一种强化甲苯氧化的系统的制作方法

本实用新型涉及苯甲酸和苯甲醛的制备，具体涉及一种强化甲苯氧化的系统。

背景技术：

苯甲酸是重要的有机合成原料，主要用作食品防腐剂、醇酸树脂的改良剂，还可用在医药品、染料中间体、增塑剂、香料的原料、纤维中间体等领域；苯甲醛是化学工业上用途非常广泛的芳香醛原料，广泛应用于香料、医药、染料、农药等领域。目前工业上采用的制备苯甲酸和苯甲醛的方法有三氯甲苯水解法、邻苯二甲酸酐脱羧法、苄卤氧化法和液相空气氧化法。但是，苯甲酸和苯甲醛主要应用方面医药和食品香料行业要求其为无卤产品，再者，从经济、环保方面考虑，甲苯液相空气氧化法的方法逐渐成为国内生产苯甲醛和苯甲酸的主流方法。

甲苯液相空气氧化法是在催化剂和促进剂存在的条件下，甲苯与空气进行催化氧化反应，生成主产物苯甲酸，并副产一定的苯甲醛。其反应为连串式反应，反应原理如下：在甲苯液相空气氧化过程中，首先甲苯与空气发生氧化反应生成中间产物苯甲醛，苯甲醛进一步发生氧化反应生成主产物苯甲酸。

目前，在苯甲酸和苯甲醛的工业化生产领域，现有工艺反应器装置主要存在在以下问题，生产苯甲酸反应器主要为鼓泡式反应器，其中反应液在鼓泡式反应器中返混现象非常严重，使得反应中间产物苯甲醛的选择性和收率较低。甲苯液相氧化制备苯甲酸和苯甲醛的反应为强放热反应，在反应过程中需及时移走反应热，但是，在鼓泡式反应器上加设换热装置，造成结构复杂，移热效率较低。鼓泡反应器是通过将空气或高浓度o2以鼓泡的方式通入反应器中与液相甲苯发生氧化反应，传质速率对气液相反应进行的快慢有较大影响，而鼓泡式反应器传质效率较低。

技术实现要素：

为此，本实用新型提供了一种强化甲苯氧化的系统，用以解决甲苯氧化过程中气液相反应传质效率较低的问题。

本实用新型提供了一种强化甲苯氧化的系统，包括：甲苯预热管、氧气预热管、管式反应器、微界面发生器、分离单元和反应产物储存单元；

所述甲苯预热管包括内管和外管，内管与所述管式反应器相连，外管与所述分离单元和所述反应产物储存罐相连；

所述氧气预热管包括内管和外管，内管与所述微界面发生器相连，外管与水蒸气管道相连，热水蒸气通过管道从外管下方进入，从外管上方流出，用以对内管的氧气进行预热；

所述管式反应器包括内进油口、出油口和内反应管，内反应管为甲苯氧化的反应场所，导热油从位于管式反应器下方的进油口进入，从位于管式反应器上方的出油口离开；

所述微界面发生器设置在所述内反应管中，用以将来自所述氧气预热管的氧气打碎成微米级气泡。

进一步地，在甲苯进料管上设有进料泵用于将甲苯输送到所述甲苯预热管中。

进一步地，在连通所述甲苯预热管和所述管式反应器的管道上设有催化剂加剂管道。

进一步地，所述微界面发生器为气动式发生器。

进一步地，所述微界面发生器使氧气气泡破碎形成直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，从而增大油煤浆与氢气间的传质面积。

进一步地，所述内反应管的每处凹型管道处设置至少一个所述微界面发生器。

进一步地，所述分离单元包括：分离罐、泠凝器和循环泵；

所述分离罐与所述管式反应器相连，用于分离反应产物；

所述分离罐分离出的气相产物经所述泠凝器冷凝，冷凝出的液相甲苯进入所述甲苯预热管中进行循环反应；

所述分离罐分离出的液相产物经所述循环泵通入所述甲苯预热管的外管中，用于对所述甲苯预热管内管中的甲苯进行预热。

进一步地，所述反应产物储存单元包括换热器和储存罐，换热器设置在连接所述甲苯预热管外管和储存罐的管道上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型在管式反应器的每个凹型管道处设置至少一个微界面发生器，氧气在微界面发生器中被打碎成为微米级别的小气泡，这些微米级气泡具有附加压力，它们之间彼此碰撞时不容易相互聚并，因此相对于未打碎前的氧气具有更大的相界面积，从而使得这些微米级气泡更容易与甲苯混合形成气液乳化物，增加甲苯氧化反应时的产物收率。

尤其，气体自下而上进入管式反应器中，在气体的鼓动下，催化剂始终悬浮在管式反应器中，不会沉积，提高了反应效率。

尤其，管式反应器系统相比于鼓泡式反应器，反应物在反应器中的流动状态近似于平推流，很大程度上减小了反应物在反应器中的返混程度，对于氧化反应来讲，大大提高了对氧化反应进程的可控性，有利于提高中间产物产量。

