生產芳香羧酸的系統和方法
2023-10-04 05:39:34 1
專利名稱：生產芳香羧酸的系統和方法
技術領域：
本發明涉及在生產芳香羧酸的過程中回收熱和洗滌來自氧化反應器的廢氣的系統和方法。相關申請的交叉引用
本申請要求2009年12月16日提交的美國臨時申請61/286957的優先權的權益。
背景技術：
可採用兩階段エ藝製備純化的對苯ニ甲酸(PTA)。在第一階段中，在氧化車間中，通過採用均相催化劑在溶劑(例如こ酸和水)中將對ニ甲苯空氣氧化來製備對苯ニ甲酸粗品(CTA)0所述反應的溫度的範圍是約150-210°C。所述氧化反應通常在ー個、兩個或三個串聯容器中進行，且對於每ー個步驟可採用多個並聯反應器。反應器容器通常是攪拌容器，其中所述攪拌通過機械攪拌和被加入的空氣的攪拌效果的組合得以實現。所述製備エ藝的第二階段是通過在水溶液中的催化氫化對CTA進行純化。通常，將CTA在高壓(70-90 barA)和高溫(275_290°C )下溶解於水中，且經鈀負載在碳上的催化劑固定床進行氫化。在得到的溶液通過一系列的四至六個結晶設備時，所述溶液得到冷卻，在這裡純化的對苯ニ甲酸(PTA)結晶，而大部分雜質和副產物(例如對甲苯甲酸)保留在溶液中。得到的漿料(在140-160°C)然後被供料至適當的連續固液分離設備，例如沉降式離心機、旋轉壓力或真空過濾器等，在此所述PTA與純化母液流分離，然後乾燥。圖I舉例說明了一種使對ニ甲苯反應來製備CTA粗品的方法，其中採用兩個串聯的氧化反應器。初級氧化反應器包括對ニ甲苯、こ酸水溶液、催化劑和空氣，且在反應溫度為約200°C、在16 barA操作所述初級氧化反應器。來自所述初級氧化反應器的漿料被傳送至ニ級氧化反應器，在這裡所述漿料與空氣在約187°C和12 barA反應，以將更多的反應物轉化為CTA。初級和ニ級氧化反應器各自具有分離的廢氣系統，以回收熱以及洗滌蒸汽。由於初級和ニ級氧化反應器各自在顯著不同的溫度和壓カ下操作，採用兩個熱回收和蒸汽洗滌系統，這增加了資本支出。為了克服這種影響，可採用壓縮機(未圖示)提高來自ニ級氧化熱回收系統的廢氣的壓力，以向單個蒸汽洗滌系統逆流進料，從而減少重複的組件，例如所述ニ級氧化反應器廢氣蒸汽洗滌系統。然而，該方法需要該壓縮機的資本支出。
發明內容
在エ業中，需要開發另ー種方法，其可簡化所述系統以在生產對苯ニ甲酸的過程中回收熱和洗滌來自所述氧化反應器的廢氣，同時還降低對採用的設備的資本支出。簡要介紹的本發明的實施方式包括用於生產對苯ニ甲酸的系統、方法等。其中一個示例性系統包括初級氧化反應器，其中在約12至18 barA的壓カ和約180至210°C的溫度下操作所述初級氧化反應器，其中所述初級氧化反應器與初級熱回收系統連通，其中所述初級熱回收系統與蒸汽洗滌系統連通；和ニ級氧化反應器，其中在比 所述初級氧化反應器的壓カ低少於2bar的壓カ以及在比所述初級氧化反應器的溫度低約5_15°C的溫度下操作所述ニ級氧化反應器，其中在所述初級氧化反應器中產生的漿料被傳送至所述ニ級氧化反應器，其中所述ニ級氧化反應器與ニ級熱回收系統連通，其中所述ニ級熱回收系統與所述蒸汽洗滌系統連通。其中，一個用於生產對苯ニ甲酸的示例性方法包括提供初級氧化反應器，其中所述初級氧化反應器與初級熱回收系統連通，其中所述初級熱回收系統與蒸汽洗滌系統連通；提供ニ級氧化反應器，其中所述ニ級氧化反應器與ニ級熱回收系統連通，其中所述ニ級熱回收系統與所述蒸汽洗滌系統連通；將對ニ甲苯、こ酸、催化劑和空氣引入到所述初級氧化反應器中；在約12至18 barA的壓カ和約180至210°C的溫度下操作所述初級氧化反應器以產生第一漿料；將在所述初級氧化反應器中產生的所述第一漿料引入到所述ニ級氧化反應器中；和在比所述初級氧化反應器的壓カ低少於2bar的壓カ以及在比所述初級氧化反應器的溫度低約5-15°C的溫度下操作所述ニ級氧化反應器，以產生第二漿料。
