專利名稱：用于環(huán)己醇生產的高剪切方法
技術領域：
本公開總體上涉及環(huán)己醇的生產，更具體來說，涉及用于在高剪 切工藝中空氣氧化環(huán)己烷以生產環(huán)己醇的設備和方法。更具體來說， 本公開涉及在用于將環(huán)己烷空氣氧化成環(huán)己醇的設備和方法中降低質 量傳遞限制。
背景技術：
環(huán)己醇是飽和的脂環(huán)醇；在其液體狀態(tài)下是透明、油狀、吸濕的 液體。它是通過氧化環(huán)己垸與環(huán)己酮一起產生的中間體化學物質。環(huán) 己醇應用于制造肥皂、去污劑、清潔液和溶劑。環(huán)己醇用于制造某些 原材料，例如己二酸，用于生產尼龍。
在生產己二酸的過程中，環(huán)己醇和環(huán)己酮被氧化。環(huán)己醇和環(huán)己 酮的混合物可以被稱為酮-醇油，或KA油。環(huán)己醇構成混合物的醇部 分(A);環(huán)己酮構成了混合物的酮(K)部分。在工業(yè)上，生產環(huán)己 醇和環(huán)己酮的混合物，比分開生產任一單獨成分在經濟上更加有利。
通過使用催化劑例如Ti02，可以將環(huán)己烷的液相氧化從環(huán)己醇移開，
并轉向環(huán)己酮。
因此，在工業(yè)中，存在著對生產環(huán)己醇的改進的工藝的需求，從 而增加環(huán)己垸與空氣的混合，使得環(huán)己醇的生產在商業(yè)上更加可行。發(fā)明概述
公開了用于加速環(huán)己烷的空氣氧化的高剪切系統(tǒng)和方法。所公開 的高剪切方法使得有可能降低質量傳遞限制，由此改進反應器中的反 應條件，例如反應速度、溫度、壓力、時間和/或產物產率。根據(jù)本公 開的某些實施方案，提供了方法，該方法通過提供比常規(guī)所用更加優(yōu) 化的時間、溫度和壓力條件，使得有可能增加乙酸酐生產的速度。
該工藝方法利用了高剪切機械裝置來提供增強的時間、溫度和壓 力條件，導致多相反應物之間加速的化學反應。
在下面的詳細描述和附圖中，這些以及其它的實施方案、特點和 優(yōu)點將明了。
附圖簡述
為了更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，現(xiàn)在將參考附圖，其
中


圖1是用于生產環(huán)己醇的高剪切裝置的橫截面圖。 圖2是用于空氣氧化環(huán)己垸以生產環(huán)己醇的系統(tǒng)的工藝流程圖， 包括根據(jù)本公開的實施方案的高剪切裝置。
優(yōu)選實施方案的詳細描述 瓶述
系統(tǒng)和方法使用外部高剪切機械裝置，為反應器/混合器裝置中受 控環(huán)境內的化學成分提供了快速的接觸和混合。高剪切裝置降低了反 應的質量傳遞限制，從而增加了總體反應速度。
涉及液體、氣體和固體的化學反應，依賴于涉及時間、溫度和壓 力的動力學定律來決定反應的速度。在希望將兩種以上不同相(例如 固相和液相；液相和氣相；固相、液相和氣相)的原材料進行反應 情況下，控制反應速度的限制因素之一包括反應物的接觸時間。在異相催化反應的情況下，可以存在著另一個限速因素，即將反應產物從 催化劑表面移除，使催化劑能夠催化其它反應物。
在常規(guī)反應器中，反應物和/或催化劑的接觸時間通常由混合來控 制，混合為參與化學反應的兩種以上反應物之間提供了接觸。包含外 部高剪切混合器的反應器組件，有可能降低質量傳遞限制，從而使反 應更接近于動力學極限。當反應速度加快時，可以減少停留時間，從 而增加了可獲得的產出量?；蛘?，如果現(xiàn)有的產率是合意的，所需的 停留時間的減少，允許了使用比常規(guī)工藝更低的溫度和/或壓力。
裔剪敘發(fā)f
高剪切裝置(HSD)，例如高剪切混合器或高剪切磨機， 一般根 據(jù)它們混合流體的能力分類?；旌鲜菧p小流體內非均質物類或顆粒的 尺寸的過程?；旌系某潭然驈氐仔缘囊环N度量，是混合裝置產生、用 于破裂流體顆粒的每單位體積的能量密度。類型根據(jù)投送的能量密度 進行區(qū)分。有三類工業(yè)混合器具有足夠能量密度，穩(wěn)定地產生顆?；?氣泡尺寸在0到50|im范圍內的混合物或乳濁液。
