Система окисления с вторичным реактором для боковой фракции

Система окисления с вторичным реактором для боковой фракции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения композиции поликарбоновой кислоты. Один из аспектов настоящего изобретения относится к частичному окислению ароматического соединения (например, пара-ксилола) с получением сырой ароматической дикарбоновой кислоты (например, сырой терефталевой кислоты), которая затем может быть подвергнута очистке и выделению. Другой аспект изобретения относится к усовершенствованной реакторной системе, которая обеспечивает более эффективный и экономичный процесс окисления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Реакции окисления используются в ряде существующих промышленных процессов. Например, жидкофазное окисление в настоящее время используют для окисления альдегидов до кислот (например, пропионового альдегида до пропионовой кислоты), окисление циклогексана до адипиновой кислоты и окисление алкилароматических соединений до спиртов, кислот или дикислот. Особенно значимым промышленным процессом окисления последней категории (окисление алкилароматических соединений) является жидкофазное каталитическое окисление пара-ксилола до терефталевой кислоты. Терефталевая кислота является важным соединением, находящим целый ряд применений. Основное применение терефталевой кислоты состоит в применении в качестве исходного сырья при производстве полиэтилентерефталата (ПЭТ, РЕТ). ПЭТ является хорошо известным пластиком, используемым в больших количествах во всем мире для производства изделий, таких как бутылки, волокна и упаковочный материал.

В типичном процессе жидкофазного окисления, включая частичное окисление пара-ксилола до терефталевой кислоты, жидкофазный поток сырья и газофазный поток окислителя вводят в реактор и получают в реакторе многофазную реакционную среду. Жидкофазный поток сырья, введенный в реактор, содержит, по меньшей мере, одно способное к окислению органическое соединение (например, пара-ксилол), тогда как газофазный поток окислителя содержит молекулярный кислород. По меньшей мере, часть молекулярного кислорода, введенного в реактор в виде газа, растворяется в жидкой фазе реакционной среды, что обеспечивает доступность кислорода для жидкофазной реакции. Если жидкая фаза многофазной реакционной среды содержит недостаточную концентрацию молекулярного кислорода (например, если некоторые части реакционной среды являются «обедненными по кислороду»), нежелательные побочные реакции могут приводить к образованию примесей и/или целевые реакции могут быть замедлены по скорости. Если жидкая фаза многофазной реакционной среды содержит слишком мало способного к окислению соединения, скорость реакции может быть неприемлемо медленной. Кроме того, если жидкая фаза реакционной среды содержит избыточную концентрацию способного к окислению соединения, дополнительные нежелательные побочные реакции могут вызывать образование примесей.

Обычные реакторы жидкофазного окисления оборудованы средствами смешения для перемешивания многофазной реакционной среды, находящейся в них. Перемешивание реакционной среды предусмотрено в целях стимулирования растворения молекулярного кислорода в жидкой фазе реакционной среды, поддержания относительно равномерных концентраций растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды и поддержания относительно равномерных концентраций способного к окислению органического соединения в жидкой фазе реакционной среды.

Перемешивание реакционной среды, подвергающейся жидкофазному окислению, часто достигается с помощью механических средств перемешивания в емкостях, таких как, например, непрерывные реакторы смешения (НРС, CSTR). Хотя НРС могут обеспечить тщательное перемешивание реакционной среды, НРС имеют ряд недостатков. Например, НРС имеют относительно высокую капитальную стоимость, так как для них требуются дорогие двигатели, гидростатические подшипники и приводные валы и/или сложные перемешивающие механизмы. Кроме того, вращающиеся и/или колеблющиеся механические компоненты обычных НРС требуют регулярного технического обслуживания. Затраты труда и время отключения, связанные с таким техническим обслуживанием, увеличивают эксплуатационные расходы для НРС. Однако даже при регулярном техническом обслуживании системы механического перемешивания, используемые в НРС, склонны к механическим поломкам и могут потребовать замены в течение относительно короткого периода времени.

