专利名称：芳族羧酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及从烷基芳族化合物制备芳族羧酸的方法，该方法包括用含分子氧的气体对具有烷基取代基或部分氧化的烷基取代基烷基芳族化合物进行液相氧化。
芳族羧酸是很重要的基本化学品，具体地说，芳族二羧酸优选用作制备纤维、树脂等的起始原料。这一点可通过近几年对用作制备聚酯的起始原料例如对苯二酸的需求量的增加得到证实。
在制备芳族羧酸的常规方法中，使用氧化反应器的方法通常适用于氧化具有甲基取代基的芳族化合物，该芳族化合物溶解在反应溶剂中，该反应溶剂包括低级脂肪羧酸例如乙酸等，其中液相氧化通过在氧化催化剂的存在下，与含分子氧的气体接触而进行，其中所述的氧化催化剂由重金属化合物和溴化合物组成。在这种制备方法中，氧化反应通过向氧化反应器中引入一种混合物而进行，该混合物由具有烷基取代基的芳族化合物(例如对二甲苯等)的起始原料、乙酸反应溶剂、氧化催化剂和含分子氧的气体例如空气等组成，从而可得到所希望的芳族羧酸，例如对苯二酸等。
因为这样的氧化反应是放热的，因此有人曾经提出从氧化反应器的废气中回收能量的方法，所述方法是将加热或燃烧后的废气通入膨胀器(汽轮机)中，如公开在特开平-8-155226 A或WO96/11899中的方法。膨胀器中有一旋转轴，直接与可用作发电机和发动机的电力设备及空气压缩机的轴连接，通过氧化废气的膨胀驱动它们，从而电力设备以电能的形式回收能量，而空气压缩机向氧化反应器提供含分子氧的气体。
这些方法中，为了向氧化反应器中提供压缩空气作为进行氧化反应所需的含分子氧的气体，电力设备在启动操作时被用作电力发动机，从而将电能提供给电力设备，以驱动空气压缩机。当反应进行且有氧化废气产生时，能量可通过膨胀器被回收为旋转动力，驱动空气压缩机和电力设备，因此不必从系统外提供电能。
虽然在上述常规方法中反应可通过膨胀器回收能量以驱动空气压缩机和电力设备从而在低能和低成本的条件下进行，但是，必须在启动操作时提供电能。此外，提供所述电能需要大规模设备，因为需要相当大的电力才能驱动与电力设备和膨胀器直接连接的空气压缩机。从投资效益方面而言这是一个难题，因为这样大规模的电力供应的设备仅仅用于启动操作而不用于整个操作过程。
本发明的目的是提供制备芳族羧酸的方法，其中由小规模的能量供应设备提供的较小电力能启动氧化反应，且能量回收可以在启动后进行，从而反应可高效地进行。
本发明涉及制备芳族羧酸的方法，包括(1)在反应器及包括脂族羧酸的反应溶剂中，在氧化催化剂的存在下，通过用含分子氧的气体对烷基芳族化合物进行液相氧化制备芳族羧酸的方法，该方法包括将可作为发电机和发动机的电力设备、向反应器中提供含分子氧的气体的压缩机和由气体膨胀得到旋转能量的膨胀器的旋转轴连接，将电能提供给电力设备以驱动压缩机，加热由压缩机压缩的含分子氧的气体，将加热的压缩气体通入膨胀器使之膨胀以得到旋转能量，通过向反应器中提供由压缩机压缩的部分含分子氧的气体启动氧化反应，反应开始后，通过向膨胀器中通入氧化废气回收能量，从而切断了电源的电力设备产生电能，和向反应器中逐渐增加含分子氧的压缩气体的供应，同时减少其向膨胀器中该气体的供应。
