高压邻苯二甲酸酐工艺制造技术

本发明专利技术是对传统的邻苯二甲酸酐生产工艺的改进。具体地说，本发明专利技术能以更有效的方式回收粗邻苯二甲酸酐产品。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于邻苯二甲酸酐的生产工艺。邻苯二甲酸酐是制备增塑剂、聚酯树脂和醇酸树脂的一种有用的中间化合物。工业上，它是通过称之为VonHeyden法的低压气相空气氧化工艺生产的。在此传统工艺中，邻二甲苯或者萘在装于固定床反应器中的五氧化二钒/二氧化钛催化剂上被氧化。从产物流中通过多级转换冷凝器冷凝的方法回收主要呈固态的粗邻苯二甲酸酐。在上述的传统工艺中，用多级转换冷凝器回收主要是固态的粗邻苯二甲酸酐时存在一个问题，具体来说，该问题是转换冷凝器的建造太昂贵(该工艺总投资费用中高达20-30%用于转换冷凝器部分)，并且由于固体在管道中的粉化和塞堵，给操作和维护带来了麻烦。大多数企图解决上述问题的先前建议都是着眼于改进转换冷凝器的设计上。U.S专利2，076，033也许是讨论改进转换冷凝器设计的最早的专利。其它的建议着眼于完全取消转换冷凝器，这些建议包括有连续冷凝并且将邻苯二甲酸酐以粉状收集(U.S专利2，064，468)或以淤浆状收集(U.S专利2，555，287);用溶剂，例如邻苯二甲酸二丁酯洗涤气体(U.S专利2，574，644);用卵石移动床(U.S专利2，702，091);用液体冷却剂，如CnH2n+1直接接触(U.S专利3，040，059);通过萘的气化冷却气体(U.S专利3，112，324)以及将冷却气体最终压缩至2-6大气压然后再将其冷却以回收液态的邻苯二甲酸酐(德国专利1，158，051)。但是这些先前建议迄今均未得到工业应用。事实上，时至今日，邻苯二甲酸酐的生产工艺仍然只使用转换冷凝器，工业上继续不断地承受着转换冷凝器的高额投资以及与其操作和维护有关的种种问题。本专利技术的目的就是要消除传统邻苯二甲酸酐工艺中有关在多级转换冷凝器中回收固体粗邻苯二甲酸酐时存在的问题。本专利技术是对邻苯二甲酸酐生产工艺的改进。在与本改进有关的工艺中，将包含氧、邻二甲苯和/或萘的进料流通入反应器以产生包括邻苯二甲酸酐的气相产物流。也是在与本改进有关的工艺中，为从产物流中冷凝出粗邻苯二甲酸酐，将产物流冷却，其中至少一部分粗邻苯二甲酸酐产物作为固体凝析出来。本专利技术的改进是使反应器的操作压力大于200磅/平方英寸(绝压)，使得从产物流中冷凝出只呈液态的粗邻苯二甲酸酐。附图说明图1和图2是说明在邻苯二甲酸酐工艺中，本专利技术的高操作压力与其它操作变量的关系图。图3是说明本专利技术一个具体实施方案的工艺流程图。为更好地了解本专利技术，了解关于邻苯二甲酸酐生产和回收的先有技术工艺是很重要的、邻苯二甲酸酐工业上是通过称之为VonHeyden法的低压气相空气氧化法生产的。在此传统工艺中，邻二甲苯或者萘在装于固定床反应器中的五氧化二钒/二氧化钛催化剂上被氧化。作为原料的邻二甲苯在传统工艺中典型的加料量是每标准立方米空气40-130克。反应器出口温度一般约700-720°F，而反应器压力约为20-30磅/平方英寸(绝压)。原料的转化率实际上是完全的，但邻苯二甲酸酐的选择性仅为78%。其余的原料转化为其它的副反应产物，包括约3.5%的马来酸酐和18.5%的二氧化碳和水。用循环的熔融盐(本身又用于产生有用的蒸气)通过管壁间接热交换的方法从反应器中除去大量的反应热。按上述的加料量、转化率和选择性数值，则产物流中邻苯二甲酸酐的浓度将为0.6-2.0%(体积)。产物流中其余部分主要是未反应的氧和水活泼的惰性氮。通过将产物流在多级转换冷凝器(交替地进行冷却和加热循环操作)中冷凝，回收的粗邻苯二甲酸酐在加热循环时从转换冷凝器表面除去。粗邻苯二甲酸酐主要以固体回收的原因是，在传统工艺的条件下，为要得到通常的比95%略多的回收率，产物流就必须充分冷却到邻苯二甲酸酐的熔点(267.8°F)以下。粗邻苯二甲酸酐在下游工序中用热处理和蒸馏的方法进一步纯化。