Способ удаления оксида железа с поверхности титановых компонентов

Способ удаления оксида железа с поверхности титановых компонентов

Реферат

Область применения изобретения

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа и композиции для удаления отложений оксида железа с поверхности титановых компонентов, а более конкретно к использованию таких способа и композиции для снижения накопления или контроля накопления оксида железа на поверхностях титановых компонентов технологического оборудования в таких химических процессах, в которых присутствуют технологические потоки жидкости, которые могут иметь загрязнения в виде растворенного железа или соединений железа и которые могут входить в контакт с таким технологическим оборудованием.

Предпосылки к созданию изобретения

Титановые компоненты (к которым относятся оборудование и компоненты оборудования, изготовленные из металлического (в виде металла) титана, имеющие покрытие или плакировку из титана или образованную иным образом поверхность из титана) широко применяются в различных системах, процессах и средах, в которых важна коррозионная стойкость. Например, титан используют в качестве материала для конструирования реакционных сосудов (реакторов), вкладышей и других внутрикорпусных устройств в химических и других промышленных процессах, в которых имеется воздействие коррелирующих веществ (в том числе растворителей, реагентов и побочных продуктов реакции) или окружающей среды, такой как окисляющая среда. Титановые компоненты используют также в теплообменниках, так как это позволяет за счет повышенной коррозионной стойкости титана увеличить срок службы оборудования. Титановые компоненты в виде материалов элементов насадки часто используют в дистилляционных колоннах и других разделительных устройствах, которые применяют для разделения газ-жидкость с вовлечением коррелирующих веществ. Несмотря на то, что сами титановые компоненты являются коррозионно-стойкими, отложения оксида железа могут образовываться на поверхностях таких титановых компонентов, когда их используют в системах или процессах, в которых они входят в контакт с источником железа, таким как растворенное железо или соединения железа, которые могут присутствовать как загрязнения в технологических потоках. Например, титановые компоненты часто вводят в системы, в которых используют также относительно дешевые нержавеющие стали, в зонах, в которых коррозионная стойкость менее важна. Эти нержавеющие стали могут вводить в систему растворенное железо, которое может накапливаться на поверхности титановых компонентов в виде оксида железа. В других системах возможными источниками железа могут быть катализаторы, жидкие технологические потоки и загрязняющие вещества.

Накопление оксида железа на поверхности титанового компонента часто происходит постепенно, однако накопленные со временем количества оксида железа могут вредно влиять на эффективность титанового компонента. В случае титанового компонента в виде теплообменника, например, накопление оксидов железа на поверхности титанового компонента может ухудшать теплообмен. Когда титановые компоненты используют в дистилляционных колоннах в качестве насадки, тонкий слой оксидов железа может образовываться на поверхности титановой насадки в результате повторяющегося воздействия растворенного железа, причем сообщается, что "Накопления оксида железа ... на титановой структурированной насадке могут ускорить сгорание титана. Следует периодически удалять накопления таких материалов при помощи химических или иных средств. Однако если такое удаление сопровождается потерей титана, то это приводит к снижению толщины металла, который становится более чувствительным к сгоранию" (Centerline, Vol.5, No.2, Summer 2001, pp.6-8, 15-18, Mary Kay O'Connor Process Safety Center). В этой публикации также сообщается, что присутствие оксидов железа "ускоряет окисление титана [насадки] за счет механизма, известного как термитная реакция, в которой кислород для горения отбирается от менее активного оксида металла." Примеры реакций термитного типа с использованием металлического титана и оксидов железа могут быть выражены при помощи следующей формулы:

2FeO+Ti→TiO₂+2Fe или 2Fe₂О₃+3Ti→3TiO₂+4Fe.

