TW581710B - Production of a homogeneous mixture of a gaseous aromatic hydrocarbon and an oxygen-containing gas - Google Patents

Description

581710 五、發明說明（1) 本發明係關製造催化氣相反應用氣態芳烴與含氧氣體的 均勻混合物之方法與裝置，特別為製備酞酐用的氣態0-二 曱苯及/或萘與空氣之均勻混合物。 酞酐（P A )係生產合成樹脂、酞酸酯增韌劑、酞花青染料 與其他精細化學藥品的重要中間物。PA現今主要由0-二甲 苯製備，大多以空氣作氧化劑經〇-二甲苯之氣相氧化反 應。 完成此項PA生產程序的工場基本上由製造0 -二曱苯蒸汽 /空氣混合物之機能單位，使0_二曱苯/空氣混合物反應的 反應器與分出PA及其發展設置。 催化氣相氧化反應普通在含V2 05之觸媒上實現。為此之 故〇-二甲苯經汽化，與過量空氣混合，於3 4 0 °C至44 0 °C在 殼管式反應器的管内通過觸媒上。觸媒包含例如V2 05與 T i 02混合物連帶陶瓷體上之促進劑如尺寸6 X 6 mm的瓷或 SiC球或環。大反應器殼内佈置有自10, 000至40, 000管。 〇-二曱苯常具自78%至80%的選擇性氧化成PA。此氧化作用 本身強烈放熱，有_ 1 1 1 0 k J / m ο 1之熱函變化。 進行程序中務必特別注意以下要點：第一、〇-二曱苯與 空氣（過量氧）的混合物係在爆炸階段（烏爾曼氏工業化學 大全第5版，A 2 0卷，8 5頁），及第二、氣態混合物進入多 達1 0，0 0 0至4 0，0 0 0個管每一管中之流動必須在全部切面上 均一並在全部時間上恆定使所有管内反應進行相同快速而 非例如在其中有些内特別快或特別慢。此外，若發生與設 定情況偏差反應的高負熱函能導致觸媒燒結、熔融或在個

O:\67\67862.ptd 第5頁 581710 五、發明說明（2) 別管内變鈍。於是連帶工場相當危險。 致：f :混合氣供應不均在個別管中產生不同反應情況。 内ΐρ: 3 =成而降低產率’且必須於其後提純階段 門目ΡΑ中分離及處理。 、DE-A 1 793 453發表一種製造氣態〇—二 * 合物供催化為酞酐用之方法。已知方法中苯：二 匕至Γ ’例如大小多半在G·3 -以下的：、工 滴引入已預熱至〇 一二甲苯沸點以上之空备、、古L ^ ^ ^ 係滿流；建議其雷諾數大於2 00，0 0 0。自注4二―氣Μ 反應器的逗留時間必要至少0·2秒鐘俾得 二z 一流進全體管内。 勺此a軋而洚 DE-A 1 793 453方法雖提供此一改進， 卜 問題仍能發生，特別若作業條件波動：::化 因： j此由於許多原 原料可能有不同程度之沾污。空氣 h2s ’硫氧化物如S〇2，3及其鹽類，如3能 多個噴嘴收縮。腐餘粒子亦 纟2 ^引起一或 苯喷射的形狀。長期作業侵#喷嘴引小與霧化0-二甲 〇-二甲苯亦能含,备二G喷=發相似影，。加之’ 院及少量苯乙烯。此等化合物 3苯=二壬 力。可能生成比前述小滴φ顿宙、土 一甲本的表面張 低於0.3咖者。此等微滴 微滴，例如大小顯然 膜。-項附帶難題為實;壁’在壁上形成液態 喷嘴使霧化的0-二甲苯流小滴全不接^管壁:甲本^用

