DE2805915B2 - Reaktor zur Oxidation von Gemischen aus p-Xylol und p-Toluylsäuremethylester mit sauerstoffhaltig^! Gasen in flüssiger Phase - Google Patents
Reaktor zur Oxidation von Gemischen aus p-Xylol und p-Toluylsäuremethylester mit sauerstoffhaltig^! Gasen in flüssiger PhaseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Oxidation
von Gemischen aus p-Xylol (p-X) und p-Toluylsäuremethylester (pTE) in flüssiger Phase mit sauerstoffhaltigen Gasen bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Oxidationskatalysators, mit
einem zylindrischen Behälter, der eine Vielzahl von π
benachbarten Reaktionskammern aufweist, die von dem Reaktionsgemisch sukzessive durchlaufen werden, mit
Oxidationsgaseinleitungssystem, Zuführungen für p-Xylol, Katalysator und p-Toluylsäuremethylester, außenliegender Briidenleitung, Oxidatableiiungssystem und ein
Kühlmittel enthaltenden, innenliegenden Kühlrohrsystemen.
Die bekanntgewordenen Bauarten für solche Oxidatoren sind vertikal angeordnete zylindrische Behälter
von ca. 18 bis 30 m Höhe mit vertikal eingebauten längs angeströmten Kühlrohren zur Abführung der Reak-
tjonswärme mittels eines Kühlmed'iums (US-PS 30 65 061 und DE-OS 22 50 431).
Für andere Verfahren zur Oxidation von p-X zu
Terephthalsäure sind Rührkesselkaskaden ohne Rohreinbauten bekannt Hier wird die Kühlung durch direkt
to verdampfendes Lösungsmittel erzielt
Die Oxidation von Gemischen von p-X und pTE läuft in mehreren hintereinandergeschalteten Stufen ab,
wobei das Oxidationsgas von unten nach oben den gesamten Reaktionsraum durchströmt Hierbei sind
"1UCh zwei oder mehrere übereinanderliegende Lufteinleitungen von Oxidationsgas in einer Oxidatorstufe
bekannt, wobei für jede Stufe ein Oxidator benutzt wird
und das Reaktionsprodukt die Stufen kontinuierlich passiert Eine möglichst große Anzahl von Reaktions
stufen ist wünschenswert weil sich dadurch optimale
Reaktionsbedingungen einstellen lassen.
Es ist auch bekannt, daß in den letzten Stufen die
Reaktion langsamer abläuft als in den ersten Stufen. Dieser Effekt bewirkt daß bei Anwendung sauerstoff
haltiger Gase bzw. Luft als Oxidationsgas der Sauerstoff
beim Durchströmen der letzten Stufe weniger verbraucht wird als be»' der ersten Stufe. Um diesen Effekt
zu kompensieren, wird in der Praxis so gearbeitet, daß auch in den letzten Stufen Einsatzprodukt zugesetzt
jo wird.
Durch die Bauhohe der Oxidatoren bedingt, ergibt sich eine Flüssigkeitssäule, die vom Oxidationsgas
durchströmt werden muß. Hierbei entsteht ein Druckunterschied zwischen Flüssigkeitsoberfläche und Luft-
einleitungssystem am Boden der Oxidatoren, der von Kompressoren zusätzlich zum Betriebsdruck überwunden werden muß.
Die Höhe der Oxidatoren ist weitgehend von der Konstruktion der Kühlflächen bestimmt. Die erforderli
chen Größen der Kühlflächen werden so erhalten,
indem lange, senkrechte Rohre, die oben und unten abgewinkelt sind, durch die Seitenwände des Oxidators
geführt, werden. Diese Kühlrohre münden in außen angeschweißte Dampf- bzw. Kondensatkammern.