Способы и композиции для удаления отложений оксида описаны в патенте США № 3,957,529, в котором предлагается чистящий растворитель, который содержит серную кислоту и лимонную кислоту и который используют для очистки металлических поверхностей; в патенте США № 4,174,290, в котором раскрыт способ удаления оксидов металлов с использованием композиции, которая содержит амин, крепкую неорганическую кислоту и лимонную кислоту; и в патенте США № 4,250,048, в котором раскрыт способ удаления оксидов металлов с использованием композиции, которая содержит производное аммиака, такое как амин, крепкую неорганическую кислоту и органическую хелатную добавку для удаления оксидов металлов в водном растворе с рН в диапазоне ориентировочно 0.5-3.0. В патенте США № 4,623,399 раскрыт способ удаления окалины из оксида железа с металлических поверхностей с использованием композиции, которая содержит гидроксиэтилен этилендиамин трихлоруксусную кислоту и органическую кислоту, такую как муравьиная кислота. Сообщается также, что феррометаллические продукты коррозии могут быть удалены за счет использования лимонной кислоты или комплексообразующих агентов лимонная кислота - танин.

Несмотря на то, что традиционные способы и композиции часто являются эффективными для удаления оксидов железа с различных поверхностей, их эффективность в особых применениях может быть ограничена в различных аспектах, таких как недостаточная избирательность к оксидам железа по отношению к другим желательным металлам, которые могут присутствовать. В случае отложений оксида железа на поверхностях титановых компонентов избирательное удаление, при котором оксид железа удаляется без существенного повреждения или растворения титанового компонента, может быть особенно важным, принимая во внимание относительно высокую стоимость титановых компонентов.

Таким образом, желательно создать способ и композицию для удаления отложений оксида железа с титанового компонента без повреждения титанового компонента. В случае титановых компонентов, которые используют в химических и других промышленных процессах, особенно желательно обеспечить удаление или контроль отложений оксида железа на поверхности титановых компонентов при объединении с другими аспектами указанных процессов.

Краткое изложение изобретения

Авторы настоящего изобретения создали способ и композицию растворителя, которые способны производить избирательное удаление отложений оксида железа с поверхности титановых компонентов.

В соответствии с настоящим изобретением композиция растворителя содержит водный раствор органической кислоты и гидрогалоидной (галоидоводородной) кислоты.

В соответствии с настоящим изобретением отложения оксида железа избирательно удаляют с поверхности титанового компонента за счет ввода в контакт титанового компонента с композицией растворителя в соответствии с настоящим изобретением. Ввод в контакт с композицией растворителя может быть осуществлен за единственный проход или за счет повторного использования композиции, содержащей растворенные разновидности, при проведении одного или нескольких контактов с титановым компонентом.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предусматривается способ обработки устройства для дистилляции, содержащего внутренний титановый компонент, для удаления отложения твердого оксида железа на поверхности титанового компонента, включающий

(a) введение в дистилляционную колонну органической кислоты - алкилмонокарбоновой кислоты, имеющей от 2 до 6 атомов углерода, или бензойной кислоты, или их смеси, при первой температуре в диапазоне от 30 до 125°С, и пропускание органической кислоты через дистилляционную колонну, при отсутствии молекулярного кислорода,

(b) добавление в органическую кислоту с первой температурой и при отсутствии молекулярного кислорода водного раствора гидрогалоидной кислоты с температурой ниже, чем первая температура, для получения водного раствора композиции растворителя при второй температуре, которая ниже первой температуры,

(c) введение в контакт титанового компонента и композиции растворителя в дистилляционной колонне в отсутствие молекулярного кислорода.

В качестве органической кислоты используют водный раствор алкилмонокарбоновой кислоты, имеющей от 2 до 6 атомов углерода, в частности уксусной кислоты.

В качестве гидрогалоидной кислоты используют бромисто-водородную кислоту, водный раствор которой содержит, по меньшей мере, около 48 вес.% бромисто-водородной кислоты.

Твердые отложения оксида железа содержат, по меньшей мере, 60 вес.% оксида железа III.

Органическую кислоту и гидрогалоидную кислоту вводят в таких количествах, что композиция растворителя содержит от 0.5 до 20 вес.% гидрогалоидной кислоты и от 0.5 до 25 вес.% воды.

