CN111569799B - Px生产pta的外置微界面机组强化反应系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺，该系统包括：反应器、第一微界面发生器和第二微界面发生器；其中，反应器包括外壳、进料口、第一隔档板、第二隔档板以及部分设置在所述外壳外部的循环换热装置，外壳的一侧内壁与所述第一隔档板之间为第一反应区，第一隔档板和第二隔档板之间为第一溢流区，第一溢流区与所述第一反应区连通，第二隔档板和外壳的另一侧内壁之间为第二溢流区，反应器的底部为第二反应区。本发明有效地解决了现有技术中醋酸消耗量大，能耗高，同时伴随着大量副反应，杂质含量高，产品质量无法得到保证的问题。

Description

PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺。

背景技术

TA(对苯二甲酸)是一种重要的化工原料，一般以PX(对二甲苯)为原料，以醋酸为溶剂，以醋酸钴、醋酸锰和氢溴酸(或四溴甲烷)为催化剂，在一定的温度和压力下，利用空气中的氧气氧化制得TA(对苯二甲酸)，主要包括4个步骤，对二甲苯(PX)→对甲基苯甲醛(TALD)→对甲基苯甲酸(p-TA)→对羧基苯甲醛(4-CBA)→对苯二甲酸(TA)，其中4个步骤均是不可逆反应，反应过程非常复杂。

现有技术中，PX氧化过程中的四个氧化反应步骤均在同一个反应器中进行，，然而前两个反应步骤要以醋酸为溶剂，不宜采用高温高压，现有技术采用混合的反应工艺，没有针对不同的反应给予不同的条件，使得醋酸消耗量大，能耗高，同时伴随着大量的副反应，杂质含量高，产品质量无法得到保证。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺，旨在解决现有的PX生产PTA过程中醋酸消耗量大，能耗高，同时伴随着大量副反应，杂质含量高，产品质量无法得到保证的问题。

一个方面，本发明提出了一种PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，包括反应器、第一微界面发生器和第二微界面发生器；其中，

所述反应器包括外壳、进料口、第一隔档板、第二隔档板以及部分设置在所述外壳外部的循环换热装置，所述第一隔档板的两侧连接在所述反应器的内侧壁上、所述第一隔档板的顶端高度低于所述反应器液面高度、所述第一隔档板的底端位置高于所述进料口位置；所述第二隔档板的两侧连接在所述反应器的内侧壁上、所述第二隔档板的顶端高度低于或等于所述第一隔档板的顶端高度、所述第二隔档板的底端位置高于所述进料口位置、所述第二隔档板的底端封闭连接在所述外壳的内侧壁上；

所述外壳的一侧内壁与所述第一隔档板之间为第一反应区，所述第一隔档板和所述第二隔档板之间为第一溢流区，所述第一溢流区与所述第一反应区连通，所述第二隔档板和所述外壳的另一侧内壁之间为第二溢流区，所述反应器的底部为第二反应区；反应过程中，所述第一反应区的反应物料溢流进所述第一溢流区中，其中，催化剂颗粒在自身重力的作用下落入所述第一溢流区中，除去催化剂颗粒后的所述第一溢流区的反应物料溢流进所述第二溢流区中。

所述第一微界面发生器分别与所述进料口和所述循环换热装置连接，所述第二微界面发生器设置在所述第二反应区底部，所述第一微界面发生器和所述第二微界面发生器均用以将原料空气破碎为微气泡。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述第一反应区为进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛的反应区，所述第二反应区为所述对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸的反应区。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述第一隔档板的底部具有弯角，所述弯角向所述第二隔档板方向弯折，以防止反应器底部气流上冲阻止固体颗粒落入所述第一溢流区。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述第一微界面发生器和所述第二微界面发生器均为气动式微界面发生器。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述循环换热装置上设置有至少一个循环泵。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述反应器的内部设置有第一防浪格栅和第二防浪格栅，所述第一防浪格栅设置的位置低于所述第一隔档板的顶端高度，所述第二防浪格栅设置的位置低于所述进料口位置。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述反应器的内部上方还设置有除滤网，用以防止所述第一反应区内部的杂质进入反应器的顶部。

进一步的，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统中，所述反应器的顶部设置有尾气出口，所述反应器的底部设置有产物出口。

