用於對苯二甲酸生產過程的乙酸回收的系統和方法
2023-08-02 12:35:56
專利名稱：用於對苯二甲酸生產過程的乙酸回收的系統和方法
背景技術：
本發明涉及用於工業化學品蒸餾的化學工藝。更具體地，本發明涉及在對苯二甲酸的生產過程中所使用的乙酸的回收。
對苯二甲酸可用於各種不同的工業應用和化學工藝。例如，對苯二甲酸是用於生產包括用於紡織品和容器生產的塑料和DacronTM聚酯在內的眾多聚酯的起始原料。聚對苯二甲酸乙二酯(PET)是一種形式的聚酯或者MylarTM，其是極堅韌的樹脂並且可用於多種工業和消耗品應用。除了用於消耗品運輸和食品配送的合瓣式包裝和塑料罐之外，軟飲料和水瓶也由此樹脂製成。
對苯二甲酸一般通過對二甲苯與分子氧在催化劑的存在下反應來生產。在生產過程中，乙酸被用作對苯二甲酸的溶劑。在生產循環中對苯二甲酸裝置(plant)的反應器段中的氧化期間，乙酸變為稀釋在水中。乙酸水流的一部分然後被送到脫水單元，以去除在反應器中生成的水，來進行廢物收回。
三種不同的方法已被用於對苯二甲酸裝置，來分離乙酸和水，使得乙酸可以被回收到反應器中，同時由反應生成的水被送到廢水處理設備以進行安全處理。一種方法是通過常規的蒸餾，其中組分的不同沸點保證了乙酸和水的分離。共沸蒸餾法利用夾帶劑(entrainer)來形成與乙酸和水的共沸物，提供了加工所需的能量變化。液-液萃取是用於對苯二甲酸生產過程中乙酸和水的分離的最後方法。
蒸餾已經被廣泛地用作用於從水回收乙酸的基本單元操作。在這樣的過程中，一個或者多個塔被用來處理多個不同乙酸濃度的流，以達到將其回收來再用於氧化步驟。來自蒸餾塔的產品是濃縮乙酸的底部流和頂部流，其中頂部流理想地將是純水，以使有價值的乙酸溶劑的損失最小。更純的頂部水流還將減小下遊廢水處理設備的負擔，由此防止意外的化學品溢出。
但是，由於乙酸/水體系的高度非理想的汽液平衡特性，乙酸和水的蒸餾不是非常高效的。傳統的蒸餾系統要求使用高的理論級數，即實際的塔板數量，以及高的回流比，即高的能耗，來在頂部蒸餾水中獲得合理低的水平的乙酸，通常是0.5-0.8wt％的範圍。頂部廢水隨後被處理以回收某些有機副產品，然後被送到廢水處理設備，在此任何剩餘的乙酸將被中和並且不再被使用。
因此，使用常規蒸餾因為大尺寸的所需塔和塔設備而需要高的投資成本，並且因為需要大量的蒸汽消耗而需要高的運行成本。此外，傳統的工藝方案不允許經濟地獲得完全不含乙酸的蒸餾物。此限制回過頭來帶來了運行問題，包括與由於乙酸損失導致的操作相關的成本、與處理廢水中的乙酸相關的成本、下遊廢水處理設備的容量限制以及因為對於向環境排放的合格水平的越來越嚴格的標準導致的不斷增大的環境問題。
已經試圖尋找替代方法，以使與用於分離乙酸和水的常規蒸餾相關的高的運行成本最小化。化學品加工商和公司已經採取包含將選擇性的乙酸烷基酯作為夾帶劑添加到脫水塔的共沸蒸餾，其中所述乙酸烷基酯例如為乙酸異丁酯(IBA)、乙酸正丁酯(NBA)、乙酸正丙酯(NPA)等。夾帶劑形成與水的低沸點共沸物，並由此提高了乙酸和乙酸烷基酯/水共沸物之間的分離的相對揮發度。這減少了對於進行相同的分離所要求的能量和理論級數。與常規的蒸餾相比，共沸蒸餾法通常將乙酸/水脫水塔的能量(即蒸汽)消耗減小了20-40％，同時在蒸餾水中提供了較低的乙酸濃度，即300-800ppm。在所有現有技術的系統中的對苯二甲酸裝置中，共沸蒸餾塔一般運行在環境壓力下。
通過利用使用特殊的萃取劑的液-液萃取來從水流回收乙酸使其僅僅包含0.1wt％乙酸到20％乙酸的努力，也有報導。常用的一些萃取劑為乙酸酯、胺、酮和氧化膦及其混合物。一旦完成萃取步驟，要求進行複雜的一系列蒸餾步驟來回收酸並將萃取劑再循環回到萃取階段。
