專利名稱：純對(duì)苯二酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備純對(duì)苯二酸的方法。
純對(duì)苯二酸(PTA)可通過純化粗對(duì)苯二酸(CTA)而得到，而粗對(duì)苯二酸一般是在含有(例如)乙酸的液相中并在氧和催化劑存在下通過氧化對(duì)二甲苯制備的。CTA一般含有下列雜質(zhì)，例如，催化劑殘?jiān)蛯?duì)二甲苯的氧化副產(chǎn)物，如苯甲酸、對(duì)甲苯甲酸、1，2，4-苯三酸，尤其是4-羧基苯甲醛(4-CBA)。CTA還可通過水解聚對(duì)苯二甲酸亞烷基酯、例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯來制備。
純化方法通常包括將CTA與水介質(zhì)相混合，從而在低溫下獲得了CTA漿液。將CTA漿液加熱使對(duì)苯二酸溶于水介質(zhì)中，得到對(duì)苯二酸水溶液，該水溶液可能含有有機(jī)雜質(zhì)，如4-CBA。然后在高壓和高溫下、并優(yōu)選在催化劑存在下使該水溶液與氫接觸，在還原條件下化學(xué)還原至少一定比例的雜質(zhì)。用氫處理后，對(duì)對(duì)苯二酸溶液實(shí)施結(jié)晶過程，在結(jié)晶過程中要降低溶液的壓力和溫度，結(jié)果形成了PTA結(jié)晶，接著再回收得到的結(jié)晶。例如，象USP4500732中公開的那樣，普通的做法是使結(jié)晶過程中蒸發(fā)的水通入循環(huán)溶劑轉(zhuǎn)筒。從USP3584039人們還知道使結(jié)晶過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)的水冷凝并循環(huán)該冷凝液用于CTA的溶解。
為了加熱水介質(zhì)中的CTA漿液到至少某一個(gè)溫度(在該溫度下對(duì)苯二酸溶解于所說的介質(zhì))是需要能量的。迄今為止，該能量至少部分地通過間接熱交換來自諸如蒸汽或水的物質(zhì)，而這里的蒸汽或水又是通過使用一系列普通的管殼狀或熱交換器取自對(duì)苯二酸生產(chǎn)過程的另一階段。在對(duì)苯二酸的生產(chǎn)過程中設(shè)置這些熱交換器會(huì)導(dǎo)致寵大的資金支出;而且，熱量通過表面?zhèn)鬟f，那么在這些熱交換器中不可避免地會(huì)產(chǎn)生熱量損失。
在對(duì)苯二酸生產(chǎn)過程中使用這些熱交換器還會(huì)帶來另外的問題。由于生產(chǎn)過程中的流體是液相中的固體漿液這樣一個(gè)事實(shí)，這些熱交換器會(huì)受到堵塞的干擾。而且，為了提供可接受的熱傳遞，必須使用大量的熱傳遞流體。德國(guó)專利289891公開了克服堵塞問題的一個(gè)建議，該專利使用一組六個(gè)熱交換器，其中用取自結(jié)晶過程的蒸汽加熱水-對(duì)苯二酸懸浮液。
本發(fā)明提供了避免或減少這些問題的方法。
于是本發(fā)明提供了從含有至少一種有機(jī)雜質(zhì)的粗對(duì)苯二酸(CTA)生產(chǎn)純對(duì)苯二酸(PTA)的方法，該方法包括使CTA與水介質(zhì)混合形成CTA水混合物，加熱該混合物使基本上全部的CTA溶于水介質(zhì)中從而形成CTA溶液，氫化CTA水溶液化學(xué)還原至少一些所述的有機(jī)雜質(zhì)并形成PTA水流體，降低PTA水流體的壓力和溫度進(jìn)行PTA結(jié)晶，在進(jìn)行所述的加熱CTA與水介質(zhì)的混合物時(shí)，至少部分地是通過向混合物引入溫度高于所述的含水混合物的蒸汽。
優(yōu)選地，使水性混合物以流體的形式流動(dòng)，而將蒸汽導(dǎo)入流體中。水介質(zhì)中的CTA，不管其是漿液形式或是溶液形式，在本文中均稱為CTA流體。
由于在加熱CTA流體時(shí)減少避免阻塞，本發(fā)明具有很大的優(yōu)點(diǎn)，即能夠更有效地加熱CTA流體并使熱量得到保持，因此就相應(yīng)地減少了生產(chǎn)過程的中斷次數(shù)。
引入CTA流體中的蒸汽最好從對(duì)苯二酸生產(chǎn)過程中回收，并優(yōu)選地包括水蒸汽、最好是基本上純的水蒸汽。該蒸汽回收使得可回收的能量在對(duì)苯二酸生產(chǎn)過程中有利地再次使用，從而具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如果需要，蒸氣可從生產(chǎn)過程外獲得，并可包括由加熱鍋爐中的水形成的公用事業(yè)水蒸汽。