均化閥系統(tǒng)通常被分類為高能裝置。待處理的流體在非常高的壓 力下被泵過狹縫閥，進入壓力較低的環(huán)境中?？玳y的壓力梯度以及產 生的湍流和氣穴現(xiàn)象發(fā)揮作用，以打破流體中的任何顆粒。這些閥系 統(tǒng)最通常是用于牛奶均化中，可以產生大約0.01 ^im到大約lpm范圍 的平均顆粒尺寸。在譜系的另一端是被分類為低能裝置的高剪切混合 器系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常具有在待加工流體的儲液器中高速轉動的槳葉 或流體轉子，它更常見的應用中許多是食物制品。這些系統(tǒng)通常在被 處理的流體中可以接受大于20微米的平均顆粒、珠或泡尺寸時使用。
根據(jù)投送到流體的混合能量密度，介于低能-高剪切混合器和均化 閥系統(tǒng)之間的是膠體磨，它們被分類為中能裝置。典型的膠體磨的構 造包括圓錐形或圓盤狀轉子，它與互補的、液體冷卻的定子隔開緊密控制的轉子-定子間隙，該間隙可以在0.025 mm到10.0mm之間。轉子
通常由電動馬達通過直接驅動或皮帶機械驅動。許多適當調整的膠體 磨，可以在被加工的流體中實現(xiàn)大約0.01 ^tm到大約25 pm的平均顆 ?；驓馀莩叽纭＿@些能力使得膠體磨適合于多種應用，包括膠體和油/ 水基乳濁液的加工，例如化妝品、蛋黃醬、有機硅/銀汞齊形成、或屋 面瀝青混合所需的加工。
現(xiàn)在參考圖1，它顯示了高剪切裝置200的示意圖。高剪切設備 200含有至少一個轉子-定子組合。轉子-定子組合也可以被稱為發(fā)生器 220、 230、 240或級，對此沒有限制。高剪切裝置200含有至少兩個發(fā) 生器，并最優(yōu)選高剪切裝置含有至少三個發(fā)生器。
第一個發(fā)生器220含有轉子222和定子227。第二個發(fā)生器230 含有轉子223和定子228;第三個發(fā)生器含有轉子224和定子229。對 于每個發(fā)生器220、 230、 240來說，轉子由輸入250可旋轉地驅動。 發(fā)生器220、 230、 240繞著軸260以旋轉方向265旋轉。定子227與 高剪切裝置的壁255固定連接。
發(fā)生器在轉子和定子之間包含間隙。第一個發(fā)生器220包含第一 個間隙225;第二個發(fā)生器230包含第二個間隙235;第三個發(fā)生器240 包含第三個間隙245。間隙225、 235、 245的寬度在大約0.025 mm(0.01 英寸)到10.0 mm (0.4英寸)之間。或者，所述工藝包括利用高剪切 裝置200，其中間隙225、 235、 245在大約0.5 mm (0.02英寸)到大 約2.5mm(0.1英寸)之間。在某些情況下，間隙被維持在大約1.5 mm (0.06英寸)?；蛘撸g隙225、 235、 245在發(fā)生器220、 230、 240 之間是不同的。在某些情況下，第一個發(fā)生器220的間隙225大于第 二個發(fā)生器230的間隙235，后者又大于第三個發(fā)生器240的間隙245。
此外，間隙225、 235、 245的寬度可以包含粗、中、細和超細的 特征。轉子222、 223和224以及定子227、 228和229可以是帶齒的設計。正如本技術領域已知的，每個發(fā)生器可以包含兩組以上轉子-定
子齒。轉子222、 223和224可以包含許多沿每個轉子的周緣隔開的轉 子齒。定子227、 228和229可以包含許多沿每個定子的周緣隔開的定 子齒。在實施方案中，轉子的內徑是大約11.8cm。在實施方案中，定 子的外徑是大約15.4cm。在其它實施方案中，轉子和定子可以具有大 約60mm的轉子外徑和大約64mm的定子外徑。或者，轉子和定子可 以具有交替的直徑，以便改變端速和剪切壓力。在某些實施方案中， 三級中的每一級使用超細發(fā)生器操作，含有大約0.025mm到大約3mm 之間的間隙。當包含固體顆粒的進料流205被運送通過高剪切裝置200 時，首先選擇適合的間隙寬度，以適當減小顆粒尺寸并增加顆粒表面 積。在實施方案中，這有利于通過剪切和分散顆粒來增加催化劑的表 面積。