Du;ch die aus Festigkeitsgründen begrenzte Zaiil von
Bohrungen in den Wanden des Oxidators ist auch die Anzahl der Kühlrohre begrenzt. Wollte man solche
Oxidatoren für größere Leistungen auslegen, blieb zur
Erhöhung der Kühlfläche nur die Möglichkeit, die
Opt Kühlrohre zu verlängern. Das führte mit größer
werdenden Anlagenleistungen zu den bereits angegebenen Höhen der Oxidatoren bzw. die Durchmesser der
Oxidatoren würden so groß, daß Schwierigkeiten beim Transport von der Fabrikationsstätte zum Ort der
■Λ Installation der Oxidatoren auftraten.
Es ist eine weitere Konstruktion bekannt, bei der die senkrechten Kühlrohre im Reaktor auf einem Sammler
im Kopf des Reaktors zusammengefaßt sind. Diese Anordnung führt bei größeren Aniagenleistungen zu
Falls die Oxidation in mehreren Stufen ausgeführt
wird, sind bei den heute bekannten Oxidatoren die Mcß- und Regeltechnik, die verbindenden Rohrleitungen, die
Sichel heitstechnik, Fundamente usw. so oft auszufüh-
«i'i ren, wie Stufen vorgesehen sind. Das Führt dazu, daß aus
Kostengründen relativ wenige Stufen vorgesehen werden. Die längs angeströmten Kühlrohre in Oxidatoren gemäß dem .Stand der Technik haben einen relativ
schlechten Wärmeübergang. Bei den bekannten Konstruktionen ist man also gezwungen, wegen der
benötigten Kühlflächen relativ hohe Oxidatoren zu bauen. Dies führt dazu, daß die Volumina schlecht
ausgenutzt und die Raumzeitausbeuten gering sind.
Die auf den relativ kleinen Durchmessern der Oxidatoren zugegebenen Luftmengen führen zu einer
schaumigen Konsistenz des Reaktorinhalts und leicht zu einem Überschäumen.
Die hohe Überdeckung des Sprudelbodens führt zu einer Vergrößerung der Menge bereits verbrauchten
Oxidationsgases, die sich innerhalb der Flüssigkeit befindet.
Die Einleitung des Okidationsgases ist so gestaltet,
daß der Oxidator unten beaufschlagt wird und der π Sauerstoff sich auf dem Wege durch den Oxidator nach
oben verbraucht Bevor es zur Reaktion kommt, muß sich das Oxidationsgas im Oxidator erwärmen. Bei den
jetzigen Konstruktionen sind Rührwerke wegen der notwendigen sehr langen Wellen und den damit
verbundenen Investitionskosten und technischen Schwierigkeiten nicht installiert.
Das Reaktionsprodukt muß wegen der großen Bauhöhen der Oxidatoren unter den zur Oxidation
benötigten Temperaturen unnötig lange verweilen. Das führt zu Zersetzungsreaktionen und damit zu Ausbeute-Verringerungen.
In den herkömmlichen Oxidatoren muß nahezu die gesamte obere Hälfte des Reaktionsraumes nur deshalb
installiert werden, um dort die zur Abführung der jo
Reaktionswärme notwendigen Kühlflächen unterzubringen.
Ein großer Teil der Kühlflächen ist sehr weit von der
Lufteinleitung entfernt. Das führt dazu, daß der Wärmetransportweg von den Stellen, an denen die r>
Reaktionswärme entsteht, bis zu den Stellen, wo sie abgeführt wird, sehr lang ist. Das bewirkt örtliche
Produktüberhitzungen, die zu Ausbeuteverlusten führen.
Versuchsir essungen ergaben, daß bei Verwendung 4» von Luft als Oxidationsgas für Gemische von p-X und
pTE, bereits nach Durchströmen einer Säule des Reaktionsgemisches von 3 Meter (m) oder weniger, der
Sauerstoff je nach Stufe völlig oder wenigstens so weit verbraucht war, daß die Sauerstoffkonzentrationen im -r>
Abgas wek unterhalb der Explosions^renzen lagen.
