KR20070048251A - Optimized liquid-phase oxidation - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라, 산화성 화합물의 액상 산화를 효과적 및 경제적으로 실시하기 위한 최적화 공정 및 장치가 기술된다. 이러한 액상 산화는 비교적 낮은 온도에서 매우 효과적인 반응을 제공하는 기포탑 반응기에서 실시된다. 산화성 화합물이 파라-자일렌이고, 산화 반응으로부터의 생성물이 조질의 테레프탈산(CTA)인 경우, 종래의 고온 산화 공정에서 의한 CTA의 형성시 사용되는 것보다 더욱 경제적인 기법에 의해 상기 CTA 생성물을 정제 및 분리할 수 있다.
According to the present invention, an optimization process and apparatus for carrying out liquid phase oxidation of oxidizing compounds effectively and economically are described. This liquid phase oxidation is carried out in bubble column reactors which provide a very effective reaction at relatively low temperatures. If the oxidative compound is para-xylene and the product from the oxidation reaction is crude terephthalic acid (CTA), the CTA product is purified by more economical techniques than those used in the formation of CTA by conventional high temperature oxidation processes. And can be separated.
Description
본 발명은 일반적으로 방향족 화합물의 액상 촉매 산화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 양태는 다이알킬 방향족 화합물(예컨대, 파라-자일렌)을 부분 산화시켜 조질의 방향족 다이카복실산(예컨대, 조질의 테레프탈산)을 생성시키고, 이를 이후 정제 및 분리시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 양태는 더욱 효과적이고 경제적인 액상 산화 공정을 제공하는 개선된 기포탑(bubble column) 반응기에 관한 것이다.The present invention relates generally to a liquid phase catalytic oxidation process of aromatic compounds. One aspect of the invention is directed to a method in which partial oxidation of a dialkyl aromatic compound (eg para-xylene) can be partially oxidized to produce a crude aromatic dicarboxylic acid (eg crude terephthalic acid), which can then be purified and separated. . Another aspect of the invention relates to an improved bubble column reactor that provides a more effective and economical liquid phase oxidation process.
다양한 기존의 상업적 공정에 액상 산화 반응이 이용된다. 예를 들어, 현재 알데하이드의 산으로의 산화(예를 들어, 프로피온알데하이드의 프로피온산으로의 산화), 사이클로헥세인의 아디프산으로의 산화, 및 알킬 방향족 화합물의 알콜, 산 또는 이산으로의 산화에 액상 산화가 이용되고 있다. 마지막 카테고리(알킬 방향족 화합물의 산화)에서 특히 중요한 상업적 산화 공정은 파라-자일렌의 테레프탈산으로의 액상 촉매적 부분 산화이다. 테레프탈산은 다양한 용도를 갖는 중요한 화합물이다. 테레프탈산의 주된 용도는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 제조시의 공급원료로서이다. PET는 병, 섬유 및 포장재 같은 제품을 제조하기 위하여 전 세계에서 다량으로 사용되는 널리 공지되어 있는 플라스틱이다.Liquid phase oxidation is used in a variety of existing commercial processes. For example, current oxidation of aldehydes to acids (eg, propionaldehyde to propionic acid), cyclohexane to adipic acid, and alkyl aromatic compounds to alcohols, acids or diacids. Liquid phase oxidation is used. A particularly important commercial oxidation process in the last category (oxidation of alkyl aromatic compounds) is the liquid phase catalytic partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid. Terephthalic acid is an important compound with a variety of uses. The main use of terephthalic acid is as feedstock in the production of polyethylene terephthalate (PET). PET is a well known plastic that is used in large quantities around the world to manufacture products such as bottles, fibers and packaging.
파라-자일렌의 테레프탈산으로의 부분 산화를 비롯한 전형적인 액상 산화 공정에서는, 액상 공급물 스트림 및 기상 산화제 스트림을 반응기 내로 도입하고 반응기에서 다상 반응 매질을 생성시킨다. 반응기 내로 도입되는 액상 공급물 스트림은 하나 이상의 산화성 유기 화합물(예컨대, 파라-자일렌)을 함유하는 한편, 기상 산화제 스트림은 분자 산소를 함유한다. 기체로서 반응기 내로 도입되는 분자 산소의 적어도 일부는 반응 매질의 액상에 용해되어 산소가 액상 반응에 이용될 수 있도록 한다. 다상 반응 매질의 액상이 불충분한 농도의 분자 산소를 함유하는 경우(즉, 반응 매질의 특정 부분이 "산소-결핍"되는 경우), 바람직하지 못한 부반응이 불순물을 생성시키고/시키거나 의도된 반응이 속도 면에서 지연될 수 있다. 반응 매질의 액상이 산화성 화합물을 너무 적게 함유하면, 반응 속도가 바람직하지 못하게 낮을 수 있다. 또한, 반응 매질의 액상이 과량의 산화성 화합물을 함유하면, 추가적인 바람직하지 못한 부반응이 불순물을 생성시킬 수 있다.In a typical liquid phase oxidation process, including partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid, a liquid feed stream and a gaseous oxidant stream are introduced into the reactor and produce a multiphase reaction medium in the reactor. The liquid feed stream introduced into the reactor contains one or more oxidative organic compounds (eg para-xylene), while the gaseous oxidant stream contains molecular oxygen. At least a portion of the molecular oxygen introduced into the reactor as a gas is dissolved in the liquid phase of the reaction medium so that the oxygen can be used for the liquid phase reaction. If the liquid phase of the multiphase reaction medium contains insufficient concentrations of molecular oxygen (ie, certain portions of the reaction medium are "oxygen-deficient"), undesirable side reactions generate impurities and / or the intended reaction There may be a delay in speed. If the liquid phase of the reaction medium contains too little oxidizing compound, the reaction rate may be undesirably low. In addition, if the liquid phase of the reaction medium contains an excess of oxidizing compound, further undesirable side reactions may produce impurities.
종래의 액상 산화 반응기에는 그 안에 함유되는 다상 반응 매질을 혼합하기 위한 진탕(agitation) 수단이 설치되어 있다. 분자 산소가 반응 매질의 액상 내로 용해되는 것을 촉진시키고, 반응 매질의 액상중 용해된 산소의 농도를 비교적 균일하게 유지시키기 위해, 반응 매질의 액상중 산화성 유기 화합물의 농도를 비교적 균일하게 유지시키고자, 반응 매질을 진탕시킨다. Conventional liquid phase oxidation reactors are provided with agitation means for mixing the multiphase reaction medium contained therein. In order to promote the dissolution of the molecular oxygen into the liquid phase of the reaction medium and to maintain a relatively uniform concentration of dissolved oxygen in the liquid phase of the reaction medium, to maintain a relatively uniform concentration of the oxidizing organic compound in the liquid phase of the reaction medium, The reaction medium is shaken.
흔히, 예를 들어 연속 교반식 탱크 반응기(CSTR) 같은 용기에서 기계적 진탕 수단에 의해, 액상 산화되는 반응 매질을 진탕시킨다. CSTR에 의해 반응 매질을 완전히 혼합시킬 수 있기는 하지만, CSTR은 다수의 단점을 갖는다. 예를 들어, CSTR은 값비싼 모터, 유체-밀봉 베어링 및 구동 샤프트 및/또는 복잡한 교반 기계장치(mechanism)가 필요하기 때문에 비교적 높은 자본 비용을 갖는다. 또한, 종래의 CSTR의 회전 및/또는 진동 기계 구성요소는 규칙적인 정비를 필요로 한다. 이러한 정비에 수반되는 노력 및 작동중지 시간으로 인해, CSTR의 작동 비용이 늘어난다. 그러나, 규칙적인 정비에도 불구하고, CSTR에 사용되는 기계적 진탕 시스템은 기계 고장을 일으키기 쉽고 비교적 짧은 기간에 걸쳐 교체를 필요로 할 수 있다. Often, for example, by means of mechanical shaking means in a vessel such as a continuous stirred tank reactor (CSTR), the reaction medium to be liquid oxidized is shaken. Although CSTR can completely mix the reaction medium, CSTR has a number of disadvantages. For example, CSTRs have a relatively high capital cost because they require expensive motors, fluid-sealed bearings and drive shafts, and / or complex stirring mechanisms. In addition, rotating and / or vibrating mechanical components of conventional CSTRs require regular maintenance. The effort and downtime associated with such maintenance increases the operating cost of the CSTR. However, despite regular maintenance, mechanical shaking systems used in CSTRs are prone to mechanical failure and may require replacement over a relatively short period of time.
기포탑 반응기는 CSTR 및 다른 기계 진탕식 산화 반응기에 대한 바람직한 대안을 제공한다. 기포탑 반응기는 값비싸고 신뢰할 수 없는 기계 설비를 필요로 하지 않으면서 반응 매질을 진탕시킨다. 기포탑 반응기는 전형적으로 반응 매질이 함유되는 장방형의 입상 반응 대역을 포함한다. 주로 반응 매질의 액상을 통해 떠오르는 기체 버블의 자연적인 부력에 의해 반응 대역의 반응 매질이 진탕된다. 기포탑 반응기에서 제공되는 이 자연적인 부력 진탕에 의해, 기계 진탕식 반응기에 관련된 자본 및 정비 비용이 감소된다. 또한, 기포탑 반응기에 수반되는 움직이는 기계 부품이 실질적으로 없기 때문에, 기계 진탕식 반응기보다 기계 고장을 덜 일으키는 산화 시스템이 제공된다.Bubble column reactors provide a preferred alternative to CSTR and other mechanical shake oxidation reactors. Bubble column reactors shake the reaction medium without requiring expensive and unreliable mechanical equipment. Bubble column reactors typically include a rectangular granular reaction zone containing the reaction medium. The reaction medium in the reaction zone is shaken primarily by the natural buoyancy of the gas bubbles emerging through the liquid phase of the reaction medium. This natural buoyancy shake provided in the bubble column reactor reduces the capital and maintenance costs associated with a mechanical shake reactor. In addition, since there are substantially no moving mechanical parts involved in the bubble column reactor, an oxidation system is provided which causes less mechanical failure than a mechanical shake reactor.
종래의 산화 반응기(CSTR 또는 기포탑)에서 파라-자일렌의 액상 부분 산화를 수행하는 경우, 반응기로부터 수거되는 생성물은 전형적으로 조질의 테레프탈 산(CTA) 및 모액을 포함하는 슬러리이다. CTA는 이를 PET 제조용 공급원료로서 부적합하게 만드는 비교적 높은 수준의 불순물(예를 들어, 4-카복시벤즈알데하이드, 파라-톨루산, 플루오레논 및 다른 색상을 나타내는 물체)을 함유한다. 따라서, 종래의 산화 반응기에서 생성된 CTA는 전형적으로 정제 공정을 거치게 하여, CTA를 PET 제조에 적합한 정제된 테레프탈산(PTA)으로 전환시킨다.When performing liquid partial partial oxidation of para-xylene in a conventional oxidation reactor (CSTR or bubble column), the product collected from the reactor is typically a slurry comprising crude terephthalic acid (CTA) and mother liquor. CTA contains a relatively high level of impurities (eg, 4-carboxybenzaldehyde, para-toluic acid, fluorenone and other colors) which make it unsuitable as a feedstock for PET production. Thus, CTA produced in a conventional oxidation reactor is typically subjected to a purification process to convert CTA into purified terephthalic acid (PTA) suitable for PET production.
CTA를 PTA로 전환시키는 한 전형적인 정제 방법은 하기 단계를 포함한다: (1) CTA-함유 슬러리의 모액을 물로 대체하는 단계, (2) CTA/물 슬러리를 가열하여 CTA를 물에 용해시키는 단계, (3) CTA/물 용액을 촉매에 의해 수소화시켜, 불순물을 더욱 바람직하고/하거나 용이하게 분리될 수 있는 화합물로 전환시키는 단계, (4) 생성된 PTA를 다중 결정화 단계를 통해 수소화된 용액으로부터 침전시키는 단계, 및 (5) 결정화된 PTA를 나머지 액체로부터 분리하는 단계. 이 유형의 종래의 정제 방법은 효과적이기는 하지만 매우 비쌀 수 있다. 종래의 CTA 정제 방법의 높은 비용에 기여하는 공업적 요인은 예를 들어 물중 CTA의 용해를 촉진시키는데 필요한 열 에너지, 수소화에 필요한 촉매, 수소화에 요구되는 수소 스트림, 일부 테레프탈산의 수소화에 의해 야기되는 수율 손실 및 다단계 결정화에 필요한 다수개의 용기를 포함한다. 그러므로, 열에 의해 촉진되는 물에서의 용해, 수소화 및/또는 다단계 결정화를 필요로 하지 않으면서 정제될 수 있는 CTA 생성물을 제공하는 것이 바람직하다.One typical purification method for converting CTA to PTA includes the following steps: (1) replacing the mother liquor of the CTA-containing slurry with water, (2) heating the CTA / water slurry to dissolve the CTA in water, (3) hydrogenating the CTA / water solution with a catalyst to convert impurities into compounds that can be more preferably and / or easily separated; and (4) precipitation of the resulting PTA from the hydrogenated solution through multiple crystallization steps. (5) separating the crystallized PTA from the remaining liquid. Conventional purification methods of this type are effective but can be very expensive. Industrial factors contributing to the high cost of conventional CTA purification processes are, for example, the thermal energy required to promote the dissolution of CTA in water, the catalyst required for hydrogenation, the hydrogen stream required for hydrogenation, and the yield caused by the hydrogenation of some terephthalic acid. It contains a number of vessels required for loss and multistage crystallization. Therefore, it is desirable to provide a CTA product that can be purified without the need for dissolution, hydrogenation and / or multistage crystallization in water promoted by heat.
발명의 목적Purpose of the Invention
따라서, 본 발명의 목적은 더욱 효과적이고 경제적인 액상 산화 반응기 및 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a more effective and economical liquid phase oxidation reactor and method.
본 발명의 다른 목적은 파라-자일렌의 테레프탈산으로의 액상 촉매적 부분 산화를 위한 더욱 효과적이고 경제적인 반응기 및 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a more effective and economical reactor and method for the liquid catalytic catalytic oxidation of para-xylene to terephthalic acid.
본 발명의 다른 목적은 불순물의 생성을 감소시키면서 개선된 액상 산화 반응을 촉진시키는 기포탑 반응기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a bubble column reactor which promotes an improved liquid phase oxidation reaction while reducing the production of impurities.
본 발명의 또 다른 목적은 파라-자일렌의 액상 산화를 통해 조질 테레프탈산(CTA)을 제조한 후 CTA를 순수한 테레프탈산(PTA)으로 정제시키는, PTA를 생성시키기 위한 더욱 효과적이고 경제적인 시스템을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a more effective and economical system for producing PTA, wherein crude terephthalic acid (CTA) is prepared through liquid phase oxidation of para-xylene and then purified from pure terephthalic acid (PTA). will be.
본 발명의 추가의 목적은 파라-자일렌을 산화시키고, 물중 CTA의 열-촉진된 용해, 용해된 CTA의 수소화 및/또는 수소화된 PTA의 다단계 결정화를 필요로 하지 않으면서 정제될 수 있는 CTA 생성물을 생성시키기 위한 기포탑 반응기를 제공하는 것이다.A further object of the present invention is a CTA product which can be purified without oxidizing para-xylene and without the need for heat-promoted dissolution of CTA in water, hydrogenation of dissolved CTA and / or multistage crystallization of hydrogenated PTA. It is to provide a bubble column reactor for producing a.
첨부된 청구의 범위에서 정의되는 본 발명의 영역은 상기 나열된 목적을 모두 달성할 수 있는 방법 또는 장치로 한정되지 않음에 주목해야 한다. 그보다는, 청구되는 본 발명의 영역은 상기 나열된 모든 목적 또는 상기 나열된 목적중 임으의 목적을 달성하지 않는 다양한 시스템을 포괄할 수 있다. 당해 분야의 숙련자는 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면을 검토할 때 본 발명의 추가적인 목적 및 이점을 용이하게 알 것이다.It should be noted that the scope of the present invention as defined in the appended claims is not limited to methods or apparatus that can achieve all of the objects listed above. Rather, the scope of the invention as claimed may encompass various systems that do not accomplish all of the above-listed purposes or any of the above-listed purposes. Those skilled in the art will readily recognize additional objects and advantages of the present invention upon reviewing the following detailed description and the accompanying drawings.
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명의 한 실시양태는 (a) 산화성 화합물을 포함하는 공급물 스트림을 기포탑 반응기의 반응 대역으로 도입하는 단계; (b) 분자 산소를 포함하는 제 1 산화제 스트림을 하나 이상의 하부 산화제 개구를 통해 반응 대역으로 도입하는 단계; 및 (c) 분자 산소를 포함하는 제 2 산화제 스트림을 하나 이상의 상부 산화제 개구를 통해 반응 대역으로 도입하는 단계를 포함하며, 이때 반응 대역은 최대 직경(D)를 가지며, 상부 산화제 개구는 하부 산화제 개구 위 약 1D 이상에 위치하며, 제 1 및 제 2 산화제 스트림 각각은 50몰% 미만의 분자 산소를 함유하는 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention comprises the steps of (a) introducing a feed stream comprising an oxidative compound into the reaction zone of a bubble column reactor; (b) introducing a first oxidant stream comprising molecular oxygen through the one or more bottom oxidant openings into the reaction zone; And (c) introducing a second oxidant stream comprising molecular oxygen through the one or more upper oxidant openings into the reaction zone, wherein the reaction zone has a maximum diameter (D), wherein the upper oxidant opening is the lower oxidant opening. Above about 1D above, each of the first and second oxidant streams is directed to a method containing less than 50 mole percent molecular oxygen.
본 발명의 다른 실시양태는 (a) 파라-자일렌을 포함하는 우세하게 액상인 공급물 스트림을 기포탑 반응기의 반응 대역으로 도입하는 단계; (b) 우세하게 기상인 제 1 산화제 스트림을 하나 이상의 하부 산화제 개구를 통해 반응 대역으로 도입하는 단계; (c) 우세하게 기상인 제 2 산화제 스트림을 하나 이상의 상부 산화제 개구를 통해 반응 대역에 도입하는 단계(이 때, 반응 대역은 최대 직경(D)를 가지며, 상부 및 하부 산화제 개구는 약 1D 이상만큼 서로 수직으로 이격되어 있음); (d) 반응 대역에 함유된 다상 반응 매질의 액상에서 파라-자일렌의 일부 이상을 산화시켜 조질의 테레프탈산을 형성하는 단계; 및 (e) 제 2 산화 반응기에서 조질 테레프탈산의 일부 이상을 산화시켜 보다 순수한 테레프탈산을 제조시키는 단계를 포함하는 테레프탈산의 제조 방법에 관한 것이다: .Another embodiment of the invention comprises the steps of: (a) introducing a predominantly liquid feed stream comprising para-xylene into the reaction zone of a bubble column reactor; (b) introducing a predominantly gaseous first oxidant stream into the reaction zone through the one or more lower oxidant openings; (c) introducing a predominantly gaseous second oxidant stream into the reaction zone through the one or more upper oxidant openings, wherein the reaction zone has a maximum diameter (D), and the upper and lower oxidant openings are at least about 1D. Spaced vertically from each other); (d) oxidizing at least a portion of para-xylene in the liquid phase of the multiphase reaction medium contained in the reaction zone to form crude terephthalic acid; And (e) oxidizing at least a portion of the crude terephthalic acid in a second oxidation reactor to produce purer terephthalic acid.
본 발명의 또 다른 실시양태는 우세하게 액상 스트림과 우세하게 기상 스트 림을 반응시키기 위한 기포탑 반응기에 관한 것이다. 기포탑 반응기는 용기 쉘(shell), 하나 이상의 액체 개구, 및 복수개의 기체 개구를 포함한다. 용기 쉘은 반응 대역을 한정한다. 반응 대역은 최대 축 거리(L) 만큼 서로 이격된 통상적인 하부 말단 및 통상적인 상부 말단을 갖는다. 반응 대역은 최대 직경(D) 및 약 3:1 이상의 L:D 비를 갖는다. 하나 이상의 액체 개구는 액상 스트림을 반응 대역으로 도입한다. 복수개의 기체 개구는 기상 스트림을 반응 대역으로 도입한다. 기체 개구 중 둘 이상은 약 1D 이상만큼 서로 축방향으로 이격된다. 기체 개구 중 하나 이상은 통상적으로 하부 말단의 약 0.25L 내에 위치한다.Another embodiment of the present invention is directed to a bubble column reactor for predominantly reacting a gaseous stream with a predominantly liquid stream. The bubble column reactor includes a vessel shell, one or more liquid openings, and a plurality of gas openings. The vessel shell defines the reaction zone. The reaction zone has a typical lower end and a conventional upper end spaced from each other by a maximum axis distance (L). The reaction zone has a maximum diameter (D) and an L: D ratio of at least about 3: 1. One or more liquid openings introduce a liquid stream into the reaction zone. The plurality of gas openings introduces a gaseous stream into the reaction zone. At least two of the gas openings are axially spaced from each other by about 1D or more. At least one of the gas openings is typically located within about 0.25L of the lower end.
본 발명의 바람직한 실시양태는 첨부된 도면을 참조하여 아래 상세하게 기재된다.Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 반응기 내로의 공급물, 산화제 및 환류 스트림의 도입, 반응기에서의 다상 반응 매질의 존재 및 각각 반응기 상부 및 저부(바닥)로부터의 기체 및 슬러리의 수거를 구체적으로 도시하는, 본 발명의 한 실시양태에 따라 제작된 산화 반응기의 측면도이다.1 is a view of the invention, specifically illustrating the introduction of feed, oxidant and reflux streams into the reactor, the presence of a multiphase reaction medium in the reactor and the collection of gases and slurries from the reactor top and bottom (bottom), respectively. A side view of an oxidation reactor constructed in accordance with an embodiment.
도 2는 산화제 스트림을 반응기 내로 도입하는데 사용되는 산화제 스파저(sparger)의 위치 및 구성을 구체적으로 도시하는, 도 3의 선(2-2)을 따라 취한 기포탑 반응기의 저부를 확대한 부분 측면도이다. FIG. 2 is an enlarged partial side view of the bottom of the bubble column reactor taken along line 2-2 of FIG. 3, specifically illustrating the location and configuration of the oxidant sparger used to introduce the oxidant stream into the reactor. to be.
도 3은 산화제 스파저 상부의 산화제 개구를 구체적으로 도시하는, 도 2의 산화제 스파저의 상부 평면도이다.FIG. 3 is a top plan view of the oxidant sparger of FIG. 2 specifically showing the oxidant openings on top of the oxidant sparger.
도 4는 산화제 스파저 저부의 산화제 개구를 구체적으로 도시하는, 도 2의 산화제 스파저의 저부 평면도이다.FIG. 4 is a bottom plan view of the oxidant sparger of FIG. 2 specifically showing the oxidant openings in the oxidant sparger bottom.
도 5는 산화제 스파저 상부 및 저부의 산화제 개구의 배향을 구체적으로 도시하는, 도 3의 선(5-5)을 따라 취한 산화제 스파저의 부분 측면도이다.FIG. 5 is a partial side view of the oxidant sparger taken along line 5-5 of FIG. 3, specifically illustrating the orientation of the oxidant openings above and below the oxidant sparger.
도 6은 공급물 스트림을 다수개의 수직 이격된 위치에서 반응기 내로 도입하기 위한 시스템을 구체적으로 도시하는, 기포탑 반응기의 저부의 확대된 측면도이다.6 is an enlarged side view of the bottom of the bubble column reactor, specifically illustrating a system for introducing a feed stream into a reactor at a plurality of vertically spaced locations.
도 7은 도 6에 도시된 공급물 도입 시스템이 바람직한 방사상 공급 대역(FZ) 및 하나보다 많은 방위각 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4) 내로 공급물 스트림을 분배하는 방식을 구체적으로 도시하는, 도 6의 선(7-7)을 따라 취한 부분 상부 평면도이다.FIG. 7 specifically illustrates how the feed introduction system shown in FIG. 6 distributes the feed stream into the preferred radial feed zone FZ and more than one azimuthal quadrant Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 . It is a partial top plan view taken along the line 7-7 of FIG.
도 8은 도 7과 유사하지만 각각 복수개의 작은 공급물 개구를 갖는 바요넷(bayonet) 관을 사용하여 반응기 내로 공급물 스트림을 방출시키기 위한 다른 수단을 도시하는 부분 상부 평면도이다.FIG. 8 is a partial top plan view similar to FIG. 7 but showing another means for discharging the feed stream into the reactor using a bayonet tube, each having a plurality of small feed openings.
도 9는 공급물 분배 시스템이 산화제 스파저 상에 적어도 부분적으로 지지될 수 있음을 구체적으로 도시하는, 다수개의 용기 관통구(penetration)를 필요로 하지 않으면서 다수개의 수직 이격된 위치에서 공급물 스트림을 반응 대역 내로 도입하기 위한 다른 시스템의 등각 투상도이다.9 feed streams in multiple vertically spaced locations without requiring multiple vessel penetrations, specifically showing that the feed distribution system can be at least partially supported on the oxidant sparger. Is an isometric view of another system for introducing into the reaction zone.
도 10은 도 9에 도시된 단일-관통구 공급물 분배 시스템 및 산화제 스파저의 측면도이다.FIG. 10 is a side view of the single-through feed distribution system and oxidant sparger shown in FIG. 9.
도 11은 산화제 스파저 상에 지지된 단일-관통구 공급물 분배 시스템을 추가로 도시하는, 도 10의 선(11-11)을 따라 취한 부분 상부 평면도이다.FIG. 11 is a partial top plan view taken along line 11-11 of FIG. 10, further showing a single-through feed distribution system supported on an oxidant sparger.
도 12는 고리 부재의 저부에 위치된 모든 산화제 개구를 갖는 또 다른 산화제 스파저의 등각 투상도이다.12 is an isometric view of another oxidant sparger with all oxidant openings located at the bottom of the ring member.
도 13은 도 12의 또 다른 산화제 스파저의 상부 평면도이다.FIG. 13 is a top plan view of another oxidant sparger of FIG. 12.
도 14는 산화제 스트림을 반응 대역 내로 도입하기 위한 저부 개구의 위치를 구체적으로 도시하는, 도 12의 또 다른 산화제 스파저의 하부 평면도이다.FIG. 14 is a bottom plan view of another oxidant sparger of FIG. 12 specifically illustrating the location of the bottom opening for introducing an oxidant stream into the reaction zone.
도 15는 하부 산화제 개구의 배향을 구체적으로 도시하는, 도 13의 선(15-15)을 따라 취한 산화제 스파저의 부분 측면도이다.FIG. 15 is a partial side view of the oxidant sparger taken along line 15-15 of FIG. 13, specifically illustrating the orientation of the lower oxidant opening.
도 16은 반응기의 저부 배출구 근처에 내부 탈기 용기가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.16 is a side view of a bubble column reactor with an internal degassing vessel installed near the bottom outlet of the reactor.
도 17은 기포탑 반응기의 저부 배출구에 위치된 내부 탈기 용기의 구성을 구체적으로 도시하는, 도 18의 선(17-17)을 따라 취한 도 16의 기포탑 반응기의 하부의 확대된 부분 측면도이다.FIG. 17 is an enlarged fragmentary side view of the bottom of the bubble column reactor of FIG. 16 taken along line 17-17 of FIG. 18, illustrating in detail the configuration of an internal degassing vessel located at the bottom outlet of the bubble column reactor.
도 18은 탈기 용기에 배치된 와류 방지 장치를 구체적으로 도시하는, 도 16의 선(18-18)을 따라 취한 부분 상부 평면도이다.FIG. 18 is a partial top plan view taken along line 18-18 of FIG. 16 specifically showing the vortex breaker disposed in the degassing vessel.
도 19는 탈기 용기의 저부에서 나가는 탈기된 슬러리의 일부를 사용하여 반응기의 저부에 연결된 재고량 제거(deinventorying) 라인을 플러쉬시킬 수 있는 방식을 도시하는, 외부 탈기 용기가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 19 is a side view of a bubble column reactor equipped with an external degassing vessel, showing how a portion of the degassed slurry exiting the bottom of the degassing vessel can be used to flush a deinventorying line connected to the bottom of the reactor.
도 20은 반응기의 높은 측부 위치로부터 수거되는 반응 매질의 기상을 분리시키기 위한 하이브리드(hybrid) 내부/외부 탈기 용기가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.20 is a side view of a bubble column reactor equipped with a hybrid internal / external degassing vessel for separating the gas phase of the reaction medium collected from the high side position of the reactor.
도 21은 반응기의 저부 근처에 다른 하이브리드 탈기 용기가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.21 is a side view of a bubble column reactor with another hybrid degassing vessel installed near the bottom of the reactor.
도 22는 반응기의 저부 헤드를 통해 산화제 스트림을 수용하는 유입 도관을 사용하는 다른 산화제 스파저의 사용을 구체적으로 도시하는, 도 21의 기포탑 반응기의 하부의 확대된 부분 측면도이다.FIG. 22 is an enlarged fragmentary side view of the bottom of the bubble column reactor of FIG. 21, specifically illustrating the use of another oxidant sparger using an inlet conduit to receive an oxidant stream through the bottom head of the reactor.
도 23은 반응기 하부 헤드의 복수개의 개구를 통해 반응기 내로 산화제 스트림을 도입하기 위한 또 다른 수단(임의적으로는 반응기에 산화제 스트림을 더욱 고르게 분배시키기 위하여 충돌판을 사용함)을 구체적으로 도시하는, 도 22와 유사한 확대된 부분 측면도이다. FIG. 23 illustrates in detail another means for introducing an oxidant stream into the reactor through a plurality of openings in the reactor bottom head (optionally using an impingement plate to more evenly distribute the oxidant stream in the reactor). An enlarged partial side view similar to FIG.
도 24는 반응 매질의 일부를 반응기의 상부로부터 반응기의 하부로 재순환시킴으로써 산화성 화합물의 개선된 분산을 돕는 내부 유동 도관을 사용하는 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 24 is a side view of a bubble column reactor using an internal flow conduit to aid in improved dispersion of oxidative compounds by recycling a portion of the reaction medium from the top of the reactor to the bottom of the reactor.
도 25는 반응 매질의 일부를 반응기의 상부로부터 반응기의 하부로 재순환시킴으로써 산화성 화합물의 개선된 분산을 돕는 외부 유동 도관을 사용하는 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 25 is a side view of a bubble column reactor using an external flow conduit to assist in improved dispersion of oxidative compounds by recycling a portion of the reaction medium from the top of the reactor to the bottom of the reactor.
도 26은 유입되는 액체 공급물을 사용하여 반응 매질을 추출기(eductor) 내로 끌어들이고 공급물과 반응 매질의 혼합물을 고속으로 반응 대역 내로 방출시키 는 추출기를 구체적으로 도시하는, 산화 반응기 내에서의 산화성 화합물의 분산을 개선시키는데 사용될 수 있는 수평 추출기의 부분 측면도이다.FIG. 26 is an oxidative property in an oxidation reactor, specifically illustrating an extractor using the incoming liquid feed to draw the reaction medium into the eductor and discharge the mixture of feed and reaction medium into the reaction zone at high speed. Partial side view of a horizontal extractor that can be used to improve the dispersion of a compound.
도 27은 액체 공급물과 유입 기체를 혼합하고, 혼합된 2상 유체를 사용하여 반응 매질을 추출기 내로 끌어들이고, 액체 공급물, 유입 기체 및 반응 매질의 혼합물을 반응 대역 내로 고속으로 방출하는 추출기를 구체적으로 도시하는, 산화 반응기 내에서의 산화성 화합물의 분산을 개선시키는데 사용될 수 있는 수직 추출기의 부분 측면도이다.27 is an extractor that mixes a liquid feed and an inlet gas, draws the reaction medium into the extractor using the mixed two-phase fluid, and discharges the mixture of the liquid feed, the inlet gas and the reaction medium at high speed into the reaction zone. Particularly shown is a partial side view of a vertical extractor that can be used to improve the dispersion of oxidizable compounds in an oxidation reactor.
도 28은 반응 매질에서의 특정 구배를 정량하기 위하여 동일한 부피의 30개의 수평 분층(slice)으로 이론적으로 분할되는 반응 매질을 구체적으로 도시하는, 다상 반응 매질을 함유하는 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 28 is a side view of a bubble column reactor containing a multiphase reaction medium, specifically showing the reaction medium being theoretically divided into 30 horizontal slices of equal volume to quantify specific gradients in the reaction medium.
도 29는 실질적으로 상이한 산소 농도 및/또는 산소 소비 속도를 갖는 반응 매질의 제 1 및 제 2의 개별적인 20% 연속 부피를 구체적으로 도시하는, 다상 반응 매질을 함유하는 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 29 is a side view of a bubble column reactor containing a multiphase reaction medium, specifically showing the first and second separate 20% continuous volumes of the reaction medium having substantially different oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates.
도 30은 용기가 실질적으로 상이한 산소 농도 및/또는 산소 소비 속도를 갖는 반응 매질의 별개의 20% 연속 부피를 함유함을 구체적으로 도시하는, 다상 반응 매질을 함유하고 임의적인 기계적 진탕이 이루어지거나 이루어지지 않는 2개의 적층(stacked) 반응 용기의 측면도이다.FIG. 30 contains or consists of a multiphase reaction medium, with or without optional mechanical shaking, specifically showing that the vessel contains distinct 20% continuous volumes of reaction medium having substantially different oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates. Side view of two stacked reaction vessels that are not supported.
도 31은 용기가 실질적으로 상이한 산소 농도 및/또는 산소 소비 속도를 갖는 반응 매질의 별개의 20% 연속 부피를 함유함을 구체적으로 도시하는, 다상 반응 매질을 함유하고 임의적인 기계적 진탕이 이루어지거나 이루어지지 않는 3개의 병 렬(side-by-side) 반응 용기의 측면도이다.FIG. 31 contains or consists of a multiphase reaction medium, with or without optional mechanical shaking, specifically showing that the vessel contains distinct 20% continuous volumes of reaction medium having substantially different oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates. Side view of three side-by-side reaction vessels that are not supported.
도 32는 넓은 하부 반응 대역 및 좁은 상부 반응 대역을 갖는 단계화된 속도의 기포탑 반응기의 측면도이다.32 is a side view of a staged velocity bubble column reactor with a wide bottom reaction zone and a narrow top reaction zone.
도 33은 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적을 부가하기 위한 입상 칸막이 벽이 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.33 is a side view of a bubble column reactor equipped with granular partition walls for adding granular surface areas in contact with the reaction medium.
도 34는 칸막이 벽이 반응 대역을 2개의 실질적으로 동일한 구역으로 분할하는 평면상 부재(member)임을 구체적으로 도시하는, 도 33의 선(34-34)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 34 is a cross-sectional view taken along lines 34-34 of FIG. 33, specifically showing that the partition wall is a planar member that divides the reaction zone into two substantially identical zones.
도 35는 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적을 부가하기 위한 짧은 입상 칸막이 벽이 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.35 is a side view of a bubble column reactor equipped with a short granular partition wall for adding a granular surface area in contact with the reaction medium.
도 36은 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적을 부가하기 위한 짧고 구부러진 입상 칸막이 벽이 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.36 is a side view of a bubble column reactor equipped with short, curved granular partition walls for adding granular surface areas in contact with the reaction medium.
도 37은 구부러진 입상 칸막이 벽이 반응 대역의 일부를 2개의 실질적으로 동일한 구역으로 분할하는 대략 S-형 부재임을 구체적으로 도시하는, 도 36의 선(37-37)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 37 is a cross-sectional view taken along line 37-37 of FIG. 36, specifically showing that the curved granular partition wall is an approximately S-shaped member that divides a portion of the reaction zone into two substantially identical zones.
도 38은 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적을 부가하기 위한 짧은 입상 내부 부재가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.38 is a side view of a bubble column reactor equipped with a short granular inner member for adding a granular surface area in contact with the reaction medium.
도 39는 입상 내부 부재가 "X" 형을 갖고 내부 부재의 가장자리가 멀리 반응기 측벽까지 연장되지 않음을 구체적으로 도시하는, 도 38의 선(39-39)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 39 is a cross-sectional view taken along lines 39-39 of FIG. 38, specifically showing that the granular inner member has an “X” shape and the edge of the inner member does not extend far to the reactor sidewall.
도 40은 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적을 부가하기 위한 다른 상이하게 구성된 입상 내부 부재가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.40 is a side view of a bubble column reactor equipped with differently configured granular inner members for adding granular surface areas in contact with the reaction medium.
도 41은 "X" 형을 갖고 반응 대역의 일부를 실질적으로 동일한 4개의 사분면으로 분할하는 입상 부재의 한 구성을 구체적으로 도시하는, 도 40의 선(41-41)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 41 is a cross-sectional view taken along line 41-41 of FIG. 40 specifically showing a configuration of a granular member having an “X” shape and dividing a portion of the reaction zone into four substantially identical quadrants.
도 42는 반응 대역의 일부를 실질적으로 동일한 8개의 웨지(wedge)-형 구역으로 분할하는 입상 부재의 다른 구성을 구체적으로 도시하는, 도 40의 선(42-42)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 42 is a cross-sectional view taken along line 42-42 of FIG. 40, specifically illustrating another configuration of the granular member that divides a portion of the reaction zone into eight substantially wedge-shaped zones.
도 43은 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적을 부가하기 위한 복수개의 나선형 내부 부재가 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.43 is a side view of a bubble column reactor equipped with a plurality of helical inner members for adding a granular surface area in contact with the reaction medium.
도 44는 나선체-형 내부 부재중 하나의 형상을 구체적으로 도시하는, 도 43의 선(44-44)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 44 is a cross-sectional view taken along line 44-44 of FIG. 43, specifically illustrating the shape of one of the spiral-shaped inner members.
도 45는 각각 반응 매질과 접촉하기 위한 복수개의 실린더 바(bar)를 포함하는 복수개의 배플이 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.45 is a side view of a bubble column reactor equipped with a plurality of baffles each including a plurality of cylinder bars for contacting the reaction medium.
도 46은 인접한 배플의 실린더형 바가 서로에 대해 90° 회전된 방식을 구체적으로 도시하는, 도 45의 배플의 확대된 등각 투상도이다.FIG. 46 is an enlarged isometric view of the baffle of FIG. 45 detailing how the cylindrical bars of adjacent baffles are rotated 90 ° relative to each other.
도 47은 배플중 하나를 구체적으로 도시하는, 도 45의 선(47-47)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 47 is a cross-sectional view taken along line 47-47 of FIG. 45, specifically illustrating one of the baffles.
도 48은 각각 반응 매질과 접촉시키기 위한 복수개의 L형 부재를 포함하는 복수개의 배플이 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.48 is a side view of a bubble column reactor equipped with a plurality of baffles each including a plurality of L-shaped members for contacting the reaction medium.
도 49는 인접한 배플의 L형 부재가 서로에 대해 90° 회전된 방식을 구체적으로 도시하는, 도 48의 배플의 확대된 측면도이다.FIG. 49 is an enlarged side view of the baffle of FIG. 48 detailing how the L-shaped members of adjacent baffles are rotated 90 ° relative to each other.
도 50은 배플중 하나를 구체적으로 도시하는, 도 48의 선(50-50)을 따라 취한 단면도이다.50 is a cross-sectional view taken along line 50-50 of FIG. 48, specifically illustrating one of the baffles.
도 51은 반응 매질과 접촉시키기 위한 단일 모노리식(monolithic) 실린더형 다이아몬드상 배플이 설치된 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 51 is a side view of a bubble column reactor equipped with a single monolithic cylindrical diamond-shaped baffle for contact with the reaction medium.
도 52는 도 51의 모노리식 배플의 확대된 측면도이다.FIG. 52 is an enlarged side view of the monolithic baffle of FIG. 51.
도 53은 모노리식 배플의 실린더형 특성을 도시하는, 도 51의 선(53-53)을 따라 취한 단면도이다.FIG. 53 is a cross-sectional view taken along lines 53-53 of FIG. 51 showing the cylindrical characteristics of the monolithic baffle.
도 54는 산화제 스트림을 반응 대역으로 도입하기 위한 수직으로 이격된 다수의 주입구를 갖는 기포탑 반응기의 측면도이다.FIG. 54 is a side view of a bubble column reactor having a plurality of vertically spaced inlets for introducing an oxidant stream into the reaction zone. FIG.
도 55A 및 도 55B는 각각의 CTA 입자가 복수개의 느슨하게 결합된 CTA 써브입자(sub-particle)로 구성된 저밀도 고표면적 입자임을 구체적으로 도시하는, 본 발명의 한 실시양태에 따라 제조된 조질 테레프탈산(CTA) 입자의 확대도이다.55A and 55B illustrate crude terephthalic acid (CTA) prepared according to one embodiment of the present invention, specifically showing that each CTA particle is a low density high surface area particle composed of a plurality of loosely bound CTA sub-particles. ) Enlarged view of particles.
도 56A 및 도 56B는 종래의 CTA 입자가 도 55A 및 도 55B에 도시된 본 발명의 CTA 입자보다 더 큰 입자 크기, 더 낮은 밀도 및 더 낮은 표면적을 가짐을 구체적으로 도시하는, 종래 방식으로 제조된 CTA의 확대도이다.56A and 56B are fabricated in a conventional manner, specifically showing that conventional CTA particles have larger particle size, lower density, and lower surface area than the CTA particles of the present invention shown in FIGS. 55A and 55B. This is an enlargement of the CTA.
도 57은 정제된 테레프탈산(PTA)을 제조하기 위한 종래 기술 방법의 단순화된 공정 흐름도이다.57 is a simplified process flow diagram of a prior art method for preparing purified terephthalic acid (PTA).
도 58은 본 발명의 한 실시양태에 따라 PTA를 제조하기 위한 방법의 단순화 된 공정 흐름도이다.58 is a simplified process flow diagram of a method for making a PTA in accordance with an embodiment of the present invention.
도 59는 작동 변수중 특정한 매개변수가 실시예 부분에 기재된 내용에 따라 조정된, 기포탑 산화 반응기의 다양한 작동 변수를 요약한 표이다.FIG. 59 is a table summarizing various operating parameters of the bubble column oxidation reactor, in which specific parameters of the operating parameters were adjusted in accordance with the description in the Examples section.
본 발명의 한 실시양태는 산화성 화합물의 액상 부분 산화에 관한 것이다. 이러한 산화는 바람직하게는 하나 이상의 진탕식 반응기에 함유된 다상 반응 매질의 액상에서 수행된다. 적합한 진탕식 반응기는 예를 들어 버블-진탕식 반응기(예컨대, 기포탑 반응기), 기계 진탕식 반응기(예를 들어, 연속 교반식 탱크 반응기) 및 유동 진탕식 반응기(예컨대, 제트 반응기)를 포함한다. 본 발명의 한 실시양태에서는, 단일 기포탑 반응기에서 액상 산화를 수행한다.One embodiment of the present invention relates to liquid phase partial oxidation of oxidizable compounds. This oxidation is preferably carried out in the liquid phase of the multiphase reaction medium contained in one or more shake reactors. Suitable shake reactors include, for example, bubble-shake reactors (eg bubble column reactors), mechanical shake reactors (eg continuous stirred tank reactors) and flow shake reactors (eg jet reactors). . In one embodiment of the present invention, liquid phase oxidation is carried out in a single bubble column reactor.
본원에 사용되는 용어 "기포탑 반응기"는 주로 반응 매질을 통한 기체 버블의 상향 이동에 의해 반응 매질을 진탕하는, 다상 반응 매질에서의 화학 반응을 촉진시키기 위한 반응기를 일컫는다. 본원에 사용되는 용어 "진탕"은 반응 매질을 흩뜨려서 유체 유동 및/또는 혼합을 야기하는 작업을 말한다. 본원에 사용되는 용어 "대다수", "주로" 및 "우세하게"는 50%보다 더 많음을 의미한다. 본원에 사용되는 용어 "기계적 진탕"은 강성 또는 가요성 요소(들)의 반응 매질에 대한 또는 반응 매질 내에서의 물리적 움직임에 의해 야기되는 반응 매질의 진탕을 나타낸다. 예를 들어, 기계적 진탕은 반응 매질 중에 위치된 내부 교반기, 패들, 진동기 또는 음향 반사판의 회전, 진동 및/또는 떨림에 의해 제공될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "유동 진탕"은 반응 매질 중에서의 하나 이상의 유체의 고속 주입 및/또는 재순환에 의해 야기되는 반응 매질의 진탕을 일컫는다. 예를 들어, 유동 진탕은 노즐, 배출기 및/또는 추출기에 의해 제공될 수 있다.As used herein, the term "bubble column reactor" refers to a reactor for catalyzing a chemical reaction in a multiphase reaction medium, which shakes the reaction medium mainly by upward movement of gas bubbles through the reaction medium. As used herein, the term “shaking” refers to an operation that disperses the reaction medium causing fluid flow and / or mixing. As used herein, the terms "mostly", "mainly" and "predominantly" mean more than 50%. As used herein, the term "mechanical shaking" refers to shaking of a reaction medium caused by physical movement in or within the reaction medium of the rigid or flexible element (s). For example, mechanical agitation can be provided by rotation, vibration and / or vibration of an internal stirrer, paddle, vibrator or acoustic reflector positioned in the reaction medium. As used herein, the term “flow shaking” refers to the shaking of the reaction medium caused by the high speed injection and / or recycle of one or more fluids in the reaction medium. For example, flow shake can be provided by nozzles, ejectors and / or extractors.
본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 산화 동안 기포탑 반응기의 반응 매질의 진탕의 약 40% 미만이 기계적 및/또는 유동 진탕에 의해 제공되고, 더욱 바람직하게는 진탕의 약 20% 미만이 기계적 및/또는 유동 진탕에 의해 제공되며, 가장 바람직하게는 진탕의 5% 미만이 기계적 및/또는 유동 진탕에 의해 제공된다. 바람직하게는, 산화 동안 다상 반응 매질에 부여되는 기계적 및/또는 유동 진탕의 양은 반응 매질 1㎥당 약 3킬로와트 미만, 더욱 바람직하게는 약 2킬로와트 미만, 가장 바람직하게는 1킬로와트 미만이다.In a preferred embodiment of the invention, less than about 40% of the shaking of the reaction medium of the bubble column reactor during the oxidation is provided by mechanical and / or fluid shaking, more preferably less than about 20% of the shaking is mechanical and / or Provided by flow shake, most preferably less than 5% of the shake is provided by mechanical and / or flow shake. Preferably, the amount of mechanical and / or fluid agitation imparted to the multiphase reaction medium during oxidation is less than about 3 kilowatts per cubic meter of reaction medium, more preferably less than about 2 kilowatts, and most preferably less than 1 kilowatt.
이제, 도 1에는, 바람직한 기포탑 반응기(20)가 반응 구역(24) 및 분리 구역(26)을 갖는 용기 쉘(22)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 반응 구역(24)은 내부 반응 대역(28)을 한정하는 한편, 분리 구역(26)은 내부 분리 대역(30)을 한정한다. 우세하게 액상인 공급물 스트림을 공급물 주입구(32a, 32b, 32c, 32d)를 통해 반응 대역(28) 내로 도입한다. 우세하게 기상인 산화제 스트림을 반응 대역(28)의 하부에 위치된 산화제 스파저(34)를 통해 반응 대역(28) 내로 도입한다. 액상 공급물 스트림과 기상 산화제 스트림은 협력하여 반응 대역(28) 내에 다상 반응 매질(36)을 형성한다. 다상 반응 매질(36)은 액상 및 기상을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 다상 반응 매질(36)은 고상, 액상 및 기상 성분을 갖는 3상 매질을 포함한다. 반응 매질(36)의 고상 성분은 바람직하게는 반응 매질(36)의 액상에서 수행되는 산화 반응의 결과로서 반응 대역(28) 내에서 침전된다. 기포탑 반응기(20)는 반응 대역(28)의 저부 근처에 위치하는 슬러리 배출구(38) 및 분리 대역(30)의 상부 근처에 위치하는 기체 배출구(40)를 포함한다. 반응 매질(36)의 액상 및 고상 성분을 포함하는 슬러리 유출물은 슬러리 배출구(38)를 통해 반응 대역(28)으로부터 수거되는 반면, 우세하게 기상인 유출물은 기체 배출구(40)를 통해 분리 대역(30)으로부터 수거된다.1, the preferred
공급물 주입구(32a, 32b, 32c, 32d)를 통해 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 액상 공급물 스트림은 바람직하게는 산화성 화합물, 용매 및 촉매 시스템을 포함한다. The liquid feed stream introduced into
액상 공급물 스트림에 존재하는 산화성 화합물은 바람직하게는 하나 이상의 하이드로카빌기를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 산화성 화합물은 방향족 화합물이다. 더욱 더 바람직하게는, 산화성 화합물은 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기 또는 하나 이상의 부착된 치환된 하이드로카빌기 또는 하나 이상의 부착된 헤테로원자 또는 하나 이상의 부착된 카복실산 작용기(-COOH)를 갖는 방향족 화합물이다. 더더욱 바람직하게는, 산화성 화합물은 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기 또는 하나 이상의 부착된 치환된 하이드로카빌기(부착된 기 각각은 1 내지 5개의 탄소 원자를 가짐)를 갖는 방향족 화합물이다. 더욱 더 바람직하게는, 산화가능한 조성물은 각각 정확하게 하나의 탄소 원자를 포함하고 메틸기 및/또는 치환된 메틸기 및/또는 하나 이하의 카복실산기로 구성된 정확하게 2개의 부착된 기를 갖는 방향족 화합물이다. 더더욱 바람직하게는, 산화성 화합물은 파라-자일렌, 메타-자일렌, 파라-톨루알데하이드, 메타-톨루알데하이드, 파라-톨루산, 메타-톨루산 및/또는 아세트알데하이드이다. 가장 바람직하게는, 산화성 화합물은 파라-자일렌이다. The oxidative compound present in the liquid feed stream preferably comprises one or more hydrocarbyl groups. More preferably, the oxidizing compound is an aromatic compound. Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound having one or more attached hydrocarbyl groups or one or more attached substituted hydrocarbyl groups or one or more attached heteroatoms or one or more attached carboxylic acid functional groups (-COOH). Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound having one or more attached hydrocarbyl groups or one or more attached substituted hydrocarbyl groups, each of which has 1 to 5 carbon atoms. Even more preferably, the oxidizable composition is an aromatic compound each containing exactly one carbon atom and having exactly two attached groups composed of a methyl group and / or a substituted methyl group and / or no more than one carboxylic acid group. Even more preferably, the oxidizing compound is para-xylene, meta-xylene, para-tolualdehyde, meta-tolualdehyde, para-toluic acid, meta-toluic acid and / or acetaldehyde. Most preferably, the oxidizing compound is para-xylene.
본원에 정의되는 "하이드로카빌기"는 수소 원자 또는 다른 탄소 원자에만 결합되는 하나 이상의 탄소 원자이다. 본원에 정의되는 "치환된 하이드로카빌기"는 하나 이상의 헤테로원자 및 하나 이상의 수소 원자에 결합되는 하나 이상의 탄소 원자이다. 본원에 정의되는 "헤테로원자"는 탄소 및 수소 원자 외의 모든 원자이다. 본원에 정의되는 방향족 화합물은 바람직하게는 6개 이상의 탄소 원자, 더더욱 바람직하게는 고리의 일부로서 탄소 원자만 갖는 방향족 고리를 포함한다. 이러한 방향족 고리의 적합한 예는 벤젠, 바이페닐, 터페닐, 나프탈렌 및 다른 탄소-계 축합된 방향족 고리를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다.A "hydrocarbyl group" as defined herein is one or more carbon atoms bonded only to hydrogen atoms or other carbon atoms. A "substituted hydrocarbyl group" as defined herein is one or more carbon atoms bonded to one or more heteroatoms and one or more hydrogen atoms. "Heteroatoms" as defined herein are all atoms other than carbon and hydrogen atoms. Aromatic compounds as defined herein preferably comprise aromatic rings having at least 6 carbon atoms, even more preferably only carbon atoms as part of the ring. Suitable examples of such aromatic rings include, but are not limited to, benzene, biphenyl, terphenyl, naphthalene and other carbon-based condensed aromatic rings.
산화성 화합물의 적합한 예는 지방족 탄화수소(예를 들어, 알케인, 분지된 알케인, 환상 알케인, 지방족 알켄, 분지된 알켄 및 환상 알켄); 지방족 알데하이드(예를 들어, 아세트알데하이드, 프로피온알데하이드, 아이소뷰티르알데하이드 및 n-뷰티르알데하이드); 지방족 알콜(예를 들어, 에탄올, 아이소프로판올, n-프로판올, n-뷰탄올 및 아이소뷰탄올); 지방족 케톤(예컨대, 다이메틸 케톤, 에틸 메틸 케톤, 다이에틸 케톤 및 아이소프로필 메틸 케톤); 지방족 에스터(예컨대, 메틸 폼에이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트); 지방족 퍼옥사이드, 과산 및 하이드로퍼옥사이드(예컨대, 3급-뷰틸 하이드로퍼옥사이드, 퍼아세트산 및 다이-3급-뷰틸 하이드로퍼옥사이드); 상기 지방족 종과 다른 헤테로원자의 조합인 기를 갖는 지방족 화합물(예를 들어, 나트륨, 브롬, 코발트, 망간 및 지르코늄과 조합된 탄화수소, 알데하이드, 알콜, 케톤, 에스터, 퍼옥사이드, 과산 및/또는 하이드로퍼옥사이드의 하나 이상의 분자 분절을 포함하는 지방족 화합물); 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기를 갖는 다양한 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 바이페닐, 터페닐 및 다른 방향족 기(예컨대, 톨루엔, 에틸벤젠, 아이소프로필벤젠, n-프로필벤젠, 네오펜틸벤젠, 파라-자일렌, 메타-자일렌, 오토-자일렌, 트라이메틸벤젠의 모든 이성질체, 테트라메틸벤젠의 모든 이성질체, 펜타메틸벤젠, 헥사메틸벤젠, 에틸-메틸벤젠의 모든 이성질체, 다이에틸벤젠의 모든 이성질체, 에틸-다이메틸벤젠의 모든 이성질체, 다이메틸나프탈렌의 모든 이성질체, 에틸-메틸나프탈렌의 모든 이성질체, 다이에틸나프탈렌의 모든 이성질체, 다이메틸바이페닐의 모든 이성질체, 에틸-메틸바이페닐의 모든 이성질체, 및 다이에틸바이페닐의 모든 이성질체, 스틸벤 및 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기를 갖는 스틸벤, 플루오렌 및 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기를 갖는 플루오렌, 안트라센 및 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기를 갖는 안트라센, 및 다이페닐에테인 및 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기를 갖는 다이페닐에테인); 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기 및/또는 다른 원자 또는 원자의 기에 연결될 수 있는 하나 이상의 부착된 헤테로원자를 갖는 다양한 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 바이페닐, 터페닐 및 다른 방향족 기(예를 들어, 페놀, 메틸페놀의 모든 이성질체, 다이메틸페놀의 모든 이성질체, 나프톨의 모든 이성질체, 벤질 메틸 에터, 브로모페놀의 모든 이성질체, 브로모벤젠, 알파-브로모톨루엔을 비롯한 브로모톨루엔의 모든 이성질체, 다이브로모벤젠, 코발트 나프텐에이트, 및 브로모바이페닐의 모든 이성질체); 하나 이상의 부착된 하이드로카빌기 및/또는 하나 이상의 부착된 헤테로원자 및/또는 하나 이상의 부착된 치환된 하이드로카빌기를 갖는 다양한 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 바이페닐, 터페닐 및 다른 방향족 기(예를 들어, 벤즈알데하이드, 브로모벤즈알데하이드의 모든 이성질체, 알파-브로모톨루알데하이드의 모든 이성질체를 비롯한 브롬화된 톨루알데하이드의 모든 이성질체, 하이드록시벤즈알데하이드의 모든 이성질체, 브로모-하이드록시벤즈알데하이드의 모든 이성질체, 벤젠 다이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 벤젠 트라이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 파라-톨루알데하이드, 메타-톨루알데하이드, 오토-톨루알데하이드, 톨루엔 다이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 톨루엔 트라이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 톨루엔 테트라카복스알데하이드의 모든 이성질체, 다이메틸벤젠 다이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 다이메틸벤젠 트라이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 다이메틸벤젠 테트라카복스알데하이드의 모든 이성질체, 트라이메틸벤젠 트라이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 에틸톨루알데하이드의 모든 이성질체, 트라이메틸벤젠 다이카복스알데하이드의 모든 이성질체, 테트라메틸벤젠 다이카복스알데하이드, 하이드록시메틸-벤젠, 하이드록시메틸-톨루엔의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-브로모톨루엔의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-톨루알데하이드의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-브로모톨루알데하이드의 모든 이성질체, 벤질 하이드로퍼옥사이드, 벤조일 하이드로퍼옥사이드, 톨릴 메틸-하이드로퍼옥사이드의 모든 이성질체 및 메틸페놀 메틸-하이드로퍼옥사이드의 모든 이성질체); 하나 이상의 부착된 선택된 기(이 선택된 기는 하이드로카빌기 및/또는 부착된 헤테로원자 및/또는 치환된 하이드로카빌기 및/또는 카복실산기 및/또는 퍼옥시 산 기를 의미함)를 갖는 다양한 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 바이페닐, 터페닐 및 다른 방향족 기(예를 들어, 벤조산, 파라-톨루산, 메타-톨루산, 오토-톨루산, 에틸벤조산의 모든 이성질체, 프로필벤조산의 모든 이성질체, 뷰틸벤조산의 모든 이성질체, 펜틸벤조산의 모든 이성질체, 다이메틸벤조산의 모든 이성질체, 에틸메틸벤조산의 모든 이성질체, 트라이메틸벤조산의 모든 이성질체, 테트라메틸벤조산의 모든 이성질체, 펜타메틸벤조산, 다이에틸벤조산의 모든 이성질체, 벤젠 다이카복실산의 모든 이성질체, 벤젠 트라이카복실산의 모든 이성질체, 메틸벤젠 다이카복실산의 모든 이성질체, 다이메틸벤젠 다이카복실산의 모든 이성질체, 메틸벤젠 트라이카복실산의 모든 이성질체, 브로모벤조산의 모든 이성질체, 다이브로모벤조산의 모든 이성질체, 알파-브로모톨루산을 비롯한 브로모톨루산의 모든 이성질체, 톨릴 아세트산, 하이드록시벤조산의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-벤조산의 모든 이성질체, 하이드록시톨루산의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-톨루산의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-벤젠 다이카복실산의 모든 이성질체, 하이드록시브로모벤조산의 모든 이성질체, 하이드록시브로모톨루산의 모든 이성질체, 하이드록시메틸-브로모벤조산의 모든 이성질체, 카복시 벤즈알데하이드의 모든 이성질체, 다이카복시 벤즈알데하이드의 모든 이성질체, 퍼벤조산, 하이드로퍼옥시메틸-벤조산의 모든 이성질체, 하이드로퍼옥시메틸-하이드록시벤조산의 모든 이성질체, 하이드로퍼옥시카보닐-벤조산의 모든 이성질체, 하이드로퍼옥시카보닐-톨루엔의 모든 이성질체, 메틸바이페닐 카복실산의 모든 이성질체, 다이메틸바이페닐 카복실산의 모든 이성질체, 메틸바이페닐 다이카복실산의 모든 이성질체, 바이페닐 트라이카복실산의 모든 이성질체, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 스틸벤의 모든 이성질체, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 플루오레논의 모든 이성질체, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 나프탈렌의 모든 이성질체, 벤질, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 벤질의 모든 이성질체, 벤조페논, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 벤조페논의 모든 이성질체, 안트라퀴논, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 안트라퀴논의 모든 이성질체, 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 다이페닐에테인의 모든 이성질체, 벤조코우마린, 및 하나 이상의 부착된 선택된 기를 갖는 벤조코우마린의 모든 이성질체)를 포함한다. Suitable examples of oxidizable compounds include aliphatic hydrocarbons (eg, alkanes, branched alkanes, cyclic alkanes, aliphatic alkenes, branched alkenes and cyclic alkenes); Aliphatic aldehydes (eg, acetaldehyde, propionaldehyde, isobutyraldehyde and n-butyraldehyde); Aliphatic alcohols (eg, ethanol, isopropanol, n-propanol, n-butanol and isobutanol); Aliphatic ketones (eg, dimethyl ketone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone and isopropyl methyl ketone); Aliphatic esters (eg, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate); Aliphatic peroxides, peracids and hydroperoxides (eg, tert-butyl hydroperoxide, peracetic acid and di-tert-butyl hydroperoxide); Aliphatic compounds having groups which are combinations of said aliphatic species with other heteroatoms (e.g., hydrocarbons, aldehydes, alcohols, ketones, esters, peroxides, peracids and / or hydropers combined with sodium, bromine, cobalt, manganese and zirconium) Aliphatic compounds comprising one or more molecular segments of oxide); Various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups with one or more attached hydrocarbyl groups (eg toluene, ethylbenzene, isopropylbenzene, n-propylbenzene, neopentylbenzene, para-xylene , Meta-xylene, auto-xylene, all isomers of trimethylbenzene, all isomers of tetramethylbenzene, pentamethylbenzene, hexamethylbenzene, all isomers of ethyl-methylbenzene, all isomers of diethylbenzene, ethyl- All isomers of dimethylbenzene, all isomers of dimethylnaphthalene, all isomers of ethyl-methylnaphthalene, all isomers of dimethylnaphthalene, all isomers of dimethylbiphenyl, all isomers of ethyl-methylbiphenyl, and diethylbi All isomers of phenyl, stilbenes and stilbenes, fluorene and one or more moieties having at least one attached hydrocarbyl group The hydro-car fluorene, anthracene and the anthracene-diphenyl ethane has, and diphenyl ethane and one or more attachment dihydro car invoking having at least one attached dihydro car invoking having a pray); Various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups having one or more attached hydrocarbyl groups and / or one or more attached heteroatoms that may be linked to other atoms or groups of atoms (e.g., phenol, All isomers of methylphenol, all isomers of dimethylphenol, all isomers of naphthol, all isomers of benzyl methyl ether, all isomers of bromophenol, all isomers of bromotoluene, including bromobenzene, alpha-bromotoluene, dibromobenzene , Cobalt naphthenate, and all isomers of bromobiphenyl); Various benzene rings, naphthalene rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups having one or more attached hydrocarbyl groups and / or one or more attached heteroatoms and / or one or more attached substituted hydrocarbyl groups (eg , All isomers of benzaldehyde, bromobenzaldehyde, all isomers of brominated tolualdehyde, including all isomers of alpha-bromotolualdehyde, all isomers of hydroxybenzaldehyde, all isomers of bromo-hydroxybenzaldehyde, All isomers of benzene dicarboxaldehyde, all isomers of benzene tricarboxaldehyde, all isomers of para-tolualdehyde, meta-tolualdehyde, auto-tolualdehyde, all isomers of toluene dicarboxaldehyde, all isomers of toluene tricarboxaldehyde , Toluene All isomers of lacarboxaldehyde, all isomers of dimethylbenzene dicarboxaldehyde, all isomers of dimethylbenzene tricarboxaldehyde, all isomers of dimethylbenzene tetracarboxaldehyde, all isomers of trimethylbenzene tricarboxaldehyde , All isomers of ethyltolualdehyde, all isomers of trimethylbenzene dicarboxaldehyde, all isomers of tetramethylbenzene dicarboxaldehyde, hydroxymethyl-benzene, hydroxymethyl-toluene, all of isomers of hydroxymethyl-bromotoluene All isomers, all isomers of hydroxymethyl-tolualdehyde, all isomers of hydroxymethyl-bromotolualdehyde, all isomers of benzyl hydroperoxide, benzoyl hydroperoxide, tolyl methyl-hydroperoxide and methylphenol Butyl-all isomers of hydroperoxides); Various benzene rings, naphthalenes, having one or more attached selected groups, which means hydrocarbyl groups and / or attached heteroatoms and / or substituted hydrocarbyl groups and / or carboxylic acid groups and / or peroxy acid groups Rings, biphenyls, terphenyls and other aromatic groups (e.g. benzoic acid, para-toluic acid, meta-toluic acid, auto-toluic acid, all isomers of ethylbenzoic acid, all isomers of propylbenzoic acid, all isomers of butylbenzoic acid , All isomers of pentylbenzoic acid, all isomers of dimethylbenzoic acid, all isomers of ethylmethylbenzoic acid, all isomers of trimethylbenzoic acid, all isomers of tetramethylbenzoic acid, all isomers of pentamethylbenzoic acid, diethylbenzoic acid, all of All isomers, all isomers of benzene tricarboxylic acid, all isomers of methylbenzene dicarboxylic acid, All isomers of dimethylbenzene dicarboxylic acid, all isomers of methylbenzene tricarboxylic acid, all isomers of bromobenzoic acid, all isomers of dibromobenzoic acid, all isomers of bromotoluic acid, including alpha-bromotoluic acid, tolyl acetic acid, hydroxy All isomers of benzoic acid, all isomers of hydroxymethyl-benzoic acid, all isomers of hydroxytoluic acid, all isomers of hydroxymethyl-toluic acid, all isomers of hydroxymethyl-benzene dicarboxylic acid, all isomers of hydroxybromobenzoic acid Isomers, all isomers of hydroxybromotoluic acid, all isomers of hydroxymethyl-bromobenzoic acid, all isomers of carboxy benzaldehyde, all isomers of dicarboxy benzaldehyde, all isomers of perbenzoic acid, hydroperoxymethyl-benzoic acid, Hydroperoxymethyl All isomers of hydroxybenzoic acid, all isomers of hydroperoxycarbonyl-benzoic acid, all isomers of hydroperoxycarbonyl-toluene, all isomers of methylbiphenyl carboxylic acid, all isomers of dimethylbiphenyl carboxylic acid, methylbiphenyl All isomers of dicarboxylic acids, all isomers of biphenyl tricarboxylic acids, all isomers of stilbenes with one or more attached selected groups, all isomers of fluorenone with one or more attached selected groups, all of naphthalene with one or more attached selected groups Isomers, benzyl, all isomers of benzyl with one or more attached selected groups, benzophenones, all isomers of benzophenone with one or more attached selected groups, anthraquinones, all isomers of anthraquinones with one or more attached selected groups, one or moreAll isomers of diphenylethane with attached selected groups, benzocomarin, and all isomers of benzocomarin with one or more attached selected groups).
