СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО УЛУЧШЕННОГО ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК B01F3/04 B01J10/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Различные варианты осуществления настоящего изобретения, в основном, относятся к способам и устройствам улучшенного газораспределения в реакторе. Более конкретно, различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к рассеивателям, обеспечивающим усовершенствованное газораспределение в барботажных колонных реакторах.

Уровень техники

Реакции жидкофазного окисления применяют во множестве существующих промышленных процессов. Например, жидкофазное окисление в настоящее время используют для окисления альдегидов до кислот (например, пропионового альдегида до пропионовой кислоты), окисления циклогексана до адипиновой кислоты и окисления алкилароматических углеводородов до спиртов, кислот или дикарбоновых кислот. Особенно значительным промышленным процессом окисления последней категории (окисление алкилароматики) является жидкофазное каталитическое частичное окисление параксилола до терефталевой кислоты. Терефталевая кислота имеет большое значение для множества вариантов применения. Главным направлением использования терефталевой кислоты является производство полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate - PET). PET - хорошо известный полимер, используемый в огромных количествах по всему миру для изготовления таких изделий, как бутылки, волокна и упаковка.

В типичном процессе жидкофазного окисления, включая частичное окисление параксилола до терефталевой кислоты, жидкофазный поток сырья и газофазный поток окислителя подают в реактор, в котором образуется многофазная реакционная среда. Жидкофазный поток сырья, подаваемый в реактор, содержит по меньшей мере одно поддающееся окислению органическое соединение (например, параксилол), тогда как газофазный поток окислителя содержит молекулярный кислород. По меньшей мере часть молекулярного кислорода, подаваемого в реактор в виде газа, растворяется в жидкой фазе реакционной среды с образованием кислорода, доступного для жидкофазной реакции. Если жидкая фаза многофазной реакционной среды содержит молекулярный кислород в недостаточной концентрации (то есть если определенные части реакционной среды характеризуются «дефицитом кислорода»), могут идти нежелательные побочные реакции, приводящие к образованию примесей, и/или целевые реакции могут идти со сниженной скоростью. Если жидкая фаза реакционной среды содержит слишком мало поддающегося окислению соединения, скорость реакции может быть нежелательно низкой. Кроме этого, если жидкая фаза реакционной среды содержит избыточную концентрацию поддающегося окислению соединения, могут идти нежелательные побочные реакции, приводящие к образованию примесей.

Традиционные реакторы жидкофазного окисления оборудованы перемешивающими устройствами с целью перемешивания содержащейся в них многофазной реакционной среды. Перемешивание реакционной среды направлено на интенсификацию растворения молекулярного кислорода в жидкой фазе реакционной среды, поддержание относительно однородной концентрации растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды и поддержание относительно однородной концентрации поддающегося окислению органического соединения в жидкой фазе реакционной среды.

Перемешивание реакционной среды, претерпевающей жидкофазное окисление, часто осуществляют при помощи механических перемешивающих устройств в таких резервуарах, как, например, проточный реактор с мешалкой (continuous stirred tank reactor - CSTR). Хотя CSTR пригодны для совершенного перемешивания реакционной среды, CSTR свойственен ряд недостатков. Например, CSTR сопряжены с относительно высокими капитальными затратами из-за потребности в дорогих электродвигателях, уплотненных подшипниках и приводных валах и/или сложных перемешивающих устройствах. Кроме того, вращающиеся и/или качающиеся механические элементы традиционных CSTR нуждаются в регулярном техническом обслуживании. Количество труда и время простоя, связанные с таким обслуживанием, увеличивают эксплуатационные затраты CSTR. Однако, даже при регулярном техническом обслуживании, системы механического перемешивания, применяемые в CSTR, подвержены поломкам и могут подлежать замене через относительно короткие периоды времени.

Барботажные колонные реакторы являются привлекательной альтернативой CSTR и другим реакторам окисления с механическим перемешиванием. В барботажных колонных реакторах осуществляется перемешивание реакционной среды без помощи дорогостоящего и ненадежного механического оборудования. Барботажные колонные реакторы, обычно, включают в себя вытянутую вверх реакционную зону, в которой находится реакционная среда. Перемешивание реакционной среды в реакционной зоне осуществляется, главным образом, за счет естественной плавучести пузырьков газа, поднимающихся сквозь жидкую фазу реакционной среды. Такое перемешивание за счет естественной плавучести в барботажных колонных реакторах позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с реакторами с механическим перемешиванием. Кроме того, благодаря отсутствию, по существу, движущихся механических частей в барботажных колонных реакторах, такая система окисления менее подвержена механическим отказам, чем реакторы с механическим перемешиванием.

Когда жидкофазное частичное окисление параксилола проводят в традиционных реакторах окисления (CSTR или барботажных колоннах), продукт, отводимый из реактора, обычно представляет собой суспензию, содержащую неочищенную терефталевую кислоту (crude terephthalic acid - СТА) и материнский раствор. СТА содержит относительно большое количество примесей (например, 4-карбоксибензальдегида, паратолуиловой кислоты, флуоренонов и других веществ, обусловливающих цветность), что делает ее непригодной для использования в качестве сырья для производства PET. Таким образом, СТА, полученную в традиционных реакторах окисления, обычно подвергают очистке, в ходе которой СТА превращается в очищенную терефталевую кислоту (purified terephthalic acid - РТА), пригодную для производства PET.

Хотя в области реакций жидкофазного окисления имеются определенные успехи, все же есть потребность в усовершенствованиях.

Сущность изобретения

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к реактору, в котором имеется реакционная зона. В этом варианте осуществления изобретения реактор включает рассеиватель, расположенный в реакционной зоне и предназначенный для введения текучей среды в реакционную зону. Рассеиватель данного варианта осуществления изобретения включает по меньшей мере три радиально проходящих трубы распределения текучей среды, при этом в каждой трубе имеется по меньшей мере три отверстия выпуска текучей среды, при этом радиальный интервал между отверстиями выпуска текучей среды каждой из труб распределения текучей среды уменьшается от центра наружу, и при этом максимальный диаметр рассеивателя составляет по меньшей мере 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к реактору, в котором имеется реакционная зона. В этом варианте осуществления изобретения реактор включает рассеиватель, расположенный в реакционной зоне и предназначенный для введения текучей среды в реакционную зону, при этом рассеиватель включает одну или несколько труб распределения текучей среды, в которых имеется от 20 до 300 отверстий выпуска текучей среды, при этом, если рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных по меньшей мере в одной другой кольцевой области, при этом рассеиватель имеет общее пропускное сечение по меньшей мере 25 процентов, при этом отверстия выпуска текучей среды имеют средний диаметр от примерно 0,5 до примерно 2,0 мм, при этом больше 50 процентов отверстий выпуска текучей среды расположено так, что при нормальных условиях выпускают текучую среду вниз, при этом рассеиватель имеет максимальный диаметр от примерно 0,5 до примерно 6 метров, и максимальный диаметр рассеивателя составляет по меньшей мере 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к системе по меньшей мере частичного окисления поддающегося окислению соединения путем приведения в контакт по меньшей мере части поддающегося окислению соединения с газофазным окислителем. Система данного варианта осуществления изобретения включает первый реактор окисления; второй реактор окисления, расположенный далее по потоку и соединенный по текучей среде с первым реактором окисления; барботажный колонный реактор, расположенный далее по потоку, соединенный по текучей среде со вторым реактором окисления и обуславливающий наличие реакционной зоны; рассеиватель, расположенный в этой реакционной зоне и предназначенный для выпуска по меньшей мере части газофазного окислителя в реакционную зону. В данном варианте осуществления изобретения рассеиватель включает одну или несколько труб распределения текучей среды с множеством отверстий выпуска текучей среды. Кроме того, если рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных по меньшей мере в одной другой кольцевой области. Кроме того, рассеиватель имеет общее пропускное сечение по меньшей мере 25 процентов и максимальный диаметр, который составляет по меньшей мере 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель.