鑑於這樣的由於使用常規的蒸餾系統導致的能量浪費，所需要的是這樣的蒸餾系統，其是高能效的並且產生較少的廢物和不希望的副產品。該系統還應該以環境友好的方式再循環能量和初始產品。該蒸餾系統和工藝還應該可容易地針對現有的化學工藝系統進行改造，來改善目前和現有的裝置。而且，回收系統應該易於建造而不用大量的資金花費。
由於這些原因，理想的是，用於回收乙酸的蒸餾系統使用更少的能量，產生用於該裝置中的其他用途的能量。該系統應該節省原料化學品和原材料，導致更少的乙酸隨著廢水流失掉，並且省錢。這樣的系統和方法還應該適用於針對寬範圍工業化學品的各種化學工藝。該系統還應該是製造簡單並且不那麼昂貴的，同時還與常規的系統和工藝相容。
發明內容
本發明公開了一種用於在對苯二甲酸生產過程從水回收乙酸的蒸餾系統，其包括具有頂部段的脫水塔，其中所述頂部段具有冷凝器或者蒸汽發生器。該脫水塔具有至少一個在對苯二甲酸生產過程中產生的包含乙酸和水混合物的輸入供料流，其中乙酸是用於生產的溶劑，水是生產對苯二甲酸的反應的副產品。
所述脫水塔具有用於對苯二甲酸的共沸蒸餾的夾帶劑。在一個實施方式中，夾帶劑是乙酸正丁酯。在另一個實施方式中，夾帶劑是乙酸異丁酯或者乙酸正丁酯和乙酸異丁酯的混合物。該蒸餾塔具有至少1.2kg/cm2abs.的頂部壓強，但也可以大於1.2kg/cm2abs.。
塔的輸出底部流具有比所述至少一個輸入供料流更高的乙酸濃度。
該蒸餾系統還具有用於從水分離乙酸的冷凝器。塔的輸出頂部蒸氣流具有比所述至少一個輸入供料流更低的乙酸濃度。冷凝器冷凝來自脫水塔的頂部的蒸氣，以產生低壓蒸汽。低壓蒸汽具有至少0.6kg/cm2abs.的壓強，但是可以達到大於2.0kg/cm2abs.的壓強。
本發明還公開了一種用於在對苯二甲酸生產過程從水回收乙酸的蒸餾方法。所述方法包括提供包含乙酸的水的輸入供料流的步驟，和在具有頂部的共沸脫水塔中將輸入供料流蒸餾成蒸氣流的步驟。該蒸氣流利用乙酸正丁酯或者乙酸異丁酯或其組合被夾帶。然後蒸氣流被冷凝，以從水分離乙酸，並輸出具有比輸入供料流更高乙酸濃度的底部流，和具有比輸入供料流更稀乙酸濃度的輸出頂部流。
本發明是共沸蒸餾工藝的進一步改進，用於在對苯二甲酸(PTA)裝置中從水分離乙酸，同時經過能量回收產生蒸汽。本發明在乙酸蒸餾塔中使用乙酸異丁酯(IBA)或者乙酸正丁酯(NBA)或其混合作為夾帶劑，其中所述乙酸蒸餾塔處在1.3kg/cm2abs.或者更高的頂部工作壓強下。本發明包括處在脫水塔頂部的蒸汽產生系統，其通過冷凝離開脫水塔的頂部蒸氣並且產生用於各種下遊用途的0.6-2.0kg/cm2abs.下低壓蒸汽以蒸汽的形式回收能量。在常規蒸餾設備的基礎上，頂部水中的乙酸含量可以被從一般超過7000ppm減小到約300-800ppm。通過在塔中使用更高性能的傳質裝置，諸如多孔浮閥和大容量塔板和降液管，可以實現乙酸含量的進一步減小(到150ppm或者更小)，而不用花費額外的蒸汽消耗。
利用現有規範和分離要求，在現有裝置內使用現有傳質設備和裝置時，本發明明顯減小了分離所需的再沸器負載(即蒸汽消耗)。當與常規蒸餾相比時，本系統和方法一般要求比常規蒸餾工藝低20-40％的能量。結合在乙酸/水分離過程中明顯更低的能耗，本發明明顯減小了在頂部水中的乙酸，一般從0.5-0.8wt％減小到300-800ppm或者甚至更低。
當用來改裝或者置換使用常規蒸餾的乙酸脫水塔時，本發明是最有利的。不僅能耗被顯著降低，而且在廢水處理之前蒸餾過程中的乙酸損失明顯減小。通過蒸汽產生回收一些能量，並且有助於減小現有廢水處理設備的運行成本和負載。