액상 공급물 스트림에 존재하는 산화성 화합물이 통상 고체 화합물(즉, 표준 온도 및 압력에서 고체)인 경우에는, 산화성 화합물을 반응 대역(28)에 도입할 때 용매에 실질적으로 용해시키는 것이 바람직하다. 대기압에서 산화성 화합물의 비점이 약 50℃ 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 산화성 화합물의 비점은 약 80 내지 약 400℃, 가장 바람직하게는 125 내지 155℃이다. 액상 공급물에 존재하는 산화성 화합물의 양은 바람직하게는 약 2 내지 약 40중량%, 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 20중량%, 가장 바람직하게는 6 내지 15중량%이다.If the oxidizing compound present in the liquid feed stream is typically a solid compound (ie, a solid at standard temperature and pressure), it is preferred to substantially dissolve the oxidizing compound in the solvent when introducing it into the
액상 공급물에 존재하는 산화성 화합물이 둘 이상의 상이한 산화성 화학 물질의 혼합물을 포함할 수 있음에 주의한다. 이들 둘 이상의 상이한 화학 물질을 액상 공급물 스트림으로 혼합하여 공급할 수 있거나 또는 다중 공급물 스트림으로 별도로 공급할 수 있다. 예를 들어, 파라-자일렌, 메타-자일렌, 파라-톨루알데하이드, 파라-톨루산 및 아세트알데하이드를 포함하는 산화성 화합물을 단일 주입구 또는 다수개의 별도의 주입구를 통해 반응기에 공급할 수 있다.Note that the oxidative compound present in the liquid feed may comprise a mixture of two or more different oxidative chemicals. These two or more different chemicals may be mixed and fed into the liquid feed stream or may be fed separately into multiple feed streams. For example, an oxidizing compound comprising para-xylene, meta-xylene, para-tolualdehyde, para-toluic acid and acetaldehyde can be fed to the reactor via a single inlet or multiple separate inlets.
액상 공급물 스트림에 존재하는 용매는 바람직하게는 산 성분 및 물 성분을 포함한다. 용매는 바람직하게는 약 60 내지 약 98중량%, 더욱 바람직하게는 약 80 내지 약 96중량%, 가장 바람직하게는 85 내지 94중량%의 농도로 액상 공급물 스트림에 존재한다. 용매중 산 성분은 바람직하게는 주로 1 내지 6개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 2개의 탄소 원자를 갖는 유기 저분자량 모노카복실산이다. 가장 바람직하게는, 용매의 산 성분은 주로 아세트산이다. 바람직하게는, 산 성분은 용매의 약 75중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80중량% 이상, 가장 바람직하게는 85 내지 98중량%를 구성하고, 나머지는 주로 물이다. 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 용매는 예컨대 파라-톨루알데하이드, 테레프탈알데하이드, 4-카복시벤즈알데하이드(4-CBA), 벤조산, 파라-톨루산, 파라-톨루산 알데하이드, 알파-브로모-파라-톨루산, 아이소프탈산, 프탈산, 트라이멜리트산, 폴리방향족 화합물 및/또는 현탁된 미립자 같은 불순물을 소량 포함할 수 있다. 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 용매중 불순물의 총량이 약 3중량% 미만인 것이 바람직하다.The solvent present in the liquid feed stream preferably comprises an acid component and a water component. The solvent is preferably present in the liquid feed stream at a concentration of about 60 to about 98 weight percent, more preferably about 80 to about 96 weight percent, most preferably 85 to 94 weight percent. The acid component in the solvent is preferably an organic low molecular weight monocarboxylic acid having mainly 1 to 6 carbon atoms, more preferably 2 carbon atoms. Most preferably, the acid component of the solvent is mainly acetic acid. Preferably, the acid component constitutes at least about 75%, more preferably at least about 80%, most preferably 85 to 98% by weight of the solvent, with the remainder being primarily water. Solvents introduced into
액상 공급물 스트림에 존재하는 촉매 시스템은 바람직하게는 산화성 화합물의 산화(부분 산화 포함)를 촉진시킬 수 있는 균질 액상 촉매 시스템이다. 더욱 바람직하게는, 촉매 시스템은 하나 이상의 다가 전이 금속을 포함한다. 더더욱 바람직하게는, 다가 전이금속은 코발트를 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 촉매 시스템은 코발트 및 브롬을 포함한다. 가장 바람직하게는, 촉매 시스템은 코발트, 브롬 및 망간을 포함한다.The catalyst system present in the liquid feed stream is preferably a homogeneous liquid catalyst system capable of promoting oxidation (including partial oxidation) of oxidizable compounds. More preferably, the catalyst system comprises one or more polyvalent transition metals. Even more preferably, the polyvalent transition metal comprises cobalt. Even more preferably, the catalyst system comprises cobalt and bromine. Most preferably, the catalyst system comprises cobalt, bromine and manganese.
코발트가 촉매 시스템에 존재하는 경우, 액상 공급물 스트림에 존재하는 코발트의 양은, 반응 매질(36)의 액상중 코발트의 농도가 약 300 내지 약 6,000ppmw, 더욱 바람직하게는 약 700 내지 약 4,200ppmw, 가장 바람직하게는 1,200 내지 3,000ppmw로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 브롬이 촉매 시스템에 존재하는 경우, 액상 공급물 스트림에 존재하는 브롬의 양은 반응 매질(36)의 액상중 브롬의 농도가 약 300 내지 약 5,000ppmw, 더욱 바람직하게는 약 600 내지 약 4,000ppmw, 가장 바람직하게는 900 내지 3,000ppmw로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 망간이 촉매 시스템에 존재하는 경우, 액상 공급물 스트림에 존재하는 망간의 양은 반응 매질(36)의 액상중 망간의 농도가 약 20 내지 약 1,000ppmw, 더욱 바람직하게는 약 40 내지 약 500ppmw, 가장 바람직하게는 50 내지 200ppmw로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.If cobalt is present in the catalyst system, the amount of cobalt present in the liquid feed stream may be such that the concentration of cobalt in the liquid phase of the
상기 기재된, 반응 매질(36)의 액상중 코발트, 브롬 및/또는 망간의 농도는 시간-평균 및 부피-평균에 기초하여 표현된다. 본원에 사용되는 용어 "시간-평균"은 100초 이상의 연속적인 시간에 걸쳐 동일하게 측정된 10개 이상의 측정치의 평균을 일컫는다. 본원에 사용되는 용어 "부피-평균"은 특정 부피 전체에서 균일한 3차원 간격으로 측정된 10개 이상의 측정치의 평균을 말한다.The concentrations of cobalt, bromine and / or manganese in the liquid phase of
반응 대역(28) 내로 도입되는 촉매 시스템중 코발트 대 브롬의 중량비(Co:Br)는 바람직하게는 약 0.25:1 내지 약 4:1, 더욱 바람직하게는 약 0.5:1 내지 약 3:1, 가장 바람직하게는 0.75:1 내지 2:1이다. 반응 대역(28) 내로 도입되는 촉매 시스템중 코발트 대 망간의 중량비(Co:Mn)는 바람직하게는 약 0.3:1 내지 약 40:1, 더욱 바람직하게는 약 5:1 내지 약 30:1, 가장 바람직하게는 10:1 내지 25:1이다.The weight ratio (Co: Br) of cobalt to bromine in the catalyst system introduced into the
기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 액상 공급물 스트림은 예를 들어 톨루엔, 에틸벤젠, 파라-톨루알데하이드, 테레프탈데하이드, 4-카복시벤즈알데하이드(4-CBA), 벤조산, 파라-톨루산, 파라-톨루산 알데하이드, 알파 브로모 파라-톨루산, 아이소프탈산, 프탈산, 트라이멜리트산, 폴리방향족 화합물 및/또는 현탁된 미립자 같은 불순물을 소량 포함할 수 있다. 테레프탈산을 제조하는데 기포탑 반응기(20)를 이용하는 경우에는, 메타-자일렌 및 오토-자일렌도 불순물로 간주된다. 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 액상 공급물 스트림중 불순물의 총량이 약 3중량% 미만인 것이 바람직하다.The liquid feed stream introduced into
도 1은 산화성 화합물, 용매 및 촉매 시스템이 함께 혼합되어 단일 공급물 스트림으로서 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 실시양태를 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 실시양태에서는, 산화성 화합물, 용매 및 촉매를 기포탑 반응기(20) 내로 별도로 도입할 수 있다. 예를 들어, 용매 및 촉매 주입구(들)로부터 분리된 주입구를 통해 순수한 파라-자일렌 스트림을 기포탑 반응기(20) 내로 공급할 수 있다. FIG. 1 illustrates an embodiment in which the oxidizing compound, solvent and catalyst system are mixed together and introduced into
산화제 스파저(34)를 통해 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 우세하게 기상인 산화제 스트림은 분자 산소(O2)를 포함한다. 바람직하게는, 산화제 스트림은 약 5 내지 약 40몰%, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 약 30몰%, 가장 바람직하게는 18 내지 24몰%의 분자 산소를 포함한다. 산화제 스트림의 나머지가 산화에 대해 불활성인 질소 같은 기체 또는 기체들로 주로 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 산화제 스트림은 본질적으로 분자 산소 및 질소로 이루어진다. 가장 바람직하게는, 산화제 스트림은 분자 산소 약 21몰% 및 질소 약 78 내지 약 81몰%를 포함하는 무수 공기이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 산화제 스트림은 실질적으로 순수한 산소를 포함할 수 있다.The predominantly gaseous oxidant stream introduced into
다시 도 1을 보면, 기포탑 반응기(20)에는 바람직하게는 반응 매질(36)의 상부 표면(44) 위에 위치된 환류 분배기(42)가 설치되어 있다. 환류 분배기(42)는 당해 분야에 공지되어 있는 임의의 소적 형성 수단에 의해 우세하게 액상인 환류 스트림의 소적을 분리 대역(30) 내로 도입하도록 작동될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 환류 분배기(42)는 반응 매질(36)의 상부 표면(44)을 향해 하향으로 소적의 스프레이를 생성시킨다. 바람직하게는, 소적의 하향 스프레이는 분리 대역(30)의 최대 수평 단면적의 약 50% 이상을 덮는다(즉, 대응하여 영향을 끼친다). 더욱 바람직하게는, 소적의 스프레이는 분리 대역(30)의 최대 수평 단면적의 약 75% 이상을 덮는다. 가장 바람직하게는, 소적의 스프레이는 분리 대역(30)의 최대 수평 단면적의 90% 이상을 덮는다. 이 하향 액체 환류 스프레이는 반응 매질(36)의 상부 표면(44)에서 또는 그보다 위에서 버블을 발생시키지 못하도록 하는데 도움을 줄 수 있으며, 또한 기체 배출구(40)를 향해 유동하는 상향 이동 기체에 연행된 임의의 액체 또는 슬러리 소적을 분리시키는 데에도 도움을 줄 수 있다. 또한, 액체 환류는 기체 배출구(40)를 통해 분리 대역(30)으로부터 수거되는 기상 유출물에 존재하는 미립자 및 가능하게는 침전되는 화합물(예컨대, 용해된 벤조산, 파라-톨루산, 4-CBA, 테레프탈산 및 촉매 금속 염)의 양을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 환류 소적을 분리 대역(30) 내로 도입함으로써 증류 작용에 의해 기체 배출구(40)를 통해 수거되는 기상 유출물의 조성을 조정할 수 있다. Referring again to FIG. 1,
환류 분배기(42)를 통해 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 액체 환류 스트림은 바람직하게는 공급물 주입구(32a, 32b, 32c, 32d)를 통해 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 액상 공급물 스트림의 용매 성분과 대략 동일한 조성을 갖는다. 따라서, 액체 환류 스트림이 산 성분 및 물을 포함하는 것이 바람직하다. 환류 스트림의 산 성분은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 2개의 탄소 원자를 갖는 저분자량 유기 모노카복실산이다. 가장 바람직하게는, 환류 스트림의 산 성분은 아세트산이다. 바람직하게는, 산 성분은 환류 스트림의 약 75중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80중량% 이상, 가장 바람직하게는 85 내지 98중량%를 구성하고, 나머지는 물이다. 환류 스트림이 전형적으로 액상 공급물 스트림의 용매와 실질적으로 동일한 조성을 갖기 때문에, 이러한 기재가 반응기 내로 도입되는 "전체 용매"를 일컫는 경우, 이러한 "전체 용매"는 환류 스트림 및 공급물 스트림의 용매 부분 둘 다를 포함한다. The liquid reflux stream introduced into
기포탑 반응기(20)에서의 액상 산화 동안, 기체 및 슬러리 유출물 스트림을 반응 대역(28)으로부터 실질적으로 연속해서 수거하면서, 공급물, 산화제 및 환류 스트림을 반응 대역(28) 내로 실질적으로 연속해서 도입하는 것이 바람직하다. 본원에 사용되는 용어 "실질적으로 연속해서"는 10분 미만으로 단절되는 10시간 이상의 기간을 의미한다. 산화 동안, 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)을 1시간당 약 8,000kg 이상, 더욱 바람직하게는 약 13,000 내지 약 80,000kg, 더더욱 바람직하게는 약 18,000 내지 약 50,000kg, 가장 바람직하게는 22,000 내지 30,000kg의 속도로 반응 대역(28) 내로 실질적으로 연속해서 도입하는 것이 바람직하다. 들어가는 공급물, 산화제 및 환류 스트림의 유속이 실질적으로 변함없는 것이 바람직하지만, 여기에서는 본 발명의 한 실시양태가 혼합 및 물질 전달을 개선시키기 위하여 들어가는 공급물, 산화제 및/또는 환류 스트림을 펄스식으로 변동시키는 것을 고려함에 주의한다. 들어가는 공급물, 산화제 및/또는 환류 스트림을 펄스식으로 변동시켜 도입하는 경우, 이들의 유속이 본원에서 언급된 정상상태 유속의 약 0 내지 약 500%, 더욱 바람직하게는 본원에서 언급된 정상상태 유속의 약 30 내지 약 200%, 가장 바람직하게는 본원에서 언급된 정상상태 유속의 80 내지 120% 내에서 변화되는 것이 바람직하다. During the liquid phase oxidation in
기포탑 산화 반응기(20)에서의 반응의 평균 공간-시간 속도(STR)는 단위 시간당 반응 매질(36) 단위 부피당 공급되는 산화성 화합물의 질량(예컨대, 1시간당 1㎥당 공급되는 파라-자일렌의 kg수)으로서 정의된다. 종래의 사용시에는, STR을 계산하기 전에 생성물로 전환되지 않은 산화성 화합물이 양을 전형적으로 공급물 스트림중 산화성 화합물의 양으로부터 뺀다. 그러나, 본원에 바람직한 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)중 다수는 전환율 및 수율이 전형적으로 높으며, 본원에서는 상기 언급한 바와 같이 이 용어를 정의하는 것이 편리하다. 특히 자본 비용 및 작동 인벤토리(inventory)상의 이유로, 반응을 높은 STR로 수행하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 점점 더 높은 STR에서 반응을 수행하면 부분 산화의 품질 또는 수율에 영향을 끼칠 수 있다. 기포탑 반응기(20)는 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 STR이 약 25kg/㎥/시간 내지 약 400kg/㎥/시간, 더욱 바람직하게는 약 30kg/㎥/시간 내지 약 250kg/㎥/시간, 더욱 더 바람직하게는 약 35kg/㎥/시간 내지 약 150kg/㎥/시간, 가장 바람직하게는 40kg/㎥/시간 내지 100kg/㎥/시간인 경우에 특히 유용하다.The average space-time velocity (STR) of the reaction in bubble
기포탑 반응기(20)의 산소-STR은 단위 시간당 반응 매질(36)의 단위 부피당 소비되는 분자 산소의 중량(예를 들어, 1시간당 1㎥당 소비되는 분자 산소의 kg 수)으로서 정의된다. 특히 자본 비용 및 용매의 산화에 의한 소비 면에서의 이유로, 높은 산소-STR로 반응을 수행하는 것이 통상적으로 바람직하다. 그러나, 점점 더 높은 산소-STR로 반응을 수행하면 결국 부분 산화의 품질 또는 수율을 감소시킨다. 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 이는 가능하게는 계면 표면 영역에서 기상으로부터 액체 내로, 이어 벌크 액체 내로 분자 산소를 전달하는 속도에 관련되는 것으로 보인다. 산소-STR이 너무 높으면 반응 매질의 벌크 액상중 용해된 산소의 양이 너무 낮아질 수 있다.Oxygen-STR in
전체-평균-산소-STR은 본원에서 단위 시간당 반응 매질(36)의 전체 부피에서 소비되는 모든 산소의 중량(예컨대, 1시간당 1㎥당 소비되는 분자 산소의 kg 수)으로서 정의된다. 기포탑 반응기(20)는 전체-평균-산소-STR이 약 25kg/㎥/시간 내지 약 400kg/㎥/시간, 더욱 바람직하게는 약 30kg/㎥/시간 내지 약 250kg/㎥/시간, 더욱 더 바람직하게는 약 35kg/㎥/시간 내지 약 150kg/㎥/시간, 가장 바람직하게는 40kg/㎥/시간 내지 100kg/㎥/시간인 경우에 특히 유용하다.Total-average-oxygen-STR is defined herein as the weight of all oxygen consumed in the total volume of reaction medium 36 per unit time (eg, kg number of molecular oxygen consumed per
기포탑 반응기(20)에서의 산화 동안, 전체 용매(공급물 스트림 및 환류 스트림 둘 다로부터)의 질량 유속 대 반응 대역(28)에 들어가는 산화성 화합물의 질량 유속의 비가 약 2:1 내지 약 50:1, 더욱 바람직하게는 약 5:1 내지 약 40:1, 가장 바람직하게는 7.5:1 내지 25:1로 유지되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 공급물 스트림의 일부로서 도입되는 용매의 질량 유속 대 환류 스트림의 일부로서 도입되는 용매의 질량 유속의 비는 약 0.5:1 내지 환류 스트림 유동의 부재, 더욱 바람직하게는 약 0.5:1 내지 약 4:1, 더더욱 바람직하게는 약 1:1 내지 약 2:1, 가장 바람직하게는 1.25:1 내지 1.5:1로 유지된다. During oxidation in
기포탑 반응기(20)에서의 액상 산화 동안, 산화제 스트림을, 화학량론적 산소 요구량을 다소 초과하는 분자 산소를 제공하는 양으로 기포탑 반응기(20) 내로 도입하는 것이 바람직하다. 특정의 산화성 화합물을 사용하여 최선의 결과를 달성하는데 필요한 분자 산소를 초과하는 양은 액상 산화의 전체 경제적 측면에 영향을 끼친다. 기포탑 반응기(20)에서의 액상 산화 동안, 산화제 스트림의 질량 유속 대 반응기(20)에 들어가는 산화성 유기 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 질량 유속의 비를 약 0.5:1 내지 약 20:1, 더욱 바람직하게는 약 1:1 내지 약 10:1, 가장 바람직하게는 2:1 내지 6:1로 유지시키는 것이 바람직하다.During liquid phase oxidation in
다시 도 1을 보면, 기포탑 반응기(20) 내로 도입되는 공급물, 산화제 및 환류 스트림은 협력하여 다상 반응 매질(36)의 적어도 일부를 형성한다. 반응 매질(36)은 바람직하게는 고상, 액상 및 기상을 포함하는 3상 매질이다. 상기 언급된 바와 같이, 산화성 화합물(예를 들어, 파라-자일렌)의 산화는 반응 매질(36)의 액상에서 우세하게 이루어진다. 따라서, 반응 매질(36)의 액상은 용해된 산소 및 산화성 화합물을 포함한다. 기포탑 반응기(20)에서 일어나는 산화 반응의 발열 특성 때문에, 공급물 주입구(32a, 32b, 32c, 32d)를 통해 도입되는 용매(예컨대, 아세트산 및 물)의 일부가 비등/기화된다. 그러므로, 반응기(20)의 반응 매질(36)의 기상은 주로 기화된 용매 및 산화제 스트림의 미용해, 미반응 부분으로 이루어진다. 특정한 종래 기술의 산화 반응기는 열교환 관/핀(fin)을 이용하여 반응 매질을 가열 또는 냉각시킨다. 그러나, 이러한 열 교환 구조체는 본원에 기재된 본 발명의 반응기 및 방법에 바람직하지 못할 수 있다. 따라서, 기포탑 반응기(20)가 반응 매질(36)과 접촉하고 30,000와트/㎡보다 큰 시간-평균 열 유량(flux)을 나타내는 표면을 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 1, the feed, oxidant and reflux stream introduced into
반응 매질(36)의 액상에 용해되는 산소의 농도는 기상으로부터의 물질 전달 속도와 액상 내에서의 반응물 소비 속도 사이에서의 동적 평형치이다(즉, 공급되는 기상중 분자 산소의 분압이 용해되는 산소의 공급 속도의 한 인자이고 용해되는 산소의 상한 농도에 영향을 끼침에도 불구하고, 이는 상기 분압에 의해 단순하게 설정되지 않는다). 용해되는 산소의 양은 국부적으로 변하는데, 버블 계면 근처에서 더 높다. 전체적으로, 용해되는 산소의 양은 반응 매질(36)의 상이한 영역에서의 공급 및 수요 인자의 평형에 따라 달라진다. 일시적으로, 용해되는 산소의 양은 화학 물질 소비 속도에 관련된 기체 및 액체 혼합의 균일성에 따라 달라진다. 반응 매질(36)의 액상중 용해되는 산소의 공급 및 수요를 대략적으로 매치시키기 위하여 디자인함에 있어서, 반응 매질(36)의 액상중 시간-평균 및 부피-평균 산소 농도를 약 1ppm몰보다 높게, 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 1,000ppm몰, 더욱 더 바람직하게는 약 8 내지 약 500ppm몰, 가장 바람직하게는 12 내지 120ppm몰로 유지시키는 것이 바람직하다.The concentration of oxygen dissolved in the liquid phase of the
기포탑 반응기(20)에서 수행되는 액상 산화 반응은 바람직하게는 고체를 생성시키는 침전 반응이다. 더욱 바람직하게는, 기포탑 반응기(20)에서 수행되는 액상 산화는 반응 대역(28) 내로 도입된 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 약 10중량% 이상이 반응 매질(36) 중에서 고형 화합물(예컨대, 조질 테레프탈산 입자)을 생성시키도록 한다. 더더욱 바람직하게는, 액상 산화는 산화성 화합물의 약 50중량% 이상이 반응 매질(36)에서 고형 화합물을 생성시키도록 한다. 가장 바람직하게는, 액상 산화에 의해 산화성 화합물의 90중량% 이상이 반응 매질(36)에서 고형 화합물을 생성시킨다. 반응 매질(36)중 고체의 총량이 시간-평균 및 부피-평균에 기초하여 약 3중량%보다 높은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 반응 매질(36)중 고체의 총량은 약 5 내지 약 40중량%, 더더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 35중량%, 가장 바람직하게는 15 내지 30중량%로 유지된다. 기포탑 반응기(20)에서 생성된 산화 생성물(예컨대, 테레프탈산)의 상당 부분이 반응 매질(36)의 액상에 용해된 채로 유지되지 않고 반응 매질(36)에서 고체로서 존재하는 것이 바람직하다. 반응 매질(36)에 존재하는 고상 산화 생성물의 양은 반응 매질(36)중 전체 산화 생성물(고상 및 액상)의 약 25중량% 이상, 더욱 바람직하게는 반응 매질(36)중 전체 산화 생성물의 약 75중량% 이상, 가장 바람직하게는 반응 매질(36)중 전체 산화 생성물의 약 95중량% 이상이다. 반응 매질(36)중 고체의 양에 대해 상기 기재된 수치 범위는, 실질적으로 연속적인 시간에 걸친 기포탑 반응기(20)의 실질적인 정상 상태 작동에 적용되고, 기포탑 반응기(20)의 시동, 작동중지 또는 최적 미만의 작동에는 적용되지 않는다. 반응 매질(36)중 고체의 양은 중량 분석 방법에 의해 결정된다. 이 중량 분석 방법에서는, 슬러리의 대표적인 부분을 반응 매질로부터 수거하고 칭량한다. 반응 매질 내에 존재하는 전체적인 고체-액체 분배를 효과적으로 유지시키는 조건에서, 침전된 고체의 손실 없이, 또한 초기 액체 질량의 약 10% 미만을 고체 부분에 잔류시키면서 효과적으로, 침강 또는 여과에 의해 유리 액체를 고체 부분으로부터 제거한다. 고체에 잔류하는 액체는 고체의 승화 없이 효과적으로 건조할 때까지 증발시킨다. 잔류하는 고체 부분의 중량을 잰다. 고체 부분의 중량 대 원래 슬러리 부분의 중량의 비는 전형적으로 백분율로 표시되는 고체의 분율이다.The liquid phase oxidation reaction carried out in the
기포탑 반응기(20)에서 수행되는 침전 반응은 반응 매질(36)과 접촉하는 특정 강성 구조체의 표면 상에 오염(즉, 고체 축적)을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 실시양태에서는, 기포탑 반응기(20)가 반응 대역(28)에 내부 열 교환, 교반 또는 배플 구조체를 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다(이러한 구조체가 오염되기 쉽기 때문에). 반응 대역(28)에 내부 구조체가 존재하는 경우에는, 상당량의 위로 향하는(상향 대면의) 평면상 표면적을 포함하는 외부 표면을 갖는 내부 구조체를 피하는 것이 바람직하다(이러한 위로 향하는 평면상 표면이 오염되기 매우 쉽기 때문에). 그러므로, 임의의 내부 구조체가 반응 대역(28)에 존재하는 경우에는, 이러한 내부 구조체의 위로 향하는 노출된 외부 표면적 전체의 약 20% 미만이 수평으로부터 약 15° 미만으로 기울어진 실질적인 평면상 표면으로 이루어지는 것이 바람직하다.Precipitation reactions carried out in
다시 도 1을 살펴보면, 기포탑 반응기(20)의 물리적 구성은 불순물을 최소한으로 발생시키면서 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 산화를 최적화시키는데 도움을 준다. 용기 쉘(22)의 장방형 반응 구역(24)이 실질적으로 실린더형의 주몸체부(46) 및 하부 헤드(48)를 포함하는 것이 바람직하다. 반응 대역(28)의 상부 말단은 실린더형 주몸체부(46)의 상부를 가로질러 연장되는 수평 평면(50)에 의해 한정된다. 반응 대역(28)의 하부 말단(52)은 하부 헤드(48)의 최저 내부 표면에 의해 한정된다. 전형적으로, 반응 대역(28)의 하부 말단(52)은 슬러리 배출구(38)용 개구에 근접하게 위치한다. 그러므로, 기포탑 반응기(20) 내에 한정된 장방형 반응 대역(28)은 실린더형 주몸체부(46)의 연장 축을 따라 반응 대역(28)의 상부 말단(50)으로부터 저부 말단(52)까지 측정된 최대 길이 "L"을 갖는다. 반응 대역(28)의 길이 "L"은 바람직하게는 약 10 내지 약 100m, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 75m, 가장 바람직하게는 25 내지 50m이다. 반응 대역(28)은 전형적으로 실린더형 주몸체부(46)의 최대 내부 직경과 동일한 최대 직경(폭) "D"를 갖는다. 반응 대역(28)의 최대 직경 "D"는 약 1 내지 약 12m, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 10m, 더욱 더 바람직하게는 약 3.1 내지 약 9m, 가장 바람직하게는 4 내지 8m이다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 반응 대역(28)은 약 6:1 내지 약 30:1의 길이 대 직경 "L:D" 비를 갖는다. 더더욱 바람직하게는, 반응 대역(28)은 약 8:1 내지 약 20:1의 L:D 비를 갖는다. 가장 바람직하게는, 반응 대역(28)은 9:1 내지 15:1의 L:D 비를 갖는다.Referring again to FIG. 1, the physical configuration of
상기 개시된 바와 같이, 기포탑 반응기(20)의 반응 대역(28)은 다상 반응 매질(36)을 수용한다. 반응 매질(36)은 반응 대역(28)의 하부 말단(52)과 일치되는 저부 말단 및 상부 표면(44)에 위치하는 상부 말단을 갖는다. 반응 매질(36)의 상부 표면(44)은 반응 대역(28)의 내용물이 기상-연속 상태에서 액상-연속 상태로 전이되는 수직 위치에서 반응 대역(28)을 통해 절단되는 수평 평면을 따라 한정된다. 상부 표면(44)은 바람직하게는 반응 대역(28)의 내용물의 얇은 수평 분층의 국부적인 시간-평균 기체 보유율(hold-up)이 0.9인 수직 위치에 위치한다.As disclosed above,
반응 매질(36)은 그의 상부 말단과 하부 말단 사이에서 측정된 최대 높이 "H"를 갖는다. 반응 매질(36)의 최대 폭 "W"는 전형적으로 실린더형 주몸체부(46)의 최대 직경 "D"와 동일하다. 기포탑 반응기(20)에서의 액상 산화 동안, H가 L의 약 60 내지 약 120%, 더욱 바람직하게는 약 80 내지 약 110%, 가장 바람직하게는 85 내지 100%로 유지되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 반응 매질(36)은 약 3:1보다 큰 높이-대-폭 "H:W" 비를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 반응 매질(36)은 약 7:1 내지 약 25:1의 H:W 비를 갖는다. 더더욱 바람직하게는, 반응 매질(36)은 약 8:1 내지 약 20:1의 H:W 비를 갖는다. 가장 바람직하게는, 반응 매질(36)은 9:1 내지 15:1의 H:W 비를 갖는다. 본 발명의 한 실시양태에서는, 본원에서 L 및 D에 대해 제공되는 다양한 치수 또는 비가 H 및 W에도 적용되도록, 또한 그 반대로 되도록, L=H이고 D=W이다.The
본 발명의 실시양태에 따라 제공된 비교적 높은 L:D 및 H:W 비는 본 발명의 시스템의 몇몇 중요한 이점에 기여할 수 있다. 아래에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 더 높은 L:D 및 H:W 비, 및 아래 논의되는 특정한 다른 특징은 반응 매질(36)중 분자 산소 및/또는 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 농도 면에서 유리한 수직 구배를 촉진시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 전체적으로 비교적 균일한 농도를 갖는 잘-혼합된 반응 매질을 선호하는 종래의 지식과는 대조적으로, 산소 및/또는 산화성 화합물 농도의 수직 단계화는 더욱 효과적이고 경제적인 산화 반응을 촉진시키는 것으로 밝혀졌다. 반응 매질(36)의 상부 근처에서 산소 및 산화성 화합물 농도를 최소화시킴으로써, 상부 기체 배출구(40)를 통한 미반응 산소 및 반응되지 않은 산화성 화합물의 손실을 피하는데 도움을 줄 수 있다. 그러나, 산화성 화합물 및 미반응 산소의 농도가 반응 매질(36) 전체에서 낮은 경우에는, 산화의 속도 및/또는 선택성이 감소된다. 그러므로, 분자 산소 및/또는 산화성 화합물의 농도가 반응 매질(36)의 상부 근처보다 반응 매질(36)의 저부 근처에서 상당히 더 높은 것이 바람직하다.The relatively high L: D and H: W ratios provided in accordance with embodiments of the present invention may contribute to some important advantages of the system of the present invention. As discussed in more detail below, higher L: D and H: W ratios, and certain other features discussed below, may be attributed to molecular oxygen and / or oxidizing compounds (eg, para-xylene) in the
또한, 높은 L:D 및 H:W 비는 반응 매질(36)의 저부에서의 압력이 반응 매질(36)의 상부에서의 압력보다 상당히 더 크도록 한다. 이 수직 압력 구배는 반응 매질(36)의 높이 및 밀도의 결과이다. 이 수직 압력 구배의 한 이점은, 용기의 저부에서의 높아진 압력 때문에, 얕은 반응기에서 필적할만한 온도 및 오버헤드 압력에서 달리 달성될 수 있는 것보다 더 높은 산소 용해도 및 더 많은 물질 전달이 이루어질 수 있다는 것이다. 그러므로, 더 얕은 용기에서 필요한 것보다 더 낮은 온도에서 산화 반응을 수행할 수 있다. 파라-자일렌을 부분 산화시켜 조질 테레프탈산(CTA)을 생성시키는데 기포탑 반응기(20)를 이용하는 경우, 동일하거나 더 우수한 산소 물질 전달 속도와 함께 더 낮은 반응 온도에서 작동될 수 있는 능력은 다수의 이점을 갖는다. 예를 들어, 파라-자일렌의 저온 산화는 반응 동안 연소되는 용매의 양을 감소시킨다. 이후 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 저온 산화는 또한 작고 표면적이 높으며 느슨하게 결합되고 용이하게 용해되는 CTA 입자의 생성을 촉진시키는데, 이러한 CTA 입자는 종래의 고온 산화 공정에 의해 생성되는 크고 표면적이 낮으며 조밀한 CTA 입자보다 더욱 경제적으로 정제될 수 있다.In addition, the high L: D and H: W ratios allow the pressure at the bottom of the
반응기(20)에서의 산화 동안, 반응 매질(36)의 시간-평균 및 부피-평균 온도를 약 125 내지 약 200℃, 더욱 바람직하게는 약 140 내지 약 180℃, 가장 바람직하게는 150 내지 170℃로 유지시키는 것이 바람직하다. 반응 매질(36) 위의 오버헤드 압력은 바람직하게는 약 1 내지 약 20바게이지(barg), 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 12barg, 가장 바람직하게는 4 내지 8barg로 유지된다. 바람직하게는, 반응 매질(36)의 상부와 반응 매질(36)의 저부 사이의 압력 차이는 약 0.4 내지 약 5바이고, 더욱 바람직하게는 압력 차이는 약 0.7 내지 약 3바이며, 가장 바람직하게는 압력 차이는 1 내지 2바이다. 반응 매질(36) 위의 오버헤드 압력이 비교적 일정한 값으로 유지되는 것이 일반적으로 바람직하지만, 본 발명의 한 실시양태는 반응 매질(36)에서의 개선된 혼합 및/또는 물질 전달을 촉진시키기 위하여 오버헤드 압력을 펄스식으로 변동시킴을 고려한다. 오버헤드 압력이 펄스식으로 변동되는 경우, 펄스식으로 변동되는 압력이 본원에 인용된 정상상태 오버헤드 압력의 약 60 내지 약 140%, 더욱 바람직하게는 본원에 인용된 정상상태 오버헤드 압력의 약 85 내지 약 115%, 가장 바람직하게는 본원에 인용된 정상상태 오버헤드 압력의 95 내지 105%인 것이 바람직하다.During the oxidation in the
반응 대역(28)의 높은 L:D 비의 추가적인 이점은 이것이 반응 매질(36)의 평균 표면 속도의 증가에 기여할 수 있다는 것이다. 반응 매질(36)과 관련하여 본원에 사용되는 용어 "표면 속도" 및 "표면 기체 속도"는 특정 높이에서 반응기의 수평 단면적으로 나눈, 반응기의 상기 높이에서의 반응 매질(36)의 기상의 부피 유속을 일컫는다. 반응 대역(28)의 높은 L:D 비에 의해 제공되는 표면 속도 증가는 반응 매질(36)의 국부적인 혼합을 촉진시키고 기체 보유율을 증가시킨다. 반응 매질(36)의 높이의 1/4, 1/2 및/또는 3/4에서의 반응 매질(36)의 시간-평균 표면 속도는 바람직하게는 약 0.3m/초보다 크고, 더욱 바람직하게는 약 0.8 내지 약 5m/초이며, 더더욱 바람직하게는 약 0.9 내지 약 4m/초이고, 가장 바람직하게는 1 내지 3m/초이다.An additional advantage of the high L: D ratio of the
다시 도 1을 참조하면, 기포탑 반응기(20)의 분리 구역(26)은 단순히 반응 구역(24) 바로 위에 위치한 용기 쉘(22)의 확장된 부분이다. 분리 구역(26)은 기상이 반응 매질(36)의 상부 표면(44) 위로 올라가서 기체 배출구(40)에 접근할 때 기포탑 반응기(20) 내의 상향-이동 기상의 속도를 감소시킨다. 기상의 상향 속도의 이러한 감소는 상향 유동 기상중에 연행된 액체 및/또는 고체의 용이한 제거를 돕고, 이에 따라 반응 매질(36)의 액상중에 존재하는 특정 성분의 바람직하지 못한 손실을 감소시킨다.Referring again to FIG. 1,
분리 구역(26)은 바람직하게는 대략 절두 원추형(frustoconical)인 전이 벽(54), 대략 실린더형인 넓은 측벽(56) 및 상부 헤드(58)를 포함한다. 전이 벽(54)의 좁은 하부 말단은 반응 구역(24)의 실린더형 주몸체부(46)의 상부에 연결된다. 전이 벽(54)의 넓은 상부 말단은 넓은 측벽(56)의 저부에 연결된다. 전이 벽(54)이 수직에서 약 10 내지 약 70°, 더욱 바람직하게는 수직에서 약 15 내지 약 50°, 가장 바람직하게는 수직에서 15 내지 45°의 각도로 그의 좁은 하부 말단으로부터 상향 및 외향 연장되는 것이 바람직하다. 반응 구역(24)의 상부가 반응 구역(24)의 전체적인 최대 직경보다 더 작은 직경을 갖는 경우, X가 실제로 D보다 더 작을 수 있기는 하지만, 넓은 측벽(56)은 일반적으로 반응 구역(24)의 최대 직경 "D"보다 더 큰 최대 직경 "X"를 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 넓은 측벽(56)의 직경 대 반응 구역(24)의 최대 직경의 비 "X:D"는 약 0.8:1 내지 약 4:1, 가장 바람직하게는 1.1:1 내지 2:1이다. 상부 헤드(58)는 넓은 측벽(56)의 상부에 연결된다. 상부 헤드(58)는 바람직하게는 기체가 기체 배출구(40)를 통해 분리 대역(30)에서 나갈 수 있도록 하는 중심 개구를 한정하는 대략 타원형의 헤드 부재이다. 다르게는, 상부 헤드(58)는 원추형을 비롯한 임의의 형상일 수 있다. 분리 대역(30)은 반응 대역(28)의 상부(50)로부터 분리 대역(30)의 최상부까지 측정된 최대 높이 "Y"를 갖는다. 반응 대역(28)의 길이 대 분리 대역(30)의 높이의 비 "L:Y"는 바람직하게는 약 2:1 내지 약 24:1, 더욱 바람직하게는 약 3:1 내지 약 20:1, 가장 바람직하게는 4:1 내지 16:1이다.The
이제 도 1 내지 도 5를 참조하여, 산화제 스파저(34)의 위치 및 구성을 더욱 상세하게 논의한다. 도 2 및 도 3은 산화제 스파저(34)가 고리 부재(60), 횡단 부재(62) 및 한 쌍의 산화제 유입 도관(64a, 64b)을 포함할 수 있음을 보여준다. 편의를 위해, 이들 산화제 유입 도관(64a, 64b)은 고리 부재(60)보다 높은 위치에서 용기에 들어간 다음 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 구부러질 수 있다. 다르게는, 산화제 유입 도관(64a, 64b)은 고리 부재(60) 아래에서 또는 고리 부재(60)와 거의 동일한 수평 평면 상에서 용기에 들어갈 수 있다. 각 산화제 유입 도관(64a, 64b)은 용기 쉘(22)에 형성된 개별적인 산화제 주입구(66a, 66b)에 연결된 제 1 말단 및 고리 부재(60)에 가변적으로(fluidly) 연결된 제 2 말단을 포함한다. 고리 부재(60)는 바람직하게는 도관으로, 더욱 바람직하게는 복수개의 직선 도관 구역으로, 가장 바람직하게는 서로 강하게 연결되어 관상 다각형 고리를 형성하는 복수개의 직선 파이프 구역으로 이루어진다. 바람직하게는, 고리 부재(60)는 3개 이상의 직선 파이프 구역, 더욱 바람직하게는 6 내지 10개의 파이프 구역, 가장 바람직하게는 8개의 파이프 구역으로 이루어진다. 따라서, 고리 부재(60)가 8개의 파이프 구역으로 이루어지는 경우, 이는 개략적으로 팔각형 구조를 갖는다. 횡단 부재(62)는 바람직하게는 고리 부재(60)의 대향하는 파이프 구역 사이에 가변적으로 연결되고 상기 파이프 구역 사이에 대각선으로 연장되는 실질적인 직선 파이프 구역으로 이루어진다. 횡단 부재(62)에 사용되는 파이프 구역은 바람직하게는 고리 부재(60)를 형성하는데 사용되는 파이프 구역과 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 산화제 유입 도관(64a, 64b), 고리 부재(60) 및 횡단 부재(62)를 구성하는 파이프 구역이 약 0.1m보다 크고, 더욱 바람직하게는 약 0.2 내지 약 2m이고, 가장 바람직하게는 0.25 내지 1m인 공칭 직경을 갖는 것이 바람직하다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 고리 부재(60) 및 횡단 부재(62)는 각각 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 상향 방출시키기 위한 복수개의 상부 산화제 개구(68)를 제공한다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 고리 부재(60) 및/또는 횡단 부재(62)는 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 하향 방출시키기 위한 하나 이상의 하부 산화제 개구(70)를 제공할 수 있다. 하부 산화제 개구(70)를 이용하여 또한 고리 부재(60) 및/또는 횡단 부재(62) 내에 들어간 액체 및/또는 고체를 방출시킬 수도 있다. 산화제 스파저(34) 내부에 고체가 축적되는 것을 방지하기 위하여, 스파저(34)를 통해 액체 스트림을 연속적으로 또는 주기적으로 통과시켜, 임의의 축적된 고체를 플러쉬시킬 수 있다.Referring now to FIGS. 1-5, the location and configuration of the
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 기포탑 반응기(20)에서의 산화 동안, 산화제 스트림은 각각 산화제 주입구(66a, 66b)를 통해 산화제 유입 도관(64a, 64b) 내로 밀려들어간다. 이어, 산화제 스트림은 산화제 유입 도관(64a, 64b)을 통해 고리 부재(60)로 운송된다. 산화제 스트림이 고리 부재(60)에 들어간 후에는, 고리 부재(60) 및 횡단 부재(62)의 내부 부피 전체에 산화제 스트림이 분배된다. 이어, 산화제 스트림은 고리 부재(60) 및 횡단 부재(62)의 상부 및 하부 산화제 개구(68, 70)를 통해 산화제 스파저(34) 밖으로 및 반응 대역(28) 내로 밀려나온다.Referring again to FIGS. 1 through 4, during oxidation in
상부 산화제 개구(68)의 배출구는 서로 측방향으로 이격되어 있고 반응 대역(28)에서 실질적으로 동일한 높이에 위치한다. 그러므로, 상부 산화제 개구(68)의 배출구는 일반적으로 산화제 스파저(34)의 상부에 의해 한정되는 실질적인 수평 평면을 따라 위치된다. 하부 산화제 개구(70)의 배출구는 서로 측방향으로 이격되어 있고 반응 대역(28)에서 실질적으로 동일한 높이에 위치한다. 따라서, 하부 산화제 개구(70)의 배출구는 일반적으로 산화제 스파저(34)의 저부에 의해 한정되는 실질적인 수평 평면을 따라 위치된다.The outlets of the upper oxidant opening 68 are laterally spaced apart from each other and are located at substantially the same height in the
본 발명의 한 실시양태에서, 산화제 스파저(34)는 그 안에 형성된 약 20개 이상의 상부 산화제 개구(68)를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 산화제 스파저(34)는 그 안에 형성된 상부 산화제 개구를 약 40 내지 약 800개 갖는다. 가장 바람직하게는, 산화제 스파저(34)는 그 안에 형성된 상부 산화제 개구(68)를 60 내지 400개 갖는다. 산화제 스파저(34)는 바람직하게는 그 안에 형성된 하부 산화제 개구(70)를 대략 하나 이상 갖는다. 더욱 바람직하게는, 산화제 스파저(34)는 그 안에 형성된 하부 산화제 개구(70)를 약 2 내지 약 40개 갖는다. 가장 바람직하게는, 산화제 스파저(34)는 그 안에 형성된 하부 산화제 개구(70)를 8 내지 20개 갖는다. 산화제 스파저(34)의 상부 산화제 개구(68) 대 하부 산화제 개구(70)의 수의 비는 바람직하게는 약 2:1 내지 약 100:1, 더욱 바람직하게는 약 5:1 내지 약 25:1, 가장 바람직하게는 8:1 내지 15:1이다. 실질적으로 모든 상부 및 하부 산화제 개구(68, 70)의 직경은 바람직하게는 실질적으로 동일하여, 상부 개구(68) 및 하부 개구(70) 밖으로 나오는 산화제 스트림의 부피 유속의 비가 상부 산화제 개구(68) 및 하부 산화제 개구(70)의 상대적인 수에 대해 상기 기재된 비와 실질적으로 동일하다.In one embodiment of the present invention,
도 5는 상부 및 하부 산화제 개구(68, 70)로부터의 산화제 방출 방향을 도시한다. 상부 산화제 개구(68)와 관련하여, 상부 산화제 개구(68)의 적어도 일부가 산화제 스트림을 수직으로부터 기울어진 각도 "A"로 방출시키는 것이 바람직하다. 수직으로부터 각도 "A"만큼 기울어진 상부 산화제 개구(68)의 백분율이 약 30 내지 약 90%, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 80%, 더더욱 바람직하게는 60 내지 75%, 가장 바람직하게는 약 67%인 것이 바람직하다. 각도 "A"는 바람직하게는 약 5 내지 약 60°, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 45°, 가장 바람직하게는 15 내지 30°이다. 하부 산화제 개구(70)에 대해서는, 실질적으로 모든 하부 산화제 개구(70)가 고리 부재(60) 및/또는 횡단 부재(62)의 가장 저부(바닥) 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 의도치 않게 산화제 스파저(34)에 들어갈 수 있는 임의의 액체 및/또는 고체를 하부 산화제 개구(70)를 통해 산화제 스파저(34)로부터 용이하게 방출시킬 수 있다. 바람직하게는, 하부 산화제 개구(70)는 실질적으로 수직인 각도로 산화제 스트림을 하향 방출시킨다. 본원에서, 상부 상화제 개구는 산화제 스트림을 개략적으로 위쪽 방향으로(즉, 수평보다 큰 각도로) 방출시키는 임의의 개구일 수 있고, 하부 산화제 개구는 산화제 스트림을 개략적으로 아래쪽 방향으로(즉, 수평 미만의 각도로) 방출시키는 임의의 개구일 수 있다.5 shows the direction of oxidant release from the top and
다상 반응 매질을 함유하는 다수의 종래의 기포탑 반응기에서는, 산화제 스파저(또는 산화제 스트림을 반응 대역 내로 도입하기 위한 다른 기계장치) 아래에 위치되는 실질적으로 모든 반응 매질이 매우 낮은 기체 보유율 값을 갖는다. 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이, "기체 보유율"은 단순히 기상 상태인 다상 매질의 부피 분율이다. 매질중 낮은 기체 보유율의 대역을 "탈기된 대역"이라고도 할 수 있다. 다수의 종래의 슬러리 기포탑 반응기에서는, 반응 매질의 총 부피의 상당 부분이 산화제 스파저(또는 산화제 스트림을 반응 대역 내로 도입하기 위한 다른 기계장치) 아래에 위치한다. 따라서, 종래의 기포탑 반응기의 저부에 존재하는 반응 매질의 상당 부분이 탈기된다.In many conventional bubble column reactors containing a multiphase reaction medium, substantially all of the reaction medium located under the oxidant sparger (or other mechanism for introducing the oxidant stream into the reaction zone) has very low gas retention values. . As is known in the art, "gas retention" is simply the volume fraction of the multiphase medium in the gaseous state. The zone of low gas retention in the medium may also be referred to as the "degassed zone". In many conventional slurry bubble column reactors, a significant portion of the total volume of the reaction medium is located below the oxidant sparger (or other mechanism for introducing the oxidant stream into the reaction zone). Thus, a significant portion of the reaction medium present in the bottom of the conventional bubble column reactor is degassed.
기포탑 반응기에서 산화되는 반응 매질중 탈기된 대역의 양을 최소화시키면 특정 유형의 바람직한 못한 불순물의 발생을 최소화시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 반응 매질의 탈기된 대역은 비교적 소량의 산화제 버블을 함유한다. 산화제 버블이 이렇게 적은 부피로 존재함으로써 반응 매질의 액상 내로 용해되는데 이용될 수 있는 분자 산소의 양이 감소된다. 따라서, 반응 매질의 탈기된 대역중 액상은 비교적 낮은 분자 산소 농도를 갖는다. 반응 매질의 이러한 산소-결핍된 탈기된 대역은 목적하는 산화 반응보다는 바람직하지 못한 부반응을 촉진시키는 경향을 갖는다. 예를 들어, 파라-자일렌을 부분 산화시켜 테레프탈산을 생성시키는 경우, 반응 매질의 액상에서의 불충분한 산소 이용효율 때문에 바람직하지 못한 다량의 벤조산 및 커플링된 방향족 고리(플루오레논 및 안트라퀴논으로 알려져 있는 매우 바람직하지 못한 착색된 분자 포함)를 생성시킬 수 있다. It has been found that minimizing the amount of degassed zone in the reaction medium that is oxidized in a bubble column reactor can minimize the occurrence of certain types of undesirable impurities. The degassed zone of the reaction medium contains a relatively small amount of oxidant bubble. The presence of this small volume of oxidant bubbles reduces the amount of molecular oxygen that can be used to dissolve into the liquid phase of the reaction medium. Thus, the liquid phase in the degassed zone of the reaction medium has a relatively low molecular oxygen concentration. This oxygen-depleted degassed zone of the reaction medium tends to promote undesirable side reactions rather than the desired oxidation reaction. For example, when partial oxidation of para-xylene produces terephthalic acid, undesirable amounts of benzoic acid and coupled aromatic rings (known as fluorenone and anthraquinone) due to insufficient oxygen utilization in the liquid phase of the reaction medium. Presenting highly undesirable colored molecules).
본 발명의 한 실시양태에 따라, 낮은 기체 보유율 값을 갖는 반응 매질의 부피 분율이 최소화되도록 하는 방식으로 구성 및 작동되는 기포탑 반응기에서 액상 산화를 수행한다. 반응 매질의 전체 부피를 균일한 부피의 별개의 수평 분층 2,000개로 이론적으로 분할함으로써 이러한 탈기된 대역의 최소화를 정량할 수 있다. 최고 수평 분층 및 최저 수평 분층을 제외하고, 각각의 수평 분층은 반응기의 측벽에 의해 측부의 경계가 세워지고 가상의 수평 평면에 의해 그의 상부 및 저부의 경계가 세워지는 별개의 부피이다. 최고 수평 분층은 가상의 수평 평면에 의해 그의 저부의 경계가 세워지고 반응 매질의 상부 표면에 의해 그의 상부의 경계가 세워진다. 최저 수평 분층은 가상의 수평 평면에 의해 그의 상부의 경계가 세워지고 용기의 하부 말단에 의해 저부의 경계가 세워진다. 반응 매질을 동일한 부피의 별개의 수평 분층 2,000개로 이론적으로 분할시킨 후에는, 각 수평 분층의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율을 결정할 수 있다. 탈기된 대역의 양을 정량하는 이 방법을 이용하는 경우, 0.1 미만의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율을 갖는 수평 분층의 수가 30개 미만, 더욱 바람직하게는 15개 미만, 더욱 더 바람직하게는 6개 미만, 더더욱 바람직하게는 4개 미만, 가장 바람직하게는 2개 미만인 것이 바람직하다. 0.2 미만의 기체 보유율을 갖는 수평 분층의 수가 80개 미만, 더욱 바람직하게는 40개 미만, 더욱 더 바람직하게는 20개 미만, 더더욱 바람직하게는 12개 미만, 가장 바람직하게는 5개 미만인 것이 바람직하다. 0.3 미만의 기체 보유율을 갖는 수평 분층의 수가 120개 미만, 더욱 바람직하게는 80개 미만, 더욱 더 바람직하게는 40개 미만, 더더욱 바람직하게는 20개 미만, 가장 바람직하게는 15개 미만인 것이 바람직하다.According to one embodiment of the invention, liquid phase oxidation is carried out in a bubble column reactor constructed and operated in such a way that the volume fraction of the reaction medium having a low gas retention value is minimized. Minimization of this degassed zone can be quantified by theoretically dividing the total volume of the reaction medium into 2,000 separate horizontal layers of uniform volume. Except for the highest and lowest horizontal slices, each horizontal slice is a separate volume whose sides are bounded by the side walls of the reactor and whose top and bottoms are bounded by an imaginary horizontal plane. The highest horizontal strata are bounded at their bottom by an imaginary horizontal plane and bounded at their top by the top surface of the reaction medium. The lowest horizontal strata are bounded at their top by an imaginary horizontal plane and at their bottom by the lower end of the vessel. After theoretically dividing the reaction medium into 2,000 separate horizontal partitions of the same volume, the time-average and volume-average gas retention of each horizontal partition can be determined. When using this method of quantifying the amount of degassed zone, the number of horizontal strata having a time-average and volume-average gas retention of less than 0.1 is less than 30, more preferably less than 15, even more preferably 6 It is preferred that there are less than two, even more preferably less than four, most preferably less than two. It is preferred that the number of horizontal slices having a gas retention of less than 0.2 is less than 80, more preferably less than 40, even more preferably less than 20, even more preferably less than 12 and most preferably less than 5. . It is preferred that the number of horizontal slices having a gas retention of less than 0.3 is less than 120, more preferably less than 80, even more preferably less than 40, even more preferably less than 20 and most preferably less than 15. .
다시 도 1 및 도 2에서, 산화제 스파저(34)를 반응 대역(28)의 하부에 위치시키면, 반응 매질(36)중 탈기된 대역의 양의 감소를 비롯한 몇 가지 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 반응 매질(36)의 높이 "H", 반응 대역(28)의 길이 "L" 및 반응 대역(28)의 최대 직경 "D"가 주어질 때, 산화제 스트림의 대부분(즉, 50중량%보다 많음)이 반응 대역(28)의 하부 말단(52)의 약 0.025H, 0.022L 및/또는 0.25D 내에서 반응 대역(28) 내로 도입되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 산화제 스트림의 대부분은 반응 대역(28)의 하부 말단(52)의 약 0.02H, 0.018L 및/또는 0.2D 내에서 반응 대역(28) 내로 도입된다. 가장 바람직하게는, 산화제 스트림의 대부분은 반응 대역(28)의 하부 말단(52)의 0.015H, 0.013L 및/또는 0.15D 내에서 반응 대역(28) 내로 도입된다. 1 and 2, it has been found that placing the
도 2에 도시된 실시양태에서, 반응 대역(28)의 하부 말단(52)과 산화제 스파저(34)의 상부 산화제 개구(68)의 배출구 사이의 수직 거리 "Y1"은 약 0.25H, 0.022L 및/또는 0.25D 미만이어서, 실질적으로 모든 산화제 스트림이 반응 대역(28)의 하부 말단(52)의 약 0.25H, 0.022L 및/또는 0.25D 내에서 반응 대역(28)에 들어간다. 더욱 바람직하게는, Y1은 약 0.02H, 0.018L 및/또는 0.2D 미만이다. 가장 바람직하게는, Y1은 0.015H, 0.013L 및/또는 0.15D 미만이고 0.005H, 0.004L 및/또는 0.06D보다 크다. 도 2는 용기 쉘(22)의 실린더형 주몸체부(46)의 저부 가장자리가 용기 쉘(22)의 타원형 하부 헤드(48)의 상부 가장자리와 연결되는 위치에 접선을 도시한다. 다르게는, 하부 헤드(48)는 원추형을 비롯한 임의의 형상일 수 있고, 접선은 여전히 실린더형 주몸체부(46)의 저부 가장자리로서 정의된다. 접선(72)과 산화제 스파저(34)의 상부 사이의 수직 거리 "Y2"는 바람직하게는 약 0.0012H, 0.001L 및/또는 0.01D 이상; 더욱 바람직하게는 약 0.005H, 0.004L 및/또는 0.05D 이상; 가장 바람직하게는 0.01H, 0.008L 및/또는 0.1D 이상이다. 반응 대역(28)의 하부 말단(52)과 산화제 스파저(34)의 하부 산화제 개구(70)의 배출구 사이의 수직 거리 "Y3"는 바람직하게는 약 0.015H, 0.013L 및/또는 0.15D 미만; 더욱 바람직하게는 약 0.012H, 0.01L 및/또는 0.1D 미만; 가장 바람직하게는 0.01H, 0.008L 및/또는 0.075D 미만이고 0.003H, 0.002L 및/또는 0.025D보다 크다.In the embodiment shown in FIG. 2, the vertical distance “Y 1 ” between the
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 산화제 스트림 및 공급물 스트림을 반응 대역 내로 방출시키는 개구는, 개구로부터 방출되는 산화제 또는 공급물 스트림의 양(중량 기준)이 개구의 개방 면적에 직접적으로 비례하도록 구성된다. 따라서, 예를 들어 모든 산화제 개구에 의해 한정되는 누적 개방 면적의 50%가 반응 대역의 저부의 0.15D 내에 위치하면, 산화제 스트림의 50중량%가 반응 대역의 저부의 0.15D 내에서 반응 대역에 들어가고, 그 역도 성립한다.In a preferred embodiment of the present invention, the opening for releasing the oxidant stream and the feed stream into the reaction zone is configured such that the amount (by weight) of the oxidant or feed stream released from the opening is directly proportional to the open area of the opening. . Thus, for example, if 50% of the cumulative open area defined by all oxidant openings is located within 0.15D of the bottom of the reaction zone, 50% by weight of the oxidant stream enters the reaction zone within 0.15D of the bottom of the reaction zone and , And vice versa.
반응 매질(36)중 탈기된 대역(즉, 낮은 기체 보유율을 갖는 대역)을 최소화시킴으로써 제공되는 이점에 덧붙여, 전체 반응 매질(36)의 기체 보유율을 최대화시킴으로써 산화를 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 반응 매질(36)은 바람직하게는 약 0.4 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.6 내지 약 0.9, 가장 바람직하게는 0.65 내지 0.85의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율을 갖는다. 기포탑 반응기(20)의 몇몇 물리적 속성 및 작동 속성은 상기 논의된 높은 기체 보유율에 기여한다. 예를 들어, 소정의 반응기 크기 및 산화제 스트림의 유동에 있어서, 반응 대역(28)의 높은 L:D 비는 직경을 더 작게 만들고, 이는 반응 매질(36)에서의 표면 속도를 증가시키며, 이는 다시 기체 보유율을 증가시킨다. 또한, 기포탑의 실제 직경 및 L:D 비는 소정의 일정한 표면 속도에서 평균 기체 보유율에 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 또한, 특히 반응 대역(28)의 저부에서의 탈기된 대역의 최소화는 증가된 기체 보유율 값에 기여한다. 또한, 기포탑 반응기의 오버헤드 압력 및 기계적 구성은 높은 표면 속도 및 본원에 개시된 기체 보유율 값에서 작동 안정성에 영향을 끼칠 수 있다.In addition to the benefits provided by minimizing the degassed zone (ie, the zone with low gas retention) in the
뿐만 아니라, 본 발명자들은 증가된 기체 보유율 및 증가된 물질 전달을 수득하기 위하여 최적화된 오버헤드 압력에서의 작동의 중요성을 발견하였다. 헨리의 법칙(Henry's Law) 효과에 따라 분자 산소의 용해도를 감소시키는 보다 낮은 오버헤드 압력에서의 작동은 기체로부터 액체로의 분자 산소의 물질 전달 속도를 감소시키는 것으로 보인다. 기계 진탕식 용기에서는, 폭기 수준 및 물질 전달 속도가 진탕기 디자인 및 오버헤드 압력에 의해 좌우되기 때문에, 이는 전형적으로 상기의 경우에 해당된다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 기포탑 반응기에서는, 보다 낮은 오버헤드 압력을 이용하여 기상 산화제 스트림의 소정 질량이 더 많은 부피를 점유하도록 함으로써 반응 매질(36)에서의 표면 속도를 증가시키고 다시 기체 보유율 및 분자 산소의 전달 속도를 증가시키는 방법을 발견하였다.In addition, the inventors have found the importance of operating at an optimized overhead pressure to obtain increased gas retention and increased mass transfer. According to Henry's Law effect, operation at lower overhead pressures that reduce the solubility of molecular oxygen appears to reduce the rate of mass transfer of molecular oxygen from gas to liquid. In mechanical shake containers, this is typically the case since the aeration level and mass transfer rate are governed by the shaker design and overhead pressure. However, in the bubble column reactor according to a preferred embodiment of the present invention, lower overhead pressure is used to increase the surface velocity in the
버블 응집과 붕괴 사이의 평형은, 한편으로는 액상의 내부 순환 속도를 감소시키고 매우 큰 분리 대역을 필요로 할 수 있는 발포 경향, 및 다른 한편으로는 보다 낮은 기체 보유율 및 산화제 스트림으로부터 액상으로의 더 낮은 물질 전달 속도를 나타내는 매우 큰 버블이 더 적은 경향을 야기하는 매우 복잡한 현상이다. 액상과 관련하여, 다른 인자 중에서도 그의 조성, 밀도, 점도 및 표면 장력은 매우 복잡한 방식으로 상호 작용하여, 고상의 부재시에도 매우 복잡한 결과를 생성시키는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 실험실 연구자들은 매우 간단한 물-공기 기포탑의 경우에도 보고 및 평가를 위한 관찰시에는 "물"이 수돗물, 증류수 또는 탈이온수인지의 여부를 한정하는 것이 유용함을 발견하였다. 액상에서의 복잡한 혼합물 및 고상의 첨가의 경우에는, 복잡함의 정도가 더 높아진다. 다른 것들 중에서도, 고체의 개별적인 입자의 표면 불균일, 고체의 평균 크기, 입자 크기 분포, 액상에 대한 고체의 양, 및 고체의 표면을 습윤시키는 액체의 능력은 모두 어떤 발포 행태 및 자연 대류 유동 패턴이 야기되는지를 결정하는데 있어서 액상 및 산화제 스트림과의 상호작용에 중요하다. The equilibrium between bubble agglomeration and collapse, on the one hand, reduces the internal circulation rate of the liquid phase and may tend to require very large separation zones, and on the other hand lower gas retention and more from the oxidant stream to the liquid phase. Very large bubbles that exhibit low mass transfer rates are very complex phenomena that cause less tendency. With respect to the liquid phase, its composition, density, viscosity and surface tension, among other factors, are known to interact in a very complex manner, producing very complex results even in the absence of a solid phase. For example, laboratory researchers have found it useful to limit whether "water" is tap water, distilled water or deionized water, even for very simple water-air bubble towers, for observations for reporting and evaluation. In the case of complex mixtures and solid phase additions in the liquid phase, the degree of complexity is higher. Among other things, the surface unevenness of individual particles of a solid, the average size of the solids, the particle size distribution, the amount of solids to the liquid phase, and the ability of the liquid to wet the surface of the solid all result in any foaming behavior and natural convective flow pattern. It is important for interaction with the liquid and oxidant streams in determining whether or not.
그러므로, 기포탑 반응기가 본원에 개시된 바와 같이 높은 표면 속도 및 높은 기체 보유율을 나타내면서 유용하게 기능하는 능력은 예를 들어 (1) 반응 매질의 액상의 조성; (2) 침전되는 고체의 양 및 유형(이 둘은 모두 반응 조건에 의해 조정될 수 있음); (3) 반응기로 공급되는 산화제 스트림의 양; (4) 산화제 스트림의 부피 유동, 버블의 안정성 및 에너지 평형을 통해 반응 온도에 영향을 끼치는 오버헤드 압력; (5) 유체 특성, 침전되는 고체의 특성 및 산화제 스트림의 특정 부피에 영향을 끼치는 반응 온도 자체; 및 (6) L:D 비를 비롯한 반응 용기의 기하학적 구조 및 기계적 세부사항의 적절한 선택에 따라 달라진다.Therefore, the ability of the bubble column reactor to function usefully while exhibiting high surface velocities and high gas retentions as disclosed herein may include, for example, (1) the composition of the liquid phase of the reaction medium; (2) the amount and type of solids precipitated, both of which can be adjusted by reaction conditions; (3) the amount of oxidant stream fed to the reactor; (4) overhead pressure affecting reaction temperature through volume flow of oxidant stream, bubble stability and energy balance; (5) the reaction temperature itself which affects the fluid properties, the properties of the precipitated solids and the specific volume of the oxidant stream; And (6) appropriate selection of the geometry and mechanical details of the reaction vessel, including the L: D ratio.