高剪切裝置200進料含有進料流205的反應混合物。進料流205 含有可分散相和連續(xù)相的乳濁液。乳濁液是指含有兩種不容易混合和 溶解在一起的可區(qū)別的物質(或相)的液化混合物。大多數(shù)乳濁液具 有連續(xù)相(或基質)，其中容納有其它相或物質的不連續(xù)的液滴、氣 泡和/或顆粒。乳濁液可以是高粘度的，例如漿液或糊，或者可以是泡 沫，具有懸浮在液體中的微小氣泡。本文中使用的術語"乳濁液"涵 蓋了含有氣泡的連續(xù)相、含有顆粒(例如固體催化劑)的連續(xù)相、含 有在連續(xù)相中基本上不溶的流體液滴的連續(xù)相、及其組合。
進料流205可以含有顆粒狀固體催化劑成分。進料流205被泵過 發(fā)生器220、 230、 240，導致形成了產物分散體210。在每個發(fā)生器中， 轉子222、 223、 224相對于固定的定子227、 228、 229高速旋轉。轉 子的旋轉將流體例如進料流205,泵到轉子222的外表面和定子227的 內表面之間，產生局部高剪切條件。間隙225、 235、 245產生高剪切 力，對進料流205進行加工。轉子和定子之間高剪切的功能是加工進 料流205，以產生產物分散體210。高剪切裝置200的每個發(fā)生器220、 230、 240具有可互換的轉子-定子組合，用于在進料流205含有氣體的情況下，在產物分散體210中產生窄分布的所需氣泡尺寸，或者在進
料流205含有液體的情況下，產生窄分布的球滴尺寸。
氣體顆?；驓馀菰谝后w中的產物分散體210構成了乳濁液。在實 施方案中，產物分散體210可以包含以前不混溶或不溶解的氣體、液 體或固體在連續(xù)相中的分散體。產物分散體210具有小于大約1.5 pm 的平均氣體顆?；驓馀莩叽?；優(yōu)選氣泡的直徑是亞微米級的。在某些 情況下，平均氣泡尺寸在大約l.Opm到大約O.l nm的范圍內?；蛘?， 平均氣泡尺寸小于大約400nm(0.4 |um)，最優(yōu)選小于大約lOOnm(O.l (im)。
端速是與向反應物傳遞能量的一個或多個旋轉元件的末端有關的 速度(m/sec)。對于旋轉元件來說，端速是每單位時間轉子末端所行 進的圓周距離， 一般由方程V(m/sec): r"'"來定義，其中V是端速， "是轉子的直徑，單位為米，"是轉子的旋轉速度，單位為每秒的轉數(shù)。 因此，端速是轉子直徑和旋轉速度的函數(shù)。
對于膠體磨來說，典型的端速超過23 m/s (4500 ft/min)，并可以 超過40m/s (7900 ft/min)。出于本公開的目的，術語"高剪切"是指 端速能夠超過5m/s (1000 ft/min)、并需要外部機械驅動動力裝置將 能量驅動到待反應的產物流中的機械轉子定子裝置，例如磨機或混合 器。高剪切裝置將高的端速與非常小的剪切間隙相組合，對被加工的 材料產生顯著的摩擦。因此，在操作過程中，在剪切混合器的末端產 生了大約lOOOMPa(大約145,000 psi)到大約1050 MPa ( 152,300 psi) 范圍內的局部壓力和升高的溫度。在某些實施方案下，局部壓力為至 少大約1034 Mpa (大約150,000 psi)。局部壓力還取決于操作過程中 的端速、流體粘度和轉子-定子間隙。
輸入到流體中的能量的近似值(kW/l/min)可以通過測量馬達能 量(kW)和流體輸出(1/min)來得出。在實施方案中，高剪切裝置的能量消耗大于1000 W/m3。在實施方案中，能量消耗在大約3000 W/m3 到大約7500 W/n^的范圍內。高剪切裝置200將高的端速與非常小的 剪切間隙相組合，對材料產生顯著的剪切。剪切的量通常取決于流體 的粘度。在高剪切裝置200中產生的剪切速率可以大于20,000 s—1。在 實施方案中，產生的剪切速率在20,000 s"到100,000 s'1的范圍內。
