BRPI0608504A2 - processo de produção de ácido carboxìlico aromático e de recuperação de energia e respectivo equipamento - Google Patents

Abstract

A energia é recuperada durante a produção de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromáticos pela efetivação de uma separação de alta eficiência do vapor da parte superior do reator para formar uma corrente da parte superior gasosa a alta pressão compreendendo água a impurezas orgânicas; pela recuperação da energia de calor a partir da corrente da parte superior gasosa a alta pressão pela troca de calor com um material de absorção de calor de forma que seja formado um condensado compreendendo de cerca de 20% em peso a cerca de 60% em peso da água presente na corrente da parte superior a alta pressão e seja formado um gás liberado a alta pressão; e pela recuperação da energia na forma de trabalho a partir do gás liberado a alta pressão. Preferivelmente esse trabalho é recuperado usando um meio isentrópico de recuperação de energia, por exemplo, um expansor. é também provido o equipamento para esse processo.

Description

"Processos de Produção de Ácido Carboxílico Aromáticoe de Recuperação de Energia e Respectivo Equipamento"

Relatório Descritivo

Antecedentes da Invenção

Os ácidos carboxílicos aromáticos tais como ácidos benzóico,ftálico, tereftálico, isoftálico, trimelítico, piromelítico, trimésico e nafta-Ieno dicarboxílicos são importantes intermediários para muitos produ-tos químicos e polímeros. Os ácidos carboxílicos aromáticos podem serproduzidos por oxidação em fase líquida de uma alimentação dehidrocarboneto aromático apropriado. Por exemplo, a Patente US2.833.816, aqui incorporada por referência, revela a oxidação em faselíquida de isômeros de xileno nos correspondentes ácidos dicarboxílicosde benzeno na presença de bromo usando um catalisador tendo oscomponentes cobalto e manganês. Um exemplo adicional, a Patente US5.103.933, aqui incorporada por referência, revela que a oxidação emfase líquida de dimetilnaftalenos a ácidos naftalenodicarboxílicos podetambém ser efetuada na presença de bromo e um catalisador tendo oscomponentes cobalto e manganês. Tipicamente, os ácidos carboxílicosaromáticos são purificados num processo subseqüente envolvendo ocontato do ácido carboxílico aromático cru com um catalisador ehidrogênio num ambiente redutor, conforme descrito, por exemplo, nasPatentes US 3.584.039, US 4.892.972 e US 5.362.908.

A oxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromáticos aácidos carboxílicos aromáticos é conduzida usando uma mistura dereação compreendendo hidrocarbonetos aromáticos e um solvente.

Tipicamente, o solvente compreende ácido monocarboxílico Ci-Cs, porexemplo, ácido acético ou ácido benzóico, ou misturas dos mesmos comágua. Como aqui usado, "hidrocarboneto aromático" significa umamolécula composta de átomos de carbono e átomos de hidrogênio etendo um ou mais anéis aromáticos, por exemplo, um anel benzênicoou naftalênico. Para os propósitos desta aplicação, "hidrocarbonetoaromático" inclui aquelas moléculas com um ou mais heteroátomos taiscomo átomos de oxigênio ou nitrogênio. Os hidrocarbonetos aromáticosapropriados para a oxidação em fase líquida para produzir ácidocarboxílico aromático geralmente compreendem um hidrocarbonetoaromático tendo pelo menos um grupo substituinte que é oxidável agrupo ácido carboxílico, por exemplo, hidrocarbonetos alquil aromáticostais como dimetil benzenos e dimetil naftalenos. Como aqui usado,"ácido carboxílico aromático" significa um hidrocarboneto aromáticocom pelo menos um grupo ácido carboxílico.

Um catalisador está também presente na mistura de reação deoxidação. Tipicamente, o catalisador compreende um promotor, porexemplo, bromo e pelo menos um componente metal pesado apropriado.Os metais pesados apropriados incluem metais pesados com pesoatômico na faixa de cerca de 23 a aproximadamente 178. Os exemplosincluem cobalto, manganês, vanádio, molibdênio, cromo, ferro, níquelzircônio, cério ou um metal lantanídeo tal como o háfnio. As formasapropriadas destes metais incluem, por exemplo, acetatos, hidróxidos ecarbonato s.

Uma fonte de oxigênio molecular é também introduzida no reator.Tipicamente, é usado gás oxigênio como fonte de oxigênio molecular e éborbulhado ou de outra forma misturado na mistura de reação em faselíquida. 0 ar é geralmente usado para suprir o oxigênio.

Os processos de purificação subseqüentes tipicamente incluem ocontato de uma solução do produto de oxidação de ácido carboxílicoaromático cru com hidrogênio e um catalisador sob condições deredução. O catalisador usado para tal purificação tipicamente compre-ende um ou mais metais de hidrogenação ativos, tais como rutênio,ródio, paládio ou platina, num suporte apropriado, por exemplo,carbono ou titânia.

Muitas modificações e aperfeiçoamentos têm sido feitos nosprocessos de oxidação em fase líquida, por exemplo, a patente US6.194.607 de Jhung e colaboradores revela a adição de um metalalcalino ou alcalino terroso à mistura de reação na oxidação de isôme-ros de xileno a ácidos carboxílicos de benzeno; a Patente US 5.112.992de Belmonte e colaboradores revela a adição de háfnio aos catalisadoresde oxidação; a Patente US 5.081.290 de Partenheimer e colaboradoresrevela a manipulação da concentração de acetato para controlar a taxade oxidação.

A reação de oxidação na oxidação em fase líquida de hidrocarbo-netos aromáticos é uma reação exotérmica. O calor de reação é freqüen-temente removido pela ebulição da mistura de reação líquida. Ê forma-da uma fase de vapor acima do corpo do líquido dentro do vaso dereação como um resultado. Essa fase de vapor contém tipicamente umaquantidade significativa de solvente de reação. Os gases na partesuperior comumente são removidos do vaso de reação para controlar aexotérmica da reação, mas, essa remoção representa uma perda desolvente significativa. Uma perda de solvente significativa seria indese-jável e a recuperação do solvente da fase de vapor é vantajosa. Os gasesda parte superior removidos podem ser pelo menos parcialmentecondensados e reciclados para o vaso de reação na forma de condensa-do ou usados noutra parte no processo, etapas do processo a jusanteou operações integradas.

