to aromatic rings.
При определении предпочтительных диапазонов уровней содержания примесей в исходном подаваемом материале, образуемом окисляемым соединением, значение имеет множество факторов. Любая примесь в исходном подаваемом материале вероятно будет связана с прямой потерей выхода и затратами на очистку продукта, если требования по степени чистоты к продукту окисления будут достаточно жесткими (например, в случае реакционной среды для частичного окисления пара-ксилола толуол и этилбензол, обычно обнаруживаемые в пара-ксилоле технической чистоты, приводят к образованию бензойной кислоты, и данную бензойную кислоту в основном удаляют из большинства коммерческих вариантов ТРА). В случае участия продукта частичного окисления примеси из исходного подаваемого материала в дополнительных реакциях при рассмотрении вопроса величины необходимых затрат на очистку исходного подаваемого материала существенными становятся факторы, отличные от простой потери выхода и удаления (например, в случае реакционной среды для частичного окисления пара-ксилола, помимо прочего, этилбензол приводит к получению бензойной кислоты, а бензойная кислота после этого приводит к получению высокоокрашенной 9-флуоренон-2-карбоновой кислоты, к получению изофталевой кислоты, к получению фталевой кислоты и к получению повышенных количеств оксидов углерода). В случае самообразования в реакционной среде дополнительных количеств примеси при помощи химических механизмов, не связанных непосредственно с примесями в исходном подаваемом материале, анализ становится еще более сложным (например, в случае реакционной среды для частичного окисления пара-ксилола бензойная кислота также самообразуется из самого пара-ксилола). В дополнение к этому, переработка сырого неочищенного продукта окисления на последующих стадиях технологической схемы может оказать влияние на соображения в отношении предпочтительной степени чистоты исходного подаваемого материала. Например, затраты, необходимые для удаления прямой примеси (бензойной кислоты) и последующих примесей (изофталевой кислоты, фталевой кислоты, 9-флуоренон-2-карбоновой кислоты и тому подобного) до подходящих уровней содержания, могут быть одними и теми же, могут быть отличными друг от друга и могут быть отличными от требований по удалению в основном неродственной примеси (например, продукт частичного окисления 4-СВА при окислении пара-ксилола до получения ТРА).In determining the preferred ranges of levels of impurities in the feed material formed by the oxidizable compound, many factors are of importance. Any impurity in the initial feed material is likely to be associated with a direct loss of yield and purification costs if the purity requirements for the oxidation product are sufficiently stringent (for example, in the case of a reaction medium for partial oxidation of para-xylene, toluene and ethylbenzene, usually found in para-xylene of technical purity, leads to the formation of benzoic acid, and this benzoic acid is mainly removed from most commercial TPA variants). In the case of the participation of the product of partial oxidation of an impurity from the feed material in additional reactions, when considering the magnitude of the necessary costs for cleaning the feed material, factors other than simple loss of yield and removal become significant (for example, in the case of a reaction medium for partial oxidation of para-xylene, among other things, ethylbenzene leads to the production of benzoic acid, and benzoic acid then leads to the production of highly colored 9-fluorenone-2-carboxylic acid , to obtain isophthalic acid, to obtain phthalic acid and to obtain increased amounts of carbon oxides). In the case of self-formation in the reaction medium of additional amounts of impurities by chemical mechanisms not directly related to impurities in the feed material, the analysis becomes even more complicated (for example, in the case of the reaction medium for the partial oxidation of para-xylene, benzoic acid also self-forms from para- xylene). In addition, the processing of the crude crude oxidation product in the subsequent steps of the process flow may affect considerations regarding the preferred purity of the feed material. For example, the costs required to remove direct impurities (benzoic acid) and subsequent impurities (isophthalic acid, phthalic acid, 9-fluorenone-2-carboxylic acid and the like) to suitable levels may be the same; they may be excellent from each other and can be different from the requirements for the removal of mainly unrelated impurities (for example, the product of partial oxidation of 4-CBA in the oxidation of para-xylene to obtain TPA).
Следующие далее описанные диапазоны степени чистоты для исходного подаваемого материала в случае пара-ксилола предпочитаются тогда, когда пара-ксилол подают в реакционную среду совместно с растворителем и окислителем в целях частичного окисления до получения ТРА. Данные диапазоны являются более предпочтительными в способе получения ТРА, включающем стадии последующего окисления в целях удаления из реакционной среды примесей, отличных от окислителя и растворителя (например, металлов катализатора). Данные диапазоны являются еще более предпочтительными в способах получения ТРА, которые обеспечивают удаление из СТА дополнительных количеств 4-СВА (например, в результате превращения СТА в диметилтерефталат плюс примесные сложные эфиры и последующего отделения сложного метилового эфира 4-СВА при использовании перегонки, в результате реализации способов окислительной утилизации, предназначенных для превращения 4-СВА в ТРА, в результате реализации способов гидрирования, предназначенных для превращения 4-СВА в пара-толуиловую кислоту, которую после этого отделяют при использовании способов частичной кристаллизации). Данные диапазоны являются наиболее предпочтительными в способах получения ТРА, которые обеспечивают удаление дополнительных количеств 4-СВА от СТА в результате реализации способов окислительной утилизации, предназначенных для превращения 4-СВА в ТРА.The following purity ranges for the starting feed in the case of para-xylene are preferred when para-xylene is fed into the reaction medium together with a solvent and an oxidizing agent to partially oxidize to obtain TPA. These ranges are more preferable in the process for producing TPA, including the steps of subsequent oxidation in order to remove impurities other than the oxidizing agent and solvent (for example, catalyst metals) from the reaction medium. These ranges are even more preferable in the methods for producing TPA that remove additional 4-CBA from STA (for example, by converting STA to dimethyl terephthalate plus impurity esters and subsequent separation of 4-CBA methyl ester using distillation, resulting in the implementation of oxidative utilization methods designed to convert 4-CBA to TPA, as a result of the implementation of hydrogenation methods designed to convert 4-CBA to para-toluic acid, to then separated by using partial crystallization methods). These ranges are most preferred in the methods for producing TPA, which ensure the removal of additional amounts of 4-CBA from STA as a result of the implementation of oxidative disposal methods designed to convert 4-CBA into TPA.
При использовании новых знаний о предпочтительных диапазонах для ароматических соединений, отправляемых на рецикл, и об относительных количествах ароматических соединений, образующихся непосредственно в результате окисления примесей из исходного подаваемого материала в сопоставлении с другими присущими природе системы химическими маршрутами, были выявлены улучшенные диапазоны для уровней содержания примесей, соответствующих загрязненному пара-ксилолу, подаваемому в технологический процесс частичного окисления для получения ТРА. Приведенная далее таблица 2 представляет предпочтительные значения для количества мета-ксилола, орто-ксилола и этилбензола + толуола в образуемом пара-ксилолом исходном подаваемом материале.Using new knowledge about the preferred ranges for aromatic compounds sent for recycling, and about the relative amounts of aromatic compounds generated directly from the oxidation of impurities from the feed material in comparison with other chemical routes inherent in the nature of the system, improved ranges for impurity levels have been identified corresponding to contaminated para-xylene supplied to the partial oxidation process to obtain TPA . Table 2 below provides the preferred values for the amount of meta-xylene, ortho-xylene and ethylbenzene + toluene in the para-xylene-formed feed material.
Специалисты в соответствующей области техники на данный момент должны осознать то, что вышеупомянутые примеси в загрязненном пара-ксилоле могут оказывать свое наибольшее воздействие на реакционную среду после того, как продукты их частичного окисления накопятся в отправляемом на рецикл растворителе. Например, подача верхнего количества из наиболее предпочтительного диапазона для мета-ксилола - 400 ч./млн (мас.) - в жидкой фазе реакционной среды будет незамедлительно приводить к получению приблизительно 200 ч./млн (мас.) изофталевой кислоты при функционировании при уровне содержания твердой фазы в реакционной среде, равном приблизительно 33 массовым процентам. Это сопоставимо с введением верхнего количества из наиболее предпочтительного диапазона для уровня содержания изофталевой кислоты в отправляемом на рецикл растворителе, равного 400 ч./млн (мас.), когда после обеспечения охлаждения реакционной среды в результате испарения типичного растворителя достигают приблизительно 1200 ч./млн (мас.) изофталевой кислоты в жидкой фазе реакционной среды. Таким образом, именно накопление с течением времени продуктов частичного окисления в отправляемом на рецикл растворителе обнаруживает наибольшее из возможных влияние примесных мета-ксилола, орто-ксилола, этилбензола и толуола из исходного подаваемого материала, образуемого загрязненным пара-ксилолом. В соответствии с этим предпочитается, чтобы вышеупомянутые диапазоны примесей в образуемом загрязненным пара-ксилолом исходном подаваемом материале выдерживались бы в течение, по меньшей мере, половины каждого дня функционирования при любой реакционной среде для частичного окисления в конкретной производственной установке, более предпочтительно в течение, по меньшей мере, трех четвертей каждого дня в течение, по меньшей мере, семи последовательных дней функционирования, а наиболее предпочтительным является случай, когда массово-взвешенные средние величины для состава образуемого загрязненным пара-ксилолом исходного подаваемого материала находятся в пределах предпочтительных диапазонов в течение, по меньшей мере, 30 последовательных дней функционирования.Specialists in the relevant field of technology at the moment should be aware that the above impurities in contaminated para-xylene can have the greatest impact on the reaction medium after the products of their partial oxidation accumulate in the recycled solvent. For example, feeding an upper amount from the most preferred range for meta-xylene — 400 ppm (wt) - in the liquid phase of the reaction medium will immediately produce about 200 ppm (wt) of isophthalic acid when operating at a solid phase content in the reaction medium of approximately 33 weight percent. This is comparable to introducing an upper amount from the most preferred range for the level of isophthalic acid in the recycled solvent of 400 ppm (wt.), When, after cooling the reaction medium by evaporation of a typical solvent, approximately 1200 ppm is reached (wt.) isophthalic acid in the liquid phase of the reaction medium. Thus, it is the accumulation over time of the partial oxidation products in the recycled solvent that detects the greatest possible effect of impurity meta-xylene, ortho-xylene, ethylbenzene and toluene from the feed material formed by contaminated para-xylene. Accordingly, it is preferred that the above ranges of impurities in the para-xylene contaminated feed material be maintained for at least half of each day of operation under any partial oxidation reaction medium in a particular production plant, more preferably for at least three quarters of each day for at least seven consecutive days of functioning, and the most preferred is the case when mass-suspension The average values for the composition of the feed feed formed by contaminated para-xylene are within the preferred ranges for at least 30 consecutive days of operation.
Способы получения загрязненного пара-ксилола предпочтительной степени чистоты уже известны на современном уровне техники, и они включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: перегонку, способы неполной кристаллизации при температурах, меньших температуры окружающей среды, способы применения молекулярных сит с использованием селективной адсорбции, определяемой размером пор. Однако предпочтительные диапазоны степени чистоты, указанные в настоящем документе, на своем верхнем краю требуют приложения больших усилий и затрат в сопоставлении с тем, что является характерным при использовании на практике коммерческими поставщиками пара-ксилола; и, вместе с тем, на нижнем краю предпочтительные диапазоны избегают вариантов чрезмерно дорогостоящей очистки пара-ксилола, предназначенного для подачи в реакционную среду для частичного окисления, вследствие раскрытия и описания того, что объединенное действие самообразования примесей из самого пара-ксилола и реакций расходования примесей в реакционной среде становится более существенным параметром в сопоставлении со скоростями подачи примесей совместно с загрязненным пара-ксилолом.Methods for producing contaminated para-xylene of a preferred degree of purity are already known in the art and include the following, but are not limited to: distillation, methods of incomplete crystallization at temperatures lower than ambient temperature, methods of using molecular sieves using selective adsorption determined by pore size. However, the preferred purity ranges specified herein, at their upper edge, require great effort and expense in comparison with what is typical of commercial para-xylene suppliers; and at the same time, on the lower edge, the preferred ranges avoid the options for the overly expensive purification of para-xylene intended to be fed into the reaction medium for partial oxidation, due to the disclosure and description of the fact that the combined action of self-formation of impurities from para-xylene itself and the consumption of impurities in the reaction medium becomes a more significant parameter in comparison with the feed rates of impurities together with contaminated para-xylene.
В случае содержания в потоке ксилолсодержащего исходного подаваемого материала избранных примесей, таких как этилбензол и/или толуол, окисление данных примесей может привести к образованию бензойной кислоты. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «бензойная кислота, образованная из примесей» должен обозначать бензойную кислоту, получаемую во время окисления ксилола из любого источника, отличного от ксилола.If the xylene-containing feed stream contains selected impurities, such as ethylbenzene and / or toluene, the oxidation of these impurities can lead to the formation of benzoic acid. As used herein, the term “benzoic acid formed from impurities” is intended to mean benzoic acid obtained during the oxidation of xylene from any source other than xylene.
Как описывается в настоящем документе, часть бензойной кислоты, получаемой во время окисления ксилола, образуется из самого ксилола. Данное получение бензойной кислоты из ксилола явно происходит в дополнение к получению любой части бензойной кислоты, которая может представлять собой бензойную кислоту, образованную из примесей. Не в порядке связывания себя теорией представляется, что бензойная кислота образуется в реакционной среде из ксилола тогда, когда различные промежуточные продукты окисления ксилола самопроизвольно претерпевают декарбонилирование (потерю монооксида углерода) или декарбоксилирование (потерю диоксида углерода) с получением, таким образом, арильных радикалов. После этого данные арильные радикалы могут отщеплять атом водорода от одного из множества доступных источников в реакционной среде и приводить к получению самообразующейся бензойной кислоты. Вне зависимости от химического механизма термин «самообразующаяся бензойная кислота» в соответствии с использованием в настоящем документе должен обозначать бензойную кислоту, во время окисления ксилола полученную из ксилола.As described herein, a portion of the benzoic acid obtained during the oxidation of xylene is formed from xylene itself. This production of benzoic acid from xylene clearly occurs in addition to the production of any part of benzoic acid, which may be benzoic acid, formed from impurities. It is not in the order of binding to theory that benzoic acid is formed from xylene in the reaction medium when various intermediate products of xylene oxidation spontaneously undergo decarbonylation (loss of carbon monoxide) or decarboxylation (loss of carbon dioxide), thereby obtaining aryl radicals. After that, these aryl radicals can split the hydrogen atom from one of the many available sources in the reaction medium and lead to the production of self-forming benzoic acid. Regardless of the chemical mechanism, the term “self-forming benzoic acid,” as used herein, should mean benzoic acid, during the oxidation of xylene derived from xylene.
Как также описывается в настоящем документе, в случае окисления пара-ксилола до получения терефталевой кислоты (ТРА) получение самообразующейся бензойной кислоты приводит к потере выхода в отношении пара-ксилола и потере выхода в отношении окислителя. В дополнение к этому, присутствие самообразующейся бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды коррелирует с увеличением роли многих нежелательных побочных реакций, а именно реакций, включающих образование высокоокрашенных соединений, называемых монокарбоксифлуоренонами. Самообразующаяся бензойная кислота также вносит свой вклад в нежелательное накопление бензойной кислоты в отправляемом на рецикл фильтрате, что дополнительно увеличивает концентрацию бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды. Таким образом, образование самообразующейся бензойной кислоты желательно свести к минимуму, но данную ситуацию надлежащим образом также рассматривают одновременно и в связи с бензойной кислотой, образованной из примесей, с факторами, оказывающими влияние на расходование бензойной кислоты, с факторами, связанными с другими моментами, определяющими селективность реакции, и с общими экономическими показателями.As also described herein, if para-xylene is oxidized to terephthalic acid (TPA), the production of self-generated benzoic acid results in a loss of yield with respect to para-xylene and a loss of yield with respect to the oxidizing agent. In addition, the presence of self-forming benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium correlates with the increasing role of many undesirable side reactions, namely, reactions involving the formation of highly colored compounds called monocarboxyfluorenones. Self-forming benzoic acid also contributes to the undesired accumulation of benzoic acid in the filtrate sent for recycling, which further increases the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium. Thus, the formation of self-forming benzoic acid is desirable to be minimized, but this situation is also adequately considered at the same time in connection with benzoic acid formed from impurities, with factors affecting the consumption of benzoic acid, with factors associated with other factors determining selectivity of the reaction, and with general economic indicators.
Изобретатели обнаружили то, что самообразование бензойной кислоты можно регулировать при выдерживании на низких уровнях в результате надлежащего выбора, например, температуры, распределения ксилола и доступности кислорода в реакционной среде во время окисления. Без желания связывать себя теорией можно сказать, что пониженные температуры и улучшенная доступность кислорода, по-видимому, приводят к уменьшению скоростей декарбонилирования и/или декарбоксилирования, что, таким образом, устраняет аспект потери выхода в связи с самообразующейся бензойной кислотой. Достаточная доступность кислорода, по-видимому, направляет реакцию арильных радикалов в направлении образования других более безопасных продуктов, в частности гидроксибензойных кислот. На баланс между степенью превращения арильных радикалов в бензойную кислоту или в гидроксибензойную кислоту также может оказывать влияние и распределение ксилола в реакционной среде. Вне зависимости от химических механизмов изобретатели выявили условия проведения реакции, которые, несмотря на свою достаточную мягкость в отношении уменьшения эффективности образования бензойной кислоты, являются достаточно жесткими в отношении окисления большой доли полученной гидроксибензойной кислоты до получения монооксида углерода и/или диоксида углерода, которые легко удаляются из продукта окисления.The inventors have found that the self-formation of benzoic acid can be controlled by keeping it at low levels by appropriate selection, for example, temperature, xylene distribution and oxygen availability in the reaction medium during oxidation. Without wanting to be bound by theory, it can be said that lower temperatures and improved oxygen availability seem to lead to lower decarbonylation and / or decarboxylation rates, thus eliminating the aspect of yield loss due to self-generated benzoic acid. The sufficient availability of oxygen, apparently, directs the reaction of aryl radicals in the direction of the formation of other safer products, in particular hydroxybenzoic acids. The balance between the degree of conversion of aryl radicals to benzoic acid or to hydroxybenzoic acid can also be affected by the distribution of xylene in the reaction medium. Regardless of the chemical mechanisms, the inventors have identified reaction conditions that, despite their sufficient softness to reduce the formation efficiency of benzoic acid, are quite stringent in relation to the oxidation of a large fraction of the obtained hydroxybenzoic acid to produce carbon monoxide and / or carbon dioxide, which are easily removed from an oxidation product.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения реактор окисления сконфигурирован и функционирует таким образом, чтобы свести к минимуму образование самообразующейся бензойной кислоты и довести до максимума окисление гидроксибензойных кислот до получения монооксида углерода и/или диоксида углерода. В случае использования реактора окисления для окисления пара-ксилола до получения терефталевой кислоты предпочитается, чтобы пара-ксилол составлял бы, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов от совокупного ксилола в потоке исходного подаваемого материала, вводимого в реактор. Более предпочтительно пара-ксилол составляет, по меньшей мере, приблизительно 75 массовых процентов от совокупного ксилола в потоке исходного подаваемого материала. Еще более предпочтительно пара-ксилол составляет, по меньшей мере, 95 массовых процентов от совокупного ксилола в потоке исходного подаваемого материала. Наиболее предпочтительно пара-ксилол составляет по существу все количество совокупного ксилола в потоке исходного подаваемого материала.In a preferred embodiment of the present invention, the oxidation reactor is configured and operated so as to minimize the formation of self-generated benzoic acid and maximize the oxidation of hydroxybenzoic acids to produce carbon monoxide and / or carbon dioxide. In the case of using an oxidation reactor to oxidize para-xylene to terephthalic acid, it is preferred that para-xylene comprises at least about 50 weight percent of the total xylene in the feed stream introduced into the reactor. More preferably, para-xylene comprises at least about 75 weight percent of the total xylene in the feed stream. Even more preferably, para-xylene is at least 95 weight percent of the total xylene in the feed stream. Most preferably, para-xylene comprises substantially all of the total xylene in the feed stream.
В случае использования реактора для окисления пара-ксилола до получения терефталевой кислоты предпочитается, чтобы скорость образования терефталевой кислоты была бы доведена до максимума, в то время как скорость образования самообразующейся бензойной кислоты была бы сведена к минимуму. Предпочтительно соотношение между скоростью образования (при расчете на массу) терефталевой кислоты и скоростью образования (при расчете на массу) самообразующейся бензойной кислоты составляет, по меньшей мере, приблизительно 500:1, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1000:1, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1500:1. Как будет продемонстрировано далее, скорость образования самообразующейся бензойной кислоты предпочтительно измеряют тогда, когда концентрация бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды составляет величину, меньшую 2000 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую 1000 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно меньшую 500 ч./млн (мас.), поскольку данные низкие концентрации обеспечивают подавление реакций, которые превращают бензойную кислоту в другие соединения, до подходящих низких скоростей.In the case of using a reactor for the oxidation of para-xylene to obtain terephthalic acid, it is preferable that the rate of formation of terephthalic acid be maximized, while the rate of formation of self-forming benzoic acid will be minimized. Preferably, the ratio between the rate of formation (on a weight basis) of terephthalic acid and the rate of formation (on a weight basis) of self-generated benzoic acid is at least about 500: 1, more preferably at least about 1000: 1, and most preferably at least 1500: 1. As will be demonstrated below, the rate of formation of self-forming benzoic acid is preferably measured when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is less than 2000 ppm (mass), more preferably less than 1000 ppm (mass), and most preferably, less than 500 ppm (wt.), since these low concentrations suppress the reactions that convert benzoic acid to other compounds to suitable low speeds.
Если объединить самообразующуюся бензойную кислоту и бензойную кислоту, образованную из примесей, то соотношение между скоростью образования (при расчете на массу) терефталевой кислоты и скоростью образования (при расчете на массу) совокупной бензойной кислоты предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 400:1, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 700:1, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1100:1. Как будет продемонстрировано далее, совокупную скорость образования самообразующейся бензойной кислоты плюс бензойной кислоты, образованной из примесей, предпочтительно измеряют тогда, когда концентрация бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды составляет величину, меньшую 2000 ч./млн (мас.), более предпочтительно меньшую 1000 ч./млн (мас.), а наиболее предпочтительно меньшую 500 ч./млн (мас.), поскольку данные низкие концентрации обеспечивают подавление реакций, которые превращают бензойную кислоту в другие соединения, до подходящих низких скоростей.If we combine the self-forming benzoic acid and benzoic acid formed from impurities, the ratio between the rate of formation (when calculated on a weight basis) of terephthalic acid and the rate of formation (when calculated on a mass basis) of the total benzoic acid is preferably at least about 400: 1, more preferably at least about 700: 1, and most preferably at least 1100: 1. As will be demonstrated below, the total rate of formation of self-forming benzoic acid plus benzoic acid formed from impurities is preferably measured when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is less than 2000 ppm (mass), more preferably less than 1000 hours / million (wt.), and most preferably less than 500 hours / million (wt.), since these low concentrations suppress the reactions that convert benzoic acid to other compounds to suitable izkih speeds.