(2)上述(1)描述的方法，其中将反应器中的氧化废气通入蒸馏塔进行蒸馏，得到的含反应溶剂的馏分返回反应器，而蒸馏塔的塔顶气通入膨胀器以回收能量。
(3)上述(1)和(2)的任一种方法，其中在冷凝器中将蒸馏塔的塔顶气冷却使之冷凝，冷凝水回流到蒸馏塔，而冷凝器顶部气体通入膨胀器，新产生的蒸汽通入蒸汽汽轮机以回收能量。
(4)上述(1)-(3)的任一种方法，其中由压缩机压缩的含分子氧的气体在通入膨胀器前，先通入燃烧室，通过燃烧燃烧室中的燃料进行加热。
(5)上述(1)-(3)的任一种方法，其中由压缩机压缩的含分子氧的气体在热交换器中被加热并通入膨胀器，膨胀器的排出气在燃烧室内被燃烧。
图1是系统流程图，显示本发明一个实施方案中对苯二酸的制备方法。
图2是系统流程图，显示本发明另一个实施方案中对苯二酸的制备方法。
根据本发明制备芳族羧酸的方法，将被氧化的起始原料可以是有烷基取代基或部分氧化的烷基取代基的芳族化合物(有时简称为起始原料)。此芳族化合物可以是单环或多环化合物。上述烷基取代基可以是碳原子数为1-4的烷基，例如甲基、乙基、正丙基或异丙基等。部分氧化的烷基取代基可以是，例如醛基、酰基、羧基或羟烷基等。
具有烷基取代基的芳族化合物，更具体地说是具有烷基取代基的芳烃化合物，可以是例如有2-4个烷基(每一个烷基含1-4个碳原子)的二-或多烷基苯，例如间-二异丙苯、对-二异丙苯、间-异丙基苯甲烷、对-异丙基苯甲烷、间二甲苯、对二甲苯、三甲苯、四甲苯等；有2-4个烷基(每一个烷基有1-4个碳原子)的二-或多烷基萘，例如二甲基萘、二乙基萘、二异丙基萘等；和有2-4个烷基(每一个烷基有1-4个碳原子)的多烷基联苯，例如二甲基联苯等。
具有部分氧化的烷基取代基的芳族化合物是这样的化合物，其一个或多个烷基被部分氧化成氧化基团，例如醛基、酰基、羧基、羟烷基等。具体地说，例如，3-甲基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、间甲苯甲酸、对甲苯甲酸、3-甲酰基苯甲酸、4-甲酰基苯甲酸、2-甲基-6-甲酰基萘等。这些化合物可以单独使用或以两种或多种的混合物使用。
包括重金属化合物和溴化合物的催化剂可用于本发明方法。重金属化合物中的重金属元素可以用例如，钴、锰、镍、铬、锆、铜、铅、铪、铈等，它们可单独使用或两种或多种组合使用，其中钴和锰的组合尤其优选使用。
这些重金属元素的化合物可以用例如，乙酸盐、硝酸盐、乙酰丙酮化物、环烷酸盐、硬脂酸盐、溴化物等，其中尤其优选的是乙酸盐。
溴化合物可以用例如，无机溴化合物如分子溴、溴化氢、溴化钠、溴化钾、溴化钴、溴化锰等；和有机溴化合物如溴甲烷、二溴甲烷、溴仿、苄基溴、溴甲基甲苯、二溴乙烷、三溴乙烷、四溴乙烷等。这些溴化合物可单独使用或以两种或多种的混合物使用。
本发明中重金属化合物和溴化合物组合的催化剂理想地含0.05-10摩尔，优选0.1-2摩尔的溴原子/摩尔重金属原子。催化剂的浓度通常可以为10-10000ppm，优选100-5000ppm，以反应溶剂中重金属元素为基。
本发明方法中，在氧化反应器中和上述催化剂的存在下，用含低级脂族羧酸的反应溶剂进行液相氧化得到产物芳族羧酸，其中作为起始原料的烷基芳族化合物用含分子氧的气体氧化。
