專利名稱：一種低能耗制備對苯二甲酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低能耗制備對苯二甲酸的方法，背景技術(shù)芳香羧酸是重要的有機化合物和生產(chǎn)多種化學(xué)產(chǎn)品的原料，其中又以對苯二甲酸(TA)產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣。TA主要用于與乙二醇聚合生產(chǎn)對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，該聚酯產(chǎn)品是重要的紡織纖維原料和包裝及容器生產(chǎn)原料。TA可采用對二甲苯(PX)在空氣或其它分子氧源為氧化劑，在高溫、高壓條件下催化氧化制得。1958年，Mid-Century公司的Saffer在美國專利US2833816中公開了氧化對二甲苯生產(chǎn)對苯二甲酸的方法，該方法的要點是以低分子量的羧酸如醋酸作為反應(yīng)溶劑，以可溶性的鈷、錳、溴化合物為催化體系，用空氣液相氧化制得對苯二甲酸，其中對二甲苯液相催化氧化轉(zhuǎn)變?yōu)門A的收率可達(dá)90％以上。目前絕大多數(shù)生產(chǎn)TA的工廠都采用該方法生產(chǎn)，該法已成為TA生產(chǎn)的一項公知技術(shù)。
上述PX液相氧化制備TA的反應(yīng)是一個強放熱反應(yīng)，綜合利用反應(yīng)的反應(yīng)熱，降低TA生產(chǎn)過程的能量消耗一直是TA技術(shù)發(fā)展的重要方向。PX氧化的反應(yīng)熱是通過溶劑蒸發(fā)從反應(yīng)器中移出，反應(yīng)尾氣中含有較多的能量，在現(xiàn)有各類TA生產(chǎn)工藝中，該部分的能量是通過反應(yīng)器頂部尾氣冷凝器回收，產(chǎn)生不同等級的公用工程蒸汽，但這種回收方法對反應(yīng)熱的回收并不是很充分，大量低品位的能量不得不使用冷卻水冷卻，冷卻水的消耗量也較大，能量消耗較多。專利CN1137266A公開了一種利用反應(yīng)熱的節(jié)能方法，該方法的要點是將反應(yīng)塔頂高壓蒸汽直接通入一個高效蒸餾塔進行尾氣中醋酸和水的分離，醋酸的分離效率可達(dá)到95％以上，從而節(jié)省了醋酸和水進一步分離的能耗，但該方法能量品位的損失較多，反應(yīng)尾氣通過高效蒸餾塔后的溫度降低很大，影響了能量的進一步利用。專利ZL94103145.4和專利US5463113公開了在氧化反應(yīng)器上方設(shè)置一個脫水段，利用反應(yīng)熱進行部分精餾的方法，這兩個專利給出的方法與專利CN1137266A類似，可以有效減少醋酸和水的分離的能耗，但與專利US2833816相同，也存在著能量等級降低的問題。因此，對苯二甲酸制備過程中反應(yīng)熱的回收和利用還需進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能綜合回收和利用PX氧化過程中反應(yīng)熱的低能耗制備對苯二甲酸的方法。