Вторая температура лежит в диапазоне от 55 до 100°С.

Способ может включать в себя дополнительную операцию поддержания потока инертного газа через дистилляционную колонну.

Другим объектом изобретения является способ получения ароматической карбоновой кислоты, включающий

(а) окисление в зоне реакции исходного материала - ароматического соединения в жидкой фазе реакционной смеси, содержащей ароматическое соединение, воду, растворитель монокарбоновой кислоты, катализатор окисления и источник молекулярного кислорода, для образования продукта, содержащего ароматическую карбоновую кислоту и газовую фазу, содержащую водяной пар, непрореагировавший молекулярный кислород и газообразный растворитель монокарбоновой кислоты,

(b) удаление, полностью или частично, газовой фазы из зоны реакции в разделительное устройство, содержащее, по меньшей мере, один внутренний титановый компонент,

(c) разделение газовой фазы в разделительном устройстве на жидкую фазу, содержащую растворитель монокарбоновой кислоты, и вторую газовую фазу, содержащую водяной пар,

отличающийся тем, что разделительное устройство обрабатывают для удаления твердых отложений оксида железа на поверхности внутреннего титанового компонента при помощи процесса, предусматривающего прерывание, по меньшей мере, операций (b) и (с) и введение в контакт, при отсутствии молекулярного кислорода, в разделительном устройстве поверхности титанового компонента с водным раствором композиции растворителя, содержащим органическую кислоту - алкилмонокарбоновую кислоту, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, или бензойную кислоту, или их смесь, и гидрогалоидную кислоту, в количествах, эффективных для растворения твердых отложений оксида железа без существенного растворения металлического титана.

Органическую кислоту вводят в разделительное устройство с первой температурой, при отсутствии молекулярного кислорода, а гидрогалоидную кислоту вводят с температурой, ниже первой температуры, и воду добавляют в органическую кислоту, при отсутствии молекулярного кислорода, для получения композиции растворителя при второй температуре, которая ниже, чем первая температура, и вводят в контакт композицию растворителя с поверхностью титанового компонента в отсутствие молекулярного кислорода в разделительное устройство.

В качестве гидрогалоидной кислоты используют бромисто-водородную кислоту, а в качестве алкилмонокарбоновой кислоты используют уксусную кислоту.

В качестве растворителя монокарбоновой кислоты в операции (а) и органической кислоты в композиции растворителя может использоваться одна и та же кислота.

Способ может дополнительно предусматривать удаление из устройства раствора, содержащего композицию растворителя и растворенные соединения железа, извлечение уксусной кислоты из раствора и повторное направление, по меньшей мере, части уксусной кислоты в зону реакции.

Операция (с) в данном способе может предусматривать разделение газовой фазы на жидкую фазу и вторую газовую фазу при помощи дистилляции в дистилляционной колонне, которая содержит внутренние титановые компоненты, которые представляют собой элементы насадки.

Еще одним объектом изобретения является способ получения терефталевой кислоты, включающий

(a) окисление в зоне реакции исходного материала - параксилола в жидкой фазе реакционной смеси, содержащей параксилол, воду, уксусную кислоту, катализатор окисления и источник молекулярного кислорода, для образования продукта, содержащего терефталевую кислоту и газовую фазу, содержащую водяной пар, непрореагировавший молекулярный кислород и газообразную уксусную кислоту,

(b) удаление, полностью или частично, газовой фазы из зоны реакции в дистилляционную колонну, содержащую внутренние титановые компоненты,

(c) дистилляцию газовой фазы в дистилляционной колонне для ее разделения на жидкую фазу, содержащую уксусную кислоту, и вторую газовую фазу, содержащую водяной пар,

отличающийся тем, что дистилляционную колонну обрабатывают для удаления твердых отложений оксида железа на внутренних титановых компонентах при помощи процесса, предусматривающего прерывание, по меньшей мере, операций (b) и (с) и пропускание через дистилляционную колонну, в контакте с титановыми компонентами и при отсутствии молекулярного кислорода, водного раствора композиции растворителя, которая содержит уксусную кислоту, бромисто-водородную кислоту и воду, в пропорциях, эффективных для растворения твердых отложений оксида железа без существенного растворения металлического титана.