进一步地，其通过设置具有内管和外管两层结构的套管实现了将反应产物的多余热量用于甲苯预热的功能，减少了能量的损耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1所示，为本实用新型提供的一种强化甲苯氧化的系统结构示意图，本系统包括：甲苯预热管1、氧气预热管2、管式反应器3、微界面发生器4、分离单元5、反应产物储存单元6、水蒸气管7、催化剂加剂管道8和进料泵9。

继续参阅图1所示，甲苯预热管1设有内管11和外管12；液体甲苯经进料泵9通入内管11中；来自分离单元5的热物料通入外管12中，对内管11中的甲苯进行预热；氧气预热管2设有内管21和外管22，氧气通入内管21中；热水蒸气通过水蒸气管7进入外管22中，对内管21中的氧气进行预热。预热后的甲苯在与来自催化剂加剂管道8中的催化剂混合后通入管式反应器3中；预热后的氧气通入设置在管式反应器3中的微界面发生器4内。

继续参阅图1所示，管式反应器3包括内反应管31、进油口32和出油口33。微界面发生器4设置在内管31内，在内管的每处凹型管道底部设置至少一个微界面发生器4，用以将氧气破碎成微米级别的小气泡，使其更易与甲苯液体形成气液乳化物，从而增大反应速率。导热油自进油口32进入管式反应器3，并从出油口33离开反应器，用以将反应器内温度提升至反应所需温度和待反应开始后及时移走甲苯反应发生的氧化反应所放出的热量。

继续参阅图1所示，分离单元包括分离罐51、冷凝器52和循环泵53，反应产物进入分离罐51进行气液分离，分离出的气体通过冷凝器52进行冷凝，冷凝出的液化甲苯被通入甲苯预热管1中，进行循环反应；分离出的液体经过循环泵53后进入外管12，对甲苯进行预热，预热完成后，经换热器61降温处理通入储存罐62，用以准备进入后续工段进行精馏提纯等操作。

实施例1

本实施例提供了一种强化甲苯氧化的工艺，其步骤包括：

向系统中通入保护气n2至系统压力为0.3mpa，打开进料泵，向甲苯预热管中输送加入了相对于甲苯质量分数为0.01wt％苯甲醛的甲苯反应原料溶液；按相对于甲苯质量分数为0.007wt％质量流量加料速率向甲苯中加入环烷酸钴；向管式反应器中注入导热油，用以将管式反应器的反应温度升至158℃。

系统温度到达设定温度158℃后，向氧气预热管中通入氧气，并使用热蒸汽对氧气进行预热，将预热后的氧气通入微界面发生器中，用以使气液两相混合更加充分，提高传质效率。

反应是强放热反应，通过控制气体预热管预热温度、甲苯预热管预热温度和传热介质导热油温度和导热油在反应管套管间的流动速度及时将氧化反应放出热量及时移走，来控制反应体系的温度为158℃。

反应物料经过管式反应器系统反应完毕后，进入分离罐，气相组分经冷凝器将气体成分中甲苯冷凝下来重新伴随原料进入甲苯预热管，液相组分通过物料循环泵打入甲苯预热管外管中，利用液相温度对原料进行预热，然后经换热器返回反应产物储存罐中。

实施例中的管式反应器高度为10m，管式反应器的内反应管内径为200mm，其具有15个凹型管道，每个凹型管道底部设置一个微界面发生器。

上述工艺过程完成后，年生产能力为苯甲酸为13970t/a，苯甲醛为3400t/a(年工作日为300天，每天连续运转24h)。99％甲苯加入50000t/a，转化率为27.94％，苯甲酸选择性为73.2％，苯甲醛为25.8％。

实施例2

本实施例与实施例1工艺相同，但所用的管式反应器不同，本实施例中的管式反应器高度为10m，管式反应器的内反应管内径为200mm，其具有15个凹型管道，每个凹型管道底部设置两个微界面发生器。

上述工艺过程完成后，年生产能力为苯甲酸为14780t/a，苯甲醛为3180t/a(年工作日为300天，每天连续运转24h)。99％甲苯加入50000t/a，转化率为29.56％，苯甲酸选择性为75.5％，苯甲醛为23.9％。

实施例3

本实施例与实施例1制备苯甲酸的工艺方法相同，所用的管式反应器不同，本实施例中的管式反应器高度为10m，管式反应器的内反应管内径为200mm，其具有20个凹型管道，每个凹型管道底部设置两个微界面发生器。

上述工艺过程完成后，年生产能力为苯甲酸为15132t/a，苯甲醛为2846t/a(年工作日为300天，每天连续运转24h)。99％甲苯加入50000t/a，转化率为30.46％，苯甲酸选择性为77.5％，苯甲醛为21.2％。

对比例1

本对比例的反应系统中的管式反应器未设置微界面发生器，其它条件与实施例1相同，其效果如下：年生产能力为苯甲酸为11988t/a，苯甲醛为2890t/a；99％甲苯加入50000t/a，转化率为26.38％，苯甲酸选择性为72.9％，苯甲醛为26.4％。