高剪切裝置200產生了氣體乳濁液，它在大氣壓下能夠保持分散 至少大約15分鐘。出于本公開的目的，在直徑小于1.5 pm的產物分散 體210中，氣體顆?；驓馀菰诜稚⑾嘀械娜闈嵋嚎梢园⑴輿i。不 受具體理論的限制，在乳濁液化學中已知，分散在液體中的亞微米顆 粒或氣泡，主要通過布朗運動作用進行運動。高剪切裝置200產生的 產物分散體210的乳濁液中的氣泡，在通過固體催化劑顆粒的邊界層 時可具有更高的運動性，從而通過增加反應物的運輸促進并加速了催 化反應。
轉子被設置為以與本文上面所述的轉子直徑和所需的端速相稱的 速度旋轉。通過引入高剪切裝置200降低了運輸阻力，使得反應的速 度增加了至少大約5。/。?；蛘?，高剪切裝置200包含高剪切力膠體磨， 用作加速反應器。加速反應器包含單級分散倉室。加速反應器包含多 級串聯(lián)的分散器，所述分散器至少包括兩級。
高剪切力裝置200的選擇取決于出口分散體210的產出量要求， 和所需的顆?；驓馀莩叽?。在某些情況下，高剪切裝置200包括IKA⑧ Works, Inc. Wilmington, NC和APV North America, Inc. Wilmington, MA的Dispax Reactor 。例如，DR 2000/4型，包括皮帶驅動、4M發(fā) 生器、PTFE密封環(huán)、入口凸緣1英寸衛(wèi)生級卡箍、出口凸緣3/4英寸衛(wèi) 生級卡箍，2HP功率，輸出速度7900 rpm，流量(水)為大約300 1/h到 大約700 1/h (取決于發(fā)生器)，端速為9.4 m/s到大約41 m/s (大約 1850 ft/min到大約8070 ft/min)。有幾種可選型號可用，它們具有各 種不同的入口/出口連接、馬力、端速、輸出rpm和流速。不希望受到具體理論的限制，據(jù)認為，高剪切混合的水平或程度 足以增加質量傳遞速率，并也可以產生局部非理想條件，能夠使原本 根據(jù)Gibbs自由能預測預計將不會發(fā)生的反應得以發(fā)生。局部非理想條 件據(jù)認為在高剪切裝置內部發(fā)生，導致溫度和壓力增加，最顯著增加 的據(jù)認為是局部的壓力。高剪切裝置內壓力和溫度的增加是即時的和 局部的， 一旦離開高剪切裝置就會快速返回到主體或平均系統(tǒng)條件。 在某些情況下，高剪切混合裝置誘導了足夠強度的空穴現(xiàn)象，將一種 或多種反應物解離成自由基，它可以加劇化學反應，或允許反應在比 原本所需要的嚴格性低的條件下發(fā)生?？昭ìF(xiàn)象也可以通過產生局部 湍流和液體微循環(huán)(聲學流動)，增加運輸過程的速度。在化學/物理
加工應用中運用空穴現(xiàn)象的綜述，提供在Gogate等的《空穴現(xiàn)象新 興的技術》中 ("Cavitation: A technology on the horizon," CwreW Sc/wce W 35-" (7M")。本系統(tǒng)和方法的某些實施方案的高
剪切混合裝置在被認為是空穴現(xiàn)象的條件下運行，所述空穴現(xiàn)象有效 地將環(huán)己烷解離成暴露于空氣的自由基，用于形成環(huán)己醇和環(huán)己酮產 物。
厲f環(huán)3諒《氣奪眾游騫剪敘工藝浙系統(tǒng)游薪述
高剪切系統(tǒng)100，后文是HSS100，適合用于環(huán)己烷的空氣氧化。 圖2是使用多相反應系統(tǒng)并含有外部高剪切混合器的環(huán)己烷空氣氧化 工藝的示意流程圖。正如將在下面進一步討論的，本公開的介體高剪 切力工藝，降低了氧化反應過程中多個相之間的質量和熱傳遞阻力。 此外，正如下面討論的，將描述在不存在氧化催化劑的條件下的空氣 氧化，盡管本技術領域的專業(yè)人員可以理解，可以進一步使用催化劑 來改進反應條件。
圖2顯示了代表性的高剪切系統(tǒng)100的基本組件，包括泵5、高剪 切裝置40和反應器10。高剪切裝置40位于泵5和反應器10之間。使 用泵5來提供流過高剪切裝置(HSD) 40和高剪切系統(tǒng)100的受控流動，用于環(huán)己醇生產。泵的入口流21含有用于導入泵5的液體環(huán)己烷。