本發明涉及一種用於回收乙酸的新方法，其中乙酸是常用於對苯二甲酸的生產的溶劑並且也是在其他重要工業過程中的可回收廢物流。該系統和方法還明顯減小了裝置總的淨能量消耗，並且允許增大現有裝置的容量。根據本發明的裝置產生0.6kg/cm2abs.或者更高壓強的蒸汽，以用於裝置內的附加發電和使用。經改進的對苯二甲酸裝置還使得對廢水處理裝置的要求最小化，並且消除了目前存在於大多數對苯二甲酸生產裝置中的有機物排放問題。在一個實施方式中，本發明結合在高於環境工作壓強下工作的共沸蒸餾系統，提供了對現有乙酸蒸餾系統的改進，由此節省能量並回收更多乙酸。
本發明還在新的對苯二甲酸裝置構建中提供了經濟上的好處，其中本發明的總能耗在所有目前和現有技術的方法中是最低的。在現有裝置在翻新或者定期維護過程中用新的部件進行升級改裝時，本發明也是特別有用的。該系統和方法也可以被設計成新的對苯二甲酸裝置結構。
當結合下面的描述和附圖進行考慮時，本發明的這些和其他的目標和實施方式將被更好地理解和了解。但是，應該理解，下面的描述雖然指明了本發明的優選實施方式和許多具體細節，但其是為了說明而不是為了限制而給出的。在本發明的範圍內可以進行許多變化和修改，而不偏離其精神，並且本發明包括所有這些修改。
圖1是概述在對苯二甲酸生產過程的典型裝置中的各種工藝單元的方框圖。
圖2示出了常見於現有技術的對苯二甲酸裝置中的使用常規蒸餾的乙酸脫水塔的流程圖。
圖3示出了在對苯二甲酸裝置中使用環境工作壓力下的典型共沸蒸餾的乙酸脫水塔的流程圖。
圖4是根據本發明的乙酸回收系統的流程圖，其中共沸蒸餾塔裝備有冷凝器，所述冷凝器是用於生成低壓蒸汽的頂部蒸汽生成系統。
圖5示出了利用常規蒸餾工藝所生成的蒸汽的流程圖。
圖6是僅僅由反應段生成蒸汽並且其在典型的對苯二甲酸裝置中的用途的流程圖。
圖7示出了在對苯二甲酸生產過程中由反應段結合在脫水過程中生成的蒸汽生成蒸汽的流程圖。
具體實施例方式
本發明源自這樣的觀察結果，即大量的能量被消耗於用於生產對苯二甲酸的系統中。除了能量消耗以外，很少甚至於沒有進行再循環，其中諸如乙酸之類的溶劑沒有被回收並且被送到廢水處理設備，由此由於要求裝置系統範圍外的進一步處理而增大了對能量的要求。
通常，諸如對苯二甲酸之類的工業化學品在多個分餾級中被生產，在多個分餾級中，較重的液體以較輕的蒸氣蒸餾。所使用的蒸餾塔包括圓筒形塔殼，其具有多個塔內部構件用於促進蒸氣和液體之間的相互作用。
常規的塔內部構件包括篩和浮閥塔板，其無規和結構化填料或其任意的組合。優選地，高性能塔內部構件將被用於根據本發明的對苯二甲酸的生產中。這包括微分浮閥(advance dispersion valve)，諸如在美國專利No.6145816中公開的鑽孔浮閥，該美國專利的全部公開內容通過引用被包含在本文中。還可以使用多個降液管和大容量發泡器來提高蒸餾塔的效率和容量。
現在轉向附圖，其中類似的標號表示相似的部件，圖1是典型的對苯二甲酸工藝裝置的示意性方框流程圖。該裝置的主要段包括反應段或者單元2，結晶段或者單元3，乾燥段或者單元4，純化段或者單元5，脫水段或者單元1。廢水處理設備6一般是對苯二甲酸裝置中用於處理的最後部件。
給料或者進料包括對二甲苯73和分子氧(即，空氣71)以及催化劑72，它們被供料到反應段2或者反應器中。對苯二甲酸95(PT A)是反應器的產品。根據下面的化學反應產生產品和廢物 對苯二甲酸產品被送到結晶單元3、乾燥單元4和純化單元5，用於進行進一步的下遊處理來生產經純化的對苯二甲酸95。由反應生成的水81和在反應中使用的溶劑，即乙酸82，被送到脫水段，以回收乙酸92並且將其返回到反應段以進行再利用。在被進一步純化為用於反應中的對苯二甲酸95之前，也可以生產和回收中等等級的對苯二甲酸96(MTA)。然後，水94被送到廢水處理設備進行處置。