从转换冷凝器出来的含有痕量邻苯二甲酸酐和马来酸酐等的废气用循环水溶液洗涤后可得到含有这些痕量物质的液体副产物以及洗涤气，洗涤气然后用燃料气焚烧后排空。有时候，一部分洗涤气也可再循环作为进料加入到反应器中，以稀释原料的装载量，因为高原料装载会增加反应器区域的可燃性问题。上述关于在多级转换冷凝器中回收主要是固体的邻苯二甲酸酐的传统工艺存在一个问题，具体来说，其问题是转换冷凝器的建造太昂贵(该工艺总投资费用高达20-30%用于转换冷凝器部分)，并且由于固体在管道中的粉化和堵塞，给操作和维护带来麻烦。本专利技术解决上述问题的方法是，将反应器压力提高到至少为200磅/平方英寸(绝压)以便在连续冷凝器中，在邻苯二甲酸酐的熔点以上的温度，使产物流中的粗邻苯二甲酸酐仅以液态冷凝出来。取消了昂贵的及造成麻烦的转换冷凝器。熟练的专业人员将知道200磅/平方英寸(绝压)最小操作压力的优化确定取决于下列的操作变量;(1)所要求的回收率，即从产物流中冷凝出来形成粗邻苯二甲酸酐产品中邻苯二甲酸酐的百分数;(2)产物流中邻苯二甲酸酐的浓度;和(3)进行冷凝的高于邻苯二甲酸酐熔点的温度。本专利技术的200磅/平方英寸(绝压)较低压力限值所依据的变量是95%的回收率，产物流中邻苯二甲酸酐浓度为2.0%(体积)以及冷凝温度279°F。95%回收率和2.0%邻苯二甲酸酐浓度代表传统工艺中的典型值。279°F的冷凝温度使其有充分的安全裕量，高于邻苯二甲酸酐的熔点，从而保证了没有固体邻苯二甲酸酐生成。为帮助熟练的专业人员在不同的回收率，邻苯二甲酸酐浓度和冷凝温度下确定200磅/平方英寸(绝压)最低操作压力，提供了图1和图2。图1的曲线可使人们在下述范围内;(1)冷凝温度279°F，(2)回收率70至95%之间以及(3)邻苯二甲酸酐浓度0.001和0.9(体积)之间确定200磅/平方英寸(绝压)(图1所示的是产物流的压力)最低操作压力的最适条件。图2除冷凝温度是320°F外和图1完全相同。事实上，图2曲线表明了较高的冷凝温度对所要求的操作压力的敏感性。除了不需要多级转换冷凝器外，本专利技术的提高操作压力的改进还有其它的好处，如体积流速较小，动力学速率较高以及在气体本体和反应器及冷凝器的管壁区的热转移速率较高。这可使反应器和其它设备的体积更小些，除热速率更高，沿反应器管子长度方向上温度分布更为均匀，从而最大限度地降低局部过热和失控潜力。较高的动力学速率也允许反应器可在较低温度下运行因而提高了主要产物邻苯二甲酸酐的选择性。为说明最后一点，考察一下下面的根据J.C.PirkleJr.，等人的论文《催化剂反应器的活性分布》(“ActivityProfilinginCatalystReactors”，ChemicalEngineeringProgress，August，1987)提出的动力学速率表达式是非常有用的速率1＝K1·POX·P02;Ink1＝-13，588/T+11.597(主反应)速率2＝K2·PPA·P02;Ink1＝-15，601/T+12.619(副反应)速率3＝K3·POX·P02;Ink1＝-14，394/T+10.730(副反应)这里T是温度°K;K是速率常数和POX，P02和PPA分别是邻二甲苯，氧(由空气来)和邻苯二甲酸的压力(Mpa，即1，000，000帕)。因为主反应的活化能比两个副反应的活化能低，所以降低操作温度将导致邻苯二甲酸酐本文档来自技高网...

【技术保护点】
邻苯二甲酸酐的生产工艺，包含下面相继的步骤：（ａ）将含有氧，邻二甲苯或萘的进料流导入反应器以产生含有邻苯二甲酸酐的气体产物流；和（ｂ）将产物流冷却以使粗邻苯二甲酸酐产物从产物流中冷凝出来，其中至少一部分粗邻苯二甲酸酐产物是呈固态形式冷凝出来的；本改进包括在步骤（ａ）中反应器的操作压力大于２００磅／平方英寸（绝压），以便在步骤（ｂ）中从产物流中冷凝出来的仅是液体的粗邻苯二甲酸酐产品。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MSK陈，PJ库克，HH古纳森，MB乌尔里希，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]