Реакторы по типу барботажной колонны дают привлекательную альтернативу НРС и другим реакторам окисления с механическим перемешиванием. Реакторы по типу барботажной колонны обеспечивают перемешивание реакционной среды без применения дорогого и ненадежного механического оборудования. Реакторы по типу барботажной колонны обычно включают удлиненную вертикальную реакционную зону, внутри которой находится реакционная среда. Перемешивание реакционной среды в реакционной зоне обеспечивается преимущественно за счет естественной плавучести пузырьков газа, поднимающихся вверх через жидкую фазу реакционной среды. Перемешивание за счет естественной плавучести, создаваемое в реакторах по типу барботажной колонны, снижает капитальные и эксплуатационные расходы относительно реакторов с механическим перемешиванием. Кроме того, по существу отсутствие движущихся механических деталей, связанных с реакторами по типу барботажной колонны, обеспечивает систему окисления, которая менее склонна к механическим поломкам, чем реакторы с механическим перемешиванием.

Когда жидкофазное частичное окисление пара-ксилола проводят в обычных реакторах окисления (НРС или в барботажной колонне), продукт, выводимый из реактора, как правило, представляет собой суспензию, содержащую сырую терефталевую кислоту (СТК, СТА) и маточную жидкость. СТК имеет относительно высокий уровень примесей (например, 4-карбоксибезальдегида, пара-толуиловой кислоты, флуоренонов и других окрашенных соединений), что делает ее неприемлемой в качестве сырья для производства ПЭТ. Следовательно, СТК, произведенная в обычных реакторах окисления, как правило, подвергается процессу очистки, который превращает СТК в очищенную терефталевую кислоту (ОТК, РТА), приемлемую для производства ПЭТ.

Один из типичных процессов очистки для превращения СТК в ОТК включает следующие стадии: (1) замена маточной жидкости суспензии, содержащей СТК, водой; (2) нагревание суспензии СТК/вода для растворения СТК в воде; (3) каталитическое гидрирование раствора СТК/вода для превращения примесей в более желаемые и/или легко отделяемые соединения; (4) осаждение полученной ОТК из раствора гидрирования с помощью множества стадий кристаллизации и (5) выделение кристаллизованной ОТК из остальных жидкостей. Хотя этот тип обычного процесса очистки является эффективным, он может быть очень дорогим. Отдельные факторы, вносящие вклад в повышение стоимости обычных методов очистки СТК, включают, например, тепловую энергию, требуемую для стимулирования растворения СТК в воде, катализатор, необходимый для гидрирования, поток водорода, требуемый для гидрирования, потерю выхода, вызванную гидрированием некоторого количества терефталевой кислоты, и множество сосудов, необходимых для многоступенчатой кристаллизации. Следовательно, было бы желательно разработать систему окисления, способную производить СТК, которая могла бы быть очищена без необходимости стимулированного нагреванием растворения в воде, гидрирования и/или многоступенчатой кристаллизации.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка более эффективной и экономичной системы жидкофазного окисления.

Другая цель изобретения состоит в разработке более эффективного и экономичного реактора и процесса жидкофазного каталитического частичного окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание реактора по типу барботажной колонны, который способствует улучшенному протеканию реакций жидкофазного окисления с пониженным образованием примесей.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в разработке более эффективной и экономичной системы для производства чистой терефталевой кислоты (ЧТК, РТА) путем жидкофазного окисления пара-ксилола с получением сырой терефталевой кислоты (СТК) и затем очистки СТК до ЧТК.

Другая цель настоящего изобретения состоит в создании реактора по типу барботажной колонны для окисления пара-ксилола и производства СТК, способной подвергаться очистке без необходимости стимулируемого нагреванием растворения СТК в воде, гидрирования растворенной СТК и/или многоступенчатой кристаллизации гидрированной СТК.

Следует отметить, что объем настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения, не ограничен способами и оборудованием, которые способны реализовать все перечисленные выше цели. Более того, объем заявленного изобретения может охватывать ряд систем, которые не достигают всех или каких-либо из перечисленных выше целей. Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут легко очевидны специалисту в данной области техники при рассмотрении следующего подробного описания и сопровождающих чертежей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к способу производства композиции поликарбоновой кислоты, и этот способ включает следующие стадии: (а) проведение окисления многофазной реакционной среды в реакторе первичного окисления, в результате чего получают первую суспензию; и (b) проведение дополнительного окисления, по меньшей мере, части первой суспензии в реакторе вторичного окисления, где реактор вторичного окисления представляет собой реактор по типу барботажной колонны.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к реакторной системе. Реакторная система включает реактор первичного окисления и реактор вторичного окисления. Реактор первичного окисления определяет границы первого впускного отверстия и первого выпускного отверстия. Реактор вторичного окисления представляет собой реактор по типу барботажной колонны, который определяет второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие. Первое выпускное отверстие связано передачей потока жидкости со вторым впускным отверстием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, где