다시 도 1을 보면, 다수개의 수직으로 이격된 위치에서 액상 공급물 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입함으로써 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)을 반응 매질(36) 중에 개선되게 분배할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 3개 이상의 공급물 개구, 더욱 바람직하게는 4개 이상의 공급물 개구를 통해 액상 공급물 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입한다. 본원에 사용되는 용어 "공급물 개구"는 반응 매질(36)과 혼합시키기 위하여 액상 공급물 스트림을 반응 대역(28) 내로 방출시키는 개구를 일컫는다. 공급물 개구중 2개 이상이 약 0.5D 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.5D 이상, 가장 바람직하게는 3D 이상 서로 수직으로 이격되는 것이 바람직하다. 그러나, 최고 공급물 개구가 최저 산화제 개구로부터 약 0.75H, 0.65L 및/또는 8D 이하, 더욱 바람직하게는 0.5H, 0.4L 및/또는 5D 이하, 가장 바람직하게는 0.4H, 0.35L 및/또는 4D 이하만큼 수직으로 이격되는 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 1, by introducing a liquid feed stream into the
다수개의 수직 위치에서 액상 공급물 스트림을 도입하는 것이 바람직하기는 하지만, 액상 공급물 스트림의 대다수가 반응 매질(36) 및/또는 반응 대역(28)의 저부 절반 내로 도입된다면 반응 매질(36) 중에 산화성 화합물을 개선되게 분배시키는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 액상 공급물 스트림의 약 75중량% 이상을 반응 매질(36) 및/또는 반응 대역(28)의 저부 절반 내로 도입한다. 가장 바람직하게는, 액상 공급물 스트림의 90중량% 이상을 반응 매질(36) 및/또는 반응 대역(28)의 저부 절반 내로 도입한다. 또한, 액상 공급물 스트림의 약 30중량% 이상을, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 최저 수직 위치의 약 1.5D 이내에서 반응 대역(28) 내로 도입하는 것이 바람직하다. 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 이 최저 수직 위치는 전형적으로 산화제 스파저의 저부이다. 그러나, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 다양한 다른 구성도 본 발명의 바람직한 실시양태에 의해 고려된다. 바람직하게는, 액상 공급물의 약 50중량% 이상을, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 최저 수직 위치의 약 2.5D 이내에서 도입한다. 바람직하게는, 액상 공급물 스트림의 약 75중량% 이상을, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 최저 수직 위치의 약 5D 이내에서 도입한다.Although it is desirable to introduce the liquid feed stream in a plurality of vertical positions, the majority of the liquid feed stream is introduced into the
각각의 공급물 개구는 공급물을 방출하는 개방 면적을 한정한다. 모든 공급물 주입구의 누적 개방 면적의 약 30% 이상을, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 최저 수직 위치의 약 1.5D 이내에 위치시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 모든 공급물 주입구의 누적 개방 면적의 약 50% 이상을, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 최저 수직 위치의 약 2.5D 이내에 위치시킨다. 바람직하게는, 모든 공급물 주입구의 누적 개방 면적의 약 75% 이상을, 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하는 최저 수직 위치의 약 5D 이내에 위치시킨다.Each feed opening defines an open area for discharging the feed. Preferably, at least about 30% of the cumulative open area of all feed inlets is located within about 1.5D of the lowest vertical position that introduces the oxidant stream into the
다시 도 1을 보면, 본 발명의 한 실시양태에서, 공급물 주입구(32a, 32b, 32c, 32d)는 단순히 용기 쉘(22)의 한쪽 측부를 따라 존재하는 일련의 수직 정렬된 개구이다. 이들 공급물 개구는 바람직하게는 약 7cm 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.25 내지 약 5cm, 가장 바람직하게는 0.4 내지 2cm의 실질적으로 유사한 직경을 갖는다. 기포탑 반응기(20)에는 각각의 공급물 개구로부터 나오는 액상 공급물 스트림의 유속을 조절하기 위한 시스템이 바람직하게 설치된다. 이러한 유동 조절 시스템은 바람직하게는 각각의 개별 공급물 주입구(32a, 32b, 32c, 32d)에 대한 개별적인 유동 조절 밸브(74a, 74b, 74c, 74d)를 포함한다. 뿐만 아니라, 액상 공급물 스트림의 적어도 일부를 약 2m/초 이상, 더욱 바람직하게는 약 5m/초 이상, 더더욱 바람직하게는 약 6m/초 이상, 가장 바람직하게는 8 내지 20m/초의 높은 주입구 표면 속도로 반응 대역(28) 내로 도입할 수 있는 유동 조절 시스템을 기포탑 반응기(20)에 설치하는 것이 바람직하다. 본원에 사용되는 용어 "주입구 표면 속도"는 공급물 개구의 면적으로 나눈, 공급물 개구로부터 나오는 공급물 스트림의 시간-평균 부피 유속을 말한다. 바람직하게는, 공급물 스트림의 약 50중량% 이상을 높은 주입구 표면 속도로 반응 대역(28) 내로 도입한다. 가장 바람직하게는, 실질적으로 모든 공급물 스트림을 높은 주입구 표면 속도로 반응 대역(28) 내로 도입한다.Referring again to FIG. 1, in one embodiment of the invention, the
이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 액상 공급물 스트림을 반응 대역(28) 내로 도입하기 위한 다른 시스템이 도시되어 있다. 이 실시양태에서는, 공급물 스트림을 4개의 상이한 높이에서 반응 대역(28) 내로 도입한다. 각각의 높이에는 개별적인 공급물 분배 시스템(76a, 76b, 76c, 76d)이 설치되어 있다. 각각의 공급물 분배 시스템(76)은 주 공급물 도관(78) 및 매니폴드(80)를 포함한다. 각각의 매니폴드(80)에는 용기 쉘(22)의 반응 대역(28) 내로 연장되는 개별적인 삽입 도관(86, 88)과 연결된 둘 이상의 배출구(82, 84)가 있다. 각각의 삽입 도관(86, 88)은 공급물 스트림을 반응 대역(28) 내로 방출시키기 위한 개별적인 공급물 개구(87, 89)를 제공한다. 공급물 개구(87, 89)는 바람직하게는 약 7cm 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.25 내지 약 5cm, 가장 바람직하게는 0.4 내지 2cm의 실질적으로 유사한 직경을 갖는다. 공급물 스트림을 대향하는 방향에서 반응 대역(28) 내로 도입하기 위하여 각각의 공급물 분배 시스템(76a, 76b, 76c, 76d)의 공급물 개구(87, 89)를 직경 기준으로 대향하게 위치시키는 것이 바람직하다. 또한, 인접한 공급물 분배 시스템(76)의 직경 기준으로 대향하게 위치된 공급물 개구(86, 88)를 서로에 대해 90° 회전시켜 배향시키는 것이 바람직하다. 작동시, 액상 공급물 스트림은 주 공급물 도관(78)으로 방출된 후 매니폴드(80)에 들어간다. 매니폴드(80)는 공급물 개구(87, 89)를 통해 반응기(20)의 대향하는 쪽에서 동시에 도입하기 위하여 공급물 스트림을 균일하게 분배한다. Referring now to FIGS. 6 and 7, another system for introducing a liquid feed stream into
도 8은 각각의 공급물 분배 시스템(76)에 삽입 도관(86, 88)(도 7에 도시됨)보다는 바요넷 관(90, 92)이 설치된 다른 구성을 도시한다. 바요넷 관(90, 92)은 반응 대역(28) 내로 돌출되고, 액상 공급물을 반응 대역(28) 내로 방출시키기 위한 복수개의 작은 공급물 개구(94, 96)를 포함한다. 바요넷 관(90, 92)의 작은 공급물 개구(94, 96)가 약 50mm 미만, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 25mm, 가장 바람직하게는 4 내지 15mm의 실질적으로 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하다.FIG. 8 shows another configuration where
도 9 내지 도 11은 다른 공급물 분배 시스템(100)을 도시한다. 공급물 분배 시스템(100)은 기포탑 반응기(20)의 측벽의 다수개의 관통구를 필요로 하지 않으면서 복수개의 수직으로 이격된 위치 및 측방향으로 이격된 위치에서 액상 공급물 스트림을 도입한다. 공급물 도입 시스템(100)은 일반적으로 단일 유입 도관(102), 헤더(104), 복수개의 입상 분배 관(106), 측방향 지지 기계장치(108) 및 수직 지지 기계장치(110)를 포함한다. 유입 도관(102)은 용기 쉘(22)의 주몸체부(46)의 측벽을 관통한다. 유입 도관(102)은 헤더(104)에 가변적으로 연결된다. 헤더(104)는 유입 도관(102)으로부터 수령한 공급물 스트림을 입상 분배 관(106) 각각에 균일하게 분배한다. 각각의 분배 관(106)은 공급물 스트림을 반응 대역(28) 내로 방출시키기 위한 복수개의 수직으로 이격된 공급물 개구(112a, 112b, 112c, 112d)를 갖는다. 측방향 지지 기계장치(108)는 각 분배 관(106)에 연결되고, 분배 관(106)의 상대적인 측방향 이동을 억제한다. 수직 지지 기계장치(110)는 바람직하게는 측방향 지지 기계장치(108)에 또한 산화제 스파저(34)의 상부에 연결된다. 수직 지지 기계장치(110)는 반응 대역(28)에서 분배 관(106)의 수직 이동을 실질적으로 억제한다. 공급물 개구(112)가 약 50mm 미만, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 25mm, 가장 바람직하게는 4 내지 15mm의 실질적으로 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하다. 도 9 내지 도 11에 도시된 공급물 분배 시스템(100)의 공급물 개구(112)의 수직 간격은 도 1의 공급물 분배 시스템과 관련하여 상기 기재된 것과 실질적으로 동일할 수 있다.9-11 illustrate another
다수의 기포탑 반응기에서 반응 매질의 유동 패턴은 특히 산화성 화합물이 반응 매질의 한쪽 측부를 따라서 주로 도입되는 경우에 반응 매질중 산화성 화합물의 불균일한 방위각 분포를 허용할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본원에 사용되는 용어 "방위각"이란 반응 대역의 입상 연장축 주변의 각도 또는 간격을 일컫는다. 본원에 사용되는 "입상"이란 수직에서 45° 이내를 의미한다. 본 발명의 한 실시양태에서는, 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)을 함유하는 공급물 스트림을 복수개의 방위각 면에서 이격된 공급물 개구를 통해 반응 대역 내로 도입한다. 이들 방위각 면에서 이격된 공급물 개구는 반응 매질중 지나치게 높은 산화성 화합물 농도 및 지나치게 낮은 산화성 화합물 농도를 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 도 6 내지 도 11에 도시된 다양한 공급물 도입 시스템은 공급물 개구의 적절한 방위각 간격을 제공하는 시스템의 예이다.It has been found that the flow pattern of the reaction medium in many bubble column reactors can allow for non-uniform azimuth distribution of the oxidizing compound in the reaction medium, especially when the oxidizing compound is introduced mainly along one side of the reaction medium. As used herein, the term “azimuth angle” refers to the angle or spacing around the granular elongation axis of the reaction zone. As used herein, "granular" means within 45 ° of vertical. In one embodiment of the invention, a feed stream containing an oxidizing compound (eg para-xylene) is introduced into the reaction zone through feed openings spaced at a plurality of azimuths. Feed openings spaced apart in these azimuths can help prevent excessively high oxidative compound concentrations and too low oxidative compound concentrations in the reaction medium. The various feed introduction systems shown in FIGS. 6-11 are examples of systems that provide adequate azimuth spacing of feed openings.
다시 도 7을 참조하면, 액상 공급물 스트림의 반응 매질 중으로의 방위각 면에서 이격된 도입을 정량하기 위하여, 반응 매질을 대략 동일한 부피의 입상 방위각 사분면 "Q1, Q2, Q3, Q4"로 이론적으로 분할시킬 수 있다. 이들 방위각 사분면 "Q1, Q2, Q3, Q4"는 반응 매질의 최대 수직 치수 및 최대 방사상 치수를 지나 연장되는 가상의 교차하는 직교 수직 평면 "P1, P2" 쌍에 의해 한정된다. 반응 매질이 실린더형 용기에 함유되는 경우, 가상 교차 수직 평면 P1, P2의 교선은 원통의 수직 중심선과 대략 일치되고, 각각의 방위각 사분면 "Q1, Q2, Q3, Q4"는 일반적으로 반응 매질의 높이와 동일한 높이를 갖는 웨지-형상의 수직 부피이다. 산화성 화합물의 상당량을, 둘 이상의 상이한 방위각 사분면에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 매질 중으로 방출시키는 것이 바람직하다. Referring again to FIG. 7, in order to quantify the spaced apart introduction of the liquid feed stream into the reaction medium into the reaction medium, the reaction medium is approximately equal volume of granular azimuth quadrant “Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 ”. Theoretically divided by These azimuthal quadrants “Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 ” are defined by a pair of imaginary intersecting orthogonal vertical planes “P 1 , P 2 ” extending beyond the maximum vertical dimension and the maximum radial dimension of the reaction medium. . When the reaction medium is contained in a cylindrical vessel, the intersections of the virtual intersecting vertical planes P 1 , P 2 approximately coincide with the vertical center lines of the cylinders, and each azimuth quadrant "Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 " It is generally a wedge-shaped vertical volume having the same height as that of the reaction medium. It is desirable to release a significant amount of the oxidizing compound into the reaction medium through feed openings located in at least two different azimuthal quadrants.
본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 산화성 화합물의 약 80중량% 이하를 방위각 사분면중 하나에 위치할 수 있는 공급물 개구를 통해 반응 매질 중으로 방출시킨다. 더욱 바람직하게는, 산화성 화합물의 약 60중량% 이하를 방위각 사분면중 하나에 위치할 수 있는 공급물 개구를 통해 반응 매질 중으로 방출시킨다. 가장 바람직하게는, 산화성 화합물의 40중량% 이하를 방위각 사분면중 하나에 위치할 수 있는 공급물 개구를 통해 반응 매질 중으로 방출시킨다. 산화성 화합물의 가능한 최대량이 방위각 사분면중 하나 내로 방출되도록 방위각 사분면이 방위각-배향될 때, 산화성 화합물의 방위각 분포의 이들 변수를 측정한다. 예를 들어, 4개의 방위각 사분면에서의 방위각 분포를 결정하기 위하여, 서로 89°로 방위각 면에서 이격된 두 개구를 통해 전체 공급물 스트림을 반응 매질 중으로 방출시키는 경우, 방위각 사분면이 두 공급물 개구가 모두 방위각 사분면중 하나에 위치하도록 하는 방식으로 방위각-배향될 수 있기 때문에 공급물 스트림의 100중량%를 방위각 사분면중 하나에서 반응 매질 중으로 방출시킨다.In a preferred embodiment of the invention, up to about 80% by weight of the oxidizable compound is released into the reaction medium through a feed opening that can be located in one of the azimuthal quadrants. More preferably, up to about 60% by weight of the oxidizing compound is released into the reaction medium through a feed opening that can be located in one of the azimuthal quadrants. Most preferably, up to 40% by weight of the oxidizing compound is released into the reaction medium through a feed opening that can be located in one of the azimuthal quadrants. When the azimuth quadrant is azimuth-oriented such that the maximum possible amount of oxidizing compound is released into one of the azimuth quadrants, these variables of the azimuth distribution of the oxidative compound are measured. For example, in order to determine the azimuth distribution in the four azimuth quadrants, when the entire feed stream is discharged into the reaction medium through two openings spaced azimuthally at 89 ° from each other, the azimuth quadrant has two feed openings. 100% by weight of the feed stream is discharged into the reaction medium in one of the azimuth quadrants since they can be azimuth-oriented in such a way that they are all located in one of the azimuth quadrants.
공급물 개구의 적절한 방위각 간격과 관련된 이점에 덧붙여, 기포탑 반응기에서의 공급물 개구의 적절한 방사상 간격도 중요할 수 있음을 발견하였다. 반응 매질 중으로 도입되는 산화성 화합물의 상당량을 용기 측벽으로부터 방사상 안쪽으로 이격된 공급물 개구를 통해 방출시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명의 한 실시양태에서는, 산화성 화합물의 상당량이 반응 대역을 한정하는 입상 측벽으로부터 안쪽으로 이격된 "바람직한 방사상 공급 대역"에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 대역에 들어간다.In addition to the advantages associated with the proper azimuth spacing of the feed openings, it has been found that the proper radial spacing of the feed openings in the bubble column reactor may also be important. It is desirable to release a significant amount of the oxidative compound introduced into the reaction medium through a feed opening spaced radially inwardly from the vessel sidewall. Therefore, in one embodiment of the present invention, a significant amount of the oxidative compound enters the reaction zone through a feed opening located in the "preferred radial feed zone" spaced inward from the granular sidewalls defining the reaction zone.
다시 도 7을 참조하면, 바람직한 방사상 공급 대역 "FZ"는 반응 대역(28)에 중심을 두고 0.9D(여기에서 "D"는 반응 대역(28)의 직경임)의 외부 직경 "Do"를 갖는 이론적인 입상 실린더의 형상을 취할 수 있다. 그러므로, 0.05D의 두께를 갖는 외부 환 "OA"는 바람직한 방사상 공급 대역(FZ)과 반응 대역(28)을 한정하는 측벽 내부 사이인 것으로 정의된다. 산화성 화합물이 이 외부 환(OA)에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 대역(28) 내로 거의 또는 전혀 도입되지 않는 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 7, the preferred radial feed zone “FZ” centers on the
다른 실시양태에서는, 산화성 화합물이 반응 대역(28)의 중심 내로 거의 또는 전혀 도입되지 않는 것이 바람직하다. 그러므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 바람직한 방사상 공급 대역(FZ)은 반응 대역(28)에 중심을 두고 0.9D의 외부 직경 DO 및 0.2D의 내부 직경 DI를 갖는 이론적인 입상 환의 형상을 취할 수 있다. 따라서, 이 실시양태에서, 0.2D의 직경을 갖는 내부 실린더(IC)은 바람직한 방사상 공급 대역(FZ)의 중심의 "삭제부"이다. 산화성 화합물이 이 내부 실린더(IC)에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 대역(28) 내로 거의 또는 전혀 도입되지 않는 것이 바람직하다.In other embodiments, it is preferred that little or no oxidizing compound is introduced into the center of the
본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 바람직한 방사상 공급 대역이 상기 기재된 실린더형 또는 환형인지의 여부에 관계없이, 바람직한 방사상 공급 대역에 위치하는 공급물 개구를 통해 산화성 화합물의 상당량을 반응 매질(36) 중으로 도입한다. 더욱 바람직하게는, 산화성 화합물의 약 25중량% 이상을 바람직한 방사상 공급 대역에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 매질(36) 중으로 방출시킨다. 더더욱 바람직하게는, 산화성 화합물의 약 50중량% 이상을 바람직한 방사상 공급 대역에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 매질(36) 중으로 방출시킨다. 가장 바람직하게는, 산화성 화합물의 75중량% 이상을 바람직한 방사상 공급 대역에 위치하는 공급물 개구를 통해 반응 매질(36) 중으로 방출시킨다.In a preferred embodiment of the present invention, regardless of whether the preferred radial feed zone is cylindrical or cyclic as described above, a significant amount of oxidizing compound is introduced into the
도 7 및 도 8에 도시된 이론적인 방위각 사분면 및 이론적인 바람직한 방사상 공급 대역이 액상 공급물 스트림의 분배와 관련하여 기재되기는 하였으나, 기상 산화제 스트림의 적절한 방위각 분배 및 방사상 분배도 특정 이점을 제공할 수 있음을 발견하였다. 그러므로, 본 발명의 한 실시양태에서는, 상기 기재된 액상 공급물 스트림의 방위각 분배 및 방사상 분배에 대한 기재를, 기상 산화제 스트림을 반응 매질(36) 중으로 도입하는 방식에도 적용시킨다.Although the theoretical azimuth quadrant and theoretical preferred radial feed zones shown in FIGS. 7 and 8 have been described in relation to the distribution of the liquid feed stream, proper azimuth distribution and radial distribution of the gaseous oxidant stream may also provide certain advantages. It was found. Therefore, in one embodiment of the invention, the description of the azimuth and radial distributions of the liquid feed stream described above also applies to the manner of introducing the gaseous oxidant stream into the
이제 도 12 내지 도 15를 보면, 다른 산화제 스파저(200)가 일반적으로 고리 부재(202) 및 한쌍의 산화제 유입 도관(204, 206)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 12 내지 도 15의 산화제 스파저(200)는 도 1 내지 도 11의 산화제 스파저(34)와 유사하지만, 하기 세 가지 주요한 차이점을 갖는다: (1) 산화제 스파저(200)가 대각선 횡단 부재를 포함하지 않고; (2) 고리 부재(202)의 상부가 상향으로 산화제를 방출시키기 위한 개구를 갖지 않으며; (3) 산화제 스파저(200)가 고리 부재(202)의 하부에 다수의 더 많은 개구를 갖는다.Referring now to FIGS. 12-15, another
도 14 및 도 15에 아마도 가장 잘 도시된 바와 같이, 산화제 스파저 고리(202)의 저부는 복수개의 산화제 개구(208)를 제공한다. 산화제 개구(208)는 산화제 개구(208)에 의해 한정되는 총 개방 면적의 약 1% 이상이 고리 부재(202)의 중심선(210)(도 15) 미만에 위치하도록(중심선(210)이 고리 부재(202)의 부피 중심의 높이에 위치하는 경우) 바람직하게 구성된다. 더욱 바람직하게는, 모든 산화제 개구(208)에 의해 한정되는 총 개방 면적의 약 5% 이상이 중심선(210) 아래에 위치하고, 총 개방 면적의 약 2% 이상이 산화제 스트림을 수직에서 약 30° 이내로 통상 하향 방출시키는 개구(208)에 의해 한정된다. 더더욱 바람직하게는, 모든 산화제 개구(208)에 의해 한정되는 총 개방 면적의 약 20% 이상이 중심선(210) 아래에 위치하고, 총 개방 면적의 약 10% 이상이 산화제 스트림을 수직에서 30° 이내로 통상 하향 방출시키는 개구(208)에 의해 한정된다. 가장 바람직하게는, 모든 산화제 개구(208)에 의해 한정되는 총 개방 면적의 약 75% 이상이 중심선(210) 아래에 위치하고, 총 개방 면적의 약 40% 이상이 산화제 스트림을 수직에서 30° 이내로 통상 하향 방출시키는 개구(208)에 의해 한정된다. 중심선(210)보다 높이 위치하는 모든 산화제 개구(208)에 의해 한정되는 총 개방 면적의 분율은 바람직하게는 약 75% 미만, 더욱 바람직하게는 약 50% 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 25% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만이다.As best shown perhaps in FIGS. 14 and 15, the bottom of the
도 14 및 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 산화제 개구(208)는 하향 개구(208a) 및 비스듬한 개구(208b)를 포함한다. 하향 개구(208a)는 산화제 스트림을 수직에서 약 30° 이내, 더욱 바람직하게는 수직에서 약 15° 이내, 가장 바람직하게는 수직에서 5° 이내로 통상 하향 방출시키도록 구성된다. 기울어진 개구(208b)는 산화제 스트림을 수직으로부터 약 15 내지 약 75°인 각도 "A"에서 통상 외향 및 하향으로 방출시키며, 더욱 바람직하게는 각도 A는 수직으로부터 약 30 내지 약 60°이고, 가장 바람직하게는 각도 A는 수직으로부터 40 내지 50°이다.As shown in FIGS. 14 and 15, the
실질적으로 모든 산화제 개구(208)가 대략 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하다. 산화제 개구(208)의 직경은 바람직하게는 약 2 내지 약 300mm, 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 120mm, 가장 바람직하게는 8 내지 60mm이다. 고리 부재(202)중 산화제 개구(208)의 총수는 아래 상세하게 기재되는 낮은 압력 강하 기준을 충족시키도록 선택된다. 바람직하게는, 고리 부재(202)에 생성된 산화제 개구(208)의 총수는 약 10개 이상이고, 더욱 바람직하게는 산화제 개구(208)의 총수는 약 20 내지 약 200개이며, 가장 바람직하게는 산화제 개구(208)의 총수는 40 내지 100개이다.It is preferred that substantially all
도 12 내지 도 15가 산화제 스파저(200)의 매우 특이적인 구성을 도시하지만, 본원에 기재된 이점을 달성하기 위하여 다양한 산화제 스파저 구성을 이용할 수 있음에 주의한다. 예를 들어, 산화제 스파저는 반드시 도 12 및 도 13에 도시된 팔각형 고리 부재 구조를 가질 필요는 없다. 그보다는, 산화제 스트림을 방출시키기 위한 복수개의 이격된 개구를 사용하는 유동 도관(들)의 임의의 구조로 산화제 스파저를 구성할 수 있다. 유동 도관중 산화제 개구의 크기, 수 및 방출 방향은 바람직하게는 상기 언급된 범위 내에 있다. 또한, 산화제 스파저는 상기 기재된 분자 산소의 방위각 분포 및 방사상 분포를 제공하도록 바람직하게 구성된다.12-15 illustrate very specific configurations of the
산화제 스파저의 구체적인 구성에 관계없이, 유동 도관(들)으로부터 산화제 개구를 통해 반응 대역 내로의 산화제 스트림의 방출에 수반되는 압력 강하를 최소화시키는 방식으로 산화제 스파저를 구성 및 작동시키는 것이 바람직하다. 산화제 스파저의 산화제 개구(66a, 66b)에서 유동 도관 내부의 산화제 스트림의 시간-평균 정적 압력으로부터, 산화제 스트림의 절반이 특정 수직 위치보다 위에서 도입되고 산화제 스트림의 절반이 상기 수직 위치 아래에서 도입되는 높이에서 반응 대역의 시간-평균 정적 압력을 뺌으로써, 이러한 압력 강하를 계산한다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 산화제 스파저로부터의 산화제 스트림의 방출에 수반되는 시간-평균 압력 강하는 약 0.3MPa 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.2MPa 미만, 더더욱 바람직하게는 약 0.1MPa 미만, 가장 바람직하게는 0.05MPa 미만이다. 본원에 기재된 기포탑 반응기의 바람직한 작동 조건하에서, 산화제 스파저의 유동 도관(들) 내부에서 산화제 스트림의 압력은 바람직하게는 약 0.35 내지 약 1MPa, 더욱 바람직하게는 약 0.45 내지 약 0.85MPa, 가장 바람직하게는 0.5 내지 0.7MPa이다. Regardless of the specific configuration of the oxidant sparger, it is desirable to configure and operate the oxidant sparger in a manner that minimizes the pressure drop associated with the release of the oxidant stream from the flow conduit (s) through the oxidant opening into the reaction zone. From the time-averaged static pressure of the oxidant stream inside the flow conduit at the
도 2 내지 도 5에 도시된 산화제 스파저 구성과 관련하여 앞서 언급한 바와 같이, 산화제 스파저를 액체(예를 들어, 아세트산, 물 및/또는 파라-자일렌)로 연속적으로 또는 주기적으로 플러쉬시켜 산화제 스파저가 고체로 오염되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 액체 플러쉬를 이용하는 경우, 매일 1분보다 긴 시간동안 1회 이상 액체 효과량(즉, 산화제 스트림에 자연적으로 존재하는 미량의 액체 소적이 아님)을 산화제 스파저를 통해 산화제 개구 밖으로 통과시키는 것이 바람직하다. 액체를 산화제 스파저로부터 연속적으로 또는 주기적으로 방출시키는 경우, 산화제 스파저를 통한 액체의 질량 유속 대 산화제 스파저를 통한 분자 산소의 질량 유속의 시간-평균 비가 약 0.05:1 내지 약 30:1, 또는 약 0.1:1 내지 약 2:1, 또는 0.2:1 내지 1:1인 것이 바람직하다.As mentioned above in connection with the oxidant sparger configuration shown in FIGS. 2-5, the oxidant sparger is flushed continuously or periodically with a liquid (eg, acetic acid, water and / or para-xylene). It may be desirable to prevent the oxidant sparger from contaminating with solids. With such a liquid flush, it is desirable to pass a liquid effective amount (ie, not a trace of liquid droplets naturally present in the oxidant stream) at least once per day for more than one minute through the oxidant sparger out of the oxidant opening. Do. When the liquid is continuously or periodically released from the oxidant sparger, the time-average ratio of the mass flow rate of the liquid through the oxidant sparger to the mass flow rate of molecular oxygen through the oxidant sparger is about 0.05: 1 to about 30: 1, Or about 0.1: 1 to about 2: 1, or 0.2: 1 to 1: 1.
본 발명의 한 실시양태에서는, 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)중 상당량을 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입할 수 있다. 이러한 구성에서는, 산화성 화합물 및 분자 산소를 산화제 스파저의 동일한 개구를 통해 산화제 스파저로부터 방출시키는 것이 바람직하다. 상기 나타낸 바와 같이, 산화성 화합물은 STP에서 전형적으로 액체이다. 따라서, 이 실시양태에서는, 2상 스트림을 산화제 스파저로부터 방출시킬 수 있으며, 이 때 액상은 산화성 화합물을 포함하고 기상은 분자 산소를 포함한다. 그러나, 산화성 화합물의 적어도 일부가 산화제 스파저로부터 방출될 때 기체 상태일 수 있음을 알아야 한다. 한 실시양태에서, 산화제 스파저로부터 방출되는 액상은 우세하게 산화성 화합물로 구성된다. 다른 실시양태에서, 산화제 스파저로부터 방출되는 액상은 상기 기재된 공급물 스트림과 실질적으로 동일한 조성을 갖는다. 산화제 스파저로부터 방출되는 액상이 공급물 스트림과 실질적으로 동일한 조성을 갖는 경우, 이러한 액상은 공급물 스트림의 조성과 관련하여 상기 기재된 양 및 비로 용매 및/또는 촉매 시스템을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a significant amount of oxidative compound (eg para-xylene) can be introduced into the reaction zone through an oxidant sparger. In this configuration, it is preferable to release the oxidizing compound and the molecular oxygen from the oxidant sparger through the same opening of the oxidant sparger. As indicated above, the oxidizing compound is typically a liquid in STP. Thus, in this embodiment, the biphasic stream can be discharged from the oxidant sparger, where the liquid phase comprises an oxidizing compound and the gas phase comprises molecular oxygen. However, it should be appreciated that at least a portion of the oxidizable compound may be gaseous when released from the oxidant sparger. In one embodiment, the liquid phase released from the oxidant sparger predominantly consists of oxidizing compounds. In other embodiments, the liquid phase exiting the oxidant sparger has a composition substantially the same as the feed stream described above. If the liquid phase exiting the oxidant sparger has a composition that is substantially the same as the feed stream, this liquid phase may comprise a solvent and / or catalyst system in the amounts and ratios described above in relation to the composition of the feed stream.
본 발명의 한 실시양태에서는, 반응 대역으로 도입되는 모든 산화성 화합물의 약 10중량% 이상이 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 산화성 화합물의 약 40중량% 이상이 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입되며, 가장 바람직하게는 산화성 화합물의 80중량% 이상이 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입된다. 산화성 화합물중 모두 또는 일부가 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입되는 경우, 반응 대역 내로 도입되는 모든 분자 산소중 약 10중량% 이상이 동일한 산화제 스파저를 통해 도입되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 분자 산소의 약 40중량% 이상이 동일한 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입되며, 가장 바람직하게는 분자 산소의 80중량% 이상이 동일한 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입된다. 산화성 화합물 상당량이 산화제 스파저를 통해 반응 대역 내로 도입되는 경우에는, 하나 이상의 온도 감지 장치(예컨대, 열전쌍)를 산화제 스파저에 배치시키는 것이 바람직하다. 이들 온도 센서를 이용하여 산화제 스파저 내의 온도가 위험할 정도로 높아지지 않도록 보장하는데 도움을 줄 수 있다.In one embodiment of the invention, it is preferred that at least about 10% by weight of all oxidative compounds introduced into the reaction zone are introduced into the reaction zone through the oxidant sparger, more preferably at least about 40% by weight of the oxidizing compounds The oxidant sparger is introduced into the reaction zone and most preferably at least 80% by weight of the oxidizing compound is introduced into the reaction zone through the oxidant sparger. If all or part of the oxidizing compound is introduced into the reaction zone through the oxidant sparger, preferably at least about 10% by weight of all the molecular oxygen introduced into the reaction zone is introduced through the same oxidant sparger, more preferably At least about 40% by weight of molecular oxygen is introduced into the reaction zone through the same oxidant sparger, and most preferably at least 80% by weight of molecular oxygen is introduced into the reaction zone through the same oxidant sparger. If a significant amount of oxidizing compound is introduced into the reaction zone through the oxidant sparger, it is desirable to place one or more temperature sensing devices (eg, thermocouples) in the oxidant sparger. These temperature sensors can be used to help ensure that the temperature in the oxidant sparger is not dangerously high.
이제, 도 16 내지 도 18을 참조하면, 기포탑 반응기(20)가 슬러리 배출구(38) 부근에서 반응 대역(28)의 저부에 배치된 내부 탈기 장치(300)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 반응 매질(36)의 탈기 동안 비교적 높은 속도로 불순물-생성 부반응이 일어나는 것으로 밝혀졌다. 본원에 사용되는 "탈기"는 다상 반응 매질로부터 기상을 분리시킴을 말한다. 반응 매질(36)이 고도로 폭기되는 경우에는(>0.3 기체 보유율), 불순물 생성이 최소한이다. 반응 매질(36)이 고도로 탈기되는 경우에도(<0.01 기체 보유율), 불순물 생성이 최소한이다. 그러나, 반응 매질이 부분적으로 폭기되면(0.01 내지 0.3의 기체 보유율), 바람직하지 못한 부반응이 촉진되고 불순물이 더 많이 생성된다. 탈기 용기(300)는 부분적으로 탈기된 상태인 반응 매질(36)의 부피를 최소화시키고 반응 매질(36)을 탈기시키는데 걸리는 시간을 최소화함으로써 이 문제 및 다른 문제를 해결한다. 실질적으로 탈기된 슬러리는 탈기 용기(300)의 저부으로부터 생성되고 슬러리 배출구(38)를 통해 반응기(20)에서 나간다. 실질적으로 탈기된 슬러리는 바람직하게는 약 5부피% 미만, 더욱 바람직하게는 약 2부피% 미만, 가장 바람직하게는 1부피% 미만의 기상을 함유한다.Referring now to FIGS. 16-18,
도 16에는, 기포탑 반응기(20)가 수준 조절기(302) 및 유동 조절 밸브(304)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 수준 조절기(302) 및 유동 조절 밸브(304)는 협력하여 반응 매질(36)을 반응 대역(28)에서 실질적으로 일정한 높이로 유지시킨다. 수준 조절기(302)는 반응 매질(36)의 상부 표면(44)의 높이를 감지하고(예를 들어, 시차 압력 수준 감지에 의해 또는 핵형성 수준 감지에 의해), 반응 매질(36)의 높이에 응답하여 조절 신호(306)를 발생시키도록 작동될 수 있다. 유동 조절 밸브(304)는 조절 신호(306)를 받아서, 슬러리 유출 도관(308)을 통한 슬러리의 유속을 조정한다. 그러므로, 슬러리 배출구(38)에서 나가는 슬러리의 유속은 반응 매질(36)의 높이가 너무 높은 경우의 최대 슬러리 부피 유속(Fmax)과 반응 매질(36)의 높이가 너무 낮은 경우의 최소 슬러리 부피 유속(Fmin) 사이에서 변할 수 있다.In FIG. 16,
고상 산화 생성물을 반응 대역(28)으로부터 제거하기 위하여, 일부를 먼저 탈기 용기(300)를 통해 통과시켜야 한다. 탈기 용기(300)는 액체와 고체가 슬러리 배출구(38)를 향해 하향 유동할 때 반응 매질(36)의 기상을 반응 매질(36)의 액상 및 고상으로부터 자연적으로 상승시킬 수 있는 저-난류(low-turbulence) 내부 부피를 제공한다. 액상 및 고상 중에서 기상의 자연적인 상향 부력에 의해 기상이 액상 및 고상으로부터 상승한다. 탈기 용기(300)를 사용하는 경우, 반응 매질(36)이 완전-폭기된 3상 매질로부터 완전-탈기된 2상 슬러리로 전이되는 과정은 신속하고 효율적이다.In order to remove the solid phase oxidation product from the
이제 도 17 및 도 18을 참조하면, 탈기 용기(300)는 일반적으로 그 사이에 탈기 대역(312)을 한정하는 입상 측벽(308)을 포함한다. 바람직하게는, 측벽(308)은 수직에서 약 30° 이내로, 더욱 바람직하게는 수직에서 약 10° 이내로 상향 연장된다. 가장 바람직하게는, 측벽(308)은 실질적으로 수직이다. 탈기 대역(312)은 반응 대역(28)으로부터 분리되고, 높이 "h" 및 직경 "d"를 갖는다. 측벽(308)의 상부 말단(310)은 반응 대역(28)으로부터 내부 부피(312) 내로 반응 매질을 수용하기 위하여 개방된다. 측벽(308)의 하부 말단은 전이 구역(314)를 통해 슬러리 배출구(38)에 가변적으로 연결된다. 슬러리 배출구(38)의 개구가 크거나 또는 측벽(308)의 직경 "d"가 작은 경우와 같은 특정한 경우에는, 전이 구역(314)을 없앨 수 있다. 도 18에 가장 잘 도시된 바와 같이, 탈기 용기(300)는 또한 탈기 대역(312)에 배치된 와류 방지 장치(316)도 포함할 수 있다. 와류 방지 장치(316)는 고상 및 액상이 슬러리 배출구(38)를 향해 하향 유동할 때 와류가 생성되는 것을 억제하도록 작동될 수 있는 임의의 구조체일 수 있다.Referring now to FIGS. 17 and 18, the
탈기 용기(300)에서 고상 및 액상으로부터 기상을 적절하게 분리시키기 위하여, 내부 탈기 대역(312)의 높이 "h" 및 수평 단면적을 조심스럽게 선택한다. 내부 탈기 대역(312)의 높이 "h" 및 수평 단면적은 최대량의 슬러리가 수거될 때에도(즉, 슬러리가 Fmzx로 수거될 때에도) 버블이 탈기 용기(300)의 저부 배출구에 도달하기 전에 실질적으로 모든 버블 부피가 고상 및 액상으로부터 상승될 수 있도록 하기에 충분한 거리 및 시간을 제공해야 한다. 그러므로, 탈기 대역(312)의 단면적이, 탈기 대역(312)을 통한 액상 및 고상의 최대 하향 속도(Vdmax)가 액상 및 고상을 통한 기상 버블의 자연적인 상승 속도(Vu)보다 실질적으로 더 낮도록 하는 단면적인 것이 바람직하다. 탈기 대역(312)을 통한 액상 및 고상의 최대 하향 속도(Vdmax)는 상기 논의된 최대 슬러리 부피 유속(Fmax)에서 일어난다. 액상 및 고상을 통한 버블의 자연적인 상승 속도(Vu)는 버블의 크기에 따라 달라지지만; 원래 반응 매질(36) 중에 존재하는 버블 부피중 실질적으로 전체가 0.5cm보다 크기 때문에, 액상 및 고상을 통한 0.5cm 직경의 버블의 자연적인 상승 속도(Vu0 .5)를 컷오프(cut-off) 값으로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 단면적은 Vdmax가 Vu0 .5의 약 75% 미만이도록 하는 단면적이고, 더욱 바람직하게는 Vdmax는 Vu0 .5의 약 40% 미만이며, 가장 바람직하게는 Vdmax는 Vu0 .5의 약 20% 미만이다. In order to properly separate the gaseous phase from the solid and liquid phases in the
탈기 용기(300)의 탈기 대역(312)에서의 액상 및 고상의 하향 속도는 탈기 대역(312)의 최소 단면적으로 나눈, 슬러리 배출구(38)를 통한 탈기된 슬러리의 부피 유속으로서 정의된다. 탈기 용기(300)의 탈기 대역(312)에서의 액상 및 고상의 하향 속도는 바람직하게는 약 50cm/초 미만, 더욱 바람직하게는 약 30cm/초 미만, 가장 바람직하게는 10cm/초 미만이다.The downward velocity of the liquid and solid phase in the
이제, 탈기 용기(300)의 입상 측벽(308)이 실린더형 구조를 갖는 것으로 도시되어 있음에도 불구하고, 벽이 적절한 부피, 단면적, 폭 "d" 및 높이 "h"를 갖는 내부 부피를 한정하는 한, 측벽(308)이 다양한 구조(예컨대, 삼각형, 사각형 또는 타원형)를 형성하는 복수개의 측벽을 포함할 수 있음에 주의한다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, "d"는 약 0.2 내지 약 2m, 더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 약 1.5m, 가장 바람직하게는 0.4 내지 1.2m이다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, "h"는 약 0.3 내지 약 5m, 더욱 바람직하게는 약 0.5 내지 약 3m, 가장 바람직하게는 0.75 내지 2m이다.Now, although the
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 측벽(308)은 탈기 대역(312)의 수평 단면적이 탈기 대역(312)의 전체 높이 "h"를 따라 실질적으로 일정하도록 실질적으로 수직이다. 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 최대 수평 단면적은 반응 대역(28)의 최대 수평 단면적의 약 25% 미만이다. 더욱 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 최대 수평 단면적은 반응 대역(28)의 최대 수평 단면적의 약 0.1 내지 약 10%이다. 가장 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 최대 수평 단면적은 반응 대역(28)의 최대 수평 단면적의 0.25 내지 4%이다. 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 최대 수평 단면적은 약 0.02 내지 약 3㎡, 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 2㎡, 가장 바람직하게는 0.1 내지 1.2㎡이다. 탈기 대역(312)의 부피는 바람직하게는 반응 매질(36) 또는 반응 대역(28)의 총 부피의 약 5% 미만이다. 더욱 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 부피는 반응 매질(36) 또는 반응 대역(28)의 총 부피의 약 0.01 내지 약 2%이다. 가장 바람직하게는, 탈기 대역(312)의 부피는 반응 매질(36) 또는 반응 대역(28)의 총 부피의 0.05 내지 약 1%이다. 탈기 대역(312)의 부피는 바람직하게는 약 2㎥ 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.01 내지 약 1㎥, 가장 바람직하게는 0.05 내지 0.5㎥이다.In a preferred embodiment of the invention, the
이제 도 19를 참조하면, 기포탑 반응기(20)가 외부 탈기 용기(400)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 구성에서는, 폭기된 반응 매질(36)을 용기 쉘(22) 측부의 높은 개구를 통해 반응 대역(28)으로부터 수거한다. 수거된 폭기된 매질을, 고상 및 액상으로부터 기상을 분리시키기 위하여 유출 도관(402)을 통해 탈기 용기(400)로 수송한다. 분리된 기상은 도관(404)을 통해 탈기 용기(400)에서 나가는 한편, 실질적으로 탈기된 슬러리는 도관(406)을 통해 탈기 용기(400)에서 나간다.Referring now to FIG. 19,
도 19에서, 유출 도관(402)은 대략 곧고 수평이며 용기 쉘(22)에 수직인 것으로 도시되어 있다. 이는 단지 하나의 편리한 구성이며; 유출 도관(402)은 임의의 면에서 다를 수 있으나, 단 이는 기포탑 반응기(20)를 외부 탈기 용기(400)에 유용하게 연결시킨다. 도관(404)으로 돌아가서, 산화성 화합물 및 산화제를 함유하는 정체된 기체 포켓과 관련된 안전성 문제를 조절하기 위하여, 이 도관을 상부 탈기 용기(400)에서 또는 그 부근에서 연결시키는 것이 유용하다. 뿐만 아니라, 도관(402, 404)은 밸브 같은 유동 단절 수단을 유용하게 포함할 수 있다.In FIG. 19, the
도 19에 도시된 바와 같이 반응 매질(36)을 높은 배출구를 통해 반응기(20)로부터 수거하는 경우, 반응 대역(28)의 저부(52) 근처에서 기포탑 반응기(20)에 하부 배출구(408)가 설치되는 것이 바람직하다. 하부 배출구(408) 및 이에 연결된 하부 도관(410)을 사용하여 작동 중지 동안 반응기(20)의 재고량을 없앨 수 있다(즉, 비울 수 있다). 바람직하게는, 하나 이상의 하부 배출구(408)를 반응 매질(36)의 높이의 저부 1/3에, 더욱 바람직하게는 반응 매질(36)의 저부 1/4에, 가장 바람직하게는 반응 대역(28)의 최저 지점에 제공한다.When the
도 19에 도시된 높은 슬러리 수거 및 탈기 시스템과 관련하여, 산화시키는 동안 반응 대역(28)으로부터 슬러리를 수거하는데 하부 도관(410) 및 배출구(408)를 사용하지 않는다. 당해 분야에는 고체가 정체된 유동 도관을 비롯하여 슬러리의 폭기되지 않고 달리 진탕되지 않는 부분에서 비중에 의해 침강되는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 침강된 고체(예컨대, 테레프탈산)는 연속적인 침전 및/또는 결정질 재편성에 의해 큰 응집체로 응고되는 경향이 있을 수 있다. 그러므로, 하부 유동 도관(410)이 막히는 것을 방지하기 위하여, 탈기 용기(400)의 저부으로부터 탈기된 슬러리의 일부를 사용하여 정상적인 반응기(20) 작동 동안 하부 도관(410)을 연속적으로 또는 간헐적으로 플러쉬시킬 수 있다. 도관(410)에 이러한 슬러리 플러쉬를 제공하는 바람직한 수단은 도관(410)에서 밸브(412)를 주기적으로 개방하고 탈기된 슬러리의 일부를 도관(410)을 통해 또한 하부 개구(408)를 거쳐 반응 대역(28) 내로 유동시키는 것이다. 밸브(412)가 완전히 또는 부분적으로 개방된 경우에도, 탈기된 슬러리의 일부만이 하부 도관(410)을 통해 다시 반응 대역(28) 내로 유동한다. 하부 도관(410)을 플러쉬하는데 사용되지 않은 탈기된 슬러리의 나머지 일부는 후속 가공(예를 들어, 정제)을 위해 도관(414)을 통해 반응기(20)로부터 멀리 운송한다. With respect to the high slurry collection and degassing system shown in FIG. 19, the
상당한 시간(예컨대, >100시간)에 걸친 기포탑 반응기(20)의 정상적인 작동 동안, 하부 도관(410)을 플러쉬시키는데 사용되는 탈기된 슬러리의 양이 탈기 용기(400)의 저부으로부터 생성되는 전체 탈기된 슬러리의 50중량% 미만, 더욱 바람직하게는 약 20중량% 미만, 가장 바람직하게는 5중량% 미만인 것이 바람직하다. 또한, 상당한 시간에 걸쳐 하부 도관(410)을 플러쉬시키는데 사용되는 탈기된 슬러리의 평균 질량 유속이 반응 대역(28) 내로의 산화성 화합물의 평균 질량 유속의 약 4배 미만, 더욱 바람직하게는 반응 대역(28) 내로의 산화성 화합물의 평균 질량 유속의 약 2배 미만, 더더욱 바람직하게는 반응 대역(28) 내로의 산화성 화합물의 평균 질량 유속 미만, 가장 바람직하게는 반응 대역(28) 내로의 산화성 화합물의 평균 질량 유속의 0.5배 미만인 것이 바람직하다.During normal operation of
다시 도 19를 참조하면, 탈기 용기(400)는 탈기 대역(418)을 한정하는 실질적으로 입상, 바람직하게는 실린더형의 측벽(416)을 포함한다. 탈기 대역(418)은 직경 "d" 및 높이 "h"를 갖는다. 높이 "h"는 폭기된 반응 매질이 탈기 용기(400)에 들어가는 위치와 측벽(416)의 저부 사이의 수직 거리로서 측정된다. 탈기 대역(418)의 높이 "h", 직경 "d", 면적 및 부피는 바람직하게는 도 16 내지 도 18에 도시된 탈기 용기(300)의 탈기 대역(312)과 관련하여 상기 기재된 것과 실질적으로 동일하다. 또한, 탈기 용기(400)는 상기 탈기 대역(418) 위로 측벽(416)을 연장시킴으로써 생성시킨 상부 구역(420)을 포함한다. 탈기 용기(400)의 상부 구역(420)은 임의의 높이일 수 있으나, 이는 바람직하게는 반응 대역(28)에서의 반응 매질(36)의 수준까지 또는 그보다 높게 상향 연장된다. 상부 구역(420)은 기상이 도관(404)을 통해 탈기 용기(400)에서 나가기 전에 액상 및 고상으로부터 적절하게 분리되도록 하는 공간을 보장한다. 이제, 도관(404)이 분리된 기상을 반응기(20)의 분리 구역으로 되돌리는 것으로 도시되어 있으나, 도관(404)은 유출 도관(402) 위의 임의의 높이에서 용기 쉘(22)에 달리 연결될 수도 있다. 임의적으로, 도관(404)은 기체 유출 도관(40)에 연결되어, 탈기 용기(400)로부터의 분리된 기상이 도관(40)에서 제거된 오버헤드 증기 스트림과 합쳐져서 추가 가공을 위해 아래로 보내지도록 할 수 있다. Referring again to FIG. 19, the
이제 도 20을 살펴보면, 기포탑 반응기(20)가 하이브리드 내부-외부 탈기 용기(500)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 구성에서는, 반응 매질(36)의 일부가 용기 쉘(22)의 측벽에 있는 비교적 큰 높은 개구(502)를 통해 반응 대역(28)으로부터 수거된다. 수거된 반응 매질(36)은 비교적 직경이 큰 L자형 관(504)을 통해 수송되어 탈기 용기(500)의 상부에 들어간다. 도 20에서, L자형 도관(504)은 용기 쉘(22)의 측벽에 수직으로 연결되고, 약 90°의 각도로 자연스러운 변환부를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이는 단지 하나의 편리한 구성일 뿐이며; L자형 도관(504)은 임의의 면에서 다를 수 있으나, 단 이는 기재된 바와 같이 외부 탈기 용기(500)와 기포탑 반응기(20)를 유용하게 연결한다. 뿐만 아니라, L자형 도관(504)은 밸브 같은 유동 단절 수단을 유용하게 포함할 수 있다.Referring now to FIG. 20,
탈기 용기(500)에서, 기상은 상향 이동하는 반면, 고상 및 액상은 하향 이동한다. 상향 이동하는 기상은 L자형 도관(504)에 다시 들어가서 개구(502)를 통해 다시 반응 대역(28)으로 나간다. 따라서, 개구(502)에서는 들어가는 반응 매질(36)과 나가는 분리된 기체의 상반되는 유동이 일어날 수 있다. 탈기된 슬러리는 도관(506)을 통해 탈기 용기(500)에서 나간다. 탈기 용기(500)는 탈기 대역(510)을 한정하는 실질적으로 입상, 바람직하게는 실린더형의 측벽(508)을 포함한다. 탈기 대역(510)은 높이 "h" 및 직경 "d"를 갖는다. 높은 개구(502) 및 L자형 도관(504)이 탈기 대역(510)의 직경 "d"와 동일하거나 그보다 더 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다. 탈기 대역(510)의 높이 "h", 직경 "d", 면적 및 부피는 바람직하게는 도 16 내지 도 18에 도시된 탈기 용기(300)의 탈기 대역(312)과 관련하여 상기 기재된 것과 실질적으로 동일하다.In the
도 19 및 도 20은 반응 대역(28)에서 생성된 고체 생성물(예를 들어, 조질 테레프탈산)을 높은 배출구를 통해 반응 대역(28)으로부터 수거하는 기포탑 반응기(20)의 실시양태를 도시한다. 기포탑 반응기(20)의 저부보다 높은 위치에서 폭기된 반응 매질(36)을 수거하는 것은 반응 대역(28)의 저부(52)에 불량하게 폭기된 반응 매질(36)이 축적 및 정체되는 것을 피하는데 도움이 될 수 있다. 본 발명의 다른 양태에 따라, 반응 매질(36)의 상부 근처에서 반응 매질(36)중 산소 및 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 농도는 바람직하게는 저부 근처에서보다 낮다. 그러므로, 높은 위치에서 반응 매질(36)을 수거하면 반응기(20)로부터 수거되는 미반응 반응물의 양을 낮춤으로써 수율을 증가시킬 수 있다. 또한, 기포탑 반응기(20)가 높은 STR 및 본원에 개시된 화학적 조성의 구배로 작동될 때 반응 매질(36)의 온도는 수직 방향에서 크게 변화된다. 이러한 상황에서, 반응 매질(36)의 온도는 전형적으로 반응 대역(28)의 하부 말단 및 상부 말단 근처에서 국부적인 최소치를 갖는다. 하부 말단 부근에서, 최소치는 산화제의 전부 또는 일부가 수용되는 지점 부근에서의 용매의 증발에 관련된다. 상부 말단 부근에서, 최소치는 또 다시 용매의 증발에 기인하지만, 이 경우 용매의 증발은 반응 매질 내에서의 압력 감소에 따른 것이다. 또한, 추가적인 공급물 또는 산화제가 반응 매질 내로 수용되는 곳이면 어디든지 상부 말단과 하부 말단 사이에서 다른 국부적인 최소치가 발생될 수 있다. 따라서, 반응 대역(28)의 하부 말단과 상부 말단 사이에서 산화 반응의 발열에 의해 야기되는 하나 이상의 온도 최대치가 존재한다. 보다 높은 온도의 높은 위치에서 반응 매질(36)을 수거하면, 후속 가공이 보다 높은 온도에서 이루어지는 경우 특히 유리할 수 있는데, 후속 가공을 위해 수거된 매질을 가열하는데 수반되는 에너지 비용이 감소되기 때문이다.19 and 20 illustrate embodiments of
그러므로, 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 특히 후속 가송이 보다 높은 온도에서 이루어지는 경우, 반응 매질(36)은 액상 공급물 스트림 및/또는 기상 산화제 스트림의 50중량% 이상이 반응 대역(28)에 들어가는 위치(들)보다 높이 위치되는 높은 배출구(들)를 통해 기포탑 반응기(20)로부터 수거된다. 더욱 바람직하게는, 반응 매질(36)은 실질적으로 모든 액상 공급물 스트림 및/또는 기상 산화제 스트림이 반응 대역(28)에 들어가는 위치(들)보다 높이 위치하는 높은 배출구(들)를 통해 기포탑 반응기(20)로부터 수거된다. 바람직하게는, 기포탑 반응기(20)로부터 수거되는 고상 및 액상 성분의 50중량% 이상은 높은 배출구(들)를 통해 수거된다. 더욱 바람직하게는, 기포탑 반응기(20)로부터 수거되는 실질적으로 모든 고상 및 액상 성분은 높은 배출구(들)를 통해 수거된다. 바람직하게는, 높은 배출구(들)는 반응 대역(28)의 하부 말단(52)보다 약 1D 이상 더 높이 위치한다. 더욱 바람직하게는, 높은 배출구(들)는 반응 대역(28)의 하부 말단(52)보다 약 2D 이상 더 높게 위치한다. 가장 바람직하게는, 높은 배출구(들)는 반응 대역(28)의 하부 말단(52)보다 3D 이상 더 높게 위치한다. 반응 매질(36)의 높이 "H"가 주어지면, 높은 배출구(들)가 약 0.2H와 약 0.8H 사이, 더욱 바람직하게는 약 0.3H와 약 0.7H 사이, 가장 바람직하게는 0.4H와 0.6H 사이에서 수직으로 위치되는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 반응 대역(28)으로부터의 높은 배출구에서 반응 매질(36)의 온도가 반응 대역(28)의 하부 말단(52)에서의 반응 매질(36)의 온도보다 1℃ 이상 더 높은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 반응 대역(28)의 높은 배출구에서 반응 매질(36)의 온도는 반응 대역(28)의 하부 말단(52)에서의 반응 매질(36)의 온도보다 약 1.5 내지 약 16℃ 더 높다. 가장 바람직하게는, 반응 대역(28)의 높은 배출구에서 반응 매질(36)의 온도는 반응 대역(28)의 하부 말단(52)에서의 반응 매질(36)의 온도보다 2 내지 12℃ 더 높다.Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, especially when subsequent feeding is at a higher temperature, the
이제, 도 21을 참조하면, 기포탑 반응기(20)가 반응기(20)의 저부에 위치하는 다른 하이브리드 탈기 용기(600)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 구성에서는, 탈기된 반응 매질(36)이 용기 쉘(22)의 하부 말단(52)에서 비교적 큰 개구(602)를 통해 반응 대역(28)으로부터 수거된다. 개구(602)는 탈기 용기(600)의 개방된 상부 말단을 한정한다. 탈기 용기(600)에서, 기상은 상향 이동하는 반면 고상 및 액상은 하향 이동한다. 상향 이동하는 기상은 개구(602)를 통해 반응 대역(28)에 다시 들어갈 수 있다. 그러므로, 개구(602)에서는 들어가는 반응 매질(36)과 나가는 분리된 기체의 상반되는 유동이 일어날 수 있다. 탈기된 슬러리는 도관(604)을 통해 탈기 용기(600)에서 나간다. 탈기 용기(600)는 탈기 대역(608)을 한정하는 실질적으로 입상, 바람직하게는 실린더형의 측벽(606)을 포함한다. 탈기 대역(608)은 높이 "h" 및 직경 "d"를 갖는다. 개구(602)가 탈기 대역(608)의 직경 "d"와 동일하거나 그보다 더 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다. 탈기 대역(608)의 높이 "h", 직경 "d", 면적 및 부피는 바람직하게는 도 16 내지 도 18에 도시된 탈기 용기(300)의 탈기 대역(312)과 관련하여 상기 기재된 것과 실질적으로 동일하다.Referring now to FIG. 21,
이제, 도 22를 참조하면, 도 21의 기포탑 반응기(20)가 다른 산화제 스파저(620)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 산화제 스파저(620)는 고리 부재(622) 및 한 쌍의 유입 도관(624, 626)을 포함한다. 고리 부재(622)는 바람직하게는 도 12 내지 도 15와 관련하여 상기 기재된 고리 부재(202)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 유입 도관(624, 626)은 용기 쉘(22)의 하부 헤드(48)에 있는 개구를 통해 상향 연장되고, 고리 부재(622)에 산화제 스트림을 제공한다.Referring now to FIG. 22, the
이제 도 23을 참조하면, 도 21의 기포탑 반응기(20)가 산화제 스트림을 반응 대역(28)에 도입하기 위한 무-스파저(spargerless) 수단을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 23의 구성에서는, 산화제 도관(630, 632)을 통해 산화제 스트림이 반응기(20)에 제공된다. 산화제 도관(630, 632)은 용기 쉘(22)의 하부 헤드(48)에서 개별적인 산화제 개구(634, 636)에 연결된다. 산화제 개구(634, 636)를 통해 산화제 스트림을 반응 대역(28) 내로 직접 도입한다. 임의적인 충돌판(638, 640)을 제공하여, 산화제 스트림이 반응 대역(28)에 들어간 후 산화제 스트림의 유동을 편향시킬 수 있다. Referring now to FIG. 23, the
상기 언급된 바와 같이, 반응 매질중 산화제 화합물의 농도가 높은 대역을 피하는 방식으로(이러한 대역으로 인해 불순물이 생성될 수 있기 때문에) 산화 반응기가 구성 및 작동되는 것이 바람직하다. 반응 매질중 산화성 화합물(예를 들어, 파라-자일렌)의 초기 분산을 개선시키는 한 가지 방법은 액체로 산화성 화합물을 희석시키는 것이다. 산화성 화합물을 희석시키는데 사용되는 액체는 산화성 화합물이 반응 대역에 공급되는 위치(들)로부터 상당히 먼 거리에 위치하는 반응 매질 부분으로부터 유래될 수 있다. 반응 매질의 먼 부분으로부터의 이 액체는 주 반응 용기 내부 및/또는 외부에 배치되는 유동 도관을 통해 산화성 화합물의 유입 위치에 근접한 위치까지 순환될 수 있다.As mentioned above, it is preferred that the oxidation reactor be constructed and operated in such a way as to avoid zones with high concentrations of oxidant compounds in the reaction medium (because such zones can produce impurities). One way to improve the initial dispersion of oxidizing compounds (eg para-xylene) in the reaction medium is to dilute the oxidizing compounds with a liquid. The liquid used to dilute the oxidizing compound may be derived from a portion of the reaction medium that is located far away from the position (s) where the oxidizing compound is supplied to the reaction zone. This liquid from the distant portion of the reaction medium may be circulated through a flow conduit disposed inside and / or outside the main reaction vessel to a position close to the inlet position of the oxidizing compound.
도 24 및 도 25는 내부 도관(도 24) 또는 외부 도관(도 25)을 사용하여 액체를 반응 매질의 먼 부분으로부터 산화성 화합물의 주입구에 가까운 위치까지 순환시키는 두 가지 바람직한 방법을 도시한다. 바람직하게는, 주입구(즉, 액체가 도관에 들어가는 개구(들))로부터 배출구(즉, 액체가 도관으로부터 방출되는 개구(들))까지의 유동 도관의 길이는 약 1m보다 길고, 더욱 바람직하게는 약 3m보다 길며, 더더욱 바람직하게는 약 6m보다 길고, 가장 바람직하게는 9m보다 길다. 그러나, 산화성 화합물 공급물이 처음에 방출되는 용기 바로 위 또는 바로 옆에 위치하는 별도의 용기로부터 액체를 수득하는 경우에 도관의 실제 길이는 별로 관련이 없어진다. 반응 매질중 적어도 일부를 함유하는 임의의 별도의 용기로부터의 액체는 산화성 화합물의 초기 희석에 바람직한 공급원이다.24 and 25 illustrate two preferred methods for circulating a liquid from a distant portion of the reaction medium to a location close to the inlet of the oxidizing compound using an inner conduit (FIG. 24) or an outer conduit (FIG. 25). Preferably, the length of the flow conduit from the inlet (ie, the opening (s) into which the liquid enters the conduit) to the outlet (ie, the opening (s) from which the liquid is discharged from the conduit) is longer than about 1 m, more preferably Longer than about 3 m, even more preferably longer than about 6 m, most preferably longer than 9 m. However, the actual length of the conduit becomes less relevant when the liquid is obtained from a separate vessel located directly above or next to the vessel from which the oxidative compound feed is initially released. Liquid from any separate vessel containing at least a portion of the reaction medium is a preferred source for the initial dilution of the oxidizing compound.
공급원이 무엇이든지 간에 도관을 통해 유동하는 액체가 도관의 하나 이상의 배출구에 바로 인접한 반응 매질보다 더 낮은 산화성 화합물의 변하지 않는 농도를 갖는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 도관을 통해 유동하는 액체가 약 100,000ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 10,000ppmw 미만, 더더욱 바람직하게는 약 1,000ppmw 미만, 가장 바람직하게는 100ppmw 미만의 액상중 산화성 화합물의 농도를 갖는 것이 바람직하며, 이 때 농도는 산화성 화합물 공급물의 증가분 및 임의적인 별도의 용매 공급물을 도관에 첨가하기 전에 측정된다. 산화성 화합물 공급물의 증가분 및 임의적인 용매 공급물을 첨가한 후에 측정되는 경우, 반응 매질에 들어가는 합쳐진 액체 스트림이 약 300,000ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 50,000ppmw 미만, 가장 바람직하게는 10,000ppmw 미만의 액상중 산화성 화합물의 농도를 갖는 것이 바람직하다.Whatever the source, it is desirable for the liquid flowing through the conduit to have an unchanging concentration of oxidizing compound lower than the reaction medium immediately adjacent one or more outlets of the conduit. In addition, it is preferred that the liquid flowing through the conduit has a concentration of oxidizing compound in the liquid phase of less than about 100,000 ppmw, more preferably less than about 10,000 ppmw, even more preferably less than about 1,000 ppmw, most preferably less than 100 ppmw. The concentration is then measured before the addition of the oxidative compound feed and any separate solvent feed to the conduit. If the increase in oxidative compound feed and the optional solvent feed are measured after addition, the combined liquid stream entering the reaction medium is less than about 300,000 ppm, more preferably less than about 50,000 ppm and most preferably less than 10,000 ppm It is preferred to have a concentration of heavy oxidizing compound.
순환되는 액체가 반응 매질 내에서의 산화성 화합물의 바람직한 전체 구배를 억압하지 않도록 충분히 낮은 속도로 도관을 통한 유동을 유지시키는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 산화성 화합물의 증가분이 처음으로 방출되는 반응 대역중 액상의 질량 유속 대 도관을 통해 유동하는 액체의 질량 유속의 비가 약 0.3분보다 크고, 더욱 바람직하게는 약 1분보다 크며, 더욱 더 바람직하게는 약 2분 내지 약 120분이고, 가장 바람직하게는 3분 내지 60분인 것이 바람직하다.It is desirable to maintain the flow through the conduit at a sufficiently low rate so that the circulating liquid does not suppress the desired overall gradient of oxidizing compound in the reaction medium. In this regard, the ratio of the mass flow rate of the liquid flowing through the conduit to the mass flow rate of the liquid flowing through the conduit in the reaction zone in which the increase in oxidizing compound is first released is greater than about 0.3 minutes, more preferably greater than about 1 minute, even more Preferably from about 2 minutes to about 120 minutes, most preferably from 3 minutes to 60 minutes.
도관을 통해 액체를 강제로 유동시키는 다수의 수단이 있다. 바람직한 수단은 비중, 모티브(motive) 유체로서 기체 또는 액체 또는 둘 다를 이용하는 모든 유형의 추출기, 및 모든 유형의 기계적 펌프를 포함한다. 추출기를 사용하는 경우, 본 발명의 한 실시양태는 산화성 화합물의 공급물(액체 또는 기체), 산화제의 공급물(기체), 용매의 공급물(액체) 및 반응 매질의 펌핑되는 공급원(슬러리)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유체를 모티브 유체로서 사용한다. 다른 실시양태에서는 산화성 화합물의 공급물, 산화제의 공급물 및 용매의 공급물로 이루어진 군으로부터 선택되는 둘 이상의 유체를 모티브 유체로서 사용한다. 또 다른 실시양태는 산화성 화합물의 공급물, 산화제의 공급물 및 용매의 공급물의 조합을 모티브 유체로서 사용한다.There are a number of means for forcing a liquid to flow through the conduit. Preferred means include specific gravity, all types of extractors using gas or liquid or both as motive fluids, and all types of mechanical pumps. When using an extractor, one embodiment of the invention is a feed (liquid or gas) of an oxidizing compound, a feed (gas) of an oxidant, a feed (liquid) of a solvent and a pumped source (slurry) of the reaction medium. At least one fluid selected from the group consisting of is used as the motif fluid. In another embodiment, two or more fluids selected from the group consisting of a feed of an oxidizable compound, a feed of an oxidant and a feed of a solvent are used as the motif fluid. Another embodiment uses a combination of a feed of an oxidizable compound, a feed of an oxidant, and a feed of a solvent as the motif fluid.
순환 도관의 적절한 직경 또는 직경들은 운송되는 물질의 양 및 특성, 강제로 유동 이동시키는데 이용될 수 있는 에너지 및 자본 비용의 고려에 따라 달라질 수 있다. 이들 도관의 최소 직경이 약 0.02m보다 크고, 더욱 바람직하게는 약 0.06 내지 약 2m, 가장 바람직하게는 0.12 내지 0.8m인 것이 바람직하다.Appropriate diameters or diameters of the circulation conduit may vary depending on the amount and nature of the material being transported, and the energy and capital costs that can be used to force flow movement. It is preferred that the minimum diameter of these conduits is greater than about 0.02 m, more preferably about 0.06 to about 2 m, most preferably 0.12 to 0.8 m.
상기 나타낸 바와 같이, 도관을 통한 유동을 특정의 바람직한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 유동 도관을 제작하는 동안 적절한 고정된 기하학적 구조를 설정함으로써 이러한 조절에 영향을 끼치는, 당해 분야에 공지되어 있는 다수의 수단이 존재한다. 다른 바람직한 실시양태는 모든 종류 및 설명의 밸브(수동 조작, 및 감지 소자로부터의 피드백 조절 루프를 포함하거나 갖지 않는 임의의 수단에 의한 동력화된 조작 포함)를 비롯한, 작동되는 동안 변할 수 있는 기하학적 구조를 사용하는 것이다. 희석 액체의 유동을 조절하는 다른 바람직한 수단은 도관의 주입구와 배출구 사이의 에너지 투입량을 변화시키는 것이다. 바람직한 수단은 추출기로의 하나 이상의 모티브 유체의 유속을 변화시키는 것, 펌프 구동기로의 에너지 투입량을 변화시키는 것, 및 밀도 차이 또는 비중에 의한 힘을 이용하는 경우 높이 차이를 변화시키는 것을 포함한다. 이들 바람직한 수단을 모든 함께 조합하여 사용할 수 있다.As indicated above, it is desirable to regulate the flow through the conduit to a specific desired range. There are a number of means known in the art that influence this control by setting up appropriate fixed geometries during fabrication of the flow conduit. Other preferred embodiments include geometries that can vary during operation, including valves of all kinds and descriptions, including manual operation and motorized operation by any means with or without feedback control loops from the sensing elements. Is to use. Another preferred means of controlling the flow of dilution liquid is to change the energy input between the inlet and outlet of the conduit. Preferred means include changing the flow rate of one or more motif fluids to the extractor, changing the energy input to the pump driver, and changing the height difference when using a force by density difference or specific gravity. These preferred means can be used in combination of all together.
