生产芳香羧酸的系统和方法
【专利说明】生产芳香羧酸的系统和方法
[0001] 本申请是申请日为2010年12月15日，申请号为201080056879. 1，发明名称为"生 产芳香羧酸的系统和方法"的发明专利申请的分案申请。 发明领域
[0002] 本发明涉及在生产芳香羧酸的过程中回收热和洗涤来自氧化反应器的废气的系 统和方法。
[0003] 相关申请的交叉引用 本申请要求2009年12月16日提交的美国临时申请61/286957的优先权的权益。
[0004] 发明背景 可采用两阶段工艺制备纯化的对苯二甲酸（PTA)。在第一阶段中，在氧化车间中，通 过采用均相催化剂在溶剂(例如乙酸和水）中将对二甲苯空气氧化来制备对苯二甲酸粗品 (CTA)。所述反应的温度的范围是约150-2KTC。所述氧化反应通常在一个、两个或三个串 联容器中进行，且对于每一个步骤可采用多个并联反应器。反应器容器通常是搅拌容器，其 中所述搅拌通过机械搅拌和被加入的空气的搅拌效果的组合得以实现。
[0005] 所述制备工艺的第二阶段是通过在水溶液中的催化氢化对CTA进行纯化。通常， 将CTA在高压（70-90 barA)和高温（275-290°C )下溶解于水中，且经钯负载在碳上的催化 剂固定床进行氢化。在得到的溶液通过一系列的四至六个结晶设备时，所述溶液得到冷却， 在这里纯化的对苯二甲酸（PTA)结晶，而大部分杂质和副产物(例如对甲苯甲酸）保留在溶 液中。得到的浆料(在140-160°C)然后被供料至适当的连续固液分离设备，例如沉降式离 心机、旋转压力或真空过滤器等，在此所述PTA与纯化母液流分离，然后干燥。
[0006] 图1举例说明了一种使对二甲苯反应来制备CTA粗品的方法，其中采用两个串联 的氧化反应器。初级氧化反应器包括对二甲苯、乙酸水溶液、催化剂和空气，且在反应温度 为约200°C、在16 barA操作所述初级氧化反应器。来自所述初级氧化反应器的浆料被传 送至二级氧化反应器，在这里所述浆料与空气在约187°C和12 barA反应，以将更多的反应 物转化为CTA。初级和二级氧化反应器各自具有分离的废气系统，以回收热以及洗涤蒸汽。 由于初级和二级氧化反应器各自在显著不同的温度和压力下操作，采用两个热回收和蒸汽 洗涤系统，这增加了资本支出。为了克服这种影响，可采用压缩机(未图示)提高来自二级氧 化热回收系统的废气的压力，以向单个蒸汽洗涤系统逆流进料，从而减少重复的组件，例如 所述二级氧化反应器废气蒸汽洗涤系统。然而，该方法需要该压缩机的资本支出。
【发明内容】
[0007] 在工业中，需要开发另一种方法，其可简化所述系统以在生产对苯二甲酸的过程 中回收热和洗涤来自所述氧化反应器的废气，同时还降低对采用的设备的资本支出。
[0008] 简要介绍的本发明的实施方式包括用于生产对苯二甲酸的系统、方法等。
[0009] 其中一个示例性系统包括初级氧化反应器，其中在约12至18 barA的压力和约 180至210°C的温度下操作所述初级氧化反应器，其中所述初级氧化反应器与初级热回收 系统连通，其中所述初级热回收系统与蒸汽洗涤系统连通；和二级氧化反应器，其中在比 所述初级氧化反应器的压力低少于2bar的压力以及在比所述初级氧化反应器的温度低约 5-15Γ的温度下操作所述二级氧化反应器，其中在所述初级氧化反应器中产生的浆料被传 送至所述二级氧化反应器，其中所述二级氧化反应器与二级热回收系统连通，其中所述二 级热回收系统与所述蒸汽洗涤系统连通。
[0010] 其中，一个用于生产对苯二甲酸的示例性方法包括：提供初级氧化反应器，其中 所述初级氧化反应器与初级热回收系统连通，其中所述初级热回收系统与蒸汽洗涤系统连 通；提供二级氧化反应器，其中所述二级氧化反应器与二级热回收系统连通，其中所述二级 热回收系统与所述蒸汽洗涤系统连通；将对二甲苯、乙酸、催化剂和空气引入到所述初级氧 化反应器中；在约12至18 barA的压力和约180至210°C的温度下操作所述初级氧化反应 器以产生第一浆料；将在所述初级氧化反应器中产生的所述第一浆料引入到所述二级氧化 反应器中；和在比所述初级氧化反应器的压力低少于2bar的压力以及在比所述初级氧化 反应器的温度低约5-15Γ的温度下操作所述二级氧化反应器，以产生第二浆料。
[0011] 附图简述 参考以下附图可更好地理解本发明的多个方面。在所述附图中的组件不一定是按比例 绘制的。
[0012] 图1图示了生产对苯二甲酸的工艺的一部分的示意图。
[0013] 图2图示了生产对苯二甲酸的改进工艺的一部分的示意图。
[0014] 发明详述 在更详细描述本发明之前，应了解的是本发明公开内容不限于描述的特定的实施方 式，因为这些可以（当然可以）变化。还应了解的是这里采用的术语仅是为了描述特定的实 施方式，且不旨在限制本发明，因为本发明的范围将仅由随附的权利要求书进行限定。
[0015] 除非另有定义，本文所采用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属的技术 领域中的普通技术人员所通常理解的相同的含义。尽管与本文描述的方法和材料类似或相 当的任意的方法和材料可用于本公开内容的实施和测试，现在介绍优选的方法和材料。