通常，在上述用於生產對苯二甲酸的放熱反應中生成的熱通過產生中壓蒸汽93而被回收。中壓蒸汽一般被用於脫水段。本發明適用於脫水段。
圖2示出了使用用於對苯二甲酸生產裝置的脫水段的乙酸脫水的常規蒸餾方法的典型流程圖。常規蒸餾系統包括蒸汽發生器，用於回收一些蒸汽以進行再利用。
脫水塔200一般包括塔板290和再沸器202。包含乙酸溶劑282和少量有機副產品283，乙酸甲酯，的水流281被供料到脫水塔200，所述脫水塔200一般包括70-90個蒸餾塔板290。一般濃度為92-95wt％的乙酸292被從脫水塔200的底部回收，並被返回到反應段。
水，有機副產品，乙酸甲酯和任何未回收的乙酸(一般濃度為0.5-0.8wt％)作為頂部蒸氣299從塔200的頂部流出。然後頂部蒸氣由頂部冷凝器220利用沸騰供料水274冷凝。頂部冷凝器220在冷凝過程中產生低壓蒸汽291，以回收一些能量將其再循環到裝置中用於各種用途。通常，常規的脫水塔在塔的頂部產生低壓蒸汽(一般為0.6-0.7kg/cm2)。
然後，所得的頂部蒸氣299的冷凝物被供料到回流罐233。第二冷凝器231利用通過通風裝置通入的不凝性蒸汽進一步冷凝所述冷凝物。所得回流物的一部分作為回流物被再循環到塔200中。
回流物的剩餘部分向下遊供料到乙酸甲酯塔210，以分離作為頂部產品的有機副產品乙酸甲酯283和作為底部產品的水和乙酸。塔210具有冷凝器211，接收器或者回流罐213以及再沸器212。然後，包含乙酸的水流284被送到廢水處理設備以進行處置。乙酸甲酯283被供回反應器，以進行再循環。
通常，在反應段中產生的中壓蒸汽的一部分為用於乙酸/水分離過程中的脫水塔200的再沸器202提供熱源。如圖5所示，蒸汽結餘被用於發電或者其他的目的。在此常規的蒸餾方法過程中，接近50％的所生成的中壓蒸汽被用於脫水段中的蒸餾需要。
圖3示出了在典型的對苯二甲酸裝置的脫水段中使用利用諸如乙酸異丁酯(IBA)或者乙酸正丁酯(NBA)之類的夾帶劑的現有技術的共沸蒸餾的典型流程圖。
包含乙酸溶劑382和少量有機副產品383乙酸甲酯的水流381被供料到脫水塔300。所述塔具有冷凝器301和再沸器302。脫水塔300一般包括60-70個工作在環境壓力下或者附近的蒸餾塔板390。一般濃度為92-95wt％的乙酸392被從脫水塔300的底部生產，並被返回到反應段。通過形成低沸點共沸物，水連同痕量的未回收的乙酸和少量的反應副產品乙酸甲酯作為頂部蒸氣399從塔頂部流出。共沸物是多種純組分的具有恆沸點的混合物，並且不能通過常規蒸餾而容易地分離。共沸物的沸點低於兩個純組分的任一一個的沸點。
然後，頂部蒸氣399被冷凝和供料到潷析器(decanter)340中。由頂部蒸氣399形成的所得液體冷凝物形成兩個相，有機相和水相。在潷析器440中，有機相和乙酸與來自夾帶劑補給375的諸如IBA或者NBA的夾帶劑相結合。含有夾帶劑和有機副產品的有機相的一部分連同乙酸作為回流物被再循環回到塔300中。
有機相的剩餘部分向下遊供料到乙酸甲酯塔310，以將有機副產品乙酸甲酯與夾帶劑分離。乙酸甲酯塔310優選是具有塔板390的蒸餾塔。塔310具有冷凝器311，接收器或者回流罐313以及再沸器312。在頂部乙酸甲酯383被回收，並且被再循環到反應器段。夾帶劑為乙酸甲酯塔310的底部產品，並且被再循環回到潷析器340中。
