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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der
Nennleistung eines kommerziellen Oxidationsreaktors. Spezieller
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beseitigung
der Engpässe
bei einem kommerziellen Reaktorsystem des Typs, wie er für die katalytische
Flüssigphasenoxidation
von Paraxylol zur Erzeugung von Terephthalsäure Anwendung findet.
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Praktisch
die gesamte Terephthalsäure
wird auf kommerzieller Basis durch katalytische Luftoxidation von
Paraxylol in Flüssigphase
erzeugt. Bei kommerziellen Prozessen gelangen Essigsäure als
Lösemittel
und ein mehrwertiges Schwermetall oder -Metalle als Katalysator
zur Anwendung. Die am weitesten verbreiteten Schwermetallkatalysatoren
sind Cobalt und Mangan, wobei Brom als eine erneuerbare Quelle für Freie
Radikale in diesem Prozess verwendet wird.
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Essigsäure, Luft
(molekularer Sauerstoff), Paraxylol und Katalysator werden kontinuierlich
in einem rückvermischten
Oxidationsreaktor zugeführt, der
bei 175° bis
225°C und
1.000 bis 3.000 kPa (d.h. 10 bis 30 atm) gehalten wird. Das Beschickungsverhältnis von
Essigsäure
zu Paraxylol beträgt
typischerweise weniger als 5:1. Luft wird dem Reaktor in Mengen
zugegeben, die die stöchiometrischen
Anforderungen für
eine vollständige
Umwandlung des Paraxylols zu Terephthalsäue überschreiten, um die Bildung
unerwünschter
Nebenprodukte, wie beispielsweise Farbbildner, auf ein Minimum zu
halten. Die Oxidationsreaktion verläuft exotherm und Wärme wird
aus dem Reaktor abgeleitet, indem man die Essigsäure als Lösemittel verdampfen lässt. Der
entsprechende Dampf wird kondensiert und der größte Teil des Kondensats zu
dem Reaktor refluxiert, wobei einiges vom Kondensat zur Einstellung
der Wasserkonzentration in dem System abgezogen wird (zwei Mol Wasser
werden pro Mol Paraxylol gebildet, das zu Terephthalsäure umgesetzt
wird). Die Verweilzeit im Reaktor beträgt im typischen Fall 30 Minuten
bis 12 Stunden und hängt
von dem Prozess ab. In Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen des Oxidationsreaktors, wie beispielsweise
Temperatur, Katalysatorkonzentration und Verweilzeit, kann ein erheblicher
Abbau des Lösemittels
und Präkursors
auftreten, was wiederum die Betriebskosten des Prozesses erhöhen kann.
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Der
Abgang, d.h. Reaktionsprodukt aus dem Oxidationsreaktor, ist eine
Aufschlämmung
von rohen Terephthalsäure(TA)-Kristallen
in Essigsäure. Eine
schwerwiegende und unerwünschte
Verunreinigung in dem rohen TA ist 4-Karboxybenzaldehyd (4-CBA),
bei dem es sich um unvollständig
oxidiertes Paraxylol handelt, obgleich auch p-Tolualdehyd und p-Toluylsäure zusammen
mit unerwünschten
Farbbildnern vorhanden sein können.
Die Aufschlämmung
von rohen Terephthalsäure-Kristallen wird weiterverarbeitet
(z.B. durch Nachoxidation und/oder Hydrierung gereinigt) und nach
etablierten Methoden gewonnen (z.B. durch Filtration, Waschen und
Trocknen).
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Die
vorliegende Erfindung gewährt
ein zuverlässiges
und erschwingliches Verfahren zum Erhöhen der Produktionsleistung
eines konventionellen Terephthalsäure-Prozesses bis zu 100 %
durch einer Erhöhung
der Kapazität
des Reaktorsystems, d.h. einen "Debottlenecking" des Reaktorsystems.