所述的含分子氧的气体可以用例如氧气、空气等，其中在实际制备中优选使用空气。含分子氧的气体应以过量于氧化烷基芳族化合物起始原料必需的量通入反应中以制备芳族羧酸。当空气被用作含分子氧的气体时，理想地将其以2-20Nm3，优选2.5-15Nm3的速率通入反应系统，所述的速率以1kg芳族化合物起始原料为基。含分子氧的气体被压缩机压缩，然后通入反应器以进行氧化反应。
用作反应溶剂的低级脂族羧酸的具体例子可以是，例如，乙酸、丙酸、丁酸等。这些低级脂族羧酸可以单独用作反应溶剂或与水混合使用。反应溶剂的具体例子可以是，例如，乙酸、丙酸、丁酸和它们的混合物，以及这些低级脂族羧酸与水的混合物等。在这些例子中，优选使用乙酸和水的混合物，其中特别优选使用这样的混合物，其浓度为每100重量份乙酸中，水为1-20重量份，优选5-15重量份。
氧化反应的温度理想地在通常使用的范围100-250℃，优选150-220℃。其压力可以是至少维持反应系统为液相的值。
根据上述方法进行的反应，可以得到相应于起始原料芳族化合物的特定的芳族羧酸。该特定的芳族羧酸可以是例如，芳族二羧酸如对苯二酸、间苯二酸、2，6-萘二羧酸、4，4’-联苯基二羧酸等；芳族三羧酸如偏苯三酸、苯均三酸等；和芳族多羧酸如1，2，4，5-苯四酸等。
优选将本发明方法应用于制备不溶或难溶于反应溶剂的芳族二羧酸或芳族羧酸，其中本发明方法特别优选应用于制备对苯二酸。
由于芳族羧酸，例如在氧化反应器中生成的对苯二酸，以晶体形式沉淀下来从而形成浆液，因此芳族羧酸的粗产物通过从浆液中回收晶体并从氧化反应器中取出，经固-液分离而得到。
这样得到的粗产物晶体含有氧化反应的中间体和杂质，因此需要纯化步骤，其中将粗晶体溶解并经氧化处理和/或还原处理，然后经结晶步骤得到含芳族羧酸晶体的浆液。芳族羧酸的纯化产物可通过从该浆液中回收晶体而得到。
为进行上述氧化反应，优选将反应器中的氧化废气通入与氧化反应器相连的蒸馏塔(高压蒸馏塔)中，从而利用氧化反应器中的热量进行蒸馏，其中含反应溶剂的馏分可从塔底被送回到氧化反应器中，同时包括水蒸汽和非冷凝气体的塔顶气从塔顶排出。蒸馏塔既可以安装成与氧化反应器各自独立，如公开在特开昭-54-14098B中，也可以安装在氧化反应器上部，如公开在特开平-6-279353A中。蒸馏塔可以是板式塔但优选为填充塔，其中优选在填充床下安装一种类似盘子的装置，用来捕获细小的固体，如芳族羧酸晶体或氧化催化剂等。
在上述这样的蒸馏塔中进行蒸馏时，将含反应溶剂(其中已经排除了氧化废气)的馏分送回到氧化反应器中是可行的。蒸馏液馏分作为塔底液送回到氧化反应器中，该氧化反应器除了含反应溶剂外，还含有浓缩状态的未反应的烷基芳族化合物、生成的芳族羧酸、氧化催化剂等。固体物质，如芳族羧酸的结晶、氧化催化剂等在蒸馏塔的下部被捕获，高沸点成分在蒸馏塔下部蒸馏出去，而含低级脂族羧酸的反应溶剂和其它低沸点物质在蒸馏塔相对较高部位被蒸馏出去。
虽然蒸馏塔上部的蒸馏水可返回到氧化反应器中，且偶尔可稀释反应液从而会引起反应紧急停止运转的情况，但是，这种情况可通过安装一种将蒸馏塔中的液体排出的装置而避免。为了取出冷凝水以洗涤从固-液分离中得到的晶体，在整个操作过程中可使用排出装置。