然後，包含水、夾帶劑、溶解在水相中的乙酸甲酯和痕量的乙酸(通常為300-800ppm)的潷析器340水相向下遊供料到汽提塔330中，以分離乙酸甲酯和乙酸。汽提塔330具有冷凝器331，接收器或者回流罐333以及再沸器332。乙酸甲酯作為頂部產品被分離出，然後其被送到乙酸甲酯塔310以分離乙酸甲酯和夾帶劑。然後來自塔330的底部產品的包含少量未回收的乙酸的水產品384被送到廢水處理設備，以進行處置。
共沸蒸餾相對於常規蒸餾有兩個主要優點，即1)低20-40％的能量(即，蒸汽)消耗以及2)廢水中的從0.5-0.8wt％的乙酸到廢水處理設備的更低的乙酸損失。相比之下，利用共沸蒸餾的乙酸損失一般為300-800ppm，而常規蒸餾為7000-7500ppm。
在對苯二甲酸生產裝置中的常規現有技術的共沸蒸餾脫水塔工作在環境工作壓力下。由於低的共沸沸騰溫度，從脫水塔的頂部的熱回收是不可行的，因此在對苯二甲酸裝置中的用於乙酸脫水的典型共沸蒸餾過程中，沒有使用蒸汽生成系統。因此，沒有能量被回收用於其他用途，由此增大了該裝置中總的淨能耗。
通常，在反應段(沒有示出)中產生的中壓蒸汽的一部分為用於所需的乙酸/水分離的脫水塔300的再沸器302提供熱源。如圖6所示，蒸汽結餘被用於發電或者其他的目的。在現有技術的共沸蒸餾過程中，僅僅接近百分之三十(30％)的所生成的中壓蒸汽被用於脫水段中的蒸餾需要。
圖4示出了本發明的流程圖，本發明在對苯二甲酸裝置的脫水段中使用了利用夾帶劑形成共沸物的共沸蒸餾和蒸汽生成/熱回收系統兩種。本發明通過在對苯二甲酸生產的蒸餾階段中的乙酸與水分離的過程中生成蒸汽，進一步改進了共沸蒸餾系統。乙酸異丁酯(IBA)或者乙酸正丁酯(NBA)或其混合物被用作乙酸脫水塔中的夾帶劑。該塔具有1.3kg/cm2abs.或者更高的頂部工作壓強。蒸汽發生系統位於脫水塔的頂部，以通過冷凝塔的頂部蒸氣來回收蒸汽能量。蒸汽為約0.6-2.0kg/cm2abs.的低壓蒸汽。乙酸以300-800ppm的量被從該系統回收。
根據本發明的併入到現有傳質裝置的系統明顯地減小了分離工藝所要求的再沸器負載(即，蒸汽消耗)。與現有技術的方法相比，能耗降低了20-50％，同時保持了0.5-0.8wt％到300-800ppm或者更低的廢水中的乙酸損失。當與諸如鑽孔浮閥、先進降流管和塔內部構件之類的先進傳質設備或者任何等效的高性能裝置結合時，乙酸損失可以被減小到僅僅150ppm或者更小。
現在轉到圖4，包含乙酸溶劑482和少量有機副產品483，乙酸甲酯，的水流481被供料到脫水塔400中。在一個實施例中，脫水塔400包括至少60個蒸餾塔板490。塔400工作於在脫水塔400的頂部處大於至少1.3kg/cm2abs.的更高工作壓強下。一般濃度為92-95wt％的乙酸492從脫水塔400的底部被生產，並且返回到反應段。通過形成低沸點共沸物，水連同痕量的未回收的乙酸和少量的包括乙酸甲酯的反應副產品作為頂部蒸氣499從塔400的頂部流出。然後頂部蒸氣499被蒸汽發生器或者頂部冷凝器420冷凝，所述頂部冷凝器420產生低壓蒸汽498。頂部冷凝器420具有第二冷凝器421，第二冷凝器421利用通過通風裝置485通入的任何不凝性蒸氣進一步冷凝頂部蒸氣499。沸騰供料水474被提供到系統，以產生支持諸如頂部冷凝器之類的各種單元所必需的蒸汽。
然後，由頂部蒸氣499形成的液體冷凝物被供料到潷析器440，並形成兩個液體相，有機相和水相。在潷析器440中，有機相和乙酸與來自的夾帶劑補給475的IBA或NBA夾帶劑相結合。此混合物的一部分作為回流物被再循環回到塔400中。