Das "Debottlenecking" wird nach der vorliegenden
Erfindung mit Hilfe einer wirksamen Stufentrennung der Oxidationsreaktion
unter Nutzung einer ersten Reaktionszone erzielt, d.h. dem ersten
Reaktor, gefolgt von einer zweiten Reaktionszone, d.h. dem bestehenden
konventionellen Reaktor.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Produktionskapazität eines
Oxidationsreaktors für
die katalytische Flüssigphasenoxidation
von Paraxylol. Zulaufseitig zu dem konventionellen Reaktor ist eine
erste Reaktionszone oder erster Reaktor angeordnet, wobei das Verfahren
entsprechend den hintereinander geschalteten Schritten ausgeführt wird:
Zuführen
der Reaktionsteilnehmer und einschließlich eines geeigneten Lösemittels,
bei dem es sich um Essigsäure
handelt, zu der ersten Reaktionszone bei erhöhtem Druck, wobei das Lösemittelverhältnis (d.h.
das Masseverhältnis
von Essigsäure
zu Paraxylol) und die Sauerstoffaufnahme in einer solchen Weise
kontrolliert werden, dass jegliche Terephthalsäure, die sich bildet, in Lösung bleibt; und
anschließendes
Zuführen
des resultierenden Reaktionsmediums zu der zweiten, d.h. konventionellen,
Oxidationsreaktionszone.
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Das
Verfahren umfasst:
- (a) Erzeugen eines Essigsäure und
Oxidationskatalysator aufweisenden Aufgabestroms bei einem Druck
im Bereich von mindestens etwa 2.000 kPa bis zu 20.000 kPa;
- (b) den Aufgabestrom mit Sauerstoff versetzen;
- (c) kontinuierliches und gleichzeitiges Zuführen des (1) mit Sauerstoff
versetzten Aufgabestroms und des (2) Paraxylols zu der ersten Reaktionszone,
um ein Reaktionsmedium zu erzeugen, worin das Masseverhältnis von
Essigsäure
zu Paraxylol im Bereich von 10 ... 20:1 liegt;
- (d) Beschränken
der Sauerstoffaufnahme in dem Reaktionsmedium in der ersten Reaktionszone auf
einen Wert, der kleiner ist als 50 % des zur vollständigen Umwandlung
des vorhandenen Paraxylols zu Terephthalsäure erforderlichen Sauerstoffes;
- (e) Zuführen
des Reaktionsmediums zu einer zweiten Reaktionszone, der bereits
vorhandene kommerzielle Reaktor, während gleichzeitig der Druck
des Reaktionsmediums bis auf einen Wert im Bereich von 1.000 kPa
bis unterhalb von 2.000 kPa verringert wird.
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Die
aus der zweiten Reaktionszone resultierende Terephthalsäure, bei
der es sich typischerweise um eine Aufschlämmung von Terephthalsäure-Kristallen
handelt, lässt
sich weiterverarbeiten und mit Hilfe eines beliebigen einfachen
Verfahrens gewinnen.
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Das
bevorzugte Masseverhältnis
von Essigsäure
zu Paraxylol beträgt
in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Betriebsfähigkeit des Prozesses 13 bis 16:1.
Die Sauerstoffaufnahme in der erste Reaktionszone ist auf einen
Wert unterhalb von 50 % des für die
vollständige
Umwandlung des vorhandenen Paraxylols zu Terephthalsäure erforderlichen
Sauerstoffes begrenzt, um zu verhindern, dass wesentliche Mengen
an TA gebildet werden und Feststoffe ausgefällt werden. Die Sauerstoffaufnahme
wird bevorzugt im Bereich von 30 bis 40 % des für die vollständige Umwandlung
des vorhandenen Paraxylols erforderlichen Sauerstoffes liegen.
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Die
Sauerstoffaufnahme in der ersten Reaktionszone wird mit Hilfe einer
oder mehrerer der folgenden Methoden kontrolliert: (i) Die Sauerstoffzufuhr
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs halten; (ii) die Katalysatorkonzentration
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs halten; (iii) Beschränken der Verweilzeit
(festgelegt als das flüssige
Reaktorvolumen, dividiert durch den Reaktordurchsatz) innerhalb der
ersten Reaktionszone auf weniger als etwa 6 Minuten, bevorzugt jedoch
weniger als 4 Minuten; und (iv) wahlweise Wärme aus dem Reaktionsmedium ableiten,
d.h. kühlen,
wenn dieses die erste Reaktionszone verlässt, und zwar bis zu einer
Temperatur unterhalb von etwa 210°C.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird Sauerstoff direkt in einen Aufgabestrom hinein,
der Essigsäure
und Oxidationskatalysator aufweist, aufgelöst und der mit Sauerstoff angereicherte
Aufgabestrom anschließend kontinuierlich
und gleichzeitig mit Paraxylol in die erste Oxidationsreaktionszone
eingeführt,
bei der es sich um eine Reaktionszone mit Pfropfenströmung handelt.