Краткое описание чертежа

На чертеже показан вариант настоящего изобретения, в котором отложения оксида железа могут быть удалены с титанового компонента внутрикорпусных устройств дистилляционной колонны.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение основано, в частности, на обнаружении того факта, что оксид железа присутствует в твердой форме на поверхностях титановой насадки дистилляционной колонны, используемой для разделения воды и кислоты в газах верхнего погона, образуемых в жидкой фазе процесса окисления при изготовлении ароматических карбоновых кислот, причем полагают, что оксид железа, который накапливается на элементах насадки в результате осаждения или отложения из парообразных технологических жидкостей или из потока орошения дистилляции, содержащих растворенные соединения железа, имеет существенно более высокое содержание оксида железа (III), а особенно альфа Fe₂О₃, чем оксида железа (II). В то время как можно полагать, что содержащие железо загрязнения, растворенные в различных жидких потоках, используемых в процессе, имеют более высокое содержание железа (II), окислители, высокие температуры и кислотная и коррозионная среда процесса способствуют окислению более растворимых разновидностей железа (II), растворенных в жидких потоках, в менее растворимый оксид железа (III), который имеет тенденцию к отложению на металлических поверхностях технологического оборудования. Титановые компоненты широко используют в таких процессах по причине тяжелых условий процесса, и поэтому важное значение для нормального протекания процесса и поддержания в надлежащем состоянии оборудования имеет удаление отложений оксида железа, которые могут образовываться, а в особенности оксида железа (III), без повреждения или растворения титановых компонентов.

Можно полагать, что ограниченная эффективность известных способов и композиций для избирательного удаления оксидов железа с поверхностей титанового компонента объясняется наличием оксида железа (III). В то время как оксиды железа (III), также как и оксид железа (II), часто присутствуют в оксидах железа, образованных на поверхностях титанового компонента, оксид железа (III) может быть преобладающим или может присутствовать в существенных количествах. Следует иметь в виду, что растворители, которые являются эффективными при удалении осажденного оксида железа (II), являются менее эффективными при растворении осажденного оксида железа (III), и поэтому удаление оксидов железа (III) обычно требует использования более сильных растворителей по сравнению с растворителями для оксидов железа (II). Несмотря на то, что более сильные растворители позволяют полностью или главным образом полностью удалять оксиды железа с поверхности титанового компонента, более сильные растворители также растворяют неприемлемо высокие уровни металлического титана с компонента и могут вызывать его повреждение. Однако за счет использования способа и композиции растворителя в соответствии с настоящим изобретением отложения оксида железа могут быть избирательно удалены с поверхности титанового компонента, даже при наличии существенного количества оксида железа (III).

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается композиция растворителя, пригодная для избирательного удаления оксидов железа с поверхностей титанового компонента, которая содержит гидрогалоидную кислоту, воду и органическую кислоту. Преимущественно, композиция растворителя главным образом содержит бромисто-водородную кислоту, воду и органическую кислоту. Композиция растворителя позволяет производить избирательное удаление существенных количеств оксидов железа, в том числе все видимые отложения оксида железа, с поверхности титанового компонента. Удаление оксидов железа вообще не сопровождается или сопровождается удалением только незначительного количества титана из титанового компонента.

В соответствии с первым вариантом композиция растворителя обычно имеет способность поглощения титана не более 2000 ppmw (весовых частей на миллион), предпочтительно не более 500 ppmw, более предпочтительно не более 100 ppmw, еще более предпочтительно не более 50 ppmw, а еще лучше не более 15 ppmw. Способность поглощения титана определяют как количество металлического титана, которое данная композиция растворителя способна растворять при контакте с образцом металлического титана, при условиях использования растворителя. Для предпочтительного использования способа и композиции растворителя в соответствии с настоящим изобретением способности поглощения титана обычно определяют на основании продолжительности контакта, составляющей по меньшей мере 48 часов при 80°С.