為達(dá)上述目的，低能耗制備對苯二甲酸的方法，包括以下步驟1)在氧化反應(yīng)器中以醋酸為溶劑，鈷、錳、溴為催化劑，于180～210℃溫度，0.7～1.8MPa壓力下，利用空氣氧化對二甲苯液相制備對苯二甲酸，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣通過溶劑蒸發(fā)從反應(yīng)器的頂部移出，尾氣中含有汽態(tài)的溶劑醋酸、反應(yīng)產(chǎn)物水、氮氣、沒有反應(yīng)的氧氣及反應(yīng)氣相副產(chǎn)物；2)反應(yīng)尾氣通入多級冷凝器逐級冷凝換熱，尾氣中50～80重量％的溶劑醋酸和水被冷凝，凝液返回氧化反應(yīng)器，不凝氣體送入高效蒸餾塔，對殘余的醋酸和水進行蒸餾分離，高效蒸餾塔塔頂冷凝器產(chǎn)生的熱水供給反應(yīng)尾氣的各級冷凝器作為冷卻水使用，各級冷凝器產(chǎn)生不同等級的公用工程蒸汽，供給各個蒸汽消耗單元。
1.氧化反應(yīng)器本發(fā)明采用的氧化反應(yīng)器可為攪拌式反應(yīng)器，如專利US5211924與專利US5102630公開的帶有兩層攪拌槳的攪拌釜反應(yīng)器，或者采用鼓泡塔反應(yīng)器，如專利ZL94103145.4和專利ZL200410067358.2公開的鼓泡塔反應(yīng)器。最佳的反應(yīng)器構(gòu)型為專利ZL200410067358.2給出的鼓泡塔反應(yīng)器，該反應(yīng)器不需要攪拌動設(shè)備，節(jié)省了電能，同時在反應(yīng)器頂部增加少量塔板可有效回收氣體夾帶的液體霧沫和固體粉末。
原料對二甲苯、溶劑醋酸、催化劑從反應(yīng)器的側(cè)面中下部加入反應(yīng)器，壓縮空氣從反應(yīng)器的底部加入，在催化劑的作用下，對二甲苯和空氣中的氧氣反應(yīng)生成固體產(chǎn)物對苯二甲酸，反應(yīng)產(chǎn)物漿料從反應(yīng)器的底部排出，自壓送入后續(xù)結(jié)晶和固液分離設(shè)備。對二甲苯氧化反應(yīng)是氣液固三相強放熱反應(yīng)，盡管可以采用多種方法移出反應(yīng)熱控制反應(yīng)溫度，但目前最可行的方法是利用溶劑蒸發(fā)移走反應(yīng)熱，反應(yīng)熱轉(zhuǎn)變?yōu)槿軇┑钠瘽摕釓姆磻?yīng)器中移出。蒸發(fā)的溶劑醋酸、反應(yīng)產(chǎn)物水、氮氣、沒有反應(yīng)的氧氣及反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳、一氧化碳等物質(zhì)從反應(yīng)器頂部引出反應(yīng)器。
氧化反應(yīng)條件反應(yīng)溫度是氧化反應(yīng)器最重要的過程設(shè)計參數(shù)。根據(jù)化學(xué)工程的原理，采用較高的反應(yīng)溫度更有利于能量的回收，同時高溫反應(yīng)條件還有利于TA晶體長大，產(chǎn)品便于過濾干燥分離；此外，高溫下催化劑用量和雜質(zhì)生成量也較少，有利于母液凈化。但是，過高的溫度將使原料和溶劑的燃燒副反應(yīng)加劇，物料損耗增加，同時也使設(shè)備投資增大。綜合考慮上述利弊，本發(fā)明給出的合適反應(yīng)溫度為180～210℃，最佳的反應(yīng)溫度為190～200℃。
反應(yīng)壓力(定義為反應(yīng)器頂部的絕對壓力)可改變反應(yīng)器內(nèi)汽液相平衡，進而影響到溶劑蒸發(fā)量。在本發(fā)明給定的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)壓力為0.7～1.8MPa，最佳反應(yīng)壓力為1.3MPa～1.5MPa。
反應(yīng)器停留時間(定義為反應(yīng)器內(nèi)的液相體積/出口液體體積流量)主要影響氧化反應(yīng)的深度、晶體粒徑和反應(yīng)器產(chǎn)能等。本發(fā)明給出的合適的反應(yīng)器停留時間為50～120分鐘。