Еще один вариант осуществления изобретения относится к способу производства двухосновной карбоновой кислоты. Способ этого варианта осуществления изобретения включает (а) приведение в контакт поддающегося окислению соединения и первого газофазного окислителя с получением, тем самым, суспензии неочищенной двухосновной карбоновой кислоты; (b) очистку по меньшей мере части суспензии неочищенной двухосновной карбоновой кислоты и, тем самым, получение суспензии очищенной двухосновной карбоновой кислоты; и (с) приведение в контакт по меньшей мере части суспензии очищенной двухосновной карбоновой кислоты со вторым газофазным окислителем в реакционной зоне барботажном колонном реакторе барботажного колонного реактора, при этом по меньшей мере часть второго газофазного окислителя подается в реакционную зону посредством рассеивателя, расположенного в реакционной зоне. Рассеиватель этого варианта осуществления изобретения включает одну или несколько труб распределения текучей среды с множеством отверстий выпуска текучей среды, при этом, если рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных по меньшей мере в одной другой кольцевой области, при этом рассеиватель имеет общее пропускное сечение по меньшей мере 25 процентов и максимальный диаметр, который составляет по меньшей мере 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой вид сбоку реактора, сконструированного в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; в частности, на фигуре показана подача потоков суспензии и газа в реакционную зону реактора и отведение отходящего газа и обработанной суспензии из верхней и нижней частей реактора, соответственно;

Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе по 2-2 реактора, представленного на фиг. 1; в частности, на фигуре показан рассеиватель с прямыми радиально проходящими трубами распределения текучей среды, предназначенными для введения текучей среды в реакционную зону реактора;

Фиг. 3 представляет собой вид снизу альтернативного рассеивателя, пригодного для использования в реакторе, представленном на фиг. 1; в частности, на фигуре показан рассеиватель с изогнутыми радиально проходящими трубами распределения текучей среды, предназначенными для введения текучей среды в реакционную зону реактора;

Фиг. 4 представляет собой вид снизу альтернативного рассеивателя, пригодного для использования в реакторе, представленном на фиг. 1; в частности, на фигуре показан рассеиватель с кольцевыми трубами распределения текучей среды, предназначенными для введения текучей среды в реакционную зону реактора;

Фиг. 5 представляет собой вид снизу альтернативного рассеивателя, пригодного для использования в реакторе, представленном на фиг. 1; в частности, на фигуре показан рассеиватель с квадратными трубами распределения текучей среды, предназначенными для введения текучей среды в реакционную зону реактора;

Фиг. 6 представляет собой вид снизу альтернативного рассеивателя, пригодного для использования в реакторе, представленном на фиг. 1; в частности, на фигуре показан рассеиватель с восьмиугольными трубами распределения текучей среды, предназначенными для введения текучей среды в реакционную зону реактора;

На фиг. 7 приведена схема системы окисления поддающегося окислению соединения, на которой, в частности, показан первичный реактор окисления, первичный реактор окисления бокового погона, вторичный реактор окисления и вторичный реактор окисления бокового погона, внутри которого расположен рассеиватель.

Подробное описание изобретения

Различные варианты осуществления изобретения относятся к рассеивателю для введения текучей среды в реакционную зону реактора, такого как барботажный колонный реактор. Такой рассеиватель может быть применен в системе жидкофазного окисления поддающегося окислению соединения, которое может переноситься в жидкой фазе многофазной реакционной среды, присутствующей в одном или нескольких реакторах с перемешиванием. К пригодным реакторам с перемешиванием относятся, например, реакторы с перемешиванием пузырьками (например, барботажные колонные реакторы), реакторы с механическим перемешиванием (например, проточные реакторы с мешалкой) и реакторы с перемешиванием потоком (например, струйные реакторы).

Сначала обратимся к фиг. 1; на ней показан рассеиватель 10, расположенный в барботажном колонном реакторе 12. В контексте настоящего документа термин «барботажный колонный реактор» означает реактор, обеспечивающий проведение химических реакций в многофазной реакционной среде, в котором перемешивание реакционной среды происходит, главным образом, посредством восходящего движения пузырьков газа сквозь реакционную среду. В контексте настоящего документа термин «перемешивание» означает работу, затрачиваемую в реакционной среде и вызывающую течение текучей среды и/или смешивание. В контексте настоящего документа термины «большая часть», «главным образом» и «преимущественно» означают более 50 процентов. В контексте настоящего документа термин «механическое перемешивание» означает перемешивание реакционной среды, вызванное физическим перемещением жесткого или гибкого элемента (элементов) вплотную с реакционной средой или внутри нее. Например, механическое перемешивание может быть осуществлено посредством вращения, качания и/или вибрирования внутренних мешалок, лопастей, вибраторов или акустических диафрагм, расположенных в реакционной среде. В контексте настоящего документа термин «перемешивание потоком» означает перемешивание реакционной среды, вызываемое нагнетанием и/или рециркуляцией с большой скоростью одной или нескольких текучих сред в реакционной среде. Например, перемешивание потоком может быть осуществлено при помощи сопел, эжекторов и/или эдукторов. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения менее примерно 40, менее примерно 20 или менее 5 процентов перемешивания реакционной среды в барботажном колонном реакторе барботажном колонном реакторе обеспечивается за счет механического перемешивания и/или перемешивания потоком.

На фиг. 1 барботажный колонный реактор 12 показан как включающий рассеиватель 10, корпус резервуара 14, входное отверстие 16 для газа, входное отверстие 18 для суспензии, трубу 20 подвода газа и выходное отверстие 22 для отходящего газа. Барботажный колонный реактор 12 может быть сконструирована по противоточной схеме реакции так, что в ходе работы суспензия может быть подана через входное отверстие 18 для суспензии вблизи, в нормальных условиях, верхней части барботажного колонного реактора барботажного колонного реактора 12 и может перемещаться вниз через реакционную зону 24, ограничиваемую барботажным колонным реактором 12. Газ (например, газофазный окислитель) может быть подан в барботажный колонный реактор 12 через входное отверстие 16 и может распределяться в реакционной зоне 24 рассеивателем 10, расположенным, в нормальных условиях, в нижней части барботажного колонного реактора 12. Затем газ может перемещаться, по существу, вверх через реакционную зону 24. После этого обработанная суспензия может быть отведена из нижней части барботажного колонного реактора 12 через выходное отверстие 26 для суспензии. В различных вариантах осуществления изобретения режим потока в реакционной зоне 24 может представлять собой пузырьковый режим потока или по существу пузырьковый режим. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения режим потока в реакционной зоне 24 может представлять собой поршневой режим потока или по существу поршневой режим с незначительным смешиванием массы с окружающей массой во время течения через реакционную зону 24. В различных вариантах осуществления изобретения поршневой режим потока или, по существу, поршневой режим может быть реализован путем увеличения распределения газа в реакционной зоне 24 так, что одинаковое или по существу одинаковое количество газофазного окислителя вводится в каждую область реакционной зоны 24. Другими словами, поршневой или, по существу, поршневой режим потока может быть реализован путем достижения равномерного или, по существу, равномерного газораспределения по всему или, по существу, всему горизонтальному поперечному сечению реакционной зоны 24.