有機相的剩餘部分向下遊供料到乙酸甲酯塔410，以將有機副產品乙酸甲酯與夾帶劑分離。乙酸甲酯塔410優選是具有塔板490的蒸餾塔。塔410具有冷凝器411，接收器或者回流罐413以及再沸器412。在頂部乙酸甲酯483被回收，並且被再循環到反應器段。夾帶劑為乙酸甲酯塔410的底部產品，並且被再循環回到潷析器440中。
然後，包含水、夾帶劑、溶解在水相中的乙酸甲酯和痕量的乙酸(通常為300-800ppm)的潷析器440水相向下遊供料到汽提塔430中，以分離乙酸甲酯和乙酸。汽提塔430優選是具有塔板490的蒸餾塔。塔430具有冷凝器431，接收器或者回流罐433以及再沸器432。乙酸甲酯作為頂部產品被分離出，然後其被送到乙酸甲酯塔410以分離乙酸甲酯和夾帶劑。然後來自塔430的底部產品的包含少量未回收的乙酸的水產品被送到廢水處理設備，以進行處置。
雖然當與工作在環境壓強下的現有技術的共沸蒸餾系統相比，在本發明中所公開的更高的塔工作壓強在能耗和乙酸損失上沒有明顯差異，但是本發明因為更高的初始工作壓強而在冷凝器420中產生了壓強為0.6-2.0kg/cm2的有用的低壓蒸汽。不像現有技術的共沸蒸餾，本系統和方法允許共沸脫水塔中的頂部溫度足夠高，以產生可用於發電和/或其他用途的低壓蒸汽498。雖然蒸汽生成處於低壓，但是在用於對苯二甲酸裝置的現有技術的共沸蒸餾系統中蒸汽生成是不可行的。
優選地，在反應段(沒有示出)中產生的中壓蒸汽的一部分為用於所需的乙酸/水分離的脫水塔400的再沸器402提供熱源。如圖7所示，蒸汽結餘被用於發電或者其他的目的。在現有技術的共沸蒸餾過程中，僅僅小於約百分之三十(30％)的所生成的中壓蒸汽被用於脫水段中的蒸餾需要。
相對於對苯二甲酸裝置中的常規蒸餾方法和共沸蒸餾方案，本發明的關鍵優點提供了如下的好處，包括1.至少低20-40％的能量(即蒸汽)消耗和節省；2.從常規蒸餾中廢水中的0.5-0.8wt％的乙酸到廢水處理設備的更低的乙酸損失，共沸蒸餾中可達到300ppm-800ppm或更低；和3.通過產生至少0.6-2.0kg/cm2abs.的低壓蒸汽用於發電或者其他在裝置中的其他用途來對總淨能量進行回收。
在一般地描述本發明之後，通過參考下面的實施例可以獲得進一步的理解，其中下面的實施例僅僅為了說明的目的被提供於此，並且不是意在以任何的方式進行限制，除非是另有規定。
實施例在典型的350,000MTA對苯二甲酸生產裝置中，比較了各種乙酸脫水方法，即，常規蒸餾、在環境工作壓強下的共沸蒸餾和本發明。各種方法的典型設計和工作效益被總結於下面的表中
如上面的表中所示，利用常規蒸餾的具有90個分餾塔板的脫水塔在脫水過程中以60T/小時消耗最高的中壓蒸汽量，由此使用了更多的總能量。這樣的蒸汽使用和消耗大於常規的共沸蒸餾和本發明。但是，在脫水中消耗的能量一般通過從脫水塔的頂部產生低壓蒸汽而被回收。結果，通過使用常規蒸餾法造成的乙酸損失明顯高於常規共沸蒸餾或者本發明。
在常規蒸餾過程中，理論上可以增大塔回流或者分餾塔板的數量，來進一步減小水流中的乙酸損失。但是，由於更高的能耗和/或因為需要更多的原材料用於塔構造而造成的更高的資金投入而帶來的指數增長的成本，其在經濟上是不可行的。
相比而言，在使用裝備有70個分餾塔板的利用共沸蒸餾的脫水塔中，能耗是在常規蒸餾過程中能耗的約百分之七十(70％)。此外，如上面所示的，與常規蒸餾相比，乙酸損失明顯減小。此方法的缺點在於，由於共沸蒸餾的較低的工作壓強，不可通過在脫水過程中產生蒸汽來回收能量。
相反，本發明不僅提供最低的能耗，而且提供最低的乙酸損失。在一個實施方式中，根據本發明的對苯二甲酸生產系統和方法裝備七十(70)個分餾塔板。在另一個實施方式中，系統包括九十(90)個分餾塔板。