進料溶劑比——即加入反應(yīng)器的原料對二甲苯與溶劑醋酸的質(zhì)量比，適當(dāng)?shù)倪M料溶劑比選擇為1∶3～1∶10之間。
催化劑濃度與配比——采用鈷、錳、溴三元復(fù)合催化劑，反應(yīng)器內(nèi)鈷、錳、溴三種離子在液相中的總濃度為700～2000ppm，其中鈷/錳的原子比為3∶1～1∶3，金屬催化劑(鈷+錳)與溴的原子比為0.5∶1～2.0∶1。
含水量——反應(yīng)器內(nèi)液相含水量控制在5～15％(w/w)范圍。
尾氣氧濃度——尾氣中氧與氮氣的體積比，控制在2～5％(v/v)范圍。
2.尾氣多級冷凝器反應(yīng)器尾氣蒸汽中含有較高的能量和大量的溶劑醋酸，大部分的能量和溶劑通過反應(yīng)尾氣冷凝器回收。反應(yīng)器頂部引出的反應(yīng)尾氣引入串聯(lián)的列管式換熱器組成的反應(yīng)尾氣冷凝器組，在冷凝器中反應(yīng)尾氣走管程，冷卻水走殼程。反應(yīng)尾氣冷凝器的一方面功能是將尾氣中的溶劑醋酸等可凝組分冷凝下來，凝液回流到反應(yīng)器實現(xiàn)溶劑醋酸的回收；另一方面功能是將冷凝過程中交換的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣霉こ陶羝哪芰?，從而回收反?yīng)熱。反應(yīng)尾氣多級冷凝器可設(shè)置為由1～4級串聯(lián)的列管式換熱器組成，以得到不同能量等級的公用工程蒸汽，最佳的反應(yīng)尾氣冷凝器的級數(shù)為兩級，其中第一級冷凝器的熱負(fù)荷較大，約為第二級冷凝器的2～4倍，第一級冷凝器將反應(yīng)尾氣冷凝到160～180℃，產(chǎn)生0.4～0.6MPa的公用工程蒸汽；第二級冷凝器將反應(yīng)尾氣進一步冷凝至120～160℃，產(chǎn)生0.1～0.4MPa的公用工程蒸汽。兩級冷凝器均采用立式逆流換熱操作方式，反應(yīng)尾氣從冷凝器的頂部管程引入，冷卻水從底部殼程引入，冷凝后的氣體和凝液在冷凝器底部分離罐分離，凝液返回氧化反應(yīng)器，沒有冷凝的氣相流股送入后續(xù)單元。與水比較醋酸的沸點較高，更容易從反應(yīng)尾氣中冷凝下來，因此冷凝器產(chǎn)生的冷凝液中含有較多的醋酸和較少的水，通過兩級尾氣冷凝凝液的水含量(定義為水濃度與其它可凝組分的比值)控制在20重量％左右。第一級冷凝器的冷凝液由導(dǎo)管引入到氧化反應(yīng)器的底部，第二級冷凝器的冷凝液由導(dǎo)管引入到氧化反應(yīng)器的頂部。
反應(yīng)尾氣冷凝器使用的冷卻水來自于高效蒸餾塔塔頂冷凝器產(chǎn)生的熱水，通過使用該部分熱水可減少尾氣冷凝器中由于冷卻水加熱消耗的顯量。第一級反應(yīng)尾氣冷凝器生成的較高溫度等級的蒸汽將作為整個對苯二甲酸制備系統(tǒng)公用工程蒸汽的主要蒸汽源，用于共沸精餾塔、蒸發(fā)器、汽提塔、反應(yīng)物料預(yù)熱等各個蒸汽消耗單元，過剩的蒸汽引入蒸汽透平的高壓蒸汽入口，驅(qū)動蒸汽透平做功；第二級反應(yīng)尾氣冷凝器生成的較低溫度等級的公用工程蒸汽將直接引入蒸汽透平低壓蒸汽入口，驅(qū)動蒸汽透平做功。