泵5將泵入口流21的壓力增加到超過大約203 kPa (大約2 atm); 或者，入口流21被加壓到超過大約304 kPa (大約3atm)。此外，泵 5可以整個HSS 100中建立起壓力。通過這種方式，HSS100將高剪切 與壓力相結合，增加了反應物的充分混合。優(yōu)選，泵5的所有接觸部 件都是不銹鋼的，例如316不銹鋼。泵5可以是任何合適的泵，例如 Dayton Electric Co (Niles， IL)的Dayton壓力提升泵2P372E型。
加壓的液體環(huán)己烷通過泵出口流12離開泵5。泵出口流12與HSD 入口流13流體連通。此外，HSD入口流13與HSD 40流體連通。在 某些情況下，含有氧化劑氣體的可分散氣體流22被導入或注入HSD 入口流13。在某些實施方案中，可分散氣體流22中的氧化劑氣體包括 空氣?；蛘?，氧化劑氣體可以是本技術領域專業(yè)人員已知用于將環(huán)己 烷氧化成環(huán)己醇的任何氣體。在某些實施方案中，可分散氣體流22中 的氧化劑氣體可以連續(xù)地加入到出口流12中，形成HSD入口流13。 HSD入口流13含有氧化劑氣體和液體環(huán)己垸的混合物?？煞稚怏w流 22和加壓的泵出口流12可以分別地注入到HSD入口流13中，通過高 剪切裝置40進行加工。在某些情況下，HSD入口流13在導入到HSD 40中之前，可以經歷其它的加工或處理步驟。
HSD 40與HSD入口流13流體連通?；蛘撸鄠€高剪切裝置40 與HSD入口流13流體連通。HSD 40用于將泵出口流12中的環(huán)己烷 溶液與可分散氣體流22充分混合。正如上面詳細討論的，高剪切裝置 40是利用例如在定子和轉子之間具有固定間隙的定子轉子混合頭的機 械裝置。在高剪切裝置40中，氧化劑氣體和環(huán)己垸混合，形成了含有 氧化劑氣體的微米泡和納米泡的乳濁液。在實施方案中，這樣產生的 分散體含有亞微米尺寸的氣泡。在實施方案中，這樣產生的分散體具 有小于大約1.5 nm的平均氣泡尺寸。在實施方案中，平均氣泡尺寸小 于大約0.1 pm到大約1.5 pm。不受具體方法的限制，在乳濁液化學中 已知，分散在液體中的亞微米顆粒主要通過布朗運動作用進行運動。因此認為，由高剪切裝置40產生的亞微米氣體顆粒，在通過固體催化 劑顆粒的邊界層時具有更高的運動性，從而通過更多運輸反應物促進 并加速了催化反應。在實施方案中，高剪切混合產生的氣泡，能夠在 大氣壓下保持分散大約15分鐘或更長，這取決于氣泡的尺寸。在實施
方案中，平均氣泡尺寸小于大約400nm;更優(yōu)選小于大約100nm。 HSD 40用于產生氧化劑氣體氣泡在含有環(huán)己烷和空氣的高剪切入口流13內 的乳濁液。乳濁液還可以含有微泡沫。
在某些實施方案中，空氣和環(huán)己垸乳濁液的形成啟動了形成環(huán)己 醇的空氣氧化反應?？諝庋趸磻梢栽谶m合的時間、溫度和壓力條 件下的任何時候發(fā)生。從這種意義上說，如果溫度和壓力條件合適， 空氣氧化能夠在圖2的流程圖中的任何位點發(fā)生。在某些含有基于漿 液的催化劑的實施方案中，反應更可能在圖2中顯示的反應器10外部 的位點發(fā)生。在這樣的實施方案中，通常希望有獨立的反應器，以允 許增加停留時間、攪拌以及加熱和/或冷卻。在利用固定床催化劑的實 施方案中，乳濁液中存在的催化劑將影響空氣氧化的速度。
乳濁液通過HSD出口流18離開HSD 40。高剪切裝置出口流18 與HSD 40和反應器10流體相連。此外，乳濁液通過HSD出口流18 離開HSD40。 HSD出口流18與反應器入口流19流體連通。反應器入 口流19與HSD入口流18和反應器IO相連。在某些實施方案中，HSD 出口流18和反應器入口流19是類似的；在其它情況下，HSD出口流 18構成了反應器入口流19。或者，反應器入口流19可以包含在導入 反應器IO之前任選經歷了進一步加工的HSD出口流18。