当蒸馏塔用这样的方法处理时，蒸馏塔的塔顶气在冷凝器中经冷却水冷凝其中所含的蒸汽，冷凝液可回流到蒸馏塔中。为回收能量，这种情况优选通过蒸发冷却水以产生蒸汽并将其加入蒸汽汽轮机中。可以通过用多个冷凝器以不同的能量水平，分别从高能量至低能量，得到蒸汽，其中塔顶气通过这些冷凝器并冷凝，同时在每一步骤都连续地产生蒸汽。
如果使用釜式冷凝器，不必处理用于产生蒸汽的容器就可以产生蒸汽。如果冷凝器的温度被控制为能维持蒸馏步骤后排出气体的温度至少80℃，那么大量的乙酸甲酯和其它杂质可保留在排出气体中，由此蒸馏液可被有效地利用，如用于洗涤回收晶体或被排出系统，而不必进行复杂的废水处理。
根据本发明，氧化反应器中的废气立即导入或在蒸馏塔中蒸馏后或进一步在冷凝器中冷凝然后通过燃烧加热等之后，将该废气通入膨胀器中，作为旋转能量以旋转用于回收能量的汽轮机，由此可以驱动压缩机以向氧化反应器和电力设备中提供含分子氧的气体以产生电能。为此目的，电力设备、压缩机和膨胀器的旋转轴相互连接，并且当冷凝器中产生的蒸汽通入蒸汽汽轮机以回收能量时，蒸汽汽轮机的旋转轴也可以与电力设备、压缩机和膨胀器的旋转轴连接。当将电能供应给电力设备时，该设备可作为发电机和发动机使用。
在启动操作时，在上述制备芳族羧酸的常规方法中，为了引发氧化反应，电能被提供给电力设备以驱动压缩机且向氧化反应器提供含分子氧的气体，而在这样的方法中需要大规模设备用于电力供应。为了避免这一点，本发明方法采用的步骤包括向电力设备提供电能以驱动压缩机；将由压缩机压缩的含分子氧的气体加热；将加热的压缩气体通入膨胀器使之膨胀并得到旋转能量；通过向反应器中提供部分由压缩机压缩的含分子氧的气体启动氧化反应；当反应进行时，通过向膨胀器通入氧化废气得到旋转能量；由此通过已切断电源的电力设备产生电能；和向反应器中逐渐增加含分子氧的压缩气体的量同时减少向膨胀器供应的量。
由压缩机压缩的含分子氧的气体的加热可以在该气体通入膨胀器前，通过在燃烧室中燃烧其内的燃料进行，而所述加热可以在气体通入膨胀器前，在热交换器中进行，以及将膨胀器的排出气在燃烧室内燃烧。对于后者，燃烧气体通入热交换器中以加热含分子氧的气体。燃烧室要构造成这样在系统操作开始时燃烧外部供应的燃料，随着反应的进行，逐渐变为燃烧氧化废气。
如上所述，在启动系统时减少供应给电力设备的电能是可能的，从而使在系统稳定态时提供的电能不高于能量的1/2，优选为1/4至1/2。然后含分子氧的气体的压力在压缩机输出端可以为0.7-3MPa，优选1-1.5MPa(表压)。含分子氧的气体的加热温度可以是300-1300℃，优选400-600℃。含分子氧的气体加热后的压力在通入膨胀器前可以是0.6-2.9MPa，优选0.9-1.4MPa。
在启动操作时，优选加热向膨胀器中提供全部量的由压缩机压缩的含分子氧的气体，而从反应一开始就可以向氧化反应器中提供部分此气体。另一种情况是，向氧化反应器中加入的由压缩机压缩的含分子氧的气体的量逐渐增加，同时加入膨胀器的量逐渐减少，因为膨胀器已可以提供旋转能量。当加入膨胀器的量最终减少至零时，可保持少量该气体加入，作为氧源以燃烧从该膨胀器排出的气体。
为了通过向氧化反应器中提供大量含分子氧的气体以引发反应从而启动操作，压缩机需要很大的驱动力且大量电能需要提供给电力设备。但是，如果向膨胀器提供含分子氧的气体，那么较小的驱动力就足够了。此时通过膨胀器回收的能量通过加热含分子氧的气体被提供，因此提供给电力设备的电能足够小。当能量回收通过膨胀器开始时，通过增加压缩机的输出量，向氧化反应器中提供含分子氧的气体以及同时减少供应给电力设备的电能成为可能。