Des weiteren ergaben Wärmeübertragungsberechnungen, daß die zu erzielenden Wärmeübergangswerte
bei den vorliegenden Verhältnissen gemäß dem geschilderten Stand der Technik durch andere Anordnung dsr Kühlrohre wesentlich verbessert werden
können. E* ist bekannt, daß bei der Oxidation von Gemischen von p-X und pTE in flüssiger Phase und in
Gegenwart von schwermetallhaltigen Oxidationskatalysatoren Ablagerungen von Feststoffen, beispielsweise r>
Terephthalsäure, an den Oxidatorwandungen und insbesondere an den Kühlrohren auftreten können. Die
Führung des Prozesses und die Oberflächenqualität der Kühlrohre konnten jedoch in den vergangenen Jahren
so verbessert werden, daß auch auf horizontalen oder w>
geneigten Kühirohrabschmtten vertikal eingebauter
Kühlrohre im Bereich der oberen und unteren Rohrdurchführung durch die Oxidatorwandting keine
Ablagerungen von Feststoffen mehr beobachtet werden (vgl. Blech Rohre-Profile 11/1975, S.451 ff.). tr.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden.
Nachteile der bekannten Vorrichtungen wie hohe Druckverluste, langen Wärmeiranspurtweg und
schlechten Wärmeübergang zu vermindern. Ferner ist es das Ziel der Erfindung, die mit den bisherigen
Konstruktionen erzielten Raumzeitausbeuten zu erhöhen, Investitionskosten, Platzbedarf, Energiekosten zu
senken und die Gefahr des Überschäumens zu verringern. Darüber hinaus soll die Stufenzahl in den
erfindungsgemäßen Oxidatoren von dem bisherigen Verhältnis — eine Stufe pro Oxidator — auf ein
Verhältnis von zwei oder mehreren Stufen pro Oxidator erhöht werden können.
Mit den erfindungsgemäßen Reaktoren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe so gelöst, daß alle
Reaktionskammern mit Bündeln horizontal eingebauter quer angeströmter Kühlrohre als Kühlrohrsystemen
und Oxidationsgaseinleitungssystemcn versehen sind und daß ein Teil der Reaktionskammern Zuführungen
für p-Xylol, Katalysator und p-Toluylsäuremethylester,
Brüdenleitungen und die n-te ReaV';.onskamnier das
Oxidatableitungssystem aufweist.
Der Fachmann erkennt anhand der nachfolgend vorgeschlagenen besonders vorteilhaften Ausführungsformen, daß eine ganze Reihe von wünschenswerten
Maßnahmen und Vorteilen bei der katalytischen Oxidation von Gemischen von p-X und pTE in flüssiger
Phase mit sauerstoffhaltigen Gasen bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung realisierbar geworden ist, die bei den bisher bekannten Vorrichtungen nicht oder nur mit erheblichem technischem Aufwand verwirklicht werden
konnten.
Darüber hinaus ist die katalytische Oxidation anderer Alkylaromaten in flüssiger Phase mit sauerstoffhaltigen
Gasen bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich,
beispielsweise m-Xylol und seiner Oxidationszwischenprodukte zu Isophthalsäure, Toluol zu Benzoesäure,
p-Xylol oder p-Tolualdehyd zu Terephthalsäure u. dgl.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem horizontal liegenden
zylindrischen Behälter, bei dem die nebeneinanderliegenden Reaktionskammern mittels Schotten oder
geschlossener Böden und einem System miteinander in Verbindung stehender Brüdenleitungen abgeteilt sind.
Zweckmäßig werden die Reaktionskammern so miteinander verbunden, daß das Reaktionsgemisch
durch die Wirkung der Schwerkraft von der ersten in die nachfolgenden Reaktionskammern gelangt. Falls der
Reaktor nicht in der angegebenen Weise ausgelegt und betrieben wird, wird das Reaktionsgemisch durch
Pumpen von einer Kammer zur anderen Kammer gefördert.