ФИГ. 1 представляет собой вид сбоку реактора окисления, выполненного в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в частности, иллюстрирующий введение потоков сырья, окислителя и флегмы в реактор, присутствие многофазной реакционной среды в реакторе и выведение газа и суспензии из верхней части и нижней части реактора соответственно;

ФИГ. 2 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе нижней части реактора по типу барботажной колонны, полученный вдоль линии 2-2 на ФИГ. 3, в частности, иллюстрирующий расположение и конфигурацию барботера окислителя, используемого для введения потока окислителя в реактор;

ФИГ. 3 представляет собой вид сверху барботера окислителя ФИГ. 2, в частности, иллюстрирующий, что в верхней части барботера отсутствуют отверстия для подачи окислителя;

ФИГ. 4 представляет собой вид снизу барботера окислителя ФИГ. 2, в частности, иллюстрирующий конфигурацию отверстий для подачи окислителя в нижней части барботера;

ФИГ. 5 представляет собой вид сбоку в разрезе барботера окислителя, полученный вдоль линии 5-5 на ФИГ. 3, в частности, иллюстрирующий ориентацию отверстий для подачи окислителя в нижней части барботера окислителя;

ФИГ. 6 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе нижней части реактора по типу барботажной колонны, в частности, иллюстрирующий систему для введения потока сырья в реактор в многочисленных, разделенных вертикальными промежутками местоположениях;

ФИГ. 7 представляет собой вид сверху, полученный вдоль линии 7-7 на ФИГ. 6, в частности, иллюстрирующий, как система введения сырья, показанная на ФИГ. 6, распределяет поток сырья в предпочтительной радиальной зоне сырья (ЗС, FZ) и более чем одном азимутальном квадранте (Q₁, Q₂, Q₃, Q₄);

ФИГ. 8 представляет собой вид сверху в разрезе, аналогичный ФИГ. 7, но иллюстрирующий альтернативные средства для подачи потока сырья в реактор с использованием байонетных трубок, каждая из которых имеет множество небольших отверстий для сырья;

ФИГ. 9 представляет собой изометрический вид альтернативной системы для введения потока сырья в реакционную зону в многочисленных, разделенных вертикальными промежутками местоположениях без необходимости множества врезок в сосуд, в частности, иллюстрирующий, что система распределения сырья, по меньшей мере, частично может опираться на барботер окислителя;

ФИГ. 10 представляет собой вид сбоку системы распределения сырья с одной врезкой и барботера окислителя, представленных на ФИГ. 9;

ФИГ. 11 представляет собой вид сверху в разрезе, полученный по линии 11-11 на ФИГ. 10, и дополнительно иллюстрирует систему распределения сырья с одной врезкой, опирающуюся на барботер окислителя;

ФИГ. 12 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внутренней и внешней реакционными емкостями;

ФИГ. 13 представляет собой увеличенный вид в разрезе реактора по типу барботажной колонны ФИГ. 12, полученный по линии 13-13, в частности, иллюстрирующий относительную ориентацию внутренней и внешней реакционных емкостей;

ФИГ. 14 представляет собой вид сбоку альтернативного реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внутренней и внешней реакционными емкостями, в частности, иллюстрирующий, что внутренняя реакционная емкость имеет ступенчатый диаметр;

ФИГ. 15 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внешним реактором вторичного окисления, который принимает суспензию от боковой фракции в реакторе первичного окисления;

ФИГ. 16 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного сквозным внешним реактором вторичного окисления, который принимает суспензию из увеличенного отверстия в боковой части реактора первичного окисления;

ФИГ. 17а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внутренней структурой для усиления гидродинамики в реакторе;

ФИГ. 17b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 17а, полученный по линии 17b-17b на ФИГ. 17а;

ФИГ. 18а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного первой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 18b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 18а, полученный по линии 18b-18b на ФИГ. 18а;

ФИГ. 19а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного второй альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 19b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 19а, полученный по линии 19b-19b на ФИГ. 19а;