在圖2中，反應器10是其中可以傳送多相空氣氧化反應的任何類 型的反應器。反應器10可以是氧化塔反應器、系列攪拌釜(astirred tank rank)、靜態(tài)釜反應器、攪拌式高溫高壓反應器、或無攪拌的高溫高壓 反應器。此外，反應器IO可以包含多個反應器，在某些實施方案中， 反應器IO可以包含不同反應器的組合。在某些實施方案中，反應器10被構造成半連續(xù)的攪拌釜反應器。
反應器IO用于容納含有空氣的氧化劑氣體和環(huán)己烷，用于進行氧 化反應以產生環(huán)己醇，在實施方案中，環(huán)己烷空氣氧化的溫度低于大
約160°C，優(yōu)選環(huán)己烷空氣氧化的溫度為大約80°C到大約150°C。此 外，可以使用熱交換器來維持反應器中的反應溫度。外部熱傳遞裝置 的適合位置將是在反應器10與泵5之間；泵5與高剪切混合器40之 間，或高剪切混合器40與反應器10之間。許多類型的熱傳遞裝置可 能是適合的，并已為本技術領域的專業(yè)人員所知。這樣的交換器可以 包括殼式和管式、板式以及盤管熱交換器。在實施方案中，反應器10 可以主要用于冷卻流體，因為許多反應發(fā)生在外部高剪切混合器40中 和整個HSS 100中。此外，反應器IO可以包含排氣口 17，用于從HSS 100中除去過量的包含空氣的氧化劑氣體。
通過產物流16排空反應器10。產物流16含有環(huán)己醇、環(huán)己酮、 未轉化的環(huán)己烷、環(huán)己基氫過氧化物(CHHP)和任何其它的副產物， 可以被進一步處理以分離環(huán)己醇或環(huán)己酮。在從反應器10中移出后， 含有環(huán)己醇的產物流16可以被送往反應器10下游的產物回收系統(tǒng)， 用于進一步處理，這是本技術領域的專業(yè)人員已知的。
例如，產物流16可以與酮-醇(KA)蒸餾系統(tǒng)99流體連通。KA 油蒸餾系統(tǒng)含有熱處理容器50和多個蒸餾柱60、 70。在某些情況下， CHHP可以通過KA蒸餾系統(tǒng)99分解，產生附加的環(huán)己酮(酮，K) 和環(huán)己醇(醇，A)。
在實施方案中，構建了分解容器50，用于分解CHHP。來自分解 容器50的產物流55至少與蒸餾柱60流體連通。在某些實施方案中， 有多個蒸餾柱60。蒸餾塔60被構造用來分離未反應的環(huán)己烷流20， 用于重新循環(huán)到泵入口流21。蒸餾柱60產生餾出物流65，含有環(huán)己 醇和/或環(huán)己酮。在某些實施方案中，餾出物流65含有酮-醇(KA)粗品。此外，來自蒸餾柱60的餾出物流65與第二蒸餾柱70流體相連。 第二蒸餾柱進一步精煉餾出物65，產生精制的KA流76和不揮發(fā)的尾 料流75。
在KA油蒸餾系統(tǒng)99中，產物流16在分解容器50中經歷了 CHHP 50的熱分解，產生更多本文所述的目標產品。CHHP的分解可以通過 例如熱分解、催化分解、催化氫化或其它催化方法例如使用金催化劑 等來進行。熱分解可以在大約12(TC到大約175匸的溫度下進行。CHHP 氫化使用非均相催化劑，在大約IO(TC到大約16(TC之間的溫度下進行。 氫化催化劑包括但不限于在二氧化硅或氧化鋁載體上的鈀。在實施方 案中，CHHP的分解通過使用不同的非均相催化劑，例如沉積在二氧化 硅或氧化鋁上的金，在大約IO(TC到大約16(TC之間的溫度下完成，不 需要氫。在實施方案中，CHHP分解在苛性水溶液中通過金屬催化的分 解來實現(xiàn)。這可以通過將CHHP在苛性溶液、優(yōu)選為氫氧化鈉中，與 鈷、鉻或其混合物相接觸來實現(xiàn)。當使用這些金屬的任一種或兩種進 行CHHP分解時，Co禾口/或Cr的濃度可以在0.1到20 ppm之間。在實 施方案中，分解容器50被構造成將溫度維持在至少IOO'C。