我們不排除蒸氣本身從液相中產(chǎn)生的可能性，例如，從高壓到低壓的液相輸送路途中閃蒸而產(chǎn)生的蒸氣。蒸氣還可以是包括氣相和液相的兩相混合物的一個(gè)組分，例如這樣產(chǎn)生的蒸氣，即在從高壓到低壓的液相輸送過程中伴隨著部分液相閃蒸進(jìn)入氣相。在這種情況下，可將兩相混合物(氣相和液相組分)與CTA流體混合以加熱CTA流體，或者先將氣相組分從兩相混合物中分出，再將氣相與CTA流體混合用來加熱CTA流體。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在設(shè)定壓力下從結(jié)晶過程得到的蒸汽可先使其冷凝并輸送到低壓下的混合段區(qū)，這就伴隨著閃蒸，從而得到由閃蒸產(chǎn)生的蒸汽和液相水組成的兩相混合物，再將該混合物加到CTA流體中對(duì)CTA流體加熱。
優(yōu)選地，蒸氣，最好是水蒸汽，是在減小壓力和溫度進(jìn)行PTA結(jié)晶過程中通過從PTA流體分離至少一種除對(duì)苯二酸外的組分獲得的。蒸氣適宜地通過從對(duì)苯二酸的水性流體蒸發(fā)水產(chǎn)生水蒸汽而形成。適宜地，至少部分分離的組分循環(huán)并引入到CTA流體中從而對(duì)CTA流體加熱。由于將分離的組分循環(huán)至系統(tǒng)中，緩和了對(duì)分離組分的處理問題。被循環(huán)的分離組分在本文稱作循環(huán)流體。
除了通過引入蒸氣對(duì)CTA流體加熱外，還可通過一個(gè)或多個(gè)普通的熱交換器對(duì)該流體加熱。在這種情況下，普通的熱交換器僅提供一部分加熱效果，因此與全部加熱效果按傳統(tǒng)方式提供的方法相比，與使用這些熱交換器相關(guān)的一些問題相應(yīng)地得到了緩解。
對(duì)于在所述的水介質(zhì)中溶解CTA所需要的熱能來說，在通過直接引入蒸氣和通過熱交換器提供的總輸入熱能中，優(yōu)選至少15%、更優(yōu)選至少30%、最優(yōu)選至少50%由蒸氣提供。
加到CTA流體中的蒸氣相循環(huán)流體最好包括可冷凝的組分，例如水。循環(huán)流體優(yōu)選地是基本上純的水蒸汽。
循環(huán)流體可加到CTA流體中，并優(yōu)選在CTA與水介質(zhì)混合時(shí)或混合后加到漿液中。循環(huán)流體可用于預(yù)熱CTA漿液，因此減少了加熱漿液至對(duì)苯二酸溶解于水介質(zhì)的溫度時(shí)所需要的額外能量。
適宜地，CTA流體被加熱到與還原進(jìn)行時(shí)的溫度基本上相同的溫度。對(duì)CTA流體的加熱最好分幾個(gè)階段進(jìn)行，其中包括將循環(huán)流體引入CTA流體。適宜地，CTA流體的壓力在這些階段中也被提高。
還原階段適宜地這樣進(jìn)行，即將對(duì)苯二酸流體通過催化劑床、優(yōu)選通過多相催化劑的流動(dòng)床。多相催化劑可以是載在載體上的貴金屬催化劑，例如載在惰性載體(如碳)的上鉑和/或鈀(優(yōu)選)。進(jìn)行還原的適宜溫度250至350℃，氫分壓為10巴，優(yōu)選1-50巴，更優(yōu)選5-25巴。體系的總壓力適宜地是50-100巴絕對(duì)壓力。通過還原階段的對(duì)苯二酸流體適宜地含有20-50%Wt的對(duì)苯二酸。
還原后對(duì)苯二酸流體的壓力應(yīng)當(dāng)降低，并且流體的溫度最好冷卻至100-250℃、優(yōu)選100-210℃，從而提供在水溶液中的PTA漿液。
壓力優(yōu)選地通過使PTA流體通過一組至少兩個(gè)壓力下行儲(chǔ)罐如結(jié)晶器而降低，在結(jié)晶器中，至少部分水介質(zhì)被分離，例如通過蒸發(fā)，而成為循環(huán)流體。壓力下行儲(chǔ)罐最好在不大于氫化階段的壓力和溫度下操作。
每個(gè)壓力下行儲(chǔ)罐最好在低于前一個(gè)儲(chǔ)罐或第一個(gè)儲(chǔ)罐的壓力和溫度下，在不高于氫化反應(yīng)器的壓力和溫度下操作，從而提供PTA流體的逐步冷卻以得到固體PTA。
優(yōu)選地，循環(huán)流體從較高溫度和壓力下的壓力下行儲(chǔ)罐中獲得，而不是從較低壓力和溫度下的儲(chǔ)罐獲得，因?yàn)檫@樣可回收較多高一級(jí)的熱能。特別優(yōu)選的是回收從第一個(gè)儲(chǔ)罐分離的組分，而PTA流體從氫化階段離開后即進(jìn)入第一儲(chǔ)罐。從該儲(chǔ)罐回收可以回收到高一級(jí)的熱能。
循環(huán)流體可從一個(gè)壓力下行儲(chǔ)罐中獲得，但最好從多個(gè)這樣的儲(chǔ)罐中獲得。從任意給定的儲(chǔ)罐獲得的循環(huán)流體其壓力必須大于循環(huán)流體引入其中的在該點(diǎn)的CTA流體的壓力。
從兩個(gè)或多個(gè)分離儲(chǔ)罐獲得的分離的組分可以混合在一起并期望作為單個(gè)流體循環(huán)。這種裝置僅需要一個(gè)導(dǎo)管輸送從壓力下行儲(chǔ)罐到氫化階段上游流體的循環(huán)流體，并且循環(huán)流體引入CTA流體的位置的數(shù)目可以少于分離的組分作為多股流體時(shí)所需要的位置數(shù)目。這就保證了投資成本的降低。設(shè)備結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化以及維修保養(yǎng)的方便。