반응 매질로부터의 액체의 순환에 사용되는 도관은 당해 분야에 공지되어 있는 임의의 유형일 수 있다. 한 실시양태는 종래의 파이핑 재료를 사용하여 완전히 또는 부분적으로 제작된 도관을 이용한다. 다른 실시양태는 도관의 일부로서 반응 용기 벽을 이용하여 완전히 또는 부분적으로 제작된 도관을 이용한다. 도관을 반응 용기의 경계 내에 완전히 포함시켜 제작할 수 있거나(도 24), 또는 도관을 반응 용기의 외부에서 완전히 제작할 수 있거나(도 25), 또는 도관은 반응 용기 내의 구역 및 반응 용기 외부의 구역을 포함할 수도 있다.The conduits used for the circulation of the liquid from the reaction medium can be of any type known in the art. One embodiment utilizes conduits made fully or partially using conventional piping materials. Other embodiments utilize conduits made fully or partially using reaction vessel walls as part of the conduits. The conduits can be made completely within the boundaries of the reaction vessel (FIG. 24), or the conduits can be made completely outside the reaction vessel (FIG. 25), or the conduits include a zone within the reaction vessel and a zone outside the reaction vessel. You may.
본 발명자들은 특히 큰 반응기에서, 도관을 통해 액체를 이동시키기 위하여 여러 개의 도관 및 다양한 디자인의 도관을 갖는 것이 바람직할 수 있음을 고려한다. 또한, 도관중 하나 또는 모두 상의 다수개의 위치에 다수개의 배출구를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 디자인의 특정 사항은 본 발명의 다른 양태에 따라 산화성 화합물의 변하지 않는 농도의 바람직한 전체 구배와 산화성 화합물 공급물의 목적하는 초기 희석의 균형을 맞춘다. The inventors contemplate that it may be desirable to have several conduits and conduits of various designs in order to move the liquid through the conduits, especially in large reactors. It may also be desirable to provide multiple outlets at multiple locations on one or both of the conduits. Certain aspects of the design balance a desired overall gradient of unchanging concentration of oxidizing compound with the desired initial dilution of the oxidizing compound feed according to another aspect of the present invention.
도 24 및 도 25는 둘 다 도관에 연결된 탈기 용기를 이용하는 디자인을 도시한다. 이 탈기 용기는 들어가는 산화성 화합물을 희석시키는데 사용되는 반응 매질 부분이 실질적으로 탈기된 슬러리이도록 보장한다. 그러나, 들어가는 산화성 화합물을 희석시키는데 사용되는 액체 또는 슬러리가 폭기된 형태 및 탈기된 형태일 수 있음에 주의한다.24 and 25 show a design using a degassing vessel both connected to a conduit. This degassing vessel ensures that the portion of the reaction medium used to dilute the oxidizing compound entering is a substantially degassed slurry. However, it is noted that the liquid or slurry used to dilute the oxidizing compound entering may be in aerated and degassed form.
도관을 통해 유동하는 액체를 사용하여 산화성 화합물 공급물을 희석시키는 것은 기포탑 반응기에서 특히 유용하다. 뿐만 아니라, 기포탑 반응기에서는, 산화성 화합물 공급물을 도관 내로 직접 첨가하지 않고도 산화성 화합물 공급물의 초기 희석의 우수한 이점을 달성할 수 있으나, 단 도관의 배출구는 산화성 화합물의 첨가 위치에 충분히 가깝게 위치한다. 이러한 실시양태에서는, 도관의 배출구가 산화성 화합물의 가장 가까운 첨가 위치의 약 27개의 도관 배출구 직경 내에, 더욱 바람직하게는 약 9개의 도관 배출구 직경 내에, 더더욱 바람직하게는 약 3개의 도관 배출구 직경 내에, 가장 바람직하게는 1개의 도관 배출구 직경 내에 위치하는 것이 바람직하다. Dilution of the oxidative compound feed with liquid flowing through the conduit is particularly useful in bubble column reactors. In addition, in a bubble column reactor, the superior advantage of initial dilution of the oxidant compound feed can be achieved without adding the oxidant compound feed directly into the conduit, although the outlet of the conduit is located close enough to the location of the addition of the oxidizing compound. In this embodiment, the outlet of the conduit is most within about 27 conduit outlet diameters, more preferably within about 9 conduit outlet diameters, even more preferably within about 3 conduit outlet diameters of the nearest addition location of the oxidizing compound. It is preferably located within one conduit outlet diameter.
반응 매질의 먼 부분으로부터 희석 액체를 수득하기 위한 도관을 사용하지 않고서도, 유동 추출기가 본 발명의 한 실시양태에 따른 산화 기포탑 반응기에서 산화성 화합물 공급물의 초기 희석에 유용할 수 있음을 발견하였다. 이러한 경우, 추출기는 반응 매질 내에 위치하고, 반응 매질로부터 추출기의 경부(throat)(여기에서는 인접 반응 매질에서 낮은 압력이 초래됨)로의 개방 경로를 갖는다. 두 가지 가능한 추출기 구성의 예가 도 26 및 도 27에 도시되어 있다. 이들 추출기의 바람직한 실시양태에서, 산화성 화합물을 공급하는 가장 가까운 위치는 추출기의 경부의 약 4m 이내, 더욱 바람직하게는 약 1m 이내, 가장 바람직하게는 0.3m 이내이다. 다른 실시양태에서, 산화성 화합물을 모티브 유체로서 가압하에 공급한다. 또 다른 실시양태에서는, 용매 또는 산화제를 산화성 화합물과 함께 추가의 모티브 유체로서 가압하에 공급한다. 또 다른 실시양태에서는, 용매 및 산화제를 산화성 화합물과 함께 추가적인 모티브 유체로서 가압하에 공급한다. It has been found that a flow extractor may be useful for initial dilution of an oxidizing compound feed in an oxidized bubble column reactor according to one embodiment of the present invention without using conduits to obtain dilution liquid from a distant portion of the reaction medium. In this case, the extractor is located in the reaction medium and has an open path from the reaction medium to the throat of the extractor, where low pressure is caused in the adjacent reaction medium. Examples of two possible extractor configurations are shown in FIGS. 26 and 27. In a preferred embodiment of these extractors, the closest location for supplying the oxidizing compound is within about 4 m, more preferably within about 1 m and most preferably within 0.3 m of the neck of the extractor. In other embodiments, the oxidative compound is fed under pressure as a motif fluid. In another embodiment, the solvent or oxidant is fed under pressure as an additional motif fluid with the oxidizing compound. In another embodiment, the solvent and oxidant are fed under pressure as additional motive fluid together with the oxidizing compound.
본 발명자들은, 특히 보다 큰 반응기에서, 반응 매질 내의 다양한 위치에 위치하는 다양한 디자인의 복수개의 추출기를 갖는 것이 바람직할 수 있는 것으로 생각한다. 디자인의 세부사항은 본 발명의 다른 양태에 따라 산화성 화합물의 변하지 않는 농도의 전체적인 바람직한 구배와 산화성 화합물 공급물의 목적하는 초기 희석의 균형을 맞춘다. 또한, 본 발명자들은 추출기로부터의 유출 유동 플럼(plume)이 임의의 방향으로 배향될 수 있는 것으로 생각한다. 복수개의 추출기를 사용하는 경우, 각각의 추출기는 임의의 방향으로 별도로 배향될 수 있다.The inventors believe that it may be desirable to have a plurality of extractors of various designs located at various locations in the reaction medium, especially in larger reactors. The details of the design balance the desired initial dilution of the oxidizable compound feed with the overall preferred gradient of the unchanging concentration of the oxidizable compound according to another aspect of the present invention. In addition, the inventors believe that the outflow flow plume from the extractor may be oriented in any direction. When using a plurality of extractors, each extractor can be oriented separately in any direction.
상기 언급된 바와 같이, 도 1 내지 도 27을 참조하여 상기 기재된 기포탑 반응기(20)의 특정한 물리적 특징 및 작동 특징은 반응 매질(36)의 압력, 온도 및 반응물(즉, 산소 및 산화성 화합물)의 수직 구배를 제공한다. 상기 논의된 바와 같이, 이들 수직 구배는 전체에 걸쳐 비교적 균일한 압력, 온도 및 반응물 농도의 잘-혼합된 반응 매질을 선호하는 종래의 산화 공정에 비해 더욱 효과적이고 경제적인 산화 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따른 산화 시스템을 이용함으로써 가능해지는 산소, 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌) 및 온도의 수직 구배를 이제 더욱 상세하게 논의한다.As mentioned above, the specific physical and operating characteristics of
이제 도 28을 참조하면, 기포탑 반응기(20)에서의 산화 동안 반응 매질(36)에 존재하는 반응물 농도 구배를 정량하기 위하여, 반응 매질(36)의 전체 부피를 동일 부피의 30개의 개별 수평 분층으로 이론적으로 분할할 수 있다. 도 28은 반응 매질(36)을 동일한 부피의 30개의 개별 수평 분층으로 분할하는 개념을 도시한다. 최고 및 최저 수평 분층을 제외하고, 각각의 수평 분층은 가상 수평 평면에 의해 상부 및 저부에서 경계를 이루고 반응기(20)의 벽에 의해 측부 경계를 갖는 개별 부피이다. 최고 수평 분층은 가상 수평 평면에 의해 저부 경계가 지어지고 반응 매질(36)의 상부 표면에 의해 상부 경계가 지어진다. 최저 수평 분층은 가상 수평 평면에 의해 상부에서 또한 용기 쉘의 저부에 의해 저부에서 경계가 지어진다. 반응 매질(36)을 동일한 부피의 30개의 개별적인 수평 분층으로 이론적으로 분할한 후에는, 각 수평 분층의 시간-평균 및 부피-평균 농도를 결정할 수 있다. 모두 30개의 수평 분층의 최대 농도를 갖는 개별 수평 분층을 "C-최대 수평 분층"이라고 할 수 있다. C-최대 수평 분층보다 높게 위치하고 C-최대 수평 분층보다 높게 위치된 모든 수평 분층의 최소 농도를 갖는 개별 수평 분층을 "C-최소 수평 분층"이라고 할 수 있다. 이어, C-최대 수평 분층에서의 농도 대 C-최소 수평 분층에서의 농도의 비로서 수직 농도 구배를 계산할 수 있다. Referring now to FIG. 28, in order to quantify the gradient of reactant concentration present in
산소 농도 구배의 정량과 관련하여, 반응 매질(36)이 동일한 부피의 30개의 별도의 수평 분층으로 이론적으로 분할되는 경우, O2-최대 수평 분층은 모두 30개의 수평 분층의 최대 산소 농도를 갖는 것으로 확인되고, O2-최소 수평 분층은 O2-최대 수평 분층보다 높게 위치하는 수평 분층의 최소 산소 농도를 갖는 것으로 확인된다. 시간-평균 및 부피-평균 몰(습식) 기준으로 반응 매질(36)의 기상에서 수평 분층의 산소 농도를 측정한다. O2-최대 수평 분층의 산소 농도 대 O2-최소 수평 분층의 산소 농도의 비가 약 2:1 내지 약 25:1, 더욱 바람직하게는 약 3:1 내지 약 15:1, 가장 바람직하게는 4:1 내지 10:1인 것이 바람직하다.Regarding the quantification of the oxygen concentration gradient, when the
전형적으로, O2-최대 수평 분층은 반응 매질(36)의 저부 부근에 위치하는 반면, O2-최소 수평 분층은 반응 매질(36)의 상부 근처에 위치한다. 바람직하게는, O2-최소 수평 분층은 30개의 개별적인 수평 분층의 5개 최고 수평 분층중 하나이다. 가장 바람직하게는, O2-최소 수평 분층은 도 28에 도시된 바와 같이 30개의 개별적인 수평 분층중 최고 분층이다. 바람직하게는, O2-최대 수평 분층은 30개의 개별적인 수평 분층의 10개 최저 수평 분층중 하나이다. 가장 바람직하게는, O2-최대 수평 분층은 30개의 별도의 수평 분층의 5개 최저 수평 분층중 하나이다. 예를 들어, 도 28은 반응기(20)의 저부으로부터 세번째 수평 분층으로서 O2-최대 수평 분층을 도시한다. O2-최소 및 O2-최대 수평 분층 사이의 수직 간격이 약 2W 이상, 더욱 바람직하게는 약 4W 이상, 가장 바람직하게는 6W 이상인 것이 바람직하다. O2-최소 및 O2-최대 수평 분층 사이의 수직 간격이 약 0.2H 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.4H 이상, 가장 바람직하게는 0.6H 이상인 것이 바람직하다. Typically, the O 2 -maximum horizontal separation is located near the bottom of the
O2-최소 수평 분층의 시간-평균 및 부피-평균 산소 농도(습식 기준)는 약 0.1 내지 약 3몰%, 더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 약 2몰%, 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5몰%이다. O2-최대 수평 분층의 시간-평균 및 부피-평균 산소 농도는 바람직하게는 약 4 내지 약 20몰%, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 15몰%, 가장 바람직하게는 6 내지 12몰%이다. 기체 배출구(40)를 통해 반응기(20)로부터 방출되는 기상 유출물중 시간-평균 산소 농도(건식 기준)는 바람직하게는 약 0.5 내지 약 9몰%, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 7몰%, 가장 바람직하게는 1.5 내지 5몰%이다.The time-average and volume-average oxygen concentrations (wet basis) of the O 2 -minimal horizontal slice are from about 0.1 to about 3 mol%, more preferably from about 0.3 to about 2 mol%, most preferably from 0.5 to 1.5 mol% to be. The time-average and volume-average oxygen concentrations of the O 2 -maximum horizontal partitions are preferably about 4 to about 20 mole percent, more preferably about 5 to about 15 mole percent, most preferably 6 to 12 mole percent. . The time-averaged oxygen concentration (dry basis) in the gaseous effluent discharged from the
산소 농도가 반응 매질(36)의 상부 쪽으로 현저히 감소하기 때문에, 반응 매질(36)의 상부에서는 산소 요구량을 감소시키는 것이 바람직하다. 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌)의 농도에 대해 수직 구배(산화성 화합물의 최소 농도가 반응 매질(36)의 상부 근처에 위치함)를 생성시킴으로써 반응 매질(36)의 상부 근처에서 이렇게 감소된 산소 요구량을 달성할 수 있다. Since the oxygen concentration decreases significantly toward the top of the
산화성 화합물(예를 들어, 파라-자일렌) 농도 구배를 정량함과 관련하여, 반응 매질(36)이 동일한 부피의 30개의 개별적인 수평 분층으로 이론적으로 분할되는 경우, OC-최대 수평 분층은 30개 수평 분층 모두의 최대 산화성 화합물 농도를 갖는 것으로 확인되며, OC-최소 수평 분층은 OC-최대 수평 분층 위에 위치하는 수평 분층의 최소 산화성 화합물 농도를 갖는 것으로 확인된다. 수평 분층의 산화성 화합물 농도는 시간-평균 및 부피-평균 물질 분율 기준으로 액상에서 측정된다. OC-최대 수평 분층의 산화성 화합물 농도 대 OC-최소 수평 분층의 산화성 화합물 농도의 비가 약 5:1보다 크고, 더욱 바람직하게는 약 10:1보다 크며, 더더욱 바람직하게는 약 20:1보다 크고, 가장 바람직하게는 40:1 내지 1000:1인 것이 바람직하다.With regard to quantifying the oxidative compound (eg para-xylene) concentration gradient, when the
전형적으로, OC-최대 수평 분층은 반응 매질(36)의 저부(바닥) 근처에 위치하는 반면, OC-최소 수평 분층은 반응 매질(36)의 상부 근처에 위치한다. 바람직하게는, OC-최소 수평 분층은 30개의 별도의 수평 분층의 5개 최고 수평 분층중 하나이다. 가장 바람직하게는, OC-최소 수평 분층은 도 28에 도시되어 있는 바와 같이 30개의 별도의 수평 분층중 최고 분층이다. 바람직하게는, OC-최대 수평 분층은 30개의 별도의 수평 분층의 10개 최고 수평 분층중 하나이다. 가장 바람직하게는, OC-최대 수평 분층은 30개의 별도의 수평 분층의 5개 최하 수평 분층중 하나이다. 예를 들어, 도 28은 반응기(20)의 저부(바닥)로부터 다섯번째 수평 분층으로서 OC-최대 수평 분층을 도시한다. OC-최소 수평 분층과 OC-최대 수평 분층 사이의 수직 간격이 약 2W 이상(여기에서, "W"는 반응 매질(36)의 최대 폭임)인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, OC-최소 수평 분층과 OC-최대 수평 분층 사이의 수직 간격은 약 4W 이상, 가장 바람직하게는 6W 이상이다. 반응 매질(36)의 높이 "H"가 주어지는 경우, OC-최소 수평 분층과 OC-최대 수평 분층 사이의 수직 간격이 약 0.2H 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.4H 이상, 가장 바람직하게는 0.6H 이상인 것이 바람직하다.Typically, the OC-maximum horizontal separation is located near the bottom (bottom) of the
OC-최소 수평 분층의 액상중 시간-평균 및 부피-평균 산화성 화합물(예컨대, 파라-자일렌) 농도는 바람직하게는 약 5,000ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 2,000ppmw 미만, 더더욱 바람직하게는 약 400ppmw 미만, 가장 바람직하게는 1 내지 100ppmw이다. OC-최대 수평 분층의 액상중 시간-평균 및 부피-평균 산화성 화합물 농도는 바람직하게는 약 100 내지 약 10,000ppmw, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 약 5,000ppmw, 가장 바람직하게는 500 내지 3,000ppmw이다.The time-average and volume-average oxidizing compound (eg, para-xylene) concentrations in the liquid phase of the OC-minimal horizontal layer are preferably less than about 5,000 ppmw, more preferably less than about 2,000 ppmw, even more preferably about 400 ppmw Below, most preferably 1 to 100 ppmw. The time-averaged and volume-averaged oxidizing compound concentrations in the liquid phase of the OC-maximum horizontal partition are preferably about 100 to about 10,000 ppmw, more preferably about 200 to about 5,000 ppmw, most preferably 500 to 3,000 ppmw.
기포탑 반응기(20)가 산화성 화합물 농도의 수직 수배를 제공하는 것이 바람직하기는 하지만, 1,000ppmw보다 높은 액상중 산화성 화합물 농도를 갖는 반응 매질(36)의 부피%를 최소화시키는 것도 또한 바람직하다. 바람직하게는, 1,000ppmw보다 높은 액상중 산화성 화합물 농도를 갖는 반응 매질(36)의 시간-평균 부피%는 약 9% 미만, 더욱 바람직하게는 약 6% 미만, 가장 바람직하게는 3% 미만이다. 바람직하게는, 2,500ppmw보다 높은 액상중 산화성 화합물 농도를 갖는 반응 매질(36)의 시간-평균 부피%는 약 1.5% 미만, 더욱 바람직하게는 약 1% 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 미만이다. 바람직하게는, 10,000ppmw보다 높은 액상중 산화성 화합물 농도를 갖는 반응 매질(36)의 시간-평균 부피%는 약 0.3% 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.1% 미만, 가장 바람직하게는 0.03% 미만이다. 바람직하게는, 25,000ppmw보다 높은 액상중 산화성 화합물 농도를 갖는 반응 매질(36)의 시간-평균 부피%는 약 0.03% 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.015% 미만, 가장 바람직하게는 0.007% 미만이다. 본 발명자들은 산화성 화합물의 높은 수준을 갖는 반응 매질(36)의 부피가 하나의 동일 한계내의(contiguous) 부피에 속할 필요는 없음을 알아내었다. 여러 시간에서, 기포탑 반응 용기에서의 혼란한 유동 패턴이 높은 수준의 산화성 화합물을 갖는 반응 매질(36)의 둘 이상의 연속적이지만 분리된 부분을 동시에 생성시킨다. 시간 평균화에 이용되는 각각의 시간에서, 전체 반응 매질의 0.0001부피%보다 큰 이러한 연속적이지만 분리된 부피 모두를 함께 부가하여 액상중 높은 수준의 산화성 화합물 농도를 갖는 전체 부피를 결정한다.Although it is desirable for the
상기 논의된 산소 및 산화성 화합물의 농도 구배에 덧붙여, 반응 매질(36)에 온도 구배가 존재하는 것이 바람직하다. 다시 도 28을 보면, 이 온도 구배는, 반응 매질(36)을 동일한 부피의 30개의 개별적인 수평 분층으로 이론적으로 분할하고 각 분층의 시간-평균 및 부피-평균 온도를 측정함으로써, 농도 구배와 유사한 방식으로 정량될 수 있다. 최저 15개의 수평 분층 중 최저온을 갖는 수평 분층을 T-최소 수평 분층이라 할 수 있고, T-최소 수평 분층 위에 위치하고 T-최소 수평 분층 위의 모든 분층의 최대 온도를 갖는 수평 분층을 "T-최대 수평 분층"이라 할 수 있다. T-최대 수평 분층의 온도가 T-최소 수평 분층의 온도보다 약 1℃ 이상 더 높은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, T-최대 수평 분층의 온도는 T-최소 수평 분층의 온도보다 약 1.25 내지 약 12℃ 더 높다. 가장 바람직하게는, T-최대 수평 분층의 온도는 T-최소 수평 분층의 온도보다 2 내지 8℃ 더 높다. T-최대 수평 분층의 온도는 바람직하게는 약 125 내지 약 200℃, 더욱 바람직하게는 약 140 내지 약 180℃, 가장 바람직하게는 150 내지 170℃이다.In addition to the concentration gradients of the oxygen and oxidizing compounds discussed above, it is desirable that a temperature gradient be present in the
전형적으로, T-최대 수평 분층은 반응 매질(36)의 중심 부근에 위치하는 반면, T-최소 수평 분층은 반응 매질(36)의 저부 근처에 위치한다. 바람직하게는, T-최소 수평 분층은 15개의 최저 수평 분층의 10개 최저 수평 분층중 하나이다. 가장 바람직하게는, T-최소 수평 분층은 15개의 최저 수평 분층의 5개 최저 수평 분층중 하나이다. 예를 들어, 도 28은 반응기(20)의 저부로부터 두번째 수평 분층으로서 T-최소 수평 분층을 도시한다. 바람직하게는, T-최대 수평 분층은 30개의 별도의 수평 분층의 20개 중간 수평 분층중 하나이다. 가장 바람직하게는, T-최대 수평 분층은 30개의 별도의 수평 분층의 14개 중간 수평 분층중 하나이다. 예를 들면, 도 28은 반응기(20)의 저부로부터 12번째 수평 분층(즉, 중간 10개의 수평 분층중 하나)으로서 T-최대 수평 분층을 도시한다. T-최소 수평 분층과 T-최대 수평 분층 사이의 수직 간격이 약 2W 이상, 더욱 바람직하게는 약 4W 이상, 가장 바람직하게는 6W 이상인 것이 바람직하다. T-최소 수평 분층과 T-최대 수평 분층 사이의 수직 간격이 약 0.2H 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.4H 이상, 가장 바람직하게는 0.6H 이상인 것이 바람직하다.Typically, the T-maximal horizontal separation is located near the center of the
상기 논의된 바와 같이, 반응 매질(36)에 수직 온도 구배가 존재하는 경우, 특히 수거된 생성물을 더 높은 온도에서 추가적으로 후속 가공시킬 때, 반응 매질(36)을 반응 매질의 온도가 최고인 높은 위치에서 수거하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 도 19 및 도 20에 도시되어 있는 바와 같이 하나 이상의 높은 배출구를 통해 반응 매질(36)을 반응 대역(28)으로부터 수거하는 경우, 높은 배출구(들)가 T-최대 수평 분층 근처에 위치하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 높은 배출구는 T-최대 수평 분층의 10개의 수평 분층 내에, 더욱 바람직하게는 T-최대 수평 분층의 5개의 수평 분층 내에, 가장 바람직하게는 T-최대 수평 분층의 2개의 수평 분층 내에 위치한다.As discussed above, where there is a vertical temperature gradient in the
이제, 본원에 기재된 본 발명의 특징 중 다수를, 단일 산화 반응기만을 사용하는 시스템이 아닌 다중 산화 반응기 시스템에 이용할 수 있음에 주의한다. 또한, 본원에 기재된 본 발명의 특정한 특징을 버블-진탕식 반응기(즉, 기포탑 반응기)가 아닌 기계-진탕식 및/또는 유동-진탕식 산화 반응기에 이용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명자들은 반응 매질 전체에 걸쳐 산소 농도 및/또는 산소 소비 속도를 단계화/변화시키는데 수반되는 특정한 이점을 발견하였다. 반응 매질에서의 산소 농도/소비의 단계화에 의해 달성되는 이점은 반응 매질의 전체 부피가 단일 용기에 함유되는지 또는 다수개의 용기에 함유되는지에 관계없이 달성될 수 있다. 뿐만 아니라, 반응 매질의 산소 농도/소비의 단계화에 의해 달성되는 이점은 반응 용기(들)가 기계-진탕식, 유동-진탕식 및/또는 버블-진탕식인지에 관계없이 달성될 수 있다.It is now noted that many of the features of the invention described herein can be used in multiple oxidation reactor systems, rather than systems using only a single oxidation reactor. In addition, certain features of the invention described herein may be utilized in machine- shake and / or flow-shake oxidation reactors rather than bubble-shake reactors (ie bubble column reactors). For example, the inventors have found certain advantages associated with stepping / changing the oxygen concentration and / or the rate of oxygen consumption throughout the reaction medium. The advantages achieved by the stepping of the oxygen concentration / consumption in the reaction medium can be achieved whether the entire volume of the reaction medium is contained in a single vessel or in multiple vessels. In addition, the advantages achieved by the stepping of the oxygen concentration / consumption of the reaction medium can be achieved regardless of whether the reaction vessel (s) are machine-shake, flow-shake and / or bubble-shake.
반응 매질의 산소 농도 및/또는 소비의 단계화 정도를 정량하는 한 방법은 반응 매질의 둘 이상의 별도의 20% 연속 부피를 비교하는 것이다. 이들 20% 연속 부피는 임의의 특정 형상으로 한정될 필요가 없다. 그러나, 각각의 20% 연속 부피는 반응 매질의 동일 한계내의 부피를 형성해야 하고(즉, 각각의 부피는 "연속적임"), 20% 연속 부피는 서로 중첩되지 않아야 한다(즉, 부피는 "별개임"). 도 29 내지 도 31은 이들 별개의 20% 연속 부피가 동일한 반응기(도 29) 또는 다중 반응기(도 30 및 도 31)에 위치될 수 있음을 도시한다. 도 29 내지 도 31에 도시된 반응기가 기계-진탕식, 유동-진탕식 및/또는 버블-진탕식 반응기일 수 있음에 주의한다. 한 실시양태에서는, 도 29 내지 도 31에 도시된 반응기가 버블-진탕식 반응기(즉, 기포탑 반응기)인 것이 바람직하다.One way to quantify the oxygen concentration of the reaction medium and / or the degree of stage of consumption is to compare two or more separate 20% continuous volumes of the reaction medium. These 20% continuous volumes need not be limited to any particular shape. However, each 20% continuous volume must form a volume within the same limits of the reaction medium (ie each volume is "continuous"), and the 20% continuous volumes must not overlap one another (ie, the volumes must be "stars" Game "). 29 to 31 show that these separate 20% continuous volumes can be located in the same reactor (FIG. 29) or multiple reactors (FIGS. 30 and 31). Note that the reactor shown in FIGS. 29-31 can be a machine-shaking, flow-shaking and / or bubble-shaking reactor. In one embodiment, it is preferred that the reactor shown in FIGS. 29-31 is a bubble-shaking reactor (ie bubble column reactor).
이제 도 29을 살펴보면, 반응기(20)는 반응 매질(36)을 함유하는 것으로 도시되어 있다. 반응 매질(36)은 제 1의 별도의 20% 연속 부피(37) 및 제 2의 별도의 20% 연속 부피(39)를 포함한다.Referring now to FIG. 29,
이제 도 30을 참조하면, 다중 반응기 시스템이 제 1 반응기(720a) 및 제 2 반응기(720b)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 반응기(720a, 720b)는 협력하여 반응 매질(736)의 전체 부피를 함유한다. 제 1 반응기(720a)는 제 1 반응 매질 부분(736a)을 함유하는데 반해, 제 2 반응기(720b)는 제 2 반응 매질 부분(736b)을 함유한다. 반응 매질(736)의 제 1의 별도의 20% 연속 부피(737)는 제 1 반응기(720a) 내에 한정되어 있는 것으로 도시되어 있고, 한편 반응 매질(736)의 제 2 의 별개의 20% 연속 부피(739)는 제 2 반응기(720b) 내에 한정되어 있는 것으로 도시되어 있다.Referring now to FIG. 30, a multiple reactor system is shown comprising a first reactor 720a and a
이제 도 31을 보면, 다중 반응기 시스템이 제 1 반응기(820a), 제 2 반응기(820b) 및 제 3 반응기(820c)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 반응기(820a, 820b, 820c)는 협력하여 반응 매질(836)의 전체 부피를 함유한다. 제 1 반응기(820a)는 제 1 반응 매질 부분(836a)을 함유하고; 제 2 반응기(820b)는 제 2 반응 매질 부분(836b)을 함유하며; 제 3 반응기(820c)는 제 3 반응 매질 부분(836c)을 함유한다. 반응 매질(836)의 제 1의 별개의 20% 연속 부피(837)는 제 1 반응기(820a) 내에 한정되어 있는 것으로 도시되고; 반응 매질(836)의 제 2의 별개의 20% 연속 부피(839)는 제 2 반응기(820b) 내에 한정되어 있는 것으로 도시되며; 반응 매질(836)의 제 3의 별개의 20% 연속 부피(841)는 제 3 반응기(820c) 내에 한정되어 있는 것으로 도시된다.Referring now to FIG. 31, a multiple reactor system is shown to include a first reactor 820a, a
기상중 산소의 몰분율이 가장 풍부한 반응 매질의 20% 연속 부피를 언급하고 기상중 산소의 몰 분율이 가장 결핍된 반응 매질의 20% 연속 부피를 언급함으로써, 반응 매질중 산소 이용효율의 단계화를 정량할 수 있다. 기상중 최고 농도의 산소를 함유하는 반응 매질의 별개의 20% 연속 부피의 기상에서, 시간-평균 및 부피-평균 산소 농도(습식 기준)는 바람직하게는 약 3 내지 약 18몰%, 더욱 바람직하게는 약 3.5 내지 약 14몰%, 가장 바람직하게는 4 내지 10몰%이다. 기상중 최저 농도의 산소를 함유하는 반응 매질중 별도의 20% 연속 부피의 기상에서, 시간-평균 및 부피-평균 산소 농도(습식 기준)는 바람직하게는 약 0.3 내지 약 5몰%, 더욱 바람직하게는 약 0.6 내지 약 4몰%, 가장 바람직하게는 0.9 내지 3몰%이다. 뿐만 아니라, 반응 매질중 가장 결핍된 20% 연속 부피와 비교한, 반응 매질의 가장 풍부한 20% 연속 부피의 시간-평균 및 부피-평균 산소 농도(습식 기준)의 비는 바람직하게는 약 1.5:1 내지 약 20:1, 더욱 바람직하게는 약 2:1 내지 약 12:1, 가장 바람직하게는 3:1 내지 9:1이다.Quantifying the stepping of oxygen utilization efficiency in the reaction medium by mentioning 20% continuous volume of the reaction medium richest in the molar fraction of oxygen in the gas phase and 20% continuous volume of the reaction medium lacking the molar fraction of oxygen in the gas phase. can do. In a separate 20% continuous volume of gas phase of the reaction medium containing the highest concentration of oxygen in the gas phase, the time-averaged and volume-average oxygen concentration (wet basis) is preferably from about 3 to about 18 mole percent, more preferably Is about 3.5 to about 14 mol%, most preferably 4 to 10 mol%. In a separate 20% continuous volume of gas phase in the reaction medium containing the lowest concentration of oxygen in the gas phase, the time-average and volume-average oxygen concentration (wet basis) is preferably from about 0.3 to about 5 mole percent, more preferably Is about 0.6 to about 4 mol%, most preferably 0.9 to 3 mol%. In addition, the ratio of the time-average and volume-average oxygen concentration (wet basis) of the richest 20% continuous volume of the reaction medium, as compared to the 20% continuous volume deficient in the reaction medium, is preferably about 1.5: 1. To about 20: 1, more preferably about 2: 1 to about 12: 1, most preferably 3: 1 to 9: 1.
반응 매질중 산소 소비 속도의 단계화는 상기 처음에 기재된 산소-STR로 정량화될 수 있다. 산소-STR은 앞서 넓은 의미로(즉, 전체 반응 매질의 평균 산소-STR의 견지에서) 기재되었으나, 산소-STR은 또한 반응 매질 전체에서의 산소 소비 속도의 단계화를 정량하기 위하여 국부적인 의미로(즉, 반응 매질의 일부) 생각될 수도 있다.The staged rate of oxygen consumption in the reaction medium can be quantified with the oxygen-STR described above. Oxygen-STR has been described above in a broad sense (ie, in terms of average oxygen-STR of the entire reaction medium), but oxygen-STR is also used locally in order to quantify the rate of oxygen consumption rate throughout the reaction medium. (Ie, part of the reaction medium) may be contemplated.
본 발명자들은 반응 매질의 압력 및 반응 매질의 기상중 분자 산소의 몰 분율과 관련하여 본원에 개시된 바람직한 구배와 대체적으로 조화를 이루어 산소-STR을 반응 매질 전체에서 변화시키는 것이 매우 유용함을 발견하였다. 따라서, 반응 매질의 제 2의 별개의 20% 연속 부피의 산소-STR과 비교한, 반응 매질의 제 1의 별개의 20% 연속 부피의 산소-STR의 비가 약 1.5:1 내지 약 20:1, 더욱 바람직하게는 약 2:1 내지 약 12:1, 가장 바람직하게는 3:1 내지 9:1인 것이 바람직하다. 한 실시양태에서, "제 1의 별개의 20% 연속 부피"는 분자 산소가 반응 매질 내로 처음으로 도입되는 위치에 "제 2의 별개의 20% 연속 부피"보다 더 가깝게 위치한다. 산소-STR의 이러한 큰 구배는 부분 산화 반응 매질이 기포탑 산화 반응기에 함유되는지 또는 반응 매질의 기상의 압력 및/또는 분자 산소의 몰 분율에서 구배가 생성되는 임의의 다른 유형의 반응 용기에[예를 들어, 대체로 수평인 배플 어셈블리에 의해 보강될 수 있는, 강한 방사상 유동을 갖는 다수개의 임펠러를 사용함으로써 달성되는 다수개의 수직 배치 교반 대역을 갖는 기계 진탕식 용기에(여기에서는, 산화제 유동의 상당한 재혼합이 각각의 수직 배치된 교반 대역 내에서 일어날 수 있고 산화제 유동의 일부 재혼합이 인접한 수직 배치 교반 대역 사이에서 일어날 수 있음에도 불구하고, 산화제 유동은 반응 용기의 하부 근처에서 공급물로부터 대체로 위로 상승함)] 함유되는지에 관계없이 바람직하다. 즉, 반응 매질의 기상중 압력 및/또는 분자 산소의 몰 분율에 구배가 존재하는 경우, 본 발명자들은 본원에 개시된 수단에 의해 용해된 산소에 대한 화학적 요구량에도 유사한 구배를 생성시키는 것이 바람직함을 발견하였다.The inventors have found that it is very useful to vary the oxygen-STR throughout the reaction medium in general harmony with the preferred gradients disclosed herein with respect to the pressure of the reaction medium and the mole fraction of molecular oxygen in the gas phase of the reaction medium. Thus, the ratio of the first separate 20% continuous volume of oxygen-STR of the reaction medium to the second separate 20% continuous volume of oxygen-STR is about 1.5: 1 to about 20: 1, More preferably about 2: 1 to about 12: 1, most preferably 3: 1 to 9: 1. In one embodiment, the "first separate 20% continuous volume" is located closer than the "second separate 20% continuous volume" to the position where molecular oxygen is first introduced into the reaction medium. This large gradient of oxygen-STR may be applied to any other type of reaction vessel in which the partial oxidation reaction medium is contained in the bubble column oxidation reactor or in which a gradient is produced at the pressure of the gas phase of the reaction medium and / or the mole fraction of molecular oxygen. For example, in a mechanical shake vessel having a plurality of vertically placed stirring zones achieved by using a plurality of impellers with strong radial flow, which may be reinforced by a generally horizontal baffle assembly (here, significant ash of the oxidant flow Although mixing can take place within each vertically placed stirring zone and some remixing of the oxidant flow can take place between adjacent vertically placed stirring zones, the oxidant flow rises substantially up from the feed near the bottom of the reaction vessel. It is preferable regardless of whether it contains. In other words, when there is a gradient in the gas phase pressure and / or the mole fraction of molecular oxygen in the reaction medium, the inventors have found that it is desirable to produce a similar gradient in the chemical demand for dissolved oxygen by the means disclosed herein. It was.
국부적인 산소-STR이 변화하도록 하는 바람직한 수단은 산화성 화합물의 공급 위치를 조절하고 반응 매질의 액상의 혼합을 조절함으로써 본 발명의 다른 개시내용에 따라 산화성 화합물의 농도 구배를 조절하는 것이다. 국부적인 산소-STR이 변하도록 하는 다른 유용한 수단은 국부적인 온도 변화를 야기함으로써 또한 촉매와 용매 성분의 국부적인 혼합을 변화시킴으로써(예를 들어, 추가의 기체를 도입하여 반응 매질의 특정 부분에서 증발에 의한 냉각을 야기함으로써, 또한 다량의 물을 함유하는 용매 스트림을 첨가하여 반응 매질의 특정 부분에서의 활성을 감소시킴으로써) 반응 활성의 변화를 야기함을 포함한다. A preferred means of causing the local oxygen-STR to change is to adjust the concentration gradient of the oxidizing compound in accordance with another disclosure of the present invention by adjusting the feed site of the oxidizing compound and controlling the mixing of the liquid phase of the reaction medium. Another useful means of causing the local oxygen-STR to change is by causing a local temperature change and by changing the local mixing of the catalyst and solvent components (e.g., introducing additional gas to evaporate in certain portions of the reaction medium). By causing cooling by adding a solvent stream containing a large amount of water to reduce the activity in a particular portion of the reaction medium).
도 30 및 도 31과 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 제 1 반응 용기로부터 나오는 분자 산소의 적어도 일부, 바람직하게는 25% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상, 가장 바람직하게는 75% 이상이 추가적인 증가분, 바람직하게는 제 1/상류 반응 용기에서 나오는 분자 산소의 10% 이상, 더욱 바람직하게는 20% 이상, 가장 바람직하게는 40% 이상을 소비하기 위하여 하나 이상의 후속 반응 용기에 전달되는 다중 반응 용기에서 부분 산화 반응을 유용하게 수행할 수 있다. 하나의 반응기에서 다른 반응기로의 분자 산소의 이러한 직렬 유동을 이용하는 경우, 제 1 반응 용기를 후속 반응 용기중 하나 이상보다 더 높은 반응 세기로, 바람직하게는 약 1.5:1 내지 약 20:1, 더욱 바람직하게는 약 2:1 내지 약 12:1, 가장 바람직하게는 3:1 내지 9:1의 제 1 반응 용기 내에서의 용기-평균-산소-STYR 대 후속 반응 용기 내에서의 용기-평균-산소-STR의 비로 작동시키는 것이 바람직하다. As discussed above in connection with FIGS. 30 and 31, at least a portion, preferably at least 25%, more preferably at least 50%, most preferably at least 75% of the molecular oxygen coming from the first reaction vessel is additional Multiple reaction vessels delivered to one or more subsequent reaction vessels in order to consume an increment, preferably at least 10%, more preferably at least 20%, most preferably at least 40% of the molecular oxygen leaving the first / upstream reaction vessel. The partial oxidation reaction can be usefully carried out. When using this series flow of molecular oxygen from one reactor to another reactor, the first reaction vessel is of higher reaction strength than at least one of the subsequent reaction vessels, preferably from about 1.5: 1 to about 20: 1, more Preferably vessel-average-oxygen-STYR in the first reaction vessel from about 2: 1 to about 12: 1, most preferably 3: 1 to 9: 1 versus vessel-average- in the subsequent reaction vessel. Preference is given to operating at the ratio of oxygen-STR.
상기 논의된 바와 같이, 모든 유형의 제 1 반응 용기(예컨대, 기포탑, 기계-진탕식, 재혼합식, 내부 다단계, 플러그 유동 등) 및 제 1 반응 용기와 상이한 유형일 수 있거나 상이한 유형이 아닐 수 있는 모든 유형의 후속 반응 용기는, 본 발명에 따른 후속 반응 용기로의 분자 산소의 직렬 유동에 유용하다. 후속 반응 용기 내에서 용기-평균-산소-STR을 감소시키는 수단은 유용하게는 감소된 온도, 산화성 화합물의 감소된 농도 및 촉매 성분과 용매의 특정 혼합물의 감소된 반응 활성(예컨대, 감소된 코발트 농도, 증가된 물 농도 및 소량의 구리 이온 같은 촉매적 지연제의 첨가)을 포함한다.As discussed above, it may or may not be different from the first reaction vessel of any type (eg, bubble column, machine-shaking, remix, internal multistage, plug flow, etc.) and the first reaction vessel. All subsequent types of subsequent reaction vessels are useful for the in-line flow of molecular oxygen into subsequent reaction vessels according to the present invention. Means for reducing the vessel-average-oxygen-STR in subsequent reaction vessels may advantageously include reduced temperatures, reduced concentrations of oxidizing compounds, and reduced reaction activity (eg, reduced cobalt concentrations) of certain mixtures of catalyst components and solvents. , Increased water concentration and the addition of catalytic retardants such as small amounts of copper ions).
제 1 반응 용기로부터 후속 반응 용기로의 유동시, 압축 또는 압력 감소, 냉각 또는 가열 및 임의의 양 또는 임의의 유형의 물질 제거 또는 첨가 같은 당해 분야에 공지되어 있는 임의의 수단에 의해 산화제 스트림을 처리할 수 있다. 그러나, 후속 반응 용기에서 감소되는 용기-평균-산소-STR을 사용하는 것은, 제 1 반응 용기의 상부의 절대 압력이 약 2.0MPa 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.6MPa 미만, 가장 바람직하게는 1.2MPa 미만일 때 특히 유용하다. 뿐만 아니라, 후속 반응 용기에서 감소되는 용기-평균-산소-STR을 사용하는 것은, 하나 이상의 후속 반응 용기의 상부의 절대 압력과 비교한 제 1 반응 용기의 상부의 절대 압력의 비가 약 0.5:1 내지 6:1, 더욱 바람직하게는 약 0.6:1 내지 약 4:1, 가장 바람직하게는 0.7:1 내지 2:1일 때 특히 유용하다. 후속 용기에서 이들 하한 미만으로 압력을 감소시키면 분자 산소의 이용 효율을 과도하게 감소시키게 되고, 이들 상한보다 높게 압력을 증가시키면 산화제를 새로 공급하는 것과 비교할 때 비용이 더 증가한다.Upon flowing from the first reaction vessel to the subsequent reaction vessel, the oxidant stream is treated by any means known in the art, such as compression or pressure reduction, cooling or heating, and removal or addition of any amount or any type of material. can do. However, using a reduced vessel-average-oxygen-STR in the subsequent reaction vessel, the absolute pressure at the top of the first reaction vessel is less than about 2.0 MPa, more preferably less than about 1.6 MPa, most preferably 1.2 MPa. It is particularly useful when less than. In addition, using a reduced vessel-average-oxygen-STR in the subsequent reaction vessel, the ratio of the absolute pressure of the upper portion of the first reaction vessel to the absolute pressure of the upper portion of the at least one subsequent reaction vessel is from about 0.5: 1 to It is particularly useful when it is 6: 1, more preferably about 0.6: 1 to about 4: 1, most preferably 0.7: 1 to 2: 1. Reducing the pressure below these lower limits in subsequent vessels excessively reduces the utilization efficiency of molecular oxygen, and increasing the pressure above these upper limits further increases the cost compared to a fresh supply of oxidant.
감소되는 용기-평균-산소-STR을 갖는 후속 반응 용기로의 분자 산소의 직렬 유동을 이용하는 경우, 산화성 화합물, 용매 및 산화제의 새로운 공급물 스트림은 후속 반응 용기 및/또는 제 1 반응 용기 내로 유동될 수 있다. 존재하는 경우 반응 매질의 액상 및 고상의 유동은 반응 용기 사이에서 어느 방향으로나 유동할 수 있다. 제 1 반응 용기에서 나가고 후속 반응 용기에 들어가는 기상의 전부 또는 일부는 존재하는 경우 제 1 반응 용기로부터의 반응 매질의 액상 또는 고상의 일부와 별도로 또는 혼합되어 유동할 수 있다. 존재하는 경우 액상 및 고상을 포함하는 생성물 스트림의 유동은 시스템의 임의의 반응 용기에서 반응 매질로부터 수거될 수 있다.When using a serial flow of molecular oxygen to a subsequent reaction vessel with a reduced vessel-mean-oxygen-STR, a fresh feed stream of oxidizing compound, solvent and oxidant may be flowed into the subsequent reaction vessel and / or the first reaction vessel. Can be. When present, the liquid and solid flow of the reaction medium can flow in either direction between the reaction vessels. All or part of the gaseous phase exiting the first reaction vessel and entering the subsequent reaction vessel, if present, may flow separately or in combination with a portion of the liquid or solid phase of the reaction medium from the first reaction vessel. If present, the flow of the product stream, including the liquid and solid phases, can be withdrawn from the reaction medium in any reaction vessel of the system.
다시 도 1 내지 도 29을 참조하면, 본 발명의 한 실시양태에서, 산화 기포탑 반응기(20)는 종래의 산화 기포탑 반응기, 특히 테레프탈산을 제조하는데 사용되는 종래의 기포탑 반응기보다 상당히 더 높은 생산 속도를 갖는다. 증가된 생산 속도를 제공하기 위하여, 기포탑 반응기(20)의 크기를 증가시켜야 한다. 그러나, 이러한 확대된 기포탑 반응기에서의 자연 대류 다상 유체 유동 동력학은 보다 작은 종래의 반응기에서의 유동 동력학과는 상당히 다루기 힘들게 상이하다. 높은 생산 속도의 확대된 기포탑 반응기의 적절한 기능을 위해서는, 특정 디자인 및 작동 변수가 중요함을 발견하였다.Referring again to FIGS. 1 to 29, in one embodiment of the present invention, the oxidized
기포탑(20)이 본 발명의 한 실시양태에 따른 높은 생산 속도의 확대된 산화 기포탑 반응기인 경우, 반응 매질(36)의 높이 "H"는 바람직하게는 약 30m 이상, 더욱 바람직하게는 약 35 내지 약 70m, 가장 바람직하게는 40 내지 60m이다. 확대된 기포탑 반응기(20)에서 반응 매질(36)의 밀도 및 높이는 반응 매질(36)의 상부와 반응 매질(36)의 저부 사이에서 상당한 압력 차이를 야기한다. 바람직하게는, 반응 매질(36)의 상부와 저부 사이의 압력 차이는 약 1바 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.4바 이상, 가장 바람직하게는 1.6 내지 3바이다. 반응 매질(36)의 최대 폭 "W"는 바람직하게는 약 2.5m 이상, 더욱 바람직하게는 약 3 내지 약 20m, 더더욱 바람직하게는 약 3.25 내지 약 12m, 가장 바람직하게는 4 내지 10m이다. 반응 매질(36)의 H:W 비는 바람직하게는 약 6:1 이상, 더욱 바람직하게는 약 8:1 내지 약 20:1, 가장 바람직하게는 9:1 내지 15:1이다. 반응 매질(36) 및/또는 반응 대역(28)의 총 부피는 바람직하게는 약 250㎥ 이상, 더욱 바람직하게는 약 500㎥ 이상, 가장 바람직하게는 1,000㎥ 이상이다.When
확대된 기포탑 반응기(20)의 작동 동안, 1/4 높이, 1/2 높이 및/또는 3/4 높이에서의 반응 매질(36)의 기상의 시간-평균 표면 속도가 약 0.8 내지 약 5m/초, 더욱 바람직하게는 약 0.9 내지 약 3m/초, 가장 바람직하게는 1 내지 2m/초인 것이 바람직하다. 확대된 산화 기포탑 반응기(20)를 파라-자일렌의 부분 산화를 통해 테레프탈산을 생성시키는데 사용하는 경우, 파라-자일렌을 약 11,000kg/시간 이상, 더욱 바람직하게는 약 20,000 내지 약 100,000kg/시간, 가장 바람직하게는 30,000 내지 80,000kg/시간의 속도로 반응 대역(28)에 공급하는 것이 바람직하다. 확대된 기포탑(20)의 테레프탈산 생성 속도는 바람직하게는 약 400톤/일 이상, 더욱 바람직하게는 약 700톤/일 이상, 가장 바람직하게는 750 내지 3,000톤/일이다. 확대된 산화 기포탑 반응기(20)의 다른 디자인 및 작동 변수는 도 1 내지 도 29와 참조하여 상기 처음으로 기재된 것과 실질적으로 동일할 수 있다.During operation of the expanded
반응기의 높이를 따라 기포탑 반응기의 반응 대역의 수평 단면적을 변화시키면 특히 상기 논의된 확대된 산화 기포탑 반응기 디자인에서 반응 매질의 유체 유동 동력학을 개선시키는데 도움이 될 수 있음을 발견하였다. 이제 도 32를 참조하면, 본 발명의 한 실시양태에서, 산화 기포탑 반응기(20)의 용기 쉘(22)은 넓은 하부 구역(23), 좁은 상부 구역(25) 및 전이 구역(27)을 포함한다. 바람직하게는, 하부 구역 및 상부 구역(23, 25)은 실질적으로 실린더 형상이고, 공통의 중심 입상 축을 따라 정렬된다. 전이 구역(27)은 다수의 적합한 형상(예컨대, 수평 평면 형상, 2:1 타원 형상, 반구 형상 등)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 전이 구역(27)은 용기 쉘(22)을 넓은 하부 구역(23)으로부터 좁은 상부 구역(25)으로 전이시키는 대략 절두 원추형 부재이다. 용기 쉘(22)의 하부 구역(23)은 넓은 하부 반응 대역(29)을 한정한다. 용기 쉘(22)의 상부 구역(25)은 좁은 상부 반응 대역(31)을 한정한다. 전이 구역(27)은 하부 반응 대역(29)과 상부 반응 대역(31) 사이에 위치하는 전이 대역을 한정한다. 하부 반응 대역(29), 상부 반응 대역(31) 및 전이 대역은 협력하여 다상 반응 매질(36)을 수용하는 산화 기포탑 반응기(20)의 전체 반응 대역을 형성한다.It has been found that varying the horizontal cross-sectional area of the reaction zone of the bubble column reactor along the height of the reactor can help to improve the fluid flow kinetics of the reaction medium, particularly in the expanded oxidized bubble column reactor design discussed above. Referring now to FIG. 32, in one embodiment of the present invention, the
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 하부 반응 대역(29) 내의 반응 매질(36)의 최대 수평 단면적은 상부 반응 대역(31) 내의 반응 매질(36)의 최소 단면적보다 약 10% 이상 더 크다. 더욱 바람직하게는, 하부 반응 대역(29) 내의 반응 매질(36)의 최대 수평 단면적은 상부 반응 대역(31) 내의 반응 매질(36)의 최소 수평 단면적보다 약 25 내지 약 210% 더 크다. 가장 바람직하게는, 하부 반응 대역(29) 내의 반응 매질(36)의 최대 수평 단면적은 상부 반응 대역(31) 내의 반응 매질(36)의 최소 수평 단면적보다 35 내지 160% 더 크다. In a preferred embodiment of the invention, the maximum horizontal cross-sectional area of the
도 32에 도시된 바와 같이, 하부 반응 대역(29)은 상부 반응 대역(31)의 최소 직경 "Du"보다 큰 최대 직경 "Dl"를 갖는다. 바람직하게는, DI는 Du보다 약 5% 이상 더 크다. 더욱 바람직하게는, Dl는 Du보다 약 10 내지 약 100% 더 크다. 가장 바람직하게는, Dl는 Du보다 15 내지 50% 더 크다. 도 32는 또한, 하부 반응 대역(29)이 최대 높이 "Ll"을 갖고, 상부 반응 대역(31)이 최대 높인 "Lu"를 가지며, 전이 대역이 최대 높이 "Lt"를 가짐을 도시한다. 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 높이가 Ll이고 전이 대역에 함유된 반응 매질(36) 부분의 높이가 Lt임에 주의해야 한다. 한 실시양태에서, 상부 반응 대역(31)에 위치하는 반응 매질(36) 부분의 높이는 Lu이다. 그러나, 특정한 경우, 상부 반응 대역(31)중 반응 매질(36)의 높이는 Lu 미만일 수 있다. 다른 경우, 반응 매질(36)의 전체 높이는 상부 반응 대역(31)의 상부 말단(50)보다 높이 연장될 수 있다(즉, 반응 매질(36)의 전체 높이는 Ll+Lt+Lu의 합보다 크다). 바람직하게는, 반응 매질(36)의 전체 높이는 상부 반응 대역(31)의 상부 말단(50)으로부터 위로 또는 아래로 측정된 Lu의 50%, 25% 또는 10% 이내이다. 바람직하게는, 산화 기포탑 반응기(20)는 약 0.05: 1 내지 약 5:1, 더욱 바람직하게는 약 0.1:1 내지 약 2.5:1, 가장 바람직하게는 0.15:1 내지 1.5:1의 Ll:Lu 비를 갖는다. 바람직하게는, 산화 기포탑 반응기(20)는 약 0.5:1 이상, 더욱 바람직하게는 약 1:1 내지 약 10:1, 가장 바람직하게는 1.5:1 내지 8:1의 Ll:Dl 비를 갖는다. 산화 기포탑 반응기(20)는 바람직하게는 약 2:1 이상, 더욱 바람직하게는 약 2.5:1 내지 약 20:1, 가장 바람직하게는 3:1 내지 15:1의 Lu:Du 비를 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, Ll은 약 2m 이상이고, 더욱 바람직하게는 Ll은 약 4 내지 약 50m이며, 가장 바람직하게는 6 내지 40m이다. 바람직하게는, Lu는 약 4m 이상, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 80m, 가장 바람직하게는 10 내지 60m이다. 바람직하게는, Dl은 약 2 내지 약 12m, 더욱 바람직하게는 약 3.1 내지 약 10m, 가장 바람직하게는 4 내지 9m이다.As shown in FIG. 32, the
도 32는 또한 산화 기포탑 반응기(20)가 상부 반응 구역(31) 위에 위치된 분리 구역(26)을 가짐을 도시한다. 분리 구역(26)은 분리 대역(30)을 한정한다. 도 32에 도시된 바와 같이, 분리 대역(30)은 최대 높이 "Y" 및 최대 폭 "X"를 갖는다. 산화 기포탑 반응기(20)가 약 0.8:1 내지 약 4:1, 가장 바람직하게는 1.1:1 내지 2:1의 X:Dl 비를 갖는 것이 바람직하다. 산화 기포탑 반응기(20)는 바람직하게는 약 1:1 내지 약 10:1, 가장 바람직하게는 2:1 내지 5:1의 Lu:Y 비를 갖는다. 산화 기포탑 반응기(20)는 바람직하게는 약 0.4:1 내지 약 8:1, 가장 바람직하게는 0.6:1 내지 4:1의 Ll:Y 비를 갖는다. 용기 쉘(22)의 전이 구역(27)은 하부 구역(23)에 인접하여 최대 직경 "Dl"을 갖고, 상부 구역(25)에 인접하여 최소 직경 "Du"를 갖는다. 산화 기포탑 반응기(20)는 바람직하게는 약 0.05:1 내지 약 5:1, 가장 바람직하게는 0.1:1 내지 2:1의 Lt:Dl 비를 갖는다.32 also shows that the
도 32에 도시된 산화 기포탑 반응기(20)의 수직-가변 수평 단면적은 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분보다 더 높은 표면 기체 속도 및 더 높은 기체 보유율을 갖는 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분을 제공한다. 바람직하게는, 상부 반응 대역(31)중 반응 매질의 1/2 높이에서 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 표면 기체 속도는 하부 반응 대역(29)중 반응 매질의 1/2 높이에서 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 표면 기체 속도보다 약 15% 이상 더 크다. 더욱 바람직하게는, 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분은, 하부 반응 대역(29)중 반응 매질의 1/2 높이에서 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 표면 기체 속도보다 약 25 내지 약 210% 더 큰, 상부 반응 대역(31)중 반응 매질의 1/2 높이에서의 시간-평균 표면 기체 속도를 갖는다. 가장 바람직하게는, 상부 반응 대역(31)중 반응 매질의 1/2 높이에서 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 표면 기체 속도는 하부 반응 대역(29)중 반응 매질의 1/2 높이에서 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 표면 기체 속도보다 35 내지 160% 더 크다. 바람직하게는, 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율은 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율보다 약 4% 이상 더 크다. 더욱 바람직하게는, 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율은 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율보다 약 6 내지 약 80% 더 크다. 가장 바람직하게는, 상부 반응 대역(31)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율은 하부 반응 대역(29)에 함유된 반응 매질(36) 부분의 시간-평균 및 부피-평균 기체 보유율보다 8 내지 70% 더 크다. The vertically-variable horizontal cross-sectional area of the oxidizing
도 32가 매우 구체적인 2단계 실린더형 측벽 기포탑 디자인을 도시하지만, 다수의 다른 디자인이 본 발명의 이 실시양태의 영역 내에 속할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들면, 하나 이상의 기울어진 측벽 및/또는 복수개의 계단 모양-직경의 측벽 구역으로 반응기의 좁은 상부 구역 및 넓은 하부 구역을 형성시킬 수 있다. 어느 경우에나, 도면이 아닌 청구의 범위는 이 실시양태의 정수를 획득한다.While FIG. 32 illustrates a very specific two stage cylindrical sidewall bubble column design, it should be appreciated that many other designs may fall within the scope of this embodiment of the present invention. For example, one or more inclined sidewalls and / or a plurality of stepped-diameter sidewall zones may form a narrow top and wide bottom zone of the reactor. In either case, the claims, not the drawings, obtain the integers of this embodiment.
상술된 바와 같이, 어떤 경우에서는, 단일 반응기에 더욱 높은 생산 속도를 제공하기 위해 더 큰 기포탑 반응기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 기포탑 반응기의 크기가 증가하기 때문에, 거기에 함유된 다상 반응 매질의 유체 유동 거동은 더욱 작은 반응기의 유체 유동 거동과는 상당히 다르다. 이러한 더 큰 기포탑 반응기의 변화된 유체 유동 거동은 기포탑 반응기에 함유된 다상 반응 매질을 부가적인 입상 표면과 접촉시킴으로써 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 도 33 내지 44는 확대된 기포탑 반응기의 반응 대역에 부가적인 입상 표면적을 제공하는 다양한 방식을 도시한 것이다. 도 33 내지 44에 도시된 기포탑 반응기 각각은 기포탑 반응기의 반응 대역에 함유된 하나 이상의 입상 내부 부재를 포함한다. 이러한 입상 내부 부재가 반응기의 입상 압력-함유 측벽에 더하여 추가된다. 전술된 바와 같이, 기포탑 반응기에 함유된 반응 매질은 최대 높이 "H" 및 최대 폭 "W"를 갖는다. H/5의 높이 위에서 발생하는 반응기 매질의 최소 폭을 본원에서는 "Wmin"이라 지칭한다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 반응 매질과 접촉하는 기포탑 반응기의 입상 표면적은 바람직하게는 약 3.25WminH 초과, 더욱 바람직하게는 약 3.5WminH 내지 약 20WminH, 더욱 더 바람직하게는 약 4WminH 내지 약 15WminH, 및 가장 바람직하게는 5WminH 내지 10WminH이다. 반응 매질과 접촉하는 이러한 입상 표면적은 압력-함유 반응기 측벽의 입상의 표면 및 반응 대역 내에 존재하는 임의 내부 부재의 입상 표면을 비롯한 모든 입상 표면의 면적을 포함한다. 본원에서 사용된 용어 "입상(upright)"은 수직으로부터 45°미만을 의미한다. 기포탑 반응기에서 반응 매질과 접촉하는 입상 표면은 바람직하게는 수직으로부터 30°내의 각도, 더욱 바람직하게는 수직으로부터 15°내의 각도, 더욱 더 바람직하게는 수직으로부터 5°내의 각도 및 가장 바람직하게는 실질적으로 수직으로 연장된다. As mentioned above, in some cases it may be desirable to use larger bubble column reactors to provide higher production rates for a single reactor. However, as the bubble column reactor increases in size, the fluid flow behavior of the multiphase reaction medium contained therein differs significantly from the fluid flow behavior of smaller reactors. It has been found that the changed fluid flow behavior of this larger bubble column reactor can be reduced by contacting the multiphase reaction medium contained in the bubble column reactor with additional granular surfaces. Thus, FIGS. 33-44 illustrate various ways of providing additional granular surface area to the reaction zone of an expanded bubble column reactor. Each of the bubble column reactors shown in FIGS. 33-44 includes one or more granular internal members contained in the reaction zone of the bubble column reactor. This granular inner member is added in addition to the granular pressure-containing sidewall of the reactor. As mentioned above, the reaction medium contained in the bubble column reactor has a maximum height "H" and a maximum width "W". The minimum width of the reactor medium that occurs above the height of H / 5 is referred to herein as "Wmin". In a preferred embodiment of the invention, the granular surface area of the bubble column reactor in contact with the reaction medium is preferably greater than about 3.25 W min H, more preferably from about 3.5 W min H to about 20 W min H, even more preferably from about 4 W min H to about 15 W min H, And most preferably from 5 W min H to 10 W min H. This granular surface area in contact with the reaction medium includes the area of all granular surfaces including the granular surface of the pressure-containing reactor sidewalls and the granular surface of any internal member present in the reaction zone. As used herein, the term "upright" means less than 45 ° from vertical. The granular surface in contact with the reaction medium in the bubble column reactor is preferably at an angle within 30 ° from vertical, more preferably at an angle within 15 ° from vertical, even more preferably at an angle within 5 ° from vertical and most preferably substantially. Extends vertically.
또한, 비압력-함유 내부 부재에 기인하는 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적의 총량은 용기의 압력-함유 측벽에 기인하는 반응 매질과 접촉하는 입상 표면적의 총량의 약 10% 이상이다. 더욱 바람직하게는, 반응 매질과 접촉하고 내부 부재에 의해 제시된 노출된 총 입상 표면적은 반응 매질과 접촉하고 압력-함유 측벽에 의해 제시된 노출된 총 입상 표면적의 약 15 내지 약 600% 범위, 더욱 더 바람직하게는 약 25 내지 약 400%의 범위, 및 가장 바람직하게는 35 내지 200%의 범위이다. 기포탑 산화에 부가 입상 표면적이 존재하면 부가된 입상 표면적이 없거나 또는 거의 없는 통상의 기포탑 반응기에서 가능한 것보다 더욱 낮은 H:W 비를 가질 수 있다. 따라서, 부가 입상 표면적을 사용하는 기포탑 반응기의 H:W의 비는 바람직하게는 약 3:1 내지 약 20:1 범위, 더욱 바람직하게는 약 3.5:1 내지 약 15:1 범위 및 가장 바람직하게는 4:1 내지 12:1이다. Further, the total amount of granular surface area in contact with the reaction medium due to the non-pressure-containing inner member is at least about 10% of the total amount of granular surface area in contact with the reaction medium due to the pressure-containing sidewall of the vessel. More preferably, the exposed total granular surface area in contact with the reaction medium and presented by the inner member ranges from about 15 to about 600% of the exposed total granular surface area in contact with the reaction medium and presented by the pressure-containing sidewall, even more preferred. Preferably in the range of about 25 to about 400%, and most preferably in the range of 35 to 200%. The presence of additional particulate surface area in bubble column oxidation can have a lower H: W ratio than is possible in conventional bubble column reactors with little or no added particulate surface area. Thus, the ratio of H: W of the bubble column reactor using additional granular surface area is preferably in the range of about 3: 1 to about 20: 1, more preferably in the range of about 3.5: 1 to about 15: 1 and most preferably Is 4: 1 to 12: 1.
이제, 도 33 및 34에서 도시된 실시양태를 참조하면, 산화 기포탑 반응기(20)는 측벽(46)의 한 면으로부터 측벽(46)의 반대면으로 직경방향으로 연장된 단일 칸막이 벽(33)을 포함할 수 있다. 칸막이 벽(33)은 실질적으로 모든 산화제 스트림이 칸막이 벽(33)의 저부 아래에서 도입되도록 스파저(34) 위에 배치된다. 따라서, 산화제 스트림의 비용해 부분을 포함하는 반응 매질(36)중 기상의 약 절반은 칸막이 벽(33)의 양 면상에서 상향으로 흐른다. 바람직하게는, 공급물 스트림의 약 절반은 칸막이 벽(33)의 한 면 상의 공급물 주입구(32a)를 통해 도입되며, 공급물 스트림의 다른 절반은 칸막이 벽(33)의 다른 면 상에서 공급물 주입구(32b)를 통해 도입된다. 칸막이 벽(33)의 높이는 실린더 측벽(46)의 높이와 실질적으로 동일하다.Referring now to the embodiment shown in FIGS. 33 and 34, the oxidizing
칸막이 벽(33)은 반응 대역(28)을 대략 두 개의 절반으로 분할하며, 반응 매질(36)은 칸막이 벽(33)의 각 면 상에 배치된다. 반응 매질(36)과 접촉하는 반응기(20)의 실질적으로 모든 입상 표면적은 측벽(46)의 내부 노출 표면 및 칸막이 벽(33)의 외부 노출 표면으로부터 비롯된다. 칸막이 벽(33)이 반응 대역(28)에 존재하지 않는 경우, 반응 매질(36)과 접촉하는 실질적으로 모든 입상 표면적은 압력-함유 용기 쉘(22)의 측벽(46)으로부터 비롯될 것이다. 칸막이 벽(33)은 반응 매질(36)의 유체 유동 유동학에 영향을 주고, 반응기 성능에 큰 부정적인 영향없이 산화 기포탑 반응기(20)를 확대시키는 부가 표면적을 제공한다.