來自分解容器50的產物流55，與蒸餾塔60流體連通。蒸餾塔60 被構造成使得未轉化的或未反應的環(huán)己烷流20可以被蒸餾掉，并在實 施方案中重新循環(huán)到泵入口流21中。所得到的含有KA粗品的餾出物 65,可以在第二蒸餾柱70中進一步精制。在實施方案中，第二蒸餾柱 70在大約9(TC到大約17(TC之間的溫度下運行。精制的KA作為流76 從第二蒸餾塔70中蒸餾出來，同時從第二蒸餾塔70的底部收集不揮 發(fā)的殘余尾料流75，用于其它的工藝。在替代的情況下，環(huán)己烷蒸餾 和KA精制可以通過本技術領域的專業(yè)人員已知的不同單元操作來進 行，例如真空蒸餾、蒸汽蒸餾等，對此沒有限制。
在實施方案中，使用本公開的工藝包含了通過高剪切裝置40進行 反應物混合，該工藝允許在反應器IO中使用比以前所能使用的更低的溫度和/或壓力。在實施方案中，由于空氣氧化更有效，高剪切工藝提 供了環(huán)己垸向環(huán)己醇/環(huán)己酮的轉化更高，和/或排出氣體流17的體積
減少。在實施方案中，方法包括將高剪切裝置40整合在已建立的工藝 中，從而與沒有高剪切裝置40時運行的工藝相比，降低了外部高剪切 反應器40中反應的運行溫度和/或壓力，和/或能夠增加生產(更大的 產出量)。本發(fā)明的工藝應該在足以在反應混合物中促進環(huán)己烷的空 氣氧化的條件下進行。本技術領域的專業(yè)人員應該理解，溫度和壓力 條件可以根據(jù)其它變量而變化，例如所需的轉化、環(huán)己烷濃度、反應 器系統(tǒng)的加熱/冷卻效率等。
在實施方案中，本公開的方法和系統(tǒng)能夠設計出較小和/或資本強 度更低的工藝，所述工藝與以前沒有整合外部高剪切混合器40時可能 選擇的相比，允許選擇具有更低的運行溫度和/或壓力容量的反應器10。 在實施方案中，本公開的方法從現(xiàn)有工藝中降低了運行成本/增加了生 產?；蛘?，本公開的方法可以降低設計新工藝的資金成本。由于設計 較小的反應器和/或在較低溫度和/或壓力下操作反應器的可能性，本修 改的系統(tǒng)的潛在益處包括但不限于更快的周期時間，增加的產出量， 降低的運行成本和/或降低的資金消耗。
在實施方案中，對于環(huán)己垸的空氣氧化來說，本公開的工藝提供 的停留時間，低于外部高剪切混合不存在時的停留時間的大約3/4。在實 施方案中，本公開的工藝提供的停留時間，與外部高剪切混合不存在 時環(huán)己垸的空氣氧化的持留時間相比，少于大約1/2 (對于同樣的轉化來 說)。
盡管已經顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但本技術領域的 專業(yè)人員可以對其進行修改而不背離本發(fā)明的精神和講述。本文描述 的實施方案僅僅是示例性的，不是打算進行限制。本文公開的發(fā)明可 能有許多變化和修改，并處于本發(fā)明的范圍之內。當數(shù)值范圍或限度 被明確陳述時，這些表述的范圍或限度應該被理解為包括落入明確陳述的范圍或限度內的同樣量級的迭代范圍或限度(例如從大約1到大
約10包括2、 3、 4等；大于0.10包含了 0.11、 0.12、 0.13，等等)。
對于任何要求權利的要素來說，使用術語"任選"，目的是指目標要 素是需要的，或者是不需要的。這兩種選擇方案都打算在權利要求的 范圍之內。較寬的術語例如包含(comprises)、包括(includes)、具 有(having)等的使用，應該被理解為為較狹窄的術語例如由......組成
(consisting of)、基本上由......組成(consisting essentially of)、基本
上含有(comprised substantially of)等提供了支持。
因此，保護的范圍不受上面提出的描述的限制，而是僅僅受限于 所附的權利要求書，其范圍包括權利要求書的主題內容的所有等價物。 每個和所有的權利要求被整合在說明書中作為本發(fā)明的實施方案。因 此，權利要求書是進一步的描述，是本發(fā)明優(yōu)選實施方案的補加。在 相關技術描述的部分中對參考文獻的討論，并不是承認它是本發(fā)明的 現(xiàn)有技術，特別是可能具有本申請優(yōu)先權日之后的申請日的參考文獻。 本文引用的所有專利、專利申請和出版物的公開內容，在它們?yōu)楸疚?提出的內容提供示例性的、程序性的或其它細節(jié)補充的程度上，在此引 為參考。
