一种连续法生产偏苯三酸酐的方法技术

本发明专利技术公开了化工生产技术领域内的一种连续法生产偏苯三酸酐的方法，以偏三甲苯、富氧气体或空气为原料，醋酸为溶剂，加入钴锰溴三元催化剂，通过芳烃侧链氧化反应生成偏苯三甲酸，再通过结晶成酐工艺，获得偏苯三酸酐；用于氧化反应的连续氧化反应塔的进料口连接环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，环形导向器上设有若干通流孔，进料口呈切向连接在氧化上塔上的切向方向满足：在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料；结晶成酐工艺在连续结晶成酐塔中进行的，所述连续结晶成酐塔从上至下依次包括结晶塔、分离装置和成酐塔组成。整个装置结构紧凑，收率高，热损耗小。

A method of continuous production of trimellitic anhydride

【技术实现步骤摘要】
一种连续法生产偏苯三酸酐的方法
本专利技术涉及化工生产
，特别涉及一种利用富氧气体氧化、结晶成酐、精制工艺生产偏苯三酸酐的方法。
技术介绍
偏苯三酸酐(TMA)，化学名1，2，4-苯三甲酸酐，简称偏酐，是一种重要的精细化工产品。主要用途是作为PVC电缆料的增塑剂、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺树脂、水溶性醇酸树脂、环氧树脂固化剂、低压及脉冲电力容器浸渍剂、水处理剂、表面活性剂等。其生产时，采用间歇法生产，反应式为：间隙法生产是指先将原料偏三甲苯溶于醋酸溶剂中，氧化生成偏苯三甲酸。将氧化生成的偏苯三甲酸与溶剂混合物料直接分批加入结晶釜中，先加热蒸发溶剂和水，再升温脱出分子内一分子水，制得偏苯三酸酐粗品。粗品采用固定列管加热器间歇式精馏工艺：粗品偏苯三酸酐分批投入到第一精馏塔中进行减压精馏，蒸出的物料再进入第二精馏塔(或第三精馏塔)进行二次(或三次)精馏，最终得到偏苯三酸酐成品。该法主要存在以下不足：反应时间长、反应不完全、副产物多、质量不稳定、产品收得率低；间歇生产过程中，反应器需要反复升压降压、升温降温，设备容易疲劳，使用寿命缩短；氧化步骤由于每次升温升压都有可能进入爆炸危险区，稍有不慎就会有发生爆炸的危险，生产的安全性较低；产品质量较差、质量不稳定、物料分解严重；间歇法结晶采用加热蒸发式脱酸工艺，将醋酸和水蒸出，钴、锰等催化剂被滞留在偏苯三酸酐粗品中，既增加了催化剂的消耗，也在后续工序中增加了偏苯三酸酐的分解。另一方面，国内采用的逐级氧化、搅拌式多釜连续氧化生产工艺，并且申请了专利：一种逐级催化氧化连续生产偏苯三酸酐的方法，公开号：CN1594302A，开日：20050316，申请号：CN200410041379.7，申请日：20040715；以及搅拌式多釜连续氧化成酐生产偏苯三酸酐的方法，公开号：CN1634907A，公开日：20050706，申请号：CN200410072953.5，申请日：20041126。以上方法均采用搅拌釜式连续氧化，其优点是实现了局部工序的连续化生产。还有一件专利：连续法氧化工艺生产偏苯三酸酐的方法，公开号：CN1401642A，公开日：20030312，申请号：CN02143030.6，申请日：20020913；该技术为我国偏苯三酸酐连续化工艺作出了新的探索。但是，搅拌釜式反应器投资昂贵、动密封部件易漏易损坏、氧化反应器出料气液分离不充分，高凝固点物料易被带入冷凝器，影响冷凝器换热效果。连续化运行不能变温，不利于晶体成长，结晶效果差，必须将结晶不完全的母液循环再利用，方能达到结晶分离目的。多釜连续式结晶存在过料时各结晶器进口处易堵塞问题。以上方法中粗品偏苯三酸酐精制均为单塔间歇式或连续式精馏，由于偏苯三酸酐粗品含杂质复杂，仅一次简单精馏不能产生高纯度产品，要想保证产品质量，必须多采出轻、重组分和进行多次精馏，导致精制的收得率降低、能耗增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供连续法生产偏苯三酸酐的方法，使其具有反应稳定，可连续生产，物料不易堵塞，生产效率高。为此，本专利技术提供了如下的技术方案：一种连续法生产偏苯三酸酐的方法，以偏三甲苯、富氧气体或空气为原料，醋酸为溶剂，加入钴锰溴三元催化剂，通过芳烃侧链氧化反应生成偏苯三甲酸，再通过结晶成酐工艺，获得偏苯三酸酐；所述氧化反应在连续氧化反应塔中进行的，所述连续氧化反应塔由上至下由氧化上塔、氧化中塔和氧化下塔组成，氧化上塔顶部设有气相出口连接冷却器，氧化下塔底部设有出料口，出料口经转运泵连接至连续结晶成酐塔，氧化上塔上分段设有至少两个进料口，位于最下侧的进料口下方设有第一进气口；氧化中塔上设有第二进气口，氧化下塔上设有第三进气口；氧化中塔内在第二进气口下方设有折流机构，氧化下塔内位于出料口上侧设有导流筒，第三进气口位于导流筒上方；所述进料口连接环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，环形导向器设置在氧化上塔内，环形导向器上设有若干通流孔，进料口呈切向连接在氧化上塔上的切向方向满足：在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料；所述结晶成酐工艺在连续结晶成酐塔中进行的，所述连续结晶成酐塔从上至下依次包括结晶塔、分离装置和成酐塔，结晶塔上设有与转运泵出口相连的反应液料进口，结晶塔顶部及成酐塔顶部设有气体出口与醋酸回收塔相连，结晶塔内设有多层搅拌叶片；所述分离装置包括水平且同轴设置在集液腔中的主轴、外分离筒和内分离筒，内分离筒与主轴相固定，外分离筒与集液腔相固定，主轴一端从集液腔一侧伸出并与驱动机构相连，外分离筒和内分离筒之间设有螺旋推进叶片，所述螺旋推进叶片固定在内分离筒外表面，内分离筒上设有若干贯穿内分离筒壁的出料通道，结晶塔底部一侧设有结晶浆液出口，结晶浆液出口经内分离筒轴端的浆液通道连接到主轴与内分离筒之间，远离浆液通道的内分离筒另一端接通集液腔，集液腔底部连接有母液出口，外分离筒上与螺旋推进叶片相对应的一端设有结晶料出口，结晶料出口连接到成酐塔顶部；所述成酐塔内设有多层填料，成酐塔侧下部设有偏酐出口与精馏塔相连，成酐塔底部设有重组分出口。本专利技术中，氧化反应和成酐是连续进行的，氧化反应塔底部的连续出料会使得塔体内形成漩涡，在北半球，该漩涡呈左旋方向，南半球呈右旋方向，漩涡的形成会使得密度大的液体及固体向外周运动，而密度小的气体向中心运动，从而影响到液体和气体的混合，也影响到固体(如催化剂)和气体的混合，漩涡中心和边侧的流速变化也会导致不同高度上的物料过度混合，使得反应不同阶段上的物料分布均匀，从而难以针对性提供反应条件。本专利技术采用多点分层进料，且进料时产生的液流从出液孔中向前侧射流而出，整体上会形成旋流的趋势，这一旋流趋势与自然形成的漩涡反向，从而对抗涡旋产生，保证固液气三相在同一水平高度上混合更加均匀，而在垂直高度上，可使得氧化后的生成物在塔体内具有平推流分布趋势，尽量避免了中间产物及最终产物之间的过度混合。在反应初期，即在生成偏苯一酸、偏苯二酸期间放热量大，可在较低温度下进行，此时无需采用换热设备；而在反应的中期，从偏三甲苯氧化生成偏苯三甲酸的氧化反应是放热反应过程，需要冷却移除反应热；在后期生产偏苯三酸因反应热量较少，为保证反应过程完成应维持反应温度，因此必须补充一定的热量，这一热量可以从中期反应的放热中获得，从而使得整个装置不仅反应效率高，同时具有良好的节能效果。从反应液料进口进入结晶塔内，压力维持在0.1-0.25MPa，从上至下逐层降温，不凝气体从顶部离开，偏苯三甲酸降温结晶析出，搅拌叶片具有促进散热的作用；然后带有结晶的物料进入分离装置内的内分离筒和主轴之间的空间中，主轴转动带动内分离筒、螺旋推进叶片一起转动，在离心力作用下，结晶的偏苯三甲酸从内分离筒上的出料通道进入内分离筒和外分离筒之间，在螺旋推进叶片的作用下，从结晶料出口进入成酐塔内；而液体由于比重小，则从内分离筒的另一端进入集液腔内，并从母液出口排出，从而实现结晶后的偏苯三甲酸和母液分离的目的。在成酐塔内，升温使得偏苯三甲酸熔融，蒸出湿物料中的残余醋酸和水，醋酸和水蒸汽经气相出口离开，物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续法生产偏苯三酸酐的方法，以偏三甲苯、富氧气体或空气为原料，醋酸为溶剂，加入钴锰溴三元催化剂，通过芳烃侧链氧化反应生成偏苯三甲酸，再通过结晶成酐工艺，获得偏苯三酸酐；其特征在于：/n所述氧化反应在连续氧化反应塔中进行的，所述连续氧化反应塔由上至下由氧化上塔、氧化中塔和氧化下塔组成，氧化上塔顶部设有气相出口连接冷却器，氧化下塔底部设有出料口，出料口经转运泵连接至连续结晶成酐塔，氧化上塔上分段设有至少两个进料口，位于最下侧的进料口下方设有第一进气口；氧化中塔上设有第二进气口，氧化下塔上设有第三进气口；氧化中塔内在第二进气口下方设有折流机构，氧化下塔内位于出料口上侧设有导流筒，第三进气口位于导流筒上方；所述进料口连接环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，环形导向器设置在氧化上塔内，环形导向器上设有若干通流孔，进料口呈切向连接在氧化上塔上的切向方向满足：在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料；/n所述结晶成酐工艺在连续结晶成酐塔中进行的，所述连续结晶成酐塔从上至下依次包括结晶塔、分离装置和成酐塔，结晶塔上设有与转运泵出口相连的反应液料进口，结晶塔顶部及成酐塔顶部设有气体出口与醋酸回收塔相连，结晶塔内设有多层搅拌叶片；所述分离装置包括水平且同轴设置在集液腔中的主轴、外分离筒和内分离筒，内分离筒与主轴相固定，外分离筒与集液腔相固定，主轴一端从集液腔一侧伸出并与驱动机构相连，外分离筒和内分离筒之间设有螺旋推进叶片，所述螺旋推进叶片固定在内分离筒外表面，内分离筒上设有若干贯穿内分离筒壁的出料通道，结晶塔底部一侧设有结晶浆液出口，结晶浆液出口经内分离筒轴端的浆液通道连接到主轴与内分离筒之间，远离浆液通道的内分离筒另一端接通集液腔，集液腔底部连接有母液出口，外分离筒上与螺旋推进叶片相对应的一端设有结晶料出口，结晶料出口连接到成酐塔顶部；所述成酐塔内设有多层填料，成酐塔侧下部设有偏酐出口与精馏塔相连，成酐塔底部设有重组分出口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连续法生产偏苯三酸酐的方法，以偏三甲苯、富氧气体或空气为原料，醋酸为溶剂，加入钴锰溴三元催化剂，通过芳烃侧链氧化反应生成偏苯三甲酸，再通过结晶成酐工艺，获得偏苯三酸酐；其特征在于：
所述氧化反应在连续氧化反应塔中进行的，所述连续氧化反应塔由上至下由氧化上塔、氧化中塔和氧化下塔组成，氧化上塔顶部设有气相出口连接冷却器，氧化下塔底部设有出料口，出料口经转运泵连接至连续结晶成酐塔，氧化上塔上分段设有至少两个进料口，位于最下侧的进料口下方设有第一进气口；氧化中塔上设有第二进气口，氧化下塔上设有第三进气口；氧化中塔内在第二进气口下方设有折流机构，氧化下塔内位于出料口上侧设有导流筒，第三进气口位于导流筒上方；所述进料口连接环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，环形导向器设置在氧化上塔内，环形导向器上设有若干通流孔，进料口呈切向连接在氧化上塔上的切向方向满足：在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料；
所述结晶成酐工艺在连续结晶成酐塔中进行的，所述连续结晶成酐塔从上至下依次包括结晶塔、分离装置和成酐塔，结晶塔上设有与转运泵出口相连的反应液料进口，结晶塔顶部及成酐塔顶部设有气体出口与醋酸回收塔相连，结晶塔内设有多层搅拌叶片；所述分离装置包括水平且同轴设置在集液腔中的主轴、外分离筒和内分离筒，内分离筒与主轴相固定，外分离筒与集液腔相固定，主轴一端从集液腔一侧伸出并与驱动机构相连，外分离筒和内分离筒之间设有螺旋推进叶片，所述螺旋推进叶片固定在内分离筒外表面，内分离筒上设有若干贯穿内分离筒壁的出料通道，结晶塔底部一侧设有结晶浆液出口，结晶浆液出口经内分离筒轴端的浆液通道连接到主轴与内分离筒之间，远离浆液通道的内分离筒另一端接通集液腔，集液腔底部连接有母液出口，外分离筒上与螺旋推进叶片相对应的一端设有结晶料出口，结晶料出口连接到成酐塔顶部；所述成酐塔内设有多层填料，成酐塔侧下部设有偏酐出口与精馏塔相连，成酐塔底部设有重组分出口。


2.根据权利要求1所述的一种连续法生产偏苯三酸酐的方法，其特征在于：所述冷却器底部与脱水塔进口相连，脱水塔顶部气相出...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹正国，王福，李江华，荆晓平，任伟，周伟林，钱勤华，
申请(专利权)人：江苏正丹化学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32