当在通入了含分子氧的气体的氧化反应器中进行反应时，热量通过放热反应产生，而热量在含蒸汽的氧化废气中排出。氧化废气中的蒸汽通过蒸馏塔进入冷凝器，在其内冷凝，同时产生新的蒸汽，该蒸汽通入蒸汽汽轮机以进行能量回收。蒸馏塔的塔顶气经加热后被通入膨胀器以回收能量。当操作达到稳态时，可从膨胀器或者蒸汽汽轮机中以上述任一方法得到旋转能量，从而供应给电力设备的电能可以被切断，相反该电力设备能产生电能。
上述方法中，反应溶剂，如乙酸，可通过在与氧化反应器相连的蒸馏塔中蒸馏氧化废气被回收。废气中的蒸汽在冷凝器中冷凝，大量冷凝水回流到蒸馏塔，同时部分冷凝水作为蒸馏液被排出。
因为氧化反应废气中含可燃烧物质如乙酸甲酯、一氧化碳等，因此通过燃烧这些物质可以加热废气，且可以通过向膨胀器中通入该加热的废气回收能量，而有用的物质如乙酸甲酯可被回收。所述的燃烧可以在废气通入膨胀器之前或之后进行。如果在之前进行，不需要热交换器来间接加热要通入膨胀器的废气，由此可提高能量效率。如果在之后进行，那么需要热交换器间接加热要通入膨胀器的废气，但是，在这种情形下，所述的燃烧可以在常压下用少量燃料进行，因此本发明技术能大范围应用。所述废气优选在通入膨胀器前，用燃烧过的气体通过热交换器间接加热。
如上所述，根据本发明制备芳族羧酸的方法采用的步骤包括将电力设备、压缩机和膨胀器的旋转轴连接；将电能提供给电力设备以驱动用于压缩含分子氧的气体的压缩机；通过在膨胀器内加热和膨胀压缩的含分子氧的气体得到旋转能量；通过向氧化反应器中增加含分子氧的气体的量逐渐转换到操作稳态；由此氧化反应用较小电能启动，所述较小电能从较小容量的电力设备提供，并在启动后进行最有效的能量回收。
体现本发明的一种方式如下通过制备对苯二酸的方法进行说明。
图1是说明本发明一个实施方案中制备对苯二酸方法的流程图。图1中，序号1代表氧化反应器，其中填料床蒸馏塔2直接与氧化反应器1的上部相连且冷凝器3与其输出端相连。蒸汽汽轮机4、可用作发电机或发动机的电力设备5、压缩机6和膨胀器7连接到共同的旋转轴8。序号9是燃烧室，10是反应室，11是气体洗涤器。
上述系统制备对苯二酸的方法中，在操作稳态，通过向氧化反应器1从管线L1提供对二甲苯作为起始原料烷基芳族化合物、乙酸作为反应溶剂和重金属化合物和溴化合物作为氧化催化剂，且从管线L2提供空气作为含分子氧的气体，经在高温和高压下的液相氧化生成对苯二酸。所述对苯二酸沉淀为粗对苯二酸晶体(CTA)从而形成浆液，该浆液从管线L3取出并在纯化系统中进行纯化，从而得到最终产物纯对苯二酸(PTA)。
氧化反应器1中的废气在高温高压下通入蒸馏塔2中，其中当气体通过填料床2a时进行蒸馏。在氧化废气中所含的固体物质通过安装在填料床2a下的固体捕获盘2b被捕获并送回到氧化反应器1。在蒸馏塔2中，副产物和高沸点成分在其较低部位被蒸馏出来，而乙酸和低沸点成分在其相对高的部位被蒸馏出来。含这些成分的蒸馏馏分与蒸馏塔底部的固体物质收集到一起并送回到氧化反应器1。