Обратимся к фиг. 2, представляющей собой поперечное сечение барботажного колонного реактора 12 по 2-2, более подробно отображающее рассеиватель 10. Рассеиватель 10 включает двенадцать прямых или, по существу, прямых радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды, в каждой из которых имеется восемь отверстий 30 выпуска текучей среды. Хотя рассеиватель 10 показан как имеющий двенадцать радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения рассеиватель 10 может включать по меньшей мере 3, по меньшей мере 4, по меньшей мере 6, по меньшей мере 8 или по меньшей мере 10 радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды. Кроме того, в одном или нескольких вариантах осуществления изобретения рассеиватель 10 может включать от 3 до 20, от 6 до 18 или от 9 до 15 радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды.

Как показано на фиг. 2, каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды соединена по текучей среде с вертикальным элементом 32 трубы 20 подвода газа и отходит от нее в радиальном направлении. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может быть расположена с одинаковым или, по существу, одинаковым интервалом вокруг вертикального элемента 32. В контексте настоящего документа термин «расположен, по существу, с одинаковым интервалом» означает, что интервал между каждыми из соседних радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды отличается менее чем на 5 процентов. В различных вариантах осуществления изобретения каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может быть цилиндрической или, по существу, цилиндрической. Кроме того, каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может иметь длину, лежащую в диапазоне от примерно 0,25 до примерно 3 метров или в диапазоне от 0,5 до 2,5 метров. Кроме того, каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может иметь наружный диаметр в диапазоне от примерно 1 до примерно 10 см или в диапазоне от примерно 2 до примерно 5 см. В различных вариантах осуществления изобретения каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может иметь наружный диаметр около 3 см.

Как отмечено выше, в каждой из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды имеется множество отверстий 30 выпуска текучей среды. В различных вариантах осуществления изобретения каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может включать по меньшей мере 3, по меньшей мере 4, по меньшей мере 6 или по меньшей мере 8 отверстий 30 выпуска текучей среды. Кроме того, каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может включать от 3 до 20, от 5 до 17 или от 7 до 14 отверстий 30 выпуска текучей среды. В различных вариантах осуществления изобретения каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может включать 8 отверстий выпуска текучей среды. В различных вариантах осуществления изобретения рассеиватель 10 может включать всего по меньшей мере 20, по меньшей мере 50 или по меньшей мере 90 отверстий 30 выпуска текучей среды. Кроме того, рассеиватель 10 может включать отверстия 30 выпуска текучей среды общим числом в диапазоне от 20 до 300, в диапазоне от 50 до 250 или в диапазоне от 80 до 220.

В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения радиальный интервал между отверстиями 30 выпуска текучей среды каждой соответствующей трубы 28 распределения текучей среды может уменьшаться в направлении наружу от осевого центра рассеивателя 10. Радиальный интервал рассматривается как «убывающий» в такой конфигурации, для которой, если расстояние между соседними парами отверстий 30 выпуска текучей среды (величины Y) отметить на графике как функцию положения каждого интервала относительно центра рассеивателя (величины X), полученная линейная зависимость (то есть линейная регрессия) будет иметь отрицательный наклон. Под относительным положением каждого интервала понимается, что расстоянию между самыми близкими к центру двумя соседними отверстиями выпуска текучей среды присваивается произвольная величина X, равная 1, расстоянию между следующей по направлению наружу парой отверстий выпуска текучей среды присваивается произвольная величина X, равная 2 и т.д. В различных вариантах осуществления изобретения радиальный интервал может уменьшаться в каждой последующей по направлению наружу паре отверстий 30 выпуска текучей среды. Однако, когда это допустимо, нет необходимости, чтобы радиальный интервал уменьшался в каждой последующей по направлению наружу паре отверстий 30 выпуска текучей среды, при условии, что описанный выше график в целом представляет собой линейную регрессию с отрицательным наклоном. Например, труба распределения текучей среды с интервалом между отверстиями выпуска текучей среды, описываемым гипотетическими данными, приведенными в таблице 1, имеет наклон -5, несмотря на то что интервалы номер 2 и 6 больше, чем предшествующие им интервалы:

В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения каждая из радиально проходящих труб 28 распределения текучей среды может включать наиболее близкое к центру отверстие 34 выпуска текучей среды, самое дальнее от центра отверстие 36 выпуска текучей среды и одно или несколько промежуточных отверстий 38 выпуска текучей среды. Как показано на фиг. 2, расстояние между наиболее близким к центру отверстием 34 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38а выпуска текучей среды может быть больше, чем расстояние между самым дальним от центра отверстием 36 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38f выпуска текучей среды. В различных вариантах осуществления изобретения расстояние между наиболее близким к центру отверстием 34 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38а выпуска текучей среды может быть по меньшей мере на 1 процент, по меньшей мере на 5 процентов или по меньшей мере на 10 процентов больше, чем расстояние между самым дальним от центра отверстием 36 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38f выпуска текучей среды. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения расстояние между наиболее близким к центру отверстием 34 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38а выпуска текучей среды может быть больше, чем расстояние между двумя соседними промежуточными отверстиями 38 выпуска текучей среды (например, отверстиями 38а и 38b выпуска текучей среды). В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения расстояние между наиболее близким к центру отверстием 34 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38а выпуска текучей среды может быть по меньшей мере на 1 процент, по меньшей мере на 5 процентов или по меньшей мере на 10 процентов больше, чем расстояние между двумя соседними промежуточными отверстиями 38 выпуска текучей среды (например, отверстиями 38а и 38b выпуска текучей среды). Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения расстояние между наиболее близким к центру отверстием 34 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38а выпуска текучей среды может быть больше, чем каждое из расстояний между соседними отверстиями 38 выпуска текучей среды. Кроме того, расстояние между наиболее близким к центру отверстием 34 выпуска текучей среды и соседним с ним промежуточным отверстием 38а выпуска текучей среды может быть по меньшей мере на 1 процент, по меньшей мере на 5 процентов или по меньшей мере на 10 процентов больше, чем каждое из расстояний между соседними отверстиями 38 выпуска текучей среды. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения расстояние между соседними промежуточными отверстиями 38 выпуска текучей среды может уменьшаться в радиальном направлении наружу от вертикального элемента 32. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения расстояние между соседними промежуточными отверстиями 38 выпуска текучей среды может уменьшаться по меньшей мере на 1 процент, по меньшей мере на 5 процентов или по меньшей мере на 10 процентов для каждой последующей от центра наружу пары промежуточных отверстий 38 выпуска текучей среды. Например, расстояние между промежуточными отверстиями 38b и 38 с выпуска текучей среды может быть по меньшей мере на 1 процент, по меньшей мере на 5 процентов или по меньшей мере на 10 процентов меньше, чем расстояние между промежуточными отверстиями 38а и 38b выпуска текучей среды. Во всех описанных вариантах осуществления изобретения в отношении размещения отверстий 30 выпуска текучей среды, расстояние между отверстиями 30 выпуска текучей среды следует определять от центра одного отверстия выпуска текучей среды до центра соседнего от него отверстия выпуска текучей среды.