Ummittelbar beim Eintritt in die erste Reaktionszone wird das Paraxylol
gründlich
mit der an Sauerstoff angereicherten Essigsäure gemischt, um dadurch die
Reaktion einzuleiten. Durch Kontrollieren der Sauerstoffzufuhr,
der Katalysatorkonzentration, der Verweilzeit und gegebenenfalls
der Temperatur der ersten Reaktionszone ist es möglich, die Sauerstoffaufnahme
innerhalb der Reaktionszone bis auf einen Wert zu kontrollieren,
d.h. zu beschränken,
der kleiner ist als 50 % des für
die vollständige
Umwandlung des vorhandenen Paraxylols zu Terephthalsäure erforderlichen
Sauerstoffes. Das Reaktionsmedium aus der ersten Reaktionszone wird
sodann dem zweiten, konventionellen vorhandenen Reaktor zugeführt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vereinfachte schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine vereinfachte schematische Darstellung eines alternativen Prozessschemas,
wie es in 1 gezeigt ist, worin ein rückvermischter
Reaktor veranschaulicht wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass es möglich ist,
bei Ausführung
einer katalytischen Flüssigphasenoxidation
von Paraxylol in Gegenwart eines Essigsäure-Lösemittels die Oxidationsreaktion
auf kommerzieller Basis aufzuteilen in eine erste Reaktionszone
mit hohem Druck und hohem Lösemittelanteil,
gefolgt von einer zweiten, konventionelleren Reaktionszone, wodurch
die Prozesskapazität,
der Wirkungsgrad und die Produktqualität wesentlich verbessert werden
können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf die Erhöhung der
Kapazität
konventioneller Oxidationsreaktoren, d.h. auf ein "Debottlenecking" kommerziell arbeitender
Produktionsanlagen, wodurch eine erste Reaktionszone vor dem konventionellen
Reaktor angeordnet werden kann und die resultierende Leistung des
gestaffelten Systems bis zu 70 % mühelos ohne wesentliches Investitionskapital
erhöht
werden kann, das anderenfalls bei einem neuen und/oder größeren und/oder
neu konzipierten konventionellen Reaktor erforderlich wäre.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die erste Reaktionszone ein Reaktor mit Pfropfenströmung. Der
Begriff "Reaktor
mit Pfropfenströmung" wird hierin verwendet,
um eine in der Regel langgestreckte oder röhrenförmige Reaktionszone festzulegen,
in der ein rasches und gründliches Radialmischen
der Reaktionsteilnehmer erfolgt, wenn sie durch das Rohr oder die
Leitung strömen. Die
Erfindung soll jedoch jede beliebige Reaktorkonfiguration umfassen,
die einer Reaktionszone mit Pfropfenströmung nahe kommt. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann der erste Reaktor ein rückvermischter Reaktor sein,
was einen stark gemischten Reaktor bedeutet, wie beispielsweise
ein Rührkesselreaktor
oder ein Blasensäulenreaktor.
Bei allen Reaktortypen, die sich als die erste Reaktionszone gemäß der Erfindung
charakterisieren lassen, besteht die Sauerstoffzufuhr dazu im Wesentlichen
aus reinem gasförmigen
Sauerstoff. Die erste Reaktionszone ist ferner gekennzeichnet durch
ein relativ hohes Masseverhältnis
von Essigsäure
zu Paraxylol, das im Bereich von 10 bis 20:1 liegt, und durch einen
relativ hohen Druck von beispielsweise im Bereich von mindestens
2.000 kPa bis zu 20.000 kPa. Der Arbeitsdruck des ersten Reaktors wird
so gewählt,
dass in der ersten Reaktionszone keine Dampfphase vorhanden ist,
d.h. die erste Reaktionszone ist nichtsiedend. Die erste Reaktionszone
wird wahlweise, zur Beschränkung
der Temperatur des Reaktionsmediums bei dessen Verlassen der ersten
Reaktionszone bis auf weniger als 210°C, gekühlt.
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Das
Verfahren wird in Gegenwart eines Oxidationskatalysatorsystems ausgeführt, das
homogen oder heterogen sein kann. Normalerweise wird ein homogener
Katalysator verwendet und aus einer oder mehreren Schwermetallverbindungen
ausgewählt,
wie beispielsweise Cobalt-, Mangan- und/oder Zirkoniumverbindungen.
