一種甲苯直接氧化制備苯甲酸和苯甲醛的反應(yīng)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及苯甲酸和苯甲醛的化學(xué)合成方法，具體涉及一種甲苯連續(xù)氧化反應(yīng)制備苯甲酸與苯甲醛的反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]苯甲酸是重要的有機(jī)合成原料，主要用作食品防腐劑、醇酸樹脂的改良劑，還可用在醫(yī)藥品、染料中間體、增塑劑、香料的原料、纖維中間體等領(lǐng)域；苯甲醛是化學(xué)工業(yè)上用途非常廣泛的芳香醛原料，廣泛應(yīng)用于香料、醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥等領(lǐng)域。目前工業(yè)上采用的制備苯甲酸和苯甲醛的方法有三氯甲苯水解法、鄰苯二甲酸酐脫羧法、芐鹵氧化法和液相空氣氧化法。但是，苯甲酸和苯甲醛主要應(yīng)用方面醫(yī)藥和食品香料行業(yè)要求其為無鹵產(chǎn)品，再者，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保方面考慮，甲苯液相空氣氧化法的方法逐漸成為國內(nèi)生產(chǎn)苯甲醛和苯甲酸的主流方法。
[0003]甲苯液相空氣氧化法是在催化劑和促進(jìn)劑存在的條件下，甲苯與空氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，生成主產(chǎn)物苯甲酸，并副產(chǎn)一定的苯甲醛。其反應(yīng)為連串式反應(yīng)，反應(yīng)原理如下:
在甲苯液相空氣氧化過程中，首先甲苯與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成中間產(chǎn)物苯甲醛，苯甲醛進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)生成主產(chǎn)物苯甲酸。
[0004]目前，在苯甲酸和苯甲醛的工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域，現(xiàn)有工藝反應(yīng)器裝置主要存在在以下問題:
1、生產(chǎn)苯甲酸反應(yīng)器主要為鼓泡式反應(yīng)器，其中反應(yīng)液在鼓泡式反應(yīng)器中返混現(xiàn)象非常嚴(yán)重，很難實(shí)現(xiàn)甲苯氧化反應(yīng)進(jìn)程的可控性，使得反應(yīng)中間產(chǎn)物苯甲醛的選擇性和收率較低。
[0005]2、甲苯液相氧化制備苯甲酸和苯甲醛的反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過程中需及時(shí)移走反應(yīng)熱，但是，在鼓泡式反應(yīng)器上加設(shè)換熱裝置，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移熱效率較低。若換熱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題則需停工，并且復(fù)雜的換熱結(jié)構(gòu)會(huì)給檢修帶來很大不便。
[0006]3、鼓泡反應(yīng)器是通過將空氣或高濃度02以鼓泡的方式通入反應(yīng)器中與液相甲苯發(fā)生氧化反應(yīng)，傳質(zhì)速率對氣液相反應(yīng)進(jìn)行的快慢有較大影響，而鼓泡式反應(yīng)器傳質(zhì)效率較低，延長了甲苯氧化反應(yīng)的時(shí)間。
[0007]因此，改進(jìn)苯甲酸生產(chǎn)工藝或裝置，在保證較高甲苯轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，降低反應(yīng)物的返混程度，使得其生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物苯甲醛產(chǎn)量得以提高；改進(jìn)反應(yīng)裝置，及時(shí)移走反應(yīng)熱，增加氣液傳質(zhì)效率，提高反應(yīng)速率，是當(dāng)前苯甲酸生產(chǎn)行業(yè)所需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于解決上述不足之處，使用新型管式反應(yīng)器系統(tǒng)來代替目前生產(chǎn)苯甲酸所采用的鼓泡式反應(yīng)器，使反應(yīng)物料在反應(yīng)器中流動(dòng)類似于平推流，大大降低反應(yīng)液在反應(yīng)器中的返混程度，提高反應(yīng)進(jìn)程的可控性，從而進(jìn)一步提高中間產(chǎn)物苯甲醛的選擇性和產(chǎn)率。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的方案如下:
一種甲苯直接氧化制備苯甲酸和苯甲醛的反應(yīng)裝置，包括:
管式反應(yīng)器系統(tǒng):垂直安裝的反應(yīng)套管由直徑較小的空管尾首相接，形成一個(gè)連貫的連續(xù)流動(dòng)的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，液相甲苯在反應(yīng)套管內(nèi)管中由氣體帶動(dòng)依次連續(xù)向反應(yīng)套管后部移動(dòng)并伴隨反應(yīng)，氣液相反應(yīng)物在反應(yīng)套管內(nèi)返混程度較小。
[0010]反應(yīng)器換熱系統(tǒng):反應(yīng)套管中內(nèi)管內(nèi)為自下而上并流的含甲苯反應(yīng)溶液和空氣，套管間為加熱或移熱介質(zhì)，其中，處于反應(yīng)溫度導(dǎo)熱介質(zhì)連續(xù)不斷于套管間流動(dòng)，及時(shí)將反應(yīng)初段液相甲苯反應(yīng)溶液加熱和移走反應(yīng)過程中氧化反應(yīng)所放熱量。
[0011]反應(yīng)套管:其中內(nèi)管為空管或采用靜態(tài)混合器混合單元結(jié)構(gòu)，具體形式可以為SK型、ISG型、LPD型和SV型中的任意一種，空氣進(jìn)入反應(yīng)套管內(nèi)管后，被套管內(nèi)管的靜態(tài)混合器均勻切割為多個(gè)小氣泡，與處于反應(yīng)套管內(nèi)管中的液相甲苯溶液進(jìn)行反應(yīng)，并伴隨帶動(dòng)液相反應(yīng)液流向相連的下根反應(yīng)套管中，其中，被靜態(tài)混合器切割所形成的空氣小氣泡一直處于液相反應(yīng)液中，一直伴有傳質(zhì)效果。
[0012]優(yōu)選地，所述反應(yīng)套管間加熱或移熱介質(zhì)為處于反應(yīng)溫度下高溫導(dǎo)熱油。優(yōu)選地，所述反應(yīng)套管內(nèi)管中設(shè)有的靜態(tài)混合器單元結(jié)構(gòu)為SK型和SV型。
[0013]本發(fā)明另外提供了一種甲苯直接氧化制備苯甲酸和苯甲醛的反應(yīng)裝置工藝和方法，其反應(yīng)裝置特征在于，該裝置由甲苯預(yù)熱換熱器、空氣預(yù)熱換熱器、催化劑連續(xù)加入設(shè)備和管式反應(yīng)器系統(tǒng)等組成。其中甲苯預(yù)熱換熱器由反應(yīng)器出口的熱物料與原料甲苯換熱，以使甲苯的溫度達(dá)到反應(yīng)所需溫度；空氣預(yù)熱換熱器由水蒸汽對其進(jìn)行間壁換熱，以使原料空氣達(dá)到反應(yīng)器進(jìn)口溫度；催化劑連續(xù)加料設(shè)備采用往復(fù)式加壓泵；管式反應(yīng)器系統(tǒng)由多個(gè)垂直安裝的反應(yīng)管組成，該反應(yīng)管為內(nèi)外套管式。
[0014]優(yōu)選地，所述相鄰反應(yīng)套管間均設(shè)有氧氣含量檢測裝置。
[0015]優(yōu)選地，所述反應(yīng)套管下部均設(shè)有取樣和放液口。
[0016]優(yōu)選地，所述管式反應(yīng)器系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)催化劑補(bǔ)加裝置。
[0017]與現(xiàn)有甲苯空氣氧化制備苯甲酸反應(yīng)裝置相比，本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明將垂直安裝的反應(yīng)套管通過較小直徑的空管首尾相接，反應(yīng)套管內(nèi)管設(shè)有靜態(tài)混合器混合單元結(jié)構(gòu)加強(qiáng)空氣進(jìn)入反應(yīng)套管內(nèi)管后與液相甲苯接觸，并推動(dòng)反應(yīng)液向后移動(dòng)伴隨反應(yīng)進(jìn)行，很大程度上增加了氣液的傳質(zhì)效果，使得空氣在甲苯液相主體中接觸時(shí)間增長，并使反應(yīng)液返混程度大大降低，從而對反應(yīng)過程和反應(yīng)中間產