В соответствии с другим вариантом композиция растворителя может быть использована для полного или главным образом полного удаления всех видимых отложений оксида железа с поверхности титанового компонента, однако при удалении менее 1 вес.% всего металлического титана в титановом компоненте. Преимущественно, видимые отложения оксида железа с поверхности титанового компонента главным образом полностью удаляют при удалении менее 0.5 вес.%, а еще лучше при удалении менее 0.25 вес.%, всего металлического титана в титановом компоненте.

Количества гидрогалоидной кислоты, воды и органической кислоты, имеющиеся в композиции растворителя, выбирают таким образом, чтобы композиция позволяла осуществлять избирательное удаление отложений оксида железа с поверхности титанового компонента. Если имеется слишком много гидрогалоидной кислоты, то композиция растворителя может растворять нежелательное (слишком большое) количество титана в титановом компоненте. Следовательно, количество гидрогалоидной кислоты преимущественно выбирают таким образом, чтобы полученная композиция растворителя имела способность поглощения титана не более 2000 ppmw, преимущественно не более 500 ppmw, более преимущественно не более 100 ppmw, еще более преимущественно не более 50 ppmw, а еще лучше не более 15 ppmw. Количество гидрогалоидной кислоты в композиции растворителя должно составлять от 0.5 до 20 вес.%, преимущественно от 1 до 10 вес.%, а еще лучше, от 4 до 8 вес.% от полного веса композиции растворителя. Преимущественно, гидрогалоидной кислотой является бромисто-водородная кислота или хлористо-водородная (соляная) кислота, причем бромисто-водородная кислота является более предпочтительной.

Количество воды, имеющейся в композиции растворителя, выбирают таким образом, чтобы полученная композиция растворителя была эффективной для избирательного удаления оксидов железа с поверхности титанового компонента. При относительно высоком содержании воды композиция растворителя обычно теряет свою эффективность удаления отложений оксида железа. Вода обычно имеется в композиции растворителя в количестве от 0.5 до 25 вес.%, преимущественно от 3 до 15 вес.%, а еще лучше от 4 до 8 вес.%, от полного веса композиции растворителя.

После того, как произведен выбор соответствующих количеств гидрогалоидной кислоты и воды, остаток композиции растворителя образуют в первую очередь из органической кислоты. Преимущественно, остаток композиции растворителя главным образом или преимущественно состоит из органической кислоты.

В соответствии с предпочтительным вариантом композиция растворителя содержит гидрогалоидную кислоту в количестве 4-8 вес.%, воду в количестве 4-8 вес.%, и остаток в диапазоне ориентировочно от 84 до 92 вес.% из органической кислоты.

Органическая кислота, которая имеется в композиции растворителя, представляет собой алкилмонокарбоновую кислоту, имеющую от 2 до 6 атомов углерода, бензойную кислоту или их смесь. В качестве подходящих примеров алифатических карбоновых кислот можно привести уксусную кислоту, пропионовую кислоту, бутановую кислоту и гексановую кислоту. Уксусную кислоту преимущественно используют в качестве органической кислоты, так как она является относительно дешевой и легкорециркулируемой, то есть легкоотделяемой от других компонентов.

Для использования в химических или других промышленных процессах, в которых технологическое оборудование содержит один или несколько титановых компонентов, контактирующих с технологическими потоками или материалами, в которых могут быть растворены или имеются содержащие железо загрязнения, и когда реагенты, растворители, продукты или другие технологические материалы или промежуточные химические соединения содержат органическую кислоту, подходящую для использования в композиции растворителя в соответствии с настоящим изобретением, для эффективного использования материалов и операций рециркуляции желательно, чтобы кислота, которая имеется в композиции растворителя, была той же кислотой, что и имеющаяся в технологическом процессе кислота. Например, в жидкой фазе окисления исходных материалов, содержащих ароматический углеводород, в ароматическую кислоту, проводимого с использованием уксусной кислоты в качестве растворителя реакции, использование уксусной кислоты в качестве компонента органической кислоты композиции растворителя в соответствии с настоящим изобретением позволяет исключить или уменьшить дублирование оборудования, которое используют при обработке, разделении, очистке и рециркуляции уксусной кислоты, а также упростить другое оборудование и системы.

