一种甲基芳烃氧化反应系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种甲基芳烃氧化反应系统，包括塔式反应器和其内下部的超细气泡破碎器，超细气泡破碎器包括连通气体进口的气体腔和竖直于气体腔内的气液通道，气液通道为贯通气体腔的管道，管道侧壁有连通气体腔的气孔，塔式反应器包括尾气出口、循环液体出口和循环液体进口，液体原料进口连通塔式反应器的上部，尾气出口设置于塔式反应器的上部，循环液体出口通过液体循环管路穿过循环液体进口连通气液通道，液体循环管路上设置有循环泵，并连通产物出口。本实用新型专利技术所述的甲基芳烃高效氧化反应系统，具有气体压降小、气液传质反应面积大，气体利用率高，能效高等优点，适用于空气或氧气氧化甲基芳烃制备芳香醛或芳香酸。

A reaction system for the oxidation of methylaromatics

【技术实现步骤摘要】
一种甲基芳烃氧化反应系统
本技术属于化学工程领域，具体涉及一种甲基芳烃氧化反应系统。
技术介绍
芳香醛和芳香酸一般指苯环上直接连有醛基或羧基的化合物，它们在医药、农药等领域广泛应用，是重要的中间体、合成香味剂原料和食品添加剂。芳香醛和芳香酸通常是由苯环上有取代基（如-CH3、-OCH3、-NO2等）的甲基芳烃通过氧气（空气）氧化获得。如对二甲苯（PX）在MC催化剂体系作用下，在醋酸溶剂中采用空气氧化获得对苯二甲酸；甲苯在高温高压条件下空气氧化生产苯甲酸。甲苯类芳烃的液相氧化受制于气液传质，由于氧气在反应物系中的溶解度不高，需要保持过量气体流量和较高温度（120℃～170℃）和压力（1～10bar）以强化传质，极易造成高温高压尾气排放夹带大量有机物料，导致爆炸危险或严重的VOCs污染。现有的甲基芳烃液相氧化生成芳香醛的反应基本都是在加压及高温条件下的釜式间歇反应。甲基芳烃氧化反应机理为自由基链式反应，高压反应使得自由基之间结合更为迅速，但是这样会产生大量的副产物，副产物增多，不仅浪费了原料，而且给反应产物的分离增加了成本。而且，现有的甲基芳烃液相氧化生成芳香醛和方向酸的反应在传统的间歇式搅拌釜或塔式鼓泡反应系统中进行，间歇式搅拌釜和塔式鼓泡反应系统的共性缺点是：气泡直径大、反应速度慢、氧气利用率低、能耗高。其中，当气泡的直径大于2mm后，气相传质速率将急剧降低，从而反应速率也受影响。此外，反应系统顶部的尾气放空也会导致严重的物料和能量损失以及污染环境问题。
技术实现思路
本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种能够有效地提高气体利用率和能量利用率的高效甲基芳烃氧化反应系统。为实现上述目的，本技术采用如下的技术方案：一种甲基芳烃氧化反应系统，包括液体原料进口、气体进口、产物出口、塔式反应器和超细气泡破碎器，所述超细气泡破碎器设置于所述塔式反应器内下部，所述超细气泡破碎器包括气体腔和气液通道，所述气体进口通过第一管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的气孔，所述气液通道连通所述塔式反应器的底部和所述超细气泡破碎器的上方空间，所述塔式反应器包括尾气出口、循环液体出口和循环液体进口，所述液体原料进口连通所述塔式反应器的上部，所述尾气出口设置于所述塔式反应器的上部，所述循环液体出口通过液体循环管路穿过所述循环液体进口连通所述气液通道，所述液体循环管路上设置有循环泵，所述液体循环管路连通所述产物出口。从气孔进入气液通道的气体被高速流动的液体切割，即可获得微米级超细气泡流。进一步的，所述超细气泡破碎器的高度为100～1000mm。进一步的，所述气液通道有3～20个。进一步的，所述气液通道的横截面为方形，所述方形的宽度为5～50mm。进一步的，所述气液通道的横截面为方形，所述方形的长为所述塔式反应器直径的0.1～0.8倍，所述气液通道的高为所述超细气泡破碎器高度的0.6～0.9倍。进一步的，所述塔式反应器内的上部为预反应段，所述预反应段的上部设置所述液体原料进口，所述预反应段内设置有若干第一穿流塔板。进一步的，所述预反应段的直径为400mm，高为6000mm。进一步的，所述塔式反应器的下部直径为600mm，高为4000mm。进一步的，所述液体循环出口设置于所述塔式反应器的侧壁上，并且位于所述超细气泡破碎器和所述预反应段之间。进一步的，所述液体循环管路上还设置有气液分离器，所述气液分离器的分离气出口连通所述预反应段。进一步的，所述液体循环管路上还设置有换热器。进一步的，所述气液分离器包括若干第二穿流塔板和填料，所述第二穿流塔板位于所述填料上部。气液分离器可有效地将循环液体中的气泡与液体分离。进一步的，所述填料为耐高温耐腐蚀填料。进一步的，所述填料为石英砂或瓷球。进一步的，所述填料的直径为1mm。进一步的，所述塔式反应器还包括溢流挡板，所述溢流挡板设置在所述塔式反应器的侧壁上且临近所述循环液体出口，所述溢流挡板的上沿位于所述循环液体出口的上方。进一步的，所述塔式反应器的底部设置有排渣口。进一步的，所述尾气出口连接有蒸气发生器，所述尾气为所述蒸气发生器提供热能。