3.高效蒸餾塔反應(yīng)尾氣冷凝器排出的反應(yīng)尾氣溫度較低，無法再進行換熱產(chǎn)生公用工程蒸汽，對這部分含有低品位能量的反應(yīng)尾氣，傳統(tǒng)處理方法是將其直接用冷卻水冷卻至常溫，然后送入高壓吸收塔處理，最后通入尾氣膨脹機做功，這種方法不僅沒有回收反應(yīng)尾氣中的能量而且冷卻水的消耗量也較大。本發(fā)明提出的技術(shù)方案是利用冷凝后的反應(yīng)尾氣中的低品位能量在一個高效蒸餾塔中進行溶劑醋酸和水的精餾分離，從而減少后續(xù)醋酸和水分離的能耗，同時提高回流反應(yīng)器的冷凝液的溫度，增大反應(yīng)器蒸汽的發(fā)生量，具體實施方案的要點包括以下幾部分內(nèi)容a)由尾氣冷凝器排出的氣相流股送入一個高效蒸餾塔，反應(yīng)尾氣由塔的底部引入。該塔可以采用任何形式的高效分離蒸餾塔設(shè)備，優(yōu)選的高效蒸餾塔是浮閥塔、篩板塔或填料塔，該蒸餾塔有2～15塊理論板，最佳為6～10塊理論板。在高效蒸餾塔中，反應(yīng)尾氣的不凝氣體從高效蒸餾塔的底部引入，醋酸和水經(jīng)蒸餾分離后，富含醋酸的物流以液相的形式從塔的底部排出，回流氧化反應(yīng)器，富含水的物流以汽相形式從塔的頂部排出，引入蒸餾塔冷凝器冷卻。塔底液相流股的酸含量不低于70重量％，溫度控制在120～140℃；塔頂汽相流股的酸含量(定義為水占可凝組分的比例)不高于40重量％，溫度控制在100～130℃。
b)高效蒸餾塔塔頂餾出的氣相流股進一步引入蒸餾塔冷凝器冷卻，該冷凝器采用一級或兩級操作，為管殼式換熱器，反應(yīng)尾氣通過該換熱器冷卻至30～50℃，尾氣中的溶劑醋酸和水被進一步的冷凝下來，冷凝器后的出口氣相流股中可凝組分的含量不高于5重量％。冷凝所得凝液部分回流高效蒸餾塔，部分抽出送入脫水塔上部，回流比(回流量與抽出量之比)控制3∶1～1∶1之間；冷凝器后的反應(yīng)尾氣引入高壓吸收塔洗滌，最終送入尾氣膨脹機做功。高效蒸餾塔冷凝器產(chǎn)生的大量的熱水用作反應(yīng)尾氣冷凝器的冷卻水。
c)高效蒸餾塔底不需要額外增設(shè)再沸器，該塔中分離所需能量來自于反應(yīng)尾氣所帶的潛熱和顯熱，因此分離不需要額外提供能量。高效蒸餾塔塔底餾出物部分回流氧化反應(yīng)器，部分送入汽提塔中，與傳統(tǒng)對苯二甲酸生產(chǎn)工藝比較，該流股的溫度較高，可減少反應(yīng)器和汽提塔加熱冷流股的能量消耗。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的低能耗制備對苯二甲酸的方法，能實現(xiàn)綜合回收和利用PX氧化過程中的反應(yīng)熱。對二甲苯氧化是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過溶劑蒸汽從反應(yīng)器中移出，反應(yīng)尾氣是反應(yīng)熱的主要載體；本發(fā)明中反應(yīng)尾氣中的高品位的能量通過各級尾氣冷凝器回收，產(chǎn)生不同能級的公用工程蒸汽，該部分蒸汽既用于驅(qū)動蒸汽透平做功，又可為共沸精餾塔、蒸發(fā)器、汽提塔等設(shè)備提供熱源；低品位的能量用于精餾，分離溶劑醋酸和反應(yīng)產(chǎn)物水。


圖1是本發(fā)明的工藝流程簡圖；圖2是本發(fā)明提供的氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明能量回收系統(tǒng)各單元流股的能量能級和流股匹配圖。
具體實施例方式