В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения отверстия 30 выпуска текучей среды могут быть размещены равно кольцеобразно или, по существу, равно кольцеобразно. В контексте настоящего документа термин «равно кольцеобразно», используемый для описания размещения отверстий выпуска текучей среды, означает такое размещение, при котором площади теоретических концентрических или, по существу, концентрических колец, ограничиваемых центрами отверстий 30 выпуска текучей среды, равны. В контексте настоящего документа термин «по существу», когда он используется как модифицирующий термин «равно кольцеобразно», означает, что площади теоретических концентрических колец отличаются менее чем на 1 процент для любых двух колец.

В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в первой выбранной кольцевой области, может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных по меньшей мере в одной, по меньшей мере в двух или по меньшей мере в трех оставшихся кольцевых областях. Другими словами по меньшей мере две, по меньшей мере три или все четыре кольцевые области могут иметь суммарную площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, которая составляет до 25, до 10, до 5 или до 1 процента одна от другой. Кроме того, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в самой дальней от центра области может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в наиболее близкой к центру области. Кроме того, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в самой дальней от центра области может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных во внутренне-промежуточной области. Кроме того, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в самой дальней от центра области может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных во внешне-промежуточной области. Кроме того, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в наиболее близкой к центру области может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных во внутренне-промежуточной области. Кроме того, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных в наиболее близкой к центру области может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных во внешне-промежуточной области.

Кроме того, когда рассеиватель 10 теоретически разделен на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных во внутренне-промежуточной области, может составлять до 25, до 10, до 5 или до 1 процента суммарной площади всех отверстий 30 выпуска текучей среды, расположенных во внешне-промежуточной области. Следует понимать, что, если граница теоретической кольцевой области делит пополам отверстие 30 выпуска текучей среды, то каждая часть разделенного отверстия 30 выпуска текучей среды учитывается только в суммарной площади отверстий выпуска текучей среды той соответствующей кольцевой области, в которой эта часть находится.

В различных вариантах осуществления изобретения отверстия 30 выпуска текучей среды могут быть круглыми или, по существу, круглыми. Кроме того, отверстия 30 выпуска текучей среды могут иметь средний диаметр от примерно 0,5 до примерно 2,0 мм, от примерно 0,6 до примерно 1,8 мм, от примерно 0,7 до примерно 1,6 мм или от примерно 0,8 до примерно 1,4 мм. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения все отверстия 30 выпуска текучей среды могут быть, по существу, одинакового размера с отклонением от среднего диаметра менее 0,5 мм, менее 0,3 мм, менее 0,1 мм или менее 0,05 мм между любыми двумя отверстиями 30 выпуска текучей среды.

В различных вариантах осуществления изобретения по меньшей мере часть отверстий 30 выпуска текучей среды может быть расположена так, что при нормальных условиях они выпускают текучую среду вниз. В контексте настоящего документа термин «вниз» означает любое направление под нижней, при нормальных условиях, стороной рассеивателя 10 в пределах 15° от вертикали.

В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения рассеиватель 10 может иметь общее пропускное сечение по меньшей мере 25 процентов, по меньшей мере 50 процентов или по меньшей мере 75 процентов. В контексте настоящего документа термин «пропускное сечение» означает всю горизонтальную площадь, занимаемую рассеивателем и ограничиваемую теоретическим периметром его самых дальних от центра точек минус доля площади, занимаемая трубами распределения текучей среды рассеивателя. Например, в отношении рассеивателя 10, общая горизонтальная площадь, занимаемая рассеивателем 10, определяется самыми дальними от центра концами труб 28 распределения текучей среды, тогда как общее пропускное сечение является суммой клинообразных открытых областей 40 между трубами 28 распределения текучей среды. Площадь открытых областей 40 измеряют на теоретической горизонтальной плоскости, проходящей через рассеиватель 10 на той высоте, где трубы 28 распределения текучей среды имеют максимальный горизонтальный диаметр. В различных вариантах осуществления изобретения рассеиватель 10 может иметь общее пропускное сечение в диапазоне от примерно 25 до примерно 99 процентов, в диапазоне от примерно 50 до примерно 95 процентов или в диапазоне от 75 до 90 процентов.

Рассеиватель 10 может иметь габаритные размеры, соответствующие его назначению при использовании в барботажном колонном реакторе. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения рассеиватель 10 может иметь максимальный диаметр по меньшей мере 0,5 метра, по меньшей мере 0,75 метра или по меньшей мере 1 метр. Кроме того, рассеиватель 10 может иметь максимальный диаметр в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 6 метров, в диапазоне от примерно 0,75 до примерно 5 метров или в диапазоне от 1 до 4 метров. Кроме того, когда рассеиватель 10 установлен в реакционной зоне барботажного колонного реактора, такой как реакционная зона 24 барботажного колонного реактора 12, показанной на фиг. 1, рассеиватель 10 может иметь максимальный диаметр, составляющий по меньшей мере 90 процентов, по меньшей мере 95 процентов, по меньшей мере 96 процентов или по меньшей мере 97 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте реакционной зоны, где находится рассеиватель 10. Высоту размещения рассеивателя 10 в реакционной зоне определяют с использованием центра массы рассеивателя 10. Центр массы рассеивателя 10 определяют только для рассеивателя, не учитывая другие элементы, такие как вертикальный элемент 32.

Снова обратимся к фиг. 1; как было указано, конструкция барботажного колонного реактора 12 может предусматривать противоточный контакт суспензии (например, суспензии очищенной терефталевой кислоты (РТА)) и газофазного потока (например, газофазного окислителя). Таким образом, в различных вариантах осуществления изобретения входное отверстие 18 для суспензии барботажного колонного реактора 12 может быть расположено так, чтобы подача суспензии осуществлялась в области, составляющей при нормальных условиях самое большое 50 процентов, при нормальных условиях - 30 процентов, при нормальных условиях - 20 процентов или при нормальных условиях - 10 процентов от реакционной зоны 24 барботажного колонного реактора 12. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения рассеиватель 10 может быть расположен в области самых нижних, при нормальных условиях, 30 процентов, самых нижних, при нормальных условиях, 20 процентов или самых нижних, при нормальных условиях, 10 процентов реакционной зоны 24 барботажного колонного реактора 12.