ФИГ. 20а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного третьей альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 20b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 20а, полученный по линии 20b-20b на ФИГ. 20а;

ФИГ. 21а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного четвертой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 21b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 21а, полученный по линии 21b-21b на ФИГ. 21а;

ФИГ. 22а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного пятой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 22b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 22а, полученный по линии 22b-22b на ФИГ. 22а;

ФИГ. 23а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного шестой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 23b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 23а, полученный по линии 23b-23b на ФИГ. 23а;

ФИГ. 24а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного седьмой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;

ФИГ. 24b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 24а, полученный по линии 24b-24b на ФИГ. 24а;

ФИГ. 25а представляет собой схематичный вид реактора по типу барботажной колонны со ступенчатым диаметром с усиливающей гидродинамику внутренней структурой;

ФИГ. 25b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 25а, полученный по линии 25b-25b на ФИГ. 25а;

ФИГ. 26 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, содержащего многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий реакционную среду, которая теоретически распределена на 30 горизонтальных тонких слоев равного объема, чтобы количественно определить некоторые градиенты в реакционной среде;

ФИГ. 27 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, содержащего многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий первый и второй дискретные 20-процентные сплошные объемы реакционной среды, которые имеют по существу различные концентрации кислорода и/или скорости потребления кислорода;

ФИГ. 28А и 28В представляют собой увеличенные виды частиц сырой терефталевой кислоты (СТК), произведенных в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в частности, иллюстрирующие, что каждая частица СТК представляет собой частицу низкой плотности с высокой площадью поверхности, состоящую из множества свободно связанных субчастиц СТК;

ФИГ. 29А и 29В представляют собой увеличенные виды полученной обычным образом СТК, особенно иллюстрирующие, что частица обычной СТК имеет увеличенный размер, более высокую плотность и более низкую площадь поверхности, чем частица заявляемой СТК ФИГ. 28А и 28В;

ФИГ. 30 показывает упрощенную схему технологических потоков процесса предшествующего уровня техники для производства очищенной терефталевой кислоты (ОТК) и

ФИГ. 31 показывает упрощенную схему технологических потоков процесса производства ОТК в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к жидкофазному частичному окислению способного к окислению соединения. Такое окисление предпочтительно проводят в жидкой фазе многофазной реакционной среды, находящейся в одном или в нескольких реакторах с перемешиванием. Подходящими реакторами с перемешиванием являются, например, реакторы с пузырьковым перемешиванием (например, реакторы по типу барботажной колонны), реакторы с механическим перемешиванием (например, непрерывные реакторы смешения) и реакторы с проточным перемешиванием (например, инжекторные реакторы). В одном из вариантов настоящего изобретения жидкофазное окисление проводят с использованием, по меньшей мере, одного реактора по типу барботажной колонны.

Используемое в данном случае определение «реактор по типу барботажной колонны» будет означать реактор для облегчения химических реакций в многофазной реакционной среде, где перемешивание реакционной смеси обеспечивается преимущественно за счет движения по направлению вверх пузырьков газа через реакционную среду. Используемое в данном случае определение «перемешивание» будет означать работу, распределенную в реакционной среде, которая вызывает потоки жидкости и/или перемешивание. Используемые в данном случае определения «большинство», «преимущественно» и «особенно» будут означать более чем 50%. Используемое в данном случае определение «механическое перемешивание» будет означать перемешивание реакционной среды, созданное физическим движением жесткого(их) или гибкого(их) элемента(ов) против или внутри реакционной среды. Например, механическое перемешивание может быть обеспечено за счет вращения, колебания и/или вибрации внутренних мешалок, лопастей, вибраторов или акустических диафрагм, расположенных в реакционной среде. Используемое в данном случае определение «перемешивание потоком» будет означать перемешивание реакционной среды, вызванное за счет высокой скорости инжекции и/или рециркулирования одной или нескольких текучих сред в реакционной среде. Например, перемешивание потоком может быть обеспечено с помощью насадок, эжекторов и/или эдукторов.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения менее чем приблизительно 40% перемешивания реакционной среды в реакторе по типу барботажной колонны во время окисления обеспечивается с помощью механического перемешивания и/или перемешивания потоком, более предпочтительно менее чем приблизительно 20% перемешивания обеспечивается с помощью механического перемешивания и/или перемешивания потоком, и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 5% перемешивания обеспечивается с помощью механического перемешивания и/или перемешивания потоком. Предпочтительно количество механического перемешивания и/или перемешивания потоком, воздействующего на многофазную реакционную среду во время окисления, составляет менее чем приблизительно 3 киловатта на кубический метр реакционной среды, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 киловатта на кубический метр и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 1 киловатт на кубический метр.