另一方面，本发明还提出了一种PX生产PTA的外置微界面机组强化反应工艺，其特征在于，包括如下步骤：

将对二甲苯、醋酸和催化剂的混合物通入第一微界面发生器中，同时将空气通过第一微界面发生器内破碎成微气泡，与混合物充分混合乳化后进入第一反应区内进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛的反应，未反应完的所述空气离开液面上升到反应器的上方；

随着第一反应区内上述反应的不断进行，反应过程中的反应物料穿过第一防浪格栅，其中，催化剂颗粒在自身重力的作用下落入所述第一溢流区中，除去催化剂颗粒后的所述第一溢流区的反应物料溢流进所述第二溢流区中，所述第二溢流区的反应物料进入所述循环换热装置的循环管道内形成循环物流，所述循环物流用以控制反应过程中的温度；

第一反应区内生成的对羧基苯甲醛通过第二防浪格栅进入第二反应区中，空气从第二微界面发生器中破碎成微气泡后进入第二反应区中，与所述对羧基苯甲醛进行氧化反应生成对苯二甲酸。

进一步地，上述PX生产PTA的外置微界面机组强化反应工艺中，所述反应器温度为160-190℃，压强为0.62-2.25MP。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺，采用分段式的反应工艺，将反应器内部设置为第一反应区、第二反应区、第一溢流区和第二溢流区，实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同反应条件，解决了前两部反应步骤中醋酸溶剂不能承受高温高压的问题，并且利用水作为p-TA氧化反应的溶剂，有效地解决了现有技术中醋酸消耗量大，能耗高，同时伴随着大量副反应，杂质含量高，产品质量无法得到保证的问题。

进一步的，本发明提供的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺，通过在进料口和反应器底部设置微界面发生器，对空气进行破碎，使其破碎为微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

进一步的，本发明提供的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统及工艺，通过设置循环换热装置，在反应进行的过程中有效控制了反应过程中的温度，同时确保了反应器内部各反应物料之间混合的均匀度，确保了各反应物能够充分的参与反应，进而极大地提升了反应物的利用率，同时防止了因局部温度不均引发副反应的发生，在一定程度上提升了产物的质量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统的结构示意图。

图中：10为外壳、11为第一反应区、12为第二反应区、13为第一隔档板、14为第二隔档板、15为第一溢流区、16为第二溢流区、17为第一微界面发生器、18为第二微界面发生器、19为第一防浪格栅、20为第二防浪格栅、21为除滤网、22为进料口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参阅图1所示，为本发明实施例的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，其包括：反应器、第一微界面发生器17和第二微界面发生器18；其中，反应器包括：外壳10、进料口22、第一隔档板13、第二隔档板14以及部分设置在外壳10外部的循环换热装置，所述第一个隔挡板13的两侧连接在所述反应器的内侧壁上、所述第一隔挡板13的顶端高度低于所述反应器液面高度、所述第一隔挡板13的底端位置高于所述进口料21位置；所述第二隔挡板14的两侧连接在所述反应器的内侧壁上、所述第二隔挡板14的顶端高度低于或等于所述第一隔挡板13的顶端高度、所述第二隔挡板14的底端位置高于所述进料口22位置、所述第二隔挡板14的底端封闭连接在所述外壳10的内侧壁上；

所述外壳10的一侧内壁与所述第一隔挡板13之间为第一反应区11，所述第一反应区11为进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛的反应区，所述第一隔挡板13和所述第二隔挡板14之间为第一溢流区15，所述第一溢流区15与所述第一反应区11连通；所述第二隔挡板14和所述外壳10的另一侧内壁之间为第二溢流区16，所述反应器的底部为第二反应器12，所述第二反应区12为所述对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸的反应区。反应过程中，所述第一反应区11的反应物料溢流进所述第一溢流区15中，除去固体颗粒后的所述第一溢流区15的反应物料溢流进所述第二溢流区16中；所述第二溢流区16中的液相物流通过循环换热装置上的循环管道形成一个循环物流，所述循环物流用以在反应过程中有效地控制反应过程中的温度，同时确保反应器内部各反应物流之间混合的均匀度，确保各反应物能够充分的参与反应，进而极大的提升反应物的利用率，同时防止因局部温度不均引发副反应的发生，在一定程度上提升产物的质量。