另一方面，從每個(gè)壓力下行儲(chǔ)罐得到的分離組分可作為分離的流體循環(huán)，從而提供多個(gè)循環(huán)流體，這些循環(huán)流體可以在相同的位置或不同的位置引入CTA流體。正如所需要的那樣，在氫化階段之前，從不同的壓力下行儲(chǔ)罐獲得的流體之間的壓力和溫度的差別使得循環(huán)流體在不同的位置引入CTA流體。循環(huán)流體的溫度和壓力越高，其被引入CTA流體的位置越趨向于下游流體。
與單個(gè)循環(huán)流體裝置相比，這種裝置提高了高一級(jí)可回收熱能的使用性。
適宜地，循環(huán)流體的壓力至少為1巴，優(yōu)選至少為10巴，更優(yōu)選至少為20巴，特別優(yōu)選至少為40巴;并且溫度至少為100℃，優(yōu)選至少為140℃，特別優(yōu)選至少為160℃。
分離的組分可以任意所需要的速率循環(huán)，但該速率可通過分流循環(huán)流體而使之減小，這樣就提供了一個(gè)加熱CTA流體的循環(huán)流體，以及第二個(gè)適用于預(yù)熱對(duì)苯二酸生產(chǎn)過程的其他階段或適用于能量回收操作的循環(huán)流體。
通過將分離的組分循環(huán)至CTA流體，可能在系統(tǒng)中會(huì)有包含于分離組分中的某些物質(zhì)的累積。正如所需要的那樣，這些物質(zhì)可通過適宜的清除過程除去或被進(jìn)一步地加工或處理。
優(yōu)選的清除過程包括使CTA流體通入其中具有液面上部自由空間的儲(chǔ)罐，并從儲(chǔ)罐中除去液面上部空間中的氣態(tài)物質(zhì)，如非冷凝性物質(zhì)。任何這樣的清除過程都應(yīng)在循環(huán)流體引入粗對(duì)苯二酸流體位置的下游位置使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了生產(chǎn)純對(duì)苯二酸(PTA)的方法，該方法包括(a)形成含有特別是4-羧基苯甲醛和對(duì)甲苯甲酸的粗對(duì)苯二酸(CTA)的水性漿液，所使用的水的至少一部分被循環(huán)并且含有除了存在于CTA中的另外的對(duì)甲苯甲酸，加熱漿液得到CTA水溶液，該溶液含有相對(duì)于溶液的CTA是至少為3000ppmw的等效總對(duì)甲苯甲酸量;
(b)使CTA水溶液氫化，特別是使CTA的至少部分4-CBA轉(zhuǎn)化為對(duì)甲苯甲酸;
(c)對(duì)氫化的溶液進(jìn)行控制結(jié)晶，以結(jié)晶出PTA;
(d)在高溫和高壓下終止結(jié)晶，這樣結(jié)晶的TA就含有不超過約150ppmw的對(duì)甲苯甲酸;
(e)對(duì)純化的TA實(shí)施分離過程和洗滌過程，其中純TA從母液中分離、洗滌，并從洗滌溶液中分離，得到大量的PTA結(jié)晶，上述分離和洗滌在高溫和高壓區(qū)域進(jìn)行，以使分離和洗滌的PTA中含有的對(duì)甲苯甲酸量維持在不大于150ppmw(相對(duì)于PTA)的水平;
(f)循環(huán)至少部分步驟(e)中與PTA分離的母液以及至少部分其中的對(duì)甲苯甲酸含量至步驟(a)，循環(huán)的母液構(gòu)成了步驟(a)中使用的所述循環(huán)水;以及(g)將從步驟(c)得到的含對(duì)甲苯甲酸的水蒸汽與步驟(a)的所述漿液相混合，對(duì)漿液進(jìn)行加熱。
在進(jìn)行純化反應(yīng)的過程中，對(duì)甲苯甲酸是存在的，并且對(duì)4-CBA的氫化也生成了對(duì)甲苯甲酸。對(duì)甲苯甲酸從本質(zhì)上比對(duì)苯二酸更易溶于水，這就意味著對(duì)從氫化反應(yīng)得到的溶液進(jìn)行控制結(jié)晶可使對(duì)苯二酸沉淀而只有少量的對(duì)甲苯甲酸(以固體對(duì)苯二酸的量為基礎(chǔ)計(jì)一般是150、或120ppmw或更少的數(shù)量級(jí))與之共沉淀，其余的對(duì)甲苯甲酸都留在溶液中。通常，被氫化溶液中可以接受的對(duì)甲苯甲酸或其前體物(4-CBA)的量由保證純對(duì)苯二酸有不超過預(yù)定的對(duì)甲苯甲酸量、一般是不大于150ppmw、優(yōu)選不大于120ppmw的需要決定。
在傳統(tǒng)的對(duì)苯二酸生產(chǎn)中，存在于緊接純化反應(yīng)后的CTA水溶液中的對(duì)甲苯甲酸得自兩個(gè)來源。其中的一個(gè)來源是對(duì)二甲苯的液相氧化過程中產(chǎn)生的對(duì)甲苯甲酸。對(duì)甲苯甲酸的另一個(gè)來源是4-CBA，4-CBA產(chǎn)生自對(duì)二甲苯的不完全氧化，并且4-CBA的很大一部分在純化粗對(duì)苯二酸過程的氫化反應(yīng)中轉(zhuǎn)化為對(duì)甲苯甲酸。因此，可以認(rèn)為供應(yīng)給純化反應(yīng)的CTA水溶液含有“等效總對(duì)甲苯甲酸量”，即實(shí)際上存在的對(duì)甲苯甲酸和從前體物如4-CBA衍生的對(duì)甲苯甲酸。在通常的對(duì)苯二酸生產(chǎn)中，人們并不打算向過程中引入不必要的對(duì)甲苯甲酸，例如使用從結(jié)晶過程得到的水蒸汽，該水蒸不可避免地含有對(duì)甲苯甲酸。