Os gases da parte superior removidos da reação de oxidação estãotipicamente a alta pressão e contêm uma quantidade considerável deenergia. A recuperação de energia do gás da parte superior da reação deoxidação reduz significativamente a demanda de energia global doprocesso de produção de ácido carboxílico aromático. A importânciadessa recuperação de energia continua a crescer, quando cresce ademanda de energia global e quando cresce a demanda por ácidoscarboxílicos aromáticos particulares. As limitações ambientais e regula-tórias crescentes em muitos métodos de produção de energia aumentamainda a importância da recuperação da energia do processo.

Têm sido feitos esforços para recuperar energia a partir dos gasesda parte superior a alta pressão pela condensação dessa corrente etrocando o calor recuperado para produzir um vapor de pressão mode-rada. Nessas operações de condensação, toda ou substancialmente todaa água na corrente gasosa entrando no condensador é condensada naforma líquida. As Patentes US 5.723.656 e 5.612.007, de Abrams,incorporadas aqui por referência, revelam, em parte, um processo deoxidação em fase líquida em que o gás da parte superior da oxidação édirecionado para um equipamento de separação de alta eficiência, altapressão para remover pelo menos 95% em peso do solvente do gás daparte superior da oxidação e formação de uma corrente gasosa de altapressão na parte superior, a qual é direcionada para um meio derecuperação de energia.

A Patente US 6.504.051 de Miller e colaboradores, aqui incorpo-rada por referência, revela, em parte, um processo de oxidação em faselíquida com recuperação da energia do gás liberado do reator como emAbrams em que o gás situado na parte superior da oxidação é direcio-nado para uma coluna de remoção de água a partir da qual é obtidauma corrente de vapor da parte superior compreendendo gás liberadoesgotado de oxigênio, água e quantidades menores de solvente esubprodutos da reação. Miller e colaboradores revelam a separação dacorrente de vapor da parte superior em uma primeira parte que podeser direcionada para um dispositivo de recuperação de energia e umasegunda parte que é direcionada para um condensador a partir do qualos componentes condensáveis são retornados para a coluna de remoçãode água e o gás remanescente pode ser direcionado para um dispositivode recuperação de energia.

Os esquemas de recuperação de energia revelados por Abrams epor Miller e colaboradores podem recuperar uma parte significativa daenergia disponível na corrente da parte superior gasosa a alta pressão.

Todavia, uma quantidade significativa da energia disponível na correnteda parte superior gasosa a alta pressão permanece sem uso. Tentativaspassadas de recuperar energia pela condensação de toda ou de umaparte da corrente da parte superior gasosa a alta pressão têm emprega-do a condensação completa. Outras tentativas têm apostado na expan-são de uma corrente não condensada ou do gás não condensável deuma corrente completamente condensada para recuperação de energia.Como a demanda de energia aumenta de forma geral, a demanda porcertos ácidos carboxílicos aromáticos aumenta e as limitações ambien-tais e regulatórias sobre os métodos de produção de energia aumentam,a importância da recuperação de pelo menos alguma parte dessaenergia não usada também aumenta.

Existe uma necessidade, desta maneira, de um processo aperfei-çoado para a recuperação de energia de gases na parte superior produ-zido durante a oxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromáticospara produzir ácidos carboxílicos aromáticos.

Sumário da Invenção

Constatamos que uma quantidade surpreendente de energia podese recuperada a partir de uma corrente na parte superior gasosa a altapressão formada do vapor na parte superior na reação durante aoxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromáticos para produzirácidos carboxílicos aromáticos pela recuperação de energia de calorusando condensação parcial seguida pela recuperação de energia naforma de trabalho, preferivelmente usando meio isentrópico para arecuperação de energia, com maior preferência usando um expansor.Diferente dos métodos prévios de recuperação de energia que extraemenergia de calor pela condensação substancialmente completa, acondensação parcial de uma corrente na parte superior gasosa a altapressão permite significativa recuperação de energia de calor, ao mesmotempo que ainda deixa substancial energia no gás liberado a altapressão saindo do condensador, a qual pode ser recuperada comotrabalho. A energia recuperada pela combinação da extração do calor eextração do trabalho emprega vantajosamente cada método de recupe-ração de energia η um ponto em que ele é bem ajustado.

Numa modalidade, esta invenção é um processo de recuperaçãode energia durante a produção de ácidos carboxílicos aromáticos poroxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromáticos em que éformado vapor na parte superior da reação, compreendendo solvente dereação e água. O processo compreende as etapas de efetuar umaseparação de alta eficiência no vapor da parte superior da reação paraformar uma corrente na parte superior gasosa a alta pressão compre-endendo água e impurezas orgânicas; recuperação de energia de calorda corrente na parte superior gasosa a alta pressão pela troca de calorcom um material de absorção de calor apropriado de modo que se formeum condensado compreendendo de cerca de 20% em peso a cerca de60% em peso da água presente na corrente na parte superior gasosa aalta pressão e se forme um gás liberado a alta pressão; e recuperando aenergia em forma de trabalho do gás liberado a alta pressão. Opcional-mente, o processo pode ainda compreender a etapa de oxidação de pelomenos uma parte das impurezas orgânicas pela colocação do gásliberado a alta pressão a oxidação térmica antes da recuperação deenergia na forma de trabalho do gás liberado a alta pressão. Preferenci-almente, essa oxidação térmica é catalítica. De preferência, a etapa derecuperação de energia na forma de trabalho inclui direcionar pelomenos uma parte do gás liberado a alta pressão para um expansor.

Preferentemente a etapa de recuperação de energia na forma de traba-Iho do gás liberado a alta pressão é efetuada usando meio isentrópicopara recuperação de energia, preferivelmente um expansor.