В различных вариантах осуществления изобретения конструкция рассеивателя 10 может предусматривать введение газа, такого как газофазный окислитель (например, воздух или сочетание воздуха и пара), в реакционную зону 24. В различных вариантах осуществления изобретения расход газа через рассеиватель 10 может составлять по меньшей мере 25, по меньшей мере 50, по меньшей мере 75, по меньшей мере 100 или по меньшей мере 150 кг/час. Кроме того, расход газа через рассеиватель 10 может соответствовать диапазону от 25 до 500 кг/ч, от примерно 50 до примерно 600 кг/ч или диапазону от 75 до 500 кг/ч. Кроме того, газ может быть подан в реакционную зону 24 с таким расходом, чтобы приведенная скорость газа («U_g») в реакционной зоне 24 соответствовала диапазону от примерно 0,01 до примерно 0,9 см/с, диапазону от примерно 0,05 до примерно 0,4 см/с или диапазону от примерно 0,1 до примерно 0,2 см/с. Приведенная скорость газа, как известно в данной области, представляет собой отношение объемного расхода газа к средней площади поперечного сечения реакционной зоны 24. В различных вариантах осуществления изобретения приведенная скорость газа в реакционной зоне 24 может составлять около 0,16 см/с. Кроме того, задержка газа в реакционной зоне 24 может соответствовать диапазону от примерно 0,5 до примерно 3 процентов или диапазону от 1 до 2 процентов. Как известно в данной области «задержка газа» означает долю объема многофазной реакционной среды, находящейся в газообразном состоянии. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения падение давления при введении газофазного потока в реакционную зону 24 может составлять по меньшей мере 1, по меньшей мере 2 или по меньшей мере 2,5 фунта на кв. дюйм (psi) (6,9; 13,8 или 17,2 кПа). Кроме того, падение давления при введении газофазного потока в реакционную зону 24 может лежать в диапазоне от примерно 1 до примерно 10 psi (6,9-69 кПа), в диапазоне от примерно 2 до примерно 7,5 psi (13,8-51,7 кПа) или в диапазоне от 2,5 до 5 psi (17,2-34,5 кПа). Падение давления определяют по следующей формуле:

где ΔP означает падение давления, ρ означает плотность газа в подаваемом газофазном потоке, и U₀ означает скорость газофазного потока, определяемую у отверстий 30 выпуска текучей среды. U₀ определяют по следующей формуле:

где N означает общее количество отверстий 30 выпуска текучей среды, d₀ означает средний диаметр отверстий 30 выпуска текучей среды.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения рабочее давление в реакционной зоне 24, измеренное у выходного отверстия 22 для отходящего газа, может лежать в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 8 МПа, в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 4 МПа или в диапазоне от 1 до 2 МПа. Кроме того, рабочая температура в реакционной озоне 24, измеренная у выходного отверстия 26 для суспензии, может лежать в диапазоне от примерно 150 до примерно 280°C, в диапазоне от примерно 160 до примерно 240°C или в диапазоне от 170 до 210°C.

Теперь обратимся к фиг. 3, на которой показан альтернативный рассеиватель 110 со множеством изогнутых, проходящих радиально труб 128 распределения текучей среды. Каждая из труб 128 распределения текучей среды может иметь множество отверстий 130 выпуска текучей среды, включающих самые близкие к центру отверстия 134 выпуска текучей среды, промежуточные отверстия 138 выпуска текучей среды и самые дальние от центра отверстия 136 выпуска текучей среды. Кроме того, рассеиватель 110 включает трубу 120 подвода газа. В различных вариантах осуществления изобретения рассеиватель 110 может быть применен в барботажном колонном реакторе (таком как барботажном колонном реакторе 12, описанном выше со ссылкой на фиг. 1) для введения газа (например, газофазного окислителя) в реакционную зону реактора. Рассеиватель 110, трубы 128 распределения текучей среды и отверстия 130 выпуска текучей среды, сами по себе, имеют такие же или, по существу, такие же габаритные размеры и могут функционировать также или, по существу, так же, как рассеиватель 10, трубы 28 распределения текучей среды и отверстия 30 выпуска текучей среды, описанные выше со ссылкой на фиг. 1 и 2.

Теперь обратимся к фиг. 4, на которой показан альтернативный рассеиватель 210 с кольцевыми трубами 228 распределения текучей среды. Кольцевые трубы 228 распределения текучей среды могут быть размещены концентрически или, по существу, концентрически. Кроме того, в различных вариантах осуществления изобретения кольцевые трубы 228 распределения текучей среды могут быть размещены равно кольцеобразно или, по существу, равно кольцеобразно. Как видно на фиг. 4, в трубах 228 распределения текучей среды имеется множество отверстий 230 выпуска текучей среды. Самые близкие к центру отверстия 234 выпуска текучей среды могут находиться в самой близкой к центру трубе 240 распределения текучей среды, промежуточные отверстия 238 выпуска текучей среды могут находиться в соответствующих промежуточных трубах 242 распределения текучей среды, самые дальние от центра отверстия 236 выпуска текучей среды могут находиться в самой дальней от центра трубе 244 распределения текучей среды. Количество, расположение и размеры отверстий 230 выпуска текучей среды могут быть такими же или, по существу, такими же, как описано выше в отношении отверстий 30 выпуска текучей среды со ссылкой на фиг. 2. Кроме того, рассеиватель 210 может функционировать также или, по существу, также, как рассеиватель 10, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2.

Теперь обратимся к фиг. 5, на которой показан альтернативный рассеиватель 310 с множеством квадратных труб 328 распределения текучей среды. Квадратные трубы 328 распределения текучей среды могут быть размещены концентрически или, по существу, концентрически. Как показано на фиг. 5, в трубах 328 распределения текучей среды имеется множество отверстий 330 выпуска текучей среды. В различных вариантах осуществления изобретения квадратные трубы 328 распределения текучей среды могут быть размещены так, что отверстия 330 выпуска текучей среды располагаются равно кольцеобразно или, по существу, равно кольцеобразно. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения самые близкие к центру отверстия 334 выпуска текучей среды могут находиться в самой близкой к центру трубе 340 распределения текучей среды, промежуточные отверстия 338 выпуска текучей среды могут находиться в соответствующих промежуточных трубах 342 распределения текучей среды, самые дальние от центра отверстия 336 выпуска текучей среды могут находиться в самой дальней от центра трубе 344 распределения текучей среды. Количество, расположение и размеры отверстий 330 выпуска текучей среды могут быть такими же или, по существу, такими же, как описано выше в отношении отверстий 30 выпуска текучей среды со ссылкой на фиг. 2. Кроме того, рассеиватель 310 может функционировать также или, по существу, также, как рассеиватель 10, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2.

Теперь обратимся к фиг. 6, на которой показан альтернативный рассеиватель 410 с множеством восьмиугольных труб 428 распределения текучей среды. Восьмиугольные трубы 428 распределения текучей среды могут быть размещены концентрически или, по существу, концентрически. Как показано на фиг. 6, в трубах 428 распределения текучей среды имеется множество отверстий 430 выпуска текучей среды. В различных вариантах осуществления изобретения восьмиугольные трубы 428 распределения текучей среды могут быть размещены так, что отверстия 430 выпуска текучей среды располагаются равно кольцеобразно или, по существу, равно кольцеобразно. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения самые близкие к центру отверстия 434 выпуска текучей среды могут находиться в самой близкой к центру трубе 440 распределения текучей среды, промежуточные отверстия 438 выпуска текучей среды могут находиться в соответствующих промежуточных трубах 442 распределения текучей среды, самые дальние от центра отверстия 436 выпуска текучей среды могут находиться в самой дальней от центра трубе 444 распределения текучей среды. Количество, расположение и размеры отверстий 430 выпуска текучей среды могут быть такими же или, по существу, такими же, как описано выше в отношении отверстий 30 выпуска текучей среды со ссылкой на фиг. 2. Кроме того, рассеиватель 410 может функционировать так же или, по существу, так же, как рассеиватель 10, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2.