3ei Ausführung des erfindungsgemäßen Reaktors als horizontal liegender Behälter, bei dem die nebeneifianderliegenden Reaktionskammern mittels Schotten oder
geschlossener Böden abgeteilt sein können, ist es vorteilhaft in den einzelnen Reaktionskammern Umwälzpumpen für d"3 Reaktionsgemisch oder gegebenenfalls als Gasverteilungsrührer ausgebildete Rührwerke zu installieren.
Selbstverständlich kann ein dem tiger zylindrischer
Behälter auch schräg aufgestellt werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unt^anspruchen 2 bis 5 sowie bei Her
Erläuterung der Zeichnung beschrieben.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung darKciellten
Fig. I1 2 einen horizontal liegenden Oxidator mit
durch Schotten abgeteilten nebeneinanderliegenden Reaktionskammern und Hilfseinrichtungen,
Fig.3, 4 einen horizontal liegenden Oxidator mit
durch Schotten und einem Boden abgeteilten Reaktionskammern und Hilfseinrichtungen,
Fig.5, 6 einen vertikal aufgestellten Oxidator mit
durch Böden abgeteilten übereinander angeordneten Kammern und Hilfseinrichtungen,
F i g. 7 einen vertikal aufgestellten Oxidator mit durch Böden abgeteilten übereinander angeordneten Kammern, bei dem weitgehend auf äußere Leitungen
verzichtet wird,
F i g. 8 Details eines Kühlrohrsystems (2) mit Kühlmittelkreislauf.
Weiter ins Einzelne gehend zeigen F i g. I und 2 einen
Oxidator in Form eines horizontal liegenden zylindri-
3ü5 Γμ6ιιΓ6Γ6ϊι
Bei gleichem Druck in allen Kammern isi in den Rückführleitungen (8) ein Kompressor (19) und evtl.,
eine Zwischenkühlung (18) vorgesehen, wie in Fig. 2
dargestellt.
Für das Oxidationsgaseinleitungssystem (3) und die Rückführungsgaseinleitung (4) ist die verfügbare Fläche
bei dem horizontal liegender Oxidator gemäß F i g. 1, 2, 3 und 4 erheblich größer als bei der vertikal
aufgestellten Ausführung gemäß den Fig.5, 6 und 7.
Eine noch weitere Vergrößerung des Lufi:einleitungsquerschnitts läßt sich bei der liegenden Ausführung
durch Vergrößerung der Reaktorlänge erzielen.
Die beim liegenden Reaktor erreichbare Flüssigkeitshöhe ist durch den Durchmesser vorgegeben, während
bei dem stehenden Reaktor in jeder Stufe eine bestimmte Höhe eingestellt werden kann. Auch beim
liegenden Oxidator sind beliebige Kombinationen von
angebrachten Reaktionskammern, die durch Schotten _>n
(5) voneinander getrennt sind, mit Kühlrohrsystemen (2), Oxidationsgaseinleitungssystem (3), Oxidatabieitungssystem (15), Umwälzpumpen (10) und Rührwerken
(11). Über die Brüdenleitiingen (7) bzw. Rückführleitungen (8) sowie den Verdichter (19) wird ganz bzw. y,
teilweise abreagiertes Oxidationsgas abgeführt bzw. bei (4) in die ersten Reaktionskammern zurückgeführt. Die
Zuführungen (12), (13) und (14) dienen der Zuführung von p-X, pTE und Katalysator. Der Wärmetauscher (20)
dient der Vorwärmung des Oxidationsgases. hi
In den Fi g. 3 und 4 sind ein liegender Oxidator (1) mit
durch Schotten (5) und einem Boden (6) abgeteilten Reaktionskammern dargestellt, wobei die unterschiedlichen Drücke mit Pumpen (9) für das Oxidat überbrückt
werden. Die übrigen Bezugszeichen haben die gleiche r. Bedeutung wie in F i g. I und 2.