当蒸馏塔2的塔顶气通过冷凝器3时，其中所含的水蒸汽通过冷凝器器壁的冷却水冷凝。大量冷凝水回流到蒸馏塔2，而部分冷凝水从管线L4提取出来作为反应水，该反应水可用作纯化步骤中的再浆化水或洗涤水。冷却水由于在冷凝器3器壁上的热交换被蒸发并产生蒸汽。该蒸汽通过管线L5被通入蒸汽汽轮机4以回收能量，该能量作为汽轮机的旋转动力，然后在蒸汽冷凝器12中通过冷却水12a冷却从而成为冷凝液，该冷凝液通过管线L6循环到冷凝器3中作为其冷却水。
当冷凝器3的出口端的温度控制到30-150℃，优选80-120℃时，与冷凝器3的蒸汽分离的塔顶气仍含有气体杂质如乙酸甲酯等。因此该塔顶气通过管线L7被通入燃烧室9并通过管线L8向该燃烧室中加入燃料而加热。加热的塔顶气然后通入反应室10，其中几乎不可燃物质在该气体通过催化剂层期间被氧化，从而塔顶气变得很干净。燃烧室的燃烧气体通过管线L9被送入膨胀器7并在其内膨胀，从而其能量被回收为膨胀器的汽轮机的旋转能量。
蒸汽汽轮机4和膨胀器7被连接到共同旋转轴8上从而构成能量回收装置，电力设备5和压缩机6也连接到旋转轴8上作为负载。在这种方法中，压缩机6被在蒸汽汽轮机4和膨胀器7中回收的旋转能量驱动，且将从管线L10通入的空气压缩并将其作为含分子氧的气体通过管线L2通入氧化反应器1以进行氧化反应，而能量可以通过电力设备5回收为电能。
膨胀器7的废气被送到气体洗涤器11并在经管线L12排出到系统外之前在其内进行洗涤。该废气被如此处理在气体洗涤器11中通过将水从管线L13喷到较低的填料床13a上以使之冷却，而将含如甲酸钠的还原剂和如氢氧化钠的碱的吸收液体从管线L14喷到上部填料床13b，以吸收和减少杂质，如溴化氢、溴等，这些杂质由燃烧废气中的有机溴化合物产生。在较低床中的水通过泵14从管线L15被提取出来，经热交换器15中的冷却水15a冷却并循环到管线L13，而部分水在管线L16被消耗。在上部床中的吸收液体通过泵16从管线L17被循环到管线L14。
在上述系统启动时，将电能供应给电力设备5(也用作电动机)以驱动电力发动机，同时将安装在管线L2上的阀门21关闭，而将安装在管线L20上的阀门22打开。因此压缩机6旋转以压缩从管线L10通入的空气并将其通过管线L20送入燃烧室9。从管线L8供应的燃料在燃烧室内燃烧产生热气体，该气体通过管线L9被通入膨胀器7以驱动汽轮机并获得旋转能量。
如果在启动时供应给电力设备5的电能能使压缩机在稳态操作下以25-50％的输出工作，而该压缩机输出端的压力可以是1-1.5MPa，那么所供应的电能是足够的。其后通过燃烧加热并通入膨胀器的空气的温度在压力为0.9-1.4MPa下，在该燃烧室入口端可以为400-600℃，由此从膨胀器7可获得旋转能量以驱动压缩机6，逐渐达到稳态操作下的输出。
同时，反应能通过在任何任选时间打开阀门21而启动，从而将压缩空气通入氧化反应器1中。反应进行时，由于反应的放热性，会排出含大量蒸汽的高温氧化废气。所述蒸汽在冷凝器3中冷凝，转换生成新蒸汽，新蒸汽可用于使汽轮机旋转。废气在燃烧室9中加热并通入氧化反应室10，从而氧化其内几乎不可燃烧的物质，然后通入膨胀器7，从而使汽轮机旋转，由此系统逐渐达到稳态操作。