此外，由於在脫水塔的頂部的升高的工作壓強，本發明還通過在產生中壓蒸汽的同時另外產生更多的低壓蒸汽，回收了比現有技術的系統更大量的能量。此低壓蒸汽可以被回收並且返回到系統，以用於裝置中的許多其他用途，由此整體上節省了能量。
如在本發明的任一實施方式中所示的，總的乙酸損失保持與典型的共沸蒸餾一樣低並且與常規蒸餾相比較低。本發明以新穎的方式結合了常規蒸餾和共沸蒸餾兩者的優點，提供了與現有技術的系統和方法相比明顯的經濟上的優點。能量節省和更多原料和化學品的回收可以被用於新的裝置構建和改裝項目兩者。
現在轉到圖5-7，示出了各種操作方案下的對苯二甲酸裝置內的蒸汽流程和蒸汽的產生。圖5描繪了在常規蒸餾中通過蒸汽產生系統產生的用於裝置內的各種用途的蒸汽流。該系統產生中壓蒸汽593和低壓蒸汽591兩者。
反應單元502產生壓強為3.5-5.0kg/cm2的中壓蒸汽593。中壓蒸汽593中的大部分被主要消耗於脫水段501，用於乙酸和水的蒸餾過程。中壓蒸汽593還轉動在裝置內用於發電的渦輪560，以用於諸如推動壓縮機562和其他應用用途507之類的多種用途。
低壓蒸汽591在乙酸和水的蒸餾過程中由脫水段501產生，一般壓強為0.5-0.8kg/cm2abs.。低壓蒸汽591然後被送到蒸汽渦輪560，用於裝置內使用的附加發電。
與常規蒸餾不同，圖6示出了在共沸蒸餾過程中在對苯二甲酸生產裝置內的蒸汽流產生和使用。系統僅僅產生一般壓強在3.5-6.0kg/cm2的中壓蒸汽693。中壓蒸汽693在裝置的反應段602中產生，並且主要被消耗於脫水段601，以用於乙酸和水蒸餾。蒸汽693還用於渦輪660，用於發電和用於結晶段和其他應用用途607中的消耗。
參考圖7，示出了根據本發明的系統的蒸汽流程圖。系統同時產生中壓蒸汽793和低壓蒸汽791兩者。
反應單元702產生壓強為3.5-5.0kg/cm2的中壓蒸汽793。中壓蒸汽793被消耗於脫水段701，用於乙酸和水的蒸餾過程。中壓蒸汽793還轉動在裝置內用於發電的渦輪760，以用於諸如推動壓縮機762和其他應用用途707之類的多種用途。
低壓蒸汽791在乙酸和水的蒸餾過程中由脫水段701產生，一般壓強為0.4-2.2kg/cm2abs.。低壓蒸汽791然後被送到蒸汽渦輪760，用於裝置內使用的附加發電。
這樣，根據本發明的對苯二甲酸裝置、蒸餾系統和方法提供了較之常規蒸餾方法和共沸蒸餾法的各種優點。在本發明中僅需要更低的能量和蒸汽消耗。從反應水回收更多的乙酸，使得更少的乙酸將在廢水設備處被處理而損失。此外，在對苯二甲酸生產過程中乙酸的脫水產生更有用的低壓蒸汽，用於發電或者裝置中的其他用途。
為了說明和描述的目的已經提供了前面對於本發明的優選實施方式的描述。這不是意在將本發明窮舉或者限制到所公開的確切形式。顯然，許多改進和變化對於本領域技術人員是明顯的。其意在由所附的權利要求和其等價物來限定本發明的範圍。
只要在此說明書中提及的每一個公布或者專利申請被明確和各自地指明通過引用被包含於此，則所有的公布和專利申請通過引用被包含於此。
雖然已經描述了本發明的優選實施方式，但是應該理解也可以包含其他的可選實施方式。例如，對於所有明確公開的實施方式，以及本發明的其他實施方式，可以包括包含不同塔板設計和布置的不同蒸餾系統。可以使用包括多脫水級的各種其他塔的改進方式和使用其他可選的夾帶劑。可以對所公開的實施方式進行這些和各種其他的改進，而不會偏離本發明的主題。
權利要求
1.一種用於在對苯二甲酸生產過程從水回收乙酸的蒸餾系統，包括具有頂部段的脫水塔；至少一個包含乙酸和水的輸入供料流；夾帶劑；和用於從水分離出乙酸的冷凝器。