In den durch Boden (6) abgeteilten Reaktionskammern wird ein solcher Druck gehalten, daß über die
Rückführleitungen (8) noch nicht vollständig abreagiertes Oxidationsgas ohne Gebläse in die ersten Reaktions- tu
kammern zurückgefühn werden kann.
Gemäß der Darstellung in Fig.5 und 6 sind die
Reaktionskammern in dem Oxidator (1) übereinander angeordnet, die durch Böden (6) voneinander getrennt
sind und Kühlrohrsysteme (2), Oxidationsgaseinlei- -r. tungssysteme (3), (4) und Oxidatableitungen (15)
aufweisen. Über die Brüdenleitungen (8) wird teilweise abreagiertes Oxidationsgas aus den unteren Reaktionskammern in die oberen Reaktionskammern geleitet. Bei
unterschiedlichen Drucken wird mit der Pumpe (9) ><> Oxidat von den oberen in die darunterliegenden
Reaktionskammern gepumpt, um das Durchleiten der Abgase zu ermöglichen. Die übrigen Bezugszeichen
haben die gleiche Bedeutung wie in F i g. 1 und 2.
Gemäß der Darstellung in F i g. 7 werden die « Reaktionsabgase von einer Reaktionskammer in die
andere durch Kamine (16) geleitet, die so groß gehalten sind, daß die Flüssigkeiten im Gegenstrom in die nächste
Reaktionskammer fließen können. In der oberen Reaktionskammer sind die Kamine (17) nach oben hin m>
verschlossen ausgeführt. In diesem Fall sind die Kamine der oberen Kammer mit seitlichen Öffnungen oder
Bohrungen versehen, um durch diese den Durchtritt des Oxidationsgases zu gestatten.
Es ist genauso gut möglich, daß die Kamine in der es
oberen Reaktionskammer offen bleiben, in diesem Falle ist die Pumpe (9) nicht erforderlich. Die übrigen in
F i g. 7 angegebenen Bezeugszeichen haben die gleiche
iüi~ uäs wAiüai ur'iu uäS
möglich. Erfolgt der Transport der Reaktionsteilnehmer von einer Reaktionskammer in eine benachbarte
Reaktionskammer mittels Pumpen (9) so sind flüssigkeitsstandgeregelte Ventile mit den Pumpen in Serie
geschaltet, wie in F i g. 3,4,6 und 7 angedeutet.
Die Verweilzeit der in der flüssigen Phase befindlichen bzw. in ihr suspendierten Reaktionsteilnehmern
wird in den einzelnen Reaktionskammern durch Stande '.'gelorgane, wie in Fi g. 3,4,5,6 und 7 angedeutet,
eingestellt.
In den Kühlrohrsystemen (2) ist normalerweise Verdampfungskühlung bei Natuiumlauf möglich, solange die Oberflächentemperaturen so gehalten werden,
daß eine Auskristallisation von Reaktionsprodukt nicht möglich ist. Bei der Entscheideung, ob bei Kondensatverdampfung Naturumlauf oder Zwangsumlauf gewählt
wird, sind Wirtschaftlichkeitsrechnungen entscheidend. Flüssigkeits- oder Gasumlaufkühlungen ohne Verdampfung sind wegen des auftretenden zweimaligen Wärmeübergangswiderstandes energiemäßig weniger günstig. Es sind auch Flüssigkeitsumlaufsysteme anwendbar,
bei denen die unter Druck erhitzte Flüssigkeit in einer Flashkammer verdampft wird.
Eine typische Installation mit Naturunilauf ist in
Fig. 8dargestellt.
Gegenüber dem Stand der Technik werden mit der Erfindung die im nachfolgenden aufgeführten Vorteile
erzielt.
Die erforderlichen Reaktionsräume sind wesentlich kleiner, der Platz- und Raumbedarf der erfindungsgemäßen Konstruktion beträgt etwa 20 bis 50% der bisher
erforderlichen Werte. Für die bisherigen Konst, jktionen wurden überlange Kühlrohre (z. B. 18 m) benötigt.