Noutra modalidade, esta invenção proporciona um processo deprodução de ácido carboxílico aromático. O processo compreende asetapas de oxidação, numa zona de reação compreendendo pelo menosum vaso de reação, um hidrocarboneto aromático com um gás oxidantepara formar ácido carboxílico aromático numa reação de solventecompreendendo um ácido monocarboxílico Ci-Ce na presença de umcatalisador compreendendo pelo menos um metal pesado com pesoatômico na faixa de 23 a cerca de 178 e um promotor de halogênio sobcondições de fase líquida a temperaturas na faixa de cerca de 120°C acerca de 250°C de maneira a formar um produto ácido carboxílicoaromático e um vapor na parte superior da reação compreendendovapores de água e solvente; efetuar uma separação de alta eficiência novapor na parte superior da reação para formar uma corrente de fundolíquida compreendendo pelo menos 95% em peso do solvente do vaporna parte superior da reação e uma corrente na parte superior gasosa aalta pressão compreendendo pelo menos 50% em peso de água do vaporna parte superior da reação; recuperação de energia na forma de calorpela troca de calor da corrente da parte superior gasosa a alta pressãocom um material de absorção de calor apropriado de maneira que seforme um condensado compreendendo de cerca de 20% em peso a cercade 60% em peso de água na corrente na parte superior gasosa a altapressão e se forme um gás liberado a alta pressão; e recuperação deenergia na forma de trabalho a partir do gás liberado a alta pressão.

Opcionalmente, o processo pode ainda compreender a etapa deretornar toda ou uma parte da corrente de líquido de fundo para a zonade reação. Preferivelmente, a etapa de recuperação de energia na formade trabalho inclui direcionar pelo menos uma parte do gás liberado aalta pressão para um expansor. De preferência, a etapa de recuperaçãode energia na forma de trabalho do gás liberado a alta pressão éefetuada usando meio isentrópico para recuperação de energia, commaior preferência um expansor.

Noutra modalidade, esta invenção provê um equipamento para arecuperação eficiente de energia do vapor na parte superior da reaçãoformado durante a produção do ácido carboxílico aromático pelaoxidação em fase líquida de hidrocarboneto aromático. O equipamentocompreende um vaso de reação tendo um respiradouro para remoção dovapor na parte superior da reação; um equipamento de separação dealta eficiência em comunicação de fluido com o vaso de reação tendopelo menos uma entrada de vapor para receber vapor da parte superiorda reação a partir do vaso de reação, pelo menos uma entrada delíquido para receber líquido para contato em contracorrente com ovapor da parte superior da reação, pelo menos uma saída de líquidopara remoção do líquido e pelo menos uma saída de gás para remoçãode uma corrente da parte superior gasosa a alta pressão; ura condensa-dor em comunicação de fluido com o equipamento de separação de altaeficiência, sendo o condensador adaptado para extrair energia dacorrente da parte superior gasosa a alta pressão por condensaçãoparcial de pelo menos uma parte da corrente da parte superior gasosa aalta pressão e troca de calor com um material de absorção de calor; eum expansor em comunicação de fluido com o condensador tendo pelomenos uma entrada para receber gás liberado compreendendo água epelo menos uma saída para expelir gás do respiradouro a uma pressãomais baixa do que aquela do gás liberado. O equipamento de separaçãode alta eficiência pode ser uma ou mais colunas de destilação de altaeficiência. Preferivelmente, o condensador é adaptado para condensarde cerca de 20% em peso a cerca de 60% em peso da água presente nacorrente gasosa na parte superior a alta pressão. De preferência, oequipamento ainda compreende uma unidade de oxidação térmica emcomunicação de fluido com o condensador e o expansor. Opcionalmen-te, o condensador pode ser ainda adaptado para retornar fluido conden-sado a partir do condensador para o equipamento de separação de altaeficiência.

A Figura 1 é um diagrama de fluxo do processo representandouma modalidade desta invenção.

A Figura 2 representa um esquemaexistente para a recuperação de energia na oxidação em fase líquida dehidrocarbonetos aromáticos para produzir ácidos carboxílicos aromáticos.

A Figura 3 é um gráfico que representa a recuperação de energiaconduzida de acordo com 2 esquemas existentes em comparação com arecuperação de energia de acordo com uma modalidade desta invenção.

Descrição das Modalidades Preferidas

Esta invenção proporciona processos e equipamentos aperfeiçoa-dos de recuperação de energia de vapor na parte superior de um reatorformado durante a produção de ácidos carboxílicos aromáticos poroxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromáticos. A energia érecuperada a partir de uma corrente gasosa na parte superior a altapressão resultante de uma separação de alta eficiência efetuada novapor da parte superior do reator. A energia é recuperada na forma decalor e na forma de trabalho. A combinação das duas formas de recupe-ração de energia resulta em uma quantidade total maior de energiarecuperada.

A água presente em tal corrente gasosa na parte superior a altapressão representa uma fonte significativa de energia. Constatamos quea combinação da extração de energia a partir da água na forma de calore na forma de trabalho resulta numa recuperação de energia totalsignificativamente maior do que a extração de energia primariamente naforma de calor ou primariamente na forma de trabalho.

A extração de energia da corrente gasosa na parte superior a altapressão é mais efetiva, quando a corrente está na sua temperatura maiselevada. À medida que a corrente é resfriada, a extração de energia decalor torna-se menos efetiva do que a extração de energia na forma detrabalho. A recuperação de energia pela combinação de extração decalor e extração de trabalho emprega vantajosamente cada método derecuperação de energia no ponto em que ela é bem apropriada.

Surpreendentemente, usando essa combinação, pode ser recupe-rada uma quantidade significativamente maior de energia.

Numa modalidade, a energia é recuperada dessa corrente gasosana parte superior a alta pressão como calor pela condensação apenasde uma parte da água presente e é recuperada energia na forma detrabalho pela expansão da corrente compreendendo a parte não con-densada da água.

"Condensação" ou "condensada" como aqui usado, refere-se àcondensação da água numa corrente junto com outras espécies quecondensam sob condições semelhantes. "Condensação completa" comaqui usado, significa que mais do que cerca de 90% em peso de água nacorrente é condensada.

A recuperação da energia total é significativamente maior a partirda combinação da extração de energia de calor pela condensaçãoparcial da corrente gasosa na parte superior a alta pressão e extraçãode trabalho da parte não condensada da corrente gasosa na partesuperior a alta pressão do que a recuperação de energia a partir demodalidades comerciais de qualquer recuperação de energia da técnicaanterior de uma corrente gasosa na parte superior a alta pressãocompreendendo água usando a expansão sem condensação ou técnicaanterior de recuperação de energia usando uma combinação de comple-ta condensação e expansão.