Теперь обратимся к фиг. 7, рассеиватель 510 может быть применен в барботажном колонном реакторе 512 в системе 514 с целью по меньшей мере частичного окисления поддающегося окислению соединения (например, параксилола) с образованием двухосновной карбоновой кислоты (например, терефталевой кислоты). Система 514 показана как включающая первичный реактор 516 окисления, первичный реактор 518 окисления бокового погона, вторичный реактор 520 окисления и барботажный колонный реактор 512, которая может представлять собой реактор окисления бокового погона. Рассеиватель 510 может иметь такие же размеры и функционировать таким же или, по существу, таким же образом, как описано выше в отношении любого из рассеивателей 10, 110, 210, 310 или 410 со ссылкой на фиг. 2, 3, 4, 5 и 6, соответственно. Кроме того, барботажный колонный реактор 512 может иметь такие же размеры и функционировать таким же или, по существу, таким же образом, как барботажный колонный реактор 12, описанная выше со ссылкой на фиг. 1.

В ходе функционирования, жидкофазный исходный поток, содержащий поддающееся окислению соединение (например, параксилол) и растворитель (например, уксусная кислота и/или вода) могут быть поданы в первичный реактор 516 окисления с целью жидкофазного окисления. Газофазный окислитель (например, воздух) также может быть подан в первичный реактор 516 окисления через рассеиватель 522. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения первичный реактор 516 окисления может представлять собой барботажный колонный реактор, таким образом, перемешивание образующейся реакционной среды в реакционной зоне 524 первичного реактора 516 окисления обеспечивается, главным образом, пузырьками поступающего газофазного окислителя. Окисление поддающегося окислению соединения может проходить как реакция осаждения с образованием трехфазной реакционной среды. После начального окисления образовавшийся отходящий газ может быть отведен по линии 526, а образовавшаяся суспензия неочищенной двухосновной карбоновой кислоты (например, суспензия неочищенной терефталевой кислоты («СТА»)) может быть отведена по трубе 528 отведения бокового погона.

По трубе 528 отведения бокового погона суспензия может быть подана в первичный реактор 518 окисления бокового погона, в котором происходит ее дальнейшее окисление вследствие контакта с дополнительным газофазным окислителем (например, воздухом или сочетанием воздуха и пара). Отходящий газ, образующийся при дополнительном окислении в первичном реакторе 518 окисления бокового погона, может быть отведен по линии 530, тогда как образующуюся суспензию отводят по линии 532.

По линии 532 суспензия может быть подана во вторичный реактор 520 окисления. Кроме того, дополнительный газофазный окислитель (например, воздух) может быть смешан с поступающей по линии 532 суспензией перед ее подачей во вторичный реактор 520 окисления. В качестве альтернативы, дополнительный газофазный окислитель (например, воздух) может быть введен во вторичный реактор 520 окисления отдельно. Дополнительный растворитель (например, уксусная кислота и/или вода) может быть подан во вторичный реактор 520 окисления через рассеиватель 534. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения вторичный реактор 520 окисления может представлять собой проточный реактор с мешалкой (CSTR), таким образом, перемешивание образующейся реакционной среды в реакционной зоне 536 вторичного реактора 520 окисления обеспечивается, главным образом, механическими средствами. В альтернативных вариантах осуществления изобретения вторичный реактор 520 окисления может представлять собой барботажный колонный реактор. После вторичного окисления образовавшийся отходящий газ может быть выведен по линии 538, образовавшаяся суспензия очищенной двухосновной карбоновой кислоты (например, суспензия очищенной терефталевой кислоты («РТА») может быть выведена по трубе 540 отведения бокового погона.

По трубе 540 отведения бокового погона суспензия может быть введена в барботажный колонный реактор 512, где может происходить ее дальнейшее окисление в результате контакта с дополнительным газофазным окислителем (например, воздухом). Как указано выше, дополнительный газофазный окислитель может быть введен в реакционную зону 542 барботажного колонного реактора 512 через рассеиватель 510, который может иметь конфигурацию, подобную конфигурации любого из рассеивателей, описанных выше со ссылкой на фиг. 2-6. Отходящий газ, образующийся при дополнительном окислении в барботажном колонном реакторе 512, может быть отведен по линии 544, образующаяся суспензия (например, суспензия терефталевой кислоты) может быть отведена по линии 546.

Определения

Следует понимать, что дальнейшее не подразумевает приведения исчерпывающего списка определяемых терминов. В предшествующем описании могут содержаться другие определения, например, сопровождающие использование определяемого термина в контексте.

В контексте настоящего документа на английском языке «а», «an», «the» означают единственное или множественное число.

В контексте настоящего документа термин «и/или», используемый в списке из двух или более позиций, означает, что любая из перечисленных позиций может быть применена сама по себе, либо может быть применено любое сочетание из двух или более перечисленных позиций. Например, если композиция описана как содержащая компоненты А, В и/или С, эта композиция может содержать только А; только В; только С; сочетание А и В; сочетание А и С; сочетание В и С; или сочетание А, В и С.

В контексте настоящего документа термины «содержащий», «содержит» и «содержат» являются расширяемыми переходными терминами, используемыми для перехода от предмета, описанного до этого термина, к одному или нескольким элементам, описываемым после этого термина, при этом элемент или элементы, перечисляемые после переходного термина, не обязательно являются исключительными элементами, составляющими указанный предмет.

В контексте настоящего документа термины «имеющий», «имеет» и «имеют» имеют такое же расширяемое значение, как термины «содержащий», «содержит» и «содержат», приведенные выше.

В контексте настоящего документа термины «включающий», «включает» и «включают» имеют такое же расширяемое значение, как термины «содержащий», «содержит» и «содержат», приведенные выше.

Числовые диапазоны

В настоящем описании с целью количественного определения некоторых параметров, имеющих отношение к изобретению, использованы числовые диапазоны. Следует понимать, что когда приведены числовые диапазоны, такие диапазоны следует рассматривать как обеспечивающие численное основание для ограничений пунктов формулы изобретения, в которых приведена только нижняя величина диапазона, а также ограничений пунктов формулы изобретения, в которых приведена только верхняя величина диапазона. Например, раскрываемый числовой диапазон от 10 до 100 обеспечивает численное основание для пункта формулы изобретения, в котором указано «более 10» (без верхнего предела) и пункта формулы изобретения, в котором указано «менее 100» (без нижнего предела).

В настоящем описании с целью количественного определения некоторых параметров, имеющих отношение к изобретению, использованы конкретные числовые величины, при этом эти конкретные числовые величины не обязательно являются частью числового диапазона. Следует понимать, что каждую конкретную числовую величину, приведенную в настоящем документе, следует рассматривать как обеспечивающую численное основание для широкого, промежуточного и узкого диапазона. Широкий диапазон, связанный с каждой конкретной числовой величиной, представляет собой эту числовую величину плюс и минус 60 процентов от этой числовой величины, округленные до двух значащих цифр. Промежуточный диапазон, связанный с каждой конкретной числовой величиной, представляет собой эту числовую величину плюс и минус 30 процентов от этой числовой величины, округленные до двух значащих цифр. Узкий диапазон, связанный с каждой конкретной числовой величиной, представляет собой эту числовую величину плюс и минус 15 процентов от этой числовой величины, округленные до двух значащих цифр. Например, если в описании указана конкретная температура 62°F, это указание обеспечивает численное основание для широкого числового диапазона от 25 до 99°F (62 ±37°F), промежуточного числового диапазона от 43 до 81°F (62 ±19°F) и узкого числового диапазона от 53 до 71°F (62±9°F). Эти широкие, промежуточные и узкие диапазоны следует применять не только к конкретным величинам, но также следует применять к разностям между конкретными величинами. Так, если в описании приведено первое давление 110 psia и второе давление 48 psia (разность 62 psi), широкий, промежуточный и узкий диапазоны для разности давлений между этими двумя потоками будут от 25 до 99 psi, от 43 до 81 psi или от 53 до 71 psi, соответственно.