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了可控效果；反應(yīng)套管套管間流動(dòng)處于反應(yīng)溫度導(dǎo)熱油，及時(shí)將反應(yīng)液加熱和移走反應(yīng)過程放熱，又不至于移熱過多，對反應(yīng)產(chǎn)生影響，套管式換熱裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，不易損壞，檢修方便；管式反應(yīng)器系統(tǒng)中各個(gè)反應(yīng)套管間設(shè)有氧氣檢測裝置，可以實(shí)時(shí)的檢測氧氣的消耗情況，并進(jìn)行甲苯氧化反應(yīng)的進(jìn)度分析。
[0018]優(yōu)點(diǎn)
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
(I)本發(fā)明的管式反應(yīng)器系統(tǒng)相比于鼓泡式反應(yīng)器，反應(yīng)物在反應(yīng)器中的流動(dòng)狀態(tài)近似于平推流，很大程度上減小了反應(yīng)物在反應(yīng)器中的返混程度，對于甲苯氧化反應(yīng)來講，大大提高了對氧化反應(yīng)進(jìn)程的可控性，有利于提高中間產(chǎn)物產(chǎn)量。
[0019](2)本發(fā)明的管式反應(yīng)器系統(tǒng)中的反應(yīng)管套管換熱系統(tǒng)，相比于鼓泡式反應(yīng)器中的換熱系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，換熱效率高，檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0020](3)本發(fā)明的管式反應(yīng)器反應(yīng)管內(nèi)管中裝填有靜態(tài)混合單元，相比于鼓泡式反應(yīng)器，大大提高了 O2與液相甲苯間的傳質(zhì)效果，提高了氧化反應(yīng)速率。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的一種甲苯直接氧化制備苯甲酸和苯甲醛的反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(1.反應(yīng)管、2.氧氣檢測裝置、3.取樣及放液口、4.靜態(tài)混合單元、5.反應(yīng)管套管夾套、6.導(dǎo)熱油出入口)；
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例2的一種甲苯直接氧化制備苯甲酸和苯甲醛的反應(yīng)裝置的工藝流程示意圖(1.反應(yīng)管、2.氧氣檢測裝置、3.取樣及放液口、4.靜態(tài)混合單元、5.反應(yīng)管套管夾套、6.導(dǎo)熱油出入口、7.氧氣預(yù)熱管套管、8.催化劑計(jì)量進(jìn)料泵、9.氧氣預(yù)熱管、10.甲苯預(yù)熱管、11.液相反應(yīng)產(chǎn)物換熱器、12.反應(yīng)產(chǎn)物分離罐、13.液相甲苯進(jìn)口閥、14.甲苯預(yù)熱反應(yīng)管套、15.甲苯進(jìn)料泵、16.安全背壓閥、17.導(dǎo)熱油加熱與儲(chǔ)罐、18.導(dǎo)熱油齒輪泵、19.氣體質(zhì)量流量計(jì)、20.氣體進(jìn)氣控制閥、21.氣液混合三通閥、22.反應(yīng)產(chǎn)物回流計(jì)量泵、23.回收甲苯計(jì)量流量泵、24.反應(yīng)產(chǎn)物儲(chǔ)罐、25.分離罐、26.催化劑、27.氣源、28.甲苯原料、29.加熱蒸汽)。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
本發(fā)明的在管式反應(yīng)器中甲苯發(fā)生液相氧化反應(yīng)制備苯甲醛與苯甲酸的方法對現(xiàn)有采用釜式和鼓泡床式反應(yīng)器生產(chǎn)苯甲醛和苯甲酸的方法進(jìn)行改進(jìn)，使用管式反應(yīng)器代替目前生產(chǎn)苯甲酸采用的釜式和鼓泡床反應(yīng)器，對于甲苯氧化反應(yīng)制苯甲酸這樣一個(gè)連串反應(yīng)來講，想要獲得更高產(chǎn)率的中間產(chǎn)物苯甲醛，需要控制反應(yīng)的時(shí)間，減小返混程度。使用類似于平推流的管式反應(yīng)器則可以很好的控制液相甲苯與空氣的接觸時(shí)間，且返混程度較小，大大提高了中間產(chǎn)物苯甲醛的選擇性。
[0024