优选通过增加阀门21的打开程度并因此减少阀门22的打开程度，从而逐渐增加通入氧化反应器1中的空气量，其中该操作可分段进行。向氧化反应器1通入压缩空气可以在启动操作时开始，或者在膨胀器7的旋转能量充分增加后开始。当可以从膨胀器中得到旋转能量时，可以在任何任选时间切断供应到电力设备5的电能，而根据由膨胀器7的旋转能量驱动的电力设备5的输出的增加，优选将系统构造成能减少电力设备的供应。
燃烧室9的燃料和压缩空气的供应可以限制到在系统稳态操作下燃烧废气需要的量，如果在高温下通入其中的废气足够并含充足的可燃烧物质和氧气，那么甚至可以切断供应的燃料和压缩空气。如图1所示，当废气被直接通入燃烧室后进入膨胀器以回收能量时，就没有必要安装一个热交换器以间接加热将要通入膨胀器的废气，由此可实现高能量效率。
图2显示本发明另一个实施方案中制备对苯二酸的方法。在此实施方案中，系统构成基本与上述图1说明的相同，但显著不同在于冷凝器3由冷凝器3a、3b和3c多阶段组成，还在于燃烧设备18安装在从膨胀器7出来的气流的下流端，其中废气可不用催化剂，在高温700-1300℃下燃烧，从而清洁废气，之后，用此燃烧过的废气在热交换器19中加热冷凝器的废气，并将其通入膨胀器7，从而进行能量回收。
对苯二酸的制备基本与图1方法相同。在多阶段冷凝器3a、3b和3c中产生的蒸汽具有不同的能量，其中能量在高温高压下从最高3a端连续地至较低的3c端。这些蒸汽分别通过管线L5a、L5b和L5c通入蒸汽汽轮机4，其中能量回收为汽轮机的旋转能量并在蒸汽冷凝器12中成为冷凝水，该冷凝水在管线L6分支到分别与冷凝器3a、3b和3c连接的管线L6a、L6b和L6c中循环。这种方法中，能量回收可根据每种蒸汽的能量水平在蒸汽汽轮机的不同阶段最有效地进行。
冷凝器3(3c)的排出气通过管线L7通入热交换器19中从而经燃烧气体加热，再通入膨胀器7中，其中能量经该气体膨胀被回收，然后通过管线L11通入燃烧设备18。如果需要，空气可从管线L18经鼓风机17提供给热交换器19，而经燃烧气体加热的空气可通过管线L19，如果需要与管线L8中的燃料一起，通入燃烧设备18，从而在其内燃烧废气。
燃烧设备18中的燃烧气体在气体洗涤器11中进行处理并将热交换器19中的废气和其它气体加热之后从管线L12排出。在气体洗涤器11中，为了吸收其中的杂质，吸收液体从管线L14供应给填料床13，而所用的液体可从管线L16排出。可以用生成的水或从氢化步骤中排出的水处理燃烧气体，因为较高温度下的燃烧将溴化合物转化成能被水吸收的溴化氢。
蒸汽冷凝器12的冷凝液经管线L21通入热交换器19，其中该冷凝液被加热并变成蒸汽，为了进行能量回收，可将该蒸汽经管线L22通过打开阀门23供应给蒸汽汽轮机4。为了经加热得到蒸汽，蒸汽的冷凝水可经管线L23提供给管线L21，该冷凝水被用作纯化步骤中溶解粗对苯二酸的热源，从而可将得到的蒸汽经管线L24送回纯化步骤，进一步用作溶解粗对苯二酸的热源。用于此目的的蒸汽的分配可由阀门22和24控制。
系统启动时，电能首先供应给电力设备5，该设备使压缩机6旋转从而提供压缩空气，将该空气经管线L20从阀门22通入热交换器19并在其内加热。然后加热的压缩空气通过膨胀器7通入燃烧设备18，其中燃烧从管线L8供应的燃料。在这种启动过程中，管线L19的低压空气可任选通入其中。当燃烧气体进入热交换器19时，从管线L20通入的压缩空气被加热，并且在膨胀器中将能量回收为旋转能量。本发明系统可实现相似的操作而不必提供电能，但是通过从管线L19经鼓风机17提供空气以及从管线L8提供燃料使燃烧设备达到高温，从而送回到蒸汽冷凝器12的冷凝水可在热交换器19中被蒸发以变成蒸汽，该蒸汽可通过管线L22通入蒸汽汽轮机4以产生旋转能量。