도 35에 도시된 실시양태에 있어서, 산화 기포탑 반응기(20)는 절두된 칸막이 벽(35)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 35의 칸막이 벽(35)은 도 33 및 34의 칸막이 벽(33)과 유사하지만, 도 35의 칸막이 벽(35)은 반응 매질(36)의 전체 높이 보다 매우 더 작은 높이를 갖는다. 도 35에 도시된 구성에 있어서, 실질적으로 모든 공급물 스트림 및 산화제 스트림이 칸막이 벽(35)의 저부 아래에서 반응 대역(28)으로 도입되는 것이 바람직하다. 칸막이 벽(35)의 상부는 반응 매질(36)의 상부 표면(44)으로부터 상당한 거리만큼 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서, 칸막이 벽(35)의 양 면 상에 배치된 두 개의 절반의 반응 매질(36)은 칸막이 벽(35)의 위 및 아래에서 서로 혼합될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 35, the oxidized
도 36 및 37에 예시된 실시양태를 참조하면, 산화 기포탑 반응기(20)는 반응 대역(28)에 다수의 부가적 내부 부재의 필요없이, 상당한 양의 입상 표면적을 반응기(20)에 부가시키도록 하는 편평하지 않은 칸막이 벽(37)을 포함할 수 있다. 도 33 내지 35의 칸막이 벽(33) 및 (35)과 마찬가지로, 도 36 및 37의 칸막이 벽(37)은 결합되어 측벽(46)의 직경방향으로 대향된 내부 측벽 표면 사이로 연장된다.Referring to the embodiment illustrated in FIGS. 36 and 37, the oxidizing
도 38 및 39에 도시된 실시양태에서, 산화 기포탑 반응기(20)는 일반적으로 X-형 구조를 갖는 입상 내부 부재(41)를 포함한다. 내부 부재(41)의 외부 수직 가장자리들은 측벽(46)의 내부 표면으로부터 안으로 이격되어 있어서 반응 매질(36)이 X-형 내부 부재(41)에 의해 형성된 사분면 사이를 흐를 수 있다. 내부 부재(41)의 여러 노출된 외부 입상 표면에는 반응 매질(36)과 접촉하는 표면적이 상당량 부가된다.In the embodiment shown in FIGS. 38 and 39, the oxidizing
도 40 내지 42는 반응 대역(28)의 일부가 내부 부재(53)를 통해 4개의 수직 사분면으로 나누어지고, 반응 대역(28)의 또 다른 일부가 내부 부재(55)를 통해 8개의 수직 웨지형 구역으로 나누어진 실시양태를 도시하고 있다. 도 40에 도시된 바와 같이, 반응 대역(28)은 내부 부재(53)를 통한 4 개의 수직 사분면으로의 분할 구역과 내부 부재(55)를 통한 8개의 웨지형 구역 사이를 수직으로 교대하고 있다.40 to 42 show that a portion of the
도 43 및 44에 있어서, 산화 기포탑 반응기(20)는 일반적으로 나선형의 다수 내부 부재(61a, 61b, 61c 및 61d) 및 나선형 부재(61) 위에 배치된 수직의 X-형 칸막이 부재(63)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 나선형 부재(61)는 반응 매질(36)의 상향 유동 부분에서 와류 유동 패턴을 유도하는 경사진 외부 표면을 갖는다. 서로 이웃하는 나선형 부재(61)가 반응 매질(36)의 와류로 하여금 일반적으로 대향 방향으로 흐르게 하도록 나선형 부재(61)의 경사 방향을 배열하는 것이 바람직하다. 따라서, 반응 매질(36)이 반응 대역(28)에서 상승할 때 나선형 부재(61a)가 반응 매질을 시계 방향으로 회전시키는 경우, 나선형 부재(61b)(나선형 부재(61a) 바로 위에 배치됨)는 상향으로 움직이는 반응 매질(36)을 시계 반대 방향으로 와류시킨다. 수직 내부 칸막이 부재(63)로 인해 부가 입상 표면적이 산화 기포탑 반응기(20)에 부가되고, 또한 기체 상이 반응 매질(36)의 상부 표면(44)을 향하여 상승하기 때문에 반응 매질(36)의 와류/난류를 최소화시키는 작용을 할 수 있다.In FIGS. 43 and 44, the oxidized
산화 기포탑 반응기(20)에 도 33 내지 44의 어떠한 구조가 사용되는 지에 상관없이, 상당한 양의 분자 산소 및 산화성 화합물이 입상 내부 부재 또는 부재들 상당 부분 아래에서 반응 대역(28)에 도입되는 방식으로, 산화제 스트림 및 공급물 스트림을 반응 대역(28)에 도입하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소 및 산화성 화합물 중 50중량% 이상이 내부 부재 또는 내부 부재들 중 50% 이상의 입상 노출된 외부 표면적 아래에서 반응 대역(28)에 도입되고, 더욱 바람직하게는 분자 산소 및 산화성 화합물 중 약 75중량% 이상이 내부 부재 또는 내부 부재들의 50% 이상의 입상 노출된 외부 표면적 아래에서 반응 대역에 도입되고, 더욱 더 바람직하게는 분자 산소 및 산화성 화합물 중 약 90중량% 이상이 내부 부재 또는 내부 부재들 중 50% 이상의 입상 노출된 외부 표면적 아래에서 반응 대역에 도입되고, 가장 바람직하게는 거의 모든 양의 분자 산소 및 산화성 화합물이 내부 부재 또는 내부 부재들 중 50% 이상의 입상 노출된 외부 표면적 아래에서 반응 대역에 도입된다. 또한, 반응 매질(36)의 기체 상 중 상당량이 내부 부재 또는 부재들에 의해 제공된 부가적인 노출된 외부 표면적의 모든 면에서 상향으로 흐르는 방식으로 산화제 스트림 및 공급물 스트림이 도입되는 것이 바람직하다. 추가적으로, 산화제 및 공급물 스트림이 상술된 방사상 또는 방위각 분배 계획에 따라 반응 대역(28)에 도입되는 것이 더욱 바람직하다.Regardless of which structure of FIGS. 33-44 is used in the oxidized
특정 종래 산화 반응기가 본원에 기술된 내부 부재(들)와 유사한 방식으로 반응 매질과 접촉하는 열 교환 표면을 이용할 수는 있다고 할지라도, 본 발명의 내부 부재(들)가 반응 매질을 상당한 정도로 가열 또는 냉각하는 것은 바람직하지 않다는 것에 유념하여야 한다. 따라서, 본원에 기술된 내부 부재(들)의 노출된(즉, 반응 매질과 접촉) 입상 표면의 열 플럭스가 제곱 미터 당 약 30,000와트 미만인 것이 바람직하다.Although certain conventional oxidation reactors may utilize a heat exchange surface that contacts the reaction medium in a manner similar to the inner member (s) described herein, the inner member (s) of the present invention heat or react the reaction medium to a significant extent. It should be noted that cooling is undesirable. Accordingly, it is desirable that the thermal flux of the exposed (ie contacting reaction medium) granular surface of the inner member (s) described herein is less than about 30,000 watts per square meter.
도 45 내지 53은, 산화 기포탑 반응기(20)가 다상 반응 매질(36)과 접촉하는 하나이상의 배플을 구비하여 최소 불순물을 형성하면서 산화를 개선시킨 본 발명의 실시양태를 도시한 것이다. 상술된 확대된 기포탑 반응기 디자인에는 배플이 특히 유용하다. 도 45 내지 53에 도시된 배플된 기포탑 반응기(20) 각각에서, 배플 또는 배플들이 약 10 내지 약 90%의 범위의 개방 면적을 갖는 것이 바람직하다. 본원에 사용된 "배플의 개방 면적%"는 배플의 수직 위치에서 개방(배플의 구조에 의해 채워지지 않음)된 반응 대역의 수평 단면적의 최소 백분율을 의미한다. 더욱 바람직하게는, 도 45 내지 53에 도시된 배플 또는 배플들의 개방 면적은 약 25 내지 약 75% 범위, 가장 바람직하게는 35 내지 65% 범위이다.45-53 illustrate embodiments of the invention in which the oxidized
도 45 내지 53에 도시된 배플의 중요한 특징은 배플의 방오 능력이다. 전술된 바와 같이, 산화 기포탑 반응기(20)는 산화 동안 고체가 반응 매질(36)에서 형성되는 침전이 일어나는 산화 분야에 바람직하게 사용된다. 수평에 가까운 상향 대면의 평면상 표면적을 상당량 갖는 배플은 침전 조건하에서 작동하는 반응기에서 오염되는 경향이 있다. 배플이 오염되면 고체는 배플의 상향 대면 표면 상에 적층되고, 배플 상에 퇴적된 고체의 양이 증가함에 따라 침전된 고체의 조각들은 배플로부터 분리되어 반응기의 저부로 떨어질 수 있다. 떨어진 고체의 이러한 조각들은 반응기의 저부에서 적층될 수 있고, 예를들면 반응기 하부의 슬러리 방출의 억제를 비롯한 많은 문제를 유발할 수 있다. An important feature of the baffles shown in FIGS. 45-53 is their antifouling ability. As noted above, the oxidized
전술된 점에서, 하나의 실시양태에서 산화 기포탑 반응기(20)에 사용된 배플 또는 배플들이 상향 대면 평면상 외부 표면을 갖지 않는 것이 바람직하다(예를들면, 배플은 원형 단면을 갖는 파이핑 재료로 구성될 수 있다). 본원에 다르게 정의되어 있지 않다면, 상향 대면 표면은 수평 위에 돌출된 수직 벡터를 갖는 표면이다. 또 다른 실시양태에서, 배플 또는 배플들의 상향 대면 노출(즉, 반응 매질(36)과 접촉함)된 총 외부 표면적의 약 50% 미만이 수평으로부터 30°, 또는 20°, 또는 심지어 10°미만으로 경사진 실질적인 평면상 표면으로부터 비롯되는 한, 실질적인 평면상 표면 약간이 이용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 배플 또는 배플들의 상향 대면 노출된 총 외부 표면적의 약 35% 미만이 수평으로부터 30°, 또는 20°, 또는 심지어 10°미만으로 경사진 실질적인 평면상 표면으로부터 비롯된다. 가장 바람직하게는, 배플 또는 배플들의 상향 대면 노출된 총 외부 표면적의 약 25% 미만이 수평으로부터 30°, 또는 20°, 또는 심지어 10°미만으로 경사진 실질적으로 평면상 표면으로부터 비롯된다. 또한, 배플 또는 배플들의 상향 대면 노출된 외부 표면이 실질적으로 완만한 마무리(finish)를 가져서 오염에 추가적으로 저항하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 배플 또는 배플들의 상향 대면 노출된 외부 표면의 실질적인 양 이상이 약 125 마이크론 RMS 미만, 더욱 바람직하게는 약 64마이크론 RMS 미만, 및 가장 바람직하게는 32마이크론 RMS 미만의 표면 조도를 갖는다. 전기 연마된 마무리 및 부드러운 "2B" 기계 연마된 마무리가 특히 유용하다.In view of the foregoing, in one embodiment it is preferred that the baffles or baffles used in the oxidizing
최적 효과를 제공하기 위해, 도 45 내지 53에 도시된 배플 또는 배플들의 방오 디자인에 더하여, 배플(들)이 반응 매질(36)의 상부 말단 및 하부 말단으로부터 적절하게 이격되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 배플 또는 배플들이 반응 매질(36)의 상부 말단 및 하부 말단으로부터 0.5W 및/또는 0.05H 이상 이격되며, 이때 "W"는 반응 매질(36)의 최대 폭이며, "H"는 반응 매질(36)의 최대 높이이다. 더욱 바람직하게는, 배플 또는 배플들은 반응 매질(36)의 상부 말단 및 하부 말단 둘 다로부터 1W 및/또는 0.1H 이상 이격된다. 가장 바람직하게는, 배플 또는 배플들은 반응 매질(36)의 상부 말단 및 하부 말단 둘 다로부터 1.5W 및/또는 0.15H 이상 이격된다. 산화 기포탑 반응기(20)에서의 배플 또는 배플들의 존재로 인해 배플되지 않은 유사 반응기에서 가능한 것보다 더욱 낮은 H:W 비를 가질 수 있다. 따라서, 배플된 기포탑 반응기의 H:W의 비는 바람직하게는 약 3:1 내지 약 20:1. 더욱 바람직하게는 약 3.5:1 내지 약 15:1, 및 가장 바람직하게는 4:1 내지 12:1이다. In order to provide the optimum effect, in addition to the antifouling design of the baffles or baffles shown in FIGS. 45-53, the baffle (s) is preferably spaced from the upper and lower ends of the
이제, 도 45 내지 47를 상세하게 설명하자면, 산화 기포탑 반응기(20)는 수직으로 이격된 다수의 배플(71a, 71b, 71c, 및 71d)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 바람직하게는, 산화 기포탑 반응기(20)는 2 내지 20개의 수직으로 이격된 배플, 가장 바람직하게는 3 내지 8개의 수직으로 이격된 배플을 포함한다. 바람직하게는, 각각의 배플(71)은 다수의 장방향의 별개 배플 부재(73)를 포함한다. 이러한 실시양태에서, 별개 배플 부재(73) 각각은 반응 매질(36)과 접촉하는 실질적으로 실린더형인 노출된 외부표면을 갖는다. 도 45 내지 47에 도시된 실시양태에서, 배플(71a, 71b, 71c 및 71d)이 서로에 대하여 회전되어 이웃하는 배플(71)의 별개 배플 부재(73)는 서로 실질적으로 수직으로 연장된다.Referring now to Figures 45-47, the oxidized
이제, 도 48 내지 50을 상세하게 설명하자면, 또 다른 배플(81a, 81b, 81c 및 81d)이 장방향의 다수의 별개 배플 부재(83)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 실시양태에서, 배플 부재(83) 각각은 L-단면 부재로 형성되고, 일반적으로 거꾸로된 V-형 상향 대면의 노출된 외부 표면을 갖는다. 별개의 배플 부재(83)의 노출된 외부 표면의 구조는 반응 매질(36)에서 침전된 고체로 오염되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 각진 철 배플 부재(83)의 수, 공간 및 배향은 도 45 내지 47의 실린더형 배플 부재(73)에서 기술된 바와 실질적으로 동일할 수 있다.48-50 in detail, another
이제, 도 51 내지 53을 상세하게 설명하자면, 산화 기포탑 반응기(20)는 두 개의 반대로 연장된 수직 원추(93a 및 b)가 기부에서 서로 결합된 형태를 일반적으로 갖는 하나의 모노리식 배플(91)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 모노리식 배플(91)의 노출된 상향 대면 외부 표면 경사가 반응 매질(36)에서 침전된 고체로 배플(91)이 오염되는 것을 방지한다. Referring now to FIGS. 51-53 in detail, the oxidative
도 45 내지 53에 도시된 여러 배플 구성은 단지 예시적인 것으로, 많은 다른 배플 구성도 본 발명의 범위 내에 속한다. 또한, 도 45 내지 53에 도시된 배플 구성은 조합하여 사용될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.The various baffle configurations shown in FIGS. 45-53 are illustrative only, and many other baffle configurations also fall within the scope of the present invention. It should also be noted that the baffle configurations shown in FIGS. 45-53 can be used in combination.
본원에 기술된 배플과 유사한 방식으로 반응 매질과 접촉하는 열교환 관을 특정 종래 산화 반응기에서도 사용할 수 있지만, 본 발명의 배플은 반응 매질을 상당한 정도로 가열 또는 냉각하는 것은 바람직하지 않다는 것에 유념하여야 한다. 따라서, 본원에 개시된 배플의 노출된(즉, 반응 매질과 접촉함) 외부 표면의 열 플럭스가 미터 제곱당 약 30,000와트 미만인 것이 바람직하다. While heat exchange tubes that contact the reaction medium in a manner similar to the baffles described herein may be used in certain conventional oxidation reactors, it should be noted that the baffles of the present invention are not desirable to heat or cool the reaction medium to a significant extent. Accordingly, it is desirable that the heat flux of the exposed (ie in contact with the reaction medium) outer surface of the baffles disclosed herein is less than about 30,000 watts per square meter.
도 54를 참조하자면, 본 발명의 하나의 실시양태에서, 산화제 스트림은 수직으로 이격된 다수의 산화제 주입구(98a, 98b, 98c 및 98d)를 통해 기포탑 반응기(20)의 반응 대역(28)에 도입된다. 다수의 수직 지점에서의 산화제 스트림의 도입으로 인해 반응 매질(36)의 여러 부분에서 온도 및/또는 산소 농도 및/또는 액체 및 기체 유동 패턴이 조정될 수 있다. 또한, 이것은 여러 수직 지점에서 산소를 반응 매질에 도입하여 반응 매질(36)의 여러 부분에서 가연성, 반응 속도 및 선택도를 조절하는데 유용할 수 있다. 산화제 주입구(98a, 98b, 98c 및 98d)를 통과하는 산화제 스트림의 유속을 조절 밸브(99a, 99b, 99c 및 99d)를 통해 조정함으로써 부가적인 조절을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 54, in one embodiment of the present invention, the oxidant stream is passed through the plurality of vertically spaced
도 54에는 수직으로 이격된 다수의 위치에서 용기 쉘을 관통한 다수의 공급물 주입구(98a, 98b, 98c 및 98d)가 간략하게 도시되어 있지만, 다수의 용기 관통구없이도 다수의 내부 산화제 분산 수단이 반응 대역(28)의 여러 높이에서 산화제 스트림을 도입하는데 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 기포탑 반응기(20)는 도 2 내지 5에 도시된 스파저(34) 및/또는 도 12 내지 15에 도시된 스파저(200)와 유사한 구조를 각각 갖는 두 개 이상의 수직으로 이격된 스파저를 포함할 수 있다. 다르게는, 공급물 스트림을 다수의 높이에서 반응 대역(28)으로 도입하기 위해 상기에서 기술된 바와 유사한 방식으로, 산화제 스트림을 다수의 높이에서 반응 대역(28)에 도입할 수 있다. 따라서, 도 6 내지 10에 도시된 것과 유사한 분배 시스템을 사용하여 산화제 스트림을 반응 대역(28)으로 분배시킬 수 있다.54 briefly shows a number of
산화제 스트림을 반응 대역(28)에 도입하는데 사용되는 시스템의 구조에 상관없이, 분자 산소를 포함하는 산화제 스트림은 다수의 산화제 개구를 통해 반응 대역(28)에 도입되는 것이 바람직하며, 이때 상기 산화제 개구 중 2개 이상은 약 1W 및/또는 0.15H 이상으로 서로 수직으로 이격되고, 여기서 "W"는 반응 매질(36)의 최대 폭이며, "H"는 반응 매질(36)의 최대 높이이다. 더욱 바람직하게는, 산화제 개구 중 2개 이상은 약 2W 및/또는 0.25H 이상으로 서로 수직으로 이격된다. 가장 바람직하게는, 산화제 개구 중 2개 이상은 3W 및/또는 0.4H 이상으로 서로 수직으로 이격된다. 상술된 바와 같이, 수직으로 이격된 산화제 개구를 통해 반응 대역(28)에 도입된 산화제 스트림이 산소와 실질적으로 동일한 농도를 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 수직으로 이격된 산화제 스트림 모두가 약 50몰% 미만의 분자 산소, 더욱 바람직하게는 약 40몰% 미만의 분자 산소, 더욱 더 바람직하게는 약 18 내지 약 24 몰% 분자 산소를 포함한다. 가장 바람직하게는, 산화제 스트림은 공기이다.Regardless of the structure of the system used to introduce the oxidant stream into the
반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소 중 약 10몰% 이상, 또는 약 20몰% 이상, 또는 심지어 40몰% 이상이 반응 대역(28)의 저부(52)의 약 0.5W 및/또는 0.05H 내에서 반응 대역(28)에 도입되는 것이 바람직하다. 반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소 중 약 10몰% 이상, 또는 약 20몰% 이상, 또는 심지어 40몰% 이상이 반응 대역(28)의 저부(52)의 약 0.25W 및/또는 0.025H 내에서 반응 대역(28)에 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소 중 약 10몰% 이상, 또는 약 20몰% 이상, 또는 심지어 40몰% 이상이 반응 대역(28)의 저부(52) 위에서 약 1.5W 및/또는 0.15H 이상으로 수직으로 이격된 위치 또는 위치들에서 반응 대역(28)에 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소 중 약 10몰% 이상, 또는 약 20몰% 이상, 또는 심지어 40몰% 이상이 반응 대역(28)의 하부(52)로부터 2W 및/또는 0.2H 이상으로 수직으로 이격된 위치 또는 위치들에서 반응 대역(28)에 도입되는 것이 더욱 바람직하다.At least about 10 mole percent, or at least about 20 mole percent, or even at least 40 mole percent of all molecular oxygen introduced into the
상기에서 시사한 바와 같이, 여러 높이에서 반응 매질(36)의 액상 중의 산소 농도는 다수의 수직으로 이격된 위치에서 산화제 스트림을 도입함으로써 조정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 반응 매질(36)은 수직으로 변화하는 산소 농도 구배를 가질 수 있다. 반응 매질(36) 중의 산소 농도가 반응 매질(36) 중의 최대 산소 농도의 60% 미만으로 떨어지는 높이에서 또는 이 높이 위의 소정의 위치에서 산화제 스트림의 일부가 반응 대역(28)에 도입되는 것이 바람직하다. 낮은 산소 농도의 위치에서 또는 그 위에서 산화제 스트림을 도입하는데 사용된 높은 산화제 개구(들)의 위치를 규정하기 위해, 반응 매질(36)은 이론적으로 동일 부피의 30개의 별도의 수평 분층으로 분할될 수 있으며, 각 수평 분층의 산소 농도는 시간-평균 및 부피-평균 몰(습식) 기준으로 측정될 수 있다. 가장 높은 산소 농도를 갖는 수평 분층은 O2-최대 수평 분층이라고 지칭된다. O2-최대 수평 분층의 산소 농도의 60% 미만인 산소 농도를 갖는 O2-최대 수평 분층 위의 제 1 수평 분층은 O2-임계 수평 분층으로서 지칭된다. O2-최대 수평 분층이 저부의 10개의 수평 분층 중 하나, 가장 바람직하게는 저부의 5개의 수평 분층 중 하나인 것이 바람직하다. O2-임계 수평 분층이 중간 20개의 수평 분층 중 하나, 가장 바람직하게는 중간 14개의 수평 분층 중 하나인 것이 바람직하다. O2-임계 분층이 O2-최대 수평 분층 위의 2개 이상의 수평 분층, 더욱 바람직하게는 O2-최대 수평 분층 위의 4개 이상의 수평 분층, 및 가장 바람직하게는 O2-최대 수평 분층 위의 6개 이상의 수평 분층에 위치하는 것이 바람직하다. 산화제 스트림 중의 일부 이상이 O2-임계 수평 분층에 또는 이 위에 위치된 산화제 개구(들)을 통해 반응 대역(28)에 도입되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소 중 5중량%, 10중량%, 또는 심지어 25중량%가 O2-임계 수평 분층에서 또는 이 위에서 반응 대역(28)에 도입된다.As suggested above, the oxygen concentration in the liquid phase of the
또한, 여러 높이에서의 반응 매질(36)의 온도는 다수의 수직으로 이격된 위치에서 산화제 스트림을 도입함으로써 조정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 반응 매질(36)은 수직으로 변하는 온도 구배를 가질 수 있다. 반응 매질(36)의 온도가 반응 매질(36)의 저부 절반에서 최저 온도 이상으로 바람직하지 않은 정도만큼 증가하는 높이에서 또는 이 높이의 임의 높이에서 산화제 스트림의 일부가 반응 대역(28)에 도입되는 것이 바람직하다. 산화제 스트림을 도입하는데 사용된 높은 산화제 개구(들)의 위치를 규정하기 위해, 반응 매질(36)은 이론적으로 동일 부피의 30개의 별도의 수평 분층으로 분할될 수 있고, 각 수평 분층의 온도는 시간-평균 및 부피-평균 기준으로 결정될 수 있다. 저부 15개의 수평 분층 중 최저 온도를 갖는 수평 분층은 T-최저 수평 분층으로서 지칭될 수 있다. 바람직하지 않게 높은 온도를 갖는 T-최저 수평 분층 위의 제 1 분층은 T-임계 수평 분층으로서 지칭될 수 있다. T-임계 수평 분층의 온도가 T-최저 수평 분층의 온도 보다 약 1℃ 이상 높은 온도, 더욱 바람직하게는 T-최저 수평 분층의 온도보다 약 2℃ 이상 높은 온도, 가장 바람직하게는 T-최저 수평 분층의 온도 보다 3℃ 이상 높은 온도인 것이 바람직하다. T-최저 수평 분층이 저부 10개의 수평 분층 중 하나, 가장 바람직하게는 저부 5개의 수평 분층 중의 하나인 것이 바람직하다. T-임계 수평 분층이 20개의 중간 분층 중 하나, 가장 바람직하게는 14개의 중간 수평 분층 중 하나인 것이 바람직하다. T-임계 분층은 T-최저 수평 분층의 상부의 2개 이상의 수평 분층, 더욱 바람직하게는 T-최저 수평 분층 상부의 4개 이상의 수평 분층, 가장 바람직하게는 T-최저 수평 분층의 상부의 6개 이상의 수평 분층에 위치하는 것이 바람직하다. 산화제 스트림의 일부 이상이 T-임계 분층에서 또는 그 위에 위치된 산화제 개구(들)를 통해 반응 대역(28)에 도입되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 반응 대역(28)에 도입된 모든 분자 산소의 5중량%, 10중량%, 또는 심지어 25중량%가 T-임계 수평 분층에서 또는 그 위에서 반응 대역(28)에 도입된다.In addition, the temperature of
바로 위에서 기술된 산화제 스트림의 수직 분배 이외에, 산화제 스트림이 전술된 방식으로 방위적으로 및 방사상으로 분배되는 것이 바람직하다.In addition to the vertical distribution of the oxidant stream just described above, it is preferred that the oxidant stream is distributed azimuthally and radially in the manner described above.
또한, 산화제 스트림 도입의 방사상 및 방위적 분배는 산화 기포탑의 반응 매질 내에서 자연 대류 유동 패턴을 재구성하는데 사용될 수 있다. 자연 대류 유동의 정상 패턴은 대개 산화제의 높은 주입구 위에서 개방된, 2 또는 3개의 칼럼 직경 내로 그 자체를 다시 설정하지만, 국부 방해가 있어 산화제 및 산화성 화합물의 수직 단계화에서 중요한 제어성을 제공한다. 개념상, 산화제 스트림의 방위적 및 방사상 위치화는 반응 매질의 다소간의 유압식 배플을 제공하도록 조정될 수 있다.In addition, radial and directional distribution of the oxidant stream introduction can be used to reconstruct the natural convective flow pattern in the reaction medium of the oxidizing bubble column. The normal pattern of natural convective flow resets itself into two or three column diameters, usually open above the high inlet of the oxidant, but there is local disturbance to provide important controllability in the vertical stepping of the oxidant and oxidizing compound. Conceptually, the azimuthal and radial localization of the oxidant stream can be adjusted to provide more or less hydraulic baffles of the reaction medium.
유압식 배플을 제공하기 위해 높은 산화제 주입구를 사용하는 바람직한 실시양태에 있어서, 주입구는 다음과 같이 액상의 말단-말단 혼합을 감소시킴으로써 수직 단계를 증가시키는데 사용된다. 산화제 스트림의 상승 주입으로 상기 주입구의 높이에서 반응 매질의 수평 중심에 가장 가까운 단면적의 60%, 더욱 바람직하게는 70%, 가장 바람직하게는 80% 이외의 유동 중 약 60% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80% 이상, 가장 바람직하게는 실질적으로 모두를 방출하는 것이 바람직하다. 이러한 외부 직경 산화제 주입구의 국부적 위치에서, 반응 용기의 벽 근처의 상향으로 흐르는 산화제의 증가된 존재는, 벽을 따라 아래로 흐르는 액체 또는 슬러리 상의 유동에 저항하고 이를 시간 평균적으로 지연시킬 것이다. 더욱 바람직한 실시양태에서, 상기 및 높은 외부 직경 산화제 주입구의 유동 개방 면적은 대부분 수평으로 또는 수평 위로 향할 것이며, 바람직하게는 상기 개방 면적의 50% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상이 수평으로 또는 수평 위치 위로 향할 것이다.In a preferred embodiment using a high oxidant inlet to provide a hydraulic baffle, the inlet is used to increase the vertical step by reducing the liquid end-end mixing as follows. Ascending injection of an oxidant stream results in at least about 60%, more preferably in flows other than 60%, more preferably 70%, most preferably 80% of the cross-sectional area closest to the horizontal center of the reaction medium at the height of the inlet. It is preferred to release at least about 80%, most preferably substantially all. At the local location of this outer diameter oxidant inlet, the increased presence of oxidant flowing near the wall of the reaction vessel will resist and delay time-averaged flow of liquid or slurry down the wall. In a more preferred embodiment, the flow opening area of said and high outer diameter oxidant inlet will mostly face horizontally or horizontally upwards, preferably at least 50% of the open area, more preferably at least 70%, most preferably More than 90% will point horizontally or above a horizontal position.
유압식 배플을 제공하기 위해 높은 산화제 주입구를 사용하는 더욱 바람직한 실시양태에서, 주입구는 다음과 같이 액상의 말단-말단 혼합을 감소시킴으로써 수직 단계를 증가시키는데 사용된다. 산화제 스트림의 높은 주입구는 상기 주입구의 높이에서 반응 매질의 수평 중심에 가장 가까운 단면적의 70%, 더욱 바람직하게는 60%, 가장 바람직하게는 50% 내에 위치하고, 수평 위치에서 및 수평 위치 아래로 배향된 유동 중 약 60% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80% 이상, 가장 바람직하게는 실질적으로 모두를 방출하는 것이 바람직하다. 이러한 내부 직경의 산화제 주입구의 국부적 위치에서, 유입되는 산화제 스트림의 수평 또는 하향 운동은 반응 용기의 코어를 통해 위로 흐르는 반응 매질의 유동에 저항하고 이를 시간 평균적으로 지연시킬 것이다. 가장 바람직한 실시양태에서, 상기 높은 내부 직경 산화제 주입구의 유동 개방 면적의 50% 초과, 더욱 바람직하게는 70% 초과, 및 가장 바람직하게는 90% 초과가 수직으로부터 약 60°이내, 더욱 바람직하게는 약 45°이내, 가장 바람직하게는 30°이내에서 하향한다.In a more preferred embodiment that uses a high oxidant inlet to provide a hydraulic baffle, the inlet is used to increase the vertical stage by reducing the liquid end-end mixing as follows. The high inlet of the oxidant stream is located within 70%, more preferably 60%, most preferably 50% of the cross-sectional area closest to the horizontal center of the reaction medium at the height of the inlet, oriented in the horizontal position and below the horizontal position. It is preferred to release at least about 60%, more preferably at least about 80% and most preferably substantially all of the flow. At the local location of this inner diameter oxidant inlet, the horizontal or downward motion of the incoming oxidant stream will resist and delay the time average flow of the reaction medium flowing upward through the core of the reaction vessel. In the most preferred embodiment, more than 50%, more preferably more than 70%, and most preferably more than 90% of the flow opening area of the high inner diameter oxidant inlet is within about 60 ° from the vertical, more preferably about Downwards within 45 °, most preferably within 30 °.
다시, 도 1 내지 54를 참조하자면, 본원에 개시된 바람직한 실시양태에 따라, 종래의 산화 반응기와는 매우 다른 조건하의 기포탑 반응기(20)에서 산화가 바람직하게 실시된다. 기포탑 반응기(20)가 본원에 개시된 바람직한 실시양태에 따라 파라-자일렌을 조질의 테레프탈산(CTA)로 액상 부분 산화하기 위해 사용되는 경우, 반응 매질 내에서 액체 유동 패턴과 조합된 국소 반응 세기, 국부 증발 세기 및 국부 온도의 공간적 프로파일 및 바람직한 비교적 낮은 산화 온도는 유의하고 이로운 특성을 갖는 CTA 입자의 형성에 기여한다.Referring again to FIGS. 1-54, according to a preferred embodiment disclosed herein, oxidation is preferably performed in
본 발명의 하나의 실시양태에 따라 제조된 기본적인 CTA가 도 55A 및 55B에 도시되어 있다. 도 55A는 기본적인 CTA 입자를 500 배율로 확대한 것이며, 도 54B는 기본적인 CTA 입자 중 하나 상에서 주밍(zooming)하여 상기 입자를 2000 배율로 확대한 것이다. 도 55B에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 기본적인 CTA 입자는 전형적으로 작은 덩어리진 다수의 CTA 써브입자를 형성함으로써, 기본적인 CTA 입자는 비교적 높은 표면적, 높은 다공성, 낮은 밀도 및 우수한 용해성을 갖게 된다. 기본적인 CTA 입자는 전형적으로 약 20 내지 약 150마이크론, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 120마이크론, 및 가장 바람직하게는 40 내지 90마이크론의 평균 입자 크기를 갖는다. 기본적인 CTA 써브입자는 전형적으로 약 0.5 내지 약 30마이크론, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 15마이크론, 가장 바람직하게는 2 내지 5마이크론의 평균 입자 크기를 갖는다. 도 55A 및 55B에 도시된 기본적인 CTA 입자의 비교적 높은 표면적은 브라우나우어-엠메트-텔러(Braunauer-Emmett-Teller; BET) 표면적 측정 방법을 사용하여 정량화할 수 있다. 바람직하게는, 기본적인 CTA 입자는 약 0.6㎡/g 이상의 평균 BET 표면적을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 기본적인 CTA 입자는 약 0.8㎡/g 내지 약 4㎡/g의 평균 BET 표면적을 갖는다. 가장 바람직하게는, 기본적인 CTA 입자는 약 0.9㎡/g 내지 약 2㎡/g의 평균 BET 표면적을 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시양태의 최적 산화 공정에 의해 형성된 기본적인 CTA 입자의 물성(예, 입자 크기, BET 표면적, 다공성 및 용해성)은 도 57과 관련하여 아래에 추가적으로 설명하는 바와 같이, 더욱 효과적이고/이거나 경제적인 방법에 의해 CTA 입자를 정제하게 할 수 있다.Basic CTAs prepared according to one embodiment of the present invention are shown in FIGS. 55A and 55B. FIG. 55A is an enlarged view of the basic CTA particles at 500 magnification, and FIG. 54B is a view enlarged at 2000 magnifications by zooming on one of the basic CTA particles. As best shown in FIG. 55B, each basic CTA particle typically forms a small mass of multiple CTA subparticles such that the basic CTA particles have a relatively high surface area, high porosity, low density and good solubility. Basic CTA particles typically have an average particle size of about 20 to about 150 microns, more preferably about 30 to about 120 microns, and most preferably 40 to 90 microns. Basic CTA subparticles typically have an average particle size of about 0.5 to about 30 microns, more preferably about 1 to about 15 microns, most preferably 2 to 5 microns. The relatively high surface area of the basic CTA particles shown in FIGS. 55A and 55B can be quantified using the Braunauer-Emmett-Teller (BET) surface area measurement method. Preferably, the basic CTA particles have an average BET surface area of at least about 0.6
상기에서 제공된 평균 입자 크기는 편광 현미경 조사 및 이미지 분석을 사용하여 측정된다. 입자 크기 분석에 사용된 장치는 4x 플랜 플루오르(Plan Flour) N.A. 0.13 대물렌즈를 구비한 니콘 E800 광학 현미경, 스폿 알티(Spot RT; 상표명) 디지털 카메라 및 개인용 컴퓨터 작동 이미지 프로 플러스(Image Pro Plus; 상표명) V4.5.0.19 이미지 분석 소프트웨어를 포함한다. 입자 크기 분석 방법은 (1) 광유에 CTA 분말을 분산시키는 단계; (2) 분산액의 현미경 슬라이드/커버 슬립을 마련하는 단계; (3) 편광 현미경(교차 편광 조건-입자가 블랙 배경 상에 밝은 물체로서 나타남)을 사용하여 상기 슬라이드를 조사하는 단계; (4) 각 샘플 제제(필드 크기 = 3 x 2.25mm, 화소 크기 = 1.84마이크론/화소)에 대해 상이한 이미지를 수집하는 단계; (5) 이미지 프로 플러스 소프트웨어로 이미지 분석을 실시하는 단계; (6) 입자 측정치를 스프레드시트로 보내는 단계; 및 (7) 스프레드시트에서 통계적 특성화를 실시하는 단계를 포함한다. 단계(5)의 "이미지 프로 플러스 소프트웨어로의 상 분석 실시"는 (a) 어두운 배경 상에 백색 입자를 검출하기 위해 상 임계치를 설정하는 단계; (b) 이성분 이미지를 생성하는 단계; (c) 화소 노이스를 여과하기 위해 1회 오픈 필터를 작동시키는 단계; (d) 이미지에서 모든 입자를 계측하는 단계; 및 (e) 각 입자에서 계측된 평균 직경을 기록하는 단계를 포함한다. 이미지 프로 플러스 소프트웨어는 각개 입자의 평균 직경을 2도 간격으로 측정하고 입자 중심을 지나가는 입자의 수평균 직경 길이로서 규정한다. 단계 7의 "스프레드시트에서의 통계적 특성화 실시"는 다음과 같이 부피-중량화 평균 입자 크기를 계산하는 것을 포함한다. 샘플 중에서의 n개 입자 각각의 부피는, 입자가 구형인 경우, pi/6 * di 3를 사용하고, 각 입자의 부피를 직경과 곱하여 pi/6 * di 4를 구하고, pi/6 * di 4 값의 샘플 중 모든 입자에 대해 총합하고, 샘플 중의 모든 입자의 부피를 총합하고, (pi/6 * di 4)의 샘플 중의 모든 n 입자에 대한 총합을 (pi/6 * di 3)의 샘플 중의 모든 n 입자에 대한 총합으로 나눔으로써 부피-중량화 입자 직경을 계산함으로써 산출한다. 본원에 사용한 바와 같이, "평균 입자 크기"는 상기 기술된 시험 방법에 따라 측정된 부피-중량화 평균 입자 크기를 지칭하는 것으로, 또한 하기 수학식 1의 D(4,3)로서 언급된다:Average particle size provided above is measured using polarization microscopy and image analysis. The device used for particle size analysis was a Nikon E800 optical microscope with a 4x Plan Flour NA 0.13 objective, a Spot RT digital camera and a personal computer operated Image Pro Plus. V4.5.0.19 Includes image analysis software. The particle size analysis method comprises the steps of (1) dispersing the CTA powder in mineral oil; (2) providing a microscope slide / cover slip of the dispersion; (3) illuminating the slide using a polarization microscope (cross polarization conditions—particles appear as bright objects on a black background); (4) collecting different images for each sample preparation (field size = 3 x 2.25 mm, pixel size = 1.84 microns / pixel); (5) performing image analysis with Image Pro Plus software; (6) sending particle measurements to a spreadsheet; And (7) performing statistical characterization on the spreadsheet. "Perform phase analysis with Image Pro Plus software" of
또한, 단계 7은 총 샘플 부피의 어떠한 분율이 그 입자 크기보다 작은 그러한 입자 크기를 찾는 것을 포함한다. 예를들면, D(v,0.1)는 총 샘플 부피의 10%는 더 작고, 90%는 더욱 큰 입자 크기이며, D(v,0.5)는 샘플 부피의 반은 더욱 크고, 반은 더욱 작은 입자 크기이며, D(v,0.9)는 총 샘플 부피의 90%가 더욱 작은 입자 크기이다. 또한, 단계 7은 "입자 크기 스프레드(spread)"로 본원에서 정의되는 D(v,0.9) - D(v,0.1) 값을 계산하는 것을 포함하며; 단계 7은 "입자 크기 상대 스프레드"로서 정의되는, 입자 크기 스프레드를 D(4,3)로 나눈 값을 계산하는 것을 포함한다.
또한, 상기에서 측정된 CTA 입자의 D(v,0.1)는 바람직하게는 약 5 내지 약 65마이크론 범위, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 약 55마이크론 범위, 및 가장 바람직하게는 25 내지 45마이크론 범위이다. 상기에서 측정된 CTA 입자의 D(v,0.5)는 바람직하게는 약 10 내지 90마이크론 범위, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 80마이크론 범위, 및 가장 바람직하게는 30 내지 70마이크론 범위이다. 상기에서 측정된 CTA 입자의 D(v,0.9)는 바람직하게는 약 30 내지 약 150마이크론 범위, 더욱 바람직하게는 약 40 내지 약 130마이크론 범위, 및 가장 바람직하게는 50 내지 110마이크론 범위이다. 입자 크기 상대 스프레드는 바람직하게는 약 0.5 내지 약 20마이크론 범위, 더욱 바람직하게는 약 0.6 내지 약 1.5마이크론 범위 및 가장 바람직하게는 0.7 내지 1.3마이크론 범위이다. In addition, the D (v, 0.1) of the CTA particles measured above is preferably in the range of about 5 to about 65 microns, more preferably in the range of about 15 to about 55 microns, and most preferably in the range of 25 to 45 microns. . The D (v, 0.5) of the CTA particles measured above is preferably in the range of about 10 to 90 microns, more preferably in the range of about 20 to about 80 microns, and most preferably in the range of 30 to 70 microns. The D (v, 0.9) of the CTA particles measured above is preferably in the range of about 30 to about 150 microns, more preferably in the range of about 40 to about 130 microns, and most preferably in the range of 50 to 110 microns. The particle size relative spread is preferably in the range of about 0.5 to about 20 microns, more preferably in the range of about 0.6 to about 1.5 microns and most preferably in the range of 0.7 to 1.3 microns.
상기에서 제공된 BET 표면적 값은 마이크로메리틱스(Micromeritics) ASAP2000(미국 조지아주 노크로스 소재의 마이크로메리틱스 인스트루먼트 코포레이션(Micromeritics Instrument Corporation)로부터 구입 가능)에 의해 측정된다. 상기 측정 과정의 제 1 단계에서, 상기 입자의 샘플 2 내지 4g을 계량하여 50℃에서 건조시킨다. 다음, 상기 샘플을 분석 기체 매니폴드(manifold) 상에 위치시켜 77°K로 냉각시킨다. 질소 흡수 등온선을 최소 5 평형 압력에서 상기 샘플을 공지된 부피의 질소 기체에 노출시켜 압력의 감소를 측정함으로써 측정한다. 상기 평형 압력은 적절하게도 P/Po가 0.01 내지 0.20의 범위 내에 있으며, 이때 P는 평형 압력이고 Po는 77°K에서의 액체 질소의 증기압이다. 이어서, 이렇게 얻어진 등온선을 다음의 BET 수학식 2에 따라 플롯한다:The BET surface area values provided above are measured by Micromeritics ASAP2000 (commercially available from Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, GA, USA). In the first step of the measurement process, 2-4 g of sample of the particles are weighed and dried at 50 ° C. The sample is then placed on an analytical gas manifold and cooled to 77 ° K. The nitrogen absorption isotherm is measured by exposing the sample to a known volume of nitrogen gas at a minimum of 5 equilibrium pressures to measure the decrease in pressure. The equilibrium pressure is suitably in the range P / Po of 0.01 to 0.20, where P is the equilibrium pressure and Po is the vapor pressure of liquid nitrogen at 77 ° K. The isotherms thus obtained are then plotted according to the following BET equation 2:
상기 식에서, Where
Va는 P에서 샘플에 의해 흡수되는 기체의 부피이고, V a is the volume of gas absorbed by the sample at P,
Vm은 상기 샘플의 전체 표면을 단일층의 기체로 덮는데 필요한 기체의 부피이며, V m is the volume of gas required to cover the entire surface of the sample with a single layer of gas,
C는 상수이다. C is a constant.
상기 플롯으로부터, Vm 및 C를 결정한다. 그 후, 하기 수학식 3에 의해 77°K에서 질소의 단면적을 이용하여 Vm을 표면적으로 전환시킨다:From this plot, V m and C are determined. Thereafter, V m is converted to the surface area using the cross-sectional area of nitrogen at 77 ° K by the following equation:
상기 식에서, Where
σ는 77°K에서 질소의 단면적이고, σ is the cross section of nitrogen at 77 ° K,
T는 77°K이며, T is 77 ° K,
R은 기체 상수이다.R is the gas constant.
상기에서 시사되는 바와 같이, 본 발명의 한 실시양태에 따라 형성된 CTA는 다른 공정에 의해 제조된 종래의 CTA와 비교하여 우수한 용해 특성을 나타낸다. 이러한 향상된 용해 속도에 의해 본 발명의 CTA는 더 효율적이고 및/또는 더 효과적인 정제 공정에 의해 정제될 수 있다. 하기 설명은 CTA의 용해 속도가 정량화되는 방법에 관한 것이다.As suggested above, CTAs formed in accordance with one embodiment of the present invention exhibit superior dissolution properties as compared to conventional CTAs prepared by other processes. This improved dissolution rate allows the CTA of the present invention to be purified by more efficient and / or more effective purification processes. The description below relates to how the dissolution rate of CTA is quantified.
진탕된 혼합물 중에서 공지된 양의 고체가 공지된 양의 용매로 용해되는 속도는 여러 가지 프로토콜에 의해 측정될 수 있다. 본원에서 사용된, "시한 용해 시험(timed dissolution test)"이라고 지칭되는 측정 방법은 다음과 같이 정의된 다. 약 0.1MPa의 대기압이 시한 용해 시험을 통해 사용된다. 시한 용해 시험을 통해 사용되는 주변 온도는 약 22℃이다. 또한, 고체, 용매 및 모든 용해 장치는 시험이 시작되기 전에 상기 온도에서 완전한 열평형을 유지하며, 용해가 진행되는 동안 비커 또는 그의 내용물에 대한 감지할만한 가열 또는 냉각은 존재하지 않는다. 새로운 HPLC 분석용 등급의 테트라하이드로퓨란(99.9% 이상의 순도를 가짐, 이하에서 "THF"로 지칭함)의 용매 부분 250g을, 단열되지 않고 평활한 면을 가지며 일반적으로 실린더형의 세정된 KIMAX 장형(tall form) 400㎖ 유리 비커(등록상표 킴블(Kimble) 부품 번호 14020, 미국 뉴저지주 바인랜드 소재의 킴블/콩테사(Kimble/Kontes)) 내에 위치시킨다. 테프론이 코팅된 자기 교반 막대(VWR 부품 번호 58948-230, 3/8 인치의 직경을 갖는 약 1 인치의 길이, 8각형 단면, 미국 펜실베이니아 19380 웨스트 체스터 소재의 VWR 인터내셔널(VWR International))를 상기 비커 내에 위치시켜서, 그것이 자연적으로 저부에 자리잡도록 한다. 상기 샘플을 등록상표 바리오마그(Variomag) 멀티포인트(multipoint) 15 자기 교반기(독일 오베르쉴라이스하임 소재의 H&P 라보르테크니크 AG(H&P Labortechnik AG))를 이용하여 분당 800 회전 설정치에서 교반시킨다. 상기 교반은 고체를 첨가하기 단지 5분 전에 시작되며 고체를 첨가한 후 30분 이상 동안 계속한다. 250mg에 달하는, 조질의 또는 정제된 TPA 입자의 고체 샘플을 비점착성 샘플 계량 팬으로 계량한다. t가 0으로 표시되는 개시 시간에 상기 계량된 고체는 모두 한꺼번에 교반된 THF에 부어지며, 그와 동시에 타이머의 작동이 시작된다. 정상적으로 된다면, THF는 신속하게 상기 고체를 습윤시켜 5분 내에 잘 진탕된 희석 슬러리를 형성한다. 그 후 에, 이 혼합물의 샘플을 t가 0으로부터 분 단위로 측정된 다음의 시간에 수득한다: 0.08, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00, 1.50, 2.00, 2.50, 3.00, 4.00, 5.00, 6.00, 8.00, 10.00, 15.00, 및 30.00. 각각의 소량의 샘플을 새로운 일회용 주사기(미국 뉴저지주 07417 프랭크린 레이크 소재의 벡톤 디킨슨 앤드 컴패니(Becton, Dickinson and Co)가 제조한 5㎖, REF 30163)를 사용하여 잘 진탕된 희석 혼합물로부터 수득한다. 비커로부터 수거하자마자, 약 2㎖의 투명 액체 샘플을 사용되지 않은 새로운 주사기 필터(미국 뉴욕주 11548 이스트 힐스 소재의 팔 코포레이션(Pall Corporation))가 제조한 25mm 직경 및 0.45마이크론의 겔만 GHP 아크로디스크 GF(Gelman GHP Acrodisc GF; 등록상표))를 통하여 새로운 라벨을 붙인 유리 샘플 비알로 신속하게 방출시킨다. 주사기에 채우고, 필터에 위치시키고, 샘플 비알로 방출시키는 작업 각각의 지속 시간은 정확하게 약 5초 미만이며, 이 시간 간격은 각각의 목표 샘플링 시간 전후 약 3초 이내에 적절하게 개시되고 종료된다. 샘플 비알을 채우는 매 작업 후 약 5분 이내에, 샘플 비알을 마개로 막고 다음의 화학 분석을 실시할 때까지 대체로 항온에서 유지시킨다. t가 0인 시점으로부터 30분이 경과한 때에 최종 샘플을 수득한 후, 16개의 모든 샘플을 본원의 다른 곳에서 개괄적으로 기술한 HPLC-DAD법을 사용하여 용해된 TPA의 양을 구하기 위해 분석한다. 그러나, 본 시험에서, 교정 표준 및 보고된 결과는 둘 다 THF 용매 g 당 용해된 TPA의 mg(이하에서 "THF 중의 ppm"으로 지칭함)을 기준으로 한다. 예를 들어, 250mg의 고체 전체가 매우 순수한 TPA이고 그 전량을 특정 샘플을 수득하기 전에 250g의 THF 용매 중에서 완전히 용해시켰다면, 그 정확하게 측정된 농도는 THF 중 의 약 1,000ppm이 될 것이다.The rate at which a known amount of solids are dissolved in a known amount of solvent in the shaken mixture can be measured by various protocols. As used herein, a measurement method called "timed dissolution test" is defined as follows. An atmospheric pressure of about 0.1 MPa is used throughout the time dissolution test. The ambient temperature used throughout the time dissolution test is about 22 ° C. In addition, the solids, solvents, and all dissolution apparatus maintain complete thermal equilibrium at this temperature before testing begins, and there is no appreciable heating or cooling of the beaker or its contents while dissolution proceeds. 250 g of a solvent portion of a new HPLC analytical grade tetrahydrofuran (having a purity of at least 99.9%, hereinafter referred to as "THF") have a generally uninsulated, smooth surface and are generally cylindrical cleaned KIMAX tall form) in a 400 ml glass beaker (Kimble Part No. 14020, Kimble / Kontes, Vineland, NJ). Teflon-coated magnetic stir bar (VWR Part No. 58948-230, approximately 1 inch long, octagonal cross-section with 3/8 inch diameter, VWR International, 19380 West Chester, Pa.) So that it naturally sits at the bottom. The sample is agitated at 800 revolutions per minute using the
본 발명에 따른 CTA가 상술된 시한 용해 시험에 처리되는 경우, t가 0인 시점으로부터 1분이 경과한 때에 수득한 샘플이 THF 중의 약 500ppm 이상의 농도, 더욱 바람직하게는 THF 중의 600ppm 이상의 농도로 용해되는 것이 바람직하다. t가 0인 시점으로부터 2분이 경과한 때에 수득한 샘플에 있어서는, 본 발명에 따른 CTA가 THF 중의 약 700ppm 이상의 농도, 더욱 바람직하게는 THF 중의 750ppm 이상의 농도로 용해되는 것이 바람직하다. t가 0인 시점으로부터 4분이 경과한 때에 수득한 샘플에 있어서는, 본 발명에 따른 CTA가 THF 중의 약 840ppm 이상의 농도, 더욱 바람직하게는 THF 중의 880ppm 이상의 농도로 용해되는 것이 바람직하다. When the CTA according to the present invention is subjected to the timed dissolution test described above, a sample obtained when one minute has elapsed from the time t is 0 is dissolved at a concentration of at least about 500 ppm in THF, more preferably at least 600 ppm in THF. It is preferable. In the sample obtained when 2 minutes have elapsed from the time point at which t is 0, it is preferable that the CTA according to the present invention is dissolved at a concentration of about 700 ppm or more in THF, more preferably at a concentration of 750 ppm or more in THF. In the sample obtained when 4 minutes have elapsed since the time t is 0, it is preferable that the CTA according to the present invention is dissolved at a concentration of about 840 ppm or more in THF, more preferably at a concentration of 880 ppm or more in THF.
비교적 간단한 음 지수 증가 모델(negative exponetial growth model)이, 입자 샘플 및 용해 공정의 복잡성에도 불구하고, 완전한 시한 용해 시험으로부터의 전체 데이터 세트의 시간 의존성을 설명하는데 유용하다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 이하에서 "시한 용해 모델"이라고 지칭되는 수학식은 다음과 같다:The inventors have found that a relatively simple negative expontial growth model is useful to account for the time dependence of the entire data set from a complete timed dissolution test, despite the complexity of the particle sample and the dissolution process. The equation referred to below as the "timed dissolution model" is as follows:
상기 식에서,Where
t = 분 단위의 시간;t = time in minutes;
S = 시간 t에서 THF 중의 ppm 단위의 용해도;S = solubility in ppm in THF at time t;
exp = 자연로그의 밑을 2로 하는 지수함수;exp = exponential with base of natural logarithms;
A, B = THF 중의 ppm 단위의 회귀 상수(여기서, A는 주로 매우 짧은 시간에 보다 작은 입자를 신속하게 용해시키는 것에 관련되며, A + B는 주로 지정된 시험 시간이 종료될 무렵의 총 용해량에 관련됨); A, B = regression constant in ppm in THF, where A is mainly related to the rapid dissolution of smaller particles in a very short time, and A + B is mainly related to the total amount of dissolution at the end of the specified test time. Related);
C = 역분(reciprocal minute; 분-1) 단위의 회귀 시간 상수.C = regression time constant in reciprocal minute (min- 1 ).
회귀 상수는 실제의 데이터 포인트와 그에 대응하는 모델 값 사이의 오차의 제곱의 합을 최소화하기 위해 조정되며, 이 방법은 일반적으로 "최소 제곱" 피트(fit)로 지칭된다. 이 데이터 회귀를 실행하기 위한 바람직한 소프트웨어 패키지는 JMP 릴리즈 5.1.2(미국 노스캐롤라이나 27513 캐리 SAS 캠퍼스 드라이브 소재의 SAS 인스티튜트 인코포레이티드(SAS Institute Inc)의 JMP 소프트웨어)이다.The regression constant is adjusted to minimize the sum of the squares of the errors between the actual data points and the corresponding model values, which method is generally referred to as a "least squared" fit. A preferred software package for performing this data regression is JMP Release 5.1.2 (JMP Software, SAS Institute Inc., Carrie SAS Campus Drive, 27513, NC, USA).
본 발명에 따른 CTA를 시한 용해 시험으로 시험하고 상술한 시한 용해 모델에 적용할 때, CTA가 약 0.5/분, 더욱 바람직하게는 약 0.6/분, 및 가장 바람직하게는 0.7/분보다 큰 시간 상수 "C"를 갖는 것이 바람직하다.When the CTA according to the invention is tested in a timed dissolution test and applied to the timed dissolution model described above, a time constant of CTA greater than about 0.5 / min, more preferably about 0.6 / min, and most preferably 0.7 / min It is preferred to have "C".
도 56A 및 56B는 연속 교반 탱크 반응기(CSTR)에서 종래의 고온 산화 공정에 의해 제조한 종래의 CTA 입자를 도시한 것이다. 도 56A는 500배 확대된 종래의 CTA 입자를 도시하며, 도 56B는 주밍하여 2000배 확대된 CTA 입자를 도시한 것이다. 도 55A 및 55B에서 도시된 본 발명의 CTA 입자와 도 56A 및 56B에서 도시된 종래의 CTA 입자를 시각적으로 비교하면, 종래의 CTA 입자가 본 발명의 CTA 입자보다 더 높은 밀도, 더 작은 표면적, 더 낮은 다공도, 및 더 큰 입자 크기를 갖는다는 것을 보여준다. 실제로, 도 56A 및 56B에서 나타난 종래의 CTA는 약 205마이크 론의 평균 입자 크기 및 약 0.57㎡/g의 BET 표면적을 갖는다. 56A and 56B show conventional CTA particles produced by conventional high temperature oxidation processes in a continuous stirred tank reactor (CSTR). FIG. 56A shows conventional CTA particles magnified 500 times, and FIG. 56B shows CTA particles zoomed 2000 times. Visually comparing the CTA particles of the present invention shown in FIGS. 55A and 55B with the conventional CTA particles shown in FIGS. 56A and 56B show that conventional CTA particles have higher density, smaller surface area, and more than the CTA particles of the present invention. Low porosity and larger particle size. Indeed, the conventional CTA shown in FIGS. 56A and 56B has an average particle size of about 205 microns and a BET surface area of about 0.57
도 57은 정제된 테레프탈산(PTA)을 제조하는 종래의 공정을 도시한다. 종래의 PTA 공정에 있어서, 파라-자일렌을 기계적으로 교반된 고온 산화 반응기(700)에서 부분적으로 산화시킨다. CTA를 포함하는 슬러리를 반응기(700)로부터 수거한 후, 정제 시스템(702)에서 정제한다. 정제 시스템(702)의 PTA 생성물을 분리 시스템(706)에 도입하여 PTA 입자를 분리하고 건조시킨다. 정제 시스템(702)은 종래의 방법에 의해 PTA 입자를 제조하는 것과 관련된 비용의 상당 부분을 차지한다. 정제 시스템(702)은 일반적으로 물 첨가/교환 시스템(708), 용해 시스템(710), 수소화 시스템(712), 및 3개의 분리된 결정화 용기(704a, 704b, 및 704c)를 포함한다. 물 첨가/교환 시스템(708)에서, 상당량의 모액(mother liquor)을 물로 치환시킨다. 물을 첨가한 후, 물/CTA 슬러리를 용해 시스템(710)에 도입하고, 여기서 물/CTA 혼합물을 CTA 입자가 물에 완전히 용해될 때까지 가열시킨다. CTA 용해 후, 물 중의 CTA 용액을 수소화 시스템(712)에서 수소화시킨다. 그 후, 수소화 시스템(712)로부터 수소화된 유출물을 결정화 용기(704a, 704b, 및 704c)에서 3 단계의 결정화 단계에 의해 처리하고, 분리 시스템(706)에서 PTA를 분리시킨다.57 shows a conventional process for preparing purified terephthalic acid (PTA). In a conventional PTA process, para-xylene is partially oxidized in a mechanically stirred high
도 58은 본 발명의 한 실시양태에 따라 구성된 기포탑 산화 반응기(800)를 사용하여 PTA를 제조하는 향상된 공정을 도시한다. 고체 CTA 입자 및 액체 모액을 포함하는 초기의 슬러리를 반응기(800)로부터 수거한다. 전형적으로, 상기 초기의 슬러리는 약 10 내지 50중량% 범위의 고체 CTA 입자를 함유할 수 있으며 그 나머지는 액체 모액이다. 상기 초기의 슬러리에 존재하는 고체 CTA 입자는 전형적으로 약 400ppmw 이상의 4-카복시벤즈알데하이드 (4-CBA), 더욱 전형적으로는 약 800ppmw 이상의 4-CBA 및 가장 전형적으로는 1,000 내지 15,000ppmw 범위의 4-CBA를 함유한다. 반응기(800)로부터 수거된 상기 초기의 슬러리를 정제 시스템(802)에 유입하여 CTA에 존재하는 4-CBA 및 다른 불순물의 농도를 감소시킨다. 정제 시스템(802)에서 더 순수한/정제된 슬러리를 제조하고 분리 시스템(804)에서 분리 및 건조시켜 약 400ppmw 미만의 4-CBA, 더욱 바람직하게는 약 250ppmw 미만의 4-CBA, 및 가장 바람직하게는 10 내지 200 ppmw 범위의 4-CBA를 포함하는 더 순수한 고체 테레프탈산 입자를 제조한다.58 illustrates an improved process for preparing PTA using bubble
도 58에서 도시된 PTA 제조 시스템의 정제 시스템(802)은 도 57에서 도시된 종래 기술 시스템의 정제 시스템(802)에 비해 다수의 이점을 제공한다. 바람직하게는, 정제 시스템(802)는 일반적으로 액체 교환 시스템(806), 분해기(808), 및 단일 결정화기(810)를 포함한다. 액체 교환 시스템(806)에서, 상기 초기의 슬러리에 존재하는 약 50중량% 이상의 모액을 새로운 교환 용매로 교환시켜 CTA 입자 및 교환 용매를 포함하는 용매-교환된 슬러리를 형성한다. 액체 교환 시스템(806)에서 배출된, 용매-교환된 슬러리를 분해기(또는 제 2 산화 반응기)(808)에 유입시킨다. 분해기(808)에서, 기포탑 반응기(800)에서 실시된 초기의/제 1 산화 반응에서 사용된 것보다 약간 더 높은 온도에서 제 2 산화 반응을 실시한다. 상술한 바와 같이, 반응기(800)에서 제조된 CTA 입자의 큰 표면적, 작은 입자 크기, 및 낮은 밀도로 인해 CTA 입자에 포획된 임의 불순물을 분해기(808)에서 CTA 입자의 완전한 용해없이 분해기(808)에서 산화에 사용할 수 있다. 따라서, 분해기(808) 내의 온도는 다 수의 유사한 종래 기술 공정보다 더 낮을 수 있다. 분해기(808)에서 실시되는 상기 제 2 산화 반응은 바람직하게는 CTA 중의 4-CBA의 농도를 200ppmw 이상, 더욱 바람직하게는 약 400ppmw 이상, 및 가장 바람직하게는 600 내지 6,000ppmw 범위로 감소시킨다. 바람직하게는, 분해기(808) 내의 제 2 산화 온도는 기포탑 반응기(800) 내의 제 1 산화 온도보다 약 10℃ 이상, 더욱 바람직하게는 반응기(800) 내의 제 1 산화 온도보다 약 20 내지 약 80℃ 이상, 가장 바람직하게는 반응기(800) 내의 제 1 산화 온도보다 30 내지 50℃ 이상 높다. 상기 제 2 산화 온도는 바람직하게는 약 160 내지 약 240℃의 범위, 더욱 바람직하게는 약 180 내지 약 220℃의 범위, 가장 바람직하게는 190 내지 약 210℃의 범위 내에 있다. 분해기(808)로부터 정제된 생성물은 분리 시스템(804)에서 분리하기 이전에 결정화기(810)에서의 단일 결정화 단계를 필요로 한다. 적합한 제 2 산화/분해 기법은 미국 특허 출원 공보 제 2005/0065373 호에 더욱 상세하게 기술되어 있으며, 그 전체 개시 내용이 본원에서 명시적으로 참조로 결합되었다.The
도 58에서 도시된 시스템에 의해 제조된 테레프탈산(예, PTA)은 바람직하게는 약 40 마이크론 이상, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 2,000 마이크론 범위, 및 가장 바람직하게는 60 내지 200 마이크론 범위의 평균 입자 크기를 갖는 PTA 입자로 형성된다. 상기 PTA 입자는 바람직하게는 약 0.25㎡/g 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.2㎡/g 범위, 및 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.18㎡/g 범위의 평균 BET 표면적을 갖는다. 도 58에서 도시된 시스템에 의해 제조된 PTA는 PET 제조에서 공급원료로 사용되기에 적합하다. 전형적으로, PET는 테레프탈산을 에틸렌 글라이콜로 에스터화한 후 중축합함으로써 제조된다. 바람직하게는, 본 발명의 한 실시양태에 의해 제조된 테레프탈산은 2001년 12월 7일에 제출된 미국 특허 출원 제 10/013,318 호에 기술된 파이프 반응기 PET 공정에 공급물로서 사용되며, 그 전체 개시 내용은 본원에서 참조로 결합되었다.Terephthalic acid (eg, PTA) prepared by the system shown in FIG. 58 is preferably at least about 40 microns, more preferably in the range of about 50 to about 2,000 microns, and most preferably in the range of 60 to 200 microns It is formed of PTA particles having a size. The PTA particles preferably have an average BET surface area of less than about 0.25
본원에서 개시된 바람직한 형태를 갖는 CTA 입자는 4-CBA의 양의 감소를 위한, 상술된 산화 분해 공정에 특히 유용하다. 또한, 이들 바람직한 CTA 입자는 그 입자의 용해 및/또는 화학 반응을 포함하는 광범위한 다른 후-공정에서 이점을 제공한다. 이들 추가적 후-공정은, 하나 이상의 하이드록실 함유 화합물과 반응하여 에스터 화합물을 형성하는 반응, 특히 CTA를 메탄올과 반응시켜 다이메틸 테레프탈레이트 및 불순물 에스터를 형성하는 반응; 하나 이상의 다이올과 반응하여 에스터 단량체 및/또는 중합체 화합물을 형성하는 반응, 특히 CTA를 에틸렌 글라이콜과 반응시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 형성하는 반응; 및 물, 아세트산, 및 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하지만 이들에 한정되지는 않는 용매 중에서 완전한 또는 부분적으로 용해하는 반응을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않으며, 상기 공정은 더 많은 순수한 테레프탈산의 재침전 및/또는 카복실산 기를 제외한 카보닐 기의 선택적 화학적 환원을 포함하지만 이들에 한정되지는 않는 추가적 처리를 포함할 수 있다. 두드러지게도, 알데하이드, 특히 4-CBA, 플루오레논, 페논, 및/또는 안트라퀴논을 환원시키는 부분적인 수소화와 결합된, 물을 포함하는 용매 중에서 CTA의 실질적 용해가 포함된다.CTA particles having the preferred form disclosed herein are particularly useful in the oxidative degradation process described above for reducing the amount of 4-CBA. In addition, these preferred CTA particles offer advantages in a wide variety of other post-processes, including dissolution and / or chemical reaction of the particles. These additional post-processes include reactions that react with one or more hydroxyl containing compounds to form ester compounds, particularly those that react CTA with methanol to form dimethyl terephthalate and impurity esters; Reaction with one or more diols to form ester monomers and / or polymeric compounds, particularly reaction of CTA with ethylene glycol to form polyethylene terephthalate (PET); And reactions that are complete or partially soluble in solvents including, but not limited to, water, acetic acid, and N-methyl-2-pyrrolidone, wherein the process is more pure terephthalic acid. And additional treatments including, but not limited to, reprecipitation of and / or selective chemical reduction of carbonyl groups except for carboxylic acid groups. Notably, substantial dissolution of CTA is included in a solvent comprising water, combined with partial hydrogenation to reduce aldehydes, particularly 4-CBA, fluorenone, phenone, and / or anthraquinone.