附圖
簡述
參考以下附圖可更好地理解本發明的多個方面。在所述附圖中的組件不一定是按比例繪製的。圖I圖示了生產對苯ニ甲酸的エ藝的一部分的示意圖。圖2圖示了生產對苯ニ甲酸的改進エ藝的一部分的示意圖。發明詳述
在更詳細描述本發明之前，應了解的是本發明公開內容不限於描述的特定的實施方式，因為這些可以(當然可以)變化。還應了解的是這裡採用的術語僅是為了描述特定的實施方式，且不g在限制本發明，因為本發明的範圍將僅由隨附的權利要求書進行限定。除非另有定義，本文所採用的所有技術術語和科學術語具有與本發明所屬的技術領域中的普通技術人員所通常理解的相同的含義。儘管與本文描述的方法和材料類似或相當的任意的方法和材料可用於本公開內容的實施和測試，現在介紹優選的方法和材料。除非另有指明，本公開內容的實施方式將採用屬於本領域技術的化學、化學工程、化學品回收等的技木。這些技術在文獻中得到充分的說明。為了向本領域普通技術人員提供如何實施所述方法和使用本文所公開且所要求保護的組合物和化合物，公開了以下實施例。雖然已經盡力確保數值(例如量、溫度等)的精確性，但是應需要考慮ー些誤差和偏差。除非另有指明，份數為重量份數，溫度以。C表示，且壓カ以barA表示。必須指出的是，如說明書和隨附的權利要求書中所應用的，除非上下文另外清楚地指出，所述單數形式「一」、和「該」包括複數個所指對象。因此，例如提及「ー載體」包括多個載體。在本說明書中以及在隨後的權利要求書中，除非存在明顯的相反意圖，將提及許多將被定義具有以下含義的術語。討論
本公開內容的實施方式包括用於生產對苯ニ甲酸的系統、用於處理對苯ニ甲酸的方法等。由於需要一定的系統和組件處理對苯ニ甲酸，而本公開內容的系統和方法的優點在於它們減少了資本支出。例如，與一個系統相比，可除去一個蒸汽洗滌系統，而與另ー個系統相比，可除去ー個蒸汽壓縮系統。總之，通過採用均相催化劑在こ酸水溶液溶劑中將對ニ甲苯空氣氧化來製備對苯ニ甲酸粗品(CTA)。在被供送至氧化反應器之前，氧化反應採用的空氣包含與大氣相比可富集或貧化的分子氧。來自所述氧化反應器的所得的CTA漿料(包含有CTA、氧化催化劑、反應中間體和副產物，包括顔料化合物)通常被供送至不止ー個容器(通過被稱為結晶設備)，以降低エ藝流的壓カ和溫度。將CTA固體與氧化工藝母液分離，且任選去除所述氧化反應溶劑將所述CTA固體進行乾燥。所述CTA固體然後與水混合以形成CTA純化供料流，接著在純化的對苯ニ甲酸(PTA)製備エ藝的第二階段中對所述CTA純化。所述CTA純化工藝/系統可包括許多階段，包括但不限於CTA再製漿階段、漿料加熱和CTA溶解階段、催化氫化階段、結晶階段、過濾階段、溶劑回收階段、乾燥階段、母液流處理階段、母液固體處理階段等。圖2圖示了生產CTA的系統的一部分的實施方式。本公開內容的具體實施方式
是對現有エ藝的改進。所述系統包括初級氧化反應器和ニ級氧化反應器。簡言之，採用所述初級氧化反應器和所述ニ級氧化反應器以通過氧化反應來形成對苯ニ甲酸，所述氧化反應包括對ニ甲苯、こ酸、催化劑(例如鈷和/或錳化合物或其它重金屬，例如釩、鉻、鐵、鑰、 諸如鈰、鋯、鉿和/或鎳的鑭系元素和氧化促進劑)和空氣。在液相中採用的各組分的相對重量百分比是約10至25的對ニ甲苯，約74至90的こ酸水溶液，約0. I至I的催化劑，且所述空氣的流量比所述對ニ甲苯質量流量大約4. 5倍(針對常規大氣，不存在氧氣富集或貧化)。