Как описывается в настоящем документе, повышенные концентрации бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды приводят к увеличению эффективности образования множества других ароматических соединений, некоторые из которых являются вредными примесями в ТРА; и, как описывается в настоящем документе, повышенные концентрации бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды приводят к увеличению эффективности образования газообразных оксидов углерода, образование которых соответствует потере выхода в отношении окислителя и в отношении ароматических соединений и/или растворителя. Кроме того, в данный момент следует раскрыть, что изобретатели обнаружили, что значительная доля данной увеличенной эффективности образования других ароматических соединений и оксидов углерода своим источником имеет реакции, которые обеспечивают превращение некоторого количества самих молекул бензойной кислоты, в противоположность случаю катализирования бензойной кислотой других реакций без расходования ее самой. В соответствии с этим, «результирующее образование бензойной кислоты» определяют в настоящем документе как средневременную массу всего количества бензойной кислоты, покидающей реакционную среду, минус средневременную массу всего количества бензойной кислоты, поступающей в реакционную среду в течение того же самого промежутка времени. Данное результирующее образование бензойной кислоты зачастую является положительным, движущей силой для чего являются скорости образования бензойной кислоты, образованной из примесей, и самообразующейся бензойной кислоты. Однако изобретатели обнаружили то, что скорость превращения бензойной кислоты в оксиды углерода и в несколько других соединений, по-видимому, приблизительно линейно увеличивается по мере того, как в жидкой фазе реакционной среды будет увеличиваться концентрация бензойной кислоты, при проведении измерения тогда, когда другие условия проведения реакции, включающие температуру, доступность кислорода, значение STR и активность в реакции, надлежащим образом выдерживают постоянными. Таким образом, если концентрация бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды будет достаточно большой, может быть в связи с повышенной концентрацией бензойной кислоты в отправляемом на рецикл растворителе, то тогда степень превращения молекул бензойной кислоты в другие соединения, в том числе оксиды углерода, может стать равной или большей величины, соответствующей химическому образованию новых молекул бензойной кислоты. В данном случае для результирующего образования бензойной кислоты баланс может быть достигнут в области нуля или даже отрицательных величин. Изобретатели обнаружили, что если результирующее образование бензойной кислоты является положительным, то тогда соотношение между скоростью образования (при расчете на массу) терефталевой кислоты в реакционной среде и скоростью результирующего образования бензойной кислоты в реакционной среде предпочтительно превышает приблизительно 700:1, более предпочтительно превышает приблизительно 1100:1, а наиболее предпочтительно превышает 4000:1. Изобретатели обнаружили, что если результирующее образование бензойной кислоты является отрицательным, то тогда соотношение между скоростью образования (при расчете на массу) терефталевой кислоты в реакционной среде и скоростью результирующего образования бензойной кислоты в реакционной среде предпочтительно превышает приблизительно 200:(-1), более предпочтительно превышает приблизительно 1000:(-1), а наиболее предпочтительно превышает 5000:(-1).As described herein, elevated concentrations of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium increase the efficiency of formation of many other aromatic compounds, some of which are harmful impurities in TPA; and, as described herein, increased concentrations of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium increase the efficiency of formation of gaseous carbon oxides, the formation of which corresponds to a loss of yield with respect to the oxidizing agent and with respect to aromatic compounds and / or solvent. In addition, it should be disclosed at the moment that the inventors have found that a significant proportion of this increased efficiency in the formation of other aromatic compounds and carbon oxides has a source of reactions that enable the conversion of a certain amount of benzoic acid molecules themselves, as opposed to the case of benzoic acid catalyzing other reactions without spending her own. Accordingly, the “resulting formation of benzoic acid" is defined herein as the average time weight of the total amount of benzoic acid leaving the reaction medium, minus the average time weight of the total amount of benzoic acid entering the reaction medium over the same period of time. This resulting formation of benzoic acid is often positive, the driving force for which are the rates of formation of benzoic acid formed from impurities and self-generated benzoic acid. However, the inventors found that the rate of conversion of benzoic acid to carbon oxides and to several other compounds appears to increase approximately linearly as the concentration of benzoic acid increases in the liquid phase of the reaction medium when measurements are taken when other conditions the reaction, including temperature, oxygen availability, STR value and activity in the reaction, are appropriately kept constant. Thus, if the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is sufficiently large, possibly due to the increased concentration of benzoic acid in the solvent sent for recycling, then the degree of conversion of benzoic acid molecules to other compounds, including carbon oxides, may become equal to or greater than the chemical formation of new benzoic acid molecules. In this case, for the resulting formation of benzoic acid, balance can be achieved in the region of zero or even negative values. The inventors have found that if the resulting formation of benzoic acid is positive, then the ratio between the rate of formation (based on weight) of terephthalic acid in the reaction medium and the rate of the resulting formation of benzoic acid in the reaction medium is preferably greater than about 700: 1, more preferably greater than about 1100 : 1, and most preferably exceeds 4000: 1. The inventors have found that if the resulting formation of benzoic acid is negative, then the ratio between the rate of formation (on a weight basis) of terephthalic acid in the reaction medium and the rate of the resulting formation of benzoic acid in the reaction medium is preferably greater than about 200: (- 1), more preferably exceeds approximately 1000: (- 1), and most preferably exceeds 5000: (- 1).
Изобретатели также выявили предпочтительные диапазоны для состава суспензии (жидкая фаза + твердая фаза), отбираемой из реакционной среды, и образуемой твердой СТА части суспензии. Предпочтительные составы суспензии и предпочтительные составы СТА, как это ни удивительно, являются превосходными и подходящими для использования. Например, очищенная ТРА, полученная из данной предпочтительной СТА в результате проведения окислительной утилизации, характеризуется достаточно низким уровнем содержания совокупных примесей и окрашенных примесей, так что очищенная ТРА является подходящей для использования, без гидрирования дополнительных количеств 4-СВА и/или окрашенных примесей, для широкого диапазона сфер применения, связанных с волокнами из ПЭТФ, и сфер применения, связанных с упаковкой из ПЭТФ. Например, предпочтительный состав суспензии обеспечивает получение жидкой фазы реакционной среды, которая характеризуется относительно низкой концентрацией существенных примесей, и это значащим образом приводит к уменьшению эффективности образования других даже более нежелательных примесей, описанных в настоящем документе. В дополнение к этому, в соответствии с другими вариантами реализации настоящего изобретения предпочтительный состав суспензии существенным образом способствует проведению последующей переработки жидкости из суспензии, которая становится отправляемым на рецикл растворителем с подходящей степенью чистоты.The inventors have also identified preferred ranges for the composition of the suspension (liquid phase + solid phase), taken from the reaction medium, and formed solid CTA part of the suspension. Preferred suspension formulations and preferred CTA formulations, surprisingly, are excellent and suitable for use. For example, purified TPA obtained from this preferred CTA as a result of oxidative disposal is characterized by a fairly low level of total impurities and colored impurities, so that purified TPA is suitable for use without hydrogenating additional amounts of 4-CBA and / or colored impurities, for a wide range of applications related to PET fibers and applications related to PET packaging. For example, the preferred composition of the suspension provides a liquid phase of the reaction medium, which is characterized by a relatively low concentration of significant impurities, and this significantly reduces the efficiency of the formation of other even more undesirable impurities described herein. In addition, in accordance with other embodiments of the present invention, the preferred suspension formulation substantially facilitates the subsequent processing of the liquid from the suspension, which becomes a recycled solvent with an appropriate degree of purity.
СТА, получаемая в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, содержит меньше примесей, относящихся к избранным типам, в сопоставлении с СТА, получаемой при использовании обычных способов и аппаратуры, а именно тех, которые используют растворитель, отправляемый на рецикл. Примеси, которые могут присутствовать в СТА, включают нижеследующее: 4-карбоксибензальдегид (4-СВА), 4,4'-дикарбоксистильбен (4,4'-DCS), 2,6-дикарбоксиантрахинон (2,6-DCA), 2,6-дикарбоксифлуоренон (2,6-DCF), 2,7-дикарбоксифлуоренон (2,7-DCF), 3,5-дикарбоксифлуоренон (3,5-DCF), 9-флуоренон-2-карбоновая кислота (9F-2CA), 9-флуоренон-4-карбоновая кислота (9F-4CA), 4,4'-дикарбоксибифенил (4,4'-DCB), 2,5,4'-трикарбоксибифенил (2,5,4'-TCB), фталевая кислота (РА), изофталевая кислота (IPA), бензойная кислота (ВА), тримеллитовая кислота (ТМА), пара-толуиловая кислота (РТАС), 2,6-дикарбоксибензокумарин (2,6-DCBC), 4,4'-дикарбоксибензил (4,4'-DCBZ), 4,4'-дикарбоксибензофенон (4,4'-DCBP), 2,5,4'-трикарбоксибензофенон (2,5,4'-TCBP). Приведенная далее таблица 3 представляет предпочтительные величины для уровней содержания данных примесей в СТА, полученной в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.CTA, obtained in accordance with one embodiment of the present invention, contains less impurities related to the selected types, in comparison with CTA, obtained using conventional methods and apparatus, namely those that use a solvent sent for recycling. Impurities that may be present in CTA include the following: 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), 4,4'-dicarboxylstilbene (4,4'-DCS), 2,6-dicarboxyanthraquinone (2,6-DCA), 2, 6-dicarboxyfluorenone (2,6-DCF), 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DCF), 3,5-dicarboxyfluorenone (3,5-DCF), 9-fluorenone-2-carboxylic acid (9F-2CA) 9-fluorenone-4-carboxylic acid (9F-4CA), 4,4'-dicarboxybiphenyl (4,4'-DCB), 2,5,4'-tricarboxybiphenyl (2,5,4'-TCB), phthalic acid (RA), isophthalic acid (IPA), benzoic acid (VA), trimellitic acid (TMA), para-toluic acid (PTAC), 2,6-dicarboxybenzocoumarin (2,6-DCBC), 4 4'-dicarboxybenzyl (4,4'-DCBZ), 4,4'-dicarboxybenzophenone (4,4'-DCBP), 2,5,4'-tricarboxybenzophenone (2,5,4'-TCBP). The following table 3 presents the preferred values for the levels of these impurities in the CTA obtained in accordance with a variant implementation of the present invention.
В дополнение к этому, предпочитается, чтобы СТА, получаемая в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, характеризовалась бы пониженным уровнем содержания окрашенных соединений в сопоставлении с СТА, получаемой при использовании обычных способов и аппаратуры, а именно тех, которые используют растворитель, отправляемый на рецикл. Таким образом, предпочитается, чтобы СТА, получаемая в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, характеризовалась бы процентным пропусканием в области 340 нанометров (нм), равным, по меньшей мере, приблизительно 25 процентам, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50 процентам, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60 процентам. Кроме того, предпочитается, чтобы СТА, получаемая в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, характеризовалась бы процентным пропусканием в области 400 нанометров (нм), равным, по меньшей мере, приблизительно 88 процентам, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90 процентам, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 92 процентам.In addition, it is preferable that the CTA obtained in accordance with an embodiment of the present invention has a lower level of colored compounds than the CTA obtained using conventional methods and apparatus, namely those using a recycled solvent . Thus, it is preferred that the CTA produced in accordance with one embodiment of the present invention have a percent transmittance in the region of 340 nanometers (nm) equal to at least about 25 percent, more preferably at least about 50 percent and most preferably at least 60 percent. In addition, it is preferable that the CTA obtained in accordance with one embodiment of the present invention have a percent transmittance in the region of 400 nanometers (nm) equal to at least about 88 percent, more preferably at least about 90 percent and most preferably at least 92 percent.
Испытание с определением процентного пропускания представляет собой способ измерения количества окрашенных светопоглощающих примесей, присутствующих в ТРА или СТА. В соответствии с использованием в настоящем документе испытание относится к измерениям, проводимым для части раствора, полученного в результате растворения 2,00 граммов сухих твердых ТРА или СТА в 20,0 миллилитрах диметилсульфоксида (ДМСО) аналитической или еще более высокой чистоты. После этого часть данного раствора помещают в полумикропроточную кювету Hellma, PN 176.700, которую изготавливают из кварца, и которая характеризуется оптическим путем 1,0 см и объемом 0,39 миллилитра (компания Hellma USA, 80 Скайлайн-Драйв, Плейнвью, Нью-Йорк 11803). Для измерения пропускания при различных длинах волн света для данной заполненной проточной кюветы используют спектрофотометр Agilent 8453 Diode Array Spectrophotometer (компания Agilent Technologies, 395 Пэйдж-Милл-Роуд, Пало-Альто, Калифорния 94303). После надлежащей коррекции оптической плотности для учета поглощения фона, в том числе для использованных кюветы и растворителя, но не ограничиваясь только этим, результаты по процентному пропусканию, характеризующему долю падающего света, который проходит через раствор, машина выдает непосредственно. Значения процентного пропускания при длинах волн света в области 340 нанометров и 400 нанометров являются в особенности подходящими для использования при дифференциации вклада чистой ТРА от вклада множества примесей, обычно обнаруживаемых в ней.The percent transmittance test is a method of measuring the amount of colored light-absorbing impurities present in TPA or STA. As used herein, the test relates to measurements carried out on a portion of a solution obtained by dissolving 2.00 grams of dry solid TPA or CTA in 20.0 milliliters of analytical or even higher purity dimethyl sulfoxide (DMSO). After this, part of this solution is placed in a Hellma semi-flow cell, PN 176.700, which is made of quartz and which is characterized by an optical path of 1.0 cm and a volume of 0.39 milliliters (Hellma USA, 80 Skyline Drive, Plainview, New York 11803 ) An Agilent 8453 Diode Array Spectrophotometer (Agilent Technologies, 395 Page Mill Road, Palo Alto, CA 94303) is used to measure transmittance at different wavelengths of light for a filled flow cell. After proper correction of the optical density to take into account background absorption, including for the used cuvette and solvent, but not limited to this, the machine gives the results on the percentage transmittance characterizing the fraction of incident light that passes through the solution. Percent transmittance values at light wavelengths in the region of 340 nanometers and 400 nanometers are particularly suitable for use in differentiating the contribution of pure TPA from the contribution of many impurities normally found in it.
Предпочтительные диапазоны для уровней содержания различных ароматических примесей в фазе суспензии (твердая фаза+жидкая фаза) реакционной среды представлены далее в таблице 4. Preferred ranges for the levels of various aromatic impurities in the suspension phase (solid phase + liquid phase) of the reaction medium are presented below in table 4.
Данные предпочтительные составы для суспензии представляют собой вариант реализации предпочтительного состава жидкой фазы реакционной среды при одновременном подходящем устранении экспериментальных трудностей, относящихся к осаждению дополнительных компонентов жидкой фазы из реакционной среды с получением компонентов твердой фазы во время отбора образцов из реакционной среды, разделению жидкой фазы и твердой фазы, и смещении условий к условиям анализа.These preferred suspension formulations are an embodiment of the preferred composition of the liquid phase of the reaction medium while at the same time eliminating the experimental difficulties related to the deposition of additional components of the liquid phase from the reaction medium to obtain solid phase components during sampling from the reaction medium, separation of the liquid phase and the solid phase, and shifting conditions to the conditions of analysis.
В фазе суспензии реакционной среды и в СТА реакционной среды обычно также присутствует и множество других ароматических примесей в общем случае при варьировании содержания на еще более низких уровнях и/или в виде доли от содержания одного или нескольких из описанных ароматических соединений. Регулирование уровней содержания описанных ароматических соединений при выдерживании в предпочтительных диапазонах будет обеспечивать выдерживание на подходящих уровнях содержания и других ароматических примесей. Данные выгодные составы для фазы суспензии в реакционной среде и для твердой СТА, отбираемой непосредственно из суспензии, становятся возможными в результате проведения операций при использовании вариантов реализации изобретения, описанных в настоящем документе для частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА.Many other aromatic impurities are usually also present in the suspension phase of the reaction medium and in the CTA of the reaction medium, generally varying the content at even lower levels and / or as a fraction of the content of one or more of the described aromatic compounds. Adjusting the levels of the described aromatic compounds when kept in the preferred ranges will ensure that other aromatic impurities are kept at suitable levels. These advantageous formulations for the suspension phase in the reaction medium and for solid CTA taken directly from the suspension become possible as a result of operations using the embodiments of the invention described herein for the partial oxidation of para-xylene to obtain TPA.
Измерение концентрации компонентов низкого уровня содержания в растворителе, растворителе, отправляемом на рецикл, СТА, суспензии из реакционной среды и РТА проводят при использовании методов жидкостной хроматографии. В данный момент будут описываться два взаимозаменяемых варианта реализации.Measurement of the concentration of low-level components in a solvent, a solvent sent for recycling, CTA, suspension from the reaction medium and PTA is carried out using liquid chromatography methods. At the moment, two interchangeable implementations will be described.
Метод, обозначаемый в настоящем документе как ЖХВД-ДМД, включает жидкостную хроматографию высокого давления (ЖХВД) в сочетании с диодно-матричным детектором (ДМД), что обеспечивает разделение и получение количественных характеристик для различных молекулярных соединений в заданном образце. Прибор, используемый при данном измерении, представляет собой модель 1100 HPLC, оборудованную устройством ДМД, поставляемую компанией Agilent Technologies (Пало-Альто, Калифорния), хотя коммерчески доступными являются также и другие подходящие приборы, приобретаемые и у других поставщиков. Как известно на современном уровне техники, как время элюирования, так и отклик детектора калибруют при использовании известных соединений, присутствующих в известных количествах, при этом соединения и количества являются соответствующими соединениям и количествам, присутствующим в фактических неизвестных образцах.The method, referred to herein as HPLC-DMD, involves high pressure liquid chromatography (HPLC) in combination with a diode array detector (DMD), which allows separation and quantification of various molecular compounds in a given sample. The instrument used in this measurement is the 1100 HPLC model equipped with a DMD device supplied by Agilent Technologies (Palo Alto, CA), although other suitable devices purchased from other suppliers are also commercially available. As is known in the art, both the elution time and the response of the detector are calibrated using known compounds present in known amounts, and the compounds and amounts are corresponding to compounds and quantities present in actual unknown samples.
Метод, обозначаемый в настоящем документе как ЖХВД-MC, включает жидкостную хроматографию высокого давления (ЖХВД) в сочетании с масс-спектрометрией (МС), что обеспечивает разделение, идентификацию и получение количественных характеристик для различных молекулярных соединений в заданном образце. Приборы, используемые при данном измерении, представляют собой Alliance HPLC и ZQ MS, поставляемые компанией Waters Corp. (Милфорд, Массачусетс), хотя коммерчески доступными являются также и другие подходящие приборы, приобретаемые и у других поставщиков. Как известно на современном уровне техники, как время элюирования, так и отклик масс-спектрометра калибруют при использовании известных соединений, присутствующих в известных количествах, при этом соединения и количества являются соответствующими соединениям и количествам, присутствующим в фактических неизвестных образцах.The method, referred to herein as HPLC-MC, involves high pressure liquid chromatography (HPLC) in combination with mass spectrometry (MS), which allows separation, identification and quantification of various molecular compounds in a given sample. The instruments used in this measurement are Alliance HPLC and ZQ MS supplied by Waters Corp. (Milford, Mass.), Although other suitable appliances purchased from other suppliers are also commercially available. As is known in the art, both the elution time and the response of the mass spectrometer are calibrated using known compounds present in known amounts, and the compounds and amounts are corresponding to compounds and amounts present in actual unknown samples.
Еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к частичному окислению ароматического окисляемого соединения при надлежащем установлении баланса между подавлением образования вредных ароматических примесей, с одной стороны, и получением диоксида углерода и монооксида углерода, совокупно называемых оксидами углерода (СОх), с другой. Данные оксиды углерода обычно покидают реакционную емкость в отходящем газе, и они соответствуют обусловленной деструкцией потере растворителя и окисляемого соединения, в том числе, в конечном счете, предпочтительных производных окисленных соединений (например, уксусной кислоты, пара-ксилола и ТРА). Изобретатели выявили нижние границы для образования оксидов углерода, ниже которых, как представляется, высокая эффективность образования вредных ароматических примесей, описанных далее, и низкий уровень совокупной степени превращения неизбежно становятся слишком неудовлетворительными для того, чтобы иметь привлекательность с точки зрения экономики. Изобретатели также выявили верхние границы для оксидов углерода, выше которых образование оксидов углерода продолжает нарастать при малой дополнительной ценности, обеспечиваемой уменьшением эффективности образования вредных ароматических примесей.Another embodiment of the present invention relates to the partial oxidation of an aromatic oxidizable compound with an appropriate balance between suppressing the formation of harmful aromatic impurities, on the one hand, and producing carbon dioxide and carbon monoxide, collectively called carbon oxides (COx), on the other. These carbon oxides usually leave the reaction vessel in the off-gas, and they correspond to degradation-related loss of solvent and oxidizable compound, including, ultimately, preferred derivatives of oxidized compounds (e.g., acetic acid, para-xylene and TPA). The inventors have identified lower limits for the formation of carbon oxides, below which, it seems, the high efficiency of the formation of harmful aromatic impurities, described below, and the low level of the total degree of conversion inevitably become too unsatisfactory to be attractive from an economic point of view. The inventors have also identified upper limits for carbon oxides, above which the formation of carbon oxides continues to increase with little additional value provided by a decrease in the efficiency of formation of harmful aromatic impurities.
Изобретатели обнаружили то, что уменьшение концентраций в жидкой фазе реакционной среды для образуемого ароматическим окисляемым соединением исходного подаваемого материала и ароматических промежуточных соединений приводит к уменьшению скоростей образования вредных примесей во время частичного окисления ароматического окисляемого соединения. Данные вредные примеси включают сопряженные ароматические кольца и/или ароматические молекулы, имеющие большее, чем желательное, количество групп карбоновой кислоты (например, в случае окисления пара-ксилола вредные примеси включают 2,6-дикарбоксиантрахинон, 2,6-дикарбоксифлуоренон, тримеллитовую кислоту, 2,5,4'-трикарбоксибифенил и 2,5,4'-бензофенон). Ароматические промежуточные соединения включают ароматические соединения, происходящие из исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым ароматическим соединением, и все еще сохраняющие неароматические гидрокарбильные группы (например, в случае окисления пара-ксилола ароматические промежуточные соединения включают пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, пара-толуиловую кислоту, 4-СВА, 4-гидроксиметилбензойную кислоту и альфа-бром-пара-толуиловую кислоту). Образуемый ароматическим окисляемым соединением исходный подаваемый материал и ароматические промежуточные соединения, сохраняющие неароматические гидрокарбильные группы, в случае их присутствия в жидкой фазе реакционной среды, по-видимому, приводят к получению вредных примесей по способу, подобному тому, что уже был описан в настоящем документе для растворенных ароматических соединений, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп (например, изофталевой кислоты).The inventors have found that a decrease in the concentration in the liquid phase of the reaction medium for the starting feed material and aromatic intermediates formed by the aromatic oxidizable compound leads to a decrease in the rate of formation of harmful impurities during partial oxidation of the aromatic oxidizable compound. These harmful impurities include conjugated aromatic rings and / or aromatic molecules having more than the desired number of carboxylic acid groups (for example, in the case of para-xylene oxidation, harmful impurities include 2,6-dicarboxyananthraquinone, 2,6-dicarboxyfluorenone, trimellitic acid, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl and 2,5,4'-benzophenone). Aromatic intermediates include aromatic compounds originating from the feed material formed by the oxidizable aromatic compound and still preserving non-aromatic hydrocarbyl groups (for example, in the case of para-xylene oxidation, aromatic intermediates include para-toluyl aldehyde, terephthalic aldehyde, para-toluic acid , 4-CBA, 4-hydroxymethylbenzoic acid and alpha-bromo-para-toluic acid). The feed material formed by the aromatic oxidizable compound and the aromatic intermediates preserving non-aromatic hydrocarbyl groups, if present in the liquid phase of the reaction medium, are likely to produce harmful impurities in a manner similar to that already described herein for dissolved aromatic compounds that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups (for example, isophthalic acid).
Будучи поставленными перед фактом данной потребности в повышенной активности в реакции для подавления образования вредных ароматических примесей во время частичного окисления окисляемого ароматического соединения, изобретатели обнаружили то, что нежелательным сопутствующим результатом является увеличение эффективности образования оксидов углерода. Важно осознавать то, что данные оксиды углерода представляют собой потерю выхода в отношении окисляемого соединения и окислителя, а не только растворителя. Очевидно, что существенная, а иногда и основная доля оксидов углерода своим происхождением имеет окисляемое соединение и его производные, а не растворитель; и зачастую на единицу углерода окисляемое соединение стоит больше, чем растворитель. Кроме того, важно осознавать то, что желательный продукт в виде карбоновой кислоты (например, ТРА) также подвержен избыточному окислению до получения оксидов углерода в случае его присутствия в жидкой фазе реакционной среды.Having been confronted with the fact of this need for increased activity in the reaction to suppress the formation of harmful aromatic impurities during the partial oxidation of an oxidizable aromatic compound, the inventors have found that an undesirable concomitant result is an increase in the efficiency of formation of carbon oxides. It is important to recognize that these carbon oxides represent a loss of yield with respect to the oxidizable compound and oxidizing agent, and not just the solvent. Obviously, a significant, and sometimes even the main proportion of carbon oxides originates in the oxidizable compound and its derivatives, and not in the solvent; and often per unit of carbon the oxidizable compound costs more than the solvent. In addition, it is important to recognize that the desired product in the form of a carboxylic acid (e.g. TPA) is also subject to excessive oxidation to produce carbon oxides if it is present in the liquid phase of the reaction medium.