Die Längen für die Kühlrohre in dem erfindungsgemäßen Oxidator liegen bei etwa 5 bis 6 m. Die großen
Dampfkammern entfallen, die Schweißnähte sind deshalb leichter kontrollierbar und zugänglich. Ein
Rohrriß bedeutet bei den bisherigen Konstruktionen einen erheblichen Produktionsausfall, wenn ein ganzer
Oxidator zur Reparatur abgestellt werden muß.
Im Vergleich zu den bisherigen Konstruktionen sind bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eine Mehrzahl von zu Kühlrohrsystemen (2) zusammengefaßten
Kühlrohren eingebaut, so daß der Ausfall eines Kühlrohrsystems kaum zu einem Produktionsausfall
führt. Das defekte Kühlrohrsystem kann abgeschiebert werden und zum günstigsten Zeitpunkt repariert
werden. Wegen der geringeren Durchmesser der erfindungsgemäßen Oxidatoren werden sich Probleme
beim Transport zum Aufstellungsort nicht mehr im
bisherigen Ausmaß stellen.
Durch die günstigere Anordnung der Kühlrohrsysteme, die von dem Oxidationsgas und von den
Reaktionsteilnehmern quer angeströmt werden, sind die erforderlichen Kühlflächen um 20 bis 50% oder mehr
verringert. Die Ersparnis hängt von der gewählten Kühlen ab. Bei Nautrumlaufsystemen mit normalem
Wärmeübergangswiderstand liegt die Ersparnis an Kühlflächen bei niedrigeren Werten im Rahmen des
vorgenannten Bereiches.
Die nachfolgende Tabelle I zeigt einen Vergleich der bei gleicher Raumzeitausbeute und gleicher Kühlleistung
erforderlichen Kühlflächen und Oxidatorvolumi-
Tiibelle I
na sowie der LuftdurchtrittsPächen für die konventionelle
Bauweise und für die erfindungsgemäße Bauweise in liegender Ausführung.
Die Werte von Tabelle I gelten für die Oxidation in
dreistufiger Ausführung bei einer Auslegung auf eine Produktion von etwa 140 000 t/Jahr Dimethylterephthalat
(DMT) durch Luftoxidation von Gemischen von pX und pTE in flüssiger Phase in Gegenwart
schwermetallhaltiger Oxidationskatalysatoren bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu hauptsächlich
aus p-Toluylsäure und Monomethylterephthalat
bestehenden Gemischen und nachfolgende Veresterung mit Methanol und Auftrennung des entstandenen
Estergemisches.
Konvcnlionel | Ie Hauweise | 1900 | Liegende | Hauweise mit i|uer- | 2 | 3 | |
410.5 | angeströmten Rohren | 1200 | 1200 | ||||
Oxidator | 18 | Stufe | 113 | 120 | |||
Nummer | 21.6 | 22.2 | |||||
I | 2 | 1 | |||||
Kühlflächen (nr) | 2600 | 23(X) | 1400 | ||||
Volumen (m) | 399 | 404 | 138 | ||||
Lul'tdurchtrittsflüche (nr') | 19 | 18 | 25.9 | ||||
Mit konventioneller Bauweise ist in Tabelle I die getrennte Aufstellung von drei hintereinandergeschalteten
Oxidatoren bezeichnet.
Mit liegender Bauweise ist in Tabelle I die erfindungsgemäße Vorrichtung etwa gemäß einer der
Figuren der Zeichnung I bis 4 bezeichnet. η
Aus den Werten der Tabelle I kann man ersehen, daß für die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form der
liegenden Bauweise mit querangeströmten Rohren lediglich etwa 56% der Kühlfläche (in m2) einer
Anordnung in konventioneller Bauweise mit drei -to hintereinandergeschalteten Oxidatoren benötigt werden.