На ФИГ. 1 предпочтительный реактор по типу барботажной колонны 20 показан как состоящий из оболочки емкости 22, которая имеет реакционную секцию 24 и секцию отделения 26. Реакционная секция 24 определяет границы реакционной зоны 28, тогда как секция отделения 26 определяет границы зоны разделения 30. Преимущественно жидкофазный поток сырья вводят в реакционную зону 28 через впускное отверстие для сырья 32а,b,c,d. Преимущественно газофазный поток окислителя вводят в реакционную зону 28 через барботер окислителя 34, расположенный в нижней части реакционной зоны 28. Жидкофазный поток сырья и газофазный поток окислителя вместе образуют многофазную реакционную среду 36 в пределах реакционной зоны 28. Многофазная реакционная среда 36 содержит жидкую фазу и газовую фазу. Более предпочтительно многофазная реакционная среда 36 содержит трехфазную среду, имеющую твердофазный, жидкофазный и газофазный компоненты. Твердофазный компонент реакционной среды 36 предпочтительно выпадает в осадок внутри реакционной зоны 28 в результате реакции окисления, проводимой в жидкой фазе реакционной среды 36. Реактор по типу барботажной колонны 20 включает выпускное отверстие для суспензии 38, расположенное около днища реакционной зоны 28, и выпускное отверстие для газа 40, расположенное около верха зоны отделения 30. Суспензионный выходящий поток, содержащий жидкофазный и твердофазный компоненты реакционной среды 36, выводят из реакционной зоны 28 через выпускное отверстие для суспензии 38, тогда как преимущественно газообразный выходящий поток выводят из зоны отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40.

Жидкофазный поток сырья, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20 через впускное отверстие для сырья 32а,b,c,d, предпочтительно содержит способное к окислению соединение, растворитель и каталитическую систему.

Способное к окислению соединение, присутствующее в жидкофазном потоке сырья, предпочтительно содержит, по меньшей мере, одну углеводородную группу. Более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением. Еще более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением, по меньшей мере, с одной прикрепленной углеводородной группой, или, по меньшей мере, с одной прикрепленной замещенной углеводородной группой, или, по меньшей мере, с одним прикрепленным гетероатомом, или, по меньшей мере, с одной прикрепленной функцией карбоновой кислоты (-СООН). Даже более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением, по меньшей мере, с одной прикрепленной углеводородной группой, или, по меньшей мере, с одной прикрепленной замещенной углеводородной группой, причем каждая из прикрепленных групп содержит от 1 до 5 атомов углерода. Еще более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением, содержащим именно две прикрепленные группы, причем каждая из прикрепленных групп содержит именно один атом углерода и содержит метильные группы и/или замещенные метильные группы и/или, самое большее, одну группу карбоновой кислоты. Даже еще более предпочтительно способное к окислению соединение является пара-ксилолом, мета-ксилолом, пара-толуиловым альдегидом, мета-толуиловым альдегидом, пара-толуиловой кислотой, мета-толуиловой кислотой и/или ацетальдегидом. Наиболее предпочтительно способное к окислению соединение представляет собой пара-ксилол.

«Углеводородная группа», как это определено в описании, представляет собой, по меньшей мере, один атом углерода, который связан только с атомами водорода или с другими атомами углерода. «Замещенная углеводородная группа», как это определено в описании, представляет собой, по меньшей мере, один атом углерода, связанный, по меньшей мере, с одним гетероатомом и, по меньшей мере, с одним атомом водорода. «Гетероатомы», как это определено в данном случае, представляют собой все атомы, отличные от атомов углерода и водорода. Ароматические соединения, которые определены в описании, содержат ароматическое кольцо, предпочтительно имеющее, по меньшей мере, 6 атомов углерода, даже более предпочтительно имеющее только атомы углерода как часть ароматического кольца. Подходящими примерами таких ароматических колец являются, но не ограничиваются ими, бензол, бифенил, терфенил, нафталин и другие конденсированные ароматические кольца на основе углерода.