此外，反应器顶端还开设有尾气出口，所述尾气包括醋酸和水，所述尾气进入后续尾气处理单元中，分离出的醋酸可以重复循环利用，节约了企业成本。反应器底部还开设有产物出口，用于取出反应产物对苯二甲酸和未反应完的对二甲苯PX、溶剂、催化剂以及副产物等，最后将反应产物进入后续分离精制工段。

可以理解的是，本发明中采用分段式的反应工艺，将反应器内部设置为第一反应区、第二反应区、第一溢流区和第二溢流区，实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同反应条件，解决了前两部反应步骤中醋酸溶剂不能承受高温高压的问题，并且利用水作为p-TA氧化反应的溶剂，有效地解决了现有技术中醋酸消耗量大，能耗高，同时伴随着大量副反应，杂质含量高，产品质量无法得到保证的问题。

本实施例中，第一微界面发生器17分别与进料口22和循环换热装置连接，第二微界面发生器18设置在第二反应区12底部，所述第一微界面发生器17和所述第二微界面发生器18均为气动式微界面发生器，用以将空气进入反应器内部前破碎为微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效的降低了能耗、提升了反应效率。关于微界面发生器的具体构造在本发明人在先专利中体现，如公开号106215730A的专利，微界面发生器其核心在于气泡破碎，此不再赘述。关于微界面发生器的反应机理及控制方法，在本发明人在先专利CN107563051B中已经公开，此不再赘述。可以理解的是，本发明中通过在反应器内部的各个反应区内设置微界面发生器，在各反应区内部对空气进行破碎，使其破碎为微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

优选的，反应器的循环换热装置上设置有至少一个循环泵，所述循环泵的个数没有具体要求，可以根据需要加在相应的位置。加装多个循环泵可增加循环动力，使得换热效率更高，换热更均匀。

本实施例中，所述反应器的内部还设置有第一防浪格栅19和第二防浪格栅20，所述第一防浪格栅19设置的位置低于第一隔挡板13的顶端高度，所述第二防浪格栅20设置的位置低于所述进料口22位置，第一防浪格栅19用以将第一反应区11上部剧烈的全混流转化为平推流后再进行溢流，防止固体颗粒进入第二溢流区16；第二防浪格栅20用以将第一反应区11的全混流转化为平推流后进入第二反应区12。

本实施例中，反应器的内部上方还设置有除滤网21，用以防止所述第一反应区11内部的杂质进入反应器的顶部，影响后续尾气处理。

请结合图1所示，本实施例PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统的工作过程为：

首先，原料混合物包括对二甲苯、醋酸和催化剂(醋酸钴、醋酸锰、氢溴酸)等进入到第一微界面发生器17中，同时，将空气通入第一微界面发生器17中破碎成微气泡，与原料混合物混合乳化，有效的增大了空气与液相反应物料之间的接触面积，乳化液进入到第一反应区11内部进行前三步反应，即对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛，未反应完的空气离开液面穿过除滤网21上升到反应器的上方；

随着第一反应区11内上述反应的不断进行，反应过程中的反应物料穿过第一防浪格栅19，其中，固体颗粒在自身重力的作用下落入所述第一溢流区15中，除去固体颗粒后的所述第一溢流区15的反应物料溢流进所述第二溢流区16中，所述第二溢流区16的反应物料进入所述循环换热装置的循环管道内形成循环物流，所述循环物流用以控制反应过程中的温度；

第一反应区11内生成的对羧基苯甲醛通过反应器底部设置的第二防浪格栅20进入第二反应区12中，空气从第二微界面发生器18中破碎成微气泡后进入第二反应区12中，与所述对羧基苯甲醛进行氧化反应生成产物对苯二甲酸。

显然可以得出的是，本发明中采用分段式的反应工艺，将反应器内部设置为第一反应区、第二反应区、第一溢流区和第二溢流区，实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同反应条件，解决了前两部反应步骤中醋酸溶剂不能承受高温高压的问题，并且利用水作为p-TA氧化反应的溶剂，有效地解决了现有技术中醋酸消耗量大，能耗高，同时伴随着大量副反应，杂质含量高，产品质量无法得到保证的问题。