Darüber
hinaus wird in dem Katalysator normalerweise auch ein Promotor für die Oxidation
einbezogen sein, wie beispielsweise Brom. Die Katalysatormetalle
und der Oxidationspromotor bleiben während des gesamten Prozesses
im Großen
und Ganzen in Lösung
und werden nach der Gewinnung des Produktes als eine Lösung zurückgewonnen
und in den Kreislauf zurückgeführt und
mit frischem Katalysator aufbereitet.
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Der
Aufgabestrom zu der ersten Reaktionszone enthält typische Komponenten des
Oxidationskatalysators (z.B. Co, Mn, Br), jedoch um einen Faktor
von etwa 3 bis 5 bezogen auf die Katalysatorkonzentration in der
in den Kreislauf zurückgeführten Mutterlauge
aus der Produktgewinnung verdünnt. Die
Katalysatorkonzentration wird anschließend auf konventionellere Werte
der Katalysatorkonzentration angehoben, wenn Lösemittel verdampft wird und über Kopf
in der zweiten Reaktionszone abgezogen wird. Die Gesamtkonzentration
der Katalysatormetalle in der ersten Reaktionszone wird im typischen
Fall im Bereich von 150 bis 1.000 ppm (Gewicht/Gewicht) liegen,
während
die Konzentration der Katalysatormetalle in der zweiten Reaktionszone
im typischen Fall im Bereich von 500 bis 3.000 ppm (Gewicht/Gewicht)
liegen wird. Es ist beobachtet worden, dass bei Verwendung eines
Systems mit Co- und Mn-Metallkatalysatoren und in Abhängigkeit
von der Wasserkonzentration eine Gesamtkonzentration der Katalysatormetalle
in der ersten Reaktionszone größer als 200
ppm (Gewicht/Gewicht) eine zufriedenstellende Wirksamkeit und Selektivität ergibt.
Vorzugsweise sollte jedoch die Gesamtkonzentration der Metalle in der
ersten Reaktionszone größer sein
als 250 ppm (Gewicht/Gewicht).
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Die
Oxidationsreaktion läuft
stark exotherm ab. In Abhängigkeit
von dem Lösemittelanteil
in dem ersten Reaktor und der Sauerstoffaufnahme und ohne ein Mittel
zum Kühlen
der Reaktion könnte
die Reaktionswärme
die Temperatur des Reaktionsmediums bis zu einem Wert von mehr als
210°C erhöhen. Eine
Austrittstemperatur aus dem ersten Reaktor unterhalb von 210°C ist wünschenswert,
um ein Essigsäure-Verbrennen
auf ein Minimum herabzusetzen. In die erste Reaktionszone kann daher
wahlweise eine Kühlschlange
einbezogen sein oder eine andere innere oder äußere Vorrichtung, um Wärme in zufriedenstellendem
Maße aus
dem Reaktor abzuleiten (und dem Reaktionsmedium), um die Austrittstemperatur
des Reaktionsmediums auf unterhalb von 210°C zu regeln.
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Durch
Kontrolle der Temperatur, der Katalysatorkonzentration, der Verweilzeit
im Reaktor und der Aufrechterhaltung der Sauerstoffzufuhr zu der ersten
Reaktionszone innerhalb eines vorbestimmten Bereiches wird es möglich, auf
einfache Weise die Sauerstoffaufnahme innerhalb des Reaktionsmediums auf
einen Wert zu beschränken,
der unterhalb von 50 % der für
die vollständige
Umwandlung des vorhandenen Paraxylols zu Terephthalsäure erforderlichen
Sauerstoffes liegt.
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Entscheidend
ist die Vermeidung einer Ausfällung
von fester Terephthalsäure
(TA) in der ersten Reaktionszone auf irgendwelchen Kühlflächen. Die TA-Erzeugung
wird durch beschränkte
Sauerstoffaufnahme begrenzt und die TA-Ausfällung im Inneren der ersten
Reaktionszone vermieden, indem im Reaktionsmedium ein hohes Verhältnis von
Essigsäure zu
Paraxylol aufrechterhalten wird und indem ein entsprechendes Kühlmittel
gewählt
wird (z.B. siedendes Wasser) und Kühlmaßnahmen getroffen werden, mit denen
vermieden wird, dass sich an irgendeiner Stelle im Inneren des Reaktionsmediums
kalte Stellen bilden.