2.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述脫水塔是共沸脫水塔。
3.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述脫水塔具有輸出底部流和輸出頂部流。
4.如權利要求3所述的蒸餾系統，其中所述輸出底部流具有比所述至少一個輸入供料流更高的乙酸濃度。
5.如權利要求3所述的蒸餾系統，其中所述輸出頂部流具有比所述至少一個輸入供料流更低的乙酸濃度。
6.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述冷凝器冷凝來自所述脫水塔的所述頂部的蒸氣，以產生低壓蒸汽。
7.如權利要求6所述的蒸餾系統，其中所產生的低壓蒸汽具有至少0.6kg/cm2abs.的壓強。
8.如權利要求6所述的蒸餾系統，其中所產生的低壓蒸汽具有從0.7kg/cm2abs.到2.0kg/cm2abs.的壓強。
9.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述夾帶劑是乙酸正丁酯。
10.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述夾帶劑是乙酸異丁酯。
11.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述夾帶劑是乙酸正丁酯和乙酸異丁酯的混合物。
12.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述蒸餾塔具有至少1.2kg/cm2abs.的頂部壓強。
13.如權利要求1所述的蒸餾系統，其中所述蒸餾塔具有大於1.2kg/cm2abs.的頂部壓強。
14.一種用於在對苯二甲酸生產過程從水回收乙酸的蒸餾方法，所述方法包括提供包含乙酸的水的輸入供料流；在具有頂部段的共沸脫水塔中將所述輸入供料流蒸餾成蒸氣流；夾帶所述蒸氣；冷凝所述蒸氣流，以從水分離乙酸；以及輸出具有比所述輸入供料流更高乙酸濃度的底部流，並且輸出具有比所述輸入供料流更稀乙酸濃度的輸出頂部流。
15.如權利要求14所述的蒸餾方法，其中所述夾帶步驟使用乙酸正丁酯。
16.如權利要求14所述的蒸餾方法，其中所述夾帶步驟使用乙酸異丁酯。
17.如權利要求14所述的蒸餾方法，其中所述夾帶步驟使用乙酸正丁酯和乙酸異丁酯的混合物。
18.如權利要求14所述的蒸餾方法，其中所述冷凝步驟產生低壓蒸汽。
19.如權利要求18所述的蒸餾方法，其中所述低壓蒸汽為至少0.6kg/cm2abs.。
20.如權利要求18所述的蒸餾方法，其中所述低壓蒸汽為從0.7kg/cm2abs.到2.0kg/cm2abs.。
21.如權利要求14所述的蒸餾方法，其中所述蒸餾步驟具有至少1.2kg/cm2abs.的頂部壓強。
22.如權利要求14所述的蒸餾方法，其中所述蒸餾步驟具有大於1.2kg/cm2abs.的頂部壓強。
全文摘要
本發明公開了一種用於從在對苯二甲酸生產過程中產生的包含乙酸和水流的供料流回收乙酸的蒸餾系統和方法。本發明包括用於回收乙酸的利用共沸蒸餾的脫水塔，並結合有用於回收能量的冷凝系統。脫水塔以在塔頂部處至少1.2kg/cm
文檔編號B01D3/36GK1867537SQ03827168
公開日2006年11月22日 申請日期2003年8月12日 優先權日2003年8月12日
發明者張智榮, 金恩慶, 吳光 申請人:Amt國際股份有限公司