Формула изобретения не ограничивается описанными вариантами осуществления изобретения.

Предпочтительные формы изобретения, описанные выше, следует воспринимать только как пояснение и не следует использовать при интерпретации объема настоящего изобретения в ограничивающем смысле. Специалисты в данной области без труда могут осуществить модификации вышеизложенных примерных вариантов осуществления изобретения, не отступающие от существа настоящего изобретения.

Таким образом, авторы изобретения заявляют, что они опираются на Теорию эквивалентов при определении и оценке обоснованно справедливого объема настоящего изобретения, который относится к любому устройству, существенным образом не выходящему за рамки буквального объема изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к способам и устройствам улучшенного газораспределения в реакторе. Более конкретно, различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к рассеивателям, обеспечивающим усовершенствованное газораспределение в барботажных колонных реакторах. Барботажный колонный реактор включает реакционную зону, рассеиватель, расположенный в реакционной зоне для введения текучей среды в реакционную зону. Рассеиватель содержит, по меньшей мере, три радиально проходящих трубы распределения текучей среды, при этом в каждой трубе распределения текучей среды имеется, по меньшей мере, три отверстия выпуска текучей среды. Радиальный интервал между отверстиями выпуска текучей среды каждой из труб распределения текучей среды уменьшается наружу. Максимальный диаметр рассеивателя составляет, по меньшей мере, 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен указанный рассеиватель. Рассеиватель выполнен таким образом, что перемешивание реакционной среды происходит, главным образом, посредством восходящего движения пузырьков газа, выпускаемых из указанных, по меньшей мере, трех отверстий выпуска текучей среды через реакционную среду так, что менее 5 процентов перемешивания реакционной среды обеспечивается за счет механического перемешивания. Изобретение обеспечивает улучшенное перемешивание реакционной среды. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

1. Барботажный колонный реактор, в котором имеется реакционная зона, при этом, указанный барботажный колонный реактор содержит: рассеиватель, расположенный в указанной реакционной зоне для введения текучей среды в реакционную зону, при этом указанный рассеиватель содержит, по меньшей мере, три радиально проходящих трубы распределения текучей среды,
при этом в каждой трубе распределения текучей среды имеется, по меньшей мере, три отверстия выпуска текучей среды,
при этом радиальный интервал между отверстиями выпуска текучей среды каждой из труб распределения текучей среды уменьшается наружу,
при этом максимальный диаметр рассеивателя составляет, по меньшей мере, 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен указанный рассеиватель, причем рассеиватель выполнен таким образом, что перемешивание реакционной среды происходит, главным образом, посредством восходящего движения пузырьков газа, выпускаемых из указанных, по меньшей мере, трех отверстий выпуска текучей среды через реакционную среду так, что менее 5 процентов перемешивания реакционной среды обеспечивается за счет механического перемешивания.

2. Реактор по п. 1, в котором, если указанный рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из указанных кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных, по меньшей мере, в одной другой из указанных кольцевых областей.

3. Реактор по п. 1, в котором каждая из указанных труб распределения текучей среды соединена по текучей среде с общей трубой подвода текучей среды и отходит от нее наружу.

4. Реактор по п. 3, в котором указанные трубы распределения текучей среды расположены, по существу, с одинаковым интервалом вокруг общей трубы подвода текучей среды.

5. Реактор по п. 1, в котором в каждой из указанных труб распределения текучей среды имеется, по меньшей мере, четыре указанных отверстия выпуска текучей среды.

6. Реактор по п. 1, в котором указанные отверстия выпуска текучей среды расположены, по существу, равно кольцеобразно.

7. Реактор по п. 1, в котором указанный рассеиватель имеет общее пропускное сечение, по меньшей мере, 25 процентов.

8. Реактор по п. 1, в котором в указанном рассеивателе имеется от 20 до 300 отверстий выпуска текучей среды.

9. Реактор по п. 1, в котором указанные отверстия выпуска текучей среды имеют средний диаметр от, примерно, 0,5 до, примерно, 2,0 мм.

10. Реактор по п. 1, в котором больше 50 процентов указанных отверстий выпуска текучей среды расположены так, что при нормальных условиях выпускают текучую среду в нижнем направлении.

11. Реактор по п. 1, в котором указанный рассеиватель имеет максимальный диаметр от, примерно, 0,5 до, примерно, 6 метров, при этом, максимальный диаметр указанного рассеивателя составляет, по меньшей мере, 95 процентов диаметра указанной реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель.

12. Реактор по п. 1, в котором отклонения от среднего диаметра всех указанных отверстий выпуска текучей среды составляет менее 0,5 мм.

13. Барботажный колонный реактор, в котором имеется реакционная зона, при этом указанный барботажный колонный реактор содержит: рассеиватель, расположенный в указанной реакционной зоне, для введения текучей среды в реакционную зону,
при этом рассеиватель содержит одну или более труб распределения текучей среды, определяющих от 20 до 300 отверстий выпуска текучей среды,
при этом, если рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из указанных кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных в, по меньшей мере, одной другой из указанных кольцевых областей,
при этом рассеиватель имеет общее пропускное сечение, по меньшей мере, 25 процентов,
при этом отверстия выпуска текучей среды имеют средний диаметр от, примерно, 0,5 до, примерно, 2,0 мм,
при этом больше 50 процентов отверстий выпуска текучей среды расположено для выпуска текучей среды в нижнем направлении при нормальных условиях,
при этом рассеиватель имеет максимальный диаметр от, примерно, 0,5 до, примерно, 6 метров,
при этом максимальный диаметр указанного рассеивателя составляет, по меньшей мере, 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен указанный рассеиватель и причем рассеиватель выполнен таким образом, что перемешивание реакционной среды происходит, главным образом, посредством восходящего движения пузырьков газа, выпускаемых из указанных, по меньшей мере, трех отверстий выпуска текучей среды через реакционную среду так, что менее 5 процентов перемешивания реакционной среды обеспечивается за счет механического перемешивания.

14. Реактор по п. 13, в котором указанный рассеиватель включает, по меньшей мере, три указанных трубы распределения текучей среды, при этом в каждой из указанных труб распределения текучей среды имеется, по меньшей мере, три указанных отверстия выпуска текучей среды, при этом каждая из указанных труб распределения текучей среды соединена по текучей среде с общей трубой подвода текучей среды.

15. Реактор по п. 14, в котором указанные трубы распределения текучей среды проходят радиально от указанной общей трубы подвода текучей среды, при этом радиальный интервал между указанными отверстиями выпуска текучей среды каждой из указанных труб распределения текучей среды уменьшается от указанной общей трубы подвода текучей среды наружу.

16. Реактор по п. 13, в котором указанные трубы распределения текучей среды имеют форму, выбираемую из группы, состоящей из изогнутой, прямой, круглой, квадратной, пятиугольной, шестиугольной и восьмиугольной.

17. Реактор по п. 13, в котором указанный рассеиватель имеет максимальный диаметр, который составляет, по меньшей мере, 95 процентов диаметра указанной реакционной зоны на той высоте, где расположен указанный рассеиватель.