A recuperação de energia fornecida pelo processo e equipamentodesta invenção é descrito em mais detalhes abaixo. A oxidação em faselíquida de hidrocarbonetos aromáticos para produzir ácidos carboxílicosaromáticos pode ser conduzida como um processo em batelada, umprocesso contínuo ou um processo semi-contínuo. A reação de oxidaçãoé efetuada numa zona de reação que compreende tipicamente um oumais reatores. A mistura de reação é formada pela combinação decomponentes compreendendo uma alimentação de hidrocarbonetoaromático, solvente e catalisador com um promotor, tipicamente bromo.

Num processo contínuo ou semi-contínuo, os componentes da misturade reação são preferivelmente combinados num vaso de mistura antesde serem introduzidos na zona de reação, todavia, a mistura de reaçãopode ser formada na zona de reação.

Os ácidos carboxílicos aromáticos para os quais a invenção é a-propriada incluem espécies mono e policarboxiladas tendo um ou maisanéis aromáticos e que podem ser fabricadas por reação de reagentesgasosos e reagentes líquidos num sistema em fase líquida. Exemplos deácidos carboxílicos aromáticos para os quais esta invenção é particu-larmente apropriada incluem ácido tereftálico, ácido trimésico, ácidoftálico, ácido isoftálico, ácido benzóico e ácidos dicarboxílicos naftalênicos.

A alimentação de hidrocarbonetos aromáticos apropriada geral-mente compreende um hidrocarboneto aromático tendo pelo menos umgrupo que é oxidável a um grupo ácido carboxílico. O substituinte ou ossubstituintes oxidáveis podem ser um grupo alquil, tal como um grupometil, etil ou isopropil. Pode ser também um grupo já contendo oxigê-nio, tal como um grupo hidroxialquil, formil ou ceto. Os substituintespodem ser iguais ou diferentes. A parte aromática dos compostos daalimentação pode ser um núcleo benzênico ou pode ser bi ou policiclo,tal como um núcleo naftalênico. O número de substituintes oxidáveisna parte aromática dos compostos da alimentação pode ser o númerode locais disponíveis na parte aromática, mas, geralmente é menor doque todos esses locais, preferivelmente de 1 a cerca de 4 e, com maiorpreferência, de 1 a 3. Os exemplos de compostos da alimentação úteisincluem tolueno, etilbenzeno, orto-xileno, para-xileno, meta-xileno, 1-formil-4-metilbenzeno, l-hidróximetil-4-metilbenzeno, 1,2,4-trimetil-benzeno, l-formil-2,4,-dimetilbenzeno, 1,2,4,5-tetrametilbenzeno, com-postos naftalênicos substituídos por alquil, hidróximetil, formil e acil,tais como 2,6- e 2,7-dimetilnaftalenos, 2-acil-6-metilnaftaleno, 2-formil-6-metilnaftaleno, 2-metil-6-etilnaftaleno, e 2,6-dietilnaftaleno, tolualde-ídos, benzenos substituídos por alquil, naftalenos substituídos poralquil, ácidos toluicos, metilacetofenona, álcoois benzil alquil, interme-diários parcialmente oxidados de qualquer dos compostos precedentes equalquer combinação dos mesmos.

Para a fabricação de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidaçãodos precursores hidrocarbonetos aromáticos, por exemplo, fabricaçãode ácido tereftálico a partir de benzenos para-substituídos ou ácidosdicarboxílicos naftalênicos de naftalenos disubstituídos, é preferívelusar materiais de alimentação relativamente pura e, com maior prefe-rência, materiais de alimentação em que o teor do precursor correspon-dente para o ácido pretendido é pelo menos cerca de 95% em peso e,com maior preferência, pelo menos 98% em peso ou mesmo maior. Umaalimentação de hidrocarboneto aromático preferida para uso na fabrica-ção de ácido tereftálico compreende para-xileno. O tolueno é ummaterial de alimentação preferido para fazer ácido benzóico.

Os solventes que compreendem um ácido carboxílico aquoso, porexemplo, ácido benzóico e especialmente um ácido monocarboxílico dealquil inferior (por exemplo, Ci-Cs), por exemplo, ácido acético, sãopreferidos por que tendem a ser apenas fracamente propensos àoxidação sob as condições de reação de oxidação usadas para a fabrica-ção de ácidos carboxílicos aromáticos e podem aumentar os efeitoscatalíticos na oxidação. Os exemplos específicos de solventes ácidocarboxílico apropriados incluem o ácido acético, o ácido propiônico, oácido butírico, o ácido benzóico e misturas dos mesmos. O etanol eoutros materiais co-solventes que se oxidam a ácidos monocarboxílicossob condições de reação de oxidação típicas também podem ser usadoscomo tal ou em combinação com ácidos carboxílicos com bons resulta-dos. Obviamente, para propósitos de eficiência do processo global eminimizar separações, é preferível que, quando se usa um solvente quecompreende uma mistura de ácido monocarboxílico e esse co-solvente,o co-solvente deva ser oxidável ao ácido monocarboxílico com o qual eleé usado.

Os catalisadores usados de acordo com a invenção compreendemmateriais que são efetivos para catalisar a oxidação da alimentação dehidrocarboneto aromático para ácido carboxílico aromático. Preferivel-mente, o catalisador é solúvel na mistura de reação de oxidação líquidapara promover contato entre o catalisador, o oxigênio e a alimentaçãolíquida; todavia, podem ser também usados catalisadores heterogêneoscomponentes de catalisadores. Tipicamente, o catalisador compreendeum promotor de bromo e pelo menos um componente de metal pesadoapropriado tal como um metal com peso atômico na faixa de cerca de 23a cerca de 178. Exemplos apropriados de metais pesados incluemcobalto, manganês, vanádio, molibdênio, cromo, ferro, níquel, zircônio,cério ou um metal lantanídeo tal como háfnio. As formas apropriadasdestes metais incluem, por exemplo, acetatos, hidróxidos e carbonatos.