權利要求
1.一種用于生產環(huán)己醇的方法，所述方法包括利用高剪切裝置形成含有液體環(huán)己烷和氧化劑氣體的分散體，其中所述分散體含有平均直徑小于大約5μm的氧化劑氣體氣泡，并且其中高剪切裝置包含至少一個轉子和至少一個定子；將分散體導入反應器，從中移除含有環(huán)己醇的產物，其中反應器內的運行溫度維持在低于大約160℃的溫度。
2. 權利要求l的方法，還包括將含有環(huán)己垸的液體流用泵加壓到 至少大約203 kPa的壓力，以產生加壓流。
3. 權利要求l的方法，其中分散體中的氧化劑氣體氣泡的平均直 徑小于大約1.5 /xm。
4. 權利要求l的方法，其中形成分散體包括將至少一個轉子以至 少5m/s的端速旋轉。
5. 權利要求l的方法，其中形成分散體包括將至少一個轉子以至 少大約20m/s的端速旋轉。
6. 權利要求4的方法，其中形成分散體包括在至少一個轉子的末 端產生大約1000 MPa的局部壓力。
7. 權利要求1的方法，其中形成分散體包括使氧化劑氣體和液體 環(huán)己烷經受大于大約20,000s—1的剪切速率。
8. 權利要求1的方法，其中形成分散體包括至少1000 W/n^的能量消耗。
9. 權利要求l的方法，其中分散體包含微泡沫。
10. 權利要求1的方法，還包括經蒸餾處理產物。
11. 權利要求l的方法，其中氧化劑氣體包括空氣。
12. —種用于生產環(huán)己醇的方法，所述方法包括通過將液體環(huán)己烷和氧化劑氣體導入高剪切裝置，并使液體環(huán)己垸和氧化劑氣體的混合物經受至少20,000s—1的剪切速率，形成氧化劑氣體氣泡在含有環(huán)己垸的溶液中的分散體。
13. 權利要求12的方法，其中高剪切裝置包含至少一個轉子和至 少一個定子。
14. 一種用于生產環(huán)己醇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括高剪切裝置，其含有其間具有最小間隙的至少一個轉子和至少一 個定子，并被構造成用于產生氧化劑氣體在含有環(huán)己烷的溶液中的分散體，所述分散體具有小于大約5pm的平均氣泡直徑；以及與高剪切裝置的出口流體連接的容器，其中所述容器包含器械，使得容器的內含物可以維持在低于大約16(TC的溫度。
15. 權利要求14的系統(tǒng)，其中高剪切裝置包含至少兩個轉子和至 少兩個定子。
16. 權利要求14的系統(tǒng)，其中高剪切裝置適合于以至少5 m/sec 的端速旋轉至少一個轉子。
17. 權利要求14的系統(tǒng)，其中高剪切裝置適合于以至少20 m/sec 的端速旋轉至少一個轉子。
18. 權利要求14的系統(tǒng)，其中高剪切裝置被構造成在高剪切裝置運行過程中在轉子的末端產生至少大約1000 MPa的局部壓力。
19. 權利要求14的系統(tǒng)，其中高剪切裝置可以產生大于大約 20,000s—1的剪切速率。
20. 權利要求14的系統(tǒng)，其中最小間隙在0.5mm到大約2.5mm的范圍內。
全文摘要
在用于生產環(huán)己醇的工藝中整合的高剪切機械裝置的使用，能夠降低質量傳遞限制，由此加強了環(huán)己醇生產工藝。公開了用于從環(huán)己烷的空氣氧化生產環(huán)己醇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含高剪切裝置，高剪切裝置的出口與反應器的入口流體連接；高剪切裝置能夠提供空氣氣泡在含有環(huán)己烷的液體中的分散體，氣泡具有小于大約100μm的平均氣泡直徑。
文檔編號C07C29/20GK101679166SQ200880019621
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權日2007年6月27日
發(fā)明者易卜拉西姆·巴蓋爾扎德, 格雷戈里·博爾西格, 阿巴斯·哈桑, 阿齊茲·哈桑, 雷福德·G·安東尼 申請人:Hrd有限公司