在通常操作的純化階段，使用了相對(duì)大量的軟化水，尤其是用作粗對(duì)苯二酸的溶劑和純對(duì)苯二酸的洗滌液體。這些水會(huì)被污染并可能引起處理上的麻煩，如果棄去，則會(huì)招致潛在有用物質(zhì)如對(duì)苯二酸和/或其前體物的損失。
我們的先前EP-A-498591公開了通過對(duì)二甲苯的液相氧化生產(chǎn)對(duì)苯二酸的方法，其中從普通純化階段的純對(duì)苯二酸結(jié)晶得到的母液(主要含有水)被處理以便進(jìn)一步回收對(duì)苯二酸(以及共沉淀的對(duì)甲苯甲酸)。剩下的母液主要含有水，并且其中的至少一部分被循環(huán)在氫化階段之前用于溶解粗對(duì)苯二酸的目的。剩余的母液或其中的一部分可進(jìn)一步冷卻至15℃-100℃溫度范圍，或(例如)通過過濾分離，得到純度較低的對(duì)苯二酸沉淀物和次級(jí)母液。如EP-A-498591所述，這次分離得到的母液和/或純度較差的沉淀物也可按需要被循環(huán)使用。
循環(huán)母液無疑會(huì)在過程中重新引入對(duì)甲苯甲酸。然而，只要仍能獲得含有不超過150ppmw(更優(yōu)選不超過120ppmw)對(duì)甲苯甲酸雜質(zhì)的純對(duì)苯二酸，該附加的對(duì)甲苯甲酸就是可以接受的;這是通過改變結(jié)晶過程，使壓力下降的各個(gè)階段采取一定的方式，從而得到了所需純度的對(duì)苯二酸。特別是改變結(jié)晶過程以便限制與對(duì)苯二酸共沉淀的對(duì)甲苯甲酸量，在這方面一個(gè)重要的因素是固定結(jié)晶階段的最終溫度至這樣一個(gè)水平，此時(shí)對(duì)甲苯甲酸在水性母液中仍具有相當(dāng)高的溶解度。達(dá)到此目的適宜溫度是至少160℃，例如170℃或更高。
通過在氫化過程之前使用含對(duì)甲苯甲酸的循環(huán)母液制備CTA漿液來操作對(duì)苯二酸生產(chǎn)方法，以及通過改變結(jié)晶過程限制純對(duì)苯二酸的對(duì)甲苯甲酸含量至150ppmw或更低(相對(duì)純對(duì)苯二酸固體)，那么使用從結(jié)晶過程得到的水蒸汽加熱CTA漿液就更易于接受了，雖然這樣得到的水蒸汽會(huì)不可避免地含有對(duì)甲苯甲酸。如果該方法以這樣的方式操作，其中含對(duì)甲苯甲酸的母液被循環(huán)并與CTA合并，那么通過從結(jié)晶過程回收水蒸汽重新引入的對(duì)甲苯甲酸量?jī)H占有進(jìn)入純化過程的等效總對(duì)甲苯甲酸量的相當(dāng)小的一部分;例如，氫化之前CTA水溶液的等效總對(duì)甲苯甲酸量可含有至少3000ppmw對(duì)甲苯甲酸量，如至少3500ppmw至高達(dá)7000ppmw。相反，如果從普通PTA生產(chǎn)方法的結(jié)晶過程得到的水蒸汽直接用于加熱CTA漿液，那么在這種情況下重新引入的對(duì)甲苯甲酸將占有進(jìn)入純化過程的等效總對(duì)甲苯甲酸量的很大一部分。
優(yōu)選地，在所述的本發(fā)明的另一方面的步驟(e)中，分離和洗滌兩個(gè)過程合并，即在同一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行，而不需要在洗滌步驟前的對(duì)苯二酸的中間水性漿液。步驟(e)的合并分離過程有利地是在高壓條件下使用相應(yīng)的帶式過濾系統(tǒng)如Pannevis過濾器進(jìn)行。CTA一般是在含氧氣體，如空氣，含溴催化劑(優(yōu)選包括重金屬如錳和鈷)的存在下，通過氧化對(duì)二甲苯獲得的。有機(jī)羧酸優(yōu)選含有2-6個(gè)碳原子，乙酸特別適宜。
當(dāng)CTA在反應(yīng)介質(zhì)中以漿液的形式生產(chǎn)出來時(shí)，基本上所有的CTA都可與反應(yīng)介質(zhì)分離，例如通過真空旋轉(zhuǎn)過濾器分離，經(jīng)干燥后與水介質(zhì)混合得到對(duì)苯二酸流體。然而，正如我們的先前EP-A-502628所公開的那樣，對(duì)苯二酸流體優(yōu)選地在連續(xù)逆流洗滌和過濾過程中通過以水介質(zhì)替代反應(yīng)介質(zhì)制備。
適宜地，氧化反應(yīng)在5-30巴絕對(duì)壓力下進(jìn)行，并且優(yōu)選地，氧在離開反應(yīng)器的氣體中的濃度為0-8%，溫度為150-250℃。連續(xù)過程是適合的，并優(yōu)選在攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行。
氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱可以方便地通過從反應(yīng)介質(zhì)中分離出水和羧酸除去。這也提供了一個(gè)除去反應(yīng)水的方法。羧酸和水的流體還可包括其他氣體，如氧氣。該流體優(yōu)選地被蒸餾除去水分，從而提供含水量較低的羧酸，該羧酸最好再循環(huán)至氧化反應(yīng)器中。
除了通過對(duì)二甲苯的液相氧化制備外，CTA還可通過處理聚對(duì)苯二甲酸亞烷基酯制備，例如采用我們先前的歐洲專利申請(qǐng)NO.92311421.9所公開的方法制備。
純化過程可以分兩個(gè)階段進(jìn)行，即第一階段和第二階段在第一階段中，CTA的至少部分4-CBA被適宜的氧化劑(可以是氣相的，如氧氣，或液相的)氧化為對(duì)苯二酸;在第二階段中，對(duì)CTA進(jìn)行前述的氫化處理(該處理用來將所謂的有色物質(zhì)形式的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為在最終產(chǎn)物中可以接受的形式)。當(dāng)采用該兩階段方法時(shí)，通常在第一階段前將CTA溶解形成水溶液，并且通過將熱蒸氣引入CTA混合物加熱水介質(zhì)促進(jìn)溶解。
蒸氣流可通過任意適宜的方法引入CTA流體中。一個(gè)特別適宜的方法并且也是本發(fā)明的又一個(gè)方面包括使過程流體與流體徹底混合的入口設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)縱向伸展的空心部件，過程流體可通過該空心部件，所述設(shè)備具有與空心部件內(nèi)部相連的用來接受流體的入口裝置以及配置在所述空心部件內(nèi)的網(wǎng)狀隔板，流體可滲透空心部件，這樣流體就可通過網(wǎng)狀隔板從而與過程流體接觸并與其徹底混合。
網(wǎng)狀隔板可在空心部件內(nèi)方便地縱向伸展。
該設(shè)備提供了過程流體和流體間的充分接觸，因?yàn)榫W(wǎng)狀隔板可阻礙流體的流動(dòng)，并可有效地使流體以很大數(shù)目的小股流向過程流體。使包括水介質(zhì)中的對(duì)苯二酸的過程流體和包括水或水蒸汽的流體混合是特別有利的。
空心部件最好在沿其長(zhǎng)度的至少一部分，優(yōu)選沿其全部長(zhǎng)度的載面是基本上圓筒形的，因此就易于引入管線中。大部分管線是圓柱形的，例如在化工廠中的管線。
網(wǎng)狀隔板最好與空心部件同軸安置。網(wǎng)狀隔板適宜地是帶有許多網(wǎng)眼的空心體?？招捏w最好與空心部件具有類似的形狀但具有較小的載面，并優(yōu)選包括圓筒形部件。
網(wǎng)眼適宜地以規(guī)則排列分布在空心體中。在空心體是圓筒形的情況下，網(wǎng)眼優(yōu)選地以連續(xù)圓周分布的環(huán)形網(wǎng)眼排列，每個(gè)環(huán)上的網(wǎng)眼規(guī)則地沿柱形體分布，并且環(huán)與環(huán)之間沿著所述標(biāo)形體的長(zhǎng)度方向規(guī)則地分布。任意某個(gè)環(huán)上網(wǎng)眼在圓周方向上最好與那些相鄰環(huán)上的網(wǎng)眼偏離一定的位移。
空心體上的網(wǎng)眼優(yōu)選地在空心體中以這樣的角度配置，也就是當(dāng)使用時(shí)，流體流動(dòng)方向與過程流體流動(dòng)方向之間的夾角(α)不大于90°，并且優(yōu)選不大于75°。
當(dāng)網(wǎng)狀隔板可被流體滲透時(shí)，其在空心部件中最好這樣配置，使得流體通過網(wǎng)狀隔板以前至多只有很小部分的過程流體與流體相接觸。
該設(shè)備可以作為插入部件用在常規(guī)的管線上，特別是化工廠的管線上，并且適宜地具有基本上不阻礙過程流體流動(dòng)的形狀和尺寸。
現(xiàn)在將借助實(shí)施例并僅僅參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中

圖1是流程圖，表示將本發(fā)明應(yīng)用于生產(chǎn)對(duì)苯二酸的一定形式的工廠;圖2是裝置的縱剖面原理圖，該裝置用于將水蒸汽注入在水中的CTA漿液;圖3是示意圖，用來說明在幾個(gè)位置將水蒸汽注入水性CTA漿液的流體。
在圖1中，通過管線1將含有溶解的催化劑(包括鈷、錳和溴離子)的對(duì)二甲苯和乙酸加入反應(yīng)器A，通過管線2將空氣引入反應(yīng)器A。反應(yīng)器A在高溫高壓下操作。從反應(yīng)器A得到的產(chǎn)物通過管線3送至結(jié)晶階段B。反應(yīng)器A中的溫度通過從反應(yīng)器提取乙酸和水蒸汽的混合物調(diào)節(jié)。并將該混合物通過管線4送至冷凝系統(tǒng)C。全部或大部分冷凝液通過管線5送回反應(yīng)器，不能冷凝的物質(zhì)通過管線6排空。為了控制反應(yīng)器A中的含水量，通過管線7、7a從冷凝系統(tǒng)C中移出部分冷凝液并送至蒸餾塔D。