본원에서 개시된 바람직한 특성을 갖는 CTA 입자는, 본원에서 개시된 바람직 한 특성에 부합되지 않는 CTA 입자(비합치 CTA 입자)로부터, 비합치 CTA 입자의 기계적 분쇄 및 비합치 CTA 입자의 완전한 또는 부분적인 용해 및 후속의 완전한 또는 부분적인 재침전을 포함하지만 이들에 한정되지는 않는 방법에 의해 제조될 수 있다고 생각된다. CTA particles having the desirable properties disclosed herein include, but are not limited to, mechanical breakdown of non-conforming CTA particles and complete or partial dissolution of non-conforming CTA particles from CTA particles (nonconforming CTA particles) that do not conform to the desirable properties disclosed herein; It is contemplated that it may be prepared by a method including, but not limited to, subsequent full or partial reprecipitation.
본 발명의 한 실시양태에 따라, 산화성 방향족 화합물을 하나 이상의 방향족 카복실산 유형으로 부분적으로 산화시키는 공정이 제공되며, 이때 공급물의 용매 부분(즉, "용매 공급물")의 순도 및 공급물의 산화성 화합물 부분(즉, "산화성 화합물 공급물")의 순도는 하기에서 지정된 특정 범위 내에서 조절된다. 본 발명의 다른 실시양태와 함께, 이로 인해 반응 매질의 액상 및, 존재한다면, 고상 및 조합된 슬러리(즉, 고체 및 액체) 상의 순도가 하기에서 약술된 특정 바람직한 범위 내에서 조절될 수 있다.According to one embodiment of the invention, there is provided a process of partially oxidizing an oxidative aromatic compound to one or more aromatic carboxylic acid types, wherein the purity of the solvent portion of the feed (ie, "solvent feed") and the oxidizing compound portion of the feed (Ie, "oxidative compound feed") is controlled within the specific ranges specified below. With other embodiments of the present invention, this allows the purity of the liquid phase of the reaction medium and, if present, the solid and combined slurry (ie, solid and liquid) phases to be adjusted within the specific preferred ranges outlined below.
용매 공급물와 관련하여, 산화성 방향족 화합물(들)을 산화시켜 방향족 카복실산을 생성한다는 것은 공지되어 있으며, 이때 상기 반응 매질에 도입된 용매 공급물은 분석용 순도를 갖는 아세트산 및 물의 혼합물로서, 실험실 스케일 및 파일럿 스케일에서 종종 사용된다. 또한, 산화성 방향족 화합물이 방향족 카복실산으로 산화되는 것은 공지되어 있으며, 이때 상기 반응 매질에서 배출되는 용매는 상기 생성된 방향족 카복실산으로부터 분리된 후, 생산 비용을 이유로, 용매 공급물로서 상기 반응 매질로 다시 순환된다. 이러한 용매의 재순환으로 특정 불순한 공급물 및 공정 부산물이 시간 경과시 재순환된 용매 중에 축적되게 한다. 상기 반응 매질에 재도입되기 전에 재순환된 용매를 정제하기 위한 여러 가지 수단이 당해 기술 분야에서 공지되어 있다. 일반적으로, 재순환된 용매를 더 높은 정도로 정제하는 것은 유사한 수단에 의해 더욱 낮은 정도로 정제하는 것보다 상당히 더 높은 생산 비용을 발생시킨다. 본 발명의 한 실시양태는, 전체적인 생산 비용과 전체적인 생성물 순도 사이의 최적의 균형을 찾기 위해, 용매 공급물 중에 존재하는 많은 불순물(이들 중 다수는 지금까지 대체로 무해한 것으로 생각되었음)의 바람직한 범위를 이해하고 정의하는 것에 관한 것이다. With regard to the solvent feed, it is known to oxidize the oxidative aromatic compound (s) to produce aromatic carboxylic acids, wherein the solvent feed introduced into the reaction medium is a mixture of acetic acid and water with analytical purity, which is a laboratory scale and Often used at pilot scale. It is also known that oxidative aromatic compounds are oxidized to aromatic carboxylic acids, in which the solvent exiting the reaction medium is separated from the produced aromatic carboxylic acid and then circulated back to the reaction medium as a solvent feed for reasons of production costs. do. Recycling of these solvents causes certain impurity feeds and process byproducts to accumulate in the recycled solvent over time. Various means for purifying recycled solvent prior to reintroduction to the reaction medium are known in the art. In general, purifying recycled solvent to a higher degree incurs significantly higher production costs than purifying to a lower degree by similar means. One embodiment of the present invention understands the preferred range of many impurities present in the solvent feed (many of which have been considered to be generally harmless so far) in order to find the optimal balance between overall production cost and overall product purity. It is about defining.
본원에서 "재순환된 용매 공급물"은 부분적으로 산화되는 하나 이상의 산화성 방향족 화합물을 함유하는 반응 매질을 이미 통과한 약 5중량% 이상의 물질을 포함하는 용매 공급물로서 정의된다. 생산 유닛에서의 용매 재고 및 조업시간을 이유로, 재순환된 용매의 일부가 작동하는 동안 1일당 1회 이상, 더욱 바람직하게는 7일 이상의 연속 작동 동안 1일당 1회 이상, 및 가장 바람직하게는 30일 이상 연속 작동 동안 1일당 1회 이상 반응 매질을 통과하는 것이 바람직하다. 경제적인 이유로, 본 발명의 반응 매질에 공급된 용매 공급물 중 약 20중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 40중량% 이상, 더욱 더욱 바람직하게는 약 80중량% 이상, 및 가장 바람직하게는 90중량% 이상이 재순환된 용매인 것이 바람직하다.A "recycled solvent feed" is defined herein as a solvent feed comprising at least about 5% by weight of material that has already passed through a reaction medium containing at least one oxidative aromatic compound that is partially oxidized. For reasons of solvent inventory and operating time in the production unit, at least once per day during the operation of some of the recycled solvent, more preferably at least once per day during the continuous operation of at least 7 days, and most preferably 30 days It is preferred to pass through the reaction medium at least once per day for at least continuous operation. For economic reasons, at least about 20%, more preferably at least about 40%, even more preferably at least about 80%, and most preferably 90% by weight of the solvent feed fed to the reaction medium of the present invention It is preferred that at least% is recycled solvent.
반응 활성을 이유로 및 산화 생성물에 남아있는 금속성 불순물을 고려하여, 재순환된 용매 공급물 중의 선택된 다가 금속의 농도는 바로 하기에서 지정한 범위 내에 있는 것이 바람직하다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 재순환된 용매 중의 철의 농도는 바람직하게는 약 150ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 40ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 0 내지 8ppmw이다. 재순환된 용매 중의 니켈의 농도는 바람직하게는 약 150ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 40ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 0 내지 8ppmw이다. 재순환된 용매 중의 크롬의 농도는 바람직하게는 약 150ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 40ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 0 내지 8ppmw이다. 재순환된 용매 중의 몰리브덴의 농도는 바람직하게는 약 75ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 20ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 0 내지 4ppmw이다. 재순환된 용매 중의 티탄의 농도는 바람직하게는 약 75ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 20ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 0 내지 4ppmw이다. 재순환된 용매 중의 구리의 농도는 바람직하게는 약 20ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 약 4ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 0 내지 1ppmw이다. 전형적으로, 다른 금속성 불순물도 또한 재순환된 용매에 존재하는데, 이것들은 일반적으로 상기 열거된 하나 이상의 금속에 비해 더 낮은 수준을 갖는다. 상기 열거된 금속을 바람직한 범위 내로 조절함으로써 다른 금속성 불순물을 적합한 수준으로 유지시킬 수 있다. For reasons of reaction activity and taking into account the metallic impurities remaining in the oxidation product, the inventors have found that the concentration of the selected polyvalent metal in the recycled solvent feed is preferably within the range specified below. The concentration of iron in the recycled solvent is preferably less than about 150 ppmw, more preferably less than about 40 ppmw, and most preferably 0 to 8 ppmw. The concentration of nickel in the recycled solvent is preferably less than about 150 ppmw, more preferably less than about 40 ppmw, and most preferably 0 to 8 ppmw. The concentration of chromium in the recycled solvent is preferably less than about 150 ppmw, more preferably less than about 40 ppmw, and most preferably 0 to 8 ppmw. The concentration of molybdenum in the recycled solvent is preferably less than about 75 ppmw, more preferably less than about 20 ppmw, and most preferably 0 to 4 ppmw. The concentration of titanium in the recycled solvent is preferably less than about 75 ppmw, more preferably less than about 20 ppmw, and most preferably 0 to 4 ppmw. The concentration of copper in the recycled solvent is preferably less than about 20 ppmw, more preferably less than about 4 ppmw, and most preferably 0 to 1 ppmw. Typically, other metallic impurities are also present in the recycled solvent, which generally have lower levels than one or more of the metals listed above. By adjusting the metals listed above within the desired range, other metallic impurities can be maintained at a suitable level.
이러한 금속은 유입되는 임의 공정 공급물(예, 유입되는 산화성 화합물, 용매, 산화제 및 촉매 화합물)에서 불순물로서 발생할 수 있다. 다르게는, 상기 금속은 반응 매질 및/또는 재순환된 용매와 접촉하는 임의 공정 유닛으로부터 부식 생성물로서 발생할 수 있다. 개시된 농도 범위로 금속을 조절하기 위한 수단은 여러 공급물 순도의 적절한 사양 및 모니터, 및 많은 상업 등급의 티탄 및 스테인레스 강철, 예컨대 듀플렉스 스테인레스 강철로서 공지된 등급 및 고 볼리브덴 스테인레스 강철을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는 구성 물질의 적절한 용도를 포함한다.Such metals may occur as impurities in any process feeds that are introduced (eg, incoming oxidizing compounds, solvents, oxidants, and catalyst compounds). Alternatively, the metal may arise as a corrosion product from any process unit in contact with the reaction medium and / or recycled solvent. Means for adjusting metals to the disclosed concentration ranges include suitable specifications and monitors of various feed purity, and many commercial grade titanium and stainless steels, such as grades and high-bolybdenum stainless steels known as duplex stainless steels, Appropriate use of the constituent material is not limited to this.
본 발명자들은 또한 재순환된 용매에서 선택된 방향족 화합물에 대한 바람직한 범위를 발견하였다. 이것에는 재순환된 용매 내에서 침전 및 용해된 방향족 화합물을 포함한다.We also found a preferred range for the aromatic compounds selected in the recycled solvent. This includes aromatic compounds precipitated and dissolved in recycled solvent.
놀랍게도, 심지어 파라-자일렌의 부분 산화로부터 침전된 생성물(예, TPA)은 재순환된 용매에서 관리되어야 하는 오염물이다. 반응 매질에서 고체의 바람직한 수준 범위가 존재하기 때문에, 용매 공급물 중에서 어떤 침전된 생성물은 한꺼번에 공급될 수 있는 산화성 화합물의 양으로부터 직접적으로 감해진다. 또한, 재순환된 용매에서 침전된 TPA 고체를 높은 수준으로 공급하면, 침전하는 산화 매질 내에 형성된 입자의 특성에 악영향을 주어서 하류 작동(예, 생성물 여과, 용매 세정, 조질 생성물의 산화성 분해, 추가의 처리를 위한 조질 생성물의 용해 등)에서 바람직하지 않은 특성을 초래한다는 것을 알게 되었다. 재순환된 용매 공급물에서 침전된 고체의 또 다른 바람직하지 않은 특성은, 많은 재순환된 용매가 생성되는 TPA 슬러리 내에서의 고체 내 불순물 농도에 비해 침전된 불순물을 매우 많은 양으로 종종 함유한다는 것이다. 아마도, 재순환된 여액에 현탁된 고체에서 관측된 높은 수준의 불순물은, 의도적이든, 또는 주위 손실이든지 간에, 재순환된 용매로부터의 특정 불순물의 침전 및/또는 재순환된 용매의 냉각을 위한 핵형성 시간과 관련될 수 있다. 예를들면, 크게 착색되고 바람직하지 않은 2,6-다이카복시플루오레논의 농도는 160℃의 재순환된 용매로부터 분리된 TPA 고체에서 관측된 것보다 80℃의 재순환된 용매에 존재하는 고체에서 훨씬 더 높은 수준으로 관측되었다. 유사하게, 아이소프탈산의 농도는 반응 매질로부터 TPA 고체에서 관측된 수준에 비해, 재순환된 용매에 존재하는 고체에서 훨씬 더 높은 수준으로 관측되었다. 반응 매질에 재도입 시, 재순환된 용매 중에 포획된 침전된 특정 불순물이 거동하는 정확한 방식은 서로 다를 것 같다. 이것은 아마도 반응 매질의 액상 내 불순물의 상대적인 용해도, 고체 내에 침전된 불순물의 적층 방식, 및 반응 매질에 고체가 처음으로 재유입되는 TPA 침전의 국부 속도에 좌우된다. 따라서, 본 발명자들은, 상기 불순물들이 용해 형태로 재순환된 용매 중에 존재하든지 또는 거기 포획된 입자인지에 무관하게, 하기 기술되는 바와 같이 재순환된 용매에서 특정 불순물들의 양을 조절하는 것이 유용하다는 것을 알게 되었다.Surprisingly, even products precipitated from partial oxidation of para-xylene (eg TPA) are contaminants that must be managed in recycled solvent. Because there is a preferred range of levels of solids in the reaction medium, any precipitated product in the solvent feed is subtracted directly from the amount of oxidizable compound that can be fed at once. In addition, supplying high levels of precipitated TPA solids in recycled solvent adversely affects the properties of particles formed in the precipitating oxidation medium, resulting in downstream operation (e.g., product filtration, solvent cleaning, oxidative degradation of crude product, further processing). In the dissolution of the crude product, etc.). Another undesirable characteristic of precipitated solids in recycled solvent feeds is that they often contain very high amounts of precipitated impurities as compared to the concentration of impurities in solids in the TPA slurry in which many recycled solvents are produced. Presumably, the high levels of impurities observed in the solids suspended in the recycled filtrate, whether intentional or ambient loss, and the nucleation time for precipitation of certain impurities from the recycled solvent and / or cooling of the recycled solvent May be related. For example, highly colored and undesirable concentrations of 2,6-dicarboxyfluorenone are much higher in solids present in recycled solvents at 80 ° C. than those observed in TPA solids separated from recycled solvents at 160 ° C. High level was observed. Similarly, the concentration of isophthalic acid was observed at much higher levels in the solids present in the recycled solvent compared to the levels observed in the TPA solids from the reaction medium. When reintroduced into the reaction medium, the exact manner in which certain precipitated impurities trapped in the recycled solvent will behave differently. This probably depends on the relative solubility of the impurities in the liquid phase of the reaction medium, the manner of stacking the impurities precipitated in the solid, and the local rate of TPA precipitation in which the solid is first reintroduced into the reaction medium. Thus, the inventors have found it useful to control the amount of certain impurities in the recycled solvent as described below, whether the impurities are present in the solvent recycled in dissolved form or the particles trapped therein. .
재순환된 여액에 존재하는 침전된 고체의 양은, 하기와 같이 중량분석 방법에 의해 측정된다. 용매를 도관 내에서 반응 매질로 흐르게 하면서 반응 매질에 공급되는 용매 공급물로부터 대표적인 샘플을 수거한다. 유용한 샘플 크기는 약 250㎖의 내부 부피를 갖는 유리 용기에 함유된 약 100g이다. 대기압이 되기 전이지만 샘플 용기에서 계속 흐르는 동안, 재순환된 여액을 100℃ 미만으로 냉각시키는데, 이때 이러한 냉각은 유리 용기에서 밀봉시키기 전의 짧은 시간 간격동안 용매 증발을 제한하기 위해서이다. 샘플을 대기압 하에 놓은 후, 유리 용기를 즉시 밀봉시킨다. 이어서, 강제 대류없이 약 20℃의 공기를 사용하여 샘플을 약 20℃로 냉각시킨다. 약 20℃에 도달하면, 상기 조건 하에 약 2시간 이상 동안 샘플을 유지시킨다. 다음, 시각적으로 균일한 고체의 분포가 형성될 때까지 밀봉된 용기를 강하게 흔든다. 그 직후, 자기 교반 막대를 샘플 용기에 넣고, 고체의 균일한 분포가 효과적으로 유지되기에 충분한 속력으로 회전시킨다. 현탁된 고체를 가진 혼 합된 액체의 10㎖ 분취액을 파이펫을 사용하여 수거한 후, 무게를 측정한다. 이어서, 이러한 분취액으로부터 고체의 손실없이 진공 여과에 의해 여전히 약 20℃의 온도에서 액상 물질을 실질적으로 분리시킨다. 다음, 상기 분취액으로부터 여과된 습윤된 고체를 고체의 승화없이 실질적으로 건조시킨 후, 건조된 고체의 무게를 측정한다. 전형적으로, 슬러리의 원래의 분취액의 중량에 대한 건조된 고체의 중량의 비가 백분율로서 표시된 고체의 분율이고, 본원에서는 20℃에서의 침전된 고체 중의 재순환된 여액의 양으로서 지칭한다.The amount of precipitated solids present in the recycled filtrate is determined by gravimetric method as follows. Representative samples are collected from the solvent feed fed to the reaction medium while the solvent flows into the reaction medium in the conduit. A useful sample size is about 100 g contained in a glass container having an internal volume of about 250 ml. While flowing to the sample vessel before it is at atmospheric pressure, the recycled filtrate is cooled to below 100 ° C., in order to limit solvent evaporation for a short time interval before sealing in the glass vessel. After placing the sample under atmospheric pressure, the glass container is immediately sealed. The sample is then cooled to about 20 ° C using air at about 20 ° C without forced convection. Upon reaching about 20 ° C., the sample is maintained for at least about 2 hours under the above conditions. Next, the sealed container is shaken strongly until a visually uniform distribution of solids is formed. Immediately thereafter, the magnetic stir bar is placed in the sample vessel and rotated at a speed sufficient to maintain a uniform distribution of solids effectively. A 10 ml aliquot of the mixed liquid with suspended solids is collected using a pipette and weighed. Subsequently, the liquid material is substantially separated from this aliquot at a temperature of about 20 ° C. by vacuum filtration without loss of solids. The wet solid filtered from the aliquot is then substantially dried without sublimation of the solid and then the weight of the dried solid is measured. Typically, the ratio of the weight of dried solids to the weight of the original aliquot of the slurry is the fraction of solids expressed as a percentage, referred to herein as the amount of recycled filtrate in the precipitated solid at 20 ° C.
본 발명자들은, 반응 매질의 액상에 용해되고, 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 방향족 카복실산을 포함하는 방향족 화합물(예, 아이스프탈산, 벤조산, 프탈산, 2,5,4'-트라이카복시바이페닐)이 놀랍게도 유해한 성분임을 알게 되었다. 이러한 화합물들의 화학 활성은, 비방향족 하이드로카빌 기를 갖는 산화성 화합물에 비해, 본 반응 매질에서 많이 감소한다고 할지라도, 이러한 화합물들은 그럼에도 불구하고 많은 해로운 반응을 실행한다는 것을 알게 되었다. 따라서, 반응 매질의 액상 중에서 상기 화합물의 양을 바람직한 범위로 조절하는 것이 유리하다. 이것은 재순환된 용매 공급물 중에서 선택된 화합물의 바람직한 범위 및 산화성 방향족 화합물의 공급물 중에서 선택된 전구물질의 바람직한 범위를 유도한다.The inventors surprisingly find that aromatic compounds (e.g., ice phthalic acid, benzoic acid, phthalic acid, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl) dissolved in the liquid phase of the reaction medium and comprising aromatic carboxylic acids lacking non-aromatic hydrocarbyl groups It was found to be harmful. It has been found that these compounds nevertheless perform many detrimental reactions, although the chemical activity of these compounds is much reduced in the present reaction medium compared to oxidative compounds having non-aromatic hydrocarbyl groups. Therefore, it is advantageous to adjust the amount of the compound in the preferred range in the liquid phase of the reaction medium. This leads to a preferred range of compounds selected from recycled solvent feeds and a preferred range of precursors selected from feeds of oxidative aromatic compounds.
예를들면, 파라-자일렌의 테레프탈산(TPA)으로의 액상 부분 산화에 있어서, 본 발명자들은, 메타-치환된 방향족 화합물이 반응 매질에 매우 낮은 양으로 존재할 때, 크게 착색되고 바람직하지 않은 불순물인 2,7-다이카복시플루오레논(2,7-DCF)은 실질적으로 반응 매질 및 생성물 유통로에서 검출될 수 없다는 것을 알게 되었다. 본 발명자들은, 또한 아이소프탈산 불순물이 용매 공급물에 증가되는 양으로 존재할 때 거의 정비례로 2,7-DCF가 형성된다는 것을 알게 되었다. 본 발명자들은, 메타-자일렌 불순물이 파라-자일렌의 공급물에 존재하는 경우 2,7-DCF가 또한 거의 정비례로 형성된다는 것을 알게 되었다. 더욱이, 용매 공급물 및 산화성 화합물 공급물에 메타-치환된 방향족 화합물이 없다고 할지라도, 매우 순수한 파라-자일렌의 전형적인 부분 산화 반응 동안, 특히 벤조산이 반응 매질의 액상 중에 존재할 때, 약간의 아이소프탈산이 형성된다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 자발-생성된 아이소프탈산은, 아세트산 및 물을 포함하는 용매 중에서 TPA 보다 더욱 큰 용해도를 갖기 때문에, 재순환된 용매를 사용하는 상업용 유닛에서 시간 경과시 증가될 수 있다. 따라서, 용매 공급물 중의 아이소프탈산의 양, 산화성 방향족 화합물 공급물 중의 메타-자일렌의 양 및 반응 매질 내의 아이소프탈산의 자발 생성 속도가 모두 적절하게 서로 균형을 이루고, 또한 아이소프탈산을 소비하는 임의 반응과 균형을 이루고 있다고 생각된다. 아이소프탈산은 하기에 기술되는 바와 같이 2,7-DCF의 형성 이외에 부가적인 소비 반응을 수행하다는 것을 알게 되었다. 또한, 본 발명자들은, 파라-자일렌의 TPA로의 부분 산화에서 메타-치환된 방향족 종에 대해 적절한 범위를 설정할 때, 또 다른 사항을 고려해야 한다는 것을 알게 되었다. 크게 착색되고 바람직하지 않은 다른 불순물, 예컨대 2,6-다이카복시플루오레논(2,6-DCF)은 액상 산화에 공급되는 파라-자일렌과 함께 항상 존재하는 용해된 파라-치환된 방향족 종과 크게 관련되는 것 같다. 따라서, 제조된 다른 착색된 불순물의 양과 함께 동일하게 2,7-DCF의 억제가 가장 고려된다. For example, in the liquid partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid (TPA), the inventors found that when meta-substituted aromatic compounds are present in very low amounts in the reaction medium, they are largely colored and undesirable impurities. It has been found that 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DCF) is substantially undetectable in the reaction medium and in the product flow path. The inventors have also found that 2,7-DCF is formed in almost direct proportion when isophthalic acid impurities are present in increasing amounts in the solvent feed. We have found that 2,7-DCF is also formed almost directly in proportion when meta-xylene impurities are present in the feed of para-xylene. Moreover, even if the solvent feed and the oxidative compound feed are free of meta-substituted aromatics, some isophthalic acid is present during typical partial oxidation reactions of very pure para-xylene, especially when benzoic acid is present in the liquid phase of the reaction medium. The inventors have found that this is formed. Spontaneously-generated isophthalic acid can be increased over time in commercial units using recycled solvents because it has a higher solubility than TPA in solvents comprising acetic acid and water. Thus, the amount of isophthalic acid in the solvent feed, the amount of meta-xylene in the oxidative aromatic compound feed and the rate of spontaneous production of isophthalic acid in the reaction medium are all appropriately balanced with each other and also consume any isophthalic acid. I think it's in balance. It has been found that isophthalic acid performs an additional consumption reaction in addition to the formation of 2,7-DCF as described below. In addition, the inventors have found that when setting the appropriate range for the meta-substituted aromatic species in the partial oxidation of para-xylene to TPA, another consideration has to be taken into account. Other highly colored and undesirable impurities, such as 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DCF), are largely associated with dissolved para-substituted aromatic species that are always present with para-xylene supplied for liquid phase oxidation. It seems to be related. Therefore, the inhibition of 2,7-DCF is most considered equally with the amount of other colored impurities produced.
예를들면, 파라-자일렌의 TPA로의 액상 부분 산화에 있어서, 반응 매질 내에서 아이소프탈산과 프탈산의 양이 증가할 때 트라이멜리트산이 형성된다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 트라이멜리트산은 3가 카복실산이어서 TPA로부터 PET를 생성하는 동안 중합체를 분지화시킨다. 많은 PET의 용도에 있어서, 분지도는 낮은 수준으로 제어되어야 하며, 따라서 트라이멜리트산은 정제된 TPA에서 낮은 수준으로 제어되어야 한다. 트라이멜리트산의 유도 이외에, 반응 매질에 메타-치환 및 오토-치환된 종이 존재하면, 다른 트라이카복실산(예, 1,3,5-트라이카복시벤젠)이 또한 형성된다. 더욱이, 반응 매질에 트라이카복실산의 존재가 증가하면 테트라카복실산(예, 1,2,4,5-테트라카복시벤젠)의 형성도 증가한다. 둘 이상의 카복실산 기를 갖는 모든 방향족 카복실산의 합해진 생성량의 제어가, 본 발명에 따라 재순환된 용매 공급물, 산화성 화합물 공급물 및 반응 매질에서 메타-치환 및 오토-치환된 종의 바람직한 수준을 설정함에 있어서 하나의 요소가 된다. For example, the inventors have found that in the liquid partial oxidation of para-xylene to TPA, trimellitic acid is formed when the amount of isophthalic acid and phthalic acid increases in the reaction medium. Trimellitic acid is a trivalent carboxylic acid which branches the polymer while producing PET from TPA. For many PET applications, the degree of branching should be controlled at low levels, so trimellitic acid should be controlled at low levels in purified TPA. In addition to the induction of trimellitic acid, the presence of meta- and auto-substituted species in the reaction medium also forms other tricarboxylic acids (eg, 1,3,5-tricarboxybenzene). Moreover, increasing the presence of tricarboxylic acids in the reaction medium also increases the formation of tetracarboxylic acids (eg, 1,2,4,5-tetracarboxybenzene). Control of the combined production of all aromatic carboxylic acids having two or more carboxylic acid groups is one in setting the preferred levels of meta-substituted and auto-substituted species in the recycled solvent feed, the oxidative compound feed and the reaction medium in accordance with the present invention. Becomes an element of.
예를들면, 파라-자일렌의 TPA로의 액상 부분 산화에 있어서, 본 발명자들은, 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 몇몇 용해된 방향족 카복실산의 양이 반응 매질의 액상 중에서 증가하면 일산화탄소 및 이산화탄소의 생성도 직접적으로 증가한다는 것을 알게 되었다. 이러한 증가된 탄소 산화물의 생성은 산화제 및 산화성 화합물 둘 다의 수율 손실을 나타내고, 그 후 함께 생성된 방향족 카복실 중 많은 화합물들은 한편으로는 불순물로서 간주되고, 다른 한편으로는 상업적으로 가치가 있다. 따라서, 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 비교적 가용성인 카복실산을 재순환된 용매로부터 적절하게 제거하는 것은, 여러 플루오레논 및 트라이멜리트산 과 같은 크게 바람직하지 않은 불순물의 생성의 억제에 더하여, 산화성 방향족 화합물 및 산화제의 수율 손실을 방지하는데 있어 경제적 가치를 제공한다. For example, in the liquid partial oxidation of para-xylene to TPA, the inventors have found that the production of carbon monoxide and carbon dioxide is also direct if the amount of some dissolved aromatic carboxylic acids lacking non-aromatic hydrocarbyl groups increases in the liquid phase of the reaction medium. It was found to increase. This increased production of carbon oxides results in yield loss of both the oxidizing agent and the oxidizing compound, and many of the aromatic carboxyls produced together are then regarded as impurities on the one hand and commercially valuable on the other. Thus, adequate removal of relatively soluble carboxylic acids lacking non-aromatic hydrocarbyl groups from the recycled solvent, in addition to suppression of the production of highly undesirable impurities such as various fluorenones and trimellitic acids, can lead to oxidative aromatic compounds and oxidizing agents. Provides economic value in preventing yield loss.
예를들면, 파라-자일렌의 TPA로의 액상 부분 산화에 있어서, 본 발명자들은 외관상 2,5,4'-트라이카복시바이페닐의 형성을 피할 수 없다는 것을 알게 되었다. 2,5,4'-트라이카복시바이페닐은 두 개의 방향족 고리의 결합에 의해, 아마도 용해된 파라-치환된 방향족 종과 아릴 라디칼(아마도 파라-치환된 방향족 종의 탈카복실화 또는 탈카보닐화에 의해 형성된 아릴 라디칼)의 결합에 의해 형성된 방향족 트라이카복실산이다. 다행스럽게도, 전형적으로 2,5,4'-트라이카복시바이페닐은 트라이멜리트산 보다 낮은 수준으로 생성되며, PET의 제조 동안 중합체 분자의 분지화로 인한 어려움을 크게 증가시키지 않는다. 그러나, 본 발명자들은, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따라 알킬 방향족 화합물의 산화를 포함하는 반응 매질에서 2,5,4'-트라이카복시바이페닐의 수준이 상승되면 크게 착색된 바람직하지 않은 2,6-DCF의 수준도 증가시킨다는 것을 알게 되었다. 증가된 2,6-DCF는 2,5,4'-트라이카복시바이페닐로부터 폐환에 의해 물 분자의 손실과 함께 형성되는 것 같지만, 정확한 반응 기작은 확실하게 알려지지 않았다. 아세트산 및 물을 포함하는 용매에서 TPA 보다 더욱 가용성인 2,5,4'-트라이카복시바이페닐이 재순환된 용매 내에서 너무 크게 증가한다면 2,6-DCF로의 전환 속도가 커서 허용될 수 없게 된다. For example, in the liquid partial oxidation of para-xylene to TPA, the inventors have found that the formation of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl in appearance is inevitable. 2,5,4'-tricarboxybiphenyls may be prepared by the coupling of two aromatic rings, possibly to decarboxylation or decarbonylation of dissolved para-substituted aromatic species and aryl radicals (possibly para-substituted aromatic species). Is an aromatic tricarboxylic acid formed by a bond). Fortunately, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl is typically produced at lower levels than trimellitic acid and does not significantly increase the difficulty due to branching of polymer molecules during the production of PET. However, the inventors have found that, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, elevated levels of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl in reaction media involving the oxidation of alkyl aromatic compounds result in highly colored undesirable 2,6. It has also been found to increase the level of DCF. Increased 2,6-DCF is likely formed with loss of water molecules by ring closure from 2,5,4'-tricarboxybiphenyl, but the exact reaction mechanism is not known for certain. If 2,5,4'-tricarboxybiphenyl, which is more soluble than TPA in solvents containing acetic acid and water, increases too much in recycled solvent, the rate of conversion to 2,6-DCF will be unacceptable.
예를들면, 파라-자일렌의 TPA로의 액상 부분 산화에서, 본 발명자들은, 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 방향족 카복실산(예, 아이소프탈산)이 충분한 농도로 액상에 존재하는 경우, 반응 매질의 화학 활성을 일반적으로 완만하게 억제한다 는 것을 알게 되었다.For example, in the liquid partial oxidation of para-xylene to TPA, the inventors have found that the chemical activity of the reaction medium when aromatic carboxylic acids (eg, isophthalic acid) lacking non-aromatic hydrocarbyl groups are present in the liquid phase at a sufficient concentration It has been found that it generally inhibits slowly.
예를들면, 파라-자일렌의 TPA로의 액상 부분 산화에 있어서, 본 발명자들은, 고상 및 액상에서 다른 화학종들의 상대적 농도와 관련하여 침전이 매우 종종 비이상적(즉, 비평형적)이라는 것을 알게 되었다. 아마도, 이것은 본원에서 바람직한 공간-시간 반응 속도에서 침전 비율이 매우 커서 불순물의 비이상적인 공동침전 또는 심지어 폐쇄를 초래하기 때문이라고 생각된다. 따라서, 하향류 유닛 작동의 구성 때문에 조질 TPA 내에서 어떤 불순물(예, 트라이멜리트산 및 2,6-DCF)의 농도를 제한하는 것이 바람직한 경우, 용매 공급물 중의 이들의 농도 뿐만 아니라 반응 매질 내의 이들의 속도도 제어하는 것이 바람직하다.For example, in the liquid partial oxidation of para-xylene to TPA, the inventors have found that precipitation is very often non-ideal (ie, non-equilibrium) with respect to the relative concentrations of other species in the solid and liquid phases. . Perhaps this is believed to be because the precipitation rate at the desired space-time reaction rate is so great that it results in non-ideal co-precipitation or even closure of impurities. Thus, if it is desirable to limit the concentration of certain impurities (eg trimellitic acid and 2,6-DCF) in the crude TPA because of the configuration of the downflow unit operation, these in the reaction medium as well as their concentration in the solvent feed It is also desirable to control the speed of.
예를들면, 본 발명자들은, 벤조페논 화합물이 플루오레논 및 안트라퀴논과 같이 TPA 그 자체에서 크게 착색되지는 않는다고 하더라도, 파라-자일렌의 부분 산화동안 제조된 벤조페논 화합물(예, 4,4'-다이카복시벤조페논 및 2,5,4'-트라이카복시벤조페논)은 PET 반응 매질에서 바람직하지 않은 결과를 갖는다는 것을 알게 되었다. 따라서, 벤조페논의 존재를 제한하고, 재순환된 용매 및 산화성 화합물 공급물에서 전구체를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명자들은, 벤조산이 재순환된 용매 중에 도입되던가 또는 반응 매질 내에서 형성된다고 할지라도 상승된 수준의 벤조산의 존재가 4,4'-다이카복시벤조페논의 상승된 생성 비율을 초래한다는 것을 알게 되었다.For example, the inventors have found that benzophenone compounds (eg, 4,4 ') prepared during partial oxidation of para-xylene, although the benzophenone compounds are not highly colored in the TPA itself, such as fluorenone and anthraquinone. -Dicarboxybenzophenone and 2,5,4'-tricarboxybenzophenone) have been found to have undesirable results in PET reaction media. Therefore, it is desirable to limit the presence of benzophenone and to select precursors in recycled solvent and oxidative compound feed. In addition, the inventors have found that the presence of elevated levels of benzoic acid results in elevated production rates of 4,4′-dicarboxybenzophenones, even if benzoic acid is introduced in the recycled solvent or formed in the reaction medium. It became.
이러한 점에서, 본 발명자들은, 파라-자일렌의 TPA로의 액상 부분 산화에 존재하는 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 방향족 화합물을 위한 놀랄만한 반응 어레이를 발견하고 정량화하였다. 벤조산의 단일 경우를 요약하자면, 본 발명의 특정 실시양태의 반응 매질에서 벤조산의 증가가 크게 착색되고 바람직하지 않은 9-플루오레논-2-카복실산의 생성을 크게 증가시키고, 4,4'-다이카복시바이페닐의 수준을 크게 증가시키고, 4,4'-다이카복시벤조페논의 수준을 증가시키고, 파라-자일렌의 의도하는 산화의 화학 활성을 완만하게 억제하고, 탄소 산화물 및 뒤따르는 수율 손실 수준을 증가시킨다는 것을 알게 되었다. 본 발명자들은, 반응 매질에서 벤조산의 수준의 증가가, 또한 아이소프탈산 및 프탈산의 생성을 증가시키며, 이것의 증가 수준은 본 발명의 유사한 양태에 따라 낮은 범위로 바람직하게 조절된다는 것을 알게 되었다. 본 발명자들 중 몇몇은 용매의 주성분으로서 아세트산 대신 벤조산을 사용하는 것을 고려하였기 때문에, 벤조산과 관련된 반응의 수 및 중요성은 아마도 더욱 놀라운 것일 것이다(예, 미국 특허 제 6,562,997 호 참조). 또한, 본 발명자들은, 시판 등급의 순도를 갖는 파라-자일렌을 포함하는 산화성 화합물 공급물에서 주로 발견되는 톨루엔 및 에틸벤젠과 같은 불순물로부터의 형성에 비해 아주 중요한 비율로 벤조산이 파라-자일렌의 산화 동안 자발-생성된다는 것을 알게 되었다. In this regard, the inventors have found and quantified a surprising array of reactions for aromatic compounds lacking non-aromatic hydrocarbyl groups present in the liquid partial oxidation of para-xylene to TPA. To summarize a single case of benzoic acid, the increase in benzoic acid in the reaction medium of certain embodiments of the present invention greatly colored and greatly increased the production of undesirable 9-fluorenone-2-carboxylic acid, and 4,4'-dicarboxy Greatly increase the level of biphenyl, increase the level of 4,4'-dicarboxybenzophenone, gently inhibit the chemical activity of the intended oxidation of para-xylene, and reduce the level of carbon oxides and subsequent yield loss It was found to increase. The inventors have found that an increase in the level of benzoic acid in the reaction medium also increases the production of isophthalic acid and phthalic acid, the increasing level of which is preferably controlled in a low range according to a similar embodiment of the present invention. Since some of the inventors considered using benzoic acid instead of acetic acid as the main component of the solvent, the number and importance of reactions involving benzoic acid is perhaps even more surprising (see, for example, US Pat. No. 6,562,997). In addition, the present inventors have found that benzoic acid is a very important ratio for the formation of It was found that during the oxidation it is spontaneously-generated.
한편, 본 발명자들은 산화성 방향족 화합물 및 방향족 반응 중간 물질 둘 다가 비방향족 하이드로카빌 기를 보유하며 또한 재순환된 용매 중에서 비교적 용해된다는 점에서 산화성 방향족 화합물의 존재 및 방향족 반응 매질에 대하여 재순환된 용매 조성의 부가적인 조절에 대한 가치는 거의 발견하지 못하였다. 일반적으로, 이들 화합물들은 재순환된 용매 중에 존재하는 것 보다 실질적으로 더 큰 속도 로 반응 매질 내에 도입되거나 또는 생성되며; 반응 매질 내의 이들 화합물의 소비 속도가 매우 커서 재순환된 용매 내에서 이것이 증가되는 것을 적절하게 억제하여 하나 이상의 비방향족 하이드로카빌 기를 보유케 한다. 예를들면, 다상 반응 매질에서 파라-자일렌의 부분적인 산화동안, 파라-자일렌은 다량의 용매와 함께 제한된 정도로 증발한다. 이러한 증발된 용매가 배기 기체의 일부분으로서 반응기로부터 배출되고 응축되어 재순환 용매로서 수거되는 경우, 증발된 파라-자일렌의 상당 부분이 거기에서 또한 응축된다. 재순환 용매에서 상기 파라-자일렌의 농도를 제한할 필요는 없다. 예를들면, 슬러리가 파라-자일렌 산화 반응 매질로부터 배출될 때 용매가 고체로부터 분리된다면, 이 수거된 용매는 반응 매질로부터 제거될 때 존재하는 농도와 유사한 농도의 용해된 파라-톨루산을 함유할 것이다. 비록, 반응 매질의 액상 내에서 파라-톨루산의 현재의 농도를 제한하는 것이 중요할 수 있을 지라도(하기 참조), 파라-톨루산이 비교적 양호한 안정성을 가지며, 반응 매질 내에서 파라-톨루산의 생성에 비해 낮은 질량 유속을 갖기 때문에 재순환된 용매의 상기 부분에서 파라-톨루산을 별도로 조절할 필요는 없다. 유사하게, 본 발명자들은 메틸 치환체를 갖는 방향족 화합물(예, 톨루산), 방향족 알데하이드(예, 테레프탈데하이드), 하이드록시-메틸 치환체를 갖는 방향족 화합물(예, 4-하이드록시메틸벤조산) 및 하나 이상의 비방향족 하이드로카빌 기를 보유한 브롬화 방향족 화합물(예, 알파-브로모-파라-톨루산)의 재순환 용매 중 농도를, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 자일렌의 부분 산화에서 발생되는 반응 매질로부터 배출되는 액상에서 본래 관측되는 농도 미만의 농도로 한정해야 하는 이유를 거의 발견하지 못했 다. 놀랍게도, 본 발명자들은, 또한 자일렌의 부분 산화 동안 고유하게 생성된 선택된 페놀의 농도를 재순환 용매에서 조절할 필요가 없다는 것을 알게 되었는데, 이것은 이들 화합물이 재순환된 용매의 존재에서 보다 훨씬 큰 속도로 반응 매질내에서 생성 및 파괴되기 때문이다. 예를들면, 본 발명자들은, 4-하이드록시벤조산이 유사한 반응 매질에서 중요 독으로 작용한다고 다른 사람에 의해 기록되어 있음에도 불구하고, 재순환된 용매 중의 자연적인 존재에서 보다 더욱 높은 양인 파라-자일렌 1kg 당 4-하이드록시벤조산 2g 이상의 비율로 4-하이드록시벤조산을 함께 주입하는 경우, 4-하이드록시벤조산은 본 발명의 바람직한 실시양태에서 화학 활성에 비교적 작은 영향만을 준다는 것을 알게 되었다(파텐하이머(W. Partenheimer)의 문헌[Catalysis Today 23 (1995) p. 81] 참조). On the other hand, the inventors have found that the addition of the recycled solvent composition to the aromatic reaction medium and the presence of the oxidative aromatic compound in that both the oxidative aromatic compound and the aromatic reaction intermediate have non-aromatic hydrocarbyl groups and are relatively soluble in the recycled solvent Little value was found for accommodation. In general, these compounds are introduced or produced in the reaction medium at a rate substantially greater than that present in the recycled solvent; The rate of consumption of these compounds in the reaction medium is so great that it adequately inhibits their increase in recycled solvent to retain one or more non-aromatic hydrocarbyl groups. For example, during partial oxidation of para-xylene in a multiphase reaction medium, para-xylene evaporates to a limited extent with a large amount of solvent. If this evaporated solvent is withdrawn from the reactor as part of the exhaust gas and condensed and collected as recycle solvent, a substantial portion of the evaporated para-xylene is also condensed there. There is no need to limit the concentration of the para-xylene in the recycle solvent. For example, if the solvent separates from the solid when the slurry exits the para-xylene oxidation reaction medium, this collected solvent contains dissolved para-toluic acid at a concentration similar to that present when removed from the reaction medium. something to do. Although it may be important to limit the current concentration of para-toluic acid in the liquid phase of the reaction medium (see below), para-toluic acid has a relatively good stability and production of para-toluic acid in the reaction medium Since it has a low mass flow rate compared to, it is not necessary to adjust para-toluic acid separately in this part of the recycled solvent. Similarly, we find aromatic compounds with methyl substituents (e.g. toluic acid), aromatic aldehydes (e.g. terephthalaldehyde), aromatic compounds with hydroxy-methyl substituents (e.g. 4-hydroxymethylbenzoic acid) and one The concentration in the recycle solvent of the brominated aromatic compound (eg alpha-bromo-para-toluic acid) bearing the above non-aromatic hydrocarbyl groups is discharged from the reaction medium resulting from the partial oxidation of xylene according to a preferred embodiment of the present invention. Little reason has been found to be limited to concentrations below those originally observed in the liquid phase. Surprisingly, the inventors have also found that there is no need to adjust the concentration of selected phenols inherently produced during the partial oxidation of xylene in the recycle solvent, which means that these compounds are reacted at a much higher rate than in the presence of the recycled solvent. Because it is created and destroyed within. For example, the inventors have reported that 4-hydroxybenzoic acid acts as an important poison in similar reaction media, although it is reported by others that higher amounts of para-xylene, 1 kg, in the natural presence of the recycled solvent. When 4-hydroxybenzoic acid is injected together at a ratio of at least 2 g of sugar 4-hydroxybenzoic acid, it has been found that 4-hydroxybenzoic acid only has a relatively small effect on chemical activity in a preferred embodiment of the present invention (pattenheimer (W). Partenheimer, Catalysis Today 23 (1995) p. 81].
따라서, 이제 설명하는 바와 같이, 용매 공급물 중의 여러 방향족 불순물의 바람직한 범위를 정하는데 있어서는 많은 반응이 있고 많은 고려할 사항이 있다. 이러한 것은, 일정한 정해진 기간, 바람직하게는 1일, 더욱 바람직하게는 한시간, 및 가장 바람직하게는 1분 동안, 반응 매질에 공급된 모든 용매 스트림의 총 중량 평균 조성 면에서 기술된다. 예를들면, 하나의 용매 공급물이 7kg/분의 유속에서 실질적으로 계속하여 아이소프탈산 40ppmw 조성으로 흐르고, 또 다른 제 2 용매 공급물이 10kg/분의 유속에서 실질적으로 계속하여 아이소프탈산 2,000ppmw 조성으로 흐르고, 반응 매질로 유입되는 다른 용매 공급물 스트림이 없다면, 용매 공급물의 총 중량 평균 조성은 하기 수학식 5로 계산된다:Thus, as will now be described, there are many reactions and many considerations in determining the preferred range of various aromatic impurities in the solvent feed. This is described in terms of the total weight average composition of all solvent streams fed to the reaction medium for a fixed period of time, preferably one day, more preferably one hour, and most preferably one minute. For example, one solvent feed flows substantially 40ppmw of isophthalic acid at a flow rate of 7 kg / min, and another second solvent feed flows substantially 2000 ppmw of isophthalic acid at a flow rate of 10 kg / min. If there is no other solvent feed stream flowing to the reaction medium, the total weight average composition of the solvent feed is calculated by the following equation:
반응 매질에 도입되기 전에 아마도 용매 공급물과 혼합되는 임의 산화성 화합물 공급물 또는 임의 산화제 공급물의 중량이 용매 공급물의 총 중량 평균 조성을 계산하는데는 고려되지 않았다는 것이 눈에 띤다. It is noticeable that the weight of any oxidant compound feed or any oxidant feed, possibly mixed with the solvent feed before being introduced into the reaction medium, is not taken into account in calculating the total weight average composition of the solvent feed.
하기 표 1은, 반응 매질에 도입된 용매 공급물 중의 특정 성분들에 대한 바람직한 값을 명시하고 있다. 표 1에 열거된 용매 공급물 성분들은 다음과 같다: 4-카복시벤즈알데하이드(4-CBA), 4,4'-다이카복시스틸벤(4,4'-DCS), 2,6-다이카복시안트라퀴논(2,6-DCA), 2,6-다이카복시플루오레논(2,6-DCF), 2,7-다이카복시플루오레논(2,7-DCF), 3,5-다이카복시플루오레논(3,5-DCF), 9-플루오레논-2-카복실산(9F-2CA), 9-플루오레논-4-카복실산(9F-4CA), 총 플루오레논류(개별적으로 열거되지 않은 다른 플루오레논들을 포함함), 4,4'-다이카복시바이페닐(4,4'-DCB), 2,5,4'-트라이카복시바이페닐(2,5,4'-TCB), 프탈산(PA), 아이소프탈(IPA), 벤조산(BA), 트라이멜리트산(TMA), 2,6-다이카복시벤조코우마린(2,6-DCBC), 4,4'-다이카복시벤질(4,4'-DCBZ), 4,4'-다이카복시벤조페논(4,4'-DCBP), 2,5,4'-트라이카복시벤조페논(2,5,4'-TCBP), 테레프탈산(TPA), 20℃에서 침전된 고체 및 비방향족 하이드로카빌기가 결핍된 총 방향족 카복실산. 하기 표 1에는 본 발명의 실시양태에 따라 제조된 CTA 중의 상기 불순물의 바람직한 양이 제공된다. Table 1 below sets forth preferred values for certain components in the solvent feed introduced into the reaction medium. The solvent feed components listed in Table 1 are as follows: 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), 4,4'-dicarboxycistbene (4,4'-DCS), 2,6-dicarboxylic cyantra Quinone (2,6-DCA), 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DCF), 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DCF), 3,5-dicarboxyfluorenone ( 3,5-DCF), 9-fluorenone-2-carboxylic acid (9F-2CA), 9-fluorenone-4-carboxylic acid (9F-4CA), total fluorenones (including other fluorenones not separately listed) 4,4'-dicarboxybiphenyl (4,4'-DCB), 2,5,4'-tricarboxybiphenyl (2,5,4'-TCB), phthalic acid (PA) De (IPA), benzoic acid (BA), trimellitic acid (TMA), 2,6-dicarboxybenzocomarin (2,6-DCBC), 4,4'-dicarboxybenzyl (4,4'-DCBZ) , 4,4'-dicarboxybenzophenone (4,4'-DCBP), 2,5,4'-tricarboxybenzophenone (2,5,4'-TCBP), terephthalic acid (TPA), precipitated at 20 ° C Aromatic carboxyl lacking solid and non-aromatic hydrocarbyl groups . Table 1 below provides the preferred amounts of these impurities in the CTA prepared according to embodiments of the present invention.
다른 많은 방향족 불순물이 또한 개시된 방향족 화합물 중 하나 이상 보다 훨씬 낮은 수준으로 및/또는 이에 비례하는 양으로 재순환된 용매 중에 전형적으로 존재한다. 전형적으로, 개시된 방향족 화합물을 바람직한 범위로 조절하는 방법으로 인해 다른 방향족 불순물이 적절한 수준으로 유지될 것이다.Many other aromatic impurities are also typically present in the recycled solvent at levels much lower than and / or in proportion to one or more of the disclosed aromatic compounds. Typically, other aromatic impurities will be maintained at appropriate levels due to the method of adjusting the disclosed aromatic compounds to the desired range.
반응 매질 내에 브롬이 사용되는 경우, 많은 이온 형태 및 유기 형태의 브롬이 동적 평형 중에 존재하는 것으로 알려졌다. 이들 다양한 형태의 브롬은, 반응 매질을 이탈하여 재순환된 용매와 관련된 여러 유닛 작동을 통해 이동하자마자 상이한 안정성을 갖는다. 예를들면, 알파-브로모-파라-톨루산이 몇몇 조건에서는 그대로 지속되거나, 또는 다른 조건에서는 빠르게 가수분해하여 4-하이드록시메틸벤조산 및 브롬화 수소를 형성할 수 있다. 본 발명에서, 반응 매질에 도입된 총 용매 공급물 중에 존재하는 총 브롬의 약 40중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 60중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 80중량% 이상이 이온성 브롬, 알파-브로모-파라-톨루산 및 브로모아세트산 중 하나 이상인 것이 바람직하다.When bromine is used in the reaction medium, it is known that many ionic and organic forms of bromine are present in dynamic equilibrium. These various forms of bromine have different stability as soon as they leave the reaction medium and move through the various unit operations associated with the recycled solvent. For example, alpha-bromo-para-toluic acid may persist as it is under some conditions, or may be rapidly hydrolyzed under other conditions to form 4-hydroxymethylbenzoic acid and hydrogen bromide. In the present invention, at least about 40 wt%, more preferably at least about 60 wt%, most preferably at least about 80 wt% of the total bromine present in the total solvent feed introduced into the reaction medium is ionic bromine, alpha Preference is given to at least one of -bromo-para-toluic acid and bromoacetic acid.
비록, 용매 공급물의 총 평균 순도를 본 발명의 개시된 바라는 범위로 조절하는 것의 중요성 및 가치는 지금까지는 발견되지 않고/않거나 개시되지 않았다고 할지라도, 용매 공급물 순도를 조절하기 위한 적당한 수단은 당해 분야에 이미 공지된 방법과 유사할 것이다. 먼저, 반응 매질로부터의 액체 또는 고체가 증발된 용매 내에 포획되지 않는다는 조건 하에서, 반응 매질로부터 증발된 어떤 용매는 전형적으로 적당한 순도를 갖는다. 본원에 개시된 바와 같이, 반응 매질 위의 배기 기체 분리 공간에 환류 용매 소적을 주입하면, 상기 포획이 적절하게 제한되며; 방향족 화합물 면에서 적당한 순도의 재순환된 용매가 상기 배기 기체로부터 응축될 수 있다. 두 번째로, 재순환된 용매 공급물의 더욱 어렵고 고가의 정제는 일반적으로 반응 매질로부터 액체 형태로 취해진 용매, 및 반응 용기로부터 수거된 반응 매질의 액상 및/또는 고상과 계속하여 접촉하는 용매(예, 고체가 농축 및/또는 세정된 필터로부터 수득된 재순환된 용매, 고체가 농축 및/또는 세정된 원심분리기로부터 수득된 재순환된 용매, 결정 공정으로부터 수득된 재순환된 용매 등)와 관련된다. 그러나, 하나 이상의 종래 기술된 수단을 사용하여 이러한 재순환된 용매 스트림의 필요한 정제를 실시하기 위한 수단들이 또한 공지되어 있다. 재순환된 용매 중의 침전된 고체를 명시된 범위 내로 조절하는 것과 관련하여, 적당한 조절 수단은 중력 침강, 회전 벨트 필터 및 회전 드럼 필터 상의 필터지를 사용하는 기계적 여과, 가압 용기 내에 고정 필터 매체를 사용하는 기계적 여과, 하이드로-사이클론 및 원심분리 등을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 재순환된 용매 중의 용해된 방향족 종을 규정된 범위로 조절하는 것과 관련하여, 조절 수단은 본원에 참고로 결합된 미국 특허 제 4,939,297 호 및 미국 특허 출원 공보 제 2005-0038288 호에 기술된 수단들을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 그러나, 이들 종래 발명들의 어떠한 것도 본원에 개시된 바와 같이 총 용매 공급물 중의 바람직한 순도 수준을 발견하지도 개시하지도 않았다. 오히려, 상기 종래 발명들은 반응 매질에 공급된 총 중량 평균 용매 조성의 최적 수치를 이끌어내지 않은 채 재순환된 용매의 부분적인 선택 스트림을 정제하는 수단만을 제공하고 있다. Although the importance and value of adjusting the total average purity of the solvent feed to the disclosed desired range of the present invention has not been discovered and / or disclosed so far, suitable means for controlling the solvent feed purity are known in the art. It will be similar to already known methods. First, any solvent evaporated from the reaction medium typically has a suitable purity, provided that no liquid or solid from the reaction medium is trapped in the evaporated solvent. As disclosed herein, the injection of reflux solvent droplets into the exhaust gas separation space above the reaction medium limits the capture appropriately; Recycled solvents of suitable purity in terms of aromatics can be condensed from the exhaust gas. Second, more difficult and expensive purification of the recycled solvent feed is generally a solvent taken in liquid form from the reaction medium, and a solvent (eg, a solid that is in continuous contact with the liquid and / or solid phase of the reaction medium collected from the reaction vessel). Recycled solvents obtained from concentrated and / or washed filters, recycled solvents obtained from centrifuges where solids are concentrated and / or washed, recycled solvents obtained from crystallization processes, and the like. However, means for carrying out the necessary purification of such recycled solvent streams using one or more of the previously described means are also known. With regard to controlling the precipitated solids in the recycled solvent within the specified ranges, suitable control means include gravity sedimentation, mechanical filtration using filter paper on rotary belt filters and rotary drum filters, mechanical filtration using fixed filter media in pressure vessels. , Hydro-cyclones, centrifugation, and the like, but are not limited thereto. With regard to adjusting the dissolved aromatic species in the recycled solvent to the defined range, the means for controlling includes the means described in US Pat. No. 4,939,297 and US Patent Application Publication No. 2005-0038288, which are incorporated herein by reference. It is not limited to this. However, none of these prior inventions found nor disclosed the desired level of purity in the total solvent feed as disclosed herein. Rather, the prior inventions only provide a means for purifying a partial selective stream of recycled solvent without eliciting an optimal value of the total weight average solvent composition supplied to the reaction medium.
산화성 화합물의 공급물의 순도에 대해 설명하자면, 아이소프탈산, 프탈산, 및 벤조산의 특정량이 중합체 생성에 사용된 정제된 TPA에 존재하고, 이것은 낮은 수준으로는 허용된다는 것이 알려져 있다. 더욱이, 이러한 종들은 많은 용매에서 비교적 가용성이 더 크고, 결정화 공정에 의해 정제된 TPA로부터 유리하게 제거될 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나, 본원에 개시된 발명의 실시양태로부터, 액상의 반응 매질에서 주로 아이소프탈산, 프탈산 및 벤조산을 비롯한 비교적 가용성이 있는 수 개의 방향족 종의 양 조절이, 반응 매질에서 생성된 다환식 및 착색된 방향족 화합물의 수준을 조절하고, 분자당 2 이상의 카복실산 작용기를 갖는 화합물을 조절하고, 부분적 산화 반응 매질 내에서의 반응 활성도를 조절하고, 산화제 및 방향족 화합물의 수율 손실을 조절하는데 매우 중요하다는 것을 지금 알게 되었다. As for the purity of the feed of oxidizing compounds, it is known that certain amounts of isophthalic acid, phthalic acid, and benzoic acid are present in the purified TPA used to produce the polymer, which is acceptable at low levels. Moreover, it is known that these species are relatively more soluble in many solvents and can be advantageously removed from the purified TPA by the crystallization process. However, from the embodiments of the invention disclosed herein, the amount control of several relatively soluble aromatic species, mainly isophthalic acid, phthalic acid, and benzoic acid, in the liquid reaction medium results in the polycyclic and colored aromatic compounds produced in the reaction medium. It has now been found that it is of great importance for controlling the level of, controlling compounds having two or more carboxylic acid functional groups per molecule, controlling the reaction activity in the partial oxidation reaction medium, and controlling the yield loss of oxidizing agents and aromatic compounds.
반응 매질에서 아이소프탈산, 프탈산 및 벤조산이 다음과 같이 형성된다는 것은 당해 분야에 공지되어 있다. 메타-자일렌 불순한 공급물이 우수한 전환도로 산화되어 IPA를 생성한다. 오토-자일렌 불순한 공급물이 우수한 전환도로 산화되어 프탈산을 형성한다. 에틸벤젠 및 톨루엔 불순한 공급물이 우수한 전환도로 산화되어 벤조산을 형성한다. 그러나, 본 발명자들은, 아이소프탈산, 프탈산 및 벤조산의 상당량이, 파라-자일렌을 포함하는 반응 매질 내에서 메타-자일렌, 오토-자일렌, 에틸벤젠 및 톨루엔의 산화 이외의 수단에 의해 또한 형성된다는 것을 알게 되었다. 이러한 다른 고유 화학적 방식은 아마도 탈카보닐화, 탈카복실화, 전이 상태의 재구성, 및 메틸 및 카보닐 라디칼의 방향족 고리에의 첨가를 포함한다.It is known in the art that isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid are formed in the reaction medium as follows. The meta-xylene impure feed is oxidized to good conversion to produce IPA. The auto-xylene impure feed is oxidized to good conversion to form phthalic acid. Ethylbenzene and toluene impure feeds are oxidized to good conversion to form benzoic acid. However, the inventors have found that significant amounts of isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid are also formed by means other than oxidation of meta-xylene, auto-xylene, ethylbenzene and toluene in a reaction medium comprising para-xylene. I found out. Such other intrinsic chemical modalities probably include decarbonylation, decarboxylation, reconstitution of transition states, and the addition of methyl and carbonyl radicals to aromatic rings.
산화성 화합물 공급물 중의 불순물의 바람직한 범위를 결정하는데 있어서, 많은 요소가 관련된다. 산화된 생성물의 순도 요건이 매우 엄격하다면, 공급물 중의 어떤 불순물은 아마도 직접적인 수율 손실 및 생성물의 정제 비용을 초래할 것이다(예를들면, 파라-자일렌의 부분적 산화에 대한 반응 매질에서, 시판 순도의 파라-자일렌 중에서 전형적으로 볼 수 있는 톨루엔 및 에틸벤젠은 벤조산을 형성하고, 이러한 벤조산은 대부분 시판 중의 TPA로부터 대개 제거된다). 불순한 공급물 의 부분적 산화 생성물이 부가적인 반응에 참여하는 경우, 공급물 정제에 얼마나 많은 비용이 발생하는 가를 고려할 때, 단순한 수율 손실 및 제거 이외의 요소를 적절하게 생각하여야 한다(예를들면, 파라-자일렌의 부분적 산화에 대한 반응 매질에서, 에틸 벤젠은 벤조산을 형성하고, 벤조산은 그 중에서도 계속하여 크게 착색된 9-플루오레논-2-카복실산, 아이소프탈산, 프탈산, 및 증가된 탄소 산화물을 형성한다). 불순한 공급물과 직접적으로 관련되지 않은 화학 기작에 의해 반응 매질이 부가적인 양의 불순물을 자발적으로 형성하는 경우, 분석은 여전히 더욱 복잡해진다(예, 파라-자일렌의 부분적인 산화에 대한 반응 매질에서, 파라-자일렌 그 자체로부터 벤조산이 또한 자발적으로 생성된다). 또한, 조질의 산화 생성물의 하향류 처리가 바람직한 공급물의 순도를 고려하는데 영향을 줄 수 있다. 예를들면, 직접적인 불순물(벤조산) 및 그 후의 불순물(아이소프탈산, 프탈산, 9-플루오레논-2-카복실산 등)을 적절한 수준으로 제거하는데 소용되는 비용은 서로 동일할 수 있고, 서로 다를 수 있으며, 크게 관련되지 않은 불순물(예, 파라-자일렌의 TPA로의 산화에서 불완전한 산화 생성물인 4-CBA)의 제거 요건과 다를 수 있다.Many factors are involved in determining the preferred range of impurities in an oxidative compound feed. If the purity requirements of the oxidized product are very stringent, any impurities in the feed will probably result in a direct yield loss and the cost of purification of the product (e.g., in the reaction medium for partial oxidation of para-xylene, Toluene and ethylbenzene, typically found in para-xylene, form benzoic acid, most of which is usually removed from commercially available TPA). When partial oxidation products of impure feeds participate in additional reactions, considering the cost of feed purification, factors other than mere yield loss and removal should be appropriately considered (e.g., para In the reaction medium for the partial oxidation of xylene, ethyl benzene forms benzoic acid, which in turn continues to form highly colored 9-fluorenone-2-carboxylic acid, isophthalic acid, phthalic acid, and increased carbon oxides. do). If the reaction medium spontaneously forms additional amounts of impurities by chemical mechanisms not directly related to the impure feed, the analysis is still more complicated (e.g., in the reaction medium for partial oxidation of para-xylene). Benzoic acid is also spontaneously produced from para-xylene itself). In addition, the downstream flow treatment of the crude oxidation product can affect the consideration of the purity of the desired feed. For example, the costs of removing direct impurities (benzoic acid) and subsequent impurities (isophthalic acid, phthalic acid, 9-fluorenone-2-carboxylic acid, etc.) to appropriate levels may be the same and may differ from each other, It may differ from the elimination requirements of highly unrelated impurities (eg, 4-CBA, an incomplete oxidation product in the oxidation of para-xylene to TPA).
TPA를 제조하는 부분 산화를 위한 반응 매질에 용매 및 산화제와 함께 파라-자일렌이 공급되는 경우, 파라-자일렌에 대한 하기 개시된 공급물의 순도의 범위가 바람직하다. 이러한 범위는, 산화제 및 용매 이외의 반응 매질 불순물(예, 촉매 금속)로부터 제거되는 후-산화 단계를 갖는 TPA-생성 공정에서 더욱 바람직하다. 이러한 범위는, CTA로부터 4-CBA를 제거(CTA를 다이메틸 테레프탈레이트 및 불순물 에스터로 전환한 후 증류에 의한 4-CBA의 메틸 에스터의 계속되는 분리에 의해, 4-CBA를 TPA로 전환하기 위한 산화적 분해 방법에 의해, 4-CBA를 파라-톨루산으로 전환하기 위한 수소화 방법에 의해; 그 후, 이것들은 부분적 결정화 방법에 의해 분리됨)하는 TPA 생성 공정에 더욱 더 바람직하다. 이러한 범위는, 4-CBA를 TPA로 전환하기 위한 산화적 분해 방법에 의해, 부가적인 4-CBA를 CTA로부터 제거하는 TPA 생성 공정에서 가장 바람직하다.When para-xylene is fed together with a solvent and an oxidant to the reaction medium for the partial oxidation to produce TPA, the range of purity of the feeds disclosed below for para-xylene is preferred. This range is more preferred in TPA-generating processes having a post-oxidation step that is removed from reaction medium impurities (eg, catalytic metals) other than oxidants and solvents. This range includes the removal of 4-CBA from CTA (oxidation for conversion of 4-CBA to TPA by conversion of CTA to dimethyl terephthalate and impurity ester followed by distillation of methyl ester of 4-CBA by distillation. Even more preferred for the TPA production process, by the decomposition process, by a hydrogenation process for converting 4-CBA to para-toluic acid; then, they are separated by a partial crystallization process. This range is most preferred in the TPA production process to remove additional 4-CBA from CTA by oxidative degradation methods for converting 4-CBA to TPA.
다른 고유의 화학적 방식과 비교하여, 불순물 공급물의 산화로부터 직접적으로 형성된 방향족 화합물의 상대량 및 재순환 방향족 화합물의 바람직한 범위에 대한 새로운 지식을 사용하여, TPA 생성을 위한 부분적인 산화 공정에 공급된 불순물인 파라-자일렌을 위해 불순물의 개선된 범위를 발견하게 되었다. 하기 표 2에는 파라-자일렌 공급물 중의 메타-자일렌, 오토-자일렌, 및 에틸벤젠 + 톨루엔의 양에 대한 바람직한 값이 제공되어 있다.Compared with other inherent chemistries, using the new knowledge of the relative amounts of aromatic compounds formed directly from the oxidation of impurity feeds and the preferred range of recycled aromatic compounds, the impurities supplied to the partial oxidation process for TPA production An improved range of impurities has been found for para-xylene. Table 2 below provides the preferred values for the amounts of meta-xylene, auto-xylene, and ethylbenzene + toluene in the para-xylene feed.
