TWI244482B - Process of generating o-xylene-air mixtures for the production of phthalic anhydride - Google Patents

Description

1244482 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種由鄰-二曱苯與空氣產生一均勻氣體混 合物（進料氣體）之方法，其為所謂P A程序中藉氣相氧化作 用製造酞酐（PA)的基礎。 迄今如下般利用鄰-二曱苯作為原料進行操作可完成PA程 序進料氣體之生成· 藉鼓風機裝置自周圍吸入程序空氣並過濾之，接著壓縮 至一壓力值以將空氣流運送過PA設備的程序氣體股。在置 於鼓風機後之熱交換器中，提高此程序空氣流的溫度值。 同時，藉由泵浦裝置將流自儲存槽之液態鄰-二甲苯加壓至 一特定初壓並通過一預熱器。在一所謂蒸發器中，藉喷嘴 系統裝置將已預熱鄰-二甲苯以液體形態平行空氣流體地注 入空氣流中。此細微鄰-二甲苯液滴在空氣流中完全蒸發， 最後藉一均質化階段裝置（如靜態混合器）達到均化氣流中之 濃度及溫度分布的目的。接著，此進料氣體進入裝滿觸媒 之管式反應器中，鄰-二曱苯與大氣中的氧於該處發生部份 氧化形成狀Sf。 上述產生進料氣體之程序原理已成功用於PA程序數十年 ，但將較高鄰-二甲苯負載量成功導入空氣流（>80克鄰-二曱 苯/Nm3空氣）也顯示有關PA設備之進料氣體部分之爆炸安全 性的潛在弱點，其將被解釋於下。 鄰-二甲苯與空氣之氣態混合物的爆炸下限為約44克/Nm3 。發現點燃混合物所需最低能量係隨鄰-二曱苯負載量的提 高而急遽降低，因此對爆炸可能性的破存在著較高敏感度 。P A程序之經濟性視鄰-二曱笨/Nm3空氣之負載量而定的程 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1244482 A7

度極大。必須安全地操作容 19π . ^ 3 合里為80克砷-二甲笨/Nm3空氣至 120克鄰-二甲苯/Nm3空氧之抓供s ^ 札之5又備疋一項基本需求。 關於在PA設備之進料氣體部份著火的可能雇因，特別是 利用上述產生進料氣體之方法時，應注意下列事項： • 當在霧化喷嘴中原子化液鲅鄰-田—士 —甲笨時，靜電係累 積在鄰-一甲本液滴本身，盆經由容署户— …工田女置'在瘵發器中而放電導 致火花’因此可能是爆炸的原因。 •所蒸發鄰-二甲笨之蒸發殘留物沈積在蒸發器的内部 配件上可造成固體層之累積，其可藉化學反應與程序空氣 之氧形成熱解物質，因此其代表潛在爆炸著火源。 DE-A-2 83 983 1描述一種製造一供氧化萘用之氣體混合物 的方法，其中萘在無氧存在下蒸發，所蒸發的萘與氧混合 並藉流速之測量調整萘對氧之混合比。在此利用萘所完成 的程序中，可達到40克萘/Nm3空氣之容量。 £Ρ·Β-04 83645描述一種由萘、鄰-二曱苯及空氣產生一進 料氣體混合物之方法。首先，鄰-二甲苯在無氧存在下蒸發 ，接著通過液態萘’因此鄰-二曱笨蒸汽被萘飽和。然後將 此混合物送入程序空氣中。可避免欲蒸發之萘與大氣中的 氧接觸，否則其將使焦油狀副產物連續形成於萘蒸發器中 並對清理該等物產生較大需求。在此方法中，容量係限於 1〇〇克烴/Nm3空氣。 本發明目的係創造一種供製造欧酐用之鄰-二曱苯-空氣 混合物的製造方法，藉此方法可達到80克鄰-二曱苯/Nm3空 氣至120克鄰·二曱苯/Nm3空氣之負載量。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X 297公釐）