Также важно осознавать и то, что настоящее изобретение относится к реакциям в жидкой фазе реакционной среды и к концентрациям реагентов в ней. Это отличает его от некоторых изобретений предшествующего уровня техники, которые непосредственно относятся к получению ароматического соединения, сохраняющего неароматические гидрокарбильные группы, в форме осажденной твердой фазы. Говоря конкретно, в случае частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА определенные изобретения предшествующего уровня техники относятся к количеству 4-СВА, осажденного в твердой фазе СТА. Однако для соотношения между количествами 4-СВА в твердой фазе и 4-СВА в жидкой фазе изобретатели настоящего изобретения обнаружили вариативность порядка более двух к одному при использовании тех же самых технических условий в отношении температуры, давления, катализа, состава растворителя и скорости реакции за один проход в единицу времени для пара-ксилола в зависимости от того, будут ли частичное окисление проводить в хорошо перемешиваемом автоклаве или в реакционной среде с разбиением на ступени в отношении кислорода и пара-ксилола в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, изобретатели наблюдали то, что соотношение между количествами 4-СВА в твердой фазе и 4-СВА в жидкой фазе также может варьироваться в области более двух к одному либо в хорошо перемешанной реакционной среде, либо в реакционной среде с разбиением на ступени в зависимости от скорости реакции за один проход в единицу времени для пара-ксилола при прочих подобных технических условиях в отношении температуры, давления, катализа и состава растворителя. В дополнение к этому, 4-СВА в твердой фазе СТА, по-видимому, не вносит свой вклад в образование вредных примесей, и 4-СВА в твердой фазе можно без проблем и с высоким выходом извлечь и подвергнуть окислению до получения ТРА (например, в результате проведения окислительной утилизации для суспензии СТА, как это описывается в настоящем документе); в то время как удаление вредных примесей является намного более трудным и дорогостоящим в сопоставлении с удалением 4-СВА твердой фазы, а получение оксидов углерода соответствует необратимой потере выхода. Таким образом, важно осознавать то, что данный аспект настоящего изобретения относится к жидкофазным композициям в реакционной среде.It is also important to recognize that the present invention relates to reactions in the liquid phase of a reaction medium and to concentrations of reactants therein. This distinguishes it from some of the prior art inventions that directly relate to the preparation of an aromatic compound that retains non-aromatic hydrocarbyl groups in the form of a precipitated solid phase. Specifically, in the case of partial oxidation of para-xylene to obtain TPA, certain prior art inventions relate to the amount of 4-CBA precipitated in the CTA solid phase. However, for the ratio between the amounts of 4-CBA in the solid phase and 4-CBA in the liquid phase, the inventors of the present invention found variability of the order of more than two to one using the same specifications regarding temperature, pressure, catalysis, solvent composition and reaction rate in one passage per unit time for para-xylene, depending on whether the partial oxidation will be carried out in a well-stirred autoclave or in a reaction medium, stage-wise for oxygen and para-xylene in in accordance with the present invention. In addition, the inventors have observed that the ratio between the amounts of 4-CBA in the solid phase and 4-CBA in the liquid phase can also vary in the region of more than two to one, either in a well-mixed reaction medium or in a reaction medium divided into steps depending on the reaction rate in one pass per unit time for para-xylene under other similar technical conditions in relation to temperature, pressure, catalysis and solvent composition. In addition, 4-CBA in the solid phase of CTA, apparently, does not contribute to the formation of harmful impurities, and 4-CBA in the solid phase can be easily extracted and oxidized with high yield to obtain TPA (for example, as a result of oxidative disposal for the CTA suspension, as described herein); while the removal of harmful impurities is much more difficult and expensive in comparison with the removal of 4-CBA solid phase, and the production of carbon oxides corresponds to an irreversible loss of yield. Thus, it is important to recognize that this aspect of the present invention relates to liquid phase compositions in a reaction medium.
Изобретатели обнаружили то, что вне зависимости от того, будет ли источником являться растворитель или окисляемое соединение, при степенях превращения, обеспечивающих достижение привлекательности с точки зрения экономики, получение оксидов углерода тесно связано с уровнем общей активности в реакции несмотря на наличие широкой вариативности для конкретной комбинации температуры, содержания металлов, галогенов, температуры, кислотности реакционной среды согласно измерению показателя pH, концентрации воды, используемых для достижения уровня общей активности в реакции. Изобретатели обнаружили то, что в случае частичного окисления ксилола полезно провести оценку уровня общей активности в реакции при использовании концентрации в жидкой фазе толуиловых кислот на середине высоты реакционной среды, в области низа реакционной среды и в области верха реакционной среды.The inventors have found that, regardless of whether the source is a solvent or an oxidizable compound, with degrees of conversion providing attractiveness from an economic point of view, the production of carbon oxides is closely related to the level of overall activity in the reaction despite the wide variation for a particular combination temperature, metal, halogen, temperature, acidity of the reaction medium according to the measurement of pH, the concentration of water used to achieve equal the total activity in the reaction. The inventors have found that in the case of partial xylene oxidation, it is useful to assess the level of total activity in the reaction by using the concentration of toluic acids in the liquid phase at the mid-height of the reaction medium, in the lower region of the reaction medium and in the upper region of the reaction medium.
Таким образом, формируется важный одновременный баланс, позволяющий свести к минимуму образование вредных примесей в результате увеличения активности в реакции и, вместе с тем, свести к минимуму образование оксидов углерода в результате уменьшения активности в реакции. То есть, если общее образование оксидов углерода будет подавляться слишком мало, то тогда будут формироваться избыточные уровни содержания вредных примесей, и наоборот.Thus, an important simultaneous balance is formed, which makes it possible to minimize the formation of harmful impurities as a result of increased activity in the reaction and, at the same time, to minimize the formation of carbon oxides as a result of a decrease in activity in the reaction. That is, if the overall formation of carbon oxides is suppressed too little, then excessive levels of harmful impurities will form, and vice versa.
Кроме того, изобретатели обнаружили то, что растворимость и относительная реакционная способность желательной карбоновой кислоты (например, ТРА) и присутствие других растворенных ароматических соединений, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп, обеспечивают введение очень важной точки опоры рычага при достижении данного баланса между оксидами углерода и вредными примесями. Желательный продукт в виде карбоновой кислоты обычно растворяется в жидкой фазе реакционной среды даже и при наличии его также и в твердой форме. Например, при температурах в предпочтительных диапазонах ТРА является растворимой в реакционной среде, содержащей уксусную кислоту и воду, при уровнях содержания в диапазоне от приблизительно одной тысячи ч./млн (мас.) до более 1 массового процента, при этом по мере увеличения температуры растворимость увеличивается. Несмотря на существование различий в скоростях реакций, приводящих к образованию различных вредных примесей из образуемого окисляемым ароматическим соединением исходного подаваемого материала (например, пара-ксилола), из ароматических промежуточных соединений в реакции (например, пара-толуиловой кислоты), из желательного продукта в виде ароматической карбоновой кислоты (например, ТРА) и из ароматических соединений, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп (например, изофталевой кислоты), наличие и реакционная способность двух последних групп определяет область понижения эффекта в том, что касается дополнительного подавления для первых двух групп, образуемого окисляемым ароматическим соединением исходного подаваемого материала и ароматических промежуточных соединений в реакции. Например, если в случае частичного окисления пара-ксилола до получения ТРА количество растворенной ТРА будет составлять 7000 ч./млн (мас.) в жидкой фазе реакционной среды при заданных условиях, количество растворенной бензойной кислоты будет составлять 8000 ч./млн (мас.), количество растворенной изофталевой кислоты будет составлять 6000 ч./млн (мас.), а количество растворенной фталевой кислоты будет составлять 2000 ч./млн (мас.), то тогда тенденция в направлении дополнительного уменьшения содержания совокупных вредных соединений начнет ослабляться по мере того, как активность в реакции будет увеличиваться, обеспечивая подавление концентрации в жидкой фазе для пара-толуиловой кислоты и 4-СВА до значений, меньших подобных уровней. То есть присутствие и концентрация в жидкой фазе реакционной среды ароматических соединений, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп, подвергаются очень незначительным изменениям в результате увеличения активности в реакции, и их присутствие служит расширению вверх области понижения эффекта при уменьшении концентрации промежуточных соединений в реакции в целях подавления образования вредных примесей.In addition, the inventors have found that the solubility and relative reactivity of the desired carboxylic acid (e.g. TPA) and the presence of other dissolved aromatic compounds that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups provide a very important support point for the lever to achieve this balance between carbon oxides and harmful impurities. The desired product in the form of a carboxylic acid usually dissolves in the liquid phase of the reaction medium, even if it is also in solid form. For example, at temperatures in the preferred ranges, TPA is soluble in a reaction medium containing acetic acid and water, at levels ranging from about one thousand ppm (wt.) To more than 1 weight percent, with solubility as the temperature increases. increases. Despite the existence of differences in reaction rates leading to the formation of various harmful impurities from the feed material formed by the oxidizable aromatic compound (e.g., para-xylene), from aromatic intermediates in the reaction (e.g., para-toluic acid), from the desired product as aromatic carboxylic acid (for example, TPA) and from aromatic compounds that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups (for example, isophthalic acid), the presence and reactivity of two the latter groups defines an area reduction effect in regard to further suppress the first two groups, oxidizable aromatic compound feed and aromatic reaction intermediates. For example, if in the case of partial oxidation of para-xylene to obtain TPA, the amount of dissolved TPA will be 7000 ppm (wt.) In the liquid phase of the reaction medium under given conditions, the amount of dissolved benzoic acid will be 8000 ppm (wt. ), the amount of dissolved isophthalic acid will be 6000 ppm (wt.), and the amount of dissolved phthalic acid will be 2000 ppm (wt.), then the trend towards an additional decrease in the content of total harmful compounds will begin to weaken about as the activity in the reaction will increase, providing suppression of concentration in the liquid phase to para-toluic acid and 4-CBA to values below these levels. That is, the presence and concentration in the liquid phase of the reaction medium of aromatic compounds that do not have non-aromatic hydrocarbyl groups undergo very insignificant changes as a result of an increase in activity in the reaction, and their presence serves to expand upward the area of decrease in effect with a decrease in the concentration of intermediate compounds in the reaction in order to suppress the formation of harmful impurities.
Таким образом, один вариант реализации настоящего изобретения обеспечивает достижение предпочтительных диапазонов оксидов углерода, ограниченных с нижнего края низкой активностью в реакции и избыточным образованием вредных примесей, а с верхнего края - избыточными степенями потери углерода, но на уровнях, меньших в сопоставлении с ранее раскрытыми и описанными как коммерчески подходящие для использования. В соответствии с этим, образование оксидов углерода предпочтительно регулируют следующим образом. Соотношение между количествами молей полученных совокупных оксидов углерода и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,02:1, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,04:1, еще более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,05:1, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,06:1. В то же самое время соотношение между количествами молей полученных совокупных оксидов углерода и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,24:1, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,22:1, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,19:1, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,15:1. Соотношение между количествами молей полученного диоксида углерода и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,01:1, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,03:1, еще более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,04:1, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,05:1. В то же самое время соотношение между количествами молей полученного диоксида углерода и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,21:1, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,19:1, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,16:1, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,11:1. Соотношение между количествами молей полученного монооксида углерода и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,005:1, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,010:1, еще более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,015:1, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,020:1. В то же самое время соотношение между количествами молей полученного монооксида углерода и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,09:1, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,07:1, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,05:1, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,04:1.Thus, one embodiment of the present invention achieves the preferred ranges of carbon oxides, limited from the lower edge to low activity in the reaction and excessive formation of harmful impurities, and from the upper edge to excessive levels of carbon loss, but at levels lower than previously disclosed and described as being commercially suitable for use. Accordingly, the formation of carbon oxides is preferably controlled as follows. The ratio between the moles of the obtained total carbon oxides and the moles of the supplied oxidizable aromatic compound is preferably greater than about 0.02: 1, more preferably greater than about 0.04: 1, even more preferably greater than about 0, 05: 1, and most preferably greater than 0.06: 1. At the same time, the ratio between the moles of the obtained total carbon oxides and the moles of the supplied oxidizable aromatic compound is preferably less than about 0.24: 1, more preferably less than about 0.22: 1, even more preferably less than about 0.19: 1, and most preferably less than 0.15: 1. The ratio between the moles of the obtained carbon dioxide and the moles of the supplied oxidizable aromatic compound is preferably greater than about 0.01: 1, more preferably greater than about 0.03: 1, even more preferably greater than about 0.04 : 1, and most preferably greater than 0.05: 1. At the same time, the ratio between the moles of the obtained carbon dioxide and the moles of the supplied oxidizable aromatic compound is preferably less than about 0.21: 1, more preferably less than about 0.19: 1, even more preferably less than about 0.16: 1, and most preferably less than 0.11: 1. The ratio between the moles of the obtained carbon monoxide and the moles of the supplied oxidizable aromatic compound is preferably greater than about 0.005: 1, more preferably greater than about 0.010: 1, even more preferably greater than about 0.015: 1, and most preferably greater than 0.020: 1. At the same time, the ratio between the moles of the obtained carbon monoxide and the moles of the supplied oxidizable aromatic compound is preferably less than about 0.09: 1, more preferably less than about 0.07: 1, even more preferably less than about 0.05: 1, and most preferably less than 0.04: 1.
Уровень содержания диоксида углерода в сухом отходящем газе из реактора окисления предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,10 мольного процента, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,20 мольного процента, еще более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,25 мольного процента, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,30 мольного процента. В то же самое время уровень содержания диоксида углерода в сухом отходящем газе из реактора окисления предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 1,5 мольного процента, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 1,2 мольного процента, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,9 мольного процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,8 мольного процента. Уровень содержания монооксида углерода в сухом отходящем газе из реактора окисления предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,05 мольного процента, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,10 мольного процента, еще более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,15, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,18 мольного процента. В то же самое время уровень содержания монооксида углерода в сухом отходящем газе из реактора окисления предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,60 мольного процента, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,50 мольного процента, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,35 мольного процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,28 мольного процента.The level of carbon dioxide in the dry flue gas from the oxidation reactor is preferably greater than about 0.10 molar percent, more preferably greater than about 0.20 molar percent, even more preferably greater than about 0.25 molar percent and most preferably, greater than 0.30 mole percent. At the same time, the level of carbon dioxide in the dry off-gas from the oxidation reactor is preferably less than about 1.5 mol%, more preferably less than about 1.2 mol%, even more preferably less than about 0 , 9 molar percent, and most preferably less than 0.8 molar percent. The level of carbon monoxide in the dry off-gas from the oxidation reactor is preferably greater than about 0.05 mole percent, more preferably greater than about 0.10 mole percent, even more preferably greater than about 0.15, and most preferably greater than 0.18 mole percent. At the same time, the level of carbon monoxide in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably less than about 0.60 mol%, more preferably less than about 0.50 mol%, even more preferably less than about 0 , 35 molar percent, and most preferably less than 0.28 molar percent.
Изобретатели обнаружили то, что важным фактором при уменьшении эффективности образования оксидов углерода до данных предпочтительных диапазонов является улучшение степени чистоты отправляемого на рецикл фильтрата и исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, за счет уменьшения концентрации ароматических соединений, не имеющих неароматических гидрокарбильных групп, в соответствии с описанием настоящего изобретения, это одновременно приводит к уменьшению эффективности образования оксидов углерода и вредных примесей. Еще одним фактором является улучшение распределения пара-ксилола и окислителя в реакционной емкости в соответствии с описанием настоящего изобретения. Другие факторы, делающие возможным достижение вышеупомянутых предпочтительных уровней содержания оксидов углерода, заключаются в функционировании при наличии градиентов в реакционной среде, описанных в настоящем документе в отношении давления, в отношении температуры, в отношении концентрации окисляемого соединения в жидкой фазе и в отношении окислителя в газовой фазе. Другие факторы, делающие возможным достижение вышеупомянутых предпочтительных уровней содержания оксидов углерода, заключаются в функционировании в рамках описания настоящего документа в отношении параметров, предпочтительных для скорости реакции за один проход в единицу времени, давления, температуры, состава растворителя, состава катализатора и геометрии механики реакционной емкости.The inventors have found that an important factor in reducing the efficiency of the formation of carbon oxides to these preferred ranges is to improve the purity of the filtrate and the feed material formed by the oxidizable compound sent for recycling by reducing the concentration of aromatic compounds without non-aromatic hydrocarbyl groups, in accordance with the description of the present invention, this simultaneously leads to a decrease in the efficiency of formation of carbon oxides and harmful impurities. Another factor is to improve the distribution of para-xylene and oxidizing agent in the reaction vessel in accordance with the description of the present invention. Other factors that make it possible to achieve the aforementioned preferred levels of carbon monoxide content are the performance in the presence of gradients in the reaction medium described herein with respect to pressure, temperature, concentration of oxidizable compound in the liquid phase and in relation to the oxidizing agent in the gas phase . Other factors that make it possible to achieve the aforementioned preferred levels of carbon monoxide levels are to operate as part of the description of this document with respect to the parameters preferred for the reaction rate in one pass per unit time, pressure, temperature, solvent composition, catalyst composition, and geometry of the mechanics of the reaction vessel .
Важное преимущество, вытекающее из функционирования в пределах предпочтительных диапазонов образования оксидов углерода, заключается в том, что может быть уменьшено использование молекулярного кислорода, хотя и не до стехиометрических значений. Несмотря на хорошее разбиение на ступени в отношении окислителя и окисляемого соединения, в соответствии с настоящим изобретением избыток кислорода необходимо сохранять на уровне, превышающем стехиометрическое значение, рассчитываемое для одного только исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением, что делает возможными определенные потери в связи с оксидами углерода и обеспечивает наличие избыточного молекулярного кислорода, позволяющего регулировать образование вредных примесей. Говоря конкретно для случая, в котором исходный подаваемый материал, образуемый окисляемым соединением, представляет собой ксилол, соотношение в исходном подаваемом материале между массой молекулярного кислорода и массой ксилола предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,91:1,00, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,95:1,00, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,99:1,00. В то же самое время соотношение в исходном подаваемом материале между массой молекулярного кислорода и массой ксилола предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 1,20:1,00, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 1,12:1,00, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 1,06:1,00. Говоря конкретно для исходного подаваемого материала, образуемого ксилолом, средневременной уровень содержания молекулярного кислорода в сухом отходящем газе из реактора окисления предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,1 мольного процента, более предпочтительно большую, чем приблизительно 1 мольный процент, а наиболее предпочтительно большую, чем 1,5 мольного процента. В то же самое время средневременной уровень содержания молекулярного кислорода в сухом отходящем газе из реактора окисления предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 6 мольных процентов, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 4 мольных процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 3 мольных процента.An important advantage arising from functioning within the preferred ranges of formation of carbon oxides is that the use of molecular oxygen can be reduced, although not to stoichiometric values. Despite the good staging in relation to the oxidizing agent and the oxidizable compound, in accordance with the present invention, the excess oxygen must be maintained at a level exceeding the stoichiometric value calculated for the initial feed material formed by the oxidizable compound alone, which makes certain losses due to oxides possible carbon and provides the presence of excess molecular oxygen, which allows you to regulate the formation of harmful impurities. Specifically, for the case in which the feed material formed by the oxidizable compound is xylene, the ratio in the feed material between the mass of molecular oxygen and the mass of xylene is preferably greater than about 0.91: 1.00, more preferably large than approximately 0.95: 1.00, and most preferably greater than 0.99: 1.00. At the same time, the ratio in the feed material between the mass of molecular oxygen and the mass of xylene is preferably less than about 1.20: 1.00, more preferably less than about 1.12: 1.00, and most preferably less than 1.06: 1.00. Specifically, for the xylene feed, the average time level of molecular oxygen in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably greater than about 0.1 molar percent, more preferably greater than about 1 molar percent, and most preferably large than 1.5 molar percent. At the same time, the average temporal level of molecular oxygen in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably less than about 6 mole percent, more preferably less than about 4 mole percent, and most preferably less than 3 mole percent.
Еще одно важное преимущество, вытекающее из функционирования в пределах предпочтительных диапазонов образования оксидов углерода, заключается в том, что в оксиды углерода и другие менее ценные формы превращается меньшее количество ароматического соединения. Данное преимущество оценивают при использовании суммы молей всех ароматических соединений, покидающих реакционную среду, поделенной на сумму молей всех ароматических соединений, поступающих в реакционную среду, в течение непрерывного периода времени продолжительностью предпочтительно в один час, более предпочтительно в один день, а наиболее предпочтительно в 30 последовательных дней. Данное соотношение здесь и далее в настоящем документе называют «молярной долей выживания» для ароматических соединений при прохождении через реакционную среду и выражают через численное процентное соотношение. Если все поступающие ароматические соединения будут покидать реакционную среду в виде ароматических соединений, хотя бы в основном и в окисленных формах поступающих ароматических соединений, то тогда молярная доля выживания будет иметь свое максимальное значение, равное 100 процентам. Если в точности 1 из каждых 100 поступающих ароматических молекул при прохождении через реакционную среду будет превращаться в оксиды углерода и/или другие неароматические молекулы (например, уксусную кислоту), то тогда молярная доля выживания будет равна 99 процентам. Говоря конкретно для случая, в котором основным исходным подаваемым материалом, образуемым окисляемым ароматическим соединением, является ксилол, молярная доля выживания для ароматических соединений при прохождении через реакционную среду предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 98 процентов, более предпочтительно большую, чем приблизительно 98,5 процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 99,0 процентов. В то же самое время и в целях обеспечения наличия достаточной общей активности в реакции молярная доля выживания для ароматических соединений при прохождении через реакционную среду предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 99,9 процента, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 99,8 процента, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 99,7 процента, если основным исходным подаваемым материалом, образуемым окисляемым ароматическим соединением, является ксилол.Another important advantage resulting from the functioning within the preferred ranges of formation of carbon oxides is that less aromatic compound is converted to carbon oxides and other less valuable forms. This advantage is assessed by using the sum of moles of all aromatic compounds leaving the reaction medium divided by the sum of moles of all aromatic compounds entering the reaction medium for a continuous period of time, preferably one hour, more preferably one day, and most preferably 30 consecutive days. This ratio is hereinafter referred to as the "molar fraction of survival" for aromatic compounds when passing through the reaction medium and expressed as a numerical percentage. If all incoming aromatic compounds leave the reaction medium in the form of aromatic compounds, at least mainly in the oxidized forms of incoming aromatic compounds, then the molar fraction of survival will have its maximum value of 100 percent. If exactly 1 out of every 100 incoming aromatic molecules, when passing through the reaction medium, is converted to carbon oxides and / or other non-aromatic molecules (for example, acetic acid), then the molar fraction of survival will be 99 percent. Specifically, for the case in which xylene is the main feed material formed by the oxidizable aromatic compound, the molar fraction of survival for aromatic compounds passing through the reaction medium is preferably greater than about 98 percent, more preferably greater than about 98, 5 percent, and most preferably less than 99.0 percent. At the same time, and in order to ensure that there is sufficient overall activity in the reaction, the molar fraction of survival for aromatic compounds when passing through the reaction medium is preferably less than about 99.9 percent, more preferably less than about 99.8 percent, and most preferably less than 99.7 percent, if xylene is the main feed material formed by the oxidizable aromatic compound.
Еще одни аспект настоящего изобретения включает получение метилацетата в реакционной среде, содержащей уксусную кислоту и одно или несколько окисляемых ароматических соединений. Данный метилацетат является относительно летучим соединением в сопоставлении с водой и уксусной кислотой, и, таким образом, он имеет тенденцию к следованию за отходящим газом, если только для его извлечения и/или деструкции перед высвобождением отходящего газа обратно в окружающую среду не будут использованы дополнительные операции в охлаждающей или другой установке. Таким образом, получение метилацетата осуществляют при наличии эксплуатационных расходов, а также капитальных затрат. Может оказаться так, что метилацетат будут получать в результате сначала объединения метильного радикала, может быть образующегося в результате разложения уксусной кислоты, с кислородом с получением метилгидропероксида, в результате последующего разложения с получением метанола и, в конце концов, в результате проведения реакции между полученным метанолом и остаточной уксусной кислотой с получением метилацетата. Вне зависимости от пути химической реакции изобретатели обнаружили то, что всякий раз, когда получение метилацетата происходит при чрезмерно малой скорости, эффективность образования оксидов углерода будет также чрезмерно малой, а эффективность образования вредных ароматических примесей будет чрезмерно большой. Если получение метилацетата будет происходить при чрезмерно большой скорости, то тогда также излишне высоким будет и эффективность образования оксидов углерода, что приведет к потерям выхода в отношении растворителя, окисляемого соединения и окислителя. В случае использования предпочтительных вариантов реализации, описанных в настоящем документе, соотношение при получении между количествами молей полученного метилацетата и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, большую, чем приблизительно 0,005:1, более предпочтительно большую, чем приблизительно 0,010:1, а наиболее предпочтительно большую, чем 0,020:1. В то же самое время соотношение при получении между количествами молей полученного метилацетата и количествами молей подаваемого окисляемого ароматического соединения предпочтительно составляет величину, меньшую, чем приблизительно 0,09:1, более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,07:1, еще более предпочтительно меньшую, чем приблизительно 0,05:1, а наиболее предпочтительно меньшую, чем 0,04:1.Another aspect of the present invention includes the production of methyl acetate in a reaction medium containing acetic acid and one or more oxidizable aromatic compounds. This methyl acetate is a relatively volatile compound in comparison with water and acetic acid, and thus, it tends to follow the exhaust gas, unless additional operations are used to extract and / or decompose it before releasing the exhaust gas back into the environment. in a cooling or other installation. Thus, the production of methyl acetate is carried out in the presence of operating costs, as well as capital costs. It may turn out that methyl acetate will be obtained by first combining the methyl radical, which may be formed as a result of decomposition of acetic acid, with oxygen to produce methyl hydroperoxide, as a result of subsequent decomposition to produce methanol and, finally, as a result of the reaction between the obtained methanol and residual acetic acid to give methyl acetate. Regardless of the path of the chemical reaction, the inventors have found that whenever methyl acetate is produced at an excessively low speed, the efficiency of the formation of carbon oxides will also be excessively small, and the efficiency of formation of harmful aromatic impurities will be excessively large. If methyl acetate production occurs at an excessively high rate, then the efficiency of formation of carbon oxides will also be excessively high, which will lead to loss of yield with respect to the solvent, oxidizable compound and oxidizing agent. In the case of using the preferred embodiments described herein, the ratio upon receipt between the number of moles of the obtained methyl acetate and the number of moles of the oxidizable aromatic compound supplied is preferably greater than about 0.005: 1, more preferably greater than about 0.010: 1, and most preferably greater than 0.020: 1. At the same time, the ratio upon receipt between the number of moles of the obtained methyl acetate and the number of moles of the oxidizable aromatic compound supplied is preferably less than about 0.09: 1, more preferably less than about 0.07: 1, even more preferably less than about 0.05: 1, and most preferably less than 0.04: 1.