在所述初級氧化反應器中發生最初的氧化反應，產生廢氣(也被稱為「初級廢氣」)和漿料(也被稱為「初級漿料」)，所述漿料包含有所述反應物、反應中間體和產物，所述漿料被傳送(例如流動或以其它方式移動)至所述ニ級氧化反應器。在所述ニ級氧化反應器中發生另ー氧化反應，以形成漿料(也被稱為「ニ級漿料」)和廢氣(也被稱為「ニ級廢氣」)。所述ニ級漿料進ー步被處理以產生純化的對苯ニ甲酸。所述初級廢氣被傳送(例如採用管或傳送構件流動或以其它方式傳送)至初級熱回收系統，而所述ニ級廢氣被傳送至ニ級熱回收系統。所述初級和ニ級熱回收系統將所述廢氣的熱量除去並通過與作為熱接受流體的水或蒸汽以及作為液體的冷凝流交換熱以產生蒸汽。來自所述初級熱回收系統和所述ニ級熱回收系統的每一個的剩餘廢氣被傳送至所述蒸汽洗滌系統。所述蒸汽洗滌系統處理剩餘廢氣流，以產生可被進ー步處理的液體和蒸汽。所述初級氧化反應器可在約12至18 barA的壓カ下操作，且在ー個實施方式中，在約16 barA的壓カ下操作，而所述初級氧化反應器的溫度可以是約180至210°C，且在ー個實施方式中，溫度為約200°C。在比所述初級氧化反應器的壓カ低少於2bar的壓カ且比所述初級氧化反應器的壓カ低超過I bar的壓力，以及在比所述初級氧化反應器的溫度低約5-15°C的溫度下或在一個實施方式中(當所述初級氧化反應器為約200°C吋)約192°C的溫度下操作所述ニ級氧化反應器。由於在所述初級氧化反應器和所述ニ級氧化反應器之間的壓力降的減少小於2bar,從所述初級熱回收系統流出的剩餘廢氣可與從所述ニ級熱回收系統流出的廢氣組合，以流動到單個蒸汽洗滌系統。然而，為了使所述實施方式成功實施，貫穿所述初級熱回收系統的壓カ降也必須増大。增大貫穿所述初級熱回收系統的壓力降的益處是顯著増大在所述初級熱回收系統中熱交換器的傳熱係數。這減小了所述熱交換器的尺寸，從而減少了在所述初級熱回收系統中的資本支出。由於所述熱回收系統通常是由諸如鈦的昂貴耐蝕材料製成的，因此投資成本的降低是顯著的。通常，所述初級和ニ級氧化反應器各自可以是由諸如鈦的耐蝕材料構建成或者是採用所述耐蝕材料作為內村。由於所述氧化反應在升高的壓カ實施，可將各氧化反應器構建成可經受所述氧化反應所採用的高壓。此外，攪拌所述氧化反應器的內容物，使所述氧化反應最優化，還使得所述固體反應產物保持在懸浮液中。攪拌器包括特定的流體混合配置，且所述氧化反應器可配備有ー個或多個機械攪拌器。對苯ニ甲酸粗品(由所述氧化反應產生的固體反應產物)以例如氧化反應漿料的形式沿著輸出線離開這兩個氧化反應器，所述氧化反應漿料包括對苯ニ甲酸粗品、水、こ酸、催化劑金屬、氧化反應中間體和反應副產物的混合物。所述初級熱回收系統包括至少ー個冷凝器，其中各冷凝器冷凝一部分廢氣並產生(raise)蒸汽。在一個實施方式中，所述初級廢氣被傳送至氣體管線，所述氣體管線將所述初級廢氣傳輸至一系列的冷凝器。在一個實施方式中，第一冷凝器產生第一壓カ的蒸汽(例如在約145°C和4. 5 barA)，所述第二冷凝器產生第二壓カ的蒸汽(例如在約130°C和3barA),以及第三冷凝器產生第三壓カ的蒸汽(例如在約100°C和I barA)。其它實施方式可包括多於或少於三個的冷凝器，所述冷凝器可在與冷凝器的數量相適應的溫度和壓カ下操作。所述ニ級熱回收系統可包括至少ー個熱交換器，所述熱交換器將熱傳輸給傳熱流體。在一個實施方式中，所述熱交換器充當冷凝器，冷凝一部分所述廢氣並產生蒸汽。所述蒸汽可在所述エ藝中的其它地方得以應用，且還能產生能量。在一個實施方式中，充當冷凝器的初始的熱交換器可產生約130°C和約3 barA的蒸汽。所述蒸汽洗滌系統在約40-50°C和約9-15 barA下操作，其任選包括對來自所述初級和ニ級熱回收系統之一或二者的冷凝物進行脫氣的系統、回收揮發性有機物(例如こ酸甲酷、對ニ甲苯等)的系統，以及保留用於在所述蒸汽洗滌系統內的洗滌的液體並排放殘留氣體的系統。