圖1給出了實施本發(fā)明的工藝流程，該流程包括三個單元氧化反應(yīng)器、反應(yīng)尾氣冷凝器和高效蒸餾塔。圖例中，采用兩級尾氣冷凝器2-1和2-2，氧化反應(yīng)器1為優(yōu)選的氧化反應(yīng)器形式，采用上下均勻的鼓泡塔反應(yīng)器。氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示于圖2，鼓泡塔反應(yīng)器自下而上依次三相反應(yīng)段1-1、自由空間段1-2和氣體處理段1-3。在氣體處理段中安裝有持液塔板1-4用于回收尾氣中夾帶的液體霧沫和固體粉粒。在三相反應(yīng)段的下部水平安裝有氣體分布器1-5、進氣管1-6及第一級冷凝回流管1-11，在三相反應(yīng)段高度的1/4～1/2處設(shè)有原料進料管1-8，塔底設(shè)有出料管1-7，塔頂設(shè)有尾氣管1-9和第二級冷凝回流管1-10，尾氣管1-9與第一級尾氣冷凝器2-1的入口相連，第一級尾氣冷凝器的凝液出口和與氧化反應(yīng)器下部的第一級冷凝回流管1-11連接，第二級尾氣冷凝器的凝液出口與氧化反應(yīng)器頂部的第二級冷凝回流管1-10連接。
通過進料管1-8向鼓泡塔反應(yīng)器提供原料對二甲苯(PX)、催化劑鈷、錳金屬和溴化物以及所需溶劑醋酸?？諝鈮嚎s機將常壓空氣壓縮至1.3～2.2MPa左右(比鼓泡塔反應(yīng)器的壓力高約0.2MPa)，經(jīng)反應(yīng)器下部進氣管1-6通入鼓泡塔反應(yīng)器，高壓空氣中的氧作為反應(yīng)的氧化劑。反應(yīng)溫度為180～210℃，壓力為0.7～1.8MPa，反應(yīng)器內(nèi)漿料停留時間為50～120分鐘。PX在反應(yīng)器中經(jīng)過液相催化氧化生成固體產(chǎn)物對苯二甲酸(TA)，TA漿料經(jīng)出料管1-7排出反應(yīng)器，送入后續(xù)結(jié)晶和固液分離單元處理，反應(yīng)器中蒸發(fā)的溶劑蒸汽、沒有反應(yīng)的空氣組分和反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳及一氧化碳?xì)怏w由排氣管1-9引出反應(yīng)器，送入尾氣冷凝器回收能量。
兩級尾氣冷凝器均采用立式管殼式換熱器，反應(yīng)器塔頂引出的尾氣經(jīng)尾氣管送入第一級尾氣冷凝器的管程，殼程通入來自高效蒸餾塔頂部冷凝器產(chǎn)生的熱水，反應(yīng)尾氣和冷卻水逆流換熱。反應(yīng)尾氣在尾氣冷凝器的管程被冷卻，尾氣中的大部分溶劑醋酸和水在此過程中被冷凝下來，冷凝液沿管壁靠重量流入冷凝器底部的汽液分離罐，凝液經(jīng)回流管靠重力返回至氧化反應(yīng)器的下部，未冷凝的反應(yīng)尾氣通人第二級尾氣冷凝器。第一級尾氣冷凝器出口氣體和凝液的溫度通過通入冷凝器的冷卻水流量調(diào)節(jié)，控制在160～180℃，第一級尾氣冷凝器產(chǎn)生0.4～0.6MPa的公用工程蒸汽，占反應(yīng)尾氣總能量的1/2左右，該部分蒸汽用于溶劑醋酸脫水塔再沸器、汽提塔、蒸發(fā)器的加熱熱源，除此之外過剩的蒸汽引入蒸汽透平高壓蒸汽入口。第一級尾氣冷凝器排出的反應(yīng)尾氣送入第二級尾氣冷凝器的管程，殼程使用高效蒸餾塔頂部冷凝器產(chǎn)生的熱水作為冷卻水。第二級尾氣冷凝器的凝液靠重量流入冷凝器底部的汽液分離罐，該冷凝器出口溫度控制在120～160℃，產(chǎn)生0.1～0.4MPa的公用工程蒸汽，與第一級尾氣冷凝器比較第二級尾氣冷凝器回收的能量較少，約占反應(yīng)尾氣總能量的1/4，且能級等級較低，無法再作為加熱介質(zhì)使用，只能引入蒸汽透平低壓蒸汽入口，驅(qū)動蒸汽透平做功。第二級尾氣冷凝器底部的汽液分離罐排出的凝液經(jīng)回流管返回至氧化反應(yīng)器的頂部，未冷凝的氣體和溶劑蒸汽通人高效蒸餾塔3底部進行進一步的精餾分離。