Данное изобретение может быть дополнительно проиллюстрировано при использовании следующих далее примеров его предпочтительных вариантов реализации, хотя необходимо понимать то, что данные примеры включаются просто для целей иллюстрации и не подразумевают ограничения объема изобретения, если только обратное не будет указано конкретно.The invention can be further illustrated using the following examples of its preferred embodiments, although it should be understood that these examples are included merely for purposes of illustration and are not intended to limit the scope of the invention, unless otherwise indicated.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Это - рабочий пример коммерческого окисления пара-ксилола в барботажной реакторной колонне. Данный пример демонстрирует, например, то, что, когда в соответствии с аспектами настоящего изобретения используют надлежащие геометрические и технологические условия, для концентраций пара-ксилола имеют место большие вертикальные градиенты.This is a working example of the commercial oxidation of para-xylene in a bubble column reactor. This example demonstrates, for example, that when appropriate geometric and technological conditions are used in accordance with aspects of the present invention, large vertical gradients take place for para-xylene concentrations.
В данном примере использовали емкость коммерческой барботажной реакторной колонны окисления, имеющую почти что вертикальное, по существу цилиндрическое тело, характеризующееся внутренним диаметром, равным приблизительно 2,44 метра. Высота емкости барботажной реакторной колонны окисления составляла приблизительно 32 метра от нижней линии начала изгиба (TL) до верхней TL. В областях верха и низа цилиндра емкость оборудовали эллиптическими днищами с конфигурацией приблизительно 2:1. Рабочий уровень составлял приблизительно 25 метров реакционной среды выше нижней TL. Расход при подаче пара-ксилола технической чистоты по сути дела был стационарным и равным приблизительно 81 килограмму в минуту, при этом подачу в реакционную емкость проводили через круглое отверстие, имеющееся в стенке цилиндрической секции на уровне по высоте, расположенном приблизительно на 4,35 метра выше нижней TL. Внутренний диаметр упомянутого отверстия в стенке составлял приблизительно 0,076 метра. Растворитель фильтрата подавали по сути дела при стационарном расходе, приблизительно равном 777 килограммам в минуту. Недозируемую долю данного растворителя фильтрата, согласно оценке по размерам канала и падениям давления составляющую приблизительно 20 килограммов в минуту, подавали в качестве промывной жидкости в барботер окислителя. Остальной растворитель фильтрата, составляющий приблизительно 757 килограммов в минуту, подавали тщательно перемешанным с пара-ксилолом технической чистоты. Поток объединенного жидкофазного исходного подаваемого материала, образуемого растворителем фильтрата и пара-ксилолом технической чистоты, таким образом, составлял приблизительно 838 килограммов в минуту, что для потока на входе через упомянутое отверстие в стенке приводило к получению расхода на единицу сечения потока, равного приблизительно 3 метрам в секунду. Данный растворитель фильтрата поступал из системы отправления на рецикл в установке и содержал более чем приблизительно 97 массовых процентов уксусной кислоты и воды. Концентрация компонентов катализатора в растворителе фильтрата была такова, что состав жидкой фазы реакционной среды соответствовал приблизительно 1777 ч./млн (мас.) кобальта, приблизительно 1518 ч./млн (мас.) брома и приблизительно 107 ч./млн (мас.) марганца. Отдельный поток растворителя среды орошения подавали в виде капель в зону отделения газа выше рабочего уровня реакционной среды по сути дела при стационарном расходе, приблизительно равном 572 килограммам в минуту. Данный растворитель среды орошения содержал более чем приблизительно 99 массовых процентов уксусной кислоты и воды; и растворитель среды орошения поступал из отдельной системы отправления на рецикл в установке, для которой было характерно отсутствие значительных уровней содержания компонентов катализатора. Объединенный уровень содержания воды в исходном подаваемом материале, образуемом растворителем фильтрата, и исходном подаваемом материале, образуемом растворителем среды орошения, был таков, что концентрация воды в жидкой фазе реакционной среды составляла приблизительно 6,0 массовых процентов. Окислителем являлся сжатый воздух, подаваемый по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 384 килограммам в минуту, через барботер окислителя, подобный тому, что проиллюстрирован на фигурах 2-5. Данный барботер окислителя включал соединенный под углом канал для течения, который представлял собой приблизительно равносторонний восьмиугольник, имеющий поперечный элемент, соединяющий одну сторону с противоположной стороной и проходящий через вертикальную ось симметрии реакционной емкости. Соединенный под углом канал для течения изготавливали из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 12 дюймов. Ширина восьмиугольника от центра тяжести одной стороны канала для течения до центра тяжести противоположной стороны составляла приблизительно 1,83 метра. Восьмиугольник располагается приблизительно горизонтально, и серединный уровень по высоте для восьмиугольного канала располагался приблизительно на 0,11 метра выше нижней TL реакционной емкости. Барботер окислителя имел 75 круглых отверстий, которые характеризовались диаметром, приблизительно равным 0,025 метра. Отверстия располагались приблизительно равномерно по восьмиугольнику и поперечному элементу поблизости от верха упомянутого 12-дюймового трубопровода. Поблизости от низа только одной стороны восьмиугольного канала имелось одно круглое отверстие, характеризующееся диаметром, приблизительно равным 0,012 метра. Рабочее давление для газа верха реакционной емкости имело стационарную величину, равную приблизительно 0,52 мегапаскаля избыточного давления. Реакционная емкость функционировала по существу в адиабатическом режиме таким образом, что теплота реакции увеличивала температуру поступающих исходных подаваемых материалов и выпаривала значительную часть поступающего растворителя. Измеренная поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды рабочая температура составляла приблизительно 160°С. Отходящий поток суспензии, содержащей сырую неочищенную терефталевую кислоту (СТА), удаляли из области, расположенной поблизости от низа нижнего эллиптического днища реакционной емкости, по сути дела при стационарном расходе. Расход для отходящего потока суспензии составлял приблизительно 408 килограммов в минуту.In this example, the capacity of a commercial bubble reactor oxidation column was used, having a nearly vertical, substantially cylindrical body, characterized by an internal diameter of approximately 2.44 meters. The height of the bubble column reactor oxidation column was approximately 32 meters from the lower bend start line (TL) to the upper TL. In the areas of the top and bottom of the cylinder, the tank was equipped with elliptical bottoms with a configuration of approximately 2: 1. The working level was approximately 25 meters of reaction medium above the lower TL. The flow rate when supplying technical grade para-xylene was essentially stationary and equal to approximately 81 kilograms per minute, while feeding into the reaction vessel was carried out through a round hole located in the wall of the cylindrical section at a height level located approximately 4.35 meters higher bottom TL. The inner diameter of said hole in the wall was approximately 0.076 meters. The filtrate solvent was fed essentially at a stationary flow rate of approximately 777 kilograms per minute. The non-dose fraction of this filtrate solvent, estimated by channel size and pressure drops of approximately 20 kilograms per minute, was supplied as a washing liquid to the oxidizer bubbler. The remaining solvent of the filtrate, approximately 757 kilograms per minute, was fed thoroughly mixed with technical grade para-xylene. The combined liquid-phase feed feed stream formed by the filtrate solvent and technical grade para-xylene was thus approximately 838 kilograms per minute, which resulted in a flow rate per unit cross section of about 3 meters for the inlet stream through the said wall aperture per second. This filtrate solvent came from a recycling system in the unit and contained more than about 97 weight percent acetic acid and water. The concentration of the catalyst components in the filtrate solvent was such that the composition of the liquid phase of the reaction medium corresponded to approximately 1777 ppm (wt.) Cobalt, approximately 1518 ppm (wt.) Bromine and approximately 107 ppm (wt.) Manganese A separate solvent stream of the irrigation medium was supplied in the form of droplets into the gas separation zone above the working level of the reaction medium, in fact, at a stationary flow rate of approximately 572 kilograms per minute. This solvent of the irrigation medium contained more than approximately 99 weight percent of acetic acid and water; and the solvent of the irrigation medium came from a separate recycling system in the installation, which was characterized by the absence of significant levels of catalyst components. The combined level of water in the feed feed formed by the solvent of the filtrate and the feed feed formed by the solvent of the irrigation medium was such that the concentration of water in the liquid phase of the reaction medium was approximately 6.0 weight percent. The oxidizing agent was compressed air, supplied essentially at a steady flow rate of approximately 384 kilograms per minute, through an oxidizer bubbler, similar to that illustrated in FIGS. 2-5. This oxidizer bubbler included an angle-connected flow channel, which was an approximately equilateral octagon, having a transverse element connecting one side to the opposite side and passing through the vertical axis of symmetry of the reaction vessel. The flow channel connected at an angle was made from components of the Schedule 10S pipeline with a nominal value of 12 inches. The width of the octagon from the center of gravity of one side of the channel for the flow to the center of gravity of the opposite side was approximately 1.83 meters. The octagon is approximately horizontal and the mid-level for the octagonal channel is approximately 0.11 meters above the lower TL of the reaction vessel. The oxidizer bubbler had 75 round holes, which were characterized by a diameter of approximately equal to 0.025 meters. The holes were located approximately evenly along the octagon and transverse element close to the top of the mentioned 12-inch pipeline. Near the bottom of only one side of the octagonal channel there was one circular hole, characterized by a diameter of approximately equal to 0.012 meters. The working pressure for the gas at the top of the reaction vessel had a stationary value of approximately 0.52 megapascals gauge pressure. The reaction vessel functioned essentially adiabatically so that the heat of reaction increased the temperature of the incoming feeds and evaporated a significant portion of the incoming solvent. Measured near the mid-level height for the reaction medium, the operating temperature was approximately 160 ° C. The effluent of the suspension containing crude crude terephthalic acid (CTA) was removed from the area located near the bottom of the lower elliptical bottom of the reaction vessel, essentially at a steady flow rate. The flow rate for the slurry effluent was approximately 408 kilograms per minute.
Образцы суспензии из реакционной среды получали на трех уровнях по высоте в реакционной емкости так, как описывается далее. При определении концентрации различных веществ в различных позициях в реакционной среде было необходимо принимать во внимание стохастическую природу системы, отбирая количество образцов, достаточное для определения средневременного значения с достаточным разрешением.Suspension samples from the reaction medium were obtained at three levels in height in the reaction vessel as described below. When determining the concentration of various substances at various positions in the reaction medium, it was necessary to take into account the stochastic nature of the system, selecting the number of samples sufficient to determine the average time value with sufficient resolution.
Один комплект из пяти образцов получали из канала для отходящего потока суспензии поблизости от низа нижнего эллиптического днища реакционной емкости. Еще один комплект из пяти образцов получали из отверстия в стенке, находящегося на уровне по высоте, расположенном приблизительно на 12,4 метра выше нижней TL реакционной емкости. Третий комплект из пяти образцов получали из отверстия в стенке, находящегося на уровне по высоте, расположенном приблизительно на 17,2 метра выше нижней TL реакционной емкости.One set of five samples was obtained from the channel for the exhaust flow of the suspension near the bottom of the lower elliptical bottom of the reaction vessel. Another set of five samples was obtained from a hole in the wall located at a height level located approximately 12.4 meters above the lower TL of the reaction vessel. A third set of five samples was obtained from a hole in the wall at a height level located approximately 17.2 meters above the lower TL of the reaction vessel.
Все образцы суспензий подвергали анализу по методу калиброванной газовой хроматографии (ГХ), устанавливая содержание пара-ксилола и пара-толуилового альдегида в жидкой фазе. Приведенная далее таблица 5 демонстрирует среднюю величину для пяти результатов, которые в колонне получали на трех различных уровнях по высоте. Результаты приводятся в виде массовых частей анализируемого вещества, приходящихся на миллион массовых частей (ч./млн (мас.)) жидкой фазы. All suspension samples were analyzed by calibrated gas chromatography (GC) to determine the content of para-xylene and para-toluene aldehyde in the liquid phase. The following table 5 shows the average for the five results that were obtained in the column at three different levels in height. The results are presented in the form of mass parts of the analyte per million mass parts (ppm (wt.)) Of the liquid phase.
Данные результаты демонстрируют наличие больших градиентов по вертикали в отношении локальных концентраций пара-ксилола и пара-толуилового альдегида. Например, градиент в отношении концентрации пара-ксилола, наблюдаемый в данных таблицы 5, представлял собой более 20:1 (455:21). Данные результаты демонстрируют то, что присущее системе перемешивание текучей среды в барботажной колонне для исходного подаваемого материала, образуемого поступающим пара-ксилолом, происходило существенно медленнее в сопоставлении с присущими системе скоростями реакций. В меньшей степени вертикальные градиенты наблюдали также и в отношении концентраций других родственных ароматических реакционно-способных веществ в реакционной среде (например, пара-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида).These results demonstrate the presence of large vertical gradients with respect to local concentrations of para-xylene and para-toluyl aldehyde. For example, the gradient in relation to the concentration of para-xylene, observed in the data of table 5, was more than 20: 1 (455: 21). These results demonstrate that the inherent mixing of the fluid in the bubble column for the feed feed formed by the incoming para-xylene was much slower compared with the reaction rates inherent in the system. To a lesser extent, vertical gradients were also observed with respect to the concentrations of other related aromatic reactive substances in the reaction medium (for example, para-toluic acid and 4-carboxybenzaldehyde).
Как продемонстрировано в последующих примерах, детальные расчетные модели демонстрируют то, что фактический диапазон концентрации пара-ксилола в жидкой фазе реакционной среды данного примера значительно превышал 100:1. Даже и без расчетов в рамках строгой расчетной модели специалисты в соответствующей области должны понять то, что фактическая максимальная концентрация пара-ксилола наблюдалась поблизости от того места, где через стенку емкости барботажной реакторной колонны в емкость вводили исходный подаваемый материал, образуемый пара-ксилолом. Данный уровень по высоте, соответствующий максимальной концентрации пара-ксилола, расположен приблизительно на 4,35 метра выше нижней TL в промежутке между точками отбора образцов из позиции на уровне приблизительно 12,4 метра и из нижнего слива. Подобным же образом, фактическая минимальная концентрация пара-ксилола, по-видимому, наблюдалась в области верха реакционной среды, соответствующего приблизительно 25 метрам, или в области, расположенной очень близко от него, что намного превышает позицию с максимальным уровнем по высоте, из которой отбирали вышеупомянутые образцы.As shown in the following examples, detailed calculation models demonstrate that the actual concentration range of para-xylene in the liquid phase of the reaction medium of this example was significantly greater than 100: 1. Even without calculations within the framework of a strict calculation model, specialists in the relevant field should understand that the actual maximum concentration of para-xylene was observed near the place where the initial feed material formed by para-xylene was introduced into the container through the wall of the bubbler reactor column. This height level, corresponding to the maximum concentration of para-xylene, is located approximately 4.35 meters above the lower TL in the interval between the sampling points from a position at a level of approximately 12.4 meters and from the lower discharge. Similarly, the actual minimum concentration of para-xylene was apparently observed in the region of the top of the reaction medium corresponding to approximately 25 meters, or in the region located very close to it, which is much higher than the position with the maximum height level from which the the above samples.
Концентрации пара-ксилола и других окисляемых соединений можно измерять и для других позиций в реакционной среде при использовании подходящих механических устройств для отбора образцов из любой точки в реакционной среде по вертикали или по горизонтали. Концентрации в позициях, в которых не производили физический отбор и химический анализ образцов, необязательно можно рассчитать с разумной точностью при использовании вычислительных моделей, характеризующихся сложностью, достаточной для описания исключительно сложных схем течения текучей среды, кинетики химических реакций, баланса энергии, равновесий паровой-жидкой-твердой фаз и скоростей межфазного обмена.The concentrations of para-xylene and other oxidizable compounds can also be measured for other positions in the reaction medium using suitable mechanical devices for sampling from anywhere in the reaction medium vertically or horizontally. Concentrations in positions where physical sampling and chemical analysis of samples were not performed can optionally be calculated with reasonable accuracy using computational models that are complex enough to describe exceptionally complex fluid flow patterns, chemical reaction kinetics, energy balance, vapor-liquid equilibria - solid phases and rates of interphase exchange.
ПРИМЕРЫ 2-5EXAMPLES 2-5
Примеры 2-5 представляют собой расчетные модели барботажных реакторных колонн, либо идентичных реактору из примера 1, либо в общем случае подобных ему при наличии указанных усовершенствований. Моделирование в рамках вычислительной гидродинамики (CFD), проводимое при получении примеров 2-5, осуществляли в соответствии с методом моделирования, описанным патентной заявке США с регистрационным номером 60/594774, озаглавленной “Modeling of Liquid-Phase Oxidation”, которая находится на рассмотрении одновременно с данной патентной заявкой и описание которой во всей своей полноте недвусмысленно включается в настоящий документ для справки.Examples 2-5 are design models of bubbler reactor columns, either identical to the reactor of example 1, or in the general case similar to it in the presence of these improvements. CFD simulations of Examples 2-5 were performed in accordance with the simulation method described in US Patent Application Serial No. 60/594774, entitled “Modeling of Liquid-Phase Oxidation,” which is under consideration at the same time. with this patent application and the description of which in its entirety is expressly included in this document for reference.
В примерах 2-5 моделирование CFD проводят при использовании программного обеспечения CFX release 5.7 (компания ANSYS, Inc., 275 Текнолоджи Драйв, Кэнонсберг, Пенсильвания 15317). Каждый из примеров 2-5 включает более чем приблизительно 100000 дискретных пространственных вычислительных ячеек. Временные шаги, подходящие для использования в примерах 2-5, составляют величины, меньшие, чем 0,1 секунды. При оптимизации параметров модели CFD в целях более точного приближения при описании средней величины удерживания пузырьков, оцениваемой при помощи измерения разности давлений, вертикального профиля величины удерживания пузырьков, оцениваемого при помощи гамма-сканирования, и горизонтальных профилей величины удерживания пузырьков, оцениваемых при помощи сканирований по методу компьютерной томографии (СТ), подходящим для использования оказалось множество размеров пузырьков с диаметрами в диапазоне от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,20 метра. Для того чтобы отобрать подходящие размеры и совокупности пузырьков в моделях CFD из примеров 2-5, фактические рабочие данные для установки получали при использовании суспензионных барботажных колонн, имеющих внутренние диаметры цилиндров, равные приблизительно 2,44 метра и приблизительно 3,05 метра, и функционирующих при использовании реакционной среды, характеризующейся соответствующими составом и технологическими условиями, приближенными к тем, что описываются далее. Эталонные данные для совокупной величины удерживания пузырьков получали при использовании разности давлений, измеряемой между областью, расположенной поблизости от основания емкости, и вплоть до области отходящего газа верха реактора. Эталонные данные для вертикального профиля величины удерживания пузырьков получали при использовании гамма-излучающего радиоактивного источника и метода детектирования с движением снизу вверх по внешней стороне реакционной емкости с шагами в диапазоне от приблизительно 0,05 метра до приблизительно 0,3 метра. Эталонные данные для горизонтальных профилей величины удерживания пузырьков получали при использовании сканирований СТ, проводимых для сетки девять на девять по горизонтальной плоскости рабочей барботажной колонны при использовании гамма-излучающего радиоактивного источника и метода детектирования. То есть источник располагали на заданном уровне по высоте в девяти различных позициях, разнесенных приблизительно равномерно по периметру барботажной колонны. Для каждой позиции источника гамма-излучения величину гамма-излучения, проходящего через реакционную емкость и реакционную среду, детектировали в девяти различных позициях, разнесенных приблизительно равномерно по периметру барботажной колонны. После этого к этим дискретным данным применяли различные математические модели и получали оценки изменения величины удерживания пузырьков в реакционной среде для упомянутого уровня по высоте. Множество горизонтальных сканирований СТ получали для двух различных дней, на двух различных уровнях по высоте и при двух различных расходах при подаче пара-ксилола, сжатого воздуха и тому подобного.In Examples 2-5, CFD modeling is performed using CFX release 5.7 software (ANSYS, Inc., 275 Technology Drive, Canonsburg, PA 15317). Each of examples 2-5 includes more than approximately 100,000 discrete spatial computational cells. Time steps suitable for use in examples 2-5 are values less than 0.1 seconds. When optimizing the parameters of the CFD model for a more accurate approximation when describing the average value of bubble retention, estimated by measuring the pressure difference, the vertical profile of the bubble retention value, estimated by gamma scanning, and the horizontal profiles of the bubble retention value, estimated by scanning using the method computed tomography (CT), suitable for use were many sizes of bubbles with diameters in the range from approximately 0.005 to approximately flax 0.20 meters. In order to select suitable bubble sizes and populations in CFD models from Examples 2-5, actual operating data for the installation was obtained using suspension bubblers having approximately 2.44 meters and approximately 3.05 meters internal cylinder diameters and operating when using a reaction medium characterized by appropriate composition and technological conditions close to those described below. Reference data for the total retention of bubbles was obtained using the pressure difference measured between the region located near the base of the tank and up to the region of the exhaust gas at the top of the reactor. Reference data for the vertical profile of the bubble retention rate was obtained using a gamma-emitting radioactive source and a detection method with a bottom-up movement on the outside of the reaction vessel in steps from about 0.05 meters to about 0.3 meters. Reference data for horizontal bubble retention profiles were obtained using CT scans performed for a nine by nine grid on the horizontal plane of the working bubble column using a gamma-emitting radioactive source and a detection method. That is, the source was located at a predetermined height level in nine different positions, spaced approximately uniformly around the perimeter of the bubble column. For each position of the gamma radiation source, the amount of gamma radiation passing through the reaction vessel and the reaction medium was detected in nine different positions, spaced approximately uniformly around the bubble column. After that, various mathematical models were applied to these discrete data and estimates of the change in the retention of bubbles in the reaction medium for the aforementioned level in height were obtained. Many horizontal CT scans were obtained for two different days, at two different levels in height and at two different costs when supplying para-xylene, compressed air and the like.
Модель химической реакции, расходующей пара-ксилол в данной среде, подстраивали в соответствии с профилями реагента для пара-ксилола, обнаруженными в примере 1, совместно с другими данными для подобных температур, давлений, интенсивностей реакций, катализа, концентрации воды и тому подобного, полученными в испытаниях как промышленного, так и полупромышленного масштабов. В качестве показательного приближения константа времени псевдопервого порядка для гибели пара-ксилольного реакционно-способного маркера равна приблизительно 0,2 обратной секунды для приблизительно 160°С и приблизительно средних условий для реакционной среды, используемой в примерах 2-4.The model of the chemical reaction consuming para-xylene in this medium was adjusted in accordance with the para-xylene reagent profiles found in Example 1, together with other data for similar temperatures, pressures, reaction intensities, catalysis, water concentration and the like obtained in tests of both industrial and semi-industrial scales. As an indicative approximation, the pseudo-first order time constant for the death of a para-xylene reactive marker is approximately 0.2 reverse seconds for approximately 160 ° C. and approximately average conditions for the reaction medium used in Examples 2-4.