18. Реактор по п. 13, в котором указанный рассеиватель имеет общее пропускное сечение, по меньшей мере, 50 процентов, при этом в указанном рассеивателе имеется от 80 до 220 указанных отверстий выпуска текучей среды, при этом, по меньшей мере, 75 процентов указанных отверстий выпуска текучей среды расположены так, что при нормальных условиях выпускают текучую среду в нижнем направлении.

19. Реактор по п. 13, в котором отклонения от среднего диаметра всех указанных отверстий выпуска текучей среды составляют менее 0,5 мм.

20. Система для, по меньшей мере, частичного окисления поддающегося окислению соединения путем приведения в контакт, по меньшей мере, части указанного поддающегося окислению соединения с газофазным окислителем, причем система содержит:
первый реактор окисления;
второй реактор окисления, расположенный далее по потоку от указанного первого реактора окисления и соединенный с ним по текучей среде;
барботажный колонный реактор, расположенный далее по потоку от указанного второго реактора окисления и соединенный с ним по текучей среде и определяющий реакционную зону; и
рассеиватель, расположенный в реакционной зоне и выполненный с возможностью выпуска, по меньшей мере, части газофазного окислителя в реакционную зону,
при этом рассеиватель включает в себя одну или более труб распределения текучей среды, определяющих множество отверстий выпуска текучей среды,
при этом, если рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из указанных кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных в, по меньшей мере, одной другой из указанных кольцевых областей,
при этом рассеиватель имеет общее пропускное сечение, по меньшей мере, 25 процентов,
при этом рассеиватель имеет максимальный диаметр, который составляет, по меньшей мере, 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель, и
причем рассеиватель выполнен таким образом, что перемешивание реакционной среды происходит, главным образом, посредством восходящего движения пузырьков газа, выпускаемых из указанных, по меньшей мере, трех отверстий выпуска текучей среды через реакционную среду так, что менее 5 процентов перемешивания реакционной среды обеспечивается за счет механического перемешивания.

21. Система по п. 20, в которой указанный рассеиватель включает множество указанных труб распределения текучей среды, при этом в каждой из указанных труб распределения текучей среды имеется, по меньшей мере, три указанных отверстия выпуска текучей среды, при этом каждая из указанных труб распределения текучей среды соединена по текучей среде с общей трубой подвода текучей среды.

22. Система по п. 21, в которой указанный рассеиватель включает, по меньшей мере, три указанных трубы распределения текучей среды, при этом указанные трубы распределения текучей среды направлены радиально от указанной общей трубы подвода текучей среды, при этом радиальный интервал между указанными отверстиями выпуска текучей среды каждой из указанных труб распределения текучей среды уменьшается от указанной общей трубы подвода текучей среды наружу.

23. Система по п. 20, в которой указанные отверстия выпуска текучей среды имеют средний диаметр от, примерно, 0,5 до, примерно, 2,0 мм, при этом больше 50 процентов указанных отверстий выпуска текучей среды расположено так, что при нормальных условиях они выпускают указанный газофазный окислитель вниз, при этом указанный рассеиватель имеет максимальный диаметр, составляющий, по меньшей мере, 95 процентов максимального диаметра указанной реакционной зоны, при этом, отклонения от среднего диаметра всех указанных отверстий выпуска текучей среды составляет менее 0,5 мм.

24. Система по п. 20, в которой суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из указанных кольцевых областей, составляет до 25 процентов каждой из суммарных площадей отверстий выпуска текучей среды, соответственно расположенных, по меньшей мере, в двух других из указанных кольцевых областей.

25. Система по п. 20, в которой указанный барботажный колонный реактор предназначен для приема суспензии из указанного второго реактора окисления в области, составляющей самое большое 50 процентов от указанной реакционной зоны при нормальных условиях, тогда как указанный рассеиватель расположен в области, составляющей самое меньшее 30 процентов от указанной реакционной зоны при нормальных условиях.

26. Способ производства двухосновной карбоновой кислоты, включающий:
(a) приведение в контакт поддающегося окислению соединения с первым газофазным окислителем с получением, тем самым, суспензии неочищенной двухосновной карбоновой кислоты;
(b) очистку, по меньшей мере, части суспензии неочищенной двухосновной карбоновой кислоты и, тем самым, получение суспензии очищенной двухосновной карбоновой кислоты; и
(c) приведение в контакт, по меньшей мере, части суспензии очищенной двухосновной карбоновой кислоты со вторым газофазным окислителем в реакционной зоне барботажного колонного реактора, при этом, по меньшей мере, часть второго газофазного окислителя подается в реакционную зону посредством рассеивателя, расположенного в указанной реакционной зоне,
при этом рассеиватель содержит одну или более труб распределения текучей среды, определяющих, по меньшей мере, три отверстия выпуска текучей среды,
при этом, если указанный рассеиватель теоретически разделить на четыре кольцевых области равной площади, суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из указанных кольцевых областей, составляет до 25 процентов суммарной площади отверстий выпуска текучей среды, расположенных в, по меньшей мере, одной другой из указанных кольцевых областей,
при этом рассеиватель имеет общее пропускное сечение, по меньшей мере, 25 процентов,
при этом максимальный диаметр рассеивателя составляет, по меньшей мере, 90 процентов диаметра реакционной зоны на той высоте, где расположен рассеиватель, и
причем рассеиватель выполнен таким образом, что перемешивание реакционной среды происходит, главным образом, посредством восходящего движения пузырьков газа, выпускаемых из указанных, по меньшей мере, трех отверстий выпуска текучей среды через реакционную среду так, что менее 5 процентов перемешивания реакционной среды обеспечивается за счет механического перемешивания.

27. Способ по п. 26, в котором указанный рассеиватель включает, по меньшей мере, три указанных трубы распределения текучей среды, при этом в каждой из указанных труб распределения текучей среды имеется, по меньшей мере, три указанных отверстия выпуска текучей среды, при этом каждая из указанных труб распределения текучей среды соединена по текучей среде с общей трубой подвода текучей среды, при этом указанные трубы распределения текучей среды направлены радиально от указанной общей трубы подвода текучей среды, при этом радиальный интервал между указанными отверстиями выпуска текучей среды каждой из указанных труб распределения текучей среды уменьшается от указанной общей трубы подвода текучей среды наружу.

28. Способ по п. 26, в котором указанные отверстия выпуска текучей среды имеют средний диаметр в диапазоне от, примерно, 0,5 до, примерно, 2,0 мм, при этом, больше 50 процентов указанных отверстий выпуска текучей среды расположено так, чтобы выпускать указанный второй газофазный окислитель в нижнем направлении при нормальных условиях, при этом указанный рассеиватель имеет максимальный диаметр, составляющий, по меньшей мере, 95 процентов диаметра указанной реакционной зоны на той высоте, где расположен указанный рассеиватель, при этом отклонения от среднего диаметра всех указанных отверстий выпуска текучей среды составляет менее 0,5 мм, при этом приведенная скорость газа указанного второго газофазного окислителя в указанной реакционной зоне лежит в диапазоне от, примерно, 0,01 до, примерно, 0,9 см/с.

29. Способ по п. 26, в котором суммарная площадь отверстий выпуска текучей среды, расположенных в одной из указанных кольцевых областей, составляет до 25 процентов каждой из суммарных площадей отверстий выпуска текучей среды, соответственно расположенных, по меньшей мере, в двух других из указанных кольцевых областей.

30. Способ по п. 26, в котором указанное поддающееся окислению соединение является параксилолом, при этом указанная двухосновная карбоновая кислота является терефталевой кислотой.