进一步的，通过在进料口和反应器底部设置微界面发生器，对空气进行破碎，使其破碎为微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

进一步的，通过设置循环换热装置，在反应进行的过程中有效控制了反应过程中的温度，同时确保了反应器内部各反应物料之间混合的均匀度，确保了各反应物能够充分的参与反应，进而极大地提升了反应物的利用率，同时防止了因局部温度不均引发副反应的发生，在一定程度上提升了产物的质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，其特征在于，包括：反应器、第一微界面发生器和第二微界面发生器；其中，

所述反应器包括外壳、进料口、第一隔挡板、第二隔挡板以及部分设置在所述外壳外部的循环换热装置，所述第一隔挡板的两侧连接在所述反应器的内侧壁上、所述第一隔挡板的顶端高度低于所述反应器液面高度、所述第一隔挡板的底端位置高于所述进料口位置；所述第二隔挡板的两侧连接在所述反应器的内侧壁上、所述第二隔挡板的顶端高度低于或等于所述第一隔挡板的顶端高度、所述第二隔挡板的底端位置高于所述进料口位置、所述第二隔挡板的底端封闭连接在所述外壳的内侧壁上；

所述外壳的一侧内壁与所述第一隔挡板之间为第一反应区，所述第一隔挡板和所述第二隔挡板之间为第一溢流区，所述第一溢流区与所述第一反应区连通；所述第二隔挡板和所述外壳的另一侧内壁之间为第二溢流区，所述反应器的底部为第二反应区；

所述第一隔挡板的底部具有弯角，所述弯角向所述第二隔挡板方向弯折，以防止反应器底部气流上冲阻止固体颗粒落入所述第一溢流区；

反应过程中，所述第一反应区为进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛的反应区，所述第二反应区为所述对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸的反应区；

其中，所述第一反应区的反应物料溢流进所述第一溢流区中，固体颗粒在自身重力的作用下落入所述第一溢流区中，除去固体颗粒后的所述第一溢流区的反应物料溢流进所述第二溢流区中；

所述第一微界面发生器分别与所述进料口和所述循环换热装置连接，所述第二微界面发生器设置在所述第二反应区底部，所述第一微界面发生器和所述第二微界面发生器均用以将原料空气破碎为微气泡，所述第一微界面发生器和所述第二微界面发生器均为气动式微界面发生器。

2.根据权利要求1所述的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，其特征在于，所述循环换热装置上设置有至少一个循环泵。

3.根据权利要求1-2任一项所述的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，其特征在于，所述反应器的内部设置有第一防浪格栅和第二防浪格栅，所述第一防浪格栅设置的位置低于所述第一隔挡板的顶端高度，所述第二防浪格栅设置的位置低于所述进料口位置。

4.根据权利要求1-2任一项所述的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，其特征在于，所述反应器的内部上方还设置有除滤网，用以防止所述第一反应区内部的杂质进入反应器的顶部。

5.根据权利要求1-2任一项所述的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统，其特征在于，所述反应器的顶部设置有尾气出口，所述反应器的底部设置有产物出口。

6.一种基于权利要求3所述的PX生产PTA的外置微界面机组强化反应系统的反应工艺，其特征在于，包括如下步骤：

将对二甲苯、醋酸和催化剂的混合物通入第一微界面发生器中，同时将空气通过第一微界面发生器内破碎成微气泡，与混合物充分混合乳化后进入第一反应区内进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛的反应，未反应完的所述空气离开液面上升到反应器的上方；

随着第一反应区内上述反应的不断进行，反应过程中的反应物料穿过第一防浪格栅，其中，催化剂颗粒在自身重力的作用下落入所述第一溢流区中，除去催化剂颗粒后的所述第一溢流区的反应物料溢流进所述第二溢流区中，所述第二溢流区的反应物料进入所述循环换热装置的循环管道内形成循环物流，所述循环物流用以控制反应过程中的温度；

第一反应区内生成的对羧基苯甲醛通过第二防浪格栅进入第二反应区中，空气从第二微界面发生器中破碎成微气泡后进入第二反应区中，与所述对羧基苯甲醛进行氧化反应生成对苯二甲酸。

7.根据权利要求6所述的反应工艺，其特征在于，所述反应器内温度为160-190℃，压强为0.62-2.25MPa。

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