当膨胀器7可以提供旋转能量时，阀门21的打开程度可以逐渐增加以将压缩空气通入氧化反应器1，从而氧化反应可以开始发生。阀门22的打开程度相应地减少且操作转化为稳态。
如图2所示，废气被加热并经过膨胀器后燃烧废气时，需要热交换器在废气通入膨胀器前间接加热废气，但是，所述燃烧可在常压下用低质量的燃料进行，从而本技术可提供更广泛的应用。
上述方法中，可以使用从本发明方法制备步骤和其它地方得到的过量蒸汽、电、旋转能量等。可用作发电机和发动机的电力设备能用应急发电机代替，可安装此应急发电机以确保工厂的应急电力。
上述图1和2的任一种情况中，都可以启动氧化反应并用从较小规模电力设备提供的较小电力使反应达到稳态操作，从而在启动后通过回收能量确保最有效地进行制备。
权利要求
1.由烷基芳族化合物制备芳族羧酸的方法，该方法在反应器及包括脂族羧酸的反应溶剂中，在氧化催化剂的存在下，用含分子氧的气体进行液相氧化，该方法包括将用作发电机和发动机的电力设备、向反应器中供应含分子氧的气体的压缩机和膨胀器的旋转轴连接，从而经气体膨胀获得旋转能量，将电能供应给电力设备以驱动压缩机，加热由压缩机压缩的含分子氧的气体，将加热的压缩气体通入膨胀器使之膨胀以得到旋转能量，通过向反应器中提供由压缩机压缩的部分含分子氧的气体启动氧化反应，反应开始后，通过向膨胀器通入氧化废气回收能量，从而切断了电源的电力设备产生电能，和向反应器中逐渐增加含分子氧的压缩气体的供应，同时减少其向膨胀器中的供应。
2.根据权利要求1的方法，其中反应器的氧化废气被通入蒸馏塔进行蒸馏且得到的含反应溶剂的馏分送回到反应器，同时将蒸馏塔的塔顶气通入膨胀器中以回收能量。
3.根据权利要求1和2的任一项中的方法，其中所述蒸馏塔的塔顶气在冷凝器中冷却从而被冷凝，该冷凝水回流到蒸馏塔，同时冷凝器的顶部气体通入膨胀器，将新生成的蒸汽通入蒸汽汽轮机以回收能量。
4.根据权利要求1至3的任一项中的方法，其中由压缩机压缩的含分子氧的气体在通入膨胀器前，先被通入燃烧室，从而通过燃烧燃烧室中的燃料被加热。
5.根据权利要求1至3的任一项中的方法，其中由压缩机压缩的含分子氧的气体在热交换器中被加热并通入膨胀器，膨胀器的排出气在燃烧室内被燃烧。
全文摘要
通过液相氧化制备芳族羧酸的方法,该方法包括:将电力设备、压缩机和膨胀器的旋转轴连接;将电能供应给电力设备以驱动压缩机;加热由压缩机压缩的含分子氧的气体;将加热的压缩气体通入膨胀器;通过向反应器中提供部分由压缩机压缩的含分子氧的气体启动氧化反应;反应开始后,通过向膨胀器通入氧化废气回收能量,从而切断了电源的电力设备产生电能,和向反应器中逐渐增加含分子氧的压缩气体的供应,同时减少其向膨胀器中的供应。
文档编号C07C51/265GK1240204SQ9910869
公开日2000年1月5日 申请日期1999年6月19日 优先权日1998年6月19日
发明者中尾藤正, 岩田秀昭, 梅田道生, 富高正 申请人:三井化学株式会社