在結(jié)晶階段B，溫度降至約75℃-120℃，這樣制得的在母液中的含CTA結(jié)晶的漿液通過過濾階段E，正如我們的先前EP-A-502628所述，在過濾階段進(jìn)行合并的分離和洗滌過程。從階段E回收的母液通過管線8部分地送回反應(yīng)器A，通常與管線1中含有的新鮮催化劑，對(duì)二甲苯和乙酸最先混合。余下的母液通過管線8a送至蒸發(fā)階段F，在該階段乙酸被回收并通過管線9、7a供給蒸餾塔D。對(duì)副產(chǎn)物和其他物質(zhì)的清洗物通過流線10排出。從蒸餾塔回收的乙酸至少部分地通過管線27送回反應(yīng)器A。
固體CTA結(jié)晶通過流線11從過濾階段E送至再造漿液的容器G，在該容器中結(jié)晶用下面的水或母液重新變成漿液從蒸餾塔通過流線12回收的水和其他可能是通過流線13循環(huán)母液的水，通過流線14的循環(huán)母液，通過流線15的軟化水，以及來自結(jié)晶段K1、K2(下述)的水蒸汽。
在階段G制得的CTA的水懸浮液在G段和/或H段加熱至例如250℃-350℃的溫度，從而形成溶液，加熱是使用來自結(jié)晶段K1、K2和/或其他熱源(或者在過程內(nèi)部或者在外部如鍋爐)的水蒸汽進(jìn)行的。溶液通入反應(yīng)器J，在該反應(yīng)器中在高壓和固定床鈀催化劑條件下溶液與氫反應(yīng)，從而還原雜質(zhì)和/或?qū)⒉幌Ｍ闹T如所謂帶色物雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為在最終產(chǎn)物中可以接受的形式。然后將溶液送至結(jié)晶段K1、K2，PTA在此結(jié)晶。
在結(jié)晶段中，溶液壓力和溫度降低，隨之而來的就會(huì)有水蒸汽蒸發(fā)，該水蒸汽適于返回再造漿液的容器G引入CTA的水漿液和/或送至下述的H段以及可部份地通過管線18和24排空或送至PTA生產(chǎn)過程的其他階段。調(diào)節(jié)在結(jié)晶段K1、K2中溶液冷卻所至的溫度和溶液冷卻速度，從而得到適宜純度的所需對(duì)苯二酸產(chǎn)品。
PTA在階段L步驟中分離、洗滌和干燥，階段L適宜地是一個(gè)離心機(jī)或過濾器和旋轉(zhuǎn)干燥或流動(dòng)床干燥器。階段L以連續(xù)帶狀或帶狀過濾器單元的形式，例如通常在Filtration and Separation(176頁(yè)及下列幾頁(yè)，1979年3月/4月)中敘述的的Pannevis過濾器以及我們的先前EP-A-502628中描述的過濾器，可以方便地包括合并的分離和洗滌階段。PTA產(chǎn)物通過管線16從階段L回收，分離的母液通過管線17送至回收段M，在M段中母液被蒸發(fā)或優(yōu)選地進(jìn)一步冷卻以便回收另外的固體，該固體可通過流線19返回反應(yīng)器A。從M段回收的母液可至少部分地通過管線20返回蒸餾塔D，部分地通過流線14返回再造漿液的G段，以及部分地通過流線21排空。如果進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)的水優(yōu)選地返回再造漿液的G段與CTA混合。
該敘述的實(shí)施方案包括兩個(gè)結(jié)晶段K1、K2，但具有更多個(gè)或甚至少于兩個(gè)結(jié)晶段也是可取的。結(jié)晶段K1比結(jié)晶段K2在更高的壓力和溫度下操作。來自K1的水蒸汽可分別通過管線22和23各自返回再造漿液的容器G和/或H段而不存在來自K1、K2的水蒸汽的相互混合，或分別通過管線18和24部分地放空或送至PTA生產(chǎn)過程的其他階段。由于來自K1的水蒸汽其溫度和壓力高于來自K2的水蒸汽，來自K1的水蒸汽返回容器G或H段的位置優(yōu)選地在來自結(jié)晶段K2的水蒸汽返回位置的下游。
另一方面，可通過管線25將來自結(jié)晶段K1的水蒸汽和結(jié)晶段K2的水蒸汽合并，來自結(jié)晶段K1和K2的水蒸汽就可以單股流體返回，然后通過管線22使該合并的流體返至容器G和/或H段。如果需要，通過管線18和24放空的或在其他地方使用的水蒸汽都可以合并成單股流體。
與常規(guī)的做作法相反，常規(guī)的做法是通過帶有加熱流體的水蒸汽的熱交換器直接加熱在再造漿液容器中制得的CTA和水懸浮液，而本發(fā)明是通過將加熱介質(zhì)直接注入懸浮液進(jìn)行加熱的，并且作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選特征，加熱介質(zhì)由直接來自結(jié)晶段K1、K2(即沒有任何的中間冷卻和再加熱)的水蒸汽構(gòu)成。加熱介質(zhì)的注入可借助于圖2所示的裝置在任何適宜的位置或在G和H段中的位置有效地進(jìn)行。