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此外 溫度及 與0-二 管壁。 本發 烴如0 -物供催 吾人 佳一渦 圓錐起 小碎片 本發 萘、與 液態芳 沸點以 較佳用 ，DE-A 1 793 453製程中能出現設定參數如壓力盥 空氣量内偶然的不利變動。而且’能引入原料空氣 甲苯内所含污染物’霧化〇_二甲苯流之小滴能碰觸 上述方法在此等方面仍待改進。 明=的在、提^供一種改良方法與設置以製造氣態芳 一：苯與/或萘及含氧氣體，特別空氣之均勻混合 化氣相反應用。尤其應避免或至少縮減上述缺點。 已‘現此型製程中藉生成中空霧化圓錐之喷嘴，較 流噴嘴完成液態芳烴的霧化達到此目的。中空霧化 初可係液fe的黏附膜，離渴流噴嘴距離較大分散成 ，由表面力轉變為直徑小於1 mm之個別小滴。 明於=提供一種製造氣態芳烴如0_二甲苯及/或 一 3氧氣體如空氣的均勻混合物供氣相反應用，將 烴霧化，直徑小於i mm之小滴，注射入預熱至芳烴 上的含氧氣流内，其中液態芳烴經形成中空圓錐， 渦流喷嘴霧化。 本發明方法使其可能產生氣態氧，較佳在空氣或另一含 氧氣體内，與-烴蒸汽之極均勻自由流動混合物。 本發明――方法宜用以製備經芳烴類如二甲苯，尤其0一二甲 表與/或蔡在固定床反應器中催化氣相氧化的羧酸或羧酸 酐等，可提述的一例為駄酐（PA)之製法。 以下所作參考純為例示本發明方法在經催化氣相氧化作 用之特佳用途。此處芳烴係0_二甲苯，含氧氣體為空氣。 本發明方法内’中空霧化作用圓錐宜有30。至70。的開

581710 五、發明說明（4) 放角度《中空霧化錐特別適宜有約6〇。之開放角度。 中空霧化錐軸對準含氧氣體即例如空氣的流動ί向，但 能自此偏離達3 0。。此點音士田衩沒由办十 一 此4點思明烴流中空霧化錐之中心軸對 =氣流的中心軸成自，。至+30。之角度。結果中空錐 $無小滴碰壁。達到如此情況的又一手段特別可係與壁保 持一定距離如離壁1/3之管半徑。較佳用大約相等間隔的 許多喷嘴，例如2至6個，較佳4至6個。

根據本發明以用渦流噴嘴霧化液烴為佳。此等渦流喷 亦稱中空錐喷嘴出口銳孔之上游宜有一導向物體具斜 衝擊面，授予渦流或旋轉圍繞流動軸於將霧化的液體。此 項渦流喷嘴已知作其他用途，例如在水喷射泵、噴霧冷 器等内快速脈衝聯動（參閱Grassmanri ”PhysikalischeT '

Grundlagen der Verfahrenstechn ikn, Verlag SauerlMdei* ( 1 970 ) 355與805頁）。本發明方法中雖缺 用中空錐喷嘴特別可取，本發明其他具體例内亦能用實' = 錐喷嘴或條縫喷嘴。使用二流體噴嘴能供應例如待噴 〇-二曱苯及推進劑空氣者亦可能。 、97

若用渦流或中空錐噴嘴產生根據本發明之中空霧化錐 宜於自2至2 0巴的進氣壓力操作俾保證生成根據本發明-取有30。至70°開放角度之中空霧化錐。 本發明方法中液態烴流經霧化成直徑小於1 mm，較佳 〇 · 8 mm以下的小滴。液流特別適宜霧化生成〇 · 〇 2至〇 2 之小滴。 · mm 生成中空有開放角30。至70。霧化錐所用的渦流噴嘴有

581710 五、發明說明（5) 利地設在一管内，氧氣流過管上有待霧化液體進口之圓環 佈置。但液體用環狀進料管亦能排列於氧進料管周圍，喷 嘴能自外部通入送氧管。此一情形下噴嘴出口銳孔依氣流 方向指引。惟如前途，中空錐軸能偏離氣流方向達3〇。。 如此能減少碰壁的中空錐小滴數。 為本發明方法計，特別適用KS 1軸中空錐喷嘴（得自德 國Lechler，Metzingen)。此項噴嘴使其可能產生有較佳 6(Τ錐角之中空錐。中空錐在距出口銳孔25〇 1^處直徑約 20 0 mm。根據本發明遂形成直徑小於} mjn的小滴，較佳小 於〇· 8 mm，特佳〇· 〇2至〇· 2 mm，特佳自〇· 〇2至〇· 2丽。後 者極快蒸發，僅距喷嘴出口孔200- 50 0 mm處即完全汽化。 不過大小自〇 · 8至1 m m之小滴能飛5 0 -1 〇 〇 c m後完全化汽而 能碰觸並弄濕管壁。 由於此弄濕的可能性，本發明方法_特佳具體例提供例 如0 -二甲苯/空氣混合物在用加熱至烴沸點以上之側壁限 制的室内。空的側壁宜由加熱管例如雙層壁管構成，特別 一種"Thermoblech"(=商品雙壁金屬片）管（此項