蒸汽发生器用于移取反应器排出尾气中的热，高效利用热能。进一步的，所述蒸气发生器还包括清水进口和蒸气出口。清水在蒸气发生器中汽化，带走所述尾气中的热。进一步的，所述蒸气发生器的蒸气温度为120℃～140℃。进一步的，所述尾气出口连接有减压冷却器。减压冷却器可用于使尾气降温。进一步的，所述减压冷却器包括第一冷凝液出口，所述第一冷凝液出口连接所述塔式反应器。减压冷却器在减压冷却尾气时，可捕集气相中的有机物，输送回塔式反应器继续反应，从而高效利用反应物。进一步的，所述减压冷却器操作压力为1.1~2bar。进一步的，所述减压冷却器设置于所述蒸气发生器之后。进一步的，所述减压冷却器的顶部设置有冷却尾气出口，所述冷却尾气出口连接有冷凝器，所述冷凝器包括第二冷凝液出口，所述第二冷凝液出口连接所述塔式反应器。冷凝器用于进一步冷凝冷却尾气中的有机物，输送回塔式反应器继续反应，从而更加高效地利用反应物。进一步的，所述第二冷凝液出口还连接所述减压冷却器。冷凝器获得的低温液体部分输送至减压冷却器，可提高减压冷却器的冷却效率和冷凝器的低温的利用率。进一步的，所述冷凝器采用-30℃～5℃的操作温度。进一步的，所述冷凝器还包括冷冻液进口和冷冻液出口。利用冷冻液为所述冷凝器提供低温。进一步的，所述冷凝器还包括冷凝尾气出口，所述冷凝尾气出口连接有尾气处理系统。本技术所述甲基芳烃氧化反应系统在使用时，液体通过所述循环泵驱动，经由所述液体循环管路输送至所述气液通道中，气体经由所述气体进口输送至所述气体腔中，通过所述气孔进入所述气液通道，被高速流动的所述液体切割形成超细气泡流，所述超细气泡流反应后，通过所述循环液体出口流出，部分重新经由所述循环液体进口回到所述塔式反应器中继续反应，部分通过产物出口获取产物。优选的，反应产生的尾气经由所述尾气出口进入尾气处理装置。所述的尾气处理装置包括所述的蒸气发生器、减压冷却器或冷凝器。本技术所述的甲基芳烃氧化反应系统，通过设置超细气泡破碎器，从而可以利用循环液体在气液通道内的快速运动，使气体腔进入的气体形成微米级的超细气泡，从而大幅度地提高气液相界面积，提高气液传质速度，加快反应进程，提高气体利用率，进而可相对降低反应系统的操作压力和温度，其结果是减少了尾气排放量和造成的能量和物料损失，大幅降低环境污染。本技术所述的甲基芳烃氧化反应系统，具有气泡直径小、气体压降小、气液传质反应面积大、气体利用率高、能效高、反应速度高、气体利用率高、尾气中有机物质含量低等优点，能够有效回收尾气中的热能和压力能，适用于空气或氧气氧化甲基芳烃制备芳香醛或芳香酸。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本技术实施例1所述的甲基芳烃氧化反应系统的结构示意图。图2是本技术所述的超细气泡破碎器示意图。其中，1是塔式反应器，2是蒸气发生器，3是减压冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲基芳烃氧化反应系统，其特征在于，包括液体原料进口、气体进口、产物出口、塔式反应器和超细气泡破碎器，所述超细气泡破碎器设置于所述塔式反应器内下部，所述超细气泡破碎器包括气体腔和气液通道，所述气体进口通过第一管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的气孔，所述气液通道连通所述塔式反应器的底部和所述超细气泡破碎器的上方空间，所述塔式反应器包括尾气出口、循环液体出口和循环液体进口，所述液体原料进口连通所述塔式反应器的上部，所述尾气出口设置于所述塔式反应器的上部，所述循环液体出口通过液体循环管路穿过所述循环液体进口连通所述气液通道，所述液体循环管路上设置有循环泵，所述液体循环管路连通所述产物出口。

【技术特征摘要】
1.一种甲基芳烃氧化反应系统，其特征在于，包括液体原料进口、气体进口、产物出口、塔式反应器和超细气泡破碎器，所述超细气泡破碎器设置于所述塔式反应器内下部，所述超细气泡破碎器包括气体腔和气液通道，所述气体进口通过第一管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的气孔，所述气液通道连通所述塔式反应器的底部和所述超细气泡破碎器的上方空间，所述塔式反应器包括尾气出口、循环液体出口和循环液体进口，所述液体原料进口连通所述塔式反应器的上部，所述尾气出口设置于所述塔式反应器的上部，所述循环液体出口通过液体循环管路穿过所述循环液体进口连通所述气液通道，所述液体循环管路上设置有循环泵，所述液体循环管路连通所述产物出口。2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述塔式反应器内的上部为预反应段，所述预反应段的上部设置所述液体原料进口，所述预反应段内设置有若干第一穿流塔板。3.根据权利要求2所述的反应系统，其特征在于，所述液体循环管路上还设置有气液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，张志炳，周政，罗华勋，孟为民，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32