O catalisador preferivelmente compreende compostos de cobaltosozinhos ou em combinação com um ou mais dos compostos de man-ganês, compostos de cério, compostos de zircônio ou compostos deháfnio.

Tipicamente, é usado um promotor para promover a atividade deoxidação do metal catalisador, preferivelmente sem geração de tiposindesejáveis ou níveis de subprodutos e é preferivelmente usado numaforma que é solúvel na mistura de reação líquida. Os compostos dehalogênio são comumente usados como promotor, por exemplo, oshaletos de hidrogênio, os haletos de sódio, os haletos de potássio, oshaletos de amônio, os hidrocarbonetos halogeno-substituídos, os ácidoscarboxílicos halogeno-substituídos e outros compostos halogenados.

Preferivelmente, são usados compostos de bromo como promotores.Promotores de bromo apropriados incluem bromo-antracenos, Br2, HBr,NaBr, KBr, NtUBr, brometo de benzila, ácido bromo acético, ácidodibromo acético, tetrabromoetano, dibrometo de etileno, brometo debromo acetil ou misturas dos mesmos.

A reação de oxidação é conduzida numa zona de reação quecompreende tipicamente um ou mais vasos reatores. Os vasos de reaçãode oxidação apropriados são aqueles construídos para suportar ascondições de alta temperatura e pressão e teores de líquido e fase devapor corrosivos usados e presentes na zona de reação, que permitem aadição e mistura de catalisador, reagentes líquidos e gasosos e solventeremoção de produto ácido carboxílico aromático ou um líquido contendoesse produto para recuperação e remoção de uma fase de vapor a altapressão gerada pela reação de oxidação em fase líquida para controlar ocalor da reação. Os tipos de reatores que podem ser usados incluem,mas, sem limitação, reatores de tanque agitado contínuos e reatores dotipo pistão. Comumente, os reatores de oxidação compreendem um vasoem coluna, normalmente com um eixo central que se estende vertical-mente, quando o vaso é posicionado para uso no processo, tendo um oumais aspectos de mistura para distribuir oxigênio dentro da mistura dereação em ebulição da fase líquida. Tipicamente, o aspecto da misturacompreende um ou mais impulsores montados numa haste giratória oude outra forma móvel. Por exemplo, os impulsores podem estender-se apartir de uma haste vertical central giratória. Os reatores podem serconstruídos de materiais projetados para suportar as temperaturas,pressões e compostos de reação particulares usados. Geralmente,reatores de oxidação apropriados são construídos usando materiaisinertes, resistentes à corrosão tal como titânio ou podem ser revestidoscom materiais tais como titânio ou vidro, para aumentar a resistência ãcorrosão e outros efeitos deletérios. Por exemplo, são usados titânio evidro ou outro material resistente à corrosão apropriado em reatores ealguns outros equipamentos de processo para a produção de ácidotereftálico a partir do para-xileno usando um solvente que compreendeácido acético e um sistema catalisador que inclui um promotor debromo sob condições de reação típicas devido à corrosividade dosolvente ácido e certos produtos de reação, por exemplo, brometo demetila.

Uma fonte de oxigênio molecular é também introduzida na zonade reação, é usado Tipicamente, um gás oxidante como fonte gasosa deoxigênio molecular. O ar é convenientemente usado como fonte deoxigênio molecular. O ar enriquecido com oxigênio, oxigênio puro eoutras misturas gasosas compreendendo oxigênio molecular, tipicamen-te pelo menos cerca de 10% em volume, são também úteis. Como seráobservado, quando o teor de oxigênio molecular da fonte aumenta, asexigências de compressão e manuseio de gases inertes dos gasesliberados do reator são reduzidas. A fonte de oxigênio molecular podeser introduzida na zona de reação em um ou mais locais e é tipicamenteintroduzida de tal maneira a promover o contato entre o oxigêniomolecular e os outros compostos de reação. Comumente, é introduzidoum gás oxidante na parte mais baixa de um vaso de reação de oxidaçãoe é distribuído por aspectos de mistura tais como um ou mais impulso-res montados numa haste giratória. O teor de oxigênio molecular do gásoxidante varia, mas tipicamente variará de cerca de 5 a cerca de 100%em volume de oxigênio molecular. Para evitar a formação de misturaspotencialmente explosivas, o gás oxidante é geralmente adicionado deforma que o oxigênio não reagido na fase de vapor acima da mistura dereação líquida na zona de reação fique abaixo do limite de flamabilida-de. Manter o teor de oxigênio dessa fase de vapor abaixo do limite deflamabilidade depende da maneira e taxa de introdução de oxigênio,taxa de reação (que é impactada pelas condições de reação) e retiradade gás liberado. Tipicamente, o gás oxidante é suprido numa quantida-de em relação a esses parâmetros de operação de forma que a fase devapor acima da mistura de reação contém cerca de 0,5 a cerca de 8%em volume de oxigênio (medido em uma base livre de solvente).

As proporções da alimentação, catalisador, oxigênio e solventenão são críticas para a invenção e variam não apenas com a escolha dosmateriais de alimentação e produto pretendido, mas, também com aescolha do equipamento de processo e fatores de operação. As razõesem peso de solvente para alimentação variam apropriadamente desdecerca de 1:1 a cerca de 30:1. O gás oxidante é tipicamente usado empelo menos uma quantidade estequiométrica baseada na alimentação,mas, não tão grande que o oxigênio não reagido na fase de vapor acimada reação líquida exceda o limite de flamabilidade. Os catalisadoresapropriados são usados em concentrações de metal catalisador, combase no peso da alimentação de hidrocarboneto aromático e solvente,maior do que cerca de 100 ppm em peso, preferivelmente maior do quecerca de 500 ppm em peso e menor do que cerca de 10.000 ppm empeso, preferivelmente menor do que cerca de 6.000 ppm em peso, commaior preferência menor do que cerca de 3.000 ppm em peso. Depreferência um promotor halogênio, com maior preferência bromo, estápresente numa quantidade de tal forma que a razão atômica de halogê-nio para metal catalisador apropriada seja maior do que cerca de 0,1:1,preferivelmente maior do que cerca de 0,2:1 e apropriadamente é menordo que cerca de 4:1, de preferência menor do que cerca de 3:1. A razãoatômica de halogênio para metal catalisador com maior preferênciavaria de cerca de 0,25:1 a cerca de 2:1.