如圖所示，裝置30包括屬于圓筒段的管狀腔31，在其內(nèi)部裝有也屬于圓筒段的軸向管狀導(dǎo)管33，通過管狀腔含有在水中的CTA的懸浮液的過程流體箭頭X方向軸向流動(dòng)。腔31具有橫向分布在腔室軸線上的入口32，通過該入口引入將要注入CTA/水流體的水蒸汽。管狀導(dǎo)管33以同心的相對(duì)位置裝置在腔31的內(nèi)部，但管狀導(dǎo)管的直徑較小，這樣就可確定了環(huán)形室40。導(dǎo)管33呈文丘里形狀，文丘里管的喉部被一組網(wǎng)眼34貫穿，這些網(wǎng)眼圓周狀的軸向分布在導(dǎo)管中。網(wǎng)眼34的尺寸一般是3-8mm，優(yōu)選4-6mm。直入室40的水蒸汽分布在導(dǎo)管33上，并通過網(wǎng)眼34穿入導(dǎo)管的內(nèi)部。一旦進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部，水蒸汽就穿透過程流體并與其徹底混合，進(jìn)行熱量向CTA/水懸浮液的充分轉(zhuǎn)移。實(shí)驗(yàn)表明30-200米/秒范圍的水蒸汽注入速度通常是可以接受的，但優(yōu)選介于50和150米/秒間的水蒸汽注入速度。過程流體和注入水蒸汽的壓力差可以低至0.3巴，但優(yōu)選0.5巴或更高。軸向排列的網(wǎng)眼34沿方向X(在導(dǎo)管33中CTA/水流體的流向)斜向伸展(成一角度α)。角度α通常不大于75°。網(wǎng)眼數(shù)目由質(zhì)量平衡方面的考慮決定。在室31的兩端提供了法蘭36，使該裝置嵌入輸送CTA漿液的管線。
文丘里管可使CTA漿液的壓力在水蒸汽引入的位置附近局部降低，并伴隨有漿液流速的升高。水蒸汽的壓力必須超過漿液的壓力。通常水蒸汽來自為此目的能夠產(chǎn)生具有足夠壓力水蒸汽的來源。但是，如果水蒸汽壓力不足，可以將其引入裝置30之前預(yù)先壓縮。
參考圖3，該圖描述了一種注入水蒸汽的方案。如圖所示，在再造漿液容器G中混合CTA和水介質(zhì)(如帶一些雜質(zhì)如對(duì)甲苯甲酸的水)后，使混合物以流體形式沿著管線流動(dòng)，經(jīng)過若干個(gè)水蒸汽注入裝置30a、30b(每個(gè)均如圖2所示)，并且在得到的熱的CTA水溶液送入反應(yīng)器J之前先經(jīng)過熱交換器H/X。因此，用來使CTA溶解的輸入CTA流體的熱量是由借助于熱交換器H/X的普通熱交換和借助于裝置30a、30b的水蒸汽直接注入相結(jié)合提供的。對(duì)于圖1所示的具體方法，上游裝置30a注入的水蒸汽通過管23來源于較低壓力和溫度的結(jié)晶段K2，而裝置30b注入的水蒸汽通過管線22來源于較高壓力和溫度的結(jié)晶段K1。
為了在每個(gè)注入段最大限度地提高輸出溫度，每個(gè)注入段前面都可方便地設(shè)置泵壓段34a和34b，以便提高CTA漿液的壓力從而提高其沸點(diǎn)，并因此阻止在CTA流體中產(chǎn)生氣泡，使加壓的CTA流體和通過注入器引入的加熱蒸汽汽之間維持足夠的壓差從而使后者引入CTA流體。
在一個(gè)使用圖3所示裝置的實(shí)驗(yàn)中，為了加熱具有漿液強(qiáng)度為29%W/W對(duì)苯二酸并且溫度為136℃的過程流體，以0.074噸水蒸汽/1噸漿液進(jìn)料的量將18巴、240℃的水蒸汽注入漿液。結(jié)果發(fā)現(xiàn)出裝置的加熱漿液具有180℃的溫度，該溫度與熱平衡相吻合，即表明了水蒸汽所迅速冷卻以達(dá)到平衡。
權(quán)利要求
1.一種從含有至少一種有機(jī)雜質(zhì)的粗對(duì)苯二酸(CTA)生產(chǎn)純對(duì)苯二酸(PTA)的方法，包括混合CTA和水介質(zhì)得到CTA的水混合物，加熱混合物使基本上全部的CTA在水介質(zhì)中溶解從而得到CTA溶液，氫化CTA水溶液以便化學(xué)還原至少一部分所述的有機(jī)雜質(zhì)，得到PTA水性流體，以及降低PTA水性流動(dòng)的壓力和溫度進(jìn)行PTA結(jié)晶，所述的對(duì)CTA和水介質(zhì)混合物的加熱至少部分是通過將溫度大于所述的水混合物溫度的蒸汽引入混合物進(jìn)行的。
2.權(quán)利要求1所要求保護(hù)的方法，其中使水混合物以流體形式流動(dòng)并且將蒸汽引入流動(dòng)的流體中。
3.權(quán)利要求1或2所要求保護(hù)的方法，其中引入CTA混合物的蒸氣來源于對(duì)苯二酸生產(chǎn)過程的內(nèi)部。
4.任一權(quán)利要求1-3所要求保護(hù)的方法，其中對(duì)CTA混合物的加熱是通過將所述蒸汽引入混合物以及另外通過混合物與熱交換器中的加熱流體間的熱交換進(jìn)行的。
5.任一前述權(quán)利要求所要求保護(hù)的方法，其中CTA混合物是在多個(gè)加熱階段被所述蒸氣加熱的。
6.權(quán)利要求5所要求保護(hù)的方法，其中當(dāng)CTA混合物通過連續(xù)的加熱階段時(shí)其壓力升高。