Если способное к окислению соединение, присутствующее в жидкофазном потоке сырья, является обычным твердым соединением (то есть является твердым при стандартной температуре и стандартном давлении), предпочтительно, чтобы способное к окислению соединение было по существу растворено в растворителе при введении в реакционную зону 28. Предпочтительно, чтобы точка кипения способного к окислению соединения при атмосферном давлении составляла, по меньшей мере, приблизительно 50ºС. Более предпочтительно температура кипения способного к окислению соединения находится в интервале приблизительно от 80 до 400ºС и наиболее предпочтительно в интервале от 125 до 155ºС. Количество способного к окислению соединения, присутствующее в жидкофазном потоке сырья, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 2 до 40% масс., более предпочтительно в интервале приблизительно от 4 до 20% масс. и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 6 до 15% масс.

В настоящее время отмечено, что способное к окислению соединение, присутствующее в жидкофазном сырье, может включать комбинацию двух или более различных способных к окислению химикатов. Эти два или более различных химических материалов могут быть поданы объединенными в жидкофазном потоке сырья или могут быть поданы отдельно в многочисленных потоках сырья. Например, способное к окислению соединение, содержащее пара-ксилол, мета-ксилол, пара-толуиловый альдегид, пара-толуиловую кислоту и ацетальдегид, может быть подано в реактор через одно впускное отверстие или через множество отдельных впускных отверстий.

Растворитель, присутствующий в жидкофазном потоке сырья, включает кислотный компонент и водный компонент. Растворитель предпочтительно присутствует в жидкофазном потоке сырья в концентрации в интервале приблизительно от 60 до 98% масс., более предпочтительно в интервале приблизительно от 80 до 96% масс. и наиболее предпочтительно в интервале от 85 до 94% масс. Кислотный компонент растворителя предпочтительно представляет собой преимущественно низкомолекулярную монокарбоновую кислоту, содержащую 1-6 атомов углерода, более предпочтительно 2 атома углерода. Наиболее предпочтительно кислотный компонент растворителя представляет собой преимущественно уксусную кислоту. Предпочтительно кислотный компонент составляет, по меньшей мере, приблизительно до 75% масс. растворителя, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80% масс. растворителя и наиболее предпочтительно от 85 до 98% масс. растворителя, причем остаток составляет главным образом вода. Растворитель, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20, может включать незначительные количества примесей, таких как, например, пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, 4-карбоксибензальдегид (4-КБА, 4-СВА), бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид, альфа-бром-пара-толуиловая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота, тримеллитовая кислота, полиароматические соединения и/или суспендированные материалы в виде частиц. Предпочтительно, чтобы суммарное количество примесей в растворителе, введенном в реактор по типу барботажной колонны 20, составляло менее чем приблизительно 3% масс.

Каталитическая система, присутствующая в жидкофазном потоке сырья, предпочтительно является гомогенной, жидкофазной каталитической системой, способной активировать окисление (включая частичное окисление) способного к окислению соединения. Более предпочтительно каталитическая система содержит, по меньшей мере, один поливалентный переходный металл. Еще более предпочтительно поливалентный переходный металл представляет собой кобальт. Даже более предпочтительно каталитическая система включает кобальт и бром. Наиболее предпочтительно каталитическая система включает кобальт, бром и марганец.

Когда кобальт присутствует в каталитической системе, предпочтительно, чтобы количество кобальта, присутствующего в жидкофазном потоке сырья, было таковым, чтобы концентрация кобальта в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 300 до 6000 массовых частей на миллион (масс.ч./млн), более предпочтительно в интервале приблизительно от 700 до 4200 масс.ч./млн, и наиболее предпочтительно в интервале от 1200 до 3000 масс.ч./млн. Когда в каталитической системе присутствует бром, предпочтительно, чтобы количество брома, присутствующего в жидкофазном потоке сырья, было таковым, чтобы концентрация брома в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 300 до 5000 масс.ч./млн, более предпочтительно в интервале приблизительно от 600 до 4000 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 900 до 3000 масс.ч./млн. Когда в каталитической системе присутствует марганец, предпочтительно, чтобы количество марганца, присутствующего в жидкофазном потоке сырья, было таковым, чтобы концентрация марганца в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 20 до 1000 масс.ч/млн, более предпочтительно в интервале приблизительно от 40 до 500 масс.ч/млн, и наиболее предпочтительно в интервале от 50 до 200 масс.ч/млн.