A oxidação de materiais de alimentação de hidrocarbonetos aro-máticos em produtos compreendendo ácido carboxílico aromático éconduzida sob condições de reação de oxidação. A reação é operada atemperaturas suficientes para manter a reação de oxidação e propor-cionar a pureza pretendida, ao mesmo tempo que limita a queima desolvente. O calor gerado pela oxidação é dissipado para manter ascondições de reação. Tipicamente, o calor de reação é dissipado pelaebulição da mistura de reação e pela remoção de vapores resultantes daebulição da zona de reação. Geralmente as temperaturas apropriadasestão em excesso de cerca de 120°C, preferivelmente em excesso de140°C e menores do que cerca de 250°C, preferivelmente menores doque 230°C. As temperaturas de reação entre cerca de 145°C e cerca de230°C são típicas na produção de diversos ácidos carboxílicos aromáti-cos, por exemplo, ácido tereftálico, ácido benzóico e ácido dicarboxíliconaftalênico. A temperaturas mais baixas do que cerca de 120°C, areação de oxidação pode ocorrer vagarosamente resultando em purezado produto insuficiente e indesejável baixa conversão. Por exemplo, aoxidação de para-xileno para produzir ácido tereftálico a uma tempera-tura menor do que cerca de 120°C pode levar mais do que 24 h paraocorrer de modo substancialmente completo. O produto ácido tereftálicoresultante pode exigir significativo processamento adicional devido aoseu alto teor de impurezas. A temperaturas acima de 250°C, podemocorrer significativas perdas de solvente devido à queima do solvente.

A reação de oxidação é conduzida a uma pressão pelo menos altao suficiente para manter uma substancial fase líquida compreendendoalimentação e solvente no vaso. Geralmente, as pressões de cerca de 5 acerca de 40 kg/cm2 relativas são apropriadas, com pressões preferidaspara processos particulares variando com as composições de alimenta-ção e solvente, temperaturas e outros fatores, mas tipicamente entrecerca de 10 a cerca de 30 kg/cm2. Os tempos de residência na zona dereação podem ser variados, conforme apropriado, para dadas condiçõesde processo, com cerca de 20 a cerca de 150 minutos sendo geralmenteapropriado para uma faixa de processos. Para processos em que oproduto ácido aromático é substancialmente solúvel no solvente dereação, tal como na fabricação de ácido trimelítico por oxidação depseudo-cumeno em solvente ácido acético, as concentrações de sólidono corpo líquido são desprezáveis. Noutros processos, tal como aoxidação de xilenos a ácidos tereftálico ou isoftálico usando ácidoacético e água como solventes para a mistura de reação, os teores desólidos podem ser tão altos quanto cerca de 50% em peso do corpo dereação líquido, com níveis de cerca de 10 a cerca de 35% em peso sendomais típicos. Como será observado por aqueles versados na fabricaçãode ácidos aromáticos, as condições preferidas e os parâmetros deoperação variarão com os diferentes produtos e processos e podemvariar dentro ou mesmo além das faixas especificadas acima.

O produto de reação ácido carboxílico aromático em suspensão oudissolvido em uma parte da mistura de reação líquida a partir daoxidação em fase líquida pode ser tratado usando técnicas convencio-nais para recuperar o produto da reação ácido carboxílico aromáticocontido na mesma. Tipicamente, o produto e os subprodutos de ácidocarboxílico aromáticos do material de alimentação aromático paraoxidação em suspensão, dissolvidos ou em suspensão e dissolvidos namistura de reação são removidos da zona de reação e recuperados portécnicas apropriadas. Assim, a oxidação em fase líquida pode compre-ender, consequentemente, em adição à etapa de reação de oxidação,uma etapa que compreende a recuperação de uma mistura de reação deoxidação em fase líquida de um produto contendo ácido carboxílicoaromático e impurezas contendo subprodutos de reação. O produto épreferivelmente recuperado como um produto sólido.

O produto solúvel dissolvido no líquido pode ser recuperado porcristalização, que é usualmente efetuada por resfriamento e liberaçãoda pressão de uma suspensão líquida ou solução a partir da zona dereação de oxidação. O produto sólido em suspensão no líquido e ossólidos cristalizados a partir do líquido de reação ou a partir de solven-tes de cristalização são convenientemente separados dos líquidos porcentrifugação, ílltração ou combinações dos mesmos. Os produtossólidos recuperados do líquido de reação por essas técnicas compreen-dem ácido carboxílico aromático e impurezas contendo subprodutos domaterial de alimentação aromático. O líquido que permanece após arecuperação do produto sólido da mistura de reação líquida, tambémreferido como licor-mãe da oxidação, compreende solvente de ácidomonocarboxílico, água, catalisador e promotor, subprodutos solúveis daoxidação em fase líquida e impurezas que podem estar presentes talcomo a partir das correntes de reciclo. O licor-mãe da oxidação nor-malmente também contém quantidades menores de ácido carboxílicoaromático e produtos de oxidação parciais ou intermediários do materi-al de alimentação aromático permanecendo não recuperados do líquido.O licor-mãe é preferivelmente retornado pelo menos em parte para azona de reação de pelo menos uma oxidação em fase líquida de formaque os componentes do mesmo que são úteis na reação da fase líquida,tal como o catalisador, promotor, solvente e subprodutos conversíveis aácido carboxílico aromático desejado sejam reusados.