Важно отметить то, что модели CFD для полей течения, полученных в примерах 2-4, приводят к получению крупномасштабных флуктуаций в отношении скоплений пузырьков и пульсаций жидкости, что в общем случае согласуется с наблюдаемыми низкочастотными волнообразными движениями в емкости функционирующей барботажной реакторной колонны.It is important to note that CFD models for flow fields obtained in Examples 2-4 lead to large-scale fluctuations in relation to accumulations of bubbles and pulsations of the liquid, which in general is consistent with the observed low-frequency wave-like motions in the capacity of a functioning bubble column reactor.
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
Данный пример разрабатывает расчеты, относящиеся к механической конфигурации из примера 1, и задает базис для сопоставления с примерами 3 и 4. В данном примере механическая конфигурация барботажной реакторной колонны идентична той, что имела место в примере 1, характеризуясь наличием круглого впускного отверстия с диаметром 0,076 метра в стенке реакционной емкости, предназначенного для потока исходного подаваемого материала, содержащего пара-ксилол и растворитель фильтрата. Расход при подаче пара-ксилола составляет приблизительно 1,84 килограмма в секунду, превышая то, что имело место в примере 1. Расход при подаче растворителя фильтрата, подаваемого тщательно перемешанным с пара-ксилолом, составляет приблизительно 18,4 килограммов в секунду. Таким образом, расход на единицу сечения потока для объединенного потока пара-ксилола плюс растворителя фильтрата, поступающего через отверстие в стенке, составляет приблизительно 4 метра в секунду. Расход при подаче растворителя среды орошения в свободное пространство для отделения газа над уровнем жидкости составляет 12,8 килограммов в секунду. Расход при подаче сжатого воздуха через барботер окислителя составляет приблизительно 9 килограммов в секунду. Уровень содержания твердой фазы в суспензии реакционной среды составляет приблизительно 31 массовый процент. Суспензию продукта отбирают из центра нижнего днища реакционной емкости при использовании по сути дела стационарного расхода, обеспечивая выдерживание приблизительно стационарного уровня, равного приблизительно 25 метрам реакционной среды. Средняя величина удерживания газа на серединном уровне по высоте для реакционной среды составляет приблизительно 55 процентов при расчете для среднеповерхностных и средневременных величин, где протяженность усреднения по времени составляет, по меньшей мере, приблизительно 100 секунд времени в модели CFD. Давление в пространстве над уровнем жидкости реакционной среды составляет приблизительно 0,50 мегапаскаля избыточного давления. Температура составляет приблизительно 160°С согласно измерениям поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды. Уровни содержания воды и кобальта, брома и марганца в жидкой части реакционной среды по существу представляют собой то же самое, что и в примере 1.This example develops the calculations related to the mechanical configuration of Example 1 and sets the basis for comparison with Examples 3 and 4. In this example, the mechanical configuration of the bubble column reactor is identical to that of Example 1, characterized by the presence of a round inlet with a diameter of 0.076 meter in the wall of the reaction vessel, designed for the flow of the original feed material containing para-xylene and the solvent of the filtrate. The flow rate for feeding para-xylene is approximately 1.84 kilograms per second, exceeding that which was the case in Example 1. The flow rate for feeding the solvent of the filtrate fed carefully mixed with para-xylene is approximately 18.4 kilograms per second. Thus, the flow rate per unit cross-section for the combined stream of para-xylene plus solvent of the filtrate entering through the hole in the wall is approximately 4 meters per second. The flow rate when the solvent of the irrigation medium is fed into the free space for gas separation above the liquid level is 12.8 kilograms per second. The flow rate when applying compressed air through an oxidizer bubbler is approximately 9 kilograms per second. The solids content of the suspension of the reaction medium is about 31 weight percent. A suspension of the product is taken from the center of the lower bottom of the reaction vessel when essentially stationary flow is used, maintaining an approximately stationary level of approximately 25 meters of the reaction medium. The average mid-height gas retention for the reaction medium is approximately 55 percent when calculated for mid-surface and medium-time values, where the length of the averaging over time is at least about 100 seconds of time in the CFD model. The pressure in the space above the liquid level of the reaction medium is approximately 0.50 megapascals overpressure. The temperature is approximately 160 ° C. as measured near the mid-level height for the reaction medium. The levels of water and cobalt, bromine and manganese in the liquid part of the reaction medium are essentially the same as in example 1.
ПРИМЕР 3EXAMPLE 3
Данный пример разрабатывает расчеты, относящиеся к улучшению степени диспергирования для исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, благодаря увеличению расхода на единицу сечения потока для жидкофазного исходного подаваемого материала, содержащего пара-ксилол, в точке его введения в реакционную среду в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения. В данном примере механическая конфигурация барботажной реакторной колонны идентична той, что имела место в примере 2, за исключением того, что круглое отверстие в стенке, через которое вводят жидкофазный исходный подаваемый материал, содержащий пара-ксилол, уменьшают до диаметра 0,025 метра. Расход при подаче пара-ксилола и другие технологические условия представляют собой то же самое, что и в примере 2, за исключением того, что расход на единицу сечения потока для потока объединенного жидкофазного исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом плюс растворителем фильтрата и поступающего через отверстие в стенке, в данном случае составляет приблизительно 36 метров в секунду.This example develops calculations related to improving the degree of dispersion for a feed source formed by para-xylene by increasing the flow rate per unit cross-section for a liquid-phase feed feed containing para-xylene at the point of introduction into the reaction medium in accordance with one aspect of the present invention. In this example, the mechanical configuration of the bubble column reactor is identical to that of Example 2, except that the round hole in the wall through which the liquid-phase feed material containing para-xylene is introduced is reduced to a diameter of 0.025 meters. The flow rate at the feed of para-xylene and other process conditions are the same as in Example 2, except that the flow rate per unit cross-section for the flow of the combined liquid-phase feed is formed by para-xylene plus a filtrate solvent and fed through the hole in the wall, in this case, is approximately 36 meters per second.
Расчеты в модели CFD для средневременных долей реакционной среды, имеющих концентрацию пара-ксилольного реакционно-способного маркера в жидкой фазе, превышающую различные пороговые величины, представлены в приведенной далее таблице 6. Объем реакционной среды, имеющей очень высокую концентрацию пара-ксилольного реакционно-способного маркера в жидкой фазе, уменьшается благодаря функционированию при повышенных скоростях на входе для потока жидкофазного исходного подаваемого материала, содержащего пара-ксилол, в соответствии с настоящим изобретением. Пониженное количество областей высокой концентрации пара-ксилола важно для ограничения прохождения нежелательных реакций сопряжения, как обусловленных повышенными концентрациями в них множества растворимых ароматических веществ, так и обусловленных тем, что такие концентрации приводят к локально высокому расходованию растворенного молекулярного кислорода и, таким образом, приводят к локальному подавлению стационарных концентраций растворенного молекулярного кислорода. Calculations in the CFD model for medium-time fractions of a reaction medium having a para-xylene reactive marker concentration in the liquid phase exceeding various threshold values are presented in Table 6 below. The volume of the reaction medium having a very high concentration of para-xylene reactive marker in the liquid phase, is reduced due to the operation at higher inlet speeds for the flow of the liquid-phase feed material containing para-xylene, in accordance with this invention. A reduced number of regions of high concentration of para-xylene is important for limiting the passage of undesired conjugation reactions, both due to the increased concentrations of many soluble aromatic substances in them, and due to the fact that such concentrations lead to a locally high consumption of dissolved molecular oxygen and, thus, lead to local suppression of stationary concentrations of dissolved molecular oxygen.
Превышающую 1000 ч./млн (мас.) (%)
Превышающую 2500 ч./млн (мас.) (%)
Превышающую 10000 ч./млн (мас.) (%)
Превышающую 25000 ч./млн (мас.) (%)The percentage of the reaction medium having a concentration of para-xylene,
Exceeding 1000 ppm (wt.) (%)
Exceeding 2500 ppm (wt.) (%)
Exceeding 10,000 ppm (wt.) (%)
Exceeding 25,000 ppm (wt.) (%)
0,640
0,049
0,0093.64
0.640
0,049
0.009
0,378
0,022
0,0023.28
0.378
0,022
0.002
0,130
0,005
0,0013.73
0.130
0.005
0.001
ПРИМЕР 4EXAMPLE 4
Данный пример разрабатывает расчеты для улучшенных механических устройств, предназначенных для введения в барботажную реакторную колонну окислителя и пара-ксилола. Данный пример реализуют в той же самой барботажной реакторной колонне, что и использованная в примерах 1-3. Однако реактор модифицируют в отношении того способа, по которому в реакционную среду вводят как окислитель, так и пара-ксилол. При обсуждении примера 4 внимание в первую очередь следует обратить на модифицированную аппаратуру, предназначенную для введения пара-ксилола в реакционную среду, которая позволяет уменьшить количество зон, имеющих высокие концентрации пара-ксилола. Во-вторых, внимание следует обратить на модифицированную аппаратуру, предназначенную для введения в реакционную среду окислителя, которая позволяет уменьшить количество зон, которые являются недостаточно аэрированными. В данном случае не предполагается то, что две модификации являются полностью независимыми по своим результатам, это - просто поэтапное представление.This example develops calculations for improved mechanical devices designed to introduce an oxidizing agent and para-xylene into a bubble column reactor. This example is implemented in the same bubble column reactor as used in examples 1-3. However, the reactor is modified with respect to the method by which both an oxidizing agent and para-xylene are introduced into the reaction medium. In the discussion of Example 4, attention should primarily be paid to the modified apparatus for introducing para-xylene into the reaction medium, which allows to reduce the number of zones having high concentrations of para-xylene. Secondly, attention should be paid to the modified equipment designed to introduce an oxidizing agent into the reaction medium, which allows one to reduce the number of zones that are not sufficiently aerated. In this case, it is not assumed that the two modifications are completely independent in their results, this is just a phased representation.
Количество реакционной среды, имеющей очень высокие концентрации пара-ксилольного реакционно-способного маркера в жидкой фазе, в примере 4 уменьшают благодаря использованию системы распределения жидкофазного исходного подаваемого материала, в общем случае продемонстрированной на фигурах 9-11. В удобном случае данная система распределения жидкофазного исходного подаваемого материала имеет четыре канала для течения, в удобном случае стоящих приблизительно вертикально. Каждый из данных четырех каналов для течения располагается на удалении в приблизительно 0,75 метра от вертикальной оси симметрии барботажной колонны. Данные четыре канала для течения в удобном случае изготавливают из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 1,5 дюйма. Нижний край каждой стойки в данном примере в удобном случае имеет секцию сходящегося конуса с внутренним углом, измеряемым между противоположными сторонами конуса, который в удобном случае составляет приблизительно 24 градуса; однако для замыкания находящегося дальше по ходу потока края канала для течения подходящими являются также и другие формы (например, коническая заглушка, имеющая другой внутренний угол, заглушка в виде плоской пластины, заглушка в виде колпачка трубы, клиновидная заглушка и тому подобное). Каждый из данных четырех каналов для течения в совокупности имеет девять круглых отверстий, каждое из которых характеризуется диаметром, равным приблизительно 0,0063 метра. Самое нижнее из девяти отверстий в каждом канале располагается в области низа нижней конической секции. У каждого канала данное самое нижнее отверстие располагается приблизительно на 0,4 метра выше нижней TL реакционной емкости. При проведении измерений в любом случае от данного нижнего края усеченной нижней конической секции следующие три отверстия в каждом канале располагаются выше приблизительно на 0,3 метра, следующие три отверстия располагаются выше приблизительно на 1,6 метра, а самые верхние два отверстия располагаются выше приблизительно на 2,7 метра. Таким образом, расстояние по вертикали от самого нижнего отверстия до самого верхнего отверстия в каждом канале составляет приблизительно 2,7 метра или приблизительно 1,1D. Линейное расстояние (не по вертикали), соответствующее самому большому разнесению отверстий, от нижнего отверстия одного вертикального канала до верхнего отверстия вертикального канала, расположенного по диагонали напротив, составляет приблизительно 3,44 метра или приблизительно 1,4D. Для каждого уровня отверстия располагают приблизительно равномерно по окружности каждого канала для течения. Канал подачи для исходного подаваемого материала, образуемого окисляемым соединением и растворителем, в область верха четырех приблизительно вертикальных каналов в удобном случае проходит приблизительно горизонтально на уровне по высоте, расположенном приблизительно на 3,60 метра выше нижней TL реакционной емкости. Канал подачи в удобном случае изготавливают из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 3 дюйма. Для того чтобы обеспечить противодействие как статическим, так и динамическим силам, возникающим во время действия как обычных, так и нештатных условий, имеются надлежащие механические перекрестные распорки в данном сборном узле и механические распорки между данным сборным узлом и барботером окислителя и реакционной емкостью.The amount of reaction medium having very high concentrations of a para-xylene reactive marker in the liquid phase is reduced in Example 4 by using a liquid-phase feed distribution system, generally shown in Figures 9-11. Conveniently, this liquid-phase distribution system of the feed material has four flow channels, conveniently standing approximately vertically. Each of these four flow channels is located approximately 0.75 meters from the vertical axis of symmetry of the bubble column. These four flow channels are conveniently made from components of a 1.5-inch Schedule 10S pipeline. The bottom edge of each rack in this example, in a convenient case, has a section of a converging cone with an internal angle measured between opposite sides of the cone, which in a convenient case is approximately 24 degrees; however, other forms are also suitable for closing the downstream edge of the flow channel for flow (for example, a conical plug having a different internal angle, a plug in the form of a flat plate, a plug in the form of a pipe cap, a wedge-shaped plug, and the like). Each of these four flow channels has a total of nine round openings, each of which is characterized by a diameter of approximately 0.0063 meters. The lowest of the nine holes in each channel is located at the bottom of the lower conical section. For each channel, this lowest hole is approximately 0.4 meters above the lower TL of the reaction vessel. When taking measurements in any case from this lower edge of the truncated lower conical section, the next three holes in each channel are approximately 0.3 meters higher, the next three holes are approximately 1.6 meters higher, and the uppermost two holes are approximately higher 2.7 meters. Thus, the vertical distance from the lowest hole to the highest hole in each channel is approximately 2.7 meters or approximately 1.1D. The linear distance (not vertical) corresponding to the largest hole spacing from the lower hole of one vertical channel to the upper hole of the vertical channel, located diagonally opposite, is approximately 3.44 meters or approximately 1.4D. For each level, the holes are arranged approximately uniformly around the circumference of each channel for flow. The feed channel for the feed feed formed by the oxidizable compound and the solvent to the top region of four approximately vertical channels conveniently extends approximately horizontally at a height level approximately 3.60 meters above the lower TL of the reaction vessel. The feed channel is conveniently made from components of the Schedule 10S pipeline with a nominal value of 3 inches. In order to counter both static and dynamic forces arising during both normal and abnormal conditions, there are proper mechanical cross-braces in this assembly and mechanical struts between this assembly and the oxidizer bubbler and the reaction vessel.
Возможными являются и многие другие конструкции данной системы распределения жидкофазного исходного подаваемого материала, хотя в данном примере их расчеты и отсутствуют. Например, размеры каналов для течения жидкости могут составлять большие или меньшие величины, или может иметь место поперечное сечение, отличное от приблизительно круглого, или может иметь место количество каналов, отличное от четырех. Например, в каждый из четырех по существу вертикальных каналов подачу можно было бы проводить независимо через каналы для течения, индивидуально проходящие через работающую под давлением стенку реакционной емкости. Например, соединительный элемент, обеспечивающий подачу поступающих пара-ксилола и образуемого растворителем исходного подаваемого материала, мог бы вести в область, расположенную поблизости от серединного уровня по высоте, или в область, расположенную поблизости от уровня по высоте для низа, или в область на любом уровне по высоте или на нескольких уровнях по высоте у приблизительно вертикальных каналов. Например, каналы подачи могли бы быть приблизительно вертикальными при нахождении распределительных отверстий на приблизительно горизонтальных каналах, или оба направления течения могли бы быть ориентированы под углом или быть нелинейными или неортогональными. Например, отверстия могли бы иметь различное радиальное, азимутальное или вертикальное расположение по отношению к реакционной среде. Например, возможно использование большего или меньшего количества отверстий и/или отверстий различных форм и/или отверстий со смешанными размерами и/или смешанными формами. Например, вместо выпускных отверстий могли бы быть использованы выпускные сопла. Например, вне канала для течения поблизости от выпускных отверстий и на пути текучих сред при их выходе в реакционную среду можно расположить одно или несколько приспособлений для отклонения течения.Many other designs of this distribution system for a liquid-phase feed material are also possible, although their calculations are not available in this example. For example, the dimensions of the channels for fluid flow may be larger or smaller, or there may be a cross section other than approximately circular, or there may be a number of channels other than four. For example, in each of the four essentially vertical channels, the feed could be carried out independently through flow channels individually passing through the pressure vessel wall of the reaction vessel. For example, a connecting element providing the supply of incoming para-xylene and solvent-formed starting feed material could lead to an area located near the mid-level height, or to an area located near the height level for the bottom, or to any level in height or at several levels in height at approximately vertical channels. For example, the supply channels could be approximately vertical when the distribution holes are on approximately horizontal channels, or both directions of the flow could be oriented at an angle or be non-linear or non-orthogonal. For example, the holes could have a different radial, azimuthal, or vertical arrangement with respect to the reaction medium. For example, it is possible to use more or fewer holes and / or holes of various shapes and / or holes with mixed sizes and / or mixed shapes. For example, instead of outlet openings, outlet nozzles could be used. For example, one or more devices for deflecting the flow can be arranged outside the flow channel in the vicinity of the outlet openings and in the path of the fluids when they enter the reaction medium.
В зависимости от характера и уровня содержания твердой фазы, в случае ее наличия, в объединенном исходном подаваемом материале, образуемом пара-ксилолом и растворителем, или в реакционной среде и в зависимости от методик запуска, остановки и других методик эксплуатации, используемых при проведении фактической производственной операции, необходимым может оказаться выдувание твердой фазы из внутреннего пространства системы распределения жидкофазного исходного подаваемого материала. Отверстие для выдувания в подходящем случае может быть большим, чем отверстия однородного размера, продемонстрированные в настоящем примере, хотя в данном примере его расчеты и отсутствуют. Отверстие на нижнем краю каждой из четырех приблизительно вертикальных стоек является в особенности подходящим для выдувания твердой фазы, несмотря на то, что это и не является единственным возможным способом. Более сложные механические устройства, такие как сборные узлы заслонок, контрольные клапаны, переливные клапаны, клапаны с приводом от серводвигателя и тому подобное, могут быть использованы либо для предотвращения проникновения твердой фазы, либо для выпуска накопившейся твердой фазы из системы распределения жидкофазного исходного подаваемого материала.Depending on the nature and level of the solid phase, if any, in the combined feed source formed by para-xylene and solvent, or in the reaction medium, and depending on the starting, stopping and other operating procedures used during the actual production operation, it may be necessary to blow out the solid phase from the internal space of the distribution system of the liquid-phase initial feed material. The blowing hole may suitably be larger than the uniformly sized holes shown in this example, although there are no calculations in this example. A hole on the lower edge of each of the four approximately vertical struts is particularly suitable for blowing a solid phase, although this is not the only possible way. More sophisticated mechanical devices, such as damper assemblies, check valves, overflow valves, servo-driven valves and the like, can be used either to prevent solid phase penetration or to discharge accumulated solid phase from a liquid-phase feed distribution system.
В данный момент внимание следует обратить на барботер окислителя, который в общем случае представляет собой то, что продемонстрировано на фигурах 12-15. Кольцевой элемент барботера окислителя в удобном случае включает соединенный под углом канал для течения, который в удобном и приближенном случае представляет собой равносторонний восьмиугольник без поперечного элемента. Соединенный под углом канал для течения в удобном случае изготавливают из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 10 дюймов. Ширина восьмиугольника от центра тяжести одной стороны канала для течения до центра тяжести противоположной стороны составляет приблизительно 1,12 метра. Восьмиугольное сечение в удобном случае располагается приблизительно горизонтально, а серединный уровень по высоте для восьмиугольного сечения располагается приблизительно на 0,24 метра ниже нижней TL реакционной емкости. Данный вариант недвусмысленно отличается от кольцевого элемента барботера окислителя из примеров 1-3, уровни по высоте для которого центрированы выше нижней TL реакционной емкости. Восьмиугольную часть канала перфорируют при помощи 64 приблизительно круглых отверстий, каждое из которых характеризуется диаметром, приблизительно равным 0,030 метра, и которые располагаются по каналу приблизительно равномерно. Приблизительно половину отверстий располагают по каналу в позициях, которые ориентированы под углом, приблизительно равным 45 градусам и отсчитываемым от горизонтали вниз, при проведении измерений от каждого отверстия до ближайшего центра тяжести поперечного сечения канала для течения. Приблизительно половину отверстий располагают по каналу в позициях, которые находятся поблизости от низа канала для течения (то есть под углом, приблизительно равным 90 градусам и отсчитываемым от горизонтали вниз, при проведении измерений от каждого отверстия до ближайшего центра тяжести поперечного сечения канала для течения). Изобретателям опять-таки следует привести комментарий, подобный комментариям в отношении распределителя на входе для жидкой фазы, в связи с тем, что для барботера окислителя возможным является и множество других конкретных конструкций, попадающих в объем нескольких аспектов настоящего изобретения. Например, через работающую под давлением стенку могут проходить больше или меньше, чем два канала подачи. Например, каналы подачи барботера окислителя могут быть сконструированы и без включения кольцевого элемента. Например, может присутствовать более чем один кольцевой элемент, и любой кольцевой элемент может иметь отличное от 8 количество сторон или может иметь несимметричные стороны. Например, конструкция может характеризоваться предпочтительным падением давления или предпочтительным качеством аэрации, или предпочтительным характером, препятствующим возникновению обрастания, при одновременном использовании других количества или размера или размеров или расположения отверстий или точек выпуска для канала. Например, конструкция может использовать другие диаметры каналов в предпочтительных диапазонах. Например, конструкция может обеспечивать получение характера, препятствующего возникновению обрастания, благодаря использованию промывания жидкостью.At the moment, attention should be paid to the oxidizer bubbler, which in the General case is what is shown in figures 12-15. The annular element of the oxidizer bubbler in a convenient case includes an angle-connected flow channel, which in a convenient and approximate case is an equilateral octagon without a transverse element. The flow channel, which is connected at an angle, is conveniently made from components of the 10duin Schedule pipeline. The width of the octagon from the center of gravity of one side of the channel for the flow to the center of gravity of the opposite side is approximately 1.12 meters. The octagonal section is conveniently approximately horizontal, and the mid-level for the octagonal section is approximately 0.24 meters below the lower TL of the reaction vessel. This option is clearly different from the annular element of the oxidizer bubbler of examples 1-3, the levels of height for which are centered above the lower TL of the reaction vessel. The octagonal part of the channel is perforated using 64 approximately circular holes, each of which is characterized by a diameter of approximately equal to 0.030 meters, and which are located approximately uniformly along the channel. About half of the holes are positioned along the channel in positions that are oriented at an angle of approximately 45 degrees and measured downward from the horizontal, when measuring from each hole to the nearest center of gravity of the cross section of the flow channel. Approximately half of the holes are located along the channel in positions that are close to the bottom of the channel for the flow (i.e., at an angle of approximately 90 degrees and measured from the horizontal downward when taking measurements from each hole to the nearest center of gravity of the cross section of the channel for flow). The inventors again should give a comment similar to the comments regarding the inlet distributor for the liquid phase, due to the fact that many other specific structures are possible for the oxidizer bubbler, falling within the scope of several aspects of the present invention. For example, more or less than two feed channels can pass through a pressure wall. For example, oxidizer bubbler feed channels can be designed without the inclusion of an annular element. For example, more than one annular element may be present, and any annular element may have a different number of sides than 8 or may have asymmetric sides. For example, the design may be characterized by a preferred pressure drop or a preferred aeration quality, or a preferred anti-fouling behavior, while using other quantities or sizes or sizes or arrangements of the channel openings or outlets. For example, the design may use other channel diameters in preferred ranges. For example, the design can provide a character that prevents the emergence of fouling, due to the use of liquid washing.
В данном примере реакционную среду отбирают по сути дела при стационарном расходе из боковой стороны реакционной емкости на уровне по высоте, соответствующем приблизительно 14 метрам, через круглое отверстие в стенке, которое характеризуется внутренним диаметром, приблизительно равным 0,076 метра. Отобранную реакционную среду разделяют на суспензию продукта, содержащую сырую неочищенную терефталевую кислоту, и отходящий газ в результате использования внешней деаэрационой емкости, которая полностью описывается в примере 6. Отделенный отходящий газ из внешней деаэрационной емкости по каналу транспортируют до соединения с основным потоком отходящего газа, покидающего верх реакционной емкости.In this example, the reaction medium is taken essentially at a stationary flow rate from the side of the reaction vessel at a height corresponding to approximately 14 meters through a circular hole in the wall, which is characterized by an internal diameter of approximately equal to 0.076 meters. The selected reaction medium is separated into a product suspension containing crude crude terephthalic acid and off-gas as a result of using an external deaeration vessel, which is fully described in Example 6. The separated off-gas from the external deaeration vessel is transported through a channel until it is connected to the main off-gas stream leaving top of the reaction vessel.