第二級尾氣冷凝器冷凝后的反應(yīng)尾氣通過尾氣管引入高效蒸餾塔3中，在那里反應(yīng)尾氣中的溶劑醋酸和水等可凝組分進行精餾分離，進一步利用反應(yīng)尾氣中殘余的低品位能量。高效蒸餾塔可采用高效填料或者高效浮閥板或者高效篩板，蒸餾塔具有約有2～15塊理論塔板，最優(yōu)方案的是采用6～10塊理論塔。高效蒸餾塔塔頂餾出物通入到塔頂冷凝器3-1，被冷卻至常溫30～50℃，冷凝下來的液體和不凝氣體在凝液分離器3-2中分離，從凝液分離器中排出的氣相流股中含有較少的反應(yīng)溶劑，含量不超過反應(yīng)尾氣中總?cè)軇┝康?重量％，蒸餾塔設(shè)計在較高的壓力下操作，其操作壓力等于或略低于氧化反應(yīng)器的操作壓力，蒸餾塔出口氣相流股壓力較高，可將這些廢氣送入尾氣膨脹機回收壓力能。蒸餾塔塔低可以得到濃度不少于70重量％的溶劑醋酸溶液、塔頂可以得到醋酸濃度不高于40重量％的溶劑醋酸溶液；蒸餾塔回流比控制在3∶1～1∶1，塔低溜出物的質(zhì)量流率約是塔頂溜出物的1～2倍；塔低溜出物溫度較高，約130～140℃；塔頂溜出物溫度較低，約40～50℃。
實施例1采用本發(fā)明給出的方法進行年產(chǎn)60萬噸的對苯二甲酸流程與裝置設(shè)計，年生產(chǎn)時間7600小時，反應(yīng)溫度200℃，流程如圖1所示。所得相關(guān)工藝參數(shù)按照單元順序羅列如下a)鼓泡塔反應(yīng)器采用兩臺鼓泡塔反應(yīng)器并聯(lián)操作，單臺反應(yīng)器的生產(chǎn)能力為30萬噸/年。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其尺寸及工藝參數(shù)列于表1，反應(yīng)結(jié)果及相關(guān)指標(biāo)列于表2。
表1鼓泡塔反應(yīng)器尺寸及工藝條件

表2鼓泡塔反應(yīng)器輸出指標(biāo)

表1和表2中，PX指對二甲苯，TA指對苯二甲酸，COX濃度指CO2和CO濃度之和，4-CBA指對羧基苯甲醛，HAC指醋酸，固相4-CBA濃度＝固相4-CBA質(zhì)量/固相TA質(zhì)量。
b)尾氣冷凝器從兩臺鼓泡塔反應(yīng)器出來的反應(yīng)尾氣匯集成一股送入反應(yīng)尾氣冷凝器，尾氣冷凝器由兩級組成，第一級冷凝器將反應(yīng)尾氣冷凝至170℃，產(chǎn)生0.45MPa的公用工程蒸汽，第二冷凝器將反應(yīng)尾氣冷凝至140℃，產(chǎn)生0.21MPa的公用工程蒸汽，兩級冷凝器的工藝參數(shù)列于表3、4。
表3反應(yīng)尾氣第一冷凝器工藝參數(shù)

表4反應(yīng)尾氣第二冷凝器工藝參數(shù)

c)高效蒸餾塔尾氣冷凝器出口反應(yīng)尾氣通入高效蒸餾塔，該塔采用高效浮閥塔板，理論塔板數(shù)為6。蒸餾塔頂?shù)臍庀嘁肜淠?，冷卻至常溫40℃，凝液送入脫水塔上部；蒸餾塔底的液相餾出物一半返回反應(yīng)器，一半送入脫水塔中部。高效蒸餾塔的相關(guān)工藝參數(shù)如表5所示。
表5脫水塔工藝參數(shù)

主要能量回收和消耗指標(biāo)根據(jù)上述實施方案，表6給出了該工藝能量回收和消耗指標(biāo)，其中能量回收部分指反應(yīng)器尾氣冷凝器回收的兩級公用工程蒸汽，能量消耗主要考慮了主要裝置鼓泡塔反應(yīng)器、脫水塔的能耗。與其它工藝比較，上述實施方案的節(jié)能優(yōu)勢體現(xiàn)在能量回收多和消耗指標(biāo)小。
表6主要能量回收和消耗指標(biāo)