Em modalidades preferidas da invenção, uma mistura de produtode reação em fase líquida da oxidação contendo ácido carboxílicoaromático e subprodutos da reação de oxidação em fase líquida érecuperada do líquido por cristalização em estágios, tal como vasos decristalização em série, com reduções seqüenciais na temperatura epressão do estágio prévio para estágios posteriores, para aumentar arecuperação do produto. A cristalização em dois a quatro estágios, porexemplo, a partir de uma temperatura de reação de oxidação na faixa decerca de 140 a cerca de 250°C e pressão na faixa de cerca de 5 a cercade 40 kg/cm2 relativa para uma temperatura de cristalização final nafaixa de cerca de 110 a cerca de 150°C e pressão de ambiente a de cercade 3 kg/cm2, proporciona substancial cristalização do produto ácidoaromático sólido. O licor-mãe da oxidação separado do produto sólidopor cristalização pode ser retornado para a zona de reação, comodescrito acima. O calor é removido dos vasos usados para cristalizaçãopela remoção de uma fase de gás formada como resultado do "flash" ououtro abaixamento de pressão da mistura produto de reação, com a fasede vapor removida de um ou mais estágios preferivelmente condensadae, direta ou indiretamente através de um ou mais estágios de recupera-ção adicionais, conforme discutido abaixo, retornado pelo menos emparte para a zona de reação para uso na oxidação em fase líquida.

O produto sólido recuperado a partir da oxidação em fase líquida,contendo tipicamente ácido carboxílico aromático e impurezas contendosubprodutos de oxidação tais como produtos de oxidação intermediáriosdo material de alimentação aromático, pode ser separado a partir dolicor-mãe da oxidação do líquido resultante da recuperação do produtosólido por qualquer técnica apropriada. Os exemplos incluem centrifu-gação, filtração a vácuo, filtração sob pressão e filtração usando filtrosde correia. O produto sólido resultante é preferivelmente lavado após aseparação com líquido contendo água tal como água pura ou um líquidode lavagem contendo quantidades menores de solvente de ácido mono-carboxílico, catalisador, alimentação aromática, subprodutos deoxidação ou combinações dos mesmos que podem ser beneficamentereciclados para a oxidação, diretamente ou combinados com outroslíquidos tal como o reciclo do licor-mãe da oxidação ou outros líquidosretornados para a zona de reação. A separação do ácido carboxílicoaromático impuro sólido recuperado a partir de um licor-mãe daoxidação e lavagem do produto sólido podem ser convenientementeefetuadas pela filtração com troca de solvente sob pressão usandofiltros de pressão tais, conforme é revelados nas Patentes US -5.679.846e US 5.200.557. Um dispositivo de filtração preferido para essasseparações é um filtro Fest BHS, segundo descrito mais completamentena Patente US 5.200.557.

O licor-mãe da oxidação e os líquidos de lavagem removidos apartir da torta filtrada podem ser transferidos direta ou indiretamentepara a oxidação em fase líquida. A filtração e lavagem do produto sólidoem múltiplos estágios e com líquidos de lavagem com pureza aumenta-da, por exemplo, líquidos removidos da torta do filtro em estágios amontante como líquido de lavagem em estágios prévios, podem propor-cionar benefícios adicionais pela concentração de solvente de ácidomonocarboxílico deslocado dos sólidos filtrados para retornar para aoxidação. Numa modalidade mais específica, a torta filtrada úmida comlíquido de lavagem resultante desse dispositivo de filtração por deslo-camento é direcionada para um estágio de lavagem final para umestágio de secagem onde é opcionalmente contatada com um gás inerte,tipicamente sob pressão leve a moderada, para remoção substancial delíquido residual da torta. Após a lavagem e a remoção substancial dolíquido de lavagem a partir do produto sólido que contém ácido aromá-tico e subprodutos, o sólido resultante pode ser seco e direcionado paraarmazenagem e outras etapas, que podem incluem a preparação deuma solução de reação para purificação do produto sólido. Preferivel-mente, os níveis de solvente de ácido monocarboxílico residuais noproduto sólido direcionado para a purificação são de cerca de 5.000partes por milhão em peso (ppm em peso) ou menos. O produto sólidopode ser seco com uma corrente de fluxo de nitrogênio ou outro gásinerte para reduzir os níveis de solvente residual.

A fase de vapor acima da mistura de reação líquida na zona dereação (também referida como vapor na parte superior ou fase de vaporda reação) compreende solvente e água. O vapor na fase superiortambém pode conter gás oxidante não reagido, subprodutos de reaçãogasosos, tais como óxidos de carbono, subprodutos de reação vaporiza-dos tais como brometo de metila, catalisador ou uma combinação dosmesmos. Se for usado ar como gás oxidante, então, o vapor na partesuperior da reação tipicamente compreende solvente, água, oxigênio emexcesso (se houver), óxidos de carbono, gás nitrogênio e subprodutos dareação.

Uma parte da fase de vapor da reação é transferida da zona de re-ação para a zona de separação em que é efetuada uma separação dealta eficiência do solvente da água no vapor da parte superior dareação. Conforme aqui usado, "separação de alta eficiência" significa aseparação de componentes compreendendo primariamente o solventeda reação do vapor da parte superior da reação de forma que pelomenos cerca de 95% em peso do solvente da reação presente no vaporna parte superior do reator sejam removidos. Preferivelmente, a separa-ção de alta eficiência é efetuada de forma que o teor de solvente dareação de uma corrente da parte superior gasosa a alta pressão forma-da pela separação de alta eficiência não seja mais do que cerca de 5%em peso, com maior preferência não mais do que cerca de 2% em peso,com muito maior preferência não mais do que cerca de 1% em peso dosolvente da reação presente no vapor na parte superior da reação. Aseparação de alta eficiência ajuda a reduzir a perda de solvente e ajudaa reduzir a quantidade de solvente de composição usado na reação. Aseparação de alta eficiência também permite substancial retenção deágua na fase gasosa útil para recuperar energia. Essa separação de altaeficiência resulta numa corrente de fundo líquida, toda ou uma parte daqual é tipicamente retornada para a zona de reação para prover solventede composição, e uma corrente na parte superior gasosa a alta pressão.

A corrente de fundo líquida é predominantemente compreendida desolvente. A corrente de fundo líquida pode também conter algumasimpurezas pesadas, subprodutos, catalisador, água ou uma combina-ção dos mesmos. Preferivelmente, a corrente de fundo líquida contémmenos do que 35% em peso de água, com maior preferência, menos doque 25% em peso de água.

Essa separação de alta eficiência é conduzida a uma pressão talque a corrente da parte superior gasosa a alta pressão tenha umapressão de pelo menos cerca de 80%, preferivelmente pelo menos cercade 90%, com maior preferência pelo menos cerca de 95% da pressão dereação.