裝 訂

線 1244482 A7 B7 五、發明説明（3 ) 根據本發明，此目的可藉鄰-二曱苯在無氧存在下完全蒸 發，之後過熱之，然後與含氧空氣混合並將此混合物送入 PA反應器方式闡明。 為獲得兩組份之均勻預混物，在鄰-二曱苯蒸汽與程序空 氣摻混之點具有一設計成噴布器系統之氣相-氣相混合裝置 。其後所提供的靜態混合裝置可確保混合物完全均質化。 可使用鍋型蒸發器或自然循環蒸發器作為蒸發器。鍋型 蒸發器代表技術較簡單及因此較便宜的溶液，所以一般偏 好使用。若鄰-二甲苯具有高副產物及苯乙烯或異丙苯含量 ，沈積物可能形成於蒸發器表面，該沈積物將妨礙熱的傳 導；這可利用循環蒸發器避免，因為該等物在蒸發器表面 附近具有較高流速。 \ 鄰-二甲苯必須每至少175°(：之溫度下蒸發，其相當於蒸 汽壓為2.3巴絕對壓力。此確保一足夠壓力梯度以將鄰-二甲 苯摻混入程序空氣中，其在摻混鄰-二曱苯蒸汽之點具有約 1.5巴之絕對壓力。對於實際實現的設備，選擇在180°C至 205 °C之溫度下蒸發鄰-二曱苯，其相當於蒸汽壓為2.4巴至4 巴絕對壓力。 蒸發系統之重要需求係由維持固定的鄰-二曱苯蒸汽流量 組成的，因為空氣流中的鄰-二甲苯負載量在短操作期間内 變動的例子中，PA反應器中的觸媒可能受損；特別是對高 鄰-二曱笨負載量，此為真。蒸汽至鄰-二曱苯蒸發器的供應 量一般係在特定限度内變動，其包括欲蒸發鄰-二曱苯流之 變動。此至少可利用一具足夠體積之蒸汽累積槽將蒸汽送 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1244482 五、發明説明（4 ) 入鄰-二甲苯蒸發器中而極度避免。而且，變動可隨鄰·二甲 苯蒸發器中壓力的增加而降低。 現在將藉實例方式並參考圖式解釋本方法之具體實施例 ，其中： 圖1顯示以鍋型蒸發器進行程序之流程圖， 圖2顯示以自然循環蒸發器蒸發鄰-二甲苯，及 圖3顯示喷布器環系統。 如圖！所示，藉由鄰·二甲苯泵浦⑷裝置自儲存槽經過兩 個鄰-二甲苯預熱器（5)及⑹供應鄰_二？笨（15)，鄰_二甲苯 於該處被蒸汽（13c，13d)加熱至18〇t。在壓力側，鄰-二甲 苯泵浦⑷提供一2.5巴之絕對壓力。接著，液態鄰·二甲苯 05)流入銷型蒸發器⑺。在其内冑，此銷型蒸發器具有蒸 汽加熱蛇管，但此未將其表示出。鄰_二甲苯〇5)在24巴至 4巴之絕對壓力下蒸發’其相當於蒸發溫度為刚t至加。c 。使用介於18巴與30巴之飽和蒸汽〇4)作為加熱媒介，其在 18巴下的溫度為21〇t溫度或3()巴下的溫度為，其相 對於欲洛發媒介具有足夠溫度差。為保持固定飽和蒸汽流 進二鄰·二甲笨蒸發器⑺，使用蒸汽累積槽⑽，其係位於 自洛汽網路供應蒸汽與鄰二甲苯蒸發器⑺之間。 “自鍋型瘵發器⑺的蒸汽空間抽出因此所產生的鄰-二甲苯 洛4(8)亚使其通過一過熱器（8)，使鄰-二甲苯過熱1吖 以避免蒸汽冷凝。自蒸發器（7)括出過量濃縮液（27)。避免 鄰-二曱笨蒸汽冷凝對控制鄰-二曱笨的流速有決定重要性， 為同樣可藉測量鄰.二甲苯蒸汽的流速達到，而且鄰-二甲 ^^適用中國國家標 1244482 五、發明説明（ 笨蒸汽的冷凝作用將導致程序空氣流中鄰_二甲苯負栽量之 變動。最後’過熱的鄰-二？笨⑽在一特殊混合裝置⑽ 中與程序空氣（16)混合，該程序空氣係由程序空氣鼓風機 ⑴經過㈣段預熱器（2)及（3)供給反應器。混合裝置（⑼係 經過設計使過熱鄰.二甲苯蒸汽（19)與程序空氣（16)在推混 點已獲得良好混合。此可藉噴布器環裝置達到，其將鄰_二 甲本洛汽分布在整個程序空氣管線之導f載面上。在預熱 益（2，3)中，程序空氣（16)被加熱至約15(^。使所合併的 進料氣體流（17)通過-靜態混合器⑴）以達到均質化濃度及 溫度的目％ ’而其對安全及有效操作氧化反應器於這=高 負載量範圍中是極重要的。儘可能在混合裝置㈣也參見 圖3)均勻地預混合過熱鄰.二甲苯蒸汽（19)是必要的，因為 靜態混合器⑴）只可以固定效率混合，因此在其入口已需要 一經撤底均質化之混合物以確保反應器所需混合品質。而 如圖2所示’可利用自然循環作為蒸發原理取代在锅型蒸 發器中蒸發鄰-二甲苯： 預熱（5，6)時，鄰-二甲苯（15)進入鄰_二？苯蒸汽鼓⑺。 此鄰-二甲苯蒸汽鼓（9)係藉自然循環方式進料。 沸騰的鄰-二甲苯（丨5)經過向下流管（2〇)進入一蒸汽加 熱热發β (2 1)中，其操作方式係如再沸器。流過該等裝置 之鄰-二甲笨部分係在約2.4至4巴之絕對壓力下蒗發’狄 後利用自然循環方式再循環至鄰-二甲苯蒸汽鼓（9);蒸汽 自蒸汽空間進入過熱器（8)，如上述般，鄰-二曱笨（丨8)於 該處過熱听以避免蒸汽冷凝。#他程序係與圖ι所描述 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇 X 297公釐） 8- 1244482 A7 B7 五、發明説明（6 之程序相同。 