圖3所示為系統(tǒng)中各單元流股的能量負(fù)荷，(以90℃的液相純物質(zhì)為基準(zhǔn)計算)，圖中1為反應(yīng)器出口尾氣的能量；2為第一級尾氣冷凝器產(chǎn)生的公用工程蒸汽的能量；3為第一級尾氣冷凝器出口反應(yīng)尾氣的能量；4為第一級尾氣冷凝器出口凝液的能量；5為第二級尾氣冷凝器產(chǎn)生的公用工程蒸汽的能量；6為第二級尾氣冷凝器出口反應(yīng)尾氣的能量；7為第二級尾氣冷凝器出口凝液的能量；8為高效蒸餾塔塔頂冷凝器消耗的能量；9為高效蒸餾塔塔底餾出物的能量；10為高效蒸餾塔塔頂餾出物的能量。
對比例1為說明本發(fā)明的優(yōu)點，可將本發(fā)明給出的生產(chǎn)流程與現(xiàn)有的典型PTA工藝進行比較。作為對比例1，所參照比較的流程是采用常規(guī)的單臺攪拌釜反應(yīng)器代替本發(fā)明的鼓泡塔反應(yīng)器，同時反應(yīng)器尾氣能量回收采用兩級尾氣冷凝，但冷凝后的反應(yīng)尾氣不通過本發(fā)明給出的高效蒸餾塔，而是直接用冷卻水冷卻反應(yīng)尾氣至40℃。
表7～8給出了采用上述流程年產(chǎn)60萬噸對苯二甲酸的比較流程的主要設(shè)備工藝參數(shù)，表9列出了相關(guān)的能耗指標(biāo)。
表7氧化反應(yīng)器工藝參數(shù)

表8反應(yīng)尾氣冷凝器工藝參數(shù)

表9主要能量回收和消耗指標(biāo)

實施例1與對比例1比較，在反應(yīng)尾氣能量回收方面第一級蒸汽多2T/h公用工程蒸汽，二級蒸汽多回收1T/h公用工程蒸汽。同時由于增加了高效蒸餾塔利用反應(yīng)尾氣能量進行醋酸和水的預(yù)分離，主脫水塔能量消耗支出減少了6T/h公用工程蒸汽，總的公用工程的盈余量9T/h。此外實施例1采用鼓泡塔反應(yīng)器沒有運動部件與對比例1采用的攪拌反應(yīng)器比較，電能可以節(jié)省1000KW/h。
對比例2為進一步說明本發(fā)明的優(yōu)點，本發(fā)明給出的生產(chǎn)流程與現(xiàn)有的另一種典型PTA工藝進行比較。對比例2的流程采用鼓泡塔反應(yīng)器，反應(yīng)尾氣首先通過一個脫水段進行醋酸和水的分離，然后再引入兩級尾氣冷凝器回收能量。表10～11給出了采用上述流程年產(chǎn)60萬噸對苯二甲酸的比較流程的主要設(shè)備工藝參數(shù)，表12列出了相關(guān)的能耗指標(biāo)，其中氧化反應(yīng)器采用兩臺并聯(lián)。
表10氧化反應(yīng)器工藝參數(shù)

表11反應(yīng)尾氣冷凝器工藝參數(shù)

表12主要能量回收和消耗指標(biāo)

實施例1與對比例2比較，對比例2在脫水塔的能量消耗較少8T/h，但反應(yīng)尾氣能量回收方面第一反應(yīng)尾氣冷凝器產(chǎn)生的0.45MPa蒸汽少40T/h，第二級蒸汽多回收31T/h公用工程蒸汽。雖然總能量保持不變，但能量的公用工程蒸汽的等級降低了，用于蒸汽透平做的功將減少。
權(quán)利要求