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Beim
Austritt aus der ersten Reaktionszone wird der Druck des Reaktionsmediums
gleichzeitig mit der Zuführung
zu dem vorhandenen konventionellen Oxidationsreaktor herabgesetzt.
Bei diesem Reaktor handelt es sich typischerweise um einen Rührkesselreaktor,
wobei dieser beispielsweise auch ein Blasensäulenreaktor sein kann. Die
Druckverminderung kann einfach dadurch erreicht werden, dass das
Reaktionsmedium durch ein oder eine Mehrzahl von Druckentspannungsventilen
geleitet wird, die an der Peripherie des Reaktors angeordnet sind.
Die besten Ergebnisse sind dann erhalten worden, wenn das Reaktionsmedium
rasch beim Eintritt in den zweiten Reaktor verteilt wurde. Eine
schnelle Verteilung kann unter Anwendung etablierter Methoden des
Verteilens von Paraxylol enthaltenden Beschickungen in konventionellen
Reaktoren erzielt werden. In einem Rührkesselreaktor würde dieses
beispielsweise das Eindüsen
des Reaktionsmediums in den Reaktor unterhalb der Flüssiglinie
in unmittelbarer Nähe
zu dem Austritt aus einem Impellerrührer bedeuten. Die rasche Verteilung
des Reaktionsmediums lässt
sich in einem Blasensäulenreaktor
durch Eindüsen
des Reaktionsmediums in unmittelbarer Nähe zu den Luftzufuhren erreichen.
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Bezug
nehmend nun auf die Zeichnungen ist 1 eine vereinfachte
schematische Darstellung eines Reaktorsystems nach einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Erfindung wird ausgeführt,
indem zunächst
ein Aufgabestrom 10 erzeugt wird, der Essigsäure aufweist,
Wasser und Oxidationskatalysator. in der Praxis wird der Aufgabestrom
eine Mischung aufweisen aus: (i) in den Kreislauf zurückgeführter Essigsäure, in
den Kreislauf zurückgeführter Mutterlauge
und Katalysator, Leitung 11; (ii) Reaktorkondensat aus
dem zweiten Reaktor, Leitung 12; und (iii) frisch aufbereiteter
Essigsäure,
Leitung 13. Der gemischte Aufgabestrom wird im typischen
Fall Katalysatorkomponenten enthalten (z.B. Co, Mn, Br), jedoch
im Vergleich zu deren entsprechenden Konzentrationen in dem konventionellen
Oxidationsreaktor verdünnt. Wahlweise,
obgleich nicht gezeigt, lässt
sich die Katalysatorkonzentration in der ersten Reaktionszone kontrollieren,
indem ein Teil der Katalysator enthaltenden Mutterlauge, Leitung 11,
die von einem anderen Teil des Prozesses in den Kreislauf zurückgeführt wird,
direkt in den zweiten Reaktor 20 eingeführt wird.
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Der
gemischte Aufgabestrom 10 wird allgemein eine Temperatur
im Bereich von 130° bis
160°C basierend
auf die Temperatur der verschiedenen Komponenten haben, welche den
Aufgabestrom bilden. Eine Temperatur im Bereich von 130° bis 60°C hat sich
für die
Einleitung der Oxidationsreaktion als zufriedenstellend erwiesen.
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Der
Druck des gemischten Aufgabestroms 10 wird bis zu einem
Wert im Bereich von mindestens, in der Regel jedoch oberhalb von
2.000 kPa mit Hilfe jeder beliebigen, geeigneten Vorrichtung 14 zum
Pumpen erhöht.
Der Druck wird so gewählt, dass
der gesamte gasförmige
Sauerstoff, der über Leitung 17a zugeführt wird,
leicht in dem Aufgabestrom vor dem ersten Reaktor 30 entsprechend
der Darstellung aufgelöst
wird. Der gemischte Aufgabestrom mit aufgelöstem Sauerstoff wird sodann
gleichzeitig und kontinuierlich in den Reaktor 30 mit Pfropfenströmung zugeführt, wobei
Paraxylol über
Leitung 31 zugeführt
wird und die Reaktion eingeleitet wird. Das Paraxylol kann wahlweise
mit Essigsäure-Lösemittel
vorgemischt sein und die Mischung über Leitung 31 zugeführt werden.