Количество композиции растворителя, которое используют для избирательного удаления отложений оксида железа с поверхности данного титанового компонента, может быть определено с учетом таких факторов, как способность поглощения железа композицией растворителя, количество железа, имеющегося в отложениях оксида железа, и степень удаления железа. Способность поглощения железа определяют как максимальное количество железа, в пересчете на элементарное железо, которое данная композиция растворителя способна растворить при входе в контакт с железом при условиях использования. Как и способность поглощения титана, для преимущественного использования растворителя в соответствии с настоящим изобретением, способность поглощения железа определяют при продолжительности контакта, составляющей по меньшей мере 48 часов, и при температуре около 80°С. Таким образом, для одинаковых применений можно определить необходимое количество раствора с известной способностью поглощения железа путем оценки количества отложений оксида железа, которые следует удалить, и количества железа, которое содержится в оксидах железа, и расчета количества композиции растворителя, которое следует использовать.

Композиция растворителя в соответствии с настоящим изобретением является полезной для избирательного удаления как оксида железа (II) (FeO), так и оксидов железа (III), в том числе Fe₂О₃ в альфа- и гамма-формах, FeO(ОН) и смешанного оксида Fe₃О₄. Эта композиция особенно полезна для избирательного удаления оксидов железа, которые содержат оксиды железа (III), в особенности альфа Fe₂О₃, без существенного растворения титана из титанового компонента. Оксиды железа (III) обычно труднее поддаются избирательному удалению по сравнению с оксидами железа (II). Композиция растворителя в соответствии с настоящим изобретением позволяет производить избирательное удаление отложений оксида железа из титановых компонентов, когда отложения оксида железа содержат в первую очередь оксид железа (III). Отложения оксида железа, которые содержат по меньшей мере 60 вес.% оксида железа (III) и даже по меньшей мере 90 вес.% оксида железа (III), могут быть эффективно удалены или существенно снижены в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, настоящее изобретение особенно полезно для снижения или контроля накопления отложений оксида железа на титановых компонентах, которые используют в таких процессах, в которых содержащие железо загрязнения, растворенные в технологических жидкостях или потоках, контактируют с компонентами в присутствии окисляющих реагентов или сред, способных окислять растворимые разновидности железа (II) в оксиды железа (III).

Композиция растворителя в соответствии с настоящим изобретением может быть использована для избирательного удаления отложений оксида железа, образовавшихся на поверхностях титанового компонента, за счет ввода в контакт таких титановых компонентов с композицией растворителя. Преимущественно, для одних и тех же применений, после ввода в контакт композиции растворителя с титановым компонентом, производят ее рециркуляцию и вновь вводят в контакт с титановым компонентом, для того чтобы произвести избирательное удаление дополнительных отложений оксида железа. Композиция растворителя может быть рециркулирована порциями или непрерывно до тех пор, пока желательное количество отложения оксида железа не будет удалено. В пределах заданной способности поглощения железа раствором в конкретных условиях использования каждый последующий повторный цикл позволяет удалять дополнительное количество отложений оксида железа. Преимущественно, композицию растворителя рециркулируют до тех пор, пока не будут удалены все видимые отложения оксида железа с титанового компонента, однако при удалении менее чем 1 вес.%, преимущественно менее чем 0.5 вес.%, а еще лучше менее чем 0.25 вес.% полного содержания титана в титановом компоненте.