1.一種低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于包括以下步驟1)在氧化反應(yīng)器中以醋酸為溶劑，鈷、錳、溴為催化劑，于180～210℃溫度，0.7～1.8MPa壓力下，利用空氣氧化對二甲苯液相制備對苯二甲酸，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣通過溶劑蒸發(fā)從反應(yīng)器的頂部移出，尾氣中含有汽態(tài)的溶劑醋酸、反應(yīng)產(chǎn)物水、氮氣、沒有反應(yīng)的氧氣及反應(yīng)氣相副產(chǎn)物；2)反應(yīng)尾氣通入多級冷凝器逐級冷凝換熱，尾氣中50～80重量％的溶劑醋酸和水被冷凝，凝液返回氧化反應(yīng)器，不凝氣體送入高效蒸餾塔，對殘余的醋酸和水進行蒸餾分離，高效蒸餾塔塔頂冷凝器產(chǎn)生的熱水供給反應(yīng)尾氣的各級冷凝器作為冷卻水使用，各級冷凝器產(chǎn)生不同等級的公用工程蒸汽，供給各個蒸汽消耗單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于氧化反應(yīng)器為攪拌式反應(yīng)器，或為鼓泡塔反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于所說的多級冷凝器為1～4級串聯(lián)的列管式換熱器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于多級冷凝器的級數(shù)為兩級，第一級冷凝器將反應(yīng)尾氣蒸汽冷卻到160～180℃，產(chǎn)生0.4～0.6MPa的公用工程蒸汽，第二級冷凝器將反應(yīng)尾氣蒸汽冷卻到130～160℃，產(chǎn)生0.1～0.4MPa的公用工程蒸汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于第一級冷凝器的冷凝液由導(dǎo)管引入到氧化反應(yīng)器的底部，第二級冷凝器的冷凝液由導(dǎo)管引入到氧化反應(yīng)器的頂部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于所說的高效蒸餾塔為浮閥塔、篩板塔或填料塔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于高效蒸餾塔有2～15塊理論板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于反應(yīng)尾氣的不凝氣體從高效蒸餾塔的底部引入，醋酸和水經(jīng)蒸餾分離后，富含醋酸的物流以液相的形式從塔的底部排出，回流氧化反應(yīng)器，富含水的物流以汽相形式從塔的項部排出，引入蒸餾塔冷凝器冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗制備對苯二甲酸的方法，其特征在于蒸汽消耗單元為共沸精餾塔、蒸發(fā)器、汽提塔或蒸汽透平。
全文摘要
本發(fā)明公開的低能耗制備對苯二甲酸的方法，步驟如下在氧化反應(yīng)器中以醋酸為溶劑，鈷、錳、溴為催化劑，利用空氣氧化對二甲苯液相制備對苯二甲酸，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣通過溶劑蒸發(fā)從反應(yīng)器的頂部移出通入多級冷凝器逐級冷凝換熱，凝液返回氧化反應(yīng)器，不凝氣體送入高效蒸餾塔，對殘余的醋酸和水進行蒸餾分離，高效蒸餾塔塔頂冷凝器產(chǎn)生的熱水供給反應(yīng)尾氣的各級冷凝器作為冷卻水使用，各級冷凝器產(chǎn)生不同等級的公用工程蒸汽，供給各個蒸汽消耗單元。實現(xiàn)了反應(yīng)熱的充分回收和利用。
文檔編號C07C51/16GK1951900SQ20061015460
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者王麗軍, 楊生東, 李希 申請人:浙江大學(xué)