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Obgleich
es im Allgemeinen bevorzugt ist, das gesamte Paraxylol dem ersten
Reaktor 30 zuzuführen,
gilt die Möglichkeit
des Umführens
eines Teils der Paraxylol-Beschickung direkt zu dem zweiten Reaktor 20.
als in den Geltungsbereich der Erfindung mit einbezogen. In den
Fällen,
wo ein Teil der Paraxylol-Beschickung 31 direkt dem zweiten
Reaktor 20 zugeführt
wird, wird das resultierende Masseverhältnis von Lösemittel zu Paraxylol in dem
Reaktionsmedium in dem ersten Reaktor in Reaktion auf denjenigen
Teil der Paraxylol-Beschickung nach oben korrigiert, der an dem
ersten Reaktor vorbeigeführt
wird, so dass das resultierende Masseverhältnis somit einen Wert im Bereich
von 80:1 bis zu Werten im Bereich von 100:1 und noch höher erreicht.
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Molekularer
Sauerstoff wird in dem gemischten Aufgabestrom unter Verwendung
jeder beliebigen geeignete einzelnen In-line-Mischvorrichtung 33 gemischt,
um eine Konzentration an aufgelöstem Sauerstoff
in dem gemischten Aufgabestrom von bis zu 3,0 % Gewicht/Gewicht
zu erreichen. Die Mischvorrichtung 33 könnte eine In-line-Düse sein,
die so angeordnet ist, dass sie Sauerstoff direkt in den Aufgabestrom
ausstößt. Statische
In-line-Mischer (nicht gezeigt) lassen sich auch zulaufseitig zum
ersten Reaktor 30 zur Erleichterung des Mischens anordnen.
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Erfindungsgemäß ist es
außerdem
möglich, die
Einführung
von Sauerstoff in Schritten aufzuteilen, d.h. den Sauerstoff an
einer Mehrzahl von Stellen entlang der Länge der ersten Reaktionszone 30 einzuführen. Unter
stufenweiser Sauerstoffeindüsung
wird die örtlich
aufgelöste
Höchstkonzentration von
Sauerstoff verringert, was wiederum den Betriebsdruck des Reaktors
abzusenken erlaubt. Die Verringerung des Reaktorbetriebsdruckes
reduziert die Kosten des Reaktors, der Förderpumpe, des Sauerstoffkompressors
und der dazugehörigen
Anlage.
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Die
Verweilzeit des Reaktionsmediums in der Reaktionszone 30 mit
Pfropfenströmung
ist relativ kurz, d.h. sie beträgt
weniger als 6 Minuten.
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Der
in 1 gezeigte Reaktor 30 besteht aus einer
Röhrenbündelkonstruktion.
Das Reaktionsmedium strömt
durch die Röhren,
während
ein Kühlmittel,
z.B. unter Druck stehendes Wasser (PW), in die Mantelseite eingeführt wird,
wo es siedet und als Dampf (S) abgenommen wird. Um den Verunreinigung-/Rückstand-Aufbau
in dem Wassersystem zu kontrollieren, wird eine kleine Wasserspülung (Kessel-Ausblasen,
BB) vorgesehen.
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Die
Temperatur des Reaktionsmediums wird an seinem Austritt aus dem
ersten Reaktor 30 unterhalb von etwa 210°C gehalten,
indem der Druck des erzeugten Dampfes geregelt wird und damit dessen Temperatur.
Die Regelung der Prozessparameter, wie sie erfindungsgemäß beschrieben
werden, macht es möglich,
die Sauerstoffaufnahme in das Reaktionsmedium in der ersten Reaktionszone
auf einen Wert zu begrenzen, der kleiner ist als 50 % des für die vollständige Umwandlung
des Paraxylols zu TA erforderlichen Sauerstoffes. Damit wird Paraxylol in
dem ersten Reaktor 30 hauptsächlich zu TA-Intermediaten umgewandelt,
wie beispielsweise p-Tolualdehyd, p-Toluylsäure und 4-CBA. Unter den beschriebenen
Prozessbedingungen wird der erste Reaktor keinerlei feste TA erzeugen.
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Obgleich
in 1 ein Reaktor mit Röhrenbündelkonstruktion dargestellt
ist, kann der Reaktor 30 jede beliebige geeignete Reaktorkonstruktion
mit Vorrichtungen zur wahlweisen Wärmeableitung und wahlweisen
mehrfachen Sauerstoffeindüsung.