불순한 파라-자일렌 내에서 상기 불순물들은, 재순환된 용매에 부분적인 산화 생성물이 축적된 후, 반응 매질에 가장 큰 영향을 줄 수 있다는 것을 당해 분야의 숙련가들은 인식하게 될 것이다. 예를들면, 메타-자일렌의 가장 바람직한 범위의 상한값인 400ppmw를 주입하게 되면, 반응 매질에서 약 33중량%의 고체과 함께 작동시, 반응 매질의 액상 내에서 약 200ppmw의 아이소프탈산을 즉시 생성할 것이다. 이것은 재순환된 용매 중의 아이소프탈산의 가장 바람직한 범위의 상한값인 400ppmw의 유입과 비교되는데, 반응 매질을 냉각시키기 위한 전형적인 용매 증발 후, 반응 매질의 액상 내에서는 약 1,200ppmw의 아이소프탈산의 양을 갖는다. 즉, 재순환된 용매 내에서 시간 경과에 따른 부분적인 산화 생성물의 축적에, 불순한 파라-자일렌의 공급물 중 메타-자일렌, 오토-자일렌, 에틸벤젠 및 톨루엔 불순물의 영향이 가장 클 수 있다는 것을 제시하는 것이다. 따라서, 불순한 파라-자일렌 공급물에 대한 상기 범위가 특정 제조 유닛에서 임의 부분적 산화 반응 매질의 작동일 동안 1일 당 반 이상, 더욱 바람직하게는 계속되는 7일간 이상의 작동중 1일 당 3/4 이상동안, 30일 이상동안 계속되는 작동에서 불순한 파라-자일렌 공급물 조성의 질량 평균치가 상기 바람직한 범위 내에 있을 때 유지되는 것이 바람직하다. Those skilled in the art will recognize that the impurities in impure para-xylene can have the greatest impact on the reaction medium after partial oxidation product has accumulated in the recycled solvent. For example, injecting 400 ppmw, the upper limit of the most preferred range of meta-xylene, will immediately produce about 200 ppmw of isophthalic acid in the liquid phase of the reaction medium when operated with about 33 weight percent solids in the reaction medium. . This is compared to the inflow of 400 ppmw, the upper limit of the most preferred range of isophthalic acid in the recycled solvent, after typical solvent evaporation to cool the reaction medium, with an amount of about 1,200 ppmw isophthalic acid in the liquid phase of the reaction medium. That is, the effect of meta-xylene, auto-xylene, ethylbenzene and toluene impurities in the feed of impure para-xylene may be greatest on the accumulation of partial oxidation products over time in the recycled solvent. To present that. Thus, the above range for impure para-xylene feeds is at least half per day during the operating days of any partial oxidation reaction medium in a particular manufacturing unit, more preferably at least 3/4 per day during the last at least seven days of operation It is preferred that the mass mean of the impure para-xylene feed composition in the continuous operation for at least 30 days is maintained within the above preferred range.
바람직한 순도를 갖는 불순한 파라-자일렌을 수득하기 위한 수단은 이미 당해 분야에 공지되어 있으며, 증류, 준대기 온도에서의 부분 결정화 방법 및 선택적인 기공 크기 흡착을 사용하는 분자체 방법을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 그러나, 본원에 명시된 바람직한 범위의 순도는 이것의 상위 말단에서 시판의 파라-자일렌의 공급자에 의해 특징적으로 실시되는 것보다 더욱 어렵고 고가이지만; 바람직한 범위의 하부 말단에서는 반응 매질 내에서 파라-자일렌 그 자체로부터의 불순물 자체의 생성 및 불순물 소비 반응을 합한 영향이 불순한 파라-자일렌 내의 불순물의 공급 속도 보다 더욱 중요한 싯점을 발견하고 기술함으로써 부분적 산화 반응 매질에 공급되기 위한 파라-자일렌의 과도한 고가적 정제가 회피된다. Means for obtaining impure para-xylene with preferred purity are already known in the art and include, but are not limited to, distillation, partial crystallization at subatmospheric temperatures and molecular sieve methods using selective pore size adsorption. It is not limited to. However, the preferred range of purity specified herein is more difficult and expensive than that characteristically implemented by commercially available suppliers of para-xylene at its upper end; At the lower end of the preferred range, the effects of the combined production of impurities themselves from the para-xylene itself and the impurity consumption reaction in the reaction medium are found to be more important than those of impurity feeding of impurities in the para-xylene. Excessive expensive purification of para-xylene to be fed to the oxidation reaction medium is avoided.
자일렌-함유 공급물 스트림이 에틸렌-벤젠 및/또는 톨루엔과 같은 선택된 불순물을 함유하고 있을 때, 이러한 불순물의 산화로 인해 벤조산이 생성될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "불순물-생성된 벤조산"은 자일렌의 산화 동안 자일렌 이외의 다른 공급원으로부터 유도된 벤조산을 의미한다.When the xylene-containing feed stream contains selected impurities such as ethylene-benzene and / or toluene, the oxidation of these impurities may result in the production of benzoic acid. As used herein, the term "impurity-generated benzoic acid" means benzoic acid derived from a source other than xylene during oxidation of xylene.
본원에서 기술된 바와 같이, 자일렌의 산화 동안 생성된 벤조산의 일부는 자일렌 그 자체로부터 유도된다. 불순물-생성된 벤조산일 수 있는 임의 양의 벤조산 생성 이외에, 자일렌으로부터 벤조산의 생성은 명백하다. 이론에 구속됨이 없이, 자일렌의 다양한 중간체 산화 생성물이 자발적으로 탈카보닐화(일산화탄소 손실)하거나, 탈카복실화(이산화탄소 손실)하여 아릴 라디칼을 형성할 때 벤조산은 반응 매질 내의 자일렌으로부터 유도된다고 생각된다. 그 후, 상기 아릴 라디칼은 반응 매질 중의 많은 이용가능한 원료 물질 중 하나로부터 수소 원자를 빼앗아서 자발적으로 생성되는 벤조산을 제조할 수 있다. 화학 기작이 무엇이던지, 본원에서 사용된 용어 "자발-생성된 벤조산"은 자일렌 산화 동안 자일렌으로부터 유도된 벤조산을 의미한다.As described herein, some of the benzoic acid produced during the oxidation of xylene is derived from xylene itself. In addition to producing any amount of benzoic acid that may be impurity-generated benzoic acid, the production of benzoic acid from xylene is evident. Without being bound by theory, benzoic acid is derived from xylene in the reaction medium when various intermediate oxidation products of xylene spontaneously decarbonylated (carbon monoxide loss) or decarboxylated (carbon dioxide loss) to form aryl radicals. I think. The aryl radicals can then desorb hydrogen atoms from one of the many available raw materials in the reaction medium to produce spontaneously produced benzoic acid. Whatever the chemical mechanism, as used herein, the term “spontaneously-generated benzoic acid” means benzoic acid derived from xylene during xylene oxidation.
본원에 개시된 바와 같이, 파라-자일렌이 산화되어 테레프탈산(TPA)을 제조하는 경우, 자발-생성된 벤조산의 생성은 파라-자일렌의 수율 손실 및 산화제 수율 손실을 유발한다. 또한, 반응 매질의 액상에서 자발-생성된 벤조산의 존재는 모노-카복시-플루오레논이라 불리우는 크게 착색된 화합물의 생성을 주로 포함하는 많은 바람직하지 않은 부 반응의 증가와 관련된다. 자발-생성된 벤조산은 또한 재순환된 여액에서 벤조산의 바람직하지 않은 축적에 영향을 주고, 이것은 또 다시 반응 매질의 액상에서의 벤조산의 농도를 상승시킨다. 따라서, 자발-생성되는 벤조산의 형성은 최소화시키는 것이 바람직하지만, 이것은 불순물-생성된 벤조산, 벤조산의 소비에 영향을 주는 요소, 다른 대상의 반응 선택도와 관련된 요소 및 전반적인 경제성을 동시에 고려하는 것이 적절하다.As disclosed herein, when para-xylene is oxidized to produce terephthalic acid (TPA), the production of spontaneously produced benzoic acid causes a loss of yield of para-xylene and a loss of oxidant yield. In addition, the presence of spontaneously-generated benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is associated with an increase in many undesirable side reactions which mainly involves the production of largely colored compounds called mono-carboxy-fluorenones. Spontaneously-generated benzoic acid also affects the undesirable accumulation of benzoic acid in the recycled filtrate, which in turn raises the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium. Therefore, while it is desirable to minimize the formation of spontaneously-generated benzoic acid, it is appropriate to simultaneously consider the impurity-generated benzoic acid, factors affecting the consumption of benzoic acid, factors related to the reaction selectivity of other subjects, and the overall economics. .
본 발명자들은, 산화 동안 반응 매질 내에서 온도, 자일렌 분포 및 산소 유용성을 적절하게 선택함으로써 자발-생성된 벤조산을 낮은 수준으로 조절할 수 있다는 것을 알게 되었다. 이론에 구속되기를 원하지 않지만, 더욱 낮은 온도 및 향상된 산소 유용성이 탈카보닐화 비율 및/또는 탈카복실화 비율을 억제하여 자발-생성된 벤조산의 수율 손실을 피하게 하는 것 같다. 충분한 산소 유용성이 아릴 라디칼을 더욱 허용적인 생성물(특히, 하이드록시벤조산)로 만드는 것 같다. 반응 매질에서의 자일렌의 분포는 또한 벤조산으로의 아릴 라디칼의 전환 또는 하이드록시벤조산으로의 아릴 라디칼의 전환 사이의 균형에 영향을 준다. 무슨 화학적 기작이던지 간에, 본 발명자들은, 비록 벤조산의 생성을 감소하기에 충분하다고 할지라도, 산화 생성물로부터 용이하게 제거되는 일산화탄소 및/또는 이산화 탄소로 상당량의 하이드록시벤조산을 산화하기에 충분한 엄격한 반응 조건을 발견하게 되었다.The inventors have found that spontaneously-generated benzoic acid can be adjusted to low levels by appropriately selecting temperature, xylene distribution and oxygen availability in the reaction medium during oxidation. While not wishing to be bound by theory, the lower temperature and improved oxygen availability seem to inhibit the decarbonylation rate and / or the decarboxylation rate to avoid yield loss of spontaneously-generated benzoic acid. Sufficient oxygen availability seems to make the aryl radicals a more acceptable product (particularly hydroxybenzoic acid). The distribution of xylene in the reaction medium also affects the balance between conversion of aryl radicals to benzoic acid or conversion of aryl radicals to hydroxybenzoic acid. Whatever the chemical mechanism, we have stringent reaction conditions sufficient to oxidize a significant amount of hydroxybenzoic acid with carbon monoxide and / or carbon dioxide that is readily removed from the oxidation product, even if sufficient to reduce the production of benzoic acid. Was found.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 산화 반응기는 자발-생성된 벤조산의 형성을 최소로 하고, 하이드록시벤조산의 일산화탄소 및/또는 이산화탄소로의 산화는 최대로 하는 방식으로 구성되고 작동된다. 파라-자일렌을 테레프탈산으로 산화하기 위해 산화 반응기가 사용되는 경우, 파라-자일렌이 반응기에 도입된 공급물 스트림에서 총 자일렌의 약 50중량% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 파라-자일렌은 공급물 스트림 중에서 총 자일렌의 75중량% 이상을 차지한다. 여전히 더욱 바람직하게는, 파라-자일렌은 공급물 스트림 중에서 총 자일렌의 95중량% 이상을 차지한다. 가장 바람직하게는, 파라-자일렌은 공급물 스트림 중에서 총 자일렌의 거의 모두를 차지한다.In a preferred embodiment of the invention, the oxidation reactor is constructed and operated in such a way that the formation of spontaneously-generated benzoic acid is minimized and the oxidation of hydroxybenzoic acid to carbon monoxide and / or carbon dioxide is maximized. If an oxidation reactor is used to oxidize para-xylene to terephthalic acid, it is preferred that para-xylene comprises at least about 50% by weight of total xylene in the feed stream introduced into the reactor. More preferably, para-xylene comprises at least 75% by weight of total xylenes in the feed stream. Still more preferably, para-xylene comprises at least 95% by weight of total xylenes in the feed stream. Most preferably, para-xylene makes up almost all of the total xylenes in the feed stream.
파라-자일렌을 테레프탈산으로 산화시키기 위해 반응기가 사용되는 경우, 자발-생성된 벤조산의 생성 속도를 최소로 하면서 테레프탈산의 생성 속도를 최대로 하는 것이 바람직하다. 테레프탈산의 생성 속도(중량) 대 자발-생성된 벤조산의 생성 속도(중량)의 비가 바람직하게는 약 500:1 이상, 더욱 바람직하게는 약 1,000:1 이상, 가장 바람직하게는 1,500:1 이상이다. 하기에서 볼 수 있는 바와 같이, 반응 매질의 액상 중의 벤조산의 농도가 2,000ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 1,000ppmw 미만, 가장 바람직하게는 500ppmw 미만일 때, 자발-생성된 벤조산의 생성 속도를 측정하는 것이 바람직한데, 이는 이러한 낮은 농도로 인해 벤조산이 다른 화합물로 전환되는 반응 속도가 적절하게 낮게 억제되기 때문이다.When a reactor is used to oxidize para-xylene to terephthalic acid, it is desirable to maximize the production rate of terephthalic acid while minimizing the production rate of spontaneously-generated benzoic acid. The ratio of the production rate (weight) of terephthalic acid to the production rate (weight) of spontaneously-produced benzoic acid is preferably at least about 500: 1, more preferably at least about 1,000: 1 and most preferably at least 1,500: 1. As can be seen below, it is desirable to measure the rate of production of spontaneously-generated benzoic acid when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is less than 2,000 ppmw, more preferably less than 1,000 ppmw and most preferably less than 500 ppmw. This is because such low concentrations moderately inhibit the rate of conversion of benzoic acid to other compounds.
자발-생성되는 벤조산과 불순물-생성된 벤조산을 합하는 경우, 테레프탈산의 생성 속도(중량) 대 총 벤조산의 생성 속도(중량)의 비는 바람직하게는 약 400:1 이상, 더욱 바람직하게는 약 700:1 이상, 및 가장 바람직하게는 1,100:1 이상이다. 하기에서 볼 수 있는 바와 같이, 반응 매질의 액상 중의 벤조산의 농도가 2,000ppmw 미만, 더욱 바람직하게는 1,000ppmw 미만, 및 가장 바람직하게는 500ppmw 미만일 때, 자발-생성된 벤조산과 불순물-생성된 벤조산의 합한 생성 속도를 측정하는 것이 바람직한데, 이는 이러한 낮은 농도로 인해 벤조산이 다른 화합물로 전환되는 반응 속도가 적절하게 낮게 억제되기 때문이다.When combining the spontaneously-produced benzoic acid and the impurity-produced benzoic acid, the ratio of the production rate (weight) of terephthalic acid to the production rate (weight) of total benzoic acid is preferably about 400: 1 or more, more preferably about 700: At least 1, and most preferably at least 1,100: 1. As can be seen below, when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is less than 2,000 ppmw, more preferably less than 1,000 ppmw, and most preferably less than 500 ppmw, the spontaneously-generated benzoic acid and the impurity-generated benzoic acid It is desirable to measure the combined rate of production, because such low concentrations will moderately lower the rate of reaction for conversion of benzoic acid to other compounds.
본원에 기술된 바와 같이, 반응 매질의 액상 중 벤조산의 상승된 농도는 많은 다른 방향족 화합물의 형성을 증가시키는데, 상기 방향족 화합물 중 수 개는 TPA에 유해한 불순물이고; 본원에 기술된 바와 같이, 반응 매질의 액상 중 벤조산의 상승된 농도는 탄소 산화물 기체의 형성을 증가시키며, 이러한 기체의 형성은 산화제, 및 방향족 화합물 및/또는 용매의 수율 손실을 나타낸다. 더욱이, 본 발명자들은, 그 자체가 소비되지 않고 다른 반응을 촉매화시키는 벤조산과는 대조적으로, 벤조산 분자 자체의 일부가 전환되는 반응으로부터 다른 방향족 화합물 및 일산화탄소의 형성이 상당한 양으로 증가된다는 것을 알게 되었다. 따라서, "벤조산의 유효 생성"은, 동일한 기간 동안 반응 매질로부터 배출되는 모든 벤조산의 시간-평균 중량으로부터 반응 매질로 유입되는 모든 벤조산의 시간-평균 중량을 뺀 값으로 정의하고 있다. 상기 벤조산의 유효 생성은 불순물-생성된 벤조산의 생성 속도 및 자발-생성된 벤조산의 생성 속도에 의해 양의 값을 종종 갖는다. 그러나, 본 발명자들은, 온도, 산소 유용성, STR, 및 반응 활성도를 포함하는 다른 반응 조건들이 적절하게 일정하게 유지되는 경우 측정될 때, 벤조산의 농도가 반응 매질의 액상에서 증가함에 따라 벤조산의 탄소 산화물 및 수 개의 다른 화합물로의 전환 속도가 거의 비례적으로 증가하는 것을 알게 되었다. 따라서, 아마도 재순환된 용매 중의 벤조산의 농도 상승에 의해 반응 매질의 액상 중의 벤조산의 농도가 충분히 큰 경우, 벤조산 분자의 다른 화합물(예, 탄소 산화물)로의 전환도 새로운 벤조산 분자의 화학적 생성과 동일하거나 더욱 클 수 있다. 이러한 경우, 벤조산의 유효 생성은 거의 제로이거나 심지어 음의 값을 가질 수 있다. 본 발명자들은, 벤조산의 유효 생성이 양의 값을 가질 때, 반응 매질 중의 벤조산의 유효 생성 속도에 대한 반응 매질 중의 테레프탈산의 생성 속도(중량)의 비는 바람직하게는 약 700:1 초과, 더욱 바람직하게는 약 1,100:1 초과, 가장 바람직하게는 4,000:1 초과임을 알게 되었다. 본 발명자들은, 벤조산의 유효 생성이 음의 값을 가질 때, 반응 매질 중의 벤조산의 유효 생성 속도에 대한 반응 매질 중의 테레프탈산의 생성 속도(중량)의 비가 바람직하게는 약 200:(-1) 초과, 더욱 바람직하게는 약 1,000:(-1) 초과, 가장 바람직하게는 5,000:(-1) 초과임을 알게 되었다.As described herein, elevated concentrations of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium increase the formation of many other aromatic compounds, several of which are harmful impurities to TPA; As described herein, elevated concentrations of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium increase the formation of carbon oxide gas, which indicates loss of yield of oxidant and aromatic compounds and / or solvents. Moreover, the inventors have found that the formation of other aromatic compounds and carbon monoxide is increased in significant amounts from reactions in which some of the benzoic acid molecules themselves are converted, in contrast to benzoic acid, which is not consumed by itself and catalyzes other reactions. Thus, "effective production of benzoic acid" is defined as the time-average weight of all benzoic acid exiting the reaction medium for the same period minus the time-average weight of all benzoic acid entering the reaction medium. Effective production of the benzoic acid is often positive by the rate of production of impurity-generated benzoic acid and the rate of production of spontaneously-generated benzoic acid. However, the inventors have found that carbon oxides of benzoic acid increase as the concentration of benzoic acid increases in the liquid phase of the reaction medium, as measured when other reaction conditions, including temperature, oxygen availability, STR, and reaction activity, remain adequately constant. And the rate of conversion to several other compounds has increased almost proportionally. Thus, if the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is large enough, perhaps due to an increase in the concentration of benzoic acid in the recycled solvent, the conversion of the benzoic acid molecule to another compound (e.g. carbon oxide) is equal to or greater than the chemical production of the new benzoic acid molecule. Can be large. In such cases, the effective production of benzoic acid can be nearly zero or even negative. We believe that when the effective production of benzoic acid has a positive value, the ratio of the production rate (weight) of terephthalic acid in the reaction medium to the effective production rate of benzoic acid in the reaction medium is preferably greater than about 700: 1, more preferably. Preferably greater than about 1,100: 1, most preferably greater than 4,000: 1. We believe that when the effective production of benzoic acid has a negative value, the ratio of the production rate (weight) of terephthalic acid in the reaction medium to the effective production rate of benzoic acid in the reaction medium is preferably greater than about 200: (-1), More preferably greater than about 1,000: (-1), most preferably greater than 5,000: (-1).
본 발명자들은 또한 반응 매질로부터 수거된 슬러리(액체 + 고체)의 조성 및 슬러리의 고체 CTA 부분에 대한 바람직한 범위를 발견하였다. 바람직한 슬러리 및 바람직한 CTA의 조성은 놀랍게도 우수하였으며 유용하였다. 예를들면, 산화 분해에 의해 상기 바람직한 CTA로부터 생성된 정제된 TPA는 충분히 낮은 총 불순물 및 착색된 불순물을 가져서, 이 정제된 TPA는 부가적인 4-CBA 및/또는 착색된 불순물의 수소화없이도 PET 섬유의 광범위한 사용 및 PET 포장 용도에서 적합하다. 예들들면, 바람직한 슬러리 조성물은 중요한 불순물의 농도가 비교적 낮은 반응 매질의 액상을 제공하고, 이것은 본원에 개시된 심지어 더욱 바람직하지 않은 다른 불순물의 생성을 억제한다. 또한, 바람직한 슬러리 조성물은 슬러리로부터 액체의 계속적인 처리를 도와서 본 발명의 다른 실시양태에 따라 적합하게 순수한 재순환된 용매가 되게 한다.We also found a preferred range for the composition of the slurry (liquid + solid) collected from the reaction medium and the solid CTA portion of the slurry. The composition of the preferred slurry and the preferred CTA was surprisingly good and useful. For example, purified TPA produced from the preferred CTA by oxidative decomposition has sufficiently low total impurities and colored impurities such that the purified TPA is a PET fiber without hydrogenation of additional 4-CBA and / or colored impurities. Suitable for a wide range of uses and PET packaging applications. For example, a preferred slurry composition provides a liquid phase of the reaction medium with a relatively low concentration of important impurities, which inhibits the production of other impurities even more undesirable as disclosed herein. In addition, the preferred slurry compositions aid in the continued processing of the liquid from the slurry to be suitably pure recycled solvent in accordance with another embodiment of the present invention.
본 발명의 하나의 실시양태에 따라 제조된 CTA는 종래의 공정 및 장치(주로, 재순환된 용매를 사용하는 것들)에 의해 제조된 CTA보다 선택된 유형의 불순물을 더욱 적게 함유한다. CTA에 존재할 수 있는 불순물들은 다음과 같다: 4-카복시벤즈알데하이드(4-CBA), 4,4'-다이카복시스틸벤(4,4'-DCS), 2,6-다이카복시안트라퀴논(2,6-DCA), 2,6-다이카복시플루오레논(2,6-DCF), 2,7-다이카복시플루오레논(2,7-DCF), 3,5-다이카복시플루오레논(3,5-DCF), 9-플루오레논-2-카복실산(9F-2CA), 9-플루오레논-4-카복실산(9F-4CA), 4,4'-다이카복시바이페닐(4,4'-DCB), 2,5,4'-트라이카복시바이페닐(2,5,4'-TCB), 프탈산(PA), 아이소프탈산(IPA), 벤조산(BA), 트라이멜리트산(TMA), 파라-톨루산(PTAC), 2,6-다이카복시벤조코우마린(2,6-DCBC), 4,4'-다이카복시벤질(4,4'-DCBZ), 4,4'-다이카복시벤조페논(4,4'-DCBP), 2,5,4'-트라이카복시벤조페논(2,5,4'-TCBP). 하기 표 3에는 본 발명의 실시양태에 따라 제조된 CTA 중의 불순물의 바람직한 양이 제시되어 있다.CTAs prepared according to one embodiment of the present invention contain fewer impurities of the selected type than CTAs prepared by conventional processes and apparatuses, primarily those using recycled solvents. Impurities that may be present in the CTA include: 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), 4,4'-dicarboxycistbene (4,4'-DCS), 2,6-dicarboxylic cyantraquinone (2 , 6-DCA), 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DCF), 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DCF), 3,5-dicarboxyfluorenone (3,5 -DCF), 9-fluorenone-2-carboxylic acid (9F-2CA), 9-fluorenone-4-carboxylic acid (9F-4CA), 4,4'-dicarboxybiphenyl (4,4'-DCB), 2,5,4'-tricarboxybiphenyl (2,5,4'-TCB), phthalic acid (PA), isophthalic acid (IPA), benzoic acid (BA), trimellitic acid (TMA), para-toluic acid ( PTAC), 2,6-dicarboxybenzocomarin (2,6-DCBC), 4,4'-dicarboxybenzyl (4,4'-DCBZ), 4,4'-dicarboxybenzophenone (4,4 '-DCBP), 2,5,4'-tricarboxybenzophenone (2,5,4'-TCBP). Table 3 below shows the preferred amounts of impurities in the CTA prepared according to embodiments of the present invention.
또한, 본 발명의 실시양태에 따라 제조된 CTA가, 종래의 공정 및 장치(주로, 재순환된 용매를 사용하는 것들)에 의해 제조된 CTA에 비해 감소된 색의 양을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 하나의 실시양태에 따라 제조된 CTA는 약 25% 이상, 더욱 바람직하게는 약 50% 이상 및 가장 바람직하게는 60% 이상의 340nm에서의 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 하나의 실시양태에 따라 제조된 CTA는 약 88% 이상, 더욱 바람직하게는 약 90% 이상, 및 가장 바람직하게는 92% 이상의 400nm에서의 투과율을 갖는 것이 바람직하다. It is also preferred that CTAs prepared according to embodiments of the present invention have a reduced amount of color compared to CTAs prepared by conventional processes and apparatuses, primarily those using recycled solvents. Thus, CTAs prepared according to one embodiment of the invention preferably have a transmission at 340 nm of at least about 25%, more preferably at least about 50% and most preferably at least 60%. In addition, it is preferred that CTAs prepared according to one embodiment of the present invention have a transmission at 400 nm of at least about 88%, more preferably at least about 90%, and most preferably at least 92%.
투과율의 시험은 TPA 또는 CTA 내에 존재하는 유색의 광흡수 불순물을 측정하는 것이다. 본원에서, 이 시험은 2.00g의 무수 고체 TPA 또는 CTA를 분석용 등급 또는 그 이상의 등급의 다이메틸 설폭사이드(DMSO) 20.0㎖에 용해시켜 제조된 용액의 일부 상에서 실시된 측정과 관련된다. 상기 용액의 일부를, 수정으로 제작되고 1.0cm의 광로 및 0.39㎖의 부피를 갖는 헬마 세미-마이크로 플로우 셀(Hellma semi-micro flow cell), PN 176.700(헬마 유에스에이(Hellma USA); 미국 뉴욕주 11803 플레인 뷰 스카이라인 드라이브 80 소재)에 위치시킨다. 어질런트 8453 다이오드 어레이 분광광도계(Agilent 8453 Diode Array Spectrophotometer)를 사용하여 상기 충전된 플로우 셀을 통과하는 빛의 상이한 파장의 투과율을 측정한다(어질런트 테크놀로지스(Agilent Technologies); 미국 캘리포니아주 94303 팔로 알토 페이지 밀 로드 395 소재). 사용된 셀 및 용매를 포함하지만 이것으로 한정되지 않는 배경으로부터 흡광도를 적절하게 보정한 후, 용액을 투과하는 입사광의 분율을 특징으로 하는 투과율의 결과를 기계에 의해 직접적으로 기록한다. 340nm 및 400nm의 광 파장에서의 투과율 값(%)은 전형적으로 발견되는 많은 불순물로부터 순수한 TPA를 구별하는데 특히 유용하다.The test of transmittance is to determine colored light absorbing impurities present in TPA or CTA. Herein, this test relates to measurements made on a portion of a solution prepared by dissolving 2.00 g of anhydrous solid TPA or CTA in 20.0 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO) of analytical or higher grade. A portion of the solution was made of quartz, a Helma semi-micro flow cell with a light path of 1.0 cm and a volume of 0.39 ml, PN 176.700 (Hellma USA; 11803, New York, USA) Location on Plane View Skyline Drive 80). Agilent 8453 Diode Array Spectrophotometer is used to measure the transmission of different wavelengths of light passing through the charged flow cell (Agilent Technologies; Palo Alto Page, California, 94303, USA) Mill Road 395). After appropriately correcting the absorbance from the background, including but not limited to the cells and solvents used, the results of the transmittance characterized by the fraction of incident light passing through the solution are recorded directly by the machine. The transmittance values (%) at light wavelengths of 340 nm and 400 nm are particularly useful for distinguishing pure TPA from the many impurities typically found.
반응 매질의 슬러리(고체 + 액체)상 중의 여러 방향족 불순물의 바람직한 범위가 하기 표 4에 제시되어 있다.Preferred ranges of the various aromatic impurities in the slurry (solid + liquid) phase of the reaction medium are shown in Table 4 below.
이러한 슬러리의 바람직한 조성은, 반응 매질로부터 샘플링 동안 반응 매질로부터의 부가적인 액상 성분의 고체 상 성분으로의 침전, 액체 및 고체의 분리 및 분석 조건의 변화와 관련된 실험적인 난제들을 유용하게 피하면서 반응 매질의 액상의 바람직한 조성을 구현한다. The preferred composition of this slurry is that the reaction medium is usefully avoiding experimental challenges associated with precipitation of additional liquid components from the reaction medium into the solid phase component, sampling of liquids and solids, and changes in analytical conditions during sampling. To achieve the desired composition of the liquid phase.
많은 다른 방향족 불순물은, 전형적으로 개시된 방향족 화합물의 일종 이상에 비해 심지어 더욱 낮은 수준으로 및/또는 이에 비례하여 다양한 양으로 반응 매질의 슬러리 상에 및 반응 매질의 CTA에 존재한다. 개시된 방향족 화합물을 바람직한 범위로 조절하면 다른 방향족 불순물이 적절한 수준으로 유지될 것이다. 반응 매질에서의 슬러리상 및 슬러리로부터 직접적으로 취득된 고체 CTA에 대한 이러한 유리한 조성은 파라-자일렌의 TPA로의 부분 산화에 대해 본원에서 기술된 발명의 실시양태에 따라 작동시킴으로써 가능할 수 있다.Many other aromatic impurities are typically present on the slurry of the reaction medium and in the CTA of the reaction medium in varying amounts even at lower levels and / or in proportion to at least one of the disclosed aromatic compounds. Adjusting the disclosed aromatic compounds to the desired ranges will keep other aromatic impurities at appropriate levels. This advantageous composition for solid CTA obtained directly from the slurry phase and slurry in the reaction medium may be possible by operating according to the embodiments of the invention described herein for partial oxidation of para-xylene to TPA.
용매, 재순환된 용매, CTA, 반응 매질로부터의 슬러리, 및 PTA에서의 낮은 수준의 성분의 농도의 측정은 액체 크로마토그래피 방법을 사용하여 실시된다. 상호교환가능한 두 개의 실시양태가 하기에 기술된다.Determination of the concentrations of solvents, recycled solvents, CTA, slurries from the reaction medium, and low levels of components in PTA is carried out using liquid chromatography methods. Two interchangeable embodiments are described below.
본원에서 HPLC-DAD로서 지칭되는 방법은, 주어진 샘플 내에서 여러 분자종의 분리 및 정량화를 제공하기 위해 다이오드 어레이 검출기(DAD)와 결합된 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)를 포함한다. 이러한 측정에 사용되는 기구는 어질런트 테크놀로지스(미국 캘리포니아주 팔토 알토 소재)에 의해 제공되는 DAD가 구비된 모델 1100 HPLC로서, 다른 적당한 기구가 또한 상업적으로 이용가능하고 다른 공급자로부터 제공된다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 용리 시간 및 검출기 반응 둘 다는 알려진 양으로 존재하는 알려진 화합물, 실질적으로 알려지지 않은 샘플에서 발생하는 것들에 부합되는 화합물 및 양을 사용하여 보정된다.The method, referred to herein as HPLC-DAD, includes high pressure liquid chromatography (HPLC) combined with a diode array detector (DAD) to provide separation and quantification of several molecular species in a given sample. The instrument used for this measurement is a Model 1100 HPLC with DAD provided by Agilent Technologies (Palto Alto, Calif.), Other suitable instruments are also commercially available and are available from other suppliers. As is known in the art, both elution time and detector reaction are calibrated using known compounds present in known amounts, compounds and amounts corresponding to those occurring in substantially unknown samples.
본원에서 HPLC-MS로서 지칭되는 방법은 주어진 샘플 내에서 여러 분자종의 분리, 동정 및 정량화를 제공하기 위해 질량 분석기(MS)와 결합된 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)를 포함한다. 이러한 측정에 사용되는 기구는 워터스 코포레이션(Waters Corp; 미국 매사츄세츠 밀포드 소재)에 의해 제공되는 얼라이언스(Alliance) HPLC 및 ZQ MS로서, 다른 적당한 기구가 또한 상업적으로 이용가능하고 다른 공급자로부터 제공된다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 용리 시간 및 질량 분석기의 반응 둘 다는 알려진 양으로 존재하는 알려진 화합물, 실질적으로 알려지지 않은 샘플에서 발생하는 것들에 부합되는 화합물 및 양을 사용하여 보정된다. The method, referred to herein as HPLC-MS, includes high pressure liquid chromatography (HPLC) combined with a mass spectrometer (MS) to provide separation, identification and quantification of several molecular species in a given sample. Instruments used for this measurement are Alliance HPLC and ZQ MS provided by Waters Corp (Milford, Mass., USA), with other suitable instruments also commercially available and from other suppliers. As is known in the art, both the elution time and the reaction of the mass spectrometer are calibrated using known compounds present in known amounts, compounds and amounts corresponding to those occurring in substantially unknown samples.
본 발명의 또 다른 실시양태는, 한편으로는 이산화 탄소 및 일산화 탄소(총괄적으로 탄소 산화물; COx)의 생성에 대해, 다른 한편으로는 유해한 방향족 불순물의 억제를 적절하게 균형적으로 유지하면서, 방향족 산화 화합물을 부분적으로 산화하는 것과 관련된다. 전형적으로, 상기 탄소 산화물은 반응 용기로부터 배기 기체 중에 배출되며, 이것들은 궁극적으로 바람직한 산화 유도체(예, 아세트산, 파라-자일렌 및 TPA)를 포함하는 산화성 화합물 및 용매의 해로운 손실에 상응한다. 본 발명자들은 탄소 산화물의 생성에 대한 하한치를 발견하였으며, 하기에서 기술되는 바와 같이, 상기 하한치 미만에서는 유해한 방향족 불순물이 많이 생성되는 것 같으며, 따라서 총 전환 수준이 너무 열등하여 경제적인 유용성이 없다. 본 발명자들은 또한 탄소 산화물의 상한치를 발견하였으며, 이 상한치 위에서는 탄소 산화물의 생성이 계속 증가되어 유해한 방향족 불순물의 생성의 감소에 의해 제공되는 추가적인 가치가 거의 없다.Another embodiment of the invention relates to aromatics, on the one hand, with respect to the production of carbon dioxide and carbon monoxide (collectively carbon oxides; CO x ), on the other hand, while maintaining appropriately balanced suppression of harmful aromatic impurities It involves the partial oxidation of oxidizing compounds. Typically, the carbon oxides are discharged in the exhaust gas from the reaction vessel, which ultimately corresponds to the detrimental loss of solvents and oxidizable compounds, including the preferred oxidizing derivatives (eg acetic acid, para-xylene and TPA). The inventors have found a lower limit for the production of carbon oxides, and as described below, it is likely that a lot of harmful aromatic impurities are produced below this lower limit, and thus the total conversion level is so inferior that there is no economic usefulness. The inventors have also found an upper limit of carbon oxides, above which the production of carbon oxides continues to increase, with little added value provided by the reduction of the production of harmful aromatic impurities.
본 발명자들은, 방향족 산화성 화합물의 부분 산화 동안 반응 매질 내에서 방향족 산화성 화합물 공급물과 방향족 중간물질 종의 액상 농도를 감소시키면 유해한 불순물의 생성 속도가 낮아진다는 것을 알게 되었다. 이러한 유해한 불순물은 바라는 수보다 많은 카복실산 기를 함유한 결합된 방향족 고리 및/또는 방향족 분자를 포함한다(예를들면, 파라-자일렌의 산화에서 유해한 불순물은 2,6-다이카복시안트라퀴논, 2,6-다이카복시플루오레논, 트라이멜리트산, 2,5,4'-트라이카복시바이페닐, 및 2,5,4'-벤조페논을 포함한다). 방향족 중간물질 종은 산화성 방향족 화합물의 공급물로부터 유래되고, 여전히 비방향족 하이드로카빌 기를 함유한 방향족 화합물을 포함한다(예를들면, 파라-자일렌의 산화에서 방향족 중간물질 종은 파라-톨루알데하이드, 테레프탈데하이드, 파라-톨루산, 4-CBA, 4-하이드록시메틸벤조산 및 알파-브로모-파라-톨루산을 포함한다). 방향족 산화성 화합물의 공급물 및 비방향족 하이드로카빌 기를 함유하는 방향족 중간물질 종은, 반응 매질의 액상 중에 존재하는 경우, 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 용해된 방향족 종(예, 아이소프탈산)을 위해 이미 본원에서 기술된 것과 유사한 방식으로 유해한 불순물을 형성하는 것 같다.The inventors have found that reducing the liquid phase concentration of the aromatic oxidizing compound feed and aromatic intermediate species in the reaction medium during the partial oxidation of the aromatic oxidizing compound lowers the rate of formation of harmful impurities. Such harmful impurities include bound aromatic rings and / or aromatic molecules containing more than the desired number of carboxylic acid groups (e.g., harmful impurities in the oxidation of para-xylene are 2,6-dicarboxylic cyanquinone, 2, 6-dicarboxyfluorenone, trimellitic acid, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl, and 2,5,4'-benzophenone). Aromatic intermediate species are derived from feeds of oxidative aromatic compounds and still include aromatic compounds containing non-aromatic hydrocarbyl groups (e.g., in the oxidation of para-xylene, aromatic intermediate species are para-tolualdehyde, Terephthaldehydro, para-toluic acid, 4-CBA, 4-hydroxymethylbenzoic acid and alpha-bromo-para-toluic acid). Feeds of aromatic oxidizing compounds and aromatic intermediate species containing non-aromatic hydrocarbyl groups are already described herein for dissolved aromatic species (eg, isophthalic acid) that lack non-aromatic hydrocarbyl groups when present in the liquid phase of the reaction medium. It is likely to form harmful impurities in a manner similar to that described in.
산화성 방향족 화합물의 부분 산화 동안에 유해한 방향족 불순물의 형성을 억제하기 위한 더욱 높은 반응 활성도에 대한 이러한 필요와 관련하여, 본 발명자들은 바람직하지 않은 뒤 따르는 결과가 탄소 산화물의 생성을 증가시킨다는 것을 알게 되었다. 중요하게도, 이러한 탄소 산화물은 산화성 화합물 및 산화제(용매는 아님)의 수율 손실을 나타낸다고 생각된다. 명백하게도, 실질적이고 때때로 중요한 양의 탄소 산화물은 용매로부터라기보다는 산화성 화합물 및 이것의 유도체로부터 유도되며; 종종 산화성 화합물은 용매에서보다 탄소 단위당 더욱 높은 비용을 필요로 한다. 또한, 중요하게도, 바람직한 생성물인 카복실산(예, TPA)은 또한 이것이 반응 매질의 액상 중에 존재할 때 탄소 산화물로 과산화된다고 생각된다. In connection with this need for higher reaction activity to inhibit the formation of harmful aromatic impurities during the partial oxidation of oxidative aromatic compounds, the inventors have found that the undesirable following results increase the production of carbon oxides. Importantly, such carbon oxides are believed to exhibit a yield loss of oxidizing compounds and oxidants (but not solvents). Obviously, substantial and sometimes significant amounts of carbon oxides are derived from oxidizable compounds and derivatives thereof rather than from solvents; Often oxidizable compounds require a higher cost per carbon unit than in solvents. Importantly, it is also contemplated that the preferred product, the carboxylic acid (eg TPA), is also peroxidized to carbon oxide when it is present in the liquid phase of the reaction medium.
또한, 본 발명이 반응 매질의 액상에서의 반응 및 반응물 농도와 관련된다고 생각하는 것은 중요하다. 이것은, 비방향족 하이드로카빌 기를 함유한 방향족 화합물의 침전된 고체 형태의 생성과 직접적으로 관련되는 일부 종래 기술과는 대조적이다. 특히, 파라-자일렌의 TPA로의 부분적인 산화에 있어서, 어떤 종래 발명은 CTA의 고체상에서 침전된 4-CBA의 양과 관련된다. 그러나, 본 발명자들은, 온도, 압력, 촉매, 용매 조성 및 파라-자일렌의 공간-시간 반응 속도의 동일한 조건을 사용할 때, 부분적 산화가 잘-혼합된 오토클레이브에서 실시되는 지 또는 본 발명에 따라 산소 및 파라-자일렌이 단계화된 반응 매질에서 실시되는 지에 따라, 고상에서의 4-CBA 대 액상에서의 4-CBA의 비가 2:1 이상으로 변화된다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 액상에서의 4-CBA에 대한 고상에서의 4-CBA의 비가 온도, 압력, 촉매, 및 용매 조성의 다른 유사한 명세에서 파라-자일렌의 공간-시간 반응 속도에 따라 잘 혼합된 반응 매질 또는 단계화된 매질에서 2:1 이상으로 변할 수 있다는 것을 알게 되었다. 부가적으로, 고상 CTA에서의 4-CBA는 유해한 불순물의 형성에 기인되지 않는 것 같으며, 고상에서의 4-CBA는 수거되어 간단하게 고수율의 TPA로 산화될 수 있으며(예를들면, 본원에 기술된 바와 같이, CTA 슬러리의 산화 분해에 의해); 반면에, 유해한 불순물의 제거는 고상 4-CBA의 제거보다 더욱 어렵고 고가이며, 탄소 산화물의 생성은 지속적 수율 손실을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 이러한 양태가 반응 매질에서의 액상 조성에 관련된다는 것을 인식하는 것은 중요하다.It is also important to consider that the present invention relates to reactions and reactant concentrations in the liquid phase of the reaction medium. This is in contrast to some prior art, which is directly related to the production of precipitated solid forms of aromatic compounds containing non-aromatic hydrocarbyl groups. In particular, in the partial oxidation of para-xylene to TPA, certain prior inventions relate to the amount of 4-CBA precipitated in the solid phase of CTA. However, the inventors have found that, when using the same conditions of temperature, pressure, catalyst, solvent composition and space-time reaction rate of para-xylene, partial oxidation is carried out in a well-mixed autoclave or according to the invention. It was found that the ratio of 4-CBA in the solid phase to 4-CBA in the liquid phase changed to 2: 1 or more, depending on whether oxygen and para-xylene were carried out in the staged reaction medium. In addition, the inventors found that the ratio of 4-CBA in the solid phase to 4-CBA in the liquid phase mixed well according to the space-time reaction rate of para-xylene in other similar specifications of temperature, pressure, catalyst, and solvent composition. It has been found that it can vary from 2: 1 or higher in the reaction medium or staged medium. Additionally, 4-CBA in solid CTA does not appear to be due to the formation of harmful impurities, and 4-CBA in solid phase can be collected and simply oxidized to high yields of TPA (e.g., By oxidative decomposition of the CTA slurry, as described in); On the other hand, the removal of harmful impurities is more difficult and expensive than the removal of solid 4-CBA, and the production of carbon oxides represents a sustained yield loss. Therefore, it is important to recognize that this aspect of the invention relates to the liquid phase composition in the reaction medium.
본 발명자들은, 용매로부터 유래되던지 또는 산화성 화합물로부터 유래되던지에 상관없이, 상업적 용도의 전환에서 탄소 산화물의 생성은 온도, 금속, 할로겐, pH에 의해 측정된 반응 매질의 산도, 및 전체 반응 활성도의 수준을 얻기 위해 사용된 물의 농도의 특정 조합에서의 광범위한 변화에도 불구하고, 전체 반응 활성도의 수준과 크게 관련된다는 것을 알게 되었다. 본 발명자들은 반응 매질의 중간 높이, 반응 매질의 저부 및 반응 매질의 상부에서 톨루산의 액상 농도를 사용하여 전체 반응 활성도 수준을 평가하는 것이 자일렌의 부분 산화에서 유용하다는 것을 알게 되었다. We believe that the production of carbon oxides in the conversion of commercial applications, whether derived from solvents or from oxidizing compounds, is dependent on the temperature of the reaction medium as measured by temperature, metal, halogen, pH, and overall reaction activity. It has been found that despite a wide range of changes in certain combinations of concentrations of water used to obtain levels, it is strongly related to the level of overall reaction activity. The inventors have found that it is useful in partial oxidation of xylene to assess the overall reaction activity level using the medium height of the reaction medium, the bottom of the reaction medium and the liquid phase concentration of toluic acid at the top of the reaction medium.
따라서, 반응 활성을 증가시켜 유해한 불순물의 생성을 최소로 하고, 반응 활성을 낮추어 탄소 산화물의 생성을 최소로 하는 것이 균형을 이루면서 동시에 일어난다. 즉, 탄소 산화물의 전체 생성이 너무 낮다면, 유해한 불순물이 과도한 수준으로 형성되며, 이것의 반대도 성립한다. Therefore, increasing the reaction activity to minimize the generation of harmful impurities and lowering the reaction activity to minimize the production of carbon oxides takes place at the same time in balance. In other words, if the total production of carbon oxides is too low, harmful impurities are formed at excessive levels, and vice versa.
또한, 본 발명자들은, 바라는 카복실산(예, TPA)의 용해도 및 상대 반응성 및 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 다른 용해된 방향족 종의 존재가, 탄소 산화물 대 유해한 불순물의 이러한 균형에 있어 매우 중요한 지주 기능을 초래한다는 것을 알게 되었다. 전형적으로, 바라는 생성물인 카복실산은 심지어 고체 형태로 존재할 때에도 반응 매질의 액상에 용해된다. 예를들면, 바람직한 범위의 온도에서, TPA는 약 1,000ppmw 내지 1중량%를 초과하는 범위의 수준으로 아세트산 및 물을 포함하는 반응 매질에 용해하고, 온도가 증가함에 따라 용해도도 증가한다. 산화성 방향족 화합물 공급물(예, 파라-자일렌), 방향족 반응 중간물질(예, 파라-톨루산), 바라는 생성물인 방향족 카복실산(예, TPA), 및 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 방향족 종(예, 아이소프탈산)으로부터의 여러 유해한 불순물의 형성에 대한 반응 속도의 차이가 있음에도 불구하고, 후자의 두 개의 그룹의 존재 및 반응성으로 인해 전자의 두 개 그룹, 즉 산화성 방향족 화합물 공급물 및 방향족 반응 중간물질의 추가적인 억제와 관련하여 회복하는 것이 감소하는 영역이 정해진다. 예를들면, 파라-자일렌의 TPA로의 부분적 산화에 있어서, 주어진 조건에서 반응 매질의 액상에 용해된 TPA가 7,000ppmw이고, 용해된 벤조산이 8,000ppmw이고, 용해된 아이소프탈산이 6,000ppmw이고, 용해된 프탈산이 2,000ppmw이라면, 유해한 총 화합물의 추가적 감소 값은 반응 활성이 증가하여 파라-톨루산 및 4-CBA의 액상 농도를 유사한 수준 미만으로 억제함에 따라 감소하기 시작한다. 즉, 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 방향족 물질 종의 반응 매질의 액상 중의 존재 및 농도는 반응 활성도의 증가에 의해 거의 변경되지 않으며, 이들의 존재는 유해한 불순물의 형성을 억제하기 위해 반응의 중간물질의 농도를 감소시키기 위한 회복의 감소 영역을 확장시키는 작용을 한다.In addition, the inventors have found that the solubility of the desired carboxylic acid (e.g. TPA) and the presence of other dissolved aromatic species lacking relative reactivity and non-aromatic hydrocarbyl groups play an important post function in this balance of carbon oxides and harmful impurities. It was found to cause. Typically, the desired product, the carboxylic acid, is dissolved in the liquid phase of the reaction medium even when present in solid form. For example, at a preferred range of temperatures, TPA is dissolved in a reaction medium comprising acetic acid and water at levels ranging from about 1,000 ppmw to more than 1 wt%, and solubility increases with increasing temperature. Oxidative aromatic compound feeds (e.g. para-xylene), aromatic reaction intermediates (e.g. para-toluic acid), the desired product aromatic carboxylic acid (e.g. TPA), and aromatic species lacking non-aromatic hydrocarbyl groups (e.g. Despite the difference in reaction rate for the formation of several harmful impurities from isophthalic acid), the presence and reactivity of the latter two groups result in the former two groups: oxidative aromatic compound feeds and aromatic reaction intermediates. With respect to the further suppression of the area of recovery, there is a reduction area. For example, in the partial oxidation of para-xylene to TPA, the dissolved TPA in the liquid phase of the reaction medium is 7,000 ppmw, the dissolved benzoic acid is 8,000 ppmw, the dissolved isophthalic acid is 6,000 ppmw, dissolved under the given conditions. If the phthalic acid added is 2,000 ppmw, the additional reduction value of the total harmful compound begins to decrease as the reaction activity increases to inhibit the liquid phase concentrations of para-toluic acid and 4-CBA below similar levels. That is, the presence and concentration in the liquid phase of the reaction medium of the species of aromatic substance lacking non-aromatic hydrocarbyl groups are hardly altered by the increase in the reaction activity, the presence of which is due to the presence of intermediates in the reaction to suppress Serves to expand the reduction zone of recovery to reduce the concentration.
따라서, 본 발명의 하나의 실시양태에서는, 낮은 반응 활성 및 유해한 불순물의 과도한 형성에 의한 하위 말단과 과도한 탄소의 손실에 의한 상위 말단으로 경계를 형성하지만, 상업적으로 유용한 것으로 이미 발견되고 개시된 것보다 더욱 낮은 수준의 바람직한 범위를 갖는 탄소 산화물을 제공한다. 따라서, 탄소 산화물의 형성은 바람직하게는 하기와 같이 조절된다. 제조된 총 탄소 산화물(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 비는 바람직하게는 약 0.02:1 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.04:1 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 0.05:1 초과, 및 가장 바람직하게는 0.06:1 초과이다. 동시에, 제조된 총 탄소 산화물(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 비는 바람직하게는 약 0.24:1 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.22:1 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.19:1 미만, 및 가장 바람직하게는 0.15:1 미만이다. 제조된 총 이산화 탄소(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 비는 바람직하게는 약 0.01:1 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.03:1 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 0.04:1 초과, 및 가장 바람직하게는 0.05:1 초과이다. 동시에, 제조된 총 이산화 탄소(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 비는 바람직하게는 약 0.21:1 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.19:1 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.16:1 미만, 및 가장 바람직하게는 0.11:1 미만이다. 제조된 총 일산화 탄소(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 비는 바람직하게는 약 0.005:1 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.010:1 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 0.015:1 초과, 및 가장 바람직하게는 0.020:1 초과이다. 동시에, 제조된 총 일산화 탄소(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 비는 바람직하게는 약 0.09:1 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.07:1 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.05:1 미만, 및 가장 바람직하게는 0.04:1 미만이다. Thus, in one embodiment of the present invention, the lower end is caused by low reaction activity and excessive formation of harmful impurities and the upper end is caused by excessive carbon loss, but more than those already found and disclosed as commercially useful. It provides carbon oxides with low levels of preferred ranges. Therefore, the formation of the carbon oxide is preferably controlled as follows. The ratio of total carbon oxides (moles) produced to oxidative aromatic compounds (moles) supplied is preferably greater than about 0.02: 1, more preferably greater than about 0.04: 1, even more preferably greater than about 0.05: 1, And most preferably greater than 0.06: 1. At the same time, the ratio of the total carbon oxide (moles) produced to the supplied oxidative aromatic compound (moles) is preferably less than about 0.24: 1, more preferably less than about 0.22: 1, even more preferably about 0.19: 1 Less than 1, and most preferably less than 0.15: 1. The ratio of the total carbon dioxide (moles) produced to the supplied oxidative aromatic compound (moles) is preferably greater than about 0.01: 1, more preferably greater than about 0.03: 1, even more preferably greater than about 0.04: 1, And most preferably greater than 0.05: 1. At the same time, the ratio of the total carbon dioxide (moles) produced to the supplied oxidative aromatic compound (moles) is preferably less than about 0.21: 1, more preferably less than about 0.19: 1, even more preferably about 0.16: 1 Less than 1, and most preferably less than 0.11: 1. The ratio of the total carbon monoxide (moles) produced to the supplied oxidative aromatic compound (moles) is preferably greater than about 0.005: 1, more preferably greater than about 0.010: 1, even more preferably greater than about 0.015: 1, And most preferably greater than 0.020: 1. At the same time, the ratio of the total carbon monoxide (moles) produced to the supplied oxidative aromatic compound (moles) is preferably less than about 0.09: 1, more preferably less than about 0.07: 1, even more preferably about 0.05: 1. Below, and most preferably less than 0.04: 1.
산화 반응기로부터 건조 배기 기체 중의 이산화 탄소의 양은 바람직하게는 약 0.10몰% 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.20몰% 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 0.25몰% 초과, 및 가장 바람직하게는 0.30몰% 초과이다. 동시에, 산화 반응기로부터 건조 배기 기체 중의 이산화 탄소의 양은 바람직하게는 약 1.5몰% 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.2몰% 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.9몰% 미만, 및 가장 바람직하게는 0.8몰% 미만이다. 산화 반응기로부터 건조 배기 기체 중의 일산화 탄소의 양은 바람직하게는 약 0.05몰% 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.10몰% 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 0.15몰% 초과, 및 가장 바람직하게는 0.18몰% 초과이다. 동시에, 산화 반응기로부터 건조 배기 기체 중의 일산화 탄소의 양은 바람직하게는 약 0.60몰% 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.50몰% 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.35몰% 미만, 및 가장 바람직하게는 0.28몰% 미만이다.The amount of carbon dioxide in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably greater than about 0.10 mol%, more preferably greater than about 0.20 mol%, even more preferably greater than about 0.25 mol%, and most preferably greater than 0.30 mol%. to be. At the same time, the amount of carbon dioxide in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably less than about 1.5 mol%, more preferably less than about 1.2 mol%, even more preferably less than about 0.9 mol%, and most preferably 0.8 mol. Less than%. The amount of carbon monoxide in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably greater than about 0.05 mol%, more preferably greater than about 0.10 mol%, even more preferably greater than about 0.15 mol%, and most preferably greater than 0.18 mol%. to be. At the same time, the amount of carbon monoxide in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably less than about 0.60 mol%, more preferably less than about 0.50 mol%, even more preferably less than about 0.35 mol%, and most preferably 0.28 mol Less than%.
본 발명자들은, 탄소 산화물의 생성을 이러한 바람직한 범위로 감소시키기 위한 중요한 요소는, 재순환된 여액 및 산화성 화합물의 공급물의 순도를 향상시켜 본 발명의 개시에 따라 비방향족 하이드로카빌 기가 결핍된 방향족 화합물의 농도를 감소시키는 것이라는 것을 알게 되었으며, 이때 방향족 화합물의 농도 감소는 동시에 탄소 산화물 및 유해한 불순물의 형성을 감소시킨다. 또 다른 요소는, 본 발명의 개시에 따라 반응 용기 내에서 파라-자일렌 및 산화제의 분포를 향상시키는 것이다. 탄소 산화물의 상기 바람직한 수준을 가능하게 하는 다른 요소는, 압력, 온도, 액상 중의 산화성 화합물의 농도 및 기상에서의 산화제에 대해 본원에서 개시된 바와 같이 반응 매질의 구배를 사용하여 작동시키는 것이다. 탄소 산화물의 상기 바람직한 수준을 가능하게 하는 다른 요소는, 공간-시간 반응 속도, 압력, 온도, 용매 조성, 촉매 조성, 및 반응 용기의 기계적 형태에 대해 바람직한 본원의 기술 내용 범위 내에서 작동시키는 것이다.The inventors believe that an important factor for reducing the production of carbon oxides in this preferred range is the improvement of the purity of the recycled filtrate and the feed of the oxidizing compound, thus reducing the concentration of aromatic compounds deficient in non-aromatic hydrocarbyl groups in accordance with the present disclosure. It has been found that reducing the concentration of aromatic compounds at the same time reduces the formation of carbon oxides and harmful impurities. Another factor is to improve the distribution of para-xylene and oxidant in the reaction vessel according to the present disclosure. Another factor that enables this preferred level of carbon oxide is to operate using gradients of the reaction medium as disclosed herein for pressure, temperature, concentration of oxidizing compounds in the liquid phase and oxidants in the gas phase. Another factor that enables this preferred level of carbon oxide is to operate within the scope of the present disclosure, which is desirable for space-time reaction rates, pressure, temperature, solvent composition, catalyst composition, and mechanical form of the reaction vessel.
탄소 산화물 형성의 바람직한 범위 내에서 작동할 때의 중요한 이점은, 화학량논적 값은 아니라고 할지라도 분자 산소의 사용량이 감소될 수 있다는 점이다. 본 발명에 따른 산화제 및 산화성 화합물의 우수한 단계화임에도 불구하고, 산화성 화합물 단독의 공급물에 대해 계산될 때, 과량의 산소가 화학량논적 값 이상으로 잔류되어, 탄소 산화물이 일부 손실되고 과량의 분자 산소가 제공되어 유해한 불순물의 형성을 억제한다. 특히, 자일렌이 산화성 화합물의 공급물인 경우, 분자 산소(중량) 대 자일렌(중량)의 공급 비는 바람직하게는 약 0.91:1.00 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.95:1.00 초과, 및 가장 바람직하게는 0.99:1.00 초과이다. 동시에, 분자 산소(중량) 대 자일렌(중량)의 공급 비는 바람직하게는 약 1.20:1.00 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.12:1.00 미만, 및 가장 바람직하게는 약 1.06:1.00 미만이다. 특히, 자일렌 공급물의 경우, 산화 반응기로부터 건조 배기 기체 중의 분자 산소의 시간-평균 양은 바람직하게는 약 0.1몰% 초과, 더욱 바람직하게는 약 1몰% 초과, 및 가장 바람직하게는 1.5몰% 초과이다. 동시에, 산화 반응기로부터의 건조 배기 기체 중의 분자 산소의 시간-평균 양은 바람직하게는 약 6몰% 미만, 더욱 바람직하게는 약 4몰% 미만, 및 가장 바람직하게는 3몰% 미만이다. An important advantage when operating within the preferred range of carbon oxide formation is that the use of molecular oxygen can be reduced, even if not stoichiometric. In spite of the good stepping of the oxidizing compound and the oxidizing compound according to the invention, when calculated for the feed of the oxidizing compound alone, excess oxygen remains above the stoichiometric value, resulting in partial loss of carbon oxides and excess molecular oxygen Is provided to suppress the formation of harmful impurities. In particular, when xylene is a feed of an oxidizing compound, the feed ratio of molecular oxygen (weight) to xylene (weight) is preferably greater than about 0.91: 1.00, more preferably greater than about 0.95: 1.00, and most preferably Is greater than 0.99: 1.00. At the same time, the feed ratio of molecular oxygen (weight) to xylene (weight) is preferably less than about 1.20: 1.00, more preferably less than about 1.12: 1.00, and most preferably less than about 1.06: 1.00. In particular, for xylene feeds, the time-averaged amount of molecular oxygen in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably greater than about 0.1 mol%, more preferably greater than about 1 mol%, and most preferably greater than 1.5 mol%. to be. At the same time, the time-averaged amount of molecular oxygen in the dry exhaust gas from the oxidation reactor is preferably less than about 6 mol%, more preferably less than about 4 mol%, and most preferably less than 3 mol%.
탄소 산화물 형성의 바람직한 범위 내에서 작동하는 경우의 또 다른 중요한 이점은, 더 적은 방향족 화합물이 탄소 산화물 및 다른 가치가 적은 형태로 전환된다는 것이다. 이러한 이점은 연속 기간(바람직하게는 1시간, 더욱 바람직하게는 1일, 및 가장 바람직하게는 30일간의 연속기간)에 걸쳐 반응 매질로부터 유출되는 방향족 화합물 모두의 몰 수의 합을 반응 매질에 유입되는 방향족 화합물 모두의 몰수의 합으로 나눈 값을 사용하여 평가된다. 이러한 비는, 이 후 반응 매질을 통과하는 방향족 화합물의 "몰 생존 비"로서 지칭되며, 백분율 수치로서 표시된다. 모든 유입되는 방향족 화합물이 방향족 화합물(대부분 유입되는 방향족 화합물의 산화 형태임)로서 반응 매질을 통해 배출된다면, 몰 생존 비는 최대 100%의 값을 갖는다. 반응 매질을 통해 이동하는 동안 유입되는 방향족 화합물 100마다 정확하게 1이 탄소 산화물 및/또는 다른 비방향족 화합물(예, 아세트산)로 전환된다면, 몰 생존 비는 99%이다. 특히, 자일렌이 산화성 방향족 화합물의 주요 공급물인 경우, 반응 매질을 통과하는 방향족 화합물의 몰 생존 비는 바람직하게는 약 98% 초과, 더욱 바람직하게는 약 98.5% 초과, 및 가장 바람직하게는 99.0% 미만이다. 동시에, 그리고 충분한 전체 반응 활성이 존재하기 위해, 자일렌이 산화성 방향족 화합물의 주요 공급물인 경우, 반응 매질을 통과하는 방향족 화합물의 몰 생존 비는 바람직하게는 약 99.9% 미만, 더욱 바람직하게는 약 99.8% 미만, 및 가장 바람직하게는 99.7% 미만이이다.Another important advantage when operating within the preferred range of carbon oxide formation is that less aromatic compounds are converted to carbon oxides and other less valuable forms. This advantage introduces the sum of the moles of aromatic compounds exiting the reaction medium over a continuous period of time (preferably 1 hour, more preferably 1 day, and most preferably 30 days) into the reaction medium. It is evaluated using the value divided by the sum of the number of moles of all aromatic compounds. This ratio is then referred to as the “molar survival ratio” of the aromatic compound through the reaction medium and expressed as a percentage value. If all incoming aromatics are discharged through the reaction medium as aromatics (most often in the oxidized form of the incoming aromatics), the molar survival ratio has a value of up to 100%. If exactly 1 is converted to carbon oxides and / or other non-aromatic compounds (eg, acetic acid) per 100 aromatic compounds introduced while traveling through the reaction medium, the molar survival ratio is 99%. In particular, when xylene is the main feed of the oxidative aromatic compound, the molar survival ratio of the aromatic compound through the reaction medium is preferably greater than about 98%, more preferably greater than about 98.5%, and most preferably 99.0% Is less than. At the same time, and in order that there is sufficient overall reaction activity, when xylene is the main feed of the oxidative aromatic compound, the molar survival ratio of the aromatic compound through the reaction medium is preferably less than about 99.9%, more preferably about 99.8 Less than%, and most preferably less than 99.7%.
본 발명의 또 다른 양태는 아세트산 및 하나 이상의 산화성 방향족 화합물을 포함하는 반응 매질에서의 메틸 아세테이트의 생성에 관한 것이다. 이러한 메틸 아세테이트는 물 및 아세트산에 비해 비교적 휘발성이고, 따라서 배기 기체가 다시 주위 환경으로 방출되기 이전에 이것을 수거 및/또는 파괴하기 위해 부가적인 냉각 또는 다른 유닛의 작동이 사용되지 않는 한, 배기 기체로 처리되는 경향이 있다. 따라서, 메틸 아세테이트의 형성에는 작동 비용 및 자본 비용이 소요된다. 아마도, 메틸 아세테이트는, 아세트산 분해로부터의 메틸 라디칼이 산소와 조합되어 먼저 메틸 하이드로퍼옥사이드를 형성하고, 이어서 분해되어 메탄올을 형성한 후, 최종적으로 생성된 메탄올이 남아있는 아세트산과 반응하여 메틸 아세테이트를 형성함으로써 제조된다. 화학 경로가 무엇이든지 간에, 본 발명자들은, 메틸 아세테이트의 생성 속도가 너무 낮으면, 탄소 산화물의 생성도 또한 너무 낮고, 유해한 방향족 불순물의 생성은 너무 높다는 것을 알게 되었다. 메틸 아세테이트의 생성 속도가 너무 높으면, 탄소 산화물의 생성이 또한 불필요하게 높아 용매, 산화성 화합물 및 산화제의 수율 손실을 초래한다. 본원에 기술된 바람직한 실시양태를 사용하는 경우, 생성된 메틸 아세테이트(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 생성 비는 바람직하게는 약 0.005:1 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.010:1 초과, 및 가장 바람직하게는 0.020:1 초과이다. 동시에, 생성된 메틸 아세테이트(몰) 대 공급된 산화성 방향족 화합물(몰)의 생성 비는 바람직하게는 약 0.09:1 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.07:1 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.05:1 미만, 및 가장 바람직하게는 0.04:1 미만이다. Another aspect of the invention relates to the production of methyl acetate in a reaction medium comprising acetic acid and one or more oxidative aromatic compounds. Such methyl acetate is relatively volatile compared to water and acetic acid, so unless additional cooling or other unit operation is used to collect and / or destroy it before it is released back to the surrounding environment, Tends to be processed. Thus, the formation of methyl acetate takes operating and capital costs. Probably, methyl acetate is the methyl radical from acetic acid decomposition combined with oxygen to form methyl hydroperoxide first, followed by decomposition to form methanol, and finally the resulting methanol reacts with the remaining acetic acid to form methyl acetate. By forming. Whatever the chemical route, the inventors have found that if the rate of methyl acetate production is too low, the production of carbon oxides is too low and the production of harmful aromatic impurities is too high. If the production rate of methyl acetate is too high, the production of carbon oxides is also unnecessarily high resulting in yield loss of solvents, oxidizing compounds and oxidants. When using the preferred embodiments described herein, the production ratio of the resulting methyl acetate (mole) to the supplied oxidative aromatic compound (mole) is preferably greater than about 0.005: 1, more preferably greater than about 0.010: 1. And most preferably greater than 0.020: 1. At the same time, the production ratio of the resulting methyl acetate (mole) to the supplied oxidative aromatic compound (mole) is preferably less than about 0.09: 1, more preferably less than about 0.07: 1, even more preferably about 0.05: 1. Below, and most preferably less than 0.04: 1.