Thermoblech"管由如BUCO, Geesthacht,或DEG,

Gelsenkirchen等公司在德國製造）。烴小滴衝擊於加熱管 上者不能析積成液態膜反而立即汽化。最後產生所需煙^ 汽與例如空氣之混合物。 1 雙壁管的環狀隙縫能用高壓蒸汽，較佳壓力約2 〇巴及溫 度2 1 4 °C之蒸汽加熱。上述"Thermob 1 ech"管能有特窄麥狀 隙。"The r mob lech"管構造相當簡單因此比較廉宜。強熱

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* 2 :m作用起見在另一不同有利方法中蒸汽/ 二乳化合物後來通過一混合裝置。 能排除11 Thermob 1 ech"管内冷斑。 的ΐΐ使：合機作混‘裝置。…是安裝在管内 、象-ί入Τ ί、“發生，導片分開並再合併待混合的流， 遂付元王均勻。此項靜態混合物係由例如瑞士suizer， nterthur製靜悲混合物亦在德國專利申請案de 25 W 20 A1 ，DE 196 223 051 Α1· 196 23 ι〇 說明。 本發明亦提供-種裝置以t &氣態芳烴與含減體之均 勻混合物，有預熱含氧氣流的氣體溝槽與開放液態芳烴流 進入氣體溝槽之霧化設備，其霧化裝置内有渦流噴嘴及氣 體溝槽等至少在渦流喷嘴的下游有壁能加熱到至少烴 fi 〇 氣體溝槽宜包含能加熱的管，特別複壁管或 "Thermoblech"管。特別可取有一靜態混合物安裝於渦流 噴嘴之下游氣體溝槽内。 熱官壁處溫度設定使自5-50%重量的液烴，特別5 —4〇%重 量，尤佳自5-30%重量能衝擊於管壁上，在其處汽化，其 精確比例視原料中雜質’中空錐的形狀及操作期間噴嘴 (侵姓）改變而定。 ' 上述管能單位能以進一步官能單位接續，例如製備p A， 例如轉化0-二甲苯成PA的反應器及分離PA與析出純pA之裝 置，如以往技術上所知者。 "

581710 $、發明說明（7) 以下藉助具體例圖解本發明在附圖及一使用例中示意證 明。 圖示裝置10製造氣態0-二曱苯與/或萘及空氣均勻混合 物。裝置有氣體溝槽1 1傳導預熱空氣流（圖中以箭頭1 2象 徵）。實例顯現氣體溝槽11配置成管。管1 1設有霧化設備 1 3包括液態二曱苯之進料線1 4及管線末端位置的渦流噴 嘴1 5。進料線1 4由給料管（未繪出）同中心圍繞管1 1者供 應。渦流喷嘴1 5產生液態0 -二曱苯之中空圓錐1 6，分散為 平均直徑0 · 0 2至0 · 2 mm的極細小滴。細滴在預熱空氣流内 極快蒸發，形成空氣與〇 -二曱苯汽之均勻混合物。為更改 進均勻度起見在管1 1内裝設一靜態混合器1 7使蒸汽/空氣 混合物通過此混合器。渦流喷嘴1 5下游、管1 1構成能加熱 的複壁管1 8。此管用蒸汽加熱至溫度高過〇 -二曱苯沸點。 衝擊管壁之霧化〇-二甲苯小滴於是立即汽化而不析積成液 膜。在點19處管11開放成管殼式反應器，〇 -二甲苯在其中 經氣相催化氧化反應製成酿酐。 實例