При входе в контакт с поверхностью титанового компонента температуру композиции растворителя, как свежего, так и используемого повторно, который может также содержать некоторое количество растворенного железа, следует выбирать таким образом, чтобы композиция растворителя постоянно оставалась однородной и находилась в жидкой фазе, но не повреждала титановый компонент или другое оборудование, которое может быть открыто для воздействия растворителя. Преимущественно, температура должна быть достаточно высокой для того, чтобы максимально растворять отложения оксидов железа в композиции растворителя или их рециркулировать, но достаточно низкой для того, чтобы минимально растворять титан титанового компонента. Преимущественно, температура должна быть достаточно низкой, так чтобы менее 1 вес.%, преимущественно менее 0.5 вес.%, а еще лучше, менее 0.25 вес.% всего титана в титановом компоненте растворялось композицией растворителя при удалении всех видимых отложений оксида железа из титанового компонента. Температуры ниже ориентировочно 135°С являются предпочтительными для композиций растворителя, которые содержат бромисто-водородную кислоту, так как более высокие температуры могут приводить к растворению нежелательно высоких уровней металлического титана. При входе в контакт с титановым компонентом или при рециркуляции температуры композиции растворителя должны составлять ориентировочно от 10 до 135°С, преимущественно от 10°С до 125°С, более преимущественно от 55°С до 100°С, а еще лучше от 70°С до 90°С.

Давление, при котором титановый компонент входит в контакт с композицией растворителя, может быть любым давлением, которое подходит для выбранной температуры. Использование давлений выше атмосферного позволяет использовать более высокие температуры композиции растворителя. Использование давлений ниже атмосферного требует понижения температур. Преимущественно, давление, при котором титановый компонент входит в контакт с композицией растворителя, соответствует атмосферному.

Композиция растворителя преимущественно контактирует или повторно контактирует с поверхностью титанового компонента главным образом при отсутствии молекулярного кислорода, чтобы избежать образования потенциально горючих смесей. Атмосферу, в которой главным образом нет молекулярного кислорода, обычно получают за счет использования инертного газа, такого как азот, в обрабатываемом титановом компоненте или вокруг него.

Оборудование, такое как резервуары, насосы, теплообменники и трубы, которое может быть использовано для перемешивания и нагревания композиции растворителя, а также для ее транспортирования к обрабатываемому композицией титановому компоненту и от него, должно быть сконструировано из материалов, которые сами не содержат растворимых форм железа, которые могли бы растворяться в композиции, что могло бы привести к снижению ее способности поглощения железа ранее использования. В этом отношении особенно нежелательны нержавеющая сталь и другие содержащие железо металлы. Титановые компоненты хорошо подходят для использования в оборудовании, которое изготовлено из полиэтилена, полипропилена, поливинилиденфторида и других пластмасс, которые обладают стойкостью к воздействию растворителя.

В соответствии с более специфическим вариантом осуществления настоящего изобретения водный раствор композиции растворителя, который содержит гидрогалоидную кислоту и алифатическую карбоновую кислоту, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, бензойную кислоту или их смесь, используют для удаления или контроля образования твердых отложений оксида железа на титановых компонентах, а в особенности на титановых компонентах оборудования для дистилляции или другого оборудования для отделения газа от жидкости, которое используют в процессах изготовления ароматических карбоновых кислот. В таких процессах исходный материал, который содержит алкильное ароматическое соединение или другой окисляемый ароматический углеводород, композицию катализатора, растворитель, содержащий монокарбоновую кислоту (например, уксусную кислоту) и воду, загружают в реакционный сосуд (реактор). В реактор вводят воздух, для того чтобы создать источник кислорода (О₂), необходимый для завершения каталитического окисления жидкой фазы без преобразования алкильного ароматического соединения в ароматическую кислоту. Несмотря на то, что воздух является предпочтительным источником молекулярного кислорода, также могут быть использованы чистый кислород, обогащенный кислородом воздух и другие подходящие источники кислорода. Окисление исходного материала в виде ароматического углеводорода в продукт, содержащий ароматическую кислоту, проводят в условиях реакции окисления. При этом используют температуры в диапазоне ориентировочно от 120 до 250°С, а преимущественно ориентировочно от 150 до 230°С. Давление в реакционном сосуде должно быть по меньшей мере достаточно высоким для того, чтобы поддерживать главным образом жидкую фазу исходного материала и растворителя в сосуде. Это давление изменяется в зависимости от давления паров исходного материала и растворителей, используемых в данной операции; в качестве примера можно указать, что при получении терефталевой кислоты за счет окисления исходного материала, который содержит параксилол, и растворителя, который содержит уксусную кислоту, диапазон давлений в реакционном сосуде составляет ориентировочно от 0 до 35 кг/см², а преимущественно составляет ориентировочно от 10 до 20 кг/см².