Beispielsweise kann der Reaktor über
mehrfache Röhrendurchgänge verfügen mit
wahlweiser Sauerstoffeindüsung
in das Reaktionsmedium zulaufseitig zu der jeweiligen Röhrenpassage.
Alternativ kann der Reaktor ein einzelner gekühlter oder ungekühlter (adiabatisch)
Rührkesselreaktor
mit Sauerstoffeindüsung
zulaufseitig zum/oder in den Reaktor sein. Alternativ kann der Reaktor
eine Reihe von gekühlten
oder ungekühlten
Rührkesselreaktoren
mit Sauerstoffeindüsung
zulaufseitig zu/oder in den jeweiligen Reaktor sein. Als eine weitere
Alternative lässt
sich ein rückvermischter
Reaktor einsetzen, wie beispielsweise ein Umlaufkessel mit Pumpenkreislauf
mit Sauerstoffeindüsung
in den Kreislauf und wahlweiser Wärmeableitung aus dem Kreislauf
entsprechend der Veranschaulichung in 2.
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Das
aus dem ersten Reaktor 30 mit Pfopfenströmung austretende
Reaktionsmedium wird über Leitung 19 einem
zweiten Reaktor zugeführt,
d.h. Oxidationszone 20, bei der es sich entsprechend der Darstellung
um einen konventionellen kontinuierlichen Rührkesselreaktor des in Frage
stehenden Prozesses handelt, der Gegenstand des "Debottlenecking" ist. Gleichzeitig wird der Druck des
Reaktionsmediums bis auf einen Wert im Bereich von 1.000 kPa bis
unterhalb von 2.000 kPa reduziert. Die Druckverminderung kann geeigneterweise
erfolgen, indem das Reaktionsmedium durch ein oder eine Mehrzahl
von Druckänderungsventilen
oder Düsen 21 geführt wird,
die an der Peripherie des Reaktors 20 angeordnet sind und
dadurch das Reaktionsmedium rasch durch Eindüsung in den Bereich Impellerrührers unterhalb
der Flüssiglinie
des Reaktors verteilen. Die Prozessbedingungen im Inneren des Reaktors 20,
d.h. Temperatur, Druck, Katalysatorkonzentration und Verweilzeit,
liegen innerhalb konventioneller Bereiche, obgleich die Sauerstoffaufnahme zur
Verringerung der Oxidationsintensität verringert wird.
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In
das Reaktionsmedium in dem zweiten Reaktor 20 wird mit
Hilfe geeigneter Mittel Frischluft oder Sauerstoff enthaltendes
Gas über
Leitung 22a eingeführt
und rasch verteilt.
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TA
wird unter Erzeugung einer Aufschlämmung im Reaktor 20 ausgefällt und
kann aus dem Reaktorsystem über
Leitung 23 unter Anwendung konventioneller Methoden gewonnen
werden. Im Kühler 24 wird Überkopf-Dampf
aus Reaktor 20, der notwendigerweise etwas Essigsäure und
Wasser enthalten wird, kondensiert und der größte Teil des Kondensats zurückgeführt, d.h. über Leitung 12 im Recycling
für die
Aufgabestrom-Aufbereitung zu dem ersten Reaktor 30 zurückgeführt. Ein
Teil des Kondensatstroms aus Essigsäure und Wasser (sogenannter
Wasserablauf) wird umgeleitet zu einem Lösemittel-Entwässerungssystem,
um das Reaktionswasser zu entfernen. Wahlweise kann, hierin nicht gezeigt,
ein Teil des Kondensats zum Reaktor 20 in den Reaktor-Kopfraum über eine
Rücklaufschleuder zurückgeführt und/oder
zur Reaktionszone über
eine separate Zuführungsleitung
oder durch Mischen mit dem vorhandenen Aufgabestrom, Leitung 19,
geführt werden.
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Die
Erfindung gewährt
ein wirtschaftliches und zuverlässiges
Verfahren zur stufenweisen Aufteilung der Reaktion der TA-Oxidation,
wodurch die Produktionskapazität
eines konventionellen einstufigen Oxidationsreaktors eines Typs,
wie er in vielen kommerziell betriebenen Terephthalsäure-Prozessen angetroffen
wird, um bis zu 100 % erhöht
werden kann.