Концентрации кобальта, брома и/или марганца в жидкой фазе реакционной среды 36, приведенные выше, выражены из расчета на усредненные по времени и усредненные по объему значения. Используемое в данном случае понятие «усредненное по времени» означает среднее значение, по меньшей мере, для 10 измерений, полученных в одинаковых условиях в течение непрерывного периода времени, по меньшей мере, 100 сек. Используемое в данном случае понятие «усредненное по объему» означает среднее значение, по меньшей мере, для 10 измерений, полученных в однородном 3-мерном пространстве по всему определенному объему.

Массовое отношение кобальта к брому (Со:Br) в каталитической системе, введенной в реакционную зону 28, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,25:1 до 4:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,5:1 до 3:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,75:1 до 2:1. Массовое отношение кобальта к марганцу (Со:Mn) в каталитической системе, введенной в реакционную зону 28, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,3:1 до 40:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 5:1 до 30:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 10:1 до 25:1.

Жидкофазный поток сырья, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20, может включать небольшие количества примесей, таких как, например, толуол, этилбензол, пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, 4-карбоксибензальдегид (4-КБА, 4-СВА), бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид, альфа-бром-пара-толуиловая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота, тримеллитовая кислота, полиароматические соединения и/или суспендированные материалы в виде частиц. Когда реактор по типу барботажной колонны 20 используют для производства терефталевой кислоты, мета-ксилол и орто-ксилол также считаются примесями. Предпочтительно, чтобы суммарное количество примесей в жидкофазном сырье, введенном в реактор по типу барботажной колонны 20, составляло менее чем приблизительно 3% масс.

Хотя ФИГ. 1 иллюстрирует вариант осуществления изобретения, где способное к окислению соединение, растворитель и каталитическая система смешаны вместе и вводятся в реактор по типу барботажной колонны 20 в виде единственного потока сырья, в альтернативном варианте осуществления изобретения способное к окислению соединение, растворитель и каталитическая система могут быть введены в реактор по типу барботажной колонны 20 по отдельности. Например, допустимо подавать поток пара-ксилола в реактор по типу барботажной колонны 20 через впускное отверстие, отдельное от впускного(ых) отверстия(ий) для растворителя и катализатора.

Преимущественно газофазный поток окислителя, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20 через барботер окислителя 34, содержит молекулярный кислород (О₂). Предпочтительно поток окислителя содержит в интервале приблизительно от 5 до 40% мол. молекулярного кислорода, более предпочтительно в интервале приблизительно от 15 до 30% мол. молекулярного кислорода и наиболее предпочтительно в интервале от 18 до 24% мол. молекулярного кислорода. Предпочтительно, чтобы остальное количество потока окислителя составлял главным образом газ или газы, такие как азот, которые инертны к окислению. Более предпочтительно поток окислителя состоит по существу из молекулярного кислорода и азота. Наиболее предпочтительно поток окислителя представляет собой сухой воздух, который содержит приблизительно 21% мол. молекулярного кислорода и приблизительно от 78 до 81% мол. азота. В альтернативном варианте настоящего изобретения поток окислителя может содержать по существу чистый кислород.

На ФИГ. 1 реактор по типу барботажной колонны 20 предпочтительно оборудован распределителем флегмы 42, расположенным выше верхней поверхности 44 реакционной среды 36. Распределитель флегмы 42 работает так, чтобы вводить капли преимущественно жидкофазного потока флегмы в зону отделения 30 с помощью любого средства образования капель, известного в данной области техники. Более предпочтительно распределитель флегмы 42 дает распыл капель, направленный вниз по направлению к верхней поверхности 44 реакционной среды 36. Предпочтительно этот направленный вниз распыл капель оказывает воздействие (то есть, затрагивает и влияет), по меньшей мере, приблизительно на 50% площади максимального горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Более предпочтительно распыл капель оказывает воздействие, по меньшей мере, на 75% площади максимального горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Наиболее предпочтительно распыл капель оказывает воздействие, по меньшей мере, на 90% площади максимального горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Этот направленный вниз распыл жидкой флегмы может способствовать предупреждению образования пены на верхней поверхности или выш