7.任一權(quán)利要求1-6所要求保護(hù)的方法，其中所述的蒸氣與液相成分一起被加到水混合物中，液相成分的溫度也高于水混合物的溫度。
8.任一權(quán)利要求1-7所要求保護(hù)的方法，其中蒸氣包括來源自結(jié)晶PTA的結(jié)晶段的水蒸汽。
9.權(quán)利要求8所要求保護(hù)的方法，其中水蒸汽包括對(duì)甲苯甲酸。
10.權(quán)利要求9所要求保護(hù)的方法，其中來源于結(jié)晶階段的水蒸汽用于加熱CTA混合物，在將水蒸汽從結(jié)晶階段輸送到CTA混合物被加熱區(qū)域的過程中沒有水蒸汽冷凝。
11.任一權(quán)利要求8-10所要求保護(hù)的方法，其中從PTA流體結(jié)晶出PTA在結(jié)晶段進(jìn)行，該結(jié)晶段包括一組至少兩個(gè)在次第下降的溫度和壓力下操作的結(jié)晶段。
12.權(quán)利要求11所要求保護(hù)的方法，其中使CTA水混合物作為流體流動(dòng)，至少經(jīng)過一個(gè)提供來自所述結(jié)晶段的水蒸汽的水蒸汽注入裝置。
13.權(quán)利要求11所要求保護(hù)的方法，其中使CTA水混合物作為流體流動(dòng)，至少經(jīng)過兩個(gè)水蒸汽注入裝置，每個(gè)裝置都供應(yīng)分別來自結(jié)晶段的水蒸汽，提供水蒸汽的方式是這樣的，來自較高溫度和壓力下結(jié)晶段的水蒸汽供給下游的注入裝置，來自較低溫度和壓力下結(jié)晶段的水蒸汽供給上游的注入裝置。
14.一種生產(chǎn)純對(duì)苯二酸(PTA)的方法，包括(a)形成含有特別是4-羧基苯甲醛和對(duì)甲苯甲酸的粗對(duì)苯二酸(CTA)的水性溶液，所使用的水的至少一部分被循環(huán)并且含有除了存在于CTA中的另外的對(duì)甲苯甲酸，加熱漿液得到CTA水溶液，該溶液含有的等效總對(duì)甲苯甲酸量相對(duì)于溶液的CTA量至少為3000ppmw;(b)對(duì)CTA水溶液氫化，使特別是CTA的至少部分4-CBA轉(zhuǎn)化為對(duì)甲苯甲酸;(c)對(duì)氫化的溶液進(jìn)行控制結(jié)晶，以結(jié)晶出PTA;(d)在高溫和高壓下終止結(jié)晶，這樣結(jié)晶的TA就含有不超過約150ppmw的對(duì)甲苯甲酸;(e)對(duì)純化的TA實(shí)施分離和洗滌過程，其中純TA從母液中分離，洗滌，并從洗滌溶液中分離，得到大量的PTA結(jié)晶，上述分離和洗滌在高溫和高壓區(qū)域進(jìn)行，以使分離和洗滌的PTA中含有的對(duì)甲苯甲酸量維持在不大于150ppmw(相對(duì)于PTA)的水平;(f)循環(huán)至少部分步驟(e)中與PTA分離的母液以及至少部分其中的對(duì)甲苯甲酸含量至步驟(a)，循環(huán)的母液構(gòu)成了步驟(a)中使用的所述循環(huán)水;以及(g)將從步驟(c)得到的含對(duì)甲苯甲酸的水蒸汽與步驟(a)的所述漿液相混合，對(duì)漿液進(jìn)行加熱。
15.一種在任一權(quán)利要求1-14所要求保護(hù)的方法中使過程流體與熱蒸汽徹底混合的蒸汽注入裝置，所述裝置包括用于過程流體流動(dòng)的導(dǎo)管，帶有蒸汽入口的小室，并且導(dǎo)管通過小室，以及使小室和導(dǎo)管相連通的在導(dǎo)管壁上的多個(gè)網(wǎng)眼，蒸汽通過網(wǎng)眼進(jìn)入導(dǎo)管與過程流體徹底混合并加熱之。
16.權(quán)利要求15所要求保護(hù)的裝置，其中網(wǎng)眼與導(dǎo)管軸向成斜向排列。
17.權(quán)利要求15或16所要求保護(hù)的裝置，其中導(dǎo)管包括在小室內(nèi)部的文丘里段，并且所述的多個(gè)網(wǎng)眼在文丘里段的喉部穿透導(dǎo)管壁。
18.任一權(quán)利要求15-17所要求保護(hù)的裝置，其中該裝置嵌入過程流體賴以流動(dòng)的管線。
全文摘要
一種從粗對(duì)苯二酸(CTA)生產(chǎn)純對(duì)苯二酸(PTA)的方法，包括混合CTA和水介質(zhì)形成CTA水混合物，通過將溫度大于所述混合物溫度的蒸汽引入水混合物加熱該混合物使基本上全部CTA在水介質(zhì)中溶解，然后化學(xué)還原CTA水溶液中的雜質(zhì)，接著通過結(jié)晶過程回收PTA。該蒸汽一般是來自結(jié)晶過程的水蒸氣，并可借助于注入裝置30(圖2和3)將其引入CTA水混合物。
文檔編號(hào)F28C3/06GK1085891SQ9310822
公開日1994年4月27日 申請(qǐng)日期1993年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月29日
發(fā)明者E·興馬殊, D·帕克, J·A·特納, I·P·米爾尼 申請(qǐng)人:帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司