圖3顯示噴布器環系統，過熱之鄰-二曱笨蒸汽（丨9)藉此裝 置與程序空氣混合。許多環（2 2)係同心地棑列在程序空氣導 管（23)内側。該環（22)係由彎及熔接管所組成的。環（22)間 距離係由放射狀擋板（24)所界定。經由導管（25)將加壓過熱 的鄰-二曱笨蒸汽（1 9)導入所有環中。這些環周圍係均勻分 布著許多出口孔（26)，鄰-二曱苯蒸汽經由這些孔逸出並與 程序空氣混合。 實例 對於每年年容量為50,000噸之PA設備，根據上述原理完 成鄰-二甲苯之蒸發，該設備每年係操作8〇〇〇小時。鄰·二甲 苯的純度為98%。因為該設備的操作負載量為丨0〇克鄰-二甲 •苯/Nm3空氣，設備產率可達1 12%(每公斤所用的鄰-二甲笨 所產生的純PA公斤數），所需鄰二甲苯流為5〇,〇〇〇噸/pa X 1.12/8000/0.98 = 7143 公斤鄰-二甲苯/時。 設備進行氧化需要空氣ϋυβο Nm3/時。· 鄰-二曱苯泵浦供應鄰-二甲笨流（2(rc，大氣壓力下），其 在泵浦出口處的壓力為18巴，溫度為4〇。〔。在以2.5巴之低 壓蒸汽進行操作之第一個熱交換器中，鄰-二曱苯的溫度達 到13 5 °C。在以18巴加熱之第二個熱交換器中，將鄰_二曱 苯加熱至175 °C。進入蒸發器時，鄰-二曱笨的壓力為1 4巴 ，若熱交換器及導管的壓力損失為〇 4巴。 兩預熱器的蒸汽消耗量如下： 第一個預熱器： -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格di〇 X 297公董)--- 1244482 A7 B7 五、發明説明（7 ) 熱'"il里· 714〇公斤/日寸/ 3600秒/時χ2.1仔焦耳/公斤Κχ(ΐ35 C-4〇C) = 396 仔瓦 瘵汽需要量·· 396仟瓦/2 153仟焦耳/公斤X 3600秒/時=662 公斤/時（2.5巴） 第二個預熱器： 熱流量：7143公斤/時/3600秒/時\2.1仟焦耳/公斤、\(175 t-135t：)=167 仟瓦 蒸汽需要量：167仟瓦/1900仟焦耳/公斤Κ χ刊⑻秒/時 =3 16公斤/時（18巴） 每小時蒸發器必須蒸發7143公斤的鄰-二甲苯。此需要熱 流量為：7143公斤/時/3600秒/時乂[315仟焦耳/公斤+(18〇。<：：_ 175〇\2.15仟焦耳/公斤]<：]=1365仟瓦，其所需加熱蒸汽 (18巴）量為： … 1365仟瓦/19〇〇仟焦耳/公斤χ 3600秒/時=2586公斤/時。 在自然循環蒸發器系統例子中， 7143公斤/時/〇·15=4762〇公斤/時鄰-二曱苯在蒸發器導管 中循環。 在過熱器中加熱自蒸汽鼓逸出之鄰_二甲笨蒸汽使其過熱 10Κ ’因此他們在過熱器出口具有i9(rc之溫度。 過熱為所需要的熱輸出量為7143公斤/時/36〇〇秒/時X ^ 9 仟焦耳/公斤Kx(190°C-180°C) = 38仟瓦， 其相當於38仟瓦/1900仟焦耳/公斤x 36〇〇秒/時=72公斤“寺 (18巴）之加熱蒸汽量。 ^ 在恐發為出口處，過熱鄰_二曱苯蒸汽的壓力為1 3巴。這 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1244482 A7 B7 五、發明説明（8 ) 流，其在此點的壓力約 些蒸汽實質上係擴大進入程序空氣 0.5 巴。 -11 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1244482 A7

Φ 裝 訂

-12-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 工24猫贫?12354號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(94年6月) A BCD 一替 一正；密 六、申請專利範圍 一一— .身 S ϊ 一一1’二~备供製造酞酐用之鄰-二甲苯-空氣混合物的製造方法 ，特徵為鄰-二甲苯係在無氧存在下完全蒸發，之後過熱 之，然後與程序空氣混合，並將此混合物送入PA反應器 中，設備的負載量為80克鄰·二甲苯/Nm3空氣至120克鄰-二曱苯/Nm3空氣，並且在鄰-二曱苯之蒸發器（7，9)之前 提供一蒸汽累積槽（12)以供應加熱蒸汽。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為鄰-二曱苯之蒸 發器係一自然循環蒸發器（9)或一鍋型蒸發器（7)。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為混合鄰-二曱苯 蒸汽於過程中空氣可藉一設計成噴布器系統之混合裝置 執行。 78712-940607.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）