PA製備工場内汽化〇-二曱苯的設備含一直徑1200 mm之 立式nThermoblech"管。已在預熱裝置内預熱至2〇〇°C的氧 化反應空氣經此輸入反應器。壓力約為絕對壓1. 5巴。每 標準m3空氣負載100克〇 -二曱苯。空氣自周圍僅經一空氣 過濾器吸入而無特別提淨。n Th er mob 1 e ch"管用2 0巴蒸汽 加熱至2 1 4 °C。0-二曱苯經6個渦流喷嘴排列成6 〇 〇 mm直徑 圓形注射，其軸垂直指向上方。此等係軸向圓錐喷嘴（K S

O:\67\67862.ptd 第11頁 581710 五、發明說明（8) 1 2 1 6, 324型得至Lech ler之鋼製品）。進氣壓力為8巴。靜 態混合器在管之水平部分裝設離喷嘴下游4. 5 m。 此渦流喷嘴/熱壁混合器系統產生均勻的自由流動0-二 甲苯蒸汽/空氣混合物，其均勻度不受作業參數波動擾 亂，此點由P A產量長時間恆定確認。而且未見混合物内不 均與影響工場安全不利引發生產工場中著火。亦未發現因 個別反應器區或反應器管中高溫所致損壞或緊急停工。年 度例行維修停工間，工場可用率達99%以上。

第12頁 581710 圖式簡單說明

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Claims (1)

1. 581710 案號凼127515 月

   ^9 SI、……補尤4 1 1 . 一種製造^^於"權一化™ιτ相反應中烴與含氧 氣體的均勻混合物之方法，其係將液態芳族烴霧化，以形 成直徑小於1 mm的小滴，將其注入一預熱至該芳族烴沸點 以上之含氧氣流内，其中該液態芳族烴係藉由一形成中空 圓錐的喷嘴予以霧化，該中空圓錐係具有自3 0 °至7 0 °之 開放角度，該中空霧化圓錐的中心軸對預熱氣體流之中心 軸係成- 3 0 °至+ 3 0 °之角度，且其中該混合物係於一反應 室中製造，該反應室係由加熱至該烴之沸點以上的側壁圍 繞。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法 喷嘴。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法 壁係由一經加熱之管形成。 4. 根據申請專利範圍第3項之方法 係 π T h e r m 〇 b 1 e c hπ 管。 5. 根據申請專利範圍第1項之方法 的霧化烴係在預熱側壁上汽化。 6. 根據申請專利範圍第5項之方法 的霧化烴係在預熱侧壁上汽化。 7. 根據申請專利範圍第6項之方法 的霧化烴係在預熱側壁上汽化。 8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項之方法，其中 該芳族烴汽化後之混合物係通過一靜置混合器。 9. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項之方法，其係 六、申請專利範圍 其中該喷嘴係渦流 其中該反應室的側 其中該經加熱之管 其中自5-50%重量 其中自5-40%重量 其中自5-30%重量

   O:\67\67862-920521.ptc 第14頁 581710 案號 89127515 曰 修正 六、申請專利範圍 用於酞酐之合成，其中 含氧氣體係空氣。 10. 一種製造氣態芳 置，其具有一預熱含氧 態芳族烴流開放流入氣 該霧化設備（1 3 )具有一 至少在渦流喷嘴（1 5 )下 少烴之沸點。 11. 根據申請專利範 (11)含一可加熱管。 12. 根據申請專利範 係複壁管或π T h e r m 〇 b 1 e 13. 根據申請專利範 器係安裝在渦流喷嘴下 該芳族烴係鄰 甲苯及/或蔡’該 族烴與含氧氣體的均勻混合物之裝 氣體流（1 2 )的氣體溝槽（11 )，一液 體溝槽（1 1 )之霧化設備（1 3 )，其中 渦流喷嘴（1 5 )，而該氣體溝槽（11 ) 游處具有壁（1 8 )，其可經加熱到至 圍第1 0項之裝置，其中該氣體溝槽 圍第11項之裝置，其中該可加熱管 ch"製管。 圍第1 0項之裝置，其中該靜置混合 游的氣體溝槽内。

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