Das erforderliche Oxidatorvolumen (in m3) beträgt
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Tabelle I nur etwa 30% des bei konventioneller Bauweise der 4>
Oxidatoren erforderlichen Volumens.
Die Luftdurchtrittsflächen (in m2) bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind gemäß Tabelle I erheblich größer als bei Vorrichtungen in konventioneller
Bauweise.
Demgemäß sind die Investitionskosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung bei größerer Leistung
im Vergleich zu einer Anordnung gemäß dem Stand der Technik deutlich niedriger. Erhebliche Einsparungen
werden auch durch Wegfall von verbindenden Rohrleitungen, Meß- und Regeltechnik, Sicherheitsarmaturen
und geringere Baukosten erzielt gegenüber der dreistufigen Ausführung mit drei hintereinandergeschalteten Einzeloxidatoren.
Eine größere Anzahl von Reaktionsstufen kann mit den erfindungsgemäßen Oxidatoren ohne erhebliche
Mehrkosten realisiert werden. Durch die optimale Prozeßführung und gleichmäßigere Verweilzeit ergibt
sich eine höhere Selektivität des Prozesses. Das führt zu Energieeinsparungen und besseren Ausbeuten.
Der räumliche Abstand zwischen dem Ort der Oxidationsgaseinleitung (3) oder (4) und den Kühlflächen (2) wird insbesondere beim liegenden Reaktor auf
einen Bruchteil der bisher üblichen Werte reduziert. Es entstehen nur kurze Wege für den Abtransport der
Reaktionsenthalpie, was zusammen mit dem kleineren Volumen der erfindungsgemäßen Oxidatoren eine
schonendere Produk'behandlung. eine höhere chemische
Ausbeute und eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute ermöglicht. Die Installation von Rührwerken (11) zur
besseren Verteilung der Luft bzw. des Oxidationsgases und von Umwälzpumpen (10) zur innigeren Vermischung
der Reaktionspartner wird beispielsweise auch in den oberen Kammern der stehenden Oxidatoren
gemäß F i g. 5, 6 und 7 technisch möglich. Dies führt zu höheren Durchsätzen, gleichmäßigeren Verweilzeiten
und besserer Sauerstoffnutzung.
Bei Rückführung bereits abreagierter und abgekühlter Brüden in andere Reaktionskammern wird eine
Intensivierung der Sprudelschicht, eine Erhöhung der Kühlwirkung, eine bessere Verteilung des Sauerstoffs
sowie Erniedrigung der Sauerstoffkonzentration erreicht.
Durch die Umwälzung der Reaktionsgase kann mit variablen Sauerstoffkonzentrationen gefahren bzw. die
Ti-rbulenz erhöht werden, was zu höheren Durchsätzen
führt und die Oxidationsbedingungen optimiert
£ie ebenfalls mögliche Vorwärmung des Oxidationsgases erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit
Die Kompressionskosten lassen sich um den Anteil verringern, der der eingesparten Flüssigkeitssäule
entspricht
Die bisher üblichen Restsauerstoffgehalte von 4% in der letzten Stufe können bei den erfindungsgemäßen
Oxidatoren, insbesondere bei der stehenden Konstruktion gemäß F i g. 6 und 7, voll ausgenutzt werden.
In F i g. 1 bis 8 der folgenden Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt Andere, nicht in der Zeichnung dargestellte,
vorteilhafte Ausführungen sind unter Heranziehung der Beschreibung für den Fachmann ohne weiteres
ableitbar.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel /lh Oxidation
eines Gemisches von p-X und pTE in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.