Методы моделирования CFD из данного примера представляют собой по существу то же самое, что и в примерах 2 и 3, при наличии данных исключений. Для усовершенствованной аппаратуры, обеспечивающей распределение поступающего окислителя, распределение поступающего окисляемого соединения и удаление суспензии продукта из боковой стенки реакционной емкости приблизительно на 14 метров выше нижней TL, пространственное сеточное разбиение модифицируют надлежащим образом, известным на современном уровне техники.The CFD modeling methods of this example are essentially the same as in examples 2 and 3, with these exceptions. For advanced equipment that provides the distribution of the incoming oxidizing agent, the distribution of the incoming oxidizable compound and the removal of the product suspension from the side wall of the reaction vessel about 14 meters above the lower TL, the spatial mesh partition is modified appropriately, known in the art.
Для того чтобы оценить результаты для модели CFD в отношении распределения пара-ксилольного реакционно-способного маркера, используют те же самые методы, что и в примерах 2 и 3. А именно определяют средневременные доли реакционной среды, имеющие концентрацию пара-ксилольного реакционно-способного маркера в жидкой фазе, превышающую различные пороговые величины. Для облегчения сопоставления результаты данного примера представлены в приведенной выше таблице 6. Данные результаты демонстрируют то, что улучшенное распределение пара-ксилольного реакционно-способного маркера в данном примере фактически приводит к небольшому увеличению количества реакционной среды, демонстрирующей превышение 1000 ч./млн (мас.), но уровни содержания, соответствующие более вредным пороговым величинам 2500 ч./млн (мас.), 10000 ч./млн (мас.) и 25000 ч./млн (мас.), понижаются. Получение данных улучшений обеспечивается, например, благодаря повышенным скоростям на входе для исходного подаваемого материала совместно с улучшенным вертикальным, радиальным и азимутальным расположением и разнесением позиций введения пара-ксилола в реакционную среду.In order to evaluate the results for the CFD model with respect to the distribution of the para-xylene reactive marker, the same methods are used as in examples 2 and 3. Namely, the average time fractions of the reaction medium having the concentration of the para-xylene reactive marker are determined. in the liquid phase, exceeding various threshold values. To facilitate comparison, the results of this example are presented in Table 6 above. These results demonstrate that the improved distribution of the para-xylene reactive marker in this example actually leads to a slight increase in the amount of reaction medium exhibiting an excess of 1000 ppm (wt. ), but the levels corresponding to more harmful threshold values of 2500 ppm (wt.), 10000 ppm (wt.) and 25000 ppm (wt.) are reduced. Obtaining these improvements is provided, for example, due to the increased inlet velocities for the initial feed material together with improved vertical, radial and azimuthal arrangement and separation of the positions of introduction of para-xylene into the reaction medium.
Если теперь обратиться к качеству аэрации всего объема реакционной среды, то можно сказать, что для оценки величины неудовлетворительно аэрированного объема в реакционной среде из примеров 2-4 используют способ разделения на 2000 горизонтальных долей с равным подобъемом. Начиная с самой нижней части реакционной среды, а именно с низа нижнего эллиптического днища в данном примере, реакционную среду разделяют на 2000 равных подобъемов при использовании теоретических горизонтальных плоскостей. В течение каждого из временных интервалов в модели CFD определяют количество суспензии и количество газа в пределах каждого из упомянутых 2000 равных подобъемов, которое используют для вычисления средней величины удерживания газа в нем. Для того чтобы учесть стохастическую природу технологического процесса и его модели CFD, конечный результат для модели CFD подвергают временному усреднению по временам модели продолжительностью, по меньшей мере, приблизительно в 100 секунд и получают средневременные величины удерживания газа в каждом из 2000 равных подобъемов.If we now turn to the quality of aeration of the entire volume of the reaction medium, then we can say that to estimate the value of unsatisfactorily aerated volume in the reaction medium from examples 2-4, a method of separation into 2000 horizontal fractions with equal subvolume is used. Starting from the lowest part of the reaction medium, namely, from the bottom of the lower elliptical bottom in this example, the reaction medium is divided into 2000 equal sub-volumes using theoretical horizontal planes. During each of the time intervals in the CFD model, the amount of suspension and the amount of gas are determined within each of the 2,000 equal subvolumes mentioned, which is used to calculate the average amount of gas retention in it. In order to take into account the stochastic nature of the process and its CFD model, the final result for the CFD model is subjected to temporary averaging over model times of at least about 100 seconds and average gas retention values are obtained in each of 2000 equal sub-volumes.
Как только для каждого из 2000 равных подобъемов определят средневременную величину удерживания газа, данные величины сопоставляют с пороговыми величинами, описанными в настоящем документе. Для каждой пороговой величины учитывают совокупное количество не соответствующих норме подобъемов и подобъемов, где отсутствует превышение указанной пороговой величины. Приведенная далее таблица 7 демонстрирует количество горизонтальных долей реакционной среды из 2000 горизонтальных долей с равным объемом, для которых средневременная величина удерживания газа составляет величину, меньшую чем 10 объемных процентов, меньшую чем 20 объемных процентов, и меньшую чем 30 объемных процентов, как для примера 2, так и для примера 4. Пример 4 демонстрирует существенное улучшение в сопоставлении с примером 2. As soon as the average time value of gas retention is determined for each of 2000 equal subvolumes, these values are compared with the threshold values described in this document. For each threshold value, the total number of subvolumes and subvolumes not conforming to the norm, where there is no excess of the specified threshold value, is taken into account. The following table 7 shows the number of horizontal fractions of the reaction medium of 2,000 horizontal fractions of equal volume for which the average gas retention rate is less than 10 volume percent, less than 20 volume percent, and less than 30 volume percent, as for example 2 , and for example 4. Example 4 demonstrates a significant improvement in comparison with example 2.
При сопоставлении расчетных примеров 2 и 4 также можно отметить и то, что исходный подаваемый материал, образуемый пара-ксилолом, из примера 4 высвобождают в реакционной среде ниже и ближе к потоку поступающего окислителя в сопоставлении с примером 2.When comparing calculated examples 2 and 4, it can also be noted that the initial feed formed by para-xylene from example 4 is released in the reaction medium below and closer to the flow of the incoming oxidizing agent in comparison with example 2.
ПРИМЕРЫ 5 и 6EXAMPLES 5 and 6
Примеры 5 и 6 представляют собой рабочие примеры для коммерческой барботажной реакторной колонны окисления, демонстрирующие важность сведения к минимуму количества областей неудовлетворительной аэрации, улучшения способа введения исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом технической чистоты, обеспечивающего достижение большей степени вертикального, азимутального и радиального диспергирования, и понижения точки введения исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом технической чистоты, обеспечивающего ее приближение к точке максимальной доступности молекулярного кислорода, в соответствии с описанием настоящего изобретения. В дополнение к этому данные примеры демонстрируют преимущества в отношении выхода, обусловленные наличием выпускного отверстия для суспензии повышенного уровня расположения.Examples 5 and 6 are working examples for a commercial bubble reactor oxidation column, demonstrating the importance of minimizing the number of areas of unsatisfactory aeration, improving the method of introducing the feed material formed by technical grade para-xylene to achieve a greater degree of vertical, azimuthal and radial dispersion, and lowering the point of introduction of the feed material formed by technical grade para-xylene, providing th approximation to its point of maximum availability of molecular oxygen, according to the description of the present invention. In addition to these, the examples demonstrate yield advantages due to the presence of an outlet for suspension of an increased level of location.
Во время частичного окисления пара-ксилола присутствует множество различных примесных соединений, обычно получаемых в результате сопряжения ароматических колец. Одним из них является 4,4'-дикарбоксистильбен. Данное соединение демонстрирует намного более высокое поглощение света в сопоставлении с терефталевой кислотой, и оно сильно уменьшает оптическое пропускание целевого продукта. В дополнение к этому 4,4'-дикарбоксистильбен является примесью, удобной для использования при отслеживании качества непрерывного окисления, поскольку он селективно выделяется в твердую фазу реакционной среды; поэтому в потоках растворителя, отправляемого на рецикл, в емкостях промышленных барботажных реакторных колонн, описанных в примерах 5 и 6, обычно присутствует очень мало 4,4'-дикарбоксистильбена. В примерах 5 и 6 концентрации 4,4'-дикарбоксистильбена измеряли при использовании аналитического метода, использующего ЖХВД-МС с калибровкой, получаемой при помощи подходящей эталонной смеси, содержащей растворитель и известные количества некоторых анализируемых веществ при конкретном включении известного количества 4,4'-дикарбоксистильбена. Аналитический метод ЖХВД-МС описывается в приведенном выше разделе «Подробное описание».During the partial oxidation of para-xylene, there are many different impurity compounds, usually obtained by conjugation of aromatic rings. One of them is 4,4'-dicarboxystilbene. This compound exhibits much higher light absorption compared with terephthalic acid, and it greatly reduces the optical transmittance of the target product. In addition, 4,4'-dicarboxystilbene is an impurity suitable for use in monitoring the quality of continuous oxidation, since it is selectively released into the solid phase of the reaction medium; therefore, very little of the 4,4'-dicarboxystilbene is usually present in the solvent streams sent for recycling in the containers of the industrial bubbler reactor columns described in Examples 5 and 6. In examples 5 and 6, the concentrations of 4,4'-dicarboxystilbene were measured using an analytical method using HPLC-MS with calibration obtained using a suitable reference mixture containing a solvent and known amounts of certain analytes with a specific inclusion of a known amount of 4,4'- dicarboxystilbene. The analytical method of HPLC-MS is described in the “Detailed Description” section above.
ПРИМЕР 5EXAMPLE 5
Барботажная реакторная колонна, используемая в данном примере, имеет по существу ту же самую механическую конфигурацию, что и реактор из примеров 1 и 2. Реактор характеризуется технологическими условиями, сопоставимыми с тем, что имеет место в примере 6, и он представляет собой базис для сопоставления. Рабочий уровень составлял приблизительно 25 метров реакционной среды. Подачу пара-ксилола технической чистоты проводили по сути дела стационарно при расходе, равном приблизительно 81 килограмму в минуту. Растворитель фильтрата подавали по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 793 килограммам в минуту. Недозируемую долю данного материала, согласно оценке по размерам канала и падениям давления составляющую приблизительно 20 килограммов в минуту, подавали в качестве промывной жидкости в барботер окислителя. Остальной растворитель фильтрата, составляющий приблизительно 773 килограмма в минуту, подавали тщательно перемешанным с пара-ксилолом технической чистоты. Объединенный жидкофазный поток, образуемый растворителем фильтрата и пара-ксилолом технической чистоты, таким образом, составлял приблизительно 854 килограмма в минуту. Данный растворитель фильтрата поступал из системы отправления на рецикл в установке, и он содержал более чем приблизительно 97 массовых процентов уксусной кислоты и воды. Концентрация компонентов катализатора в растворителе фильтрата была такова, что состав жидкой фазы реакционной среды соответствовал приблизительно 2158 ч./млн (мас.) кобальта, приблизительно 1911 ч./млн (мас.) брома и приблизительно 118 ч./млн (мас.) марганца. Отдельный поток растворителя среды орошения подавали в виде капель в зону отделения газа выше рабочего уровня реакционной среды по сути дела при стационарном расходе, приблизительно равном 546 килограммам в минуту. Данный растворитель среды орошения содержал более чем приблизительно 99 массовых процентов уксусной кислоты и воды; и растворитель среды орошения поступал из отдельной системы отправления на рецикл в установке, для которой было характерно отсутствие значительных уровней содержания компонентов катализатора. Объединенный уровень содержания воды в исходном подаваемом материале, образуемом растворителем фильтрата, и исходном подаваемом материале, образуемом растворителем среды орошения, был таков, что концентрация воды в жидкой фазе реакционной среды составляла приблизительно 5,8 массового процента. Окислителем являлся сжатый воздух, подаваемый по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 352 килограммам в минуту. Рабочее давление для газа верха реакционной емкости имело стационарную величину, равную приблизительно 0,42 мегапаскаля избыточного давления. Реакционная емкость функционировала по существу в адиабатическом режиме таким образом, что теплота реакции увеличивала температуру поступающих исходных подаваемых материалов и выпаривала значительную часть поступающего растворителя. Измеренная поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды рабочая температура составляла приблизительно 154,6°С. Отходящий поток суспензии, содержащей сырую неочищенную терефталевую кислоту (СТА), удаляли из области, расположенной поблизости от низа нижнего эллиптического днища реакционной емкости, по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 428 килограммам в минуту.The bubble column used in this example has essentially the same mechanical configuration as the reactor of examples 1 and 2. The reactor is characterized by technological conditions comparable to that of example 6, and it provides a basis for comparison . The working level was approximately 25 meters of the reaction medium. The supply of technical grade para-xylene was carried out essentially stationary at a flow rate of approximately 81 kilograms per minute. The filtrate solvent was fed essentially at a steady-state flow rate of approximately 793 kilograms per minute. A non-dose portion of this material, estimated by channel size and pressure drops of approximately 20 kilograms per minute, was supplied as a washing liquid to an oxidizer bubbler. The remaining filtrate solvent, approximately 773 kilograms per minute, was fed thoroughly mixed with technical grade para-xylene. The combined liquid phase stream formed by the filtrate solvent and technical grade para-xylene was thus approximately 854 kilograms per minute. This filtrate solvent came from a recycling system in the unit and it contained more than about 97 weight percent acetic acid and water. The concentration of catalyst components in the filtrate solvent was such that the composition of the liquid phase of the reaction medium corresponded to approximately 2158 ppm (wt.) Cobalt, approximately 1911 ppm (wt.) Bromine and approximately 118 ppm (wt.) Manganese A separate solvent stream of the irrigation medium was supplied in the form of droplets into the gas separation zone above the working level of the reaction medium, in fact, at a stationary flow rate of approximately 546 kilograms per minute. This solvent of the irrigation medium contained more than approximately 99 weight percent of acetic acid and water; and the solvent of the irrigation medium came from a separate recycling system in the installation, which was characterized by the absence of significant levels of catalyst components. The combined level of water in the feed feed formed by the solvent of the filtrate and the feed feed formed by the solvent of the irrigation medium was such that the concentration of water in the liquid phase of the reaction medium was approximately 5.8 weight percent. The oxidizing agent was compressed air, which was essentially supplied at a stationary flow rate of approximately 352 kilograms per minute. The working pressure for the gas at the top of the reaction vessel had a stationary value of approximately 0.42 megapascals of overpressure. The reaction vessel functioned essentially adiabatically so that the heat of reaction increased the temperature of the incoming feeds and evaporated a significant portion of the incoming solvent. Measured near the mid-level height for the reaction medium, the operating temperature was approximately 154.6 ° C. The effluent of the slurry containing crude crude terephthalic acid (CTA) was removed from the area near the bottom of the lower elliptical bottom of the reaction vessel, essentially at a steady flow rate of about 428 kilograms per minute.
В данном примере соотношение между нормой выработки нежелательного 4,4'-дикарбоксистильбена и нормой выработки желательной терефталевой кислоты измеряли по методу ЖХВД-МС для трех независимых образцов суспензии продукта и получали приблизительно 8,6, 9,1 и 9,2 ч./млн (мас.), что, таким образом, в среднем дает приблизительно 9,0 ч./млн (мас.). Концентрацию пара-ксилола в жидкой фазе отходящего потока суспензии измеряли по методу калиброванной ГХ для трех индивидуальных образцов суспензии продукта и получали приблизительно 777, 539 и 618 ч./млн (мас.), что, таким образом, в среднем дает приблизительно 645 ч./млн (мас.). Концентрацию пара-толуилового альдегида в жидкой фазе отходящего потока суспензии измеряли по методу калиброванной ГХ для упомянутых индивидуальных образцов суспензии продукта и получали приблизительно 1055, 961 и 977 ч./млн (мас.), что, таким образом, в среднем дает приблизительно 998 ч./млн (мас.).In this example, the ratio between the production rate of undesired 4,4'-dicarboxystylbene and the production rate of the desired terephthalic acid was measured by HPLC-MS for three independent samples of the product suspension and approximately 8.6, 9.1 and 9.2 ppm were obtained. (wt.), which, thus, on average gives approximately 9.0 ppm (wt.). The concentration of para-xylene in the liquid phase of the suspension effluent was measured by calibrated GC for three individual samples of the product suspension and approximately 777, 539 and 618 ppm (wt) were obtained, which, on average, yielded approximately 645 hours / million (wt.). The concentration of p-toluyl aldehyde in the liquid phase of the slurry effluent was measured by calibrated GC for the individual samples of the product suspension obtained, and approximately 1055, 961 and 977 ppm (mass) were obtained, which, on average, yielded approximately 998 hours ./mln (wt.).
ПРИМЕР 6EXAMPLE 6
Барботажная реакторная колонна из данного примера соответствует механической конфигурации, разработанной в расчетном примере 4. Реактор из данного примера включает усовершенствования в отношении уровня по высоте, скорости, количества и разнесения точек введения исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, что, таким образом, обеспечивает получение улучшенного распределения исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, и улучшенного разбиения на ступени в отношении молекулярного кислорода. Дополнительно он включает усовершенствования в отношении качества аэрации в реакционной среде благодаря использованию улучшенного барботера окислителя и в отношении уровня по высоте и способа для удаления и деаэрации суспензии, покидающей реакционную среду. В сопоставлении с примером 5 существенное улучшение наблюдается в отношении выхода по пара-ксилолу, и существенное понижение наблюдается в отношении получения примесей.The bubbling reactor column from this example corresponds to the mechanical configuration developed in calculation example 4. The reactor from this example includes improvements in terms of height, speed, quantity and spacing of the introduction points of the feed material formed by para-xylene, which thus provides obtaining an improved distribution of the initial feed material formed by para-xylene, and improved staging in relation to molecular oxygen. Additionally, it includes improvements in the quality of aeration in the reaction medium through the use of an improved oxidizer bubbler and in terms of height and method for removing and deaerating the suspension leaving the reaction medium. In comparison with example 5, a significant improvement is observed with respect to the para-xylene yield, and a significant decrease is observed with respect to the production of impurities.
Реактор из данного примера характеризовался улучшенной механической конфигурацией, описанной в примере 4 модели CFD. Рабочий уровень составлял приблизительно 25 метров реакционной среды. Подачу пара-ксилола технической чистоты проводили по сути дела стационарно при расходе, равном приблизительно 81 килограммов в минуту. Растворитель фильтрата подавали тщательно перемешанным с пара-ксилолом технической чистоты по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 744 килограммам в минуту. Объединенный поток исходного подаваемого материала, образуемого растворителем фильтрата и пара-ксилолом технической чистоты, таким образом, составлял приблизительно 825 килограммов в минуту. Данный растворитель фильтрата поступал из той же самой системы отправления на рецикл в установке и характеризовался по существу тем же самым составом, что и в примере 5. Концентрация компонентов катализатора в растворителе фильтрата была такова, что состав жидкой фазы реакционной среды соответствовал приблизительно 1996 ч./млн (мас.) кобальта, приблизительно 1693 ч./млн (мас.) брома и приблизительно 108 ч./млн (мас.) марганца. Отдельный поток растворителя среды орошения подавали в виде капель в зону отделения газа выше рабочего уровня реакционной среды по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 573 килограммам в минуту. Данный растворитель среды орошения содержал более чем приблизительно 99 массовых процентов уксусной кислоты и воды; и растворитель среды орошения поступал из отдельной системы отправления на рецикл в установке, для которой было характерно отсутствие значительных уровней содержания компонентов катализатора. Объединенный уровень содержания воды в исходном подаваемом материале, образуемом растворителем фильтрата, и исходном подаваемом материале, образуемом растворителем среды орошения, был таков, что концентрация воды в жидкой фазе реакционной среды составляла приблизительно 5,7 массового процента. Окислителем являлся сжатый воздух, подаваемый по сути дела при стационарном расходе, равном приблизительно 329 килограммам в минуту. Рабочее давление для газа верха реакционной емкости имело стационарную величину, равную приблизительно 0,41 мегапаскаля избыточного давления. Реакционная емкость функционировала по существу в адиабатическом режиме таким образом, что теплота реакции увеличивала температуру поступающих исходных подаваемых материалов и выпаривала значительную часть поступающего растворителя. Измеренная поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды рабочая температура составляла приблизительно 153,3°С.The reactor of this example was characterized by the improved mechanical configuration described in Example 4 of the CFD model. The working level was approximately 25 meters of the reaction medium. The supply of technical grade para-xylene was carried out essentially stationary at a flow rate of approximately 81 kilograms per minute. The filtrate solvent was fed thoroughly mixed with technical grade para-xylene essentially at a steady-state flow rate of approximately 744 kilograms per minute. The combined feed stream formed by the filtrate solvent and technical grade para-xylene was thus approximately 825 kilograms per minute. This filtrate solvent came from the same recycling system in the installation and was characterized by essentially the same composition as in Example 5. The concentration of the catalyst components in the filtrate solvent was such that the composition of the liquid phase of the reaction medium corresponded to approximately 1996 ppm. million (wt.) cobalt, about 1693 ppm (wt.) bromine and about 108 ppm (wt.) manganese. A separate solvent stream of the irrigation medium was supplied in the form of droplets into the gas separation zone above the working level of the reaction medium, in fact, at a stationary flow rate of approximately 573 kilograms per minute. This solvent of the irrigation medium contained more than approximately 99 weight percent of acetic acid and water; and the solvent of the irrigation medium came from a separate recycling system in the installation, which was characterized by the absence of significant levels of catalyst components. The combined level of water in the feed feed formed by the solvent of the filtrate and the feed feed formed by the solvent of the irrigation medium was such that the concentration of water in the liquid phase of the reaction medium was approximately 5.7 weight percent. The oxidizing agent was compressed air, which was essentially supplied at a stationary flow rate of approximately 329 kilograms per minute. The working pressure for the gas at the top of the reaction vessel had a stationary value of approximately 0.41 megapascal gauge pressure. The reaction vessel functioned essentially adiabatically so that the heat of reaction increased the temperature of the incoming feeds and evaporated a significant portion of the incoming solvent. The working temperature measured near the mid-level height for the reaction medium was approximately 153.3 ° C.
Реакционную среду отбирали из боковой стороны реакционной емкости на уровне по высоте, соответствующем приблизительно 14 метрам, через круглое отверстие в стенке, которое имело внутренний диаметр, равный приблизительно 0,076 метра. Отобранную реакционную среду транспортировали через по существу горизонтальный канал, изготовленный из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 3 дюйма, в боковую область по существу вертикальной внешней деаэрационной емкости. Круглое поперечное сечение внешней деаэрационной емкости, изготовленной главным образом из трубы Schedule 10S с номиналом 12 дюймов, имело внутренний диаметр, равный приблизительно 0,315 метра. Площадь горизонтального поперечного сечения внутри внешней деаэрационной емкости, таким образом, составляла приблизительно 0,0779 квадратного метра. Это можно сопоставить с площадью горизонтального поперечного сечения внутри реакционной емкости, равной приблизительно 4,67 квадратного метра на уровне по высоте, на котором производят отбор реакционной среды. Таким образом, соотношение между меньшей и большей площадями горизонтального поперечного сечения составляло приблизительно 0,017.The reaction medium was taken from the side of the reaction vessel at a height corresponding to approximately 14 meters through a round hole in the wall, which had an inner diameter of approximately 0.076 meters. The selected reaction medium was transported through a substantially horizontal channel made of 3-inch Schedule 10S piping components into the side region of a substantially vertical external deaeration vessel. The circular cross-section of an external deaeration vessel made primarily of a 12 inch Schedule 10S pipe had an inner diameter of approximately 0.315 meters. The horizontal cross-sectional area inside the external deaeration tank was thus approximately 0.0779 square meters. This can be compared with a horizontal cross-sectional area inside the reaction vessel of approximately 4.67 square meters at a height level at which the reaction medium is sampled. Thus, the ratio between the smaller and the larger areas of the horizontal cross section was approximately 0.017.