所述洗滌系統的組件是本領域內公知的。所述洗滌液體可包括こ酸和水，和它們的組合。所述蒸汽洗滌系統包括至少ー個洗滌區。通常，用於生產CTA的方法的一個實施方式包括使用本文中所述的包括初級和ニ級氧化反應器的用於處理對苯ニ甲酸的系統。諸如對ニ甲苯、こ酸、催化劑和空氣的反應物被引入到所述初級氧化反應器中。可在約12至18 barA的壓カ和約180至210°C的溫度(或在本發明所描述的其它溫度或壓力)下操作所述初級氧化反應器，以產生初級漿料。然後所述初級漿料被引入到所述ニ級氧化反應器中。在比所述初級氧化反應器的壓カ低少於2bar的壓カ以及在比所述初級氧化反應器的溫度低約5-15°C的溫度(或在本發明所描述的其它溫度或壓力)操作所述ニ級氧化反應器，以產生ニ級漿料。如上所述，在所述氧化反應期間從所述初級氧化反應器產生初級廢氣。所述初級廢氣流至所述初級熱回收系統，以產生經處理的初級廢氣。所述經處理的初級廢氣流至所述蒸汽洗滌系統，在這裡對所述經處理的初級廢氣進行洗滌。所述初級熱回收系統和所述蒸汽洗滌系統以及所述操作條件已在上面描述。
如上所述，在所述氧化反應期間從所述ニ級氧化反應器產生ニ級廢氣。所述ニ級廢氣流至所述ニ級熱回收系統，以產生經處理的ニ級廢氣。所述經處理的ニ級廢氣流至所述蒸汽洗滌系統，在這裡對所述經處理的ニ級廢氣進行洗滌。所述ニ級熱回收系統和所述蒸汽洗滌系統以及所述操作條件已在上面描述。所述初級熱回收系統通過採用ー個或多個熱交換器進行熱交換，除去所述初級廢氣的熱量。在所述廢氣流過每ー個熱交換器時，所述廢氣的溫度降低，並形成作為分離的液相的初級冷凝物，所述初級冷凝物包括揮發性有機物和含水組分，例如こ酸、對ニ甲苯、反應中間體和水。收集所述初級濃縮物液體，並可再循環至所述氧化反應器，進行淨化以除去副產物和水，或者根據需要被送回至所述製備エ藝的其它地方。
所述ニ級熱回收系統通過採用ー個或多個熱交換器進行熱交換，除去所述ニ級廢氣的熱量。在所述廢氣流過每ー個熱交換器時，所述廢氣的溫度降低，並形成作為分離的液相的ニ級冷凝物，所述ニ級冷凝物包括揮發性有機物和含水組分，例如こ酸、對ニ甲苯、反應中間體和水。收集所述ニ級濃縮物液體，並可再循環至所述氧化反應器，進行淨化以除去副產物和水，或者根據需要被送回至所述製備エ藝的其它地方。
對於傳統的反應系統，例如如圖I中所示的系統，所述經處理的初級廢氣在蒸汽洗滌器中洗滌，而所述經洗滌、經處理的廢氣流至能量回收系統以有利地回收功，例如採用渦輪以降低所述氣體的壓力。然而，經處理的ニ級廢氣流至単獨的蒸汽洗滌器，井隨後被排放至大氣中。如圖2中所示，本公開內容的實施方式的優點是利用所述經洗滌、經處理的ニ級廢氣以及所述經洗滌、經處理的初級廢氣以回收能量的改進的實施方式。此外，僅需要一個蒸汽洗滌系統來洗滌所述初級和ニ級廢氣流，導致投資成本降低。應當指出的是，圖2可能不包括在每ー個系統、方法或エ藝中採用的所有的各種組件。例如，可採用ー個或多個液壓泵，以導致所述流以ー種或多種流速和在ー種或多種壓力下流過所述系統或エ藝。
實施例在表I中，給出了所述初級熱回收熱交換器的總表面積顯著減少的等負載(equivalent duty)的計算比較,這表明了在需要用於製造所述熱交換器的昂貴的、耐蝕材料的數量的驚人減少。表I エ藝設備項目的比較
I實施例I I比較實施例 初級熱回收熱交換器面積(m2)69139106
熱交換器的壓降(bar)0.930.41
塞汽洗潘器I
蒸汽_條器排放ロIk向能量回收I通向能量回收和大氣