Die kontinuierliche Oxidation eines Gemisches von 16 208 kg/h pX und 23 878 kg/h pTE wird in einem
horizontal liegenden aus Edelstahl gefertigten Reaktor mit mehreren, benachbarten Reaktionskammern, die
von dem Reaktionsgemisch sukzessive durchlaufen werden, mit Bündeln horizontal eingebauter Kühlrohre
als Kühlrohrsysteme, Oxidationsgaseinleitungssystemcn in allen Reaktionskammern sowie Zuführungen, Brüdenleitungen
und Oxidatableitungssystem in einem Teil der Reaktionskammern, mit einem Volumen von 370 m'
und einer Kühlfläche von 3800 m2 unter Zufuhr von 122 kg/h Katalysatorlösung, die 30 g/l Co2* und
2,4 g/l Mn2+ enthält, sowie von 51 584 kg/h Luft bei
einer Temperatur von etwa 155 bis I65°C und einem Druck von etwa 7 bar durchgeführt. Es werden
38 382 kg/h Oxidat sowie 53 350 kg/h Abgas erhalten. Das Oxidat hat folgende Zusammensetzung:
2— 5 Massen-% höhersiedende Bestandteile(HB)
12-18 Massen-% Terephthalsäure(TPS) 20-28 Massen-% Monomethylterephthalat (MMT)
10-15 Massen-% Dimethylterephthalat, Dimethyl-
isophthalat, Dimethylorthophthalat
(DMT1DMl1DMC)
1 7 - 23 Massen-% p-Toluylsäure (pTS) 16 — 22 Massen-% p-Toluylsäuremethylester(pTE)
3- 6 Massen-% Benzoesäuremethylester(BME)
1- 2 Massen-% p-Xylol(pX)
Rest Leichtsieder
Claims (5)
1. Reaktor zur Oxidation von Gemischen aus p-Xylol und p-Toluylsäuremethyiester in flüssiger
Phase mit saiierstoffhalUgen Gasen bei erhöhtem
Druck und erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Oxidationskatalysators, mit einem zylindrischen
Behälter (1), der eine Vielzahl von π benachbarten
Reaktionskammern aufweist, die von dem Reaktionsgemisch sukzessive durchlaufen werden, mit
Oxidationsgaseinleitungssystem, Zuführungen für p-Xylol, Katalysator und p-Toluylsäuremethylester,
außenliegender Brüdenleitung, Oxidatableitungssystem und, ein Kühlmittel enthaltenden, innenliegenden Kühlrohrsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Reaktionskammern mit
Bündeln horizontal eingebauter quer angeströmter Kühlrohre (2) als Kühlrohrsystemen und OxidaiionsgaseinleiUir-gssystemen (3) versehen sind und daß
ein Teil der Reaktionskammern die Zuführungen für
p-Xylol, Katalysator und p-Toluylsäuremethylester
(12, 13, 14), Brüdenleitungen (7) und die n-te
Reaktionskammer das Oxidatableitungssystem (15) aufweist
2. Reaktor nach Anspruch 1 mit Wärmeaustauschern (20) zur Vorwärmung- des Oxidationsgases
auf 50-2000C und nachfolgenden Einleitung in die Reaktionskammern.
3. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, mit Verdichtern (19), Rückführleitungen (8) und einem
Gaseinlcitungssystem (4) zur Einleitung in Reaktionskammern mit größeren Reaktivitäten von aus
den letzten Reaktionski.nmern mit einer geringeren
Reaktivität des ReaklionsgenV. .ches stammenden, noch sauerstoffhaltigen Brüden, gegebenenfalls nach
Abtrennung kondensierbarer Bestandteile.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche I bis 3, gekennzeichnet durch einen vertikal aufgestellten
zylindrischen Behälter (1) und übereinander angeordnete, mittels geschlossener Böden (6) abgeteilte Reaktionskar.imern, die mit oben offenen,
vertikalen, die Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Reaktionsmischung begrenzenden Kaminen (16)
ausgerüstet sind.
5. Reaktor nach Anspruch 4, bei dem zur Einleitung von Brüden in die mit 3öden (6)
abgeteilten oberen ersten Reaktionskammern aus darunterliegenden Reaktionskammern vertikale,
oben geschlossene, Kamine (17) mit seitlichen Bohrungen vorgesehen sind,
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ID=6031776
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