Внешняя деаэрационная емкость проходила сверху вниз приблизительно на 1,52 метра от уровня по высоте, соответствующего точке введения реакционной среды, а затем ее диаметр уменьшался до достижения соответствия с каналом для течения нижнего выпускного отверстия. Для по существу деаэрированной суспензии, содержащей сырую неочищенную терефталевую кислоту и выходящей из области низа внешней деаэрационной емкости, имел место по сути дела стационарный расход, составляющий приблизительно 433 килограмма в минуту. Таким образом, для по существу деаэрированной суспензии на нижних уровнях по высоте в деаэрационной емкости с номиналом 12 дюймов в направлении сверху вниз имел место расход на единицу сечения потока, который составлял приблизительно 0,093 метра в секунду; и вредный захват окислителя в данном отходящем потоке суспензии не наблюдался. Отходящий поток суспензии транспортировали вперед через канал для течения, изготовленный из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 3 дюйма, до соединения с технологическим оборудованием, расположенным на технологической схеме дальше. В данном примере средства регулирования расхода отбираемой реакционной среды располагали на пути потока, покидающего область низа деаэрационной емкости, хотя возможными и подходящими для использования являются и другие позиции регулирования.The external deaeration tank passed from top to bottom approximately 1.52 meters above the height level corresponding to the point of introduction of the reaction medium, and then its diameter decreased until it corresponded with the channel for the flow of the lower outlet. For a substantially deaerated suspension containing crude crude terephthalic acid and exiting from the bottom of the external deaeration tank, there was essentially a stationary flow rate of approximately 433 kilograms per minute. Thus, for a substantially deaerated slurry at lower heights in a deaeration vessel with a face value of 12 inches, from top to bottom there was a flow rate per unit flow cross section that was approximately 0.093 meters per second; and detrimental capture of the oxidizing agent in this suspension effluent was not observed. The slurry effluent was transported forward through a flow channel made of components of the Schedule 10S pipeline with a nominal value of 3 inches, before being connected to the technological equipment located further on the technological scheme. In this example, means for controlling the flow rate of the selected reaction medium were located on the flow path leaving the bottom of the deaeration tank, although other control positions are possible and suitable for use.
Внешняя деаэрационная емкость проходила снизу вверх приблизительно на 14 метров от уровня по высоте, соответствующего точке введения реакционной среды, а затем диаметр трубопровода с номиналом 12 дюймов уменьшался до достижения соответствия с каналом для течения верхнего выпускного отверстия, изготовленным из компонентов трубопровода Schedule 10S с номиналом 2 дюйма. Отделенный газ, отходящий из внешней деаэрационной емкости, транспортировали через данный канал с номиналом 2 дюйма до соединения с основным потоком отходящего газа, покидающего область верха реакционной емкости.The external deaeration tank passed from bottom to top approximately 14 meters above the height corresponding to the point of introduction of the reaction medium, and then the diameter of the 12-inch pipe was reduced to match the channel for the upper outlet made of Schedule 10S components with a rating of 2 inches. The separated gas leaving the external deaeration vessel was transported through this channel with a nominal value of 2 inches until it was connected to the main stream of exhaust gas leaving the region of the top of the reaction vessel.
В данном примере соотношение между нормой выработки нежелательного 4,4'-дикарбоксистильбена и нормой выработки желательной терефталевой кислоты измеряли по методу ЖХВД-МС для трех индивидуальных образцов суспензии продукта и получали приблизительно 2,3, 2,7 и 3,2 ч./млн (мас.), что в среднем дает приблизительно 2,7 ч./млн (мас.). Это - существенно пониженная величина в сопоставлении с примером 5. Концентрацию пара-ксилола в жидкой фазе суспензии, отходящей из бокового выпускного отверстия повышенного уровня расположения, измеряли по методу калиброванной ГХ для трех индивидуальных образцов суспензии продукта и получали приблизительно 86, 87 и 91 ч./млн (мас.), что в среднем дает приблизительно 88 ч./млн (мас.). Концентрацию пара-толуилового альдегида в жидкой фазе отходящей суспензии измеряли по методу калиброванной ГХ для упомянутых индивидуальных образцов суспензии продукта и получали приблизительно 467, 442 и 423 ч./млн (мас.), что в среднем дает приблизительно 444 ч./млн (мас.). Это соответствует улучшению степени превращения и выхода для потока отбираемой суспензии в сопоставлении с примером 5.In this example, the ratio between the production rate of the undesired 4,4'-dicarboxystilbene and the production rate of the desired terephthalic acid was measured by the HPLC-MS method for three individual samples of the product suspension and approximately 2.3, 2.7 and 3.2 ppm were obtained. (wt.), which on average gives approximately 2.7 hours / million (wt.). This is a significantly reduced value in comparison with Example 5. The concentration of para-xylene in the liquid phase of the suspension discharging from the lateral outlet of an increased level of location was measured by the calibrated GC method for three individual samples of the product suspension and approximately 86, 87, and 91 hours were obtained. / million (wt.), which on average gives approximately 88 hours / million (wt.). The concentration of para-toluyl aldehyde in the liquid phase of the effluent suspension was measured by the calibrated GC method for the above individual samples of the product suspension and approximately 467, 442 and 423 ppm (wt.) Were obtained, which on average yielded approximately 444 ppm (wt. .). This corresponds to an improvement in the degree of conversion and yield for the stream of the selected suspension in comparison with example 5.
ПРИМЕРЫ 7-10EXAMPLES 7-10
Примеры 7-10 представляют собой расчетные примеры, конкретно относящиеся к первоначальному диспергированию пара-ксилола в реакционной среде, но также демонстрирующие и другие аспекты настоящего изобретения.Examples 7-10 are calculated examples specifically related to the initial dispersion of para-xylene in a reaction medium, but also showing other aspects of the present invention.
ПРИМЕР 7EXAMPLE 7
Данный пример относится к подаче испаренного пара-ксилола. В данном расчетном примере исходный подаваемый материал, образуемый пара-ксилолом, перед введением в реакционную среду нагревают и испаряют. Это способствует достижению первоначального диспергирования пара-ксилола. Это обеспечивает получение увеличенных подаваемых объемов и облегчает достижение повышенных скоростей. Кроме того, это замедляет перенос поступающего пара-ксилола в объем жидкой фазы и приводит к перемещению исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, в направлении жидкой фазы реакционной среды в большей гармонии с газообразным исходным подаваемым материалом, образуемым молекулярным кислородом.This example relates to the supply of vaporized para-xylene. In this calculation example, the feed feed formed by para-xylene is heated and evaporated before being introduced into the reaction medium. This contributes to the initial dispersion of para-xylene. This provides increased feed volumes and makes it easier to achieve higher speeds. In addition, this slows down the transfer of incoming para-xylene to the bulk of the liquid phase and leads to the movement of the feed feed formed by para-xylene toward the liquid phase of the reaction medium in greater harmony with the gaseous feed feed formed by molecular oxygen.
В данном примере емкость барботажной реакторной колонны окисления имеет вертикальное цилиндрическое тело, характеризующееся внутренним диаметром, равным 2,44 метра. Высота емкости барботажной реакторной колонны окисления составляет 32 метра от нижней линии начала изгиба (TL) до верхней TL. В областях верха и низа цилиндра емкость оборудуют эллиптическими днищами с конфигурацией 2:1. Рабочий уровень составляет приблизительно 25 метров реакционной среды выше нижней TL. Исходный подаваемый материал, образуемый растворителем фильтрата, который отделен от пара-ксилола, поступает при расходе, равном 18,4 килограммов в секунду, через круглое впускное отверстие, характеризующееся диаметром 0,076 метра, в стенке реакционной емкости на уровне по высоте, расположенном на 4,35 метра выше нижней TL. Расход при подаче растворителя среды орошения в зону отделения газа выше рабочего уровня реакционной среды составляет приблизительно 14,3 килограмма в секунду. Расход при подаче сжатого воздуха через барботер окислителя, по существу тот же самый, что и в примерах 4 и 6, составляет приблизительно 9 килограммов в секунду. Суспензию, содержащую приблизительно 31 массовых процентов твердой фазы, отбирают из реакционной среды через боковую отводящую стойку, по существу ту же самую, что и в примерах 4 и 6. Давление в пространстве над уровнем жидкости реакционной среды составляет приблизительно 0,50 мегапаскаля избыточного давления. Уровни содержания воды и кобальта, брома и марганца в жидкой части реакционной среды представляют собой по существу то же самое, что и в примере 4.In this example, the capacity of the bubble column reactor oxidation column has a vertical cylindrical body, characterized by an inner diameter equal to 2.44 meters. The height of the capacity of the bubble column oxidation reactor column is 32 meters from the lower bend start line (TL) to the upper TL. In the areas of the top and bottom of the cylinder, the tank is equipped with elliptical bottoms with a 2: 1 configuration. The working level is approximately 25 meters of reaction medium above the lower TL. The initial feed material formed by the filtrate solvent, which is separated from para-xylene, enters at a flow rate of 18.4 kilograms per second through a round inlet, characterized by a diameter of 0.076 meters, in the wall of the reaction vessel at a height level located at 4, 35 meters above the bottom TL. The flow rate when the solvent of the irrigation medium is supplied to the gas separation zone above the working level of the reaction medium is approximately 14.3 kilograms per second. The flow rate when supplying compressed air through an oxidizer bubbler is essentially the same as in examples 4 and 6, approximately 9 kilograms per second. A suspension containing approximately 31 weight percent of the solid phase is withdrawn from the reaction medium through a side discharge rack, essentially the same as in Examples 4 and 6. The pressure in the space above the liquid level of the reaction medium is approximately 0.50 megapascal overpressure. The levels of water and cobalt, bromine and manganese in the liquid part of the reaction medium are essentially the same as in example 4.
Расход при подаче пара-ксилола составляет 1,84 килограммов в секунду. Перед высвобождением в реакционную среду поток исходного подаваемого материала, образуемого жидкой фазой пара-ксилола, подвергают воздействию избыточного давления, а после этого испаряют под давлением, равным приблизительно 0,69 мегапаскаля избыточного давления, в результате нагревания от температуры хранения, равной приблизительно 40°С, вплоть до температуры, равной приблизительно 233°С. Это требует использования приблизительно 1,3 мегаджоуля в секунду теплоты, подводимой к потоку исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом. Для данной цели применяют теплообменник, использующий водяной пар при давлении 4 мегапаскаля, но равным образом достаточным будет и любой другой источник энергии с достаточной температурой, в том числе и сбросная теплота технологических текучих сред. Данная подводимая теплота представляет собой приблизительно 5 процентов от теплоты реакции превращения пара-ксилола в терефталевую кислоту. Отвод данной дополнительной тепловой нагрузки приводит к некоторому увеличению температуры реакционной среды при постоянном давлении в сопоставлении с подачей жидкого пара-ксилола (смотрите пример 8). Температура составляет приблизительно 162°С согласно измерениям поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды. Необязательно давление можно уменьшить для понижения температуры реакции до 160°С согласно измерениям поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды.The flow rate when feeding para-xylene is 1.84 kilograms per second. Before being released into the reaction medium, the feed stream formed by the para-xylene liquid phase is subjected to overpressure and then evaporated under a pressure of approximately 0.69 megapascals of excess pressure as a result of heating from a storage temperature of approximately 40 ° C. up to a temperature of approximately 233 ° C. This requires the use of approximately 1.3 megajoules per second of heat supplied to the feed stream formed by para-xylene. For this purpose, a heat exchanger is used that uses water vapor at a pressure of 4 megapascals, but any other energy source with a sufficient temperature, including the waste heat of process fluids, will be equally sufficient. This heat input represents approximately 5 percent of the heat of reaction of the conversion of para-xylene to terephthalic acid. The removal of this additional heat load leads to a slight increase in the temperature of the reaction medium at constant pressure in comparison with the supply of liquid para-xylene (see example 8). The temperature is approximately 162 ° C. as measured near the mid-level height for the reaction medium. Optionally, the pressure can be reduced to lower the reaction temperature to 160 ° C. according to measurements in the vicinity of the mid-level height for the reaction medium.
Объемный расход испаренного пара-ксилола составляет приблизительно 0,084 кубического метра в секунду. Данный поток вводят в реакционную емкость на уровне по высоте, расположенном на 0,1 метра выше нижней TL емкости, через 3 канала, соединенные параллельно. По соседству с реакционной емкостью каждый канал изготовлен из компонентов трубопровода с номиналом 1,5 дюйма и соединен с круглым отверстием равного диаметра в стенке емкости. 3 отверстия в стенке располагают через 120-градусный горизонтальный азимутальный интервал друг от друга. Расход на единицу сечения потока для каждого поступающего потока пара-ксилола составляет приблизительно 21 метр в секунду, и поступающий пара-ксилол диспергируют в реакционной среде в то же самое время, пока он растворяется в жидкой фазе реакционной среды, где в основном и находятся вещества катализатора.The volumetric flow rate of vaporized para-xylene is approximately 0.084 cubic meters per second. This stream is introduced into the reaction vessel at a height level located 0.1 meters above the lower TL of the vessel through 3 channels connected in parallel. In the vicinity of the reaction vessel, each channel is made of pipe components with a nominal value of 1.5 inches and is connected to a round hole of equal diameter in the wall of the vessel. 3 holes in the wall are located at a 120-degree horizontal azimuthal interval from each other. The flow rate per unit cross-section for each incoming para-xylene stream is approximately 21 meters per second, and the incoming para-xylene is dispersed in the reaction medium at the same time as it dissolves in the liquid phase of the reaction medium, where the catalyst substances are mainly located .
ПРИМЕР 8EXAMPLE 8
Данный пример относится к подаче частично испаренного пара-ксилола. В данном расчетном примере исходный подаваемый материал, образуемый пара-ксилолом, перед введением в реакционную среду частично испаряют в результате перемешивания с подаваемым окислителем. Это способствует первоначальному диспергированию пара-ксилола. Это обеспечивает получение увеличенных подаваемых объемов и облегчает достижение повышенных скоростей; и это приводит к разбавлению концентрации пара-ксилола. Кроме того, это замедляет перенос поступающего пара-ксилола в объем жидкой фазы и приводит к перемещению исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, в направлении жидкой фазы реакционной среды в большей гармонии с газообразным исходным подаваемым материалом, образуемым молекулярным кислородом.This example relates to the supply of partially vaporized para-xylene. In this calculation example, the feed feed formed by para-xylene is partially vaporized before being introduced into the reaction medium by mixing with the feed oxidant. This contributes to the initial dispersion of para-xylene. This provides increased feed volumes and facilitates the achievement of increased speeds; and this leads to dilution of the concentration of para-xylene. In addition, this slows down the transfer of incoming para-xylene to the bulk of the liquid phase and leads to the movement of the feed feed formed by para-xylene toward the liquid phase of the reaction medium in greater harmony with the gaseous feed feed formed by molecular oxygen.
В данном примере емкость барботажной реакторной колонны окисления имеет вертикальное цилиндрическое тело, характеризующееся внутренним диаметром, равным 2,44 метров. Высота емкости барботажной реакторной колонны окисления составляет 32 метра от нижней линии начала изгиба (TL) до верхней TL. В областях верха и низа цилиндра емкость оборудуют эллиптическими днищами с конфигурацией 2:1. Рабочий уровень составляет приблизительно 25 метров реакционной среды выше нижней TL. Исходный подаваемый материал, образуемый растворителем фильтрата, который отделен от пара-ксилола, поступает при расходе, равном 18,4 килограммов в секунду, через круглое впускное отверстие, характеризующееся диаметром 0,076 метра, в стенке реакционной емкости на уровне по высоте, расположенном на 4,35 метров выше нижней TL. Расход при подаче растворителя среды орошения в зону отделения газа выше рабочего уровня реакционной среды составляет приблизительно 12,8 килограммов в секунду. Расход при подаче сжатого воздуха через барботер окислителя, по существу тот же самый, что и в примерах 4 и 6, составляет приблизительно 9 килограммов в секунду. Суспензию, содержащую приблизительно 31 массовых процентов твердой фазы, отбирают из реакционной среды через боковую отводящую стойку, подобную той, что и в примерах 4 и 6, но модифицированную так, как это описывается далее. Давление в пространстве над уровнем жидкости реакционной среды составляет приблизительно 0,50 мегапаскаля избыточного давления. Уровни содержания воды и кобальта, брома и марганца в жидкой части реакционной среды представляют собой по существу то же самое, что и в примере 4.In this example, the capacity of the bubble column reactor oxidation column has a vertical cylindrical body, characterized by an inner diameter of 2.44 meters. The height of the capacity of the bubble column oxidation reactor column is 32 meters from the lower bend start line (TL) to the upper TL. In the areas of the top and bottom of the cylinder, the tank is equipped with elliptical bottoms with a 2: 1 configuration. The working level is approximately 25 meters of reaction medium above the lower TL. The initial feed material formed by the filtrate solvent, which is separated from para-xylene, enters at a flow rate of 18.4 kilograms per second through a round inlet, characterized by a diameter of 0.076 meters, in the wall of the reaction vessel at a height level located at 4, 35 meters above the bottom TL. The flow rate when the solvent of the irrigation medium is supplied to the gas separation zone above the working level of the reaction medium is approximately 12.8 kilograms per second. The flow rate when supplying compressed air through an oxidizer bubbler is essentially the same as in examples 4 and 6, approximately 9 kilograms per second. A suspension containing approximately 31 weight percent of the solid phase is withdrawn from the reaction medium through a side outlet rack similar to that of Examples 4 and 6, but modified as described below. The pressure in the space above the liquid level of the reaction medium is approximately 0.50 megapascals overpressure. The levels of water and cobalt, bromine and manganese in the liquid part of the reaction medium are essentially the same as in example 4.
Расход при подаче пара-ксилола опять-таки составляет 1,84 килограммов в секунду. Пара-ксилол в виде жидкости перетекает через каналы во внутреннее пространство барботера окислителя, где жидкость в 4 позициях высвобождают в среду сжатого воздуха при использовании сопел для распыления жидкости, известных на современном уровне техники. В точке, в которой жидкость вводят в барботер окислителя, необязательно можно использовать каналы для жидкости с незамкнутыми концами или сопла для газожидкостного распыления. В порядке меры предосторожности по технике безопасности в барботере окислителя размещают 4 температурных датчика. Данные температурные датчики соединяют с системами сигнализации и блокировки для отключения подачи окислителя и пара-ксилола, если будут обнаружены высокие температуры. При наличии подачи сжатого воздуха при температуре, равной приблизительно 80°С вследствие проявления теплового эффекта сжатия и отсутствия послеохладителя на последней стадии сжатия, и при наличии исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, при температуре, равной приблизительно 40°С, в условиях действия давления, преобладающего в барботере окислителя, приблизительно 17 массовых процентов пара-ксилола испаряются. Оставшийся жидкий пара-ксилол переносят в реакционную среду вместе с газом в виде двухфазного потока смеси с газом при скоростях, приближающихся к скоростям газового потока. В дополнение к этому, упомянутая оставшаяся жидкость способствует вымыванию из барботера окислителя любых количеств твердой фазы, которая проникла туда, в соответствии с аспектами изобретения.The flow rate when supplying para-xylene is again 1.84 kilograms per second. Para-xylene in the form of a liquid flows through the channels into the inner space of the oxidizer bubbler, where the liquid in 4 positions is released into the compressed air medium using nozzles for spraying liquids known in the art. At the point at which the liquid is introduced into the oxidizer bubbler, it is optionally possible to use open-ended fluid channels or gas-liquid spray nozzles. As a safety precaution, 4 temperature sensors are placed in the oxidizer bubbler. These temperature sensors are connected to alarm and interlock systems to shut off the supply of oxidizing agent and para-xylene if high temperatures are detected. In the presence of compressed air at a temperature of approximately 80 ° C due to the manifestation of the thermal effect of compression and the absence of a post-cooler in the last stage of compression, and in the presence of the initial feed material formed by para-xylene, at a temperature of approximately 40 ° C, under the conditions of action the pressure prevailing in the oxidizer bubbler, approximately 17 weight percent para-xylene evaporate. The remaining liquid para-xylene is transferred to the reaction medium together with the gas in the form of a two-phase mixture flow with gas at speeds approaching the gas flow rates. In addition, the said remaining liquid facilitates the washing out of the oxidizer of the oxidizing agent of any amount of solid phase that has penetrated therein, in accordance with aspects of the invention.
Температура составляет приблизительно 160°С согласно измерениям поблизости от серединного уровня по высоте для реакционной среды. Поскольку никакой дополнительной энергии к какому-либо потоку исходного подаваемого материала не подводят, то имеет место приблизительно то же самое, что и в примерах 4 и 6.The temperature is approximately 160 ° C. as measured near the mid-level height for the reaction medium. Since no additional energy is supplied to any flow of the initial feed material, approximately the same as in Examples 4 and 6 takes place.
Для того чтобы увеличить долю пара-ксилола, который поступает в реакционную среду в виде пара, перед перемешиванием в барботере окислителя либо исходный подаваемый материал, образуемый сжатым воздухом, либо исходный подаваемый материал, образуемый пара-ксилолом, необязательно можно предварительно нагреть. Например, 300 килоджоулей в секунду теплоты, подводимой к пара-ксилолу, повышает его температуру до приблизительно 124°С и увеличивает долю мгновенно испаренного пара-ксилола до приблизительно 33 процентов. Например, 600 килоджоулей в секунду теплоты, подводимой к сжатому воздуху, повышает его температуру до приблизительно 146°С и увеличивает долю мгновенно испаренного пара-ксилола до приблизительно 54 процентов. В обоих случаях для нагревания требуется более низкопотенциальная энергия в сопоставлении с тем, что требуется в примере 7. Собственно говоря, в качестве всего или части источника тепла можно использовать сбросную теплоту газа, отходящего из реакционной среды. Однако, если к исходным подаваемым материалам подвести определенное количество энергии, то тогда температура реакционной среды несколько увеличится, при заявленных давлении, величинах потоков и составах фаз стабилизируясь в диапазоне от 160 до 162°С согласно измерениям поблизости от серединного уровня по высоте. Для регулирования температуры необязательно можно отрегулировать давление. В дополнение к этому, если к исходным подаваемым материалам будут подводить определенное количество энергии, то тогда будут регулировать количество растворителя, подаваемого в реакционную емкость, если будет желательно выдерживать долю твердой фазы приблизительно постоянной. Например, для того чтобы выдерживать долю твердой фазы приблизительно постоянной, близкой к 31 массовому проценту, в примерах 7 и 8 поток растворителя среды орошения варьируют в диапазоне от приблизительно 12,8 до приблизительно 14,3 килограммов в секунду в зависимости от количества подводимой энергии.In order to increase the proportion of para-xylene that enters the reaction medium in the form of steam, before mixing the oxidizer in a bubbler, either the feed feed formed by compressed air or the feed feed formed by para-xylene can optionally be preheated. For example, 300 kilojoules per second of heat supplied to para-xylene increases its temperature to about 124 ° C and increases the proportion of instantly vaporized para-xylene to about 33 percent. For example, 600 kilojoules per second of heat supplied to compressed air increases its temperature to about 146 ° C and increases the proportion of instantly vaporized para-xylene to about 54 percent. In both cases, lower potential energy is required for heating in comparison with what is required in Example 7. In fact, the waste heat of the gas leaving the reaction medium can be used as all or part of the heat source. However, if a certain amount of energy is supplied to the feed materials, then the temperature of the reaction medium will increase slightly, at the stated pressure, flow values and phase compositions, stabilizing in the range from 160 to 162 ° C according to measurements near the mid-level in height. To control the temperature, you can optionally adjust the pressure. In addition, if a certain amount of energy is supplied to the feed materials, then the amount of solvent supplied to the reaction vessel will be controlled if it is desired to maintain a fraction of the solid phase that is approximately constant. For example, in order to maintain the solid phase fraction approximately constant, close to 31 mass percent, in Examples 7 and 8, the solvent flow of the irrigation medium is varied in the range of about 12.8 to about 14.3 kilograms per second, depending on the amount of energy supplied.