[0016] 除非另有指明，本公开内容的实施方式将采用属于本领域技术的化学、化学工程、 化学品回收等的技术。这些技术在文献中得到充分的说明。
[0017] 为了向本领域普通技术人员提供如何实施所述方法和使用本文所公开且所要求 保护的组合物和化合物，公开了以下实施例。虽然已经尽力确保数值(例如量、温度等)的精 确性，但是应需要考虑一些误差和偏差。除非另有指明，份数为重量份数，温度以°(:表示，且 压力以barA表示。
[0018] 必须指出的是，如说明书和随附的权利要求书中所应用的，除非上下文另外清楚 地指出，所述单数形式"一"、和"该"包括复数个所指对象。因此，例如提及"一载体"包括 多个载体。在本说明书中以及在随后的权利要求书中，除非存在明显的相反意图，将提及许 多将被定义具有以下含义的术语。
[0019] 讨论 本公开内容的实施方式包括用于生产对苯二甲酸的系统、用于处理对苯二甲酸的方法 等。由于需要一定的系统和组件处理对苯二甲酸，而本公开内容的系统和方法的优点在于 它们减少了资本支出。例如，与一个系统相比，可除去一个蒸汽洗涤系统，而与另一个系统 相比，可除去一个蒸汽压缩系统。
[0020] 总之，通过采用均相催化剂在乙酸水溶液溶剂中将对二甲苯空气氧化来制备对苯 二甲酸粗品（CTA)。在被供送至氧化反应器之前，氧化反应采用的空气包含与大气相比可富 集或贫化的分子氧。来自所述氧化反应器的所得的CTA浆料(包含有CTA、氧化催化剂、反应 中间体和副产物，包括颜料化合物）通常被供送至不止一个容器(通过被称为结晶设备)，以 降低工艺流的压力和温度。将CTA固体与氧化工艺母液分离，且任选去除所述氧化反应溶 剂将所述CTA固体进行干燥。所述CTA固体然后与水混合以形成CTA纯化供料流，接着在 纯化的对苯二甲酸（PTA)制备工艺的第二阶段中对所述CTA纯化。所述CTA纯化工艺/系 统可包括许多阶段，包括但不限于CTA再制浆阶段、浆料加热和CTA溶解阶段、催化氢化阶 段、结晶阶段、过滤阶段、溶剂回收阶段、干燥阶段、母液流处理阶段、母液固体处理阶段等。
[0021] 图2图示了生产CTA的系统的一部分的实施方式。本公开内容的【具体实施方式】是 对现有工艺的改进。所述系统包括初级氧化反应器和二级氧化反应器。简言之，采用所述 初级氧化反应器和所述二级氧化反应器以通过氧化反应来形成对苯二甲酸，所述氧化反应 包括对二甲苯、乙酸、催化剂(例如钴和/或锰化合物或其它重金属，例如钒、铬、铁、钼、诸 如铈、锆、铪和/或镍的镧系元素和氧化促进剂）和空气。在液相中采用的各组分的相对重 量百分比是约10至25的对二甲苯，约74至90的乙酸水溶液，约0. 1至1的催化剂，且所 述空气的流量比所述对二甲苯质量流量大约4. 5倍(针对常规大气，不存在氧气富集或贫 化)。在所述初级氧化反应器中发生最初的氧化反应，产生废气(也被称为"初级废气"）和 浆料(也被称为"初级浆料")，所述浆料包含有所述反应物、反应中间体和产物，所述浆料被 传送(例如流动或以其它方式移动)至所述二级氧化反应器。在所述二级氧化反应器中发生 另一氧化反应，以形成浆料(也被称为"二级浆料"）和废气(也被称为"二级废气")。所述二 级浆料进一步被处理以产生纯化的对苯二甲酸。
[0022] 所述初级废气被传送(例如采用管或传送构件流动或以其它方式传送）至初级热 回收系统，而所述二级废气被传送至二级热回收系统。所述初级和二级热回收系统将所述 废气的热量除去并通过与作为热接受流体的水或蒸汽以及作为液体的冷凝流交换热以产 生蒸汽。来自所述初级热回收系统和所述二级热回收系统的每一个的剩余废气被传送至所 述蒸汽洗涤系统。所述蒸汽洗涤系统处理剩余废气流，以产生可被进一步处理的液体和蒸 汽。
[0023] 所述初级氧化反应器可在约12至18 barA的压力下操作，且在一个实施方式中， 在约16 barA的压力下操作，而所述初级氧化反应器的温度可以是约180至210°C，且在一 个实施方式中，温度为约200°C。在比所述初级氧化反应器的压力低少于2bar的压力且比 所述初级氧化反应器的压力低超过1 bar的压力，以及在比所述初级氧化反应器的温度低 约5-15°C的温度下或在一个实施方式中（当所述初级氧化反应器为约200°C时)约192°C的 温度下操作所述二级氧化反应器。
[0024] 由于在所述初级氧化反应器和所述二级氧化反应器之间的压力降的减少小于 2bar，从所述初级热回收系统流出的剩余废气可与从所述二级热回收系统流出的废气组 合，以流动到单个蒸汽洗涤系统。然而，为了使所述实施方式成功实施，贯穿所述初级热回 收系统的压力降也必须增大。增大贯穿所述初级热回收系统的压力降的益处是显著增大在 所述初级热回收系统中热交换器的传热系数。这减小了所述热交换器的尺寸，从而减少了 在所述初级热回收系统中的资本支出。由于所述热回收系统通常是由诸如钛的昂贵耐蚀材 料制成的，因此投资成本的降低是显著的。
[0025] 通常，