За счет окисления получают воду, по меньшей мере часть которой обычно отводят из системы. Окисление является экзотермическим и жидкая реакционная смесь обычно поддерживается в кипящем состоянии для рассеивания теплоты реакции за счет испарения летучих компонентов жидкой смеси. При этом в реакционном сосуде получают газ верхнего погона, который преимущественно отводят через верхнюю часть сосуда. Этот газ верхнего погона содержит парообразную монокарбоновую кислоту, водяной пар, кислород (О₂) и газообразные промежуточные продукты окисления. Если воздух используют в качестве источника молекулярного кислорода, то азот также присутствует в газовой фазе верхнего погона. Для удаления воды, но при повторном использовании в реакции других компонентов (например, монокарбоновой кислоты), газ верхнего погона удаляют из реактора в разделительное устройство, такое как дистилляционная колонна или другой парциальный конденсатор. Разделительное устройство содержит внутренние титановые компоненты, такие как насадка или тарелки, что необходимо из-за коррозионной активности газа верхнего погона. В качестве примера материалов титановой насадки можно привести титан марки 1, толщиной 0.10 мм, GEMPAK 2A, который может быть закуплен на фирме Kock-Glitsch Inc. of Wichita, Kansas (США).

При дистилляции внутренний титановый компонент материала насадки облегчает отделение монокарбоновой кислоты от воды, так что большая часть кислоты конденсируется из газа верхнего погона и накапливается на дне колонны, откуда кислота может быть возвращена в реакционный сосуд, в то время как вторая газовая фаза, которая содержит водяной пар и несконденсированные разновидности, удаляется через верхнюю часть колонны. Элементы насадки обычно имеют вид тонких листов из металлического титана, которые обычно являются рифлеными, причем элементы насадки располагаются связками бок о бок внутри колонны, чтобы создать большую площадь поверхности для теплообмена между текущей вверх парообразной фазой и текущей вниз жидкой фазой, содержащей поток орошения и конденсат. В дистилляции используют орошение водой, которая может быть получена из любого источника, но преимущественно используют воду из системы. Например, вода, которую удаляют из верхней части дистилляционной колонны, может быть сконденсирована и часть этого конденсата может быть направлена в дистилляционную колонну для орошения. Для орошения также может быть использована вода, которую используют для промывки или очистки получаемой в виде продукта ароматической кислоты, как это описано в патенте США № 5,723,656. Орошение водой может быть источником растворенного железа за счет контакта со стальными компонентами другого оборудования, которое используют в процессе окисления жидкой фазы или в последующих операциях процесса, таких как извлечение продукта и его очистка. В качестве примера таких стальных компонентов можно привести трубы, кристаллизаторы, баки для хранения, сушилки, центрифуги, фильтры, холодильники, насосы, скрубберы и т.п. Как уже было описано здесь ранее, можно полагать, что железо из потока орошения водой (который, вероятно, содержит главным образом Fe⁺²) вступает в реакцию с кислородом газа верхнего погона и образует главным образом оксид железа (III) на поверхности элементов насадки. Был проведен анализ внутренних элементов насадки, на которые воздействуют содержащий железо поток орошения водой и содержащий кислород газ верхнего погона, при помощи дифракции рентгеновских лучей (XRD) и энергетической дисперсионной спектрометрии (EDS), который показал, что до 90 вес.% твердых отложений оксида железа содержат оксид железа (III), с остатком из оксида