ПРИМЕР 9EXAMPLE 9
Данный пример относится к подаче пара-ксилола на удалении от стенки реакционной емкости при использовании жидкостного эдуктора. В данном расчетном примере первоначальное диспергирование исходного подаваемого материала, образуемого жидким пара-ксилолом, улучшают в результате использования эдуктора, применяющего в качестве движущей силы поток жидкости. Реактор из данного примера характеризуется теми же самыми механической конфигурацией и граничными технологическими условиями, что и в случае примера 4, при исключениях, описанных далее. Перемешанный жидкофазный поток пара-ксилола плюс растворителя фильтрата поступает через стенку реакционной емкости на том же самом уровне по высоте по тому же самому каналу для течения с номиналом 3 дюйма. Однако систему внутреннего распределения жидкофазного исходного подаваемого материала из примера 4 не используют, и перемешанный жидкофазный исходный подаваемый материал высвобождают в реакционную среду в качестве движущей текучей среды в эдукторе потока, известном на современном уровне техники и продемонстрированном на фигуре 26. Эдуктор разработан для разности давлений движущей текучей среды, равной 0,1 мегапаскаля. Эдуктор располагают и ориентируют при выходе струи истечения вертикально вверх вдоль осевой центральной линии реакционной емкости на уровне по высоте, расположенном приблизительно на 4,5 метров выше нижней TL. Объем реакционной среды, эдуктируемой и перемешиваемой с движущей жидкостью, варьируется с течением времени в зависимости от стохастических событий, связанных со скоплениями пузырьков в барботажной колонне на впускном отверстии эдуктора. Однако средневременная величина эдуктируемого потока превышает величину потока для движущей текучей среды, что, таким образом, обеспечивает более быстрое разбавление поступающего пара-ксилола. Последующие перемешивание и химическая реакция протекают в соответствии с обычными стохастическими событиями в барботажной колонне.This example relates to the supply of para-xylene at a distance from the wall of the reaction vessel using a liquid eductor. In this calculation example, the initial dispersion of the feed feed formed by liquid para-xylene is improved by using an eductor using a fluid flow as a driving force. The reactor from this example is characterized by the same mechanical configuration and process boundary conditions as in the case of example 4, with the exceptions described below. The mixed liquid-phase stream of para-xylene plus the solvent of the filtrate enters through the wall of the reaction vessel at the same level in height along the same channel for a 3-inch flow. However, the internal distribution system of the liquid-phase feed source from Example 4 is not used, and the mixed liquid-phase feed feed is released into the reaction medium as a driving fluid in a flow eductor known in the art and shown in FIG. 26. The eductor is designed for the pressure difference of the driving a fluid of 0.1 megapascal. The eductor is positioned and oriented at the outlet of the jet of discharge vertically upward along the axial center line of the reaction vessel at a height level located approximately 4.5 meters above the lower TL. The volume of the reaction medium that is educed and mixed with the moving fluid varies over time depending on the stochastic events associated with the accumulation of bubbles in the bubble column at the inlet of the eductor. However, the average time value of the educted flow is greater than the flow value for the motive fluid, which thus provides a more rapid dilution of the incoming para-xylene. Subsequent mixing and chemical reaction proceed in accordance with the usual stochastic events in the bubble column.
ПРИМЕР 10EXAMPLE 10
Данный пример относится к подаче пара-ксилола на удалении от стенки реакционной емкости при использовании эдуктора для газа и жидкости. В данном расчетном примере первоначальное диспергирование исходного подаваемого материала, образуемого пара-ксилолом, улучшают в результате использования эдуктора, применяющего в качестве движущей силы поток газа. Реактор из данного примера характеризуется теми же самыми механической конфигурацией и граничными технологическими условиями, что и в случае примера 4, при исключениях, описанных далее. Как восьмиугольный барботер окислителя, так и систему распределения жидкофазного исходного подаваемого материала удаляют. Вместо этого поступающий поток окислителя и перемешанный жидкофазный исходный подаваемый материал, образуемый пара-ксилолом плюс растворителем фильтрата, подают через независимые каналы во внутреннее пространство реакционной емкости. Там оба потока объединяют в качестве движущих текучих сред на впускном отверстии в эдуктор потока, известный на современном уровне техники и продемонстрированный на фигуре 27. Эдуктор выравнивают в вертикальном направлении вдоль осевой центральной линии реакционной емкости. Его позиционируют при обращении выпускного отверстия вниз и располагают на 0,2 метра ниже нижней линии начала изгиба реакционной емкости. Эдуктор разработан для разности давлений движущих текучих сред, равной 0,1 мегапаскаля. Поблизости от области, где впервые объединяют исходные подаваемые материалы, образуемые сжатым воздухом и пара-ксилолом, располагают два температурных датчика. Данные температурные датчики соединяют с системами сигнализации и блокировки для отключения подачи окислителя и пара-ксилола, если будут обнаружены высокие температуры.This example relates to the supply of para-xylene at a distance from the wall of the reaction vessel when using an eductor for gas and liquid. In this calculation example, the initial dispersion of the feed feed formed by para-xylene is improved by using an eductor using a gas stream as a driving force. The reactor from this example is characterized by the same mechanical configuration and process boundary conditions as in the case of example 4, with the exceptions described below. Both the octagonal oxidizer bubbler and the distribution system of the liquid phase feed feed are removed. Instead, the incoming oxidizer stream and the mixed liquid-phase feed feed formed by para-xylene plus the filtrate solvent are fed through independent channels into the interior of the reaction vessel. There, both flows are combined as driving fluids at the inlet to a flow eductor known in the art and shown in FIG. 27. The eductor is aligned vertically along the center line of the reaction vessel. It is positioned when the outlet is turned down and positioned 0.2 meters below the bottom line of the start of the bend of the reaction vessel. The eductor is designed for a pressure difference of motive fluids of 0.1 megapascal. Near the area where the initial feed materials formed by compressed air and para-xylene are combined for the first time, there are two temperature sensors. These temperature sensors are connected to alarm and interlock systems to shut off the supply of oxidizing agent and para-xylene if high temperatures are detected.
Объем эдуктируемой реакционной среды увеличен в сопоставлении с примером 9, и первоначальное разбавление поступающего пара-ксилола дополнительно улучшается. В дополнение к этому, жидкофазная часть реакционной среды с максимальными локальными концентрациями пара-ксилола еще более непосредственно сопоставляется с газофазной частью с максимальной концентрацией молекулярного кислорода. Последующие перемешивание и химическая реакция протекают в соответствии с обычными стохастическими событиями в барботажной колонне.The volume of the educted reaction medium was increased in comparison with Example 9, and the initial dilution of the incoming para-xylene was further improved. In addition, the liquid-phase part of the reaction medium with the maximum local concentrations of para-xylene is even more directly correlated with the gas-phase part with the maximum concentration of molecular oxygen. Subsequent mixing and chemical reaction proceed in accordance with the usual stochastic events in the bubble column.
ПРИМЕРЫ 11-13EXAMPLES 11-13
Примеры 11-13 представляют собой расчетные примеры, относящиеся, в частности, к использованию потоков жидкости из реакционной среды в каналах в целях содействия первоначальному диспергированию пара-ксилола в реакционной среде, но также и к демонстрации и других аспектов настоящего изобретения.Examples 11-13 are calculated examples, particularly relating to the use of fluid flows from the reaction medium in channels to facilitate the initial dispersion of para-xylene in the reaction medium, but also to demonstrate other aspects of the present invention.
ПРИМЕР 11EXAMPLE 11
Данный пример относится к использованию канала для течения в реакционной емкости для транспортирования жидкости в целях содействия первоначальному диспергированию поступающего пара-ксилола. Реактор из данного примера характеризуется теми же самыми механической конфигурацией и граничными технологическими условиями, что и в случае примера 4, при исключениях, описанных далее. Ссылка делается на фигуру 24. Перемешанный жидкофазный поток пара-ксилола плюс растворителя фильтрата поступает через стенку реакционной емкости по каналу для течения с номиналом 3 дюйма, подобному тому, что и в примере 4. Однако систему внутреннего распределения жидкофазного исходного подаваемого материала примера 4 удаляют, а упомянутый перемешанный поток жидкости высвобождают не в нее, а в канал для течения. Канал для течения круглого поперечного сечения имеет внутренний диаметр, равный приблизительно 0,15 метра для большей части его длины, включая его нижний конец, который располагается на 1 метр выше нижней TL емкости. Совокупная высота прохождения канала для течения в вертикальном направлении составляет 21 метр при отсчете от нижней TL емкости. На высоте 20 метров от нижней TL емкости канал для течения расширяется до площади внутреннего поперечного сечения 0,5 квадратного метра при одновременном прохождении в высоту еще на 1 метр. Данная верхняя, имеющая больший диаметр секция упомянутого канала для течения может восприниматься как внутренняя деаэрационная емкость, и фактически ее отчасти формируют при использовании стенки реакционной емкости. Канал для течения полностью располагают внутри реакционной емкости. В позиции верхнего впускного отверстия канала для течения реакционная среда значительно обеднена пара-ксилолом и пара-толуиловым альдегидом при одновременном наличии существенных концентраций пара-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида. Реакционная среда, поступающая в область верха упомянутого канала для течения, по существу подвергается деаэрации, что обеспечивает получение более плотной среды во внутреннем пространстве упомянутого канала для течения в сопоставлении с остальной частью реакционной емкости. Суспензия в канале для течения перемещается сверху вниз при расходе, согласно оценке равном приблизительно 150 килограммам в секунду, где в данном случае падение давления при течении, интегрально суммированное по полной длине упомянутого канала для течения, достигает равновесия с разницей плотностей между внутренним и внешним пространствами, интегрально суммированной по полной длине упомянутого канала для течения. В данном движущемся сверху вниз потоке суспензии приблизительно 104 килограммов в секунду составляет жидкость, что равно приблизительно 69 массовым процентам. Поток исходного подаваемого материала, образуемого тщательно перемешанными пара-ксилолом и растворителем фильтрата, в совокупности составляющий приблизительно 20,2 килограммов в секунду, вводят в упомянутый канал для течения приблизительно на 5 метров выше нижней TL. После этого в течение менее чем 1 секунды данная смесь перемещается сверху вниз по каналу для течения еще на 4 метра, что составляет приблизительно 27 диаметров канала, и становится существенно перемешанной. Таким образом, перед высвобождением в основное тело реакционной среды в барботажной колонне концентрация пара-ксилола в подходящем случае уменьшается до приблизительно 15000 ч./млн (мас.). Последующие перемешивание и химическая реакция протекают в соответствии с обычными стохастическими событиями в барботажной колонне.This example relates to the use of a flow channel in a reaction vessel for transporting liquid in order to facilitate initial dispersion of the incoming para-xylene. The reactor from this example is characterized by the same mechanical configuration and process boundary conditions as in the case of example 4, with the exceptions described below. Reference is made to Figure 24. The mixed liquid-phase stream of para-xylene plus solvent of the filtrate enters through the wall of the reaction vessel through a 3-inch flow channel similar to that of Example 4. However, the internal distribution system of the liquid-phase feed material of Example 4 is removed. and said mixed fluid stream is not released into it, but into a channel for flow. The circular cross-section flow channel has an inner diameter of about 0.15 meters for most of its length, including its lower end, which is 1 meter above the lower TL of the tank. The total height of the passage of the channel for the flow in the vertical direction is 21 meters when counting from the lower TL capacity. At a height of 20 meters from the lower TL of the tank, the flow channel expands to an internal cross-sectional area of 0.5 square meters while passing another 1 meter in height. This upper, larger diameter section of the aforementioned flow channel can be perceived as an internal deaeration vessel, and in fact it is partially formed when using the walls of the reaction vessel. The flow channel is completely located inside the reaction vessel. At the position of the upper inlet of the flow channel, the reaction medium is significantly depleted in para-xylene and para-toluyl aldehyde, while significant concentrations of para-toluic acid and 4-carboxybenzaldehyde are present. The reaction medium entering the top region of said flow channel is substantially deaerated, which provides a denser medium in the interior of said flow channel in comparison with the rest of the reaction vessel. The suspension in the flow channel moves from top to bottom at a flow rate of approximately 150 kilograms per second, where in this case the pressure drop during the flow, integrally summed over the full length of the flow channel, reaches equilibrium with the density difference between the inner and outer spaces, integrally summarized over the full length of said flow channel. In this suspension flowing from top to bottom, approximately 104 kilograms per second is liquid, which is approximately 69 weight percent. A feed stream formed by carefully mixed para-xylene and a filtrate solvent, together comprising approximately 20.2 kilograms per second, is introduced into said channel for flowing approximately 5 meters above the lower TL. After that, for less than 1 second, this mixture moves up and down the channel for a further 4 meters, which is approximately 27 channel diameters, and becomes significantly mixed. Thus, before being released into the main body of the reaction medium in a bubbler column, the concentration of para-xylene is suitably reduced to about 15,000 ppm (wt.). Subsequent mixing and chemical reaction proceed in accordance with the usual stochastic events in the bubble column.
ПРИМЕР 12EXAMPLE 12
Данный пример относится к использованию внешнего для реакционной емкости канала для течения для транспортирования жидкости в целях содействия первоначальному диспергированию поступающего пара-ксилола. Реактор из данного примера характеризуется теми же самыми механической конфигурацией и граничными технологическими условиями, что и в случае примера 11, при исключениях, описанных далее, и со ссылкой на фигуру 25. Внутренний канал для течения удаляют, и его заменяют на внешний канал для течения. Секция канала, соединяющая реакционную емкость с внешней секцией деаэрации, имеет внутренний диаметр своего круглого поперечного сечения 0,30 метра и располагается на 20 метров выше нижней TL. Внутренний диаметр круглого поперечного сечения внешней секции деаэрации составляет 1 метр, а ее высота равна 2 метрам. Внутренний диаметр круглого поперечного сечения канала для течения ниже секции деаэрации составляет 0,20 метра, что делает возможным достижение более значительных величин потоков при использовании напора от приблизительно того же самого доступного уровня по высоте. Для того чтобы регулировать расход в желательном диапазоне, в канал для течения вводят датчик расхода и клапан регулирования расхода. Например, для транспортирования суспензии регулятор расхода устанавливают на достижение 150 килограммов в секунду, что представляет собой то же самое, что согласно оценке имеет место в случае внутреннего канала для течения из примера 11. Перемешанный жидкофазный поток пара-ксилола и растворителя фильтрата вводят во внешний канал для течения приблизительно на 5 метров выше нижней TL реакционной емкости. Выпускное отверстие внешнего канала для течения соединяют с нижним днищем реакционной емкости. Таким образом, перед высвобождением в основное тело реакционной среды в барботажной колонне концентрация пара-ксилола в подходящем случае опять-таки уменьшается до приблизительно 15000 ч./млн (мас.). Последующие перемешивание и химическая реакция протекают в соответствии с обычными стохастическими событиями в барботажной колонне. Отбор суспензии продукта для последующей переработки производят через ответвление от упомянутого канала для течения ниже секции деаэрации и выше точки введения жидкофазного потока пара-ксилола и растворителя фильтрата, что, таким образом, устраняет необходимость наличия отдельной системы удаления и деаэрации суспензии.This example relates to the use of a flow channel external to the reaction vessel for transporting liquid in order to facilitate initial dispersion of the incoming para-xylene. The reactor from this example is characterized by the same mechanical configuration and technological boundary conditions as in the case of Example 11, with the exceptions described below and with reference to Figure 25. The internal flow channel is removed and replaced with an external flow channel. The channel section connecting the reaction vessel to the external deaeration section has an inner diameter of its circular cross section of 0.30 meters and is located 20 meters above the lower TL. The inner diameter of the circular cross section of the outer section of the deaeration is 1 meter, and its height is 2 meters. The inner diameter of the circular cross-section of the channel for the flow below the deaeration section is 0.20 meters, which makes it possible to achieve more significant flow values when using a pressure from approximately the same available level in height. In order to control the flow in the desired range, a flow sensor and a flow control valve are introduced into the flow channel. For example, to transport the suspension, the flow regulator is set to reach 150 kilograms per second, which is the same as that estimated in the case of the internal flow channel of Example 11. The mixed liquid-phase flow of para-xylene and the filtrate solvent is introduced into the external channel for a flow approximately 5 meters above the lower TL of the reaction vessel. The outlet of the external flow channel is connected to the bottom of the reaction vessel. Thus, before being released into the main body of the reaction medium in a bubbler column, the concentration of para-xylene, in a suitable case, is again reduced to approximately 15,000 ppm (wt.). Subsequent mixing and chemical reaction proceed in accordance with the usual stochastic events in the bubble column. A suspension of the product is taken for further processing through a branch from the said channel for flowing below the deaeration section and above the point of introduction of the liquid-phase stream of para-xylene and the filtrate solvent, which, therefore, eliminates the need for a separate suspension removal and deaeration system.
ПРИМЕР 13EXAMPLE 13
Данный пример относится к использованию канала для течения, включающего секции как вне, так и внутри реакционной емкости, для транспортирования жидкости в целях содействия первоначальному диспергированию поступающего пара-ксилола. Данный расчетный пример идентичен примеру 12 за исключением того, что второе ответвление во внешнем канале для течения располагается приблизительно на 3 метра выше нижней TL реакционной емкости, что ниже точки введения перемешанного жидкофазного потока, образуемого пара-ксилолом и растворителем фильтрата. Круглое поперечное сечение канала для течения второго ответвления также имеет внутренний диаметр 0,20 метра. В канале для течения второго ответвления располагают отдельный клапан регулирования расхода опять-таки для регулирования величины потока. Канал для течения ответвления проходит через боковую стенку реакционной емкости на 3 метра выше нижней TL, и канал для течения ответвления проходит внутрь от стенки реакционной емкости на 0,4 метра. Таким образом, канал ответвления включает секции как вне, так и внутри реакционной емкости. Поток можно вводить в реакционную емкость либо через канал выпуска нижнего днища, либо через внутренний канал выпуска боковой стенки, либо через оба канала сразу и при любом соотношении.This example relates to the use of a flow channel, including sections both outside and inside the reaction vessel, for transporting liquid in order to facilitate initial dispersion of the incoming para-xylene. This calculation example is identical to Example 12 except that the second branch in the external flow channel is approximately 3 meters above the lower TL of the reaction vessel, which is below the point of introduction of the mixed liquid phase stream formed by para-xylene and the filtrate solvent. The circular cross section of the channel for the flow of the second branch also has an internal diameter of 0.20 meters. In the channel for the flow of the second branch, a separate flow control valve is again arranged to control the flow rate. The channel for the branch flow passes through the side wall of the
Изобретение было подробно описано с конкретной ссылкой на его предпочтительные варианты реализации, но необходимо понимать то, что в рамках объема и сущности изобретения возможна реализация его вариаций и модификаций.The invention has been described in detail with specific reference to its preferred embodiments, but it is necessary to understand that within the scope and essence of the invention, it is possible to implement its variations and modifications.
Claims (32)
(a) введение потока окислителя, содержащего молекулярный кислород, и потока исходного материала, содержащего окисляемое соединение, в зону реакции барботажной реакторной колонны,
(b) окисление окисляемого соединения в жидкой фазе многофазной реакционной среды в зоне реакции с получением в реакционной среде твердофазного продукта,
(c) отбор, по меньшей мере, части реакционной среды, содержащей упомянутый твердофазный продукт, из упомянутой зоны реакции через одно или несколько отверстий, расположенных на более высоком уровне, чем зона ввода, по меньшей мере, части упомянутого молекулярного кислорода в зону реакции,
отличающийся тем, что твердофазный продукт получают, по меньшей мере, из приблизительно 10 мас.% окисляемого соединения, при этом поддерживают средний расход газа на единицу сечения потока на половине высоты упомянутой реакционной среды равным, по меньшей мере, приблизительно 0,3 м/с.1. The method of liquid phase oxidation, including:
(a) introducing a stream of oxidizing agent containing molecular oxygen and a stream of starting material containing an oxidizable compound into the reaction zone of the bubble column reactor,
(b) oxidizing the oxidizable compound in the liquid phase of the multiphase reaction medium in the reaction zone to obtain a solid phase product in the reaction medium,
(c) withdrawing at least a portion of the reaction medium containing said solid phase product from said reaction zone through one or more openings located at a higher level than the introduction zone of at least a portion of said molecular oxygen into the reaction zone,
characterized in that the solid phase product is obtained from at least about 10 wt.% of the oxidizable compound, while maintaining an average gas flow rate per unit cross section at half height of said reaction medium equal to at least about 0.3 m / s .
барботажную реакторную колонну с оболочкой,
емкость для реакционной среды, содержащей твердофазный продукт, и
канал, предназначенный для транспортирования отобранной упомянутой реакционной среды в емкость, при этом оболочка реакторной колонны определяет протяженность в длину зоны реакции, имеющей нижний и верхний края, разнесенные друг от друга на аксиальную длину L, где упомянутая зона реакции имеет максимальный диаметр D, где упомянутая зона реакции характеризуется соотношением L:D, равным, по меньшей мере, приблизительно 6:1,
и оболочка выполнена с одним или несколькими отверстиями для введения газофазного потока в упомянутую зону реакции,
одним или несколькими отверстиями для введения жидкофазного потока в упомянутую зону реакции и
одним или несколькими отверстиями для отбора реакционной среды, содержащей твердофазный продукт, из упомянутой зоны реакции, расположенными аксиально в направлении дальше от нижнего края на более высоком уровне относительно, по меньшей мере, одного отверстия для введения газофазного потока и, по меньшей мере, одного отверстия для введения жидкофазного потока,
отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно из отверстий для введения газофазного потока отстоит от нижнего края зоны реакции на аксиальное расстояние, меньшее, чем приблизительно 0,25D, а отверстия для отбора реакционной среды расположены на расстоянии, равном, по меньшей мере, приблизительно 1D от нижнего края зоны реакции.26. Installation for liquid phase oxidation, including:
jacketed bubble column reactor,
a container for a reaction medium containing a solid phase product, and
a channel for transporting the selected reaction medium to a vessel, wherein the shell of the reactor column determines the length in length of the reaction zone having lower and upper edges spaced apart by an axial length L, where said reaction zone has a maximum diameter D, where said the reaction zone is characterized by a ratio of L: D equal to at least about 6: 1,
and the shell is made with one or more holes for introducing a gas-phase flow into said reaction zone,
one or more openings for introducing a liquid phase stream into said reaction zone; and
one or more openings for selecting a reaction medium containing a solid-phase product from said reaction zone located axially in the direction further from the lower edge at a higher level relative to at least one opening for introducing a gas-phase flow and at least one opening for introducing a liquid phase stream,
characterized in that at least one of the holes for introducing a gas-phase flow is separated from the lower edge of the reaction zone by an axial distance less than about 0.25 D, and the holes for selecting the reaction medium are located at a distance equal to at least approximately 1D from the lower edge of the reaction zone.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60668904P | 2004-09-02 | 2004-09-02 | |
| US60/606,689 | 2004-09-02 | ||
| US63132704P | 2004-11-29 | 2004-11-29 | |
| US60/631,327 | 2004-11-29 | ||
| US11/154,139 | 2005-06-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007111927A RU2007111927A (en) | 2008-10-10 |
| RU2388745C2 true RU2388745C2 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=39927348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007111927/02A RU2388745C2 (en) | 2004-09-02 | 2005-08-29 | Optimised liquid-phase oxidation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2388745C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1250222A (en) * | 1968-10-25 | 1971-10-20 | ||
| RU2047595C1 (en) * | 1993-09-28 | 1995-11-10 | Фирма "Самсунг" | Process for preparing phthalic acid isomers having high purification degree |
| RU2230730C2 (en) * | 1998-06-16 | 2004-06-20 | Хфм Интернэшнл, Инк. | Method of lowering level of carboxybenzaldehyde isomers in terephthalic or isophthalic acid |
| WO2004052820A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-24 | Eastman Chemical Company | Process for the purification of a crude carboxylic acid slurry |
-
2005
- 2005-08-29 RU RU2007111927/02A patent/RU2388745C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1250222A (en) * | 1968-10-25 | 1971-10-20 | ||
| RU2047595C1 (en) * | 1993-09-28 | 1995-11-10 | Фирма "Самсунг" | Process for preparing phthalic acid isomers having high purification degree |
| RU2230730C2 (en) * | 1998-06-16 | 2004-06-20 | Хфм Интернэшнл, Инк. | Method of lowering level of carboxybenzaldehyde isomers in terephthalic or isophthalic acid |
| WO2004052820A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-24 | Eastman Chemical Company | Process for the purification of a crude carboxylic acid slurry |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007111927A (en) | 2008-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101363707B1 (en) | Bubble column reactor for optimized liquid-phase oxidation | |
| RU2448766C2 (en) | Oxidation system with inner secondary reactor | |
| RU2363535C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| KR101363742B1 (en) | A bubble column reactor for optimized liquid-phase oxidation | |
| CN101010132B (en) | Optimized Liquid Phase Oxidation | |
| CN101684072B (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| US20080194864A1 (en) | Optimized liquid-phase oxidation | |
| RU2435753C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| JP2008511646A (en) | Optimized liquid phase oxidation in bubble column reactors. | |
| RU2363534C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation in bubble reactor | |
| RU2388745C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| RU2381211C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation in reactor type bubble column | |
| RU2382758C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| RU2382759C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| CN101693655B (en) | Optimized liquid phase oxidation method | |
| US7482482B2 (en) | Optimized liquid-phase oxidation | |
| RU2384563C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| RU2388743C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| RU2393146C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
| CN101010278A (en) | Optimized liquid-phase oxidation | |
| WO2006028817A2 (en) | Optimized liquid-phase oxidation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20121119 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20140505 |
|
| QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20140505 Effective date: 20150902 |