應指出的是，在本文中比例、濃度、數量和其它數值數據可以範圍形式表示。應理解的是，為方便簡潔起見，採用這種範圍形式，因此應以靈活方式解釋所述範圍形式，以不僅包括被明確描述為所述範圍的界限的數值，還包括包含在所述範圍內的所有單個數值或子範圍，就如明確描述每ー個數值和子範圍。為了舉例說明，「約0. 1%至約5%」的濃度範圍應被解釋為不僅包括所述明確描述的約0. I wt%至約5 wt%的濃度,還包括在所述指示範圍內的單個濃度(例如1%、2%、3%和4%)以及所述子範圍(例如，0. 5%, I. 1%，2. 2%, 3. 3%和4. 4%)。術語「約」可包括被修改的數值的土 1%、±2%、±3%、±4%、±5%、±8%或土 10%。此外，術語「約『X』至『y』」包括「約『X』至約『y』」。可對上述實施方式進行多種變化和修飾。所有這些修飾和變化g在被納入本公開內容的範圍內且被隨附的權利要求書保護。
權利要求
1.一種系統，其包括 初級氧化反應器，其中在約12至18 barA的壓力和約180至210°C的溫度下操作所述初級氧化反應器，其中所述初級氧化反應器與初級熱回收系統連通，其中所述初級熱回收系統與蒸汽洗滌系統連通；和 二級氧化反應器，其中在比所述初級氧化反應器的壓力低少於2bar的壓力以及在比所述初級氧化反應器的溫度低約5-15°C的溫度下操作所述二級氧化反應器，其中在所述初級氧化反應器中產生的漿料被傳送至所述二級氧化反應器，其中所述二級氧化反應器與二級熱回收系統連通，其中所述二級熱回收系統與所述蒸汽洗滌系統連通。
2.如權利要求I所述的系統，其中所述初級熱回收系統包括至少一個冷凝一部分所述廢氣和產生蒸汽的冷凝器。
3.如權利要求I或2所述的系統，其中所述二級熱回收系統包括至少一個熱交換器，所述熱交換器將熱傳送至傳熱流體。
4.如權利要求1、2或3中任一項所述的系統，其中所述蒸汽洗滌系統包括至少一個任選對來自所述初級和二級熱回收系統中之一或二者的冷凝物進行脫氣的系統，回收揮發性有機物的系統、保留用於在所述蒸汽洗滌系統內的洗滌的液體的系統，以及用於排出殘留氣體的系統。
5.一種用於生產對苯二甲酸的方法，其包括 提供初級氧化反應器，其中所述初級氧化反應器與初級熱回收系統連通，其中所述初級熱回收系統與蒸汽洗滌系統連通； 提供二級氧化反應器，其中所述二級氧化反應器與二級熱回收系統連通，其中所述二級熱回收系統與所述蒸汽洗滌系統連通； 將對二甲苯、乙酸、催化劑和空氣引入到所述初級氧化反應器中； 在約12至18 barA的壓力和約180至210°C的溫度下操作所述初級氧化反應器以產生第一漿料； 將在所述初級氧化反應器中產生的所述第一漿料引入到所述二級氧化反應器中；和在比所述初級氧化反應器的壓力低少於2bar的壓力以及在比所述初級氧化反應器的溫度低約5-15°C的溫度下操作所述二級氧化反應器，以產生第二漿料。
6.如權利要求5所述的方法，其進一步包括 從所述初級氧化反應器產生初級廢氣； 使所述初級廢氣流到所述初級熱回收系統，以產生經處理的初級廢氣；和 使所述經處理的初級廢氣流到所述蒸汽洗滌系統。
7.如權利要求5或6中任一項所述的方法,其進一步包括 從所述二級氧化反應器產生二級廢氣； 使所述二級廢氣流到所述二級熱回收系統，以產生經處理的二級廢氣；和 使所述經處理的二級廢氣流到所述蒸汽洗滌系統。
全文摘要
本發明涉及在生產諸如對苯二甲酸的芳香羧酸的過程中回收熱和洗滌來自氧化反應器的廢氣的系統和方法。
文檔編號B01J3/00GK102652122SQ201080056879
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月16日
發明者A.P.J.林巴赫, J.A.特納, R.J.奧布賴恩 申請人:英威達技術有限公司