본 발명의 특정 실시양태가 하기 실시예들에 의해 추가적으로 설명될 수 있지만, 이러한 실시예들은 단지 본 발명의 예시를 위한 것으로, 특별하게 달리 지시되지 않는 한, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니라는 것을 이해하여야 한다.While certain embodiments of the invention may be further described by the following examples, these examples are for illustration of the invention only, and are not intended to limit the scope of the invention unless specifically indicated otherwise. Should be understood.
실시예Example 1 내지 10 1 to 10
실시예 1은 3상 반응 매질 중 액상에서 파라-자일렌을 산화하기 위한 기포탑 산화 반응기의 계획된 실시예이다. 실시예 1의 기포탑 반응기는 시간당 7,000kg의 파라-자일렌 공급 속도의 산업 디자인을 갖는다. 실시예 2 내지 10은 실시예 1의 반응기보다 7배 더 큰 성능으로 작동하는 기포탑 산화 반응기에 대한 계획된 실시 예이다. 도 59는 실시예 1 내지 10에서의 기포탑 산화 반응기의 상이한 변수를 요약한 표이다.Example 1 is a planned example of a bubble column oxidation reactor for oxidizing para-xylene in a liquid phase in a three phase reaction medium. The bubble column reactor of Example 1 has an industrial design with a para-xylene feed rate of 7,000 kg per hour. Examples 2 to 10 are planned examples of bubble column oxidation reactors operating at 7 times greater performance than the reactor of Example 1. 59 is a table summarizing the different variables of the bubble column oxidation reactor in Examples 1-10.
실시예Example 1 One
본 실시예에서는 내부 직경이 2.44m인 수직 실린더형 구역을 갖는 기포탑 반응 용기를 사용하였다. 실린더형 구역의 높이는 실린더형 구역의 하부 접선(TL)으로부터 상부 TL까지 32m이었다. 이 용기에는 실린더형 구역의 상부 및 저부에 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 반응 매질의 저부로부터 실린더형 구역의 상부까지의 높이는 약 32.6m이었으며, 반응 용기의 전체 높이는 약 33.2m이었다. 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 약 25.6m이었다.In this example, a bubble column reaction vessel having a vertical cylindrical zone having an inner diameter of 2.44 m was used. The height of the cylindrical zone was 32 m from the lower tangent (TL) to the upper TL of the cylindrical zone. The vessel is equipped with 2: 1 elliptic heads at the top and bottom of the cylindrical zone. The height from the bottom of the reaction medium to the top of the cylindrical zone was about 32.6 m and the overall height of the reaction vessel was about 33.2 m. The operating level was about 25.6 m at the bottom of the reaction medium.
파라-자일렌을 시간 당 7,000kg의 일정 속도로 반응기에 도입하였다. 주로 아세트산을 포함하는 여액 용매를 처음에는 시간당 70,000kg의 일정 속도로 파라-자일렌과 혼합하면서 도입하였다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 분배시켰다. 반응 매질의 액상 내의 조성이 1,800ppmw의 코발트, 1,800ppmw의 브롬 및 100ppmw의 망간이 되도록 여액 용매 중의 촉매 성분의 농도를 정하였다. 별도의 환류 용매 스트림을 시간당 49,000kg의 일정 속도로 반응 매질의 작동 수준 위 기체-분리 대역으로 소적 형태로 도입하고, 분리 대역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 분배시켰다. 이 환류 용매에는 촉매 성분이 거의 없었다. 여액 용매 공급물 및 환류 용매 공급물 중의 합해진 물의 양은, 반응 매질의 액상 내의 물의 농도가 6중량%가 되는 양이었다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통과하는 공기의 공급 속도는 35,000kg/시간이며, 산화제 유입 구멍 모두는 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 계속 0.52MPa였다. 반응 용기를 실질적으로 단열 방식으로 작동시켜서 반응열이 유입되는 공급물의 온도를 상승시키고 유입되는 용매 대부분을 증발시켰다. 반응 매질의 중간 높이 부근에서 측정된 작동 온도는 약 160℃이었다. 조질의 테레프탈산(CTA)을 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 15m의 높이에서 반응 용기 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다. Para-xylene was introduced into the reactor at a constant rate of 7,000 kg per hour. A filtrate solvent containing mainly acetic acid was initially introduced with mixing with para-xylene at a constant rate of 70,000 kg per hour. The feed was dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross-sectional area inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . The concentration of the catalyst component in the filtrate solvent was determined so that the composition in the liquid phase of the reaction medium was 1,800 ppmw cobalt, 1800 ppmw bromine and 100 ppmw manganese. A separate reflux solvent stream was introduced in droplet form into the gas-separation zone above the operating level of the reaction medium at a constant rate of 49,000 kg per hour and distributed over essentially all cross-sectional areas of the separation zone. There were almost no catalyst components in this reflux solvent. The amount of water combined in the filtrate solvent feed and the reflux solvent feed was such that the concentration of water in the liquid phase of the reaction medium was 6% by weight. The feed rate of air through the oxidant injection distributor similar to that shown in Figures 12-15 is 35,000 kg / hour, and all of the oxidant inlet holes are located below the lower TL of the cylindrical zone. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas continued to be 0.52 MPa. The reaction vessel was operated in a substantially adiabatic manner to raise the temperature of the feed into which the heat of reaction was introduced and to evaporate most of the incoming solvent. The operating temperature measured near the middle height of the reaction medium was about 160 ° C. The reaction medium comprising crude terephthalic acid (CTA) was removed at a constant rate from the reaction vessel side at a height of 15 m using an external degassing vessel.
L:D의 비는 13.4이고, H:W의 비는 10.5이었다. 반응 매질이 차지하고 있는 부피는 약 118㎥이고, 반응 용기는 약 58,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌의 공급물 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 8.3시간이었다. 공간 시간 반응 세기는 시간당 반응 매질 1㎥ 당 공급된 파라-자일렌 약 59kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.12MPa 이었다. 반응 매질의 중간 높이에서의 기상의 표면 속도는 약 0.8m/초 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면의 면적은 약 197㎡이었으며, 이는 약 3.16*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 0.60m이었다. 실시예 1의 조건하에서, 반응 매질 중의 아세트산의 분해는 생성된 CTA의 kg당 약 0.03kg이라고 평가되었다. 이것은 전체 생산비 면에서는 상당한 비용에 해당한다.The ratio of L: D was 13.4, and the ratio of H: W was 10.5. The volume occupied by the reaction medium was about 118
기포탑 반응 용기 내의 말단-말단 유속의 유용한 척도는 슬러리 및 산화제 상의 최대 시간-평균 상향 속도이다. 실린더형 기포탑 반응 용기에서, 이러한 최대 상향 속도는 실린더형 구역의 수직 대칭 축 근처에서 발생하였다. 굽타의 기체-액체 재순환 모델(Gas-Liquid Recirculation Model of Gupta)(Churn -turbulent bubble columns : experiments and modeling; Gupta, Puneet; Washington Univ., St. Louis, MO, USA. Avail. UMI, Order No. DA3065044; (2002), 357 pp. From: Diss. Abstr. Int., B 2003, 63(9), 4269. Dissertation written in English. CAN 140:130325 AN 2003:424187 CAPLUS 참조)로부터 유래된 방법과 전용 데이터 베이스를 사용하여 계산하면, 반응 매질의 중간 높이 근처의 기상의 최대 시간-평균 상향 속도는 약 3.1m/초이었다. 유사하게 계산하면, 반응 매질의 중간 높이 근처의 슬러리의 최대 시간-평균 상향 속도는 약 1.4m/초이었다.A useful measure of the end-terminal flow rate in the bubble column reaction vessel is the maximum time-averaged upward velocity on the slurry and oxidant. In the cylindrical bubble column reaction vessel, this maximum upward velocity occurred near the vertical axis of symmetry of the cylindrical zone. Gas-Liquid Recirculation Model of Gupta ( Churn- turbulent bubble columns : experiments and modeling ; Gupta, Puneet; Washington Univ., St. Louis, MO, USA. Avail. UMI, Order No. DA3065044; (2002), 357 pp. From: Diss. Abstr. Int., B 2003, 63 (9), 4269.Dissertation written in English. Using a method derived from CAN 140: 130325 AN 2003: 424187 CAPLUS) and a dedicated database, the maximum time-averaged upward velocity of the gas phase near the median height of the reaction medium was about 3.1 m / sec. Similarly calculated, the maximum time-averaged upward velocity of the slurry near the median height of the reaction medium was about 1.4 m / sec.
기포탑 반응 용기 내의 말단-말단 유속의 또 다른 척도는 중심 코어로부터 떨어져서 위치하는 반응 용기 부분에서의 슬러리의 최대 시간-평균 하향 속도이다. 실린더형 반응 용기에서, 상기 최대 하향 속도는 실린더형 구역의 수직 대칭축으로부터 0.35* 반경(내부직경) 외부의 영역에서 발생한다. 굽타의 기체-액체 재순환 모델로부터 유도된 방법과 전용 데이터 베이스를 사용하여 계산하면, 반응 매질의 중간 높이 근처의 외부 환형에서의 슬러리의 최대 시간-평균 하향 속도는 약 1.4m/초이었다.Another measure of the end-terminal flow rate in the bubble column reaction vessel is the maximum time-averaged downward velocity of the slurry in the portion of the reaction vessel located away from the central core. In the cylindrical reaction vessel, the maximum downward velocity occurs in an area outside the 0.35 * radius (inner diameter) from the vertical axis of symmetry of the cylindrical zone. Using a method derived from the Gupta's gas-liquid recycle model and a dedicated database, the maximum time-averaged downward velocity of the slurry in the outer annulus near the median height of the reaction medium was about 1.4 m / sec.
실시예Example 2 2
본 실시예에서, 기포탑 반응기에 실시예 1보다 7배 큰, 시간 당 49,000kg의 증가 속도로 파라-자일렌을 도입하였다. 기포탑에 대한 중요한 정률 증가 변수로서 종종 고려되는 표면 기체 속도는, 반응 용기의 단면적을 실시예 1에서 보다 약 7배 크게 증가시킴으로서 실시예 1에서와 거의 동일하게 유지하였다. 기포탑에 대한 중요한 정률 증가 변수로서 종종 고려되는 H:W 및 L:D의 비는 또한 실시예 1과 거의 동일하게 유지하였다.In this example, para-xylene was introduced into the bubble column reactor at an increasing rate of 49,000 kg per hour, seven times larger than Example 1. Surface gas velocities, often considered as important rate increasing parameters for the bubble column, remained about the same as in Example 1 by increasing the cross-sectional area of the reaction vessel about seven times larger than in Example 1. The ratios of H: W and L: D, which are often considered as important rate increasing parameters for the bubble column, also remained about the same as in Example 1.
또 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 40m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다.Another feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 40 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 6.46m의 내부 직경을 갖는 수직 실린더형 구역을 포함하였다. L:D의 비는 실시예 1과 동일하게 유지하였으며, 반응 매질의 저부로부터 실린더형 구역의 상부까지의 높이는 따라서 86.3m이었다. 실린더형 구역의 상부 및 저부에는 2:1 타원 헤드가 장착되어 있으며, 반응 용기의 전체 높이는 약 88.0m이었다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 또한 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 또한 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 환류 용매를 분리 대역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적으로서 분배시켰다.The bubble column reaction vessel contained a vertical cylindrical zone with an internal diameter of 6.46 m. The ratio of L: D remained the same as in Example 1, and the height from the bottom of the reaction medium to the top of the cylindrical zone was therefore 86.3 m. The top and bottom of the cylindrical zone were equipped with 2: 1 elliptic heads and the overall height of the reaction vessel was about 88.0 m. The feed was also dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross section inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was also supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in FIGS. 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the lower TL of the cylindrical zone. The reflux solvent was dispensed as droplets over essentially all cross sections of the separation zone.
반응 매질의 H:W의 비는 실시예 1에서와 거의 동일하게 유지되었으며, 따라서, 작동 수준은 반응 매질 약 67.8m이었다. 이로 인해, 분리 높이는 실린더형 구역의 약 18.5m와 상부 타원형 헤드의 약 1.6m를 합한 높이이다. 이러한 분리 높이는 약 10m 만큼 초과하였다. 따라서, 일정한 L:D로 용기 크기를 조정함으로써 기계적 설비에 과도한 비용을 소요케 하였다(예, 압력 용기, 물질 및 바람 하중으로 인한 보강재, 구조용 강철, 공정 및 설비 파이핑 및 기구 및 전기 케이블을 위한 과도한 비용).The ratio of H: W of the reaction medium remained about the same as in Example 1, and therefore the operating level was about 67.8 m of reaction medium. For this reason, the separation height is the sum of the heights of about 18.5 m in the cylindrical zone and about 1.6 m in the upper oval head. This separation height was exceeded by about 10 meters. Thus, adjusting the vessel size to a constant L: D puts an excessive cost on the mechanical plant (e.g. pressure vessels, stiffeners from material and wind loads, structural steel, process and plant piping and excessive for equipment and electrical cables). cost).
반응 매질이 차지하는 부피는 약 2,200㎥이었으며, 반응 용기는 약 1,100,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 실시예 1에 비해 크게 증가한 약 22시간이었다. 공간 시간 반응 세기는 실시예 1에 비해 크게 감소하여 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 22kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.33MPa로 상승하였다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 1,393㎡이었으며, 이는 약 3.18*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.58m로서, 실시예 1에 비해 크게 증가하였다. The volume occupied by the reaction medium was about 2,200
따라서, 표면 속도 및 H:W의 비 둘다를 본 실시예와 실시예 1 사이에서 대략 일정하게 유지하기 위해 반응 매질의 칫수를 조정하면 반응 조건에서도 매우 큰 변화를 초래하였다. 결국, 이러한 변화는 매우 바람직하지 않다. 본 실시예에서는 단위 CTA 당 바람직하지 않은 착색된 부산물이 더 적게 생성되는 긍정적인 효과가 있었다(예, 더욱 희석된 산화성 화합물의 농도, 기상으로부터 액상으로의 분자 산소의 단위 부피당 물질 전달 속도에 대한 더욱 낮은 요구 등). 그러나, 아세트산 분해 및 기포탑 반응 용기의 저부에 공기를 공급하는데 필요한 압력 및 전력량과 관련된 심한 경제적인 손실이 있었다. 아세트산의 분해는, 작동 온도 및 액상의 조성이 대략 일정하게 유지될 때, 그리고 파라-자일렌이 과량의 분자 산소와 함께 공급될 때, 반응 매질 중의 아세트산의 질량에 대략 비례한다. 본 실시예에서 생성된 CTA의 양에 비해, 반응 용기 중의 아세트산의 질량이 훨씬 크기 때문에, 아세트산의 분해는 생성된 CTA 1kg당 약 0.09kg으로 높아졌다고 평가되었다. 또한, 본 실시예에서는 공기 압축기를 사용하여 0.85 MPa의 압력으로 공기를 반응 매질로 전달시켜야 하는 반면, 실시예 1에서 전달 압력은 0.64MPa였다. 245,000kg/시간의 공기 전달 속도 및 여러 압축 및 이송 효율의 전형적인 요구에 따라, 본 실시예에서의 더 높은 이송 압력을 위한 부가적인 전력 요구치는 계속 약 3,000킬로와트이었다. 따라서, 본 실시예의 반응 매질을 대략 일정한 표면 기체 속도 및 H:W 비로 조정하는 것은 기대되는 CTA의 품질이 우수함에도 불구하고 경제적으로는 허용되지 않는다.Thus, adjusting the dimensions of the reaction medium to keep both surface velocity and the ratio of H: W approximately constant between this example and Example 1 resulted in very large changes in reaction conditions. After all, this change is very undesirable. This example had the positive effect of producing less undesirable colored byproducts per unit CTA (e.g., more on the concentration of more diluted oxidizing compounds, the mass transfer rate per unit volume of molecular oxygen from the gas phase to the liquid phase). Low requirements etc.). However, there has been a severe economic loss related to the amount of pressure and power required for acetic acid cracking and air supply to the bottom of the bubble column reaction vessel. The decomposition of acetic acid is approximately proportional to the mass of acetic acid in the reaction medium when the operating temperature and the composition of the liquid phase are kept approximately constant, and when para-xylene is fed with excess molecular oxygen. Since the mass of acetic acid in the reaction vessel is much larger than the amount of CTA produced in this example, it was estimated that the decomposition of acetic acid was increased to about 0.09 kg per kg of CTA produced. In addition, in this embodiment, the air compressor must be used to deliver air to the reaction medium at a pressure of 0.85 MPa, while in Example 1 the delivery pressure was 0.64 MPa. Depending on the typical air demand of 245,000 kg / hour air delivery rate and the various compression and transfer efficiencies, the additional power requirement for the higher transfer pressure in this example was still about 3,000 kilowatts. Thus, adjusting the reaction medium of this example to approximately constant surface gas velocity and H: W ratio is economically unacceptable despite the good quality of the CTA expected.
실시예Example 3 3
본 실시예는 표면 속도 및 공간-시간 반응 세기를 사용하여 실시예 1의 공정의 크기를 조정한 것이다. 간단하게 말하자면, 자연 대류 유동 패턴은 본래 수직적으로 열등한 반응 프로파일을 형성하기 때문에 불량한 생성물 품질을 초래한다.This example scales the process of Example 1 using surface velocity and space-time response intensity. In short, natural convective flow patterns result in poor product quality because they naturally form a vertically inferior reaction profile.
본 실시예에서, 파라-자일렌의 공급 속도는 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 표면 기체 속도는 실시예 1에서와 거의 동일하게 유지하였지만, L:D 및 H:W의 비는 동일하지 않았다. 대신, STR은 실시예 1과 대략 동일하게 유지되었다. 이것은 실시예 1과 대략 동일한 칼럼 기본 압력 및 아세트산의 분해 비를 제공한다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 15m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다.In this example, the feed rate of para-xylene was about 49,000 kg per hour, seven times greater than Example 1. Surface gas velocities remained about the same as in Example 1, but the ratios of L: D and H: W were not the same. Instead, the STR remained about the same as in Example 1. This gives approximately the same column base pressure and decomposition ratio of acetic acid as in Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was 0.52 MPa and the operating temperature was about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 15 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 6.46m의 내부 직경을 갖는 수직 실린더형 구역을 포함하고 있으며, 실시예 1 및 2에 비해 기상 표면 속도가 대략 일정하였다. 실시예 1에서와 동일한 STR을 유지하기 위하여, 작동 수준을 반응 매질 약 26.1m로 약간 변화시켰다. 실린더형 구역의 하부 TL로부터 상부 TL까지의 높이는 실시예 1과 동일하게 32m이었으며, 이것은 반응 매질의 상부 및 오버 기체 배출구 사이에 대략 동일한 여유 분리 높이를 제공하였다. 실린더형 구역의 상부 및 저부에는 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 반응 매질의 저부로부터 실린더형 구역의 상부까지의 높이는 약 33.6m이었으며, 반응 용기의 전체 높이는 약 35.2m이었다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 또한 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 또한 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 환류 용매를 분리 대역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적 형태로서 분배하였다.The bubble column reaction vessel includes a vertical cylindrical zone having an internal diameter of 6.46 m, with approximately constant gas phase surface velocity compared to Examples 1 and 2. To maintain the same STR as in Example 1, the operating level was slightly changed to about 26.1 m of reaction medium. The height from the lower TL to the upper TL of the cylindrical zone was 32 m, the same as in Example 1, which gave approximately the same clearance separation height between the upper and over gas outlets of the reaction medium. At the top and bottom of the cylindrical section are mounted 2: 1 ellipsoid heads. The height from the bottom of the reaction medium to the top of the cylindrical zone was about 33.6 m and the overall height of the reaction vessel was about 35.2 m. The feed was also dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross section inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was also supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in FIGS. 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the lower TL of the cylindrical zone. The reflux solvent was partitioned in droplet form over essentially all cross sections of the separation zone.
반응 매질의 H:W의 비는 4.0으로 크게 감소하였다. 반응 용기의 L:D는 5.2로 크게 감소하였다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 828㎥이었으며, 반응 용기는 약 410,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 8.3시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 59kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.13MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 546㎡이었으며, 이는 약 3.24*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.52m이었다. 본 실시예의 조건하에서는, 반응 매질에서의 아세트산의 분해는 실시예 1의 하위 수준으로 바람직하게 회복되어, 생성된 CTA 1kg 당 약 0.03kg이었다.The ratio of H: W in the reaction medium was greatly reduced to 4.0. L: D of the reaction vessel was greatly reduced to 5.2. The volume occupied by the reaction medium was about 828
그러나, 더욱 작은 H:W 비와 결합되어 본 실시예에 사용된 반응 용기의 더 큰 직경으로 반응 매질 내의 유속, 혼합 및 단계화에서 매우 바람직하지 않은 변화 가 초래되었다. 이로 인해 오버헤드 배기 기체 및 바람직하지 않은 착색된 부산물 형성으로 파라-자일렌의 손실을 상당히 증가시켰다. 간단하게 말하자면, 심지어 표면 속도가 일정하게 유지되는 경우라도, 직경이 더 큰 기포탑에서 자연 대류력에 의해 생성된 축 유속이 더 커졌다. 굽타의 기체-액체 재순환 모델로부터 유래된 방법과 전용 데이터 베이스를 사용하여 계산하면, 반응 매질의 중간 높이 근처에서 기상의 최대 시간-평균 상향 속도는 약 3.9m/초이었다. 유사하게, 반응 매질의 중간 높이 근처에서의 슬러리의 최대 시간-평균 상향 속도는 약 2.2m/초이었다. 유사하게, 반응 매질의 중간 높이 근처에서 외부 환형에서의 슬러리의 최대 시간-평균 하향 속도는 약 2.3m/초이었다. However, in combination with the smaller H: W ratio, the larger diameter of the reaction vessel used in this example resulted in very undesirable changes in flow rate, mixing and staging in the reaction medium. This significantly increased the loss of para-xylene due to the formation of overhead exhaust gases and undesirable colored byproducts. In short, even if the surface velocity remains constant, the larger axial flow rates generated by natural convection forces in the larger diameter bubble column. Using the method derived from Gupta's gas-liquid recycle model and a dedicated database, the maximum time-average upstream velocity of the gas phase near the median height of the reaction medium was about 3.9 m / sec. Similarly, the maximum time-averaged upward velocity of the slurry near the median height of the reaction medium was about 2.2 m / sec. Similarly, the maximum time-averaged downward velocity of the slurry in the outer annulus near the median height of the reaction medium was about 2.3 m / sec.
반응 매질의 높이가 본 실시예와 실시예 1 사이에서 거의 변하지 않았기 때문에, 본 실시예에서는 이러한 증가된 시간-평균 수직 속도로 인해 실시예 1에 비해 말단-말단의 혼합시간을 크게 감소시켰다. 이로 인해, 산화 전에 용기의 상부를 향해 이동하는 파라-자일렌의 양이 증가하여 바람직하지 않았다. 이것은 배기 기체와 함께 반응 용기의 상부로부터 배출되는 파라-자일렌의 수율의 바람직하지 않은 손실을 초래하고, 분자 산소의 몰 분율이 기상 내에서 상대적으로 격감된 반응기의 더욱 가까운 상부로 용해된 분자 산소의 더욱 많은 이동이 요구되었다. 더욱이, 본 실시예에서 용기 벽을 향한 영역에서의 슬러리의 증가된 시간-평균된 하향 속도가, 더욱 많고 더욱 큰 기상 버블을 중력장에서의 자연적 부력에 대해 아래로 잡아당기게 하였다. 이로 인해, 분자 산소가 부분적으로 소멸된 기상의 재순환을 바람직하지 않게 증가시켜 이러한 영역에서의 용해된 산소의 유용성을 감소시켰 다. 그 중에서도, 반응 매질의 여러 부분에서 용해된 산소의 감소된 유용성은, 실시예 1에 비해, 본 실시예에서 바람직하지 않은 착색된 부산물의 형성비를 크게 증가시키고, 바람직하지 않은 착색된 부산물의 이러한 상승된 수준으로 인해 PET를 많은 용도에서 사용할 수 없게 하였다. Since the height of the reaction medium hardly changed between this example and Example 1, this increased time-average vertical velocity greatly reduced the end-to-end mixing time compared to Example 1. This increased the amount of para-xylene moving towards the top of the vessel prior to oxidation, which was undesirable. This results in an undesirable loss of the yield of para-xylene exiting the top of the reaction vessel with the exhaust gas, and the molecular oxygen dissolved in the nearer top of the reactor where the mole fraction of molecular oxygen is relatively diminished in the gas phase. More movement was required. Moreover, in this example the increased time-averaged downward velocity of the slurry in the region towards the vessel wall caused more and larger vapor bubbles to pull down against natural buoyancy in the gravitational field. This undesirably increased the recycle of the gaseous phase in which the molecular oxygen was partially extinguished, thus reducing the usefulness of dissolved oxygen in this region. Among other things, the reduced availability of dissolved oxygen in the various parts of the reaction medium greatly increases the formation ratio of undesirable colored byproducts in this example, compared to Example 1, Elevated levels prevented the use of PET in many applications.
따라서, 실시예 2 및 3은 주로 표면 기체 속도(Ug), L:D 비 및 반응의 평균 공간-시간 속도(STR)를 사용하여 대규모 산화 기포탑을 설계하는 종래 기술의 부적절성을 예증하는 것이다. Thus, Examples 2 and 3 illustrate the inadequacy of the prior art of designing large-scale oxidized bubble towers using primarily surface gas velocities (Ug), L: D ratios, and average space-time velocities (STR) of the reaction. .
실시예Example 4 4
본 실시예에서, 기포탑 반응 용기의 압력-함유 부재는 실시예 3에서와 동일하지만, 실시예 1과 더욱 유사한 반응 단계화 프로파일을 설정하기 위해 반응 매질 내에 입상 표면을 부가하여 수직 드랙을 부여하고, 그럼으로써 생성물의 품질과 파라-자일렌의 수율이 회복되지만, 실시예 2에서와 같이 아세트산의 분해 비의 증가는 없었다.In this example, the pressure-containing member of the bubble column reaction vessel is the same as in Example 3, but gives a vertical drag by adding a granular surface in the reaction medium to establish a reaction stage profile that is more similar to Example 1 Thereby, the quality of the product and the yield of para-xylene were recovered, but there was no increase in the decomposition ratio of acetic acid as in Example 2.
파라-자일렌의 공급 속도는 또한 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 15m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였 다.The feed rate of para-xylene was also about 49,000 kg per hour, seven times larger than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium containing CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 15 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 6.46m의 내부 직경을 갖는 수직 실린더형 구역을 포함하고 있다. 실린더형 구역의 하부 TL로부터 상부 TL까지의 높이는 32m이었으며, 작동 수준은 반응 매질 약 26.3m이었다. 실린더형 구역의 상부 및 저부에는 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 반응 매질의 저부로부터 실린더형 구역의 상부까지의 높이는 약 33.6m이었으며, 반응 용기의 전체 높이는 약 35.2m이었다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 또한 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 또한 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 환류 용매를 분리 대역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적 형태로서 분배하였다.The bubble column reaction vessel contains a vertical cylindrical zone having an internal diameter of 6.46 m. The height from the lower TL to the upper TL of the cylindrical zone was 32 m and the operating level was about 26.3 m of reaction medium. At the top and bottom of the cylindrical section are mounted 2: 1 ellipsoid heads. The height from the bottom of the reaction medium to the top of the cylindrical zone was about 33.6 m and the overall height of the reaction vessel was about 35.2 m. The feed was also dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross section inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was also supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in FIGS. 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the lower TL of the cylindrical zone. The reflux solvent was partitioned in droplet form over essentially all cross sections of the separation zone.
기포탑 반응 용기는 실린더형 구역의 수직 대칭 축과 일치하는 교차선과 함께 위치한 두 개의 직교하는 평면상 표면을 추가로 포함하였다. 이러한 평면상 표면들은 편리하게 반응 용기의 실린더형 구역에 사용된 것과 동일한 유형 및 표면 마무리를 갖는 금속판을 포함하고 있다. 각각의 평면상 표면은 하부 TL 위 3m의 낮은 높이에서 시작하여 20m 위로 연장되었다. 두 개의 평면상 표면 각각은 실린더형 구역의 벽으로 필수적으로 모든 방향으로 수평하게 연장되며(즉, 각각의 폭이 내부 직경과 동일함), 실린더형 구역으로부터 지탱되고 있다. 평면상 표면의 두께 및 지탱은 정상 및 전도된 작동 조건에서 일어날 수 있는 여러 힘에 견딜수 있도록 설계되었다. 금속판이 차지하는 부피 때문에, 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 26.3m로 약간 상향으로 조정하여 실시예 1과 동일하게 STR을 유지시켰다.The bubble column reaction vessel further included two orthogonal planar surfaces located with cross lines coinciding with the vertical axis of symmetry of the cylindrical zone. These planar surfaces conveniently comprise metal plates having the same type and surface finish as those used in the cylindrical zone of the reaction vessel. Each planar surface extends above 20 meters starting at a low height of 3 meters above the lower TL. Each of the two planar surfaces extends essentially horizontally in all directions to the walls of the cylindrical zone (ie each width is equal to the inner diameter) and bears from the cylindrical zone. The thickness and bearing of the planar surface are designed to withstand the various forces that can occur under normal and conducted operating conditions. Because of the volume occupied by the metal plate, the operating level was adjusted slightly upward to 26.3 m at the bottom of the reaction medium to keep the STR the same as Example 1.
따라서, 본 실시예에서, 반응 매질은 총 높이의 반응 매질로부터 4개의 동일한 크기로 나뉘어 20m의 작은 용적으로 형성되었다. 이러한 4개의 작은 용적들은 평면상 표면 아래와 위 둘다에서 서로 교환되고 있다. 평면상 표면의 하부 말단 아래에서 산화제 및 파라-자일렌의 비교적 균일한 분포 때문에, 4개의 작은 용적 각각은 유사한 기상 표면 속도 및 유사한 반응 세기 프로파일을 갖는다. 4개의 작은 용적은 하나의 압력-함유 용기의 쉘 내에 있는 4개의 더 작은 크기의 기포탑 반응 용기와 유사한 것으로 생각할 수 있다. Thus, in this example, the reaction medium was formed into small volumes of 20 m divided into four equal sizes from the total height of the reaction medium. These four small volumes are interchanged with each other both below and above the surface. Because of the relatively uniform distribution of oxidant and para-xylene below the lower end of the planar surface, each of the four small volumes has similar gas phase surface velocities and similar reaction intensity profiles. Four small volumes can be thought of as analogous to four smaller size bubble column reaction vessels within the shell of one pressure-containing vessel.
반응 매질의 H:W의 비는 4.1이었다. 반응 용기의 L:D는 5.2이었다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 828㎥이었으며, 반응 용기는 약 410,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 8.3시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 59kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.13 MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 1,066㎡이었으며, 이는 약 6.29*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 0.78m이었다. 이 값은 실시예 1과 실시예 3 사이의 중간 값이며, 유용하게도 실시예 1에 더욱 가까웠다. 본 실시예의 조건하에서는, 반응 매질에서의 아세트산의 분해는 실시예 1의 하위 수준으로 바람직하게 회복되 어, 생성된 CTA 1kg 당 약 0.03kg이었다.The ratio H: W of the reaction medium was 4.1. L: D of the reaction vessel was 5.2. The volume occupied by the reaction medium was about 828
기상 및 슬러리의 최대 시간-평균 상향 및 하향 속도는 본 실시예에서는 실시예 3에 비해 감소하였다. 이로 인해, 파라-자일렌의 수직 프로파일에서 유용한 향상이 제공되며, 입상 벽 표면 근처에서 액상 중의 용해된 산소의 유용성이 향상되었다. 또한, 이러한 변화로 인해 본 실시예에서는 실시예 3에 비해 파라-자일렌의 수율이 향상되었고 바람직하지 않은 착색된 부산물의 형성이 감소되었다.The maximum time-average up and down rates of the gas phase and slurry were reduced in this example compared to Example 3. This provides a useful improvement in the vertical profile of para-xylene and improves the usefulness of dissolved oxygen in the liquid phase near the granular wall surface. In addition, these changes resulted in an improved yield of para-xylene and reduced formation of undesirable colored byproducts in this Example compared to Example 3.
실시예Example 5 5
본 실시예에서, 반응 용기의 압력-함유 부재는 실시예 3과 동일하지만, 반응 매질 내에 비-오염성 배플 부재를 부가하여 실시예 1과 더욱 유사하게 반응 단계화 프로파일을 재설정하고, 그럼으로써 생성물의 품질과 파라-자일렌의 수율이 회복되지만, 실시예 2에서와 같은 아세트산의 분해 비의 증가는 없었다.In this example, the pressure-containing member of the reaction vessel is the same as in Example 3, but by adding a non-polluting baffle member in the reaction medium to reset the reaction staged profile more similarly to Example 1, whereby The quality and yield of para-xylene were recovered, but there was no increase in the decomposition ratio of acetic acid as in Example 2.
파라-자일렌의 공급 속도는 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 또한 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 15m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다.The feed rate of para-xylene was about 49,000 kg per hour, seven times greater than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was 0.52 MPa and the operating temperature was also about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 15 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 6.46m의 내부 직경을 갖는 수직 실린더형 구역을 포함하고 있다. 실린더형 구역의 하부 TL로부터 상부 TL까지의 높이는 32m이었으며, 작 동 수준은 반응 매질 약 26.1m이었다. 실린더형 구역의 상부 및 저부에는 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 반응 매질의 저부로부터 실린더형 구역의 상부까지의 높이는 약 33.6m이었으며, 반응 용기의 전체 높이는 약 35.2m이었다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 또한 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 또한 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 환류 용매를 분리 대역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적 형태로서 분배시켰다.The bubble column reaction vessel contains a vertical cylindrical zone having an internal diameter of 6.46 m. The height from the lower TL to the upper TL of the cylindrical zone was 32 m and the operating level was about 26.1 m of reaction medium. At the top and bottom of the cylindrical section are mounted 2: 1 ellipsoid heads. The height from the bottom of the reaction medium to the top of the cylindrical zone was about 33.6 m and the overall height of the reaction vessel was about 35.2 m. The feed was also dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross section inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was also supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in FIGS. 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the lower TL of the cylindrical zone. The reflux solvent was partitioned in droplet form over essentially all cross sections of the separation zone.
기포탑 반응 용기는 반응 용기의 하부 TL 위 12m의 높이에서 기포탑에 위치한 수평 배플 조립체를 추가적으로 포함하고 있다. 배플 조립체는 반응 매질의 저부 위 약 13.6m 또는 2.1*D에 위치하고 있다. 상기 배플 조립체는 15개의 각각의 배플 부재로 구성되었다. 각각 배플 부재는 압출 또는 조립된 L-형상으로 이루어지며, 이때 L-형상의 두 개의 다리는 0.15m의 폭을 가지며 두 다리 사이의 내각은 90°이었다. L-형상들은 모두 서로에 대해 수평으로 평행하게 배열되었으며, 코너들은 위로 향하고 있으며, 동일한 높이에 위치하고 있다. 각각의 L-형상의 두 개의 말단 가장자리는 모두 동일한 높이로 위를 향하고 있는 코너 아래에 있다. 한 말단에서 볼 때, 각 부재는 거꾸로된 V-형으로서 보인다. 따라서, 수평으로부터 5° 미만으로 경사진 상향 대면의 평면상 표면을 포함하는 배플 조립체는 효과적이 지 않다. 각 부재의 하부 가장자리와 이것의 근처 부재의 가장자리 사이의 갭은 0.21m이었다. 가장 긴 부재는 실린더형 용기의 내부 직경과 실질적으로 동일한 길이를 가지며, 벽으로부터 벽까지 직경 방향으로 용기를 가로질러 연장되어 있다. 다른 14개의 개별 배플 부재는 당연히 모두 더 짧은 길이를 가졌다. 배플 부재 모두는 모든 방향으로 실린더 벽에 연장되어 거기에 부착됨으로써 각 말단에 지탱되고 있다. 따라서, 배플 조립체의 높이에서의 개방 면적은 약 16㎡이었으며, 이것은 상기 높이에서의 반응 용기의 단면적의 약 50%에 해당한다. 배플 부재는 정상 및 변화된 작동 조건에서 일어날 수 있는 여러 힘에 견디도록 설계되었다. 부재는 공기 스파저 조립체에서 사용된 파이핑 구성 성분과 동일한 금속으로 구성되었으며, 이때 금속은 부식과 침식에 저항하도록 적절하게 선택되었다. 그러나, 배플 부재의 표면은 125RMS 또는 더 미세한 표면 마무리로 연마되었다. 반응 용기 내에 시간당 약 76,000 kg의 CTA가 침전됨에도 불구하고, 배플 조립체는 과도하게 오염되지 않거나 또는 고체 덩어리의 파편이 떨어지지도 않았다. The bubble column reaction vessel further comprises a horizontal baffle assembly positioned in the bubble column at a height of 12 meters above the lower TL of the reaction vessel. The baffle assembly is located about 13.6 m or 2.1 * D at the bottom of the reaction medium. The baffle assembly consisted of fifteen respective baffle members. Each baffle member consisted of an extruded or assembled L-shape, wherein the two L-shapes had a width of 0.15 m and the interior angle between the two legs was 90 °. The L-shapes are all arranged horizontally parallel to each other, with the corners pointing upwards and located at the same height. The two distal edges of each L-shape are all under a corner pointing up at the same height. Seen at one end, each member appears as an inverted V-shaped. Thus, a baffle assembly that includes an upwardly facing planar surface that slopes below 5 ° from horizontal is not effective. The gap between the lower edge of each member and the edge of the adjacent member thereof was 0.21 m. The longest member has a length substantially the same as the inner diameter of the cylindrical vessel and extends across the vessel in the radial direction from wall to wall. The other 14 individual baffle members all naturally had shorter lengths. Both baffle members are supported at each end by extending to and attaching to the cylinder wall in all directions. Thus, the open area at the height of the baffle assembly was about 16
반응 매질의 H:W의 비는 4.0이었다. 반응 용기의 L:D는 5.2이었다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 828㎥이었으며, 반응 용기는 약 410,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 8.3시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 59kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.13 MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 546㎡이었으며, 이는 약 3.24*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반 응 매질의 부피의 비는 약 1.52m이었다. 본 실시예의 조건하에서는, 반응 매질에서의 아세트산의 분해는 실시예 1의 하위 수준으로 바람직하게 회복되어, 생성된 CTA kg 당 약 0.03kg이라고 평가되었다.The ratio of H: W in the reaction medium was 4.0. L: D of the reaction vessel was 5.2. The volume occupied by the reaction medium was about 828
수평 배플 조립체의 효과는 반응 용기 내에서 기상 및 슬러리의 수직 속도를 방해하는데 있다. 이로 인해, 반응 매질의 상부 표면으로 향하는 파라-자일렌의 진행을 지연시켜 오버헤드 배기 기체에서의 파라-자일렌의 수율 손실이 감소한다는 이점이 있다. 부가적으로, 분자 산소 및 산화성 화합물의 단계화로 인해 실시예 3에 비해 본 실시예에서는 바람직하지 않은 착색된 부산물의 형성이 감소되었다.The effect of the horizontal baffle assembly is to hinder the vertical velocity of the gas phase and slurry in the reaction vessel. This has the advantage that the progression of para-xylene towards the upper surface of the reaction medium is delayed, reducing the yield loss of para-xylene in the overhead exhaust gas. In addition, the formation of undesirable colored byproducts in this example was reduced in comparison with Example 3 due to the stepping of the molecular oxygen and oxidizing compounds.
실시예Example 6 6
본 실시예에서, 반응 용기는 본 발명에 따라 매우 높은 기체 표면 속도 및 기체 보유율을 갖도록 설계되었다. 더욱 작은 D를 사용함으로써 과도하게 높이가 높은 반응 용기를 사용하지 않으면서 또한 아세트산 용매의 과도한 분해없이도 더욱 높은 L:D가 가능하다.In this embodiment, the reaction vessel is designed according to the invention to have a very high gas surface velocity and gas retention. By using a smaller D, higher L: D is possible without using an excessively high reaction vessel and without excessive decomposition of the acetic acid solvent.
파라-자일렌의 공급 속도는 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 또한 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 15m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였 다.The feed rate of para-xylene was about 49,000 kg per hour, seven times greater than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was also about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium containing CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 15 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 5.00m의 내부 직경을 갖는 수직 실린더형 구역을 포함하고 있다. 실린더형 구역의 하부 TL로부터 상부 TL까지의 높이는 70m이었다. 실린더형 구역의 상부 및 저부에는 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 반응 매질의 저부로부터 실린더형 구역의 상부까지의 높이는 약 71.3m이었으며, 반응 용기의 전체 높이는 약 72.5m이었다. 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 약 61.3m이었다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 또한 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 환류 용매를 분리 대역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적 형태로서 분배하였다.The bubble column reaction vessel contains a vertical cylindrical zone having an inner diameter of 5.00 m. The height from the bottom TL to the top TL of the cylindrical zone was 70 m. At the top and bottom of the cylindrical section are mounted 2: 1 ellipsoid heads. The height from the bottom of the reaction medium to the top of the cylindrical zone was about 71.3 m and the overall height of the reaction vessel was about 72.5 m. The operating level was about 61.3 m at the bottom of the reaction medium. The feed was dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross-sectional area inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was also supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in FIGS. 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the lower TL of the cylindrical zone. The reflux solvent was partitioned in droplet form over essentially all cross sections of the separation zone.
반응 매질의 H:W의 비는 12.3이었다. 반응 용기의 L:D는 14.3이었다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 1,190㎥이었으며, 반응 용기는 약 420,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 8.7시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 41kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.21 MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 975㎡이었으며, 이는 약 3.18*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.22m이었다. 비교적 작은 D 값으로 인해, 실시예 1 내지 5에 사용된 표면 속도의 약 1.7배인 반응 매질의 중간 높이에서의 기상의 표면 속도를 초래하였다. 반응 매질의 중간 높이에서의 기체 보유율은 0.6 초과이었다. 실시예 6의 조건하에서는, 반응 매질에서의 아세트산의 분해가 생성된 CTA 1kg 당 약 0.03kg 미만으로 바람직하게 감소된다고 평가되었다. 이것은 실시예 3에 비해 반응 용기 중의 감소된 슬러리 양(더욱 특별하게는 아세트산 양) 때문이다.The ratio H: W of the reaction medium was 12.3. L: D of the reaction vessel was 14.3. The volume occupied by the reaction medium was about 1,190
본 실시예에서, H:W의 비는 감소된 말단-말단 혼합 및 분자 산소 및 산화성 화합물의 이로운 단계화에 유리하였다. 그러나, 축 속도가 실시예 1에서보다 높아서, 주어진 H:W에 대한 말단-말단 혼합을 가속시켰다. 유리하게도, 낮은 STR로 인해 분자 산소의 기체로부터 액체로의 이동에 대한 부피 요구를 감소시켰으며; 증가된 기체 보유율이 분자 산소의 기체로부터 액체로의 이동에 대한 성능을 향상시켰다. 결론적으로, 바람직하지 않은 착색된 부산물의 생성 수준이 실시예 1과 유사한 것으로 평가되었다.In this example, the ratio of H: W favored reduced end-end mixing and beneficial stepping of molecular oxygen and oxidative compounds. However, the axial velocity was higher than in Example 1, accelerating end-end mixing for a given H: W. Advantageously, the low STR reduced the volume requirement for the transfer of molecular oxygen from gas to liquid; Increased gas retention improved the performance for the transfer of molecular oxygen from gas to liquid. In conclusion, the production level of undesirable colored by-products was evaluated to be similar to Example 1.
실시예Example 7 7
본 실시예에서, 본 발명에 따라 더욱 높은 기체 표면 속도 및 기체 보유율을 갖도록 반응 용기가 설계되었다. 확대되고 설치된 분리 대역을 사용하여 오버헤드에서의 슬러리의 포획을 제한하였다.In this example, the reaction vessel was designed to have a higher gas surface velocity and gas retention in accordance with the present invention. Extended and installed separation zones were used to limit the capture of slurry at overhead.
파라-자일렌의 공급 속도는 또한 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰 다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 또한 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 28m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다.The feed rate of para-xylene was also about 49,000 kg per hour, seven times larger than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was also about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 28 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 4.60m의 내부 직경을 갖는 수직 실린더형 구역을 포함하고 있다. 실린더형 구역의 하부 TL로부터 상부 TL까지의 높이는 60m이었다. 상기 실린더형 구역의 상부 말단에서, 원추형 구역은 2m의 높이로 상승하면서 7m의 내부 직경으로 발산되었다. 따라서, 원추형 벽의 기울기는 수직으로부터 약 31°이었다. 원추형 구역의 위에는 7m의 내부 직경을 갖는 기체 분리 실린더형 구역이 설치되었다. 상부 실린더형 구역의 높이는 7m이었다. 용기에는 상부 및 저부에 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 따라서, 반응 용기의 합해진 높이는 약 71.9m이었다. 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 약 61.2m이었으며, 실린더 주몸체부 및 발산하는 원추형 구역의 결합 부위 근처에 위치하였다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 또한 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 하부 실린더형 구역의 하부 TL 아래 에 위치하고 있다. 환류 용매를 확대된 분리 구역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적 형태로서 분배하였다.The bubble column reaction vessel includes a vertical cylindrical zone having an internal diameter of 4.60 m. The height from the bottom TL to the top TL of the cylindrical zone was 60 m. At the upper end of the cylindrical zone, the conical zone diverged to an inner diameter of 7 meters while rising to a height of 2 meters. Thus, the slope of the conical wall was about 31 ° from vertical. On top of the conical section a gas separation cylindrical section with an internal diameter of 7 m was installed. The height of the upper cylindrical zone was 7 m. The vessel is equipped with a 2: 1 ellipse head at the top and bottom. Thus, the combined height of the reaction vessels was about 71.9 m. The operating level was about 61.2 m at the bottom of the reaction medium and was located near the binding site of the cylinder main body and the diverging conical zone. The feed was dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross-sectional area inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was also supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in FIGS. 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the bottom TL of the lower cylindrical zone. The reflux solvent was dispensed in droplet form over essentially all cross sectional areas of the enlarged separation zone.
반응 매질의 H:W의 비 및 반응 용기의 L:D는 13.3이었다. 반응 용기의 X:D의 비는 1.5이었다. 반응 용기의 L:Y의 비는 5.7이었다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 1,000㎥이었으며, 반응 용기는 약 320,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 6.5시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 49kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.19 MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 896㎡이었으며, 이는 약 3.19*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.12m이었다. 비교적 작은 D 값으로 인해, 실시예 1 내지 5에 사용된 표면 속도의 약 2배인 반응 매질의 중간 높이에서의 기상의 표면 속도를 초래하였다. 그러나, 확대된 분리 구역에서의 기상의 표면 속도는 실시예 1 내지 5에서 사용된 표면 속도의 0.85배로 감소되었다. 반응 매질의 중간 높이에서의 기체 보유율은 약 0.7이었다. 본 실시예의 조건하에서는, 반응 매질에서의 아세트산의 분해가 생성된 CTA 1kg 당 약 0.03kg 미만으로 바람직하게 감소된다고 평가되었다. 이것은 실시예 3에 비해 반응 용기 중의 감소된 슬러리 양(더욱 특별하게는 아세트산 양) 때문이다. 이것은 향상된 단계화 및 높은 기체 보유율 때문에 바람직하지 않은 착색된 부산물의 수준이 실시예 6에서보다 낮은 것으로 평가되었다.The ratio H: W of the reaction medium and L: D of the reaction vessel were 13.3. The ratio of X: D of the reaction vessel was 1.5. The ratio of L: Y of the reaction vessel was 5.7. The volume occupied by the reaction medium was about 1,000
실시예Example 8 8
본 실시예에서, 반응 용기는 실시예 7에서와 동일하지만, 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 약 63.2m로 상승되었고, 원추형 구역 및 확대된 기체 분리 실린더형 구역의 결합 부위 근처에 위치하였다. 이로 인해, 반응 매체의 상부가 발포성이 되고 매우 불량하게 순환하는 경향의 감소를 비롯하여, 실린더형 주몸체부 구역에서 수준을 제어하는 것과 비교하여 여러 이점이 제공된다.In this example, the reaction vessel was the same as in Example 7, but the operating level was raised to about 63.2 m at the bottom of the reaction medium and located near the binding site of the conical zone and the enlarged gas separation cylindrical zone. This provides several advantages over controlling the level in the cylindrical main body section, including a reduction in the tendency for the top of the reaction medium to become foamy and circulate very poorly.
파라-자일렌의 공급 속도는 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 또한 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 28m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다. The feed rate of para-xylene was about 49,000 kg per hour, seven times greater than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was also about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 28 m using an external degassing vessel.
반응 매질의 H:W의 비는 약 13.7이며, 반응 용기의 L:D 비는 13.3이었다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 1,060㎥이었으며, 반응 용기는 약 330,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 6.8시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 46kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.20 MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 953㎡이었으며, 이는 약 3.39*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.11m이었다. 반응 매질의 중간 높이에서 기상의 표면 속도는 실시예 1 내지 5에 사용된 표면 속도의 약 2배이었다. 반응 매질의 중간 높이에서의 기체 보유율은 약 0.7이었다. 본 실시예의 조건하에서는, 반응 매질에서의 아세트산의 분해가 생성된 CTA 1kg 당 약 0.03kg 미만으로 바람직하게 감소하는 것으로 평가되었다. 이것은 실시예 3에 비해 반응 용기 중의 감소된 슬러리의 양(더욱 특별하게는 아세트산의 양) 때문이다. 이것은 향상된 단계화 및 높은 기체 보유율 때문에 바람직하지 않은 착색의 부산물의 수준이 실시예 6에서 보다 낮은 것으로 평가되었다.The ratio H: W of the reaction medium was about 13.7, and the ratio L: D of the reaction vessel was 13.3. The volume occupied by the reaction medium was about 1,060
실시예Example 9 9
본 실시예에서, 반응 용기의 압력-함유 부재는 실시예 7에서와 동일하지만, 산화제 및 파라-자일렌을 도입하는데 사용된 내부 부재는 중요하게도 수직으로 분리된 다수의 유입구를 각각 갖도록 변경되었다.In this embodiment, the pressure-containing member of the reaction vessel was the same as in Example 7, but the inner member used to introduce the oxidant and para-xylene was changed to have a plurality of inlets, each of which was importantly vertically separated.
파라-자일렌의 공급 속도는 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 28m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다. The feed rate of para-xylene was about 49,000 kg per hour, seven times greater than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 28 m using an external degassing vessel.
기포탑 반응 용기는 실시예 8에서와 같이 반응 용기의 저부 헤드에 동일한 산화제 분배기를 포함하였다. 그러나, 총 기상 산화제 스트림의 70% 만을 하부 분배기를 통해 도입하였다. 기상 산화제의 나머지 30%를 높은 위치의 산화제 주입 분배기를 통해 도입하였다. 조절 밸브를 사용한 유동 조절 루프 및 반응 용기의 외부 압축 공기 공급 도관 상에 편리하게 배치된 유동 전달자에 의해 이러한 유동 비가 부여되었다. 높은 위치의 산화제 분배기는 낮은 타원형 헤드에 사용된 8각형 도관이 아닌 수평의 연귀 이음된 장방형 유동 도관을 포함하였다. 장방형 유동 도관은 공칭 14인치 스케쥴 10S 파이핑 물질을 포함하였다. 한면의 중심으로부터 다른 면의 중심까지의 거리는 1m이었다. 높은 위치의 산화제 분배기는 기상 산화제를 위해 약 60개의 방출 구멍을 포함하며, 이때 이들 모두는 0.03m의 직경을 가지며 반응 매질의 저부 위 약 14m의 도관 저부 근처에 위치하고 있다. 이러한 높은 위치의 산화제 분배기는 두 개 이상의 유용한 기능을 갖는다. 첫째, 반응 매질 중으로 아래로 분사된 산화제 유동이 실린더형 구역의 수직 대칭축을 따라 상승하는 축 속도 프로파일을 방해한다. 이것은 반응 매질의 상부 영역으로 파라-자일렌의 확산을 지연시키는 유압 배플링 기능을 부여하며, 이것은 오버헤드 수율 손실 및 상부 영역에서 용해된 산소에 대한 요구 감소와 관련된다. 높은 산화제 주입구 위 수 미터에서는 자연 대류 유동 패턴이 재구성되어 그 자체를 대칭 중심축을 따라 상승시키지만, 그럼에도 불구하고 유압 배플링은 유효하다. 두 번째, 반응열의 대부분이 용매의 증발을 통해 반응 매질로부터 제거되고, 이러한 증발의 대부분은 산화제 공급 위치 근처에서 발생한다. 기상 산화제 스트림 부분의 도입 위치를 수직으로 분리시킴으로써 반응 매질에서의 온도의 수직 프로파일이 조정된다.The bubble column reaction vessel contained the same oxidant distributor in the bottom head of the reaction vessel as in Example 8. However, only 70% of the total gaseous oxidant stream was introduced through the bottom distributor. The remaining 30% of the gaseous oxidant was introduced through the high position oxidant injection distributor. This flow ratio was imparted by a flow control loop using a control valve and a flow transmitter conveniently disposed on the external compressed air supply conduit of the reaction vessel. The high position oxidant distributor included horizontal mitered rectangular flow conduits rather than the octagonal conduits used for the low oval heads. The rectangular flow conduit included a nominal 14 inch Schedule 10S piping material. The distance from the center of one side to the center of the other side was 1 m. The high position oxidant distributor includes about 60 discharge holes for the gaseous oxidant, all of which have a diameter of 0.03 m and are located near the bottom of the conduit of about 14 m above the bottom of the reaction medium. This high position oxidant distributor has two or more useful functions. First, the oxidant flow injected down into the reaction medium interferes with the rising axial velocity profile along the vertical axis of symmetry of the cylindrical zone. This confers a hydraulic baffle function that delays the diffusion of para-xylene into the upper region of the reaction medium, which is associated with overhead yield loss and reduced demand for dissolved oxygen in the upper region. At several meters above the high oxidant inlet, the natural convective flow pattern is reconstructed to raise itself along the central axis of symmetry, but hydraulic baffle is nevertheless valid. Second, most of the heat of reaction is removed from the reaction medium through evaporation of the solvent, and most of this evaporation occurs near the oxidant feed point. The vertical profile of the temperature in the reaction medium is adjusted by vertically separating the introduction position of the gaseous oxidant stream portion.
기포탑 반응 용기는 실시예 8과 유사하게 두 개의 파라-자일렌 주입 분배기를 포함하였다. 하부 파라-자일렌 주입 분배기가 배치되어 반응 매질의 저부 위 2m의 낮은 위치에서 0.45*(내부 직경) 반경의 내부에 있는 단면적에 걸쳐 도입된 액상 공급물 중 50%을 거의 균일하게 방출시켰다. 상부 파라-자일렌 주입 분배기가 배치되어 반응 매질의 저부 위 10m의 높은 높이에서 0.45*(내부직경)의 반경 내부에 있는 단면적에 걸쳐 공급된 액체 공급물 중 50%을 방출시켰다. 이것의 유동 비는 조절 밸브를 사용한 유동 조절 루프 및 반응 용기 외부의 액상 공급물용 공급 도관 상에 편리하게 배치된 유동 전달자에 의해 부여되었다. The bubble column reaction vessel contained two para-xylene injection distributors similar to Example 8. A lower para-xylene injection distributor was placed to release nearly 50% of the liquid feed introduced over the cross-sectional area inside the 0.45 * (inner diameter) radius at a low location of 2m above the bottom of the reaction medium. An upper para-xylene injection distributor was placed to release 50% of the liquid feed supplied over a cross-sectional area inside a radius of 0.45 * (inner diameter) at a high height of 10m above the bottom of the reaction medium. Its flow ratio was imparted by a flow control loop using a control valve and a flow distributor conveniently disposed on the supply conduits for the liquid feed outside the reaction vessel.
본 실시예에서, 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 약 63.7m로 상승하였으며, 발산하는 원추형 구역 바로 위의 확대된 기체 분리 실린더형 구역에 위치하였다. 반응 매질의 H:W의 비는 약 13.8이었으며, 반응 용기의 L:D 비는 13.3이었다. 반응 매질이 차지하는 부피는 약 1,070㎥이었으며, 반응 용기는 약 340,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 6.9시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 46kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.20MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 975㎡이었으며, 이는 약 3.47*Wmin*H 이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.10m이었다. 반응 매질의 중간 높이에서의 기상의 표면 속도는 실시예 1 내지 5에 사용된 표면 속도의 약 2배이었다.In this example, the operating level rose to about 63.7 m at the bottom of the reaction medium and was located in the enlarged gas separation cylindrical zone just above the diverging conical zone. The ratio of H: W of the reaction medium was about 13.8, and the ratio of L: D of the reaction vessel was 13.3. The volume occupied by the reaction medium was about 1,070
실시예Example 10 10
본 실시예에서, 반응 용기는 서로 다른 높이에서 3개의 서로 다른 실린더 직경을 갖는 것으로 설계되었으며, 이때 중간 높이의 직경이 가장 작았다. 이러한 구성은 액체 공급물 스트림 및 기상 산화제가 먼저 유입되는 하부 실린더형 구역에서는, 산소가 여전히 풍부한 파라-자일렌의 개시 희석 및 반응을 위해 상대적으로 큰 액상을 제공하는 이점을 주고; 분자 산소의 소모가 증가하는 중간 실린더형 구역에서는, 상대적으로 더 큰 기체 보유율 및 기체의 액체로의 물질 전달 속도를 제공하는 이점을 주며; 기체 분리 대역인 상부 실린더형 구역에서는, 오버헤드 배기 기체 중의 슬러리 포획을 제한하는 기상 속도들 비교적 감소시키는 이점을 준다.In this example, the reaction vessel was designed to have three different cylinder diameters at different heights, with the smallest diameter at the middle height. This configuration has the advantage of providing a relatively large liquid phase for the initial dilution and reaction of the oxygen-rich para-xylene in the lower cylindrical zone where the liquid feed stream and the gaseous oxidant are first introduced; In the intermediate cylindrical zone where the consumption of molecular oxygen is increased, it offers the advantage of providing a relatively higher gas retention and rate of mass transfer of the gas into the liquid; In the upper cylindrical zone, which is the gas separation zone, the advantage is a relatively reduced gaseous velocities that limit the capture of slurry in the overhead exhaust gas.
파라-자일렌의 공급 속도는 실시예 1보다 7배 큰, 시간당 약 49,000kg이었다. 다른 공급물 유동을 실시예 1에 대해 상기와 같이 7:1의 비로 증가시켰다. 공급물의 조성은 실시예 1에서와 동일하여, 실시예 1에서와 같이 반응 매질의 액상 내에서 동일한 물, 코발트, 브롬 및 망간의 농도를 제공하였다. 반응 용기 오버헤드 기체의 작동 압력은 또한 0.52MPa였으며, 작동 온도는 반응 매질의 중간 높이 근처에서 측정시 약 160℃이었다. CTA를 포함하는 반응 매질을 외부 탈기 용기를 사용하여 28m의 높이에서 반응 용기의 측면으로부터 일정한 속도로 제거하였다.The feed rate of para-xylene was about 49,000 kg per hour, seven times greater than Example 1. The other feed flow was increased to a ratio of 7: 1 as above for Example 1. The composition of the feed was the same as in Example 1, giving the same concentrations of water, cobalt, bromine and manganese in the liquid phase of the reaction medium as in Example 1. The operating pressure of the reaction vessel overhead gas was also 0.52 MPa and the operating temperature was about 160 ° C. measured near the middle height of the reaction medium. The reaction medium comprising CTA was removed at a constant rate from the side of the reaction vessel at a height of 28 m using an external degassing vessel.
기포탑은 상이한 직경을 갖는 3개의 수직 실린더형 구역을 포함하였다. 가장 낮은 실린더형 구역은 6.46의 내부직경을 가지며, 상기 대역에서의 기상 표면 속도가 실시예 1의 표면 속도와 거의 동일하였다. 하부 실린더형 구역의 하부 TL로부터 상부 TL까지의 높이는 8m이었다. 상기 하부 실린더형 구역의 상부 말단에 서, 원추형 구역은 1m의 높이로 상승하면서 4.5m의 내부 직경으로 발산하였다. 따라서, 이 원추형 벽의 기울기는 수직으로부터 약 44°이었다. 하부 원추형 구역 위의 중간 실린더형 구역은 4.5m의 내부 직경을 가지며, 이 구역에서 기상 표면 속도는 가장 낮은 실린더형 구역의 표면 속도의 두 배이다. 중간 실린더형 구역의 높이는 45m이었다. 중간 실린더형 구역의 상부 말단에서, 원추형 구역은 2m의 높이로 상승하면서 7m의 내부 직경으로 발산하였다. 이 원추형 벽의 기울기는 수직으로부터 약 32°이었다. 상부 원추형 발산 구역 위에는 7m의 내부 직경을 갖는 기체 분리 실린더형 구역이 있다. 상부 실린더형 구역의 높이는 7m이었다. 용기에는 그 상부 및 저부에 2:1 타원 헤드가 장착되어 있다. 따라서, 반응 용기의 합해진 높이는 약 66.4m이었다. 작동 수준은 반응 매질의 저부 위 약 57.6m이었으며, 발산하는 원추형 구역 및 상부 실린더형 구역의 결합 부위 근처에 위치하였다. 0.45*의 반경(내부 직경) 내부의 단면적에 걸쳐 공급물이 실질적으로 균일하게 방출되도록 설계된 수평 분배기 조립체를 사용하여 반응 매질의 저부 위 2m의 높이 근처에서 반응 용기 내에 공급물을 또한 분배시켰다. 도 12 내지 15에 도시된 것과 유사한 산화제 주입 분배기를 통해 공기를 공급하였고, 산화제 유입 구멍 모두는 가장 낮은 위치의 실린더형 구역의 하부 TL 아래에 위치하고 있다. 환류 용매는 상부 실린더형 구역의 필수적으로 모든 단면적에 걸쳐 소적 형태로서 분배되었다.The bubble column contained three vertical cylindrical zones with different diameters. The lowest cylindrical zone had an internal diameter of 6.46 and the gas phase surface velocity in this zone was about the same as the surface velocity of Example 1. The height from the bottom TL to the top TL of the lower cylindrical zone was 8 m. At the upper end of the lower cylindrical zone, the conical zone diverged to an inner diameter of 4.5m, rising to a height of 1m. Thus, the slope of this conical wall was about 44 ° from vertical. The intermediate cylindrical zone above the lower conical zone has an inner diameter of 4.5 m, in which the gas phase surface speed is twice the surface speed of the lowest cylindrical zone. The height of the middle cylindrical zone was 45 m. At the upper end of the middle cylindrical zone, the conical zone diverged to an internal diameter of 7 meters, rising to a height of 2 meters. The slope of this conical wall was about 32 ° from vertical. Above the upper conical diverging zone is a gas separation cylindrical zone with an internal diameter of 7 m. The height of the upper cylindrical zone was 7 m. The vessel is equipped with a 2: 1 ellipse head at its top and bottom. Therefore, the combined height of the reaction vessels was about 66.4 m. The operating level was about 57.6 m at the bottom of the reaction medium and was located near the junction of the diverging conical zone and the upper cylindrical zone. The feed was also dispensed into the reaction vessel near a height of 2 m above the bottom of the reaction medium using a horizontal distributor assembly designed to release the feed substantially uniformly over a cross section inside a radius (inner diameter) of 0.45 * . Air was supplied through an oxidant injection distributor similar to that shown in Figures 12-15, with all of the oxidant inlet holes located below the lower TL of the cylindrical zone in the lowest position. The reflux solvent was dispensed in droplet form over essentially all cross sectional areas of the upper cylindrical zone.
반응 매질이 차지하는 부피는 약 1,080㎥이었으며, 반응 용기는 약 400,000kg의 슬러리를 함유하였다. 파라-자일렌 공급 속도에 대한 슬러리 질량의 비는 약 8.1시간이었다. STR은 시간당 반응 매질 1㎥당 공급된 파라-자일렌 약 45kg이었다. 반응 매질의 저부로부터 반응 용기로부터 배출되는 오버헤드 배기 기체까지의 압력 차이는 약 0.20 MPa이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적은 약 944㎡이었으며, 이는 약 3.64*Wmin*H 및 2.34*Wmax*H이었다. 반응 매질과 접촉하고 있는 입상 표면적에 대한 반응 매질의 부피의 비는 약 1.14m이었다. Ll:Dl의 비는 약 1.5:1이었다. Lu:Du의 비는 약 10:1이었다. Ll:Lu의 비는 약 0.21:1이었다. X:Dl의 비는 약 1.1:1이었다. Lu:Y의 비는 약 4.2:1이었다. Lt:Dl의 비는 약 0.15:1이었다. The volume occupied by the reaction medium was about 1,080
반응기의 기부에서의 더 큰 직경으로 인해, 공급물인 파라-자일렌의 도입 대역 근처에 다량의 슬러리가 제공되며, 여기서 공급물의 희석액을 제공하여 결합 및 착색된 방향족 불순물을 피하는데 있어 액체 유동과 혼합은 아주 중요하다. 또한, 이러한 보다 큰 직경은 보다 많은 양의 반응 매질을 상기 슬러리로부터의 더욱 큰 헤드 압력하에 위치하게 하여 산소 분압 및 분자 산소의 기체로부터 액체로의 물질 전달을 촉진시킨다. 직경이 보다 작은 장방형의 중간 실린더형 구역은 반응물 단계화 및 높은 보유율을 제공하고, 이로 인해 상승하는 기상으로부터의 물질 전달 공급과 용해된 산소의 반응 요구의 부합성이 향상되어, 산소가 계속하여 소비되고 이것의 분압이 감소된다.Due to the larger diameter at the base of the reactor, a large amount of slurry is provided near the introduction zone of the feed para-xylene, where a diluent of the feed is provided to mix with the liquid flow to avoid bound and colored aromatic impurities. Is very important. This larger diameter also places a larger amount of reaction medium under a greater head pressure from the slurry to facilitate mass transfer of oxygen partial pressure and molecular oxygen from the gas to the liquid. Rectangles of smaller diameter, middle cylindrical zones provide reactant stages and high retention rates, thereby improving the conformity of the mass transfer feed from the rising gas phase with the reaction demands of dissolved oxygen, resulting in continued consumption of oxygen And its partial pressure is reduced.
본 발명은 바람직한 실시양태를 특별하게 참조하면서 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 범위 내에서 여러 변경 및 수정이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.Although the present invention has been described in detail with particular reference to preferred embodiments, it will be understood that various changes and modifications may be made within the spirit and scope of the invention.
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Date | Code | Title | Description |
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WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |