有效回收能量制备芳香羧酸的方法技术

本发明专利技术提供了用芳香原料化合物的放热液化氧化反应制备芳香羧酸的方法，其中可以有效地回收由于放热氧化反应而产生的能量，特别是使用了高效蒸馏塔除去羧酸溶剂和使用膨胀机回收高压废气的能量。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过芳香原料化合物的放热液相氧化制备芳香羧酸的方法。更详细地说，本专利技术涉及用芳香原料化合物的放热液相氧化制备芳香羧酸的方法，其中放热氧化产生的能量可以有效地回收。本专利技术也涉及有效地处理由芳香羧酸制备中产生的废水的方法。
技术介绍
芳香羧酸是有用的化学合成物和作为各种制品的原料。例如，对苯二甲酸(TA)的生产在全世界范围内已超过100亿磅/年。一个工厂每年可以生产100,000到大于750,000公吨的TA。例如，TA被用作制造聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，它是在纺织应用上制造聚酯纤维原料和包装和容器应用上制备聚酯膜的原料。TA可通过适宜的芳香原料化合物如对二甲苯在空气或其它分子氧源作为氧化剂在液相中，高压、放热氧化反应制备，以及可由一种或多种重金属化合物和一种或多种促进剂化合物催化。使用此液相氧化对二甲苯和其它芳香化合物的方法是公知的现有技术，例如Saffer在美国专利2,833,816中公开了一种氧化芳香原料化合物成为相应的芳香羧酸方法。该方法中，制备芳香羧酸的要点是以低分子量的羧酸例如乙酸作为反应溶剂的一部分进行液相反应。一定量的水也可以存在于氧化反应溶剂中，并且在氧化反应中也可以生成水。氧化反应中也产生反应废气，该废气中一般含有二氧化碳、一氧化碳和依据使用的促进剂还含有溴甲烷。另外，当使用空气作为分子氧源时，则在反应废气中含有氮气和未反应的氧气。尽管有各种方法被用来控制高放热氧化反应的温度，但最常用的方法是在氧化反应过程中，即在沸腾下蒸发溶剂来除去热量。蒸发了的溶剂一般是水和低分子量羧酸的混合物，在此之前是在一个或多个塔顶冷凝器中冷凝，冷凝液回流到反应混合物中。然而，由于水的存在，至少一部分冷凝液进入到分离设备，典型地进入蒸馏塔，使低分子量脂肪酸溶剂与水分离，使得反应器中水的浓度保持在恒定的水平。不冷凝的废气一般是放空或者通过氧化剂进行燃烧副产物并成为不污染环境的气体。高压废气中含有大量的能量。尽管现有技术方法中，在某种程度上驱动废气通过膨胀机或透平机来利用废气中的某些能量，但是以前的方法不能充分利用这些高压废气能量。在以前的方法中，是通过冷凝部分反应塔顶引出蒸汽从反应混合物除去热量，并产生适当的压力蒸汽。这些适当压力蒸汽中的一部分通过蒸汽透平回收能量，一部分用来通过蒸馏使水和乙酸分离。因此，对于制造芳香羧酸的方法需要进行改进将其中由高放热、高压氧化反应而产生的能量能够经济地有效地回收并且用作网络发电机能量。本专利技术提供了这样的一种改进方法。专利技术概述本专利技术提供了一种用芳香原料化合物的放热液相氧化反应连续制备芳香羧酸的方法，可以有效地从放热液相氧化反应回收能量，其中包括以下步骤a)在含有水，低分子量羧酸溶剂，重金属氧化催化剂和分子氧源的液相反应混合物中氧化芳香原料化合物成为芳香羧酸，在反应条件下，产生气相高压塔顶蒸汽，该蒸汽含有水，气相副产物和气相的低分子量羧酸溶剂；b)在高效分离设备中从塔顶蒸汽中至少除去95％重量的低分子量一元羧酸，形成基本上不含低分子量羧酸溶剂，含有水和在氧化反应中形成的气相副产物的第二高压塔顶蒸汽混合物；c)将第二高压塔顶混合物引入用于从第二高压塔顶混合物中回收能量的装置。除了提供有效地回收由芳香原料化合物放热反应产生的能量方法之外，还使用高效分离设备，如蒸馏塔，提供了对氧化反应器循环水以用其纯化粗的芳香羧酸的方法。这些水可作为回流液返回到蒸馏塔中。因此水中任何残余芳香羧酸和氧化反应的中间产物返回到氧化反应器并作为有用的产品被回收。同时纯化水的循环减少，甚至可以取消在废料装置中处理废水。这样一来废料装置的负荷可大大地降低。因此本专利技术也提供了一种用芳香原料化合物的放热液相氧化反应制备芳香羧酸的方法，其中包括以下步骤在含有水、低分子量羧酸溶剂、重金属氧化催化剂和分子氧源的液相反应混合物中氧化芳香原料化合物成为芳香羧酸，在反应条件下，产生气相高压塔顶蒸汽，该蒸汽含有水、气相副产物，和气相的低分子量的羧酸溶剂；在高效蒸馏塔中从塔顶蒸汽中除去至少95％重量的低分子量羧酸，形成含有在氧化反应中形成的水和气相副产物的第二高压塔顶蒸汽；从由液相氧化反应混合物形成反应母液中分离出在步骤(a)中生成的芳香羧酸，得到粗芳香羧酸；用含有水的纯化溶剂，在高温和压力下纯化粗芳香羧酸，生成纯芳香羧酸和含有水的纯化母液的混合物；从在步骤(d)形成的纯化母液中分离纯化了的芳香羧酸并且将至少一部分纯化母液循环到高效蒸馏塔中。本专利技术也提供了适合于在含有低分子量脂族羧酸和水的反应混合物中，通过芳香原料化合物的液相氧化将芳香原料化合物转化为芳香羧酸，和有效地回收由于氧化反应而产生的能量的反应器设备，其中反应设备包括适于将芳香化合物在升高温度下进行液相反应的反应器，可以分离乙酸和水混合物的高效蒸馏塔，它可以使存在于蒸馏塔中的蒸汽含量小于1.0％重量，和将反应器中液相氧化产生的蒸汽引入蒸馏塔的装置。附图的简要说明附图说明图1表示了具体操作本专利技术方法的流程图。专利技术详述在本专利技术的方法中，芳香原料化合物在放热、液相氧化反应混合物中被氧化成芳香羧酸，并且由于高放热氧化产生的能量而被有效地回收，并且被用于如产生电能或者其它形式的可输送能量。用作本专利技术方法中的芳香原料化合物可以是任何具有可氧化取代基的芳香化合物，该取代基可以被氧化成羧酸基团。例如，该可氧化的取代基可以是烷基如甲基、乙基或异丙基。它也可以是部分地被氧化了的烷基，例如醇基、醛基或酮基。芳香原料化合物的芳香部分可以是苯核或者二个或多环的，例如萘环。在芳香原料化合物上芳香部分的可氧化取代基的数目等于可以定位在芳香原料化合物芳香部分位置的数目，但是一般较少，优选的是1～4，更优选的是2或3。因此，对于本专利技术方法中，适宜的芳香原料化合物例子可以包括甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1-甲酰基-4-甲基苯、1-羟甲基-4-甲基苯、1，2，4-三甲基苯、1-甲酰基-2，4-二甲基苯、1，2，4，5-四甲基苯、烷基、羟甲基、甲酰基和乙酰基取代了的萘化合物，如2，6-和2，7-二甲基萘、2-酰基-6-甲基萘、2-甲酰基-6-甲基萘、2-甲基-6-乙基萘、2，6-二乙基萘等等。例如，对二甲苯的氧化产物是对苯二酸，间二甲苯可生成间苯二酸，而2，6-二甲基萘可生成2，6-萘二羧酸。如上所述，氧化芳香原料生成相应的芳香羧酸中，使用液相、重金属催化氧化反应的方法是在现有技术中是已知的。例如，Saffer等在US2,833,816的专利中公开了这样的方法。在US3,870,754、4,933,491、4,950,786和5,292,934等专利中公开了其它的方法。对于氧化2，6-二甲基萘成为2，6-萘二羧酸的优选方法是US5,183,933中所描述的方法。然而，一般来说，合适的重金属氧化催化剂包括具有大约21～82原子序数的金属，优选的是钴和锰的混合物。优选的氧化溶剂是具有2到约6个碳原子的低级脂肪一元羧酸或其与水的混合物。优选的是乙酸或乙酸与水的混合物。反应的温度一般是约145℃～235℃，而反应压力是使用保持反应混合物在液相条件下的压力。促进剂是使用具有2到约6个碳原子的低分子量酮或者是有1到约6个碳原子的低分子量醛。溴促进剂化合物是现有技术中已知的如溴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用芳香原料化合物的放热液相氧化反应连续制备芳香羧酸的方法，其中可以有效地从放热液相氧化反应中回收能量，包括以下步骤：ａ）．在含有水，低分子量一元羧酸溶剂，重金属氧化催化剂和分子氧源的液相反应混合物中氧化芳香原料化合物成为芳香羧酸，在 反应条件下，产生气相高压塔顶蒸汽，该蒸汽含有水、气相副产物和气态的低分子量一元羧酸溶剂；ｂ）．在高效分离设备中从塔顶蒸汽中除去至少９５重量％的低分子量一元羧酸，形成第二高压塔顶蒸汽，该蒸流含有水和在氧化反应中形成的气相副产物；以及ｃ ）．将第二高压塔顶混合物引入用于从第二高压塔顶蒸汽中回收能量的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思J阿伯瑞姆斯，
申请(专利权)人：BP阿莫科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]