As pessoas versadas na técnica observarão que a separação dealta eficiência poderia ser efetuada a uma pressão maior do que apressão de reação, mas que, de modo prático, essa separação de altaeficiência é preferivelmente conduzida a uma pressão tal que a correnteda parte superior gasosa a alta pressão tenha uma pressão de nomáximo cerca de 100% da pressão de reação. A variação da pressão doequipamento da zona de separação é preferivelmente pelo menos decerca de 80%, com maior preferência, cerca de 90% a cerca de 110% davariação do vaso de reação da oxidação ou zona da etapa de oxidação doprocesso inventado a partir do qual a fase de vapor é direcionada para aseparação.

A fase de vapor de reação pode ser transferida da zona de reaçãode uma oxidação em fase líquida para a zona de separação diretamente,quando um dispositivo de separação é montado diretamente ou emassociação próxima com um vaso de reação de oxidação ou outra zonade reação, ou indiretamente, por exemplo, por meio de condutosapropriados, válvulas, bombas e semelhantes para efetuar a transferên-cia. Uma parte menor da fase de vapor da reação a alta pressão e altatemperatura da oxidação em fase líquida pode ser direcionada paraoutros usos, tais como a geração de vapor a alta pressão ou fluido detroca de calor. Preferivelmente, a fase de vapor transferida para odispositivo de separação permanece a temperatura e pressão elevadas osuficiente de forma que o teor de energia da fase de vapor da reação queentra na zona de separação seja pelo menos substancialmente retido e afase de vapor de reação proporcione suficiente calor para separação emcontato com o líquido de refluxo suprido para a zona de separação.Com maior preferência, a transferência da fase de vapor da reação paraa zona de separação é realizada pela passagem diretamente a partir dazona de reação ou através de tubulação de pressão variada apropriadade forma que a temperatura da fase de vapor que entra na zona deseparação seja não mais do que 10°C mais fria do que a temperatura dereação na oxidação em fase líquida e a pressão da fase de vapor dareação que entra na zona de separação seja não mais do que cerca de 3kg/cm2 menos do que a pressão na oxidação em fase líquida.

A zona de separação para o tratamento da fase de vapor da reaçãode acordo com a invenção pode compreender qualquer dispositivoapropriado para separar substancialmente o solvente de ácido mono-carboxílico da água nas altas temperatura e pressão da fase de vapor dareação removida da oxidação em fase líquida e presente no dispositivo aalta temperatura e pressão para obter uma corrente de fundo líquidarica em solvente de ácido monocarboxílico e uma corrente gasosa naparte superior a alta pressão compreendendo água, como descritoacima. Os dispositivos de separação preferidos são várias colunas outorres, freqüentemente referidas como colunas e torres de destilação,torres de desidratação, colunas retificadoras, colunas de remoção deágua e dispositivos de separação de alta eficiência, que são projetadospara contato entre as fases numa pluralidade de estágios de equilíbrioteóricos, também algumas vezes referidos como "pratos teóricos", deforma que a fase gasosa seja separada ou repartida em frações comvárias faixas de ebulição de tal forma que uma fase líquida rica em pelomenos um componente de ebulição mais alto, tal como o solvente deácido monocarboxílico no processo inventado, condense da fase devapor deixando um gás substancialmente esgotado de tal componentede ebulição mais alto e contendo uma ou mais espécies de ebuliçãomenores, tal como a água da fase de vapor da reação de oxidação noprocesso inventado. A temperatura da fase de vapor a alta pressãoremovida da oxidação normalmente é suficientemente alta de forma quenão exista a necessidade de capacidade de nova ebulição além daquelaproporcionada pela reação de oxidação em fase líquida. É preferido ofluxo das fases de gás e líquido em contracorrente, tal como pelaintrodução de uma fase gasosa na parte mais baixa do dispositivo elíquido refluxado na parte superior, para promover o contato entre asfase gasosa e líquido no dispositivo de separação. O contato também épromovido pela estrutura interna que provê superfície para contatolíquido-gás. Por exemplo, numa modalidade preferida, a zona deseparação inclui uma coluna de destilação que contém enchimento dealta eficiência ou são usadas peneira ou bandejas de válvula ou borbu-lhamento. Um exemplo de um enchimento de alta eficiência disponívelcomercialmente que pode ser usado numa coluna de destilação de altaeficiência é Koch Flexipac, disponível pela KGGP LLC. Preferivelmenteessa coluna de destilação tem pelo menos cerca de 30 estágios teóricos,com maior preferência pelo menos cerca de 50 estágios teóricos. Orefluxo para essas colunas de destilação pode incluir o licor-mãe deoutros processos compatíveis, por exemplo, o licor-mãe dos processosde purificação do ácido carboxílico aromático.

O líquido refluxado compreendendo água é suprido para contatocom a fase de vapor da reação a alta pressão na zona de separação.Qualquer fonte de líquido apropriada que compreende água e substan-cialmente livre de impurezas detrimentais para a separação pode serutilizada. As fontes preferidas de líquido refluxado incluem líquidoscondensados dos gases a alta pressão removidos das zonas de separa-ção e/ou condensação de acordo com o processo inventado. Numamodalidade de maior preferência descrita mais completamente aqui, umlicor-mãe da purificação obtido na recuperação de um produto ácidocarboxílico aromático purificado de uma mistura de reação líquida depurificação é direcionado para a separação, de forma que o líquidorefluxado suprido para a zona de separação compreenda o licor-mãe dapurificação. O líquido refluxado é preferivelmente suprido a uma taxa etemperatura efetivas para retirar calor da reação de oxidação em faselíquida transferida para a zona de separação na fase de vapor da reaçãoda oxidação. Quando a zona de separação está acoplada a um vaso dereação a partir da oxidação em fase líquida para substancial transferên-cia direta da fase de vapor da reação a partir da oxidação para separa-ção, os vasos de reação funcionam como um re-ebulidor. Nessasmodalidades, a taxa à qual o líquido refluxado é suprido para a zona deseparação é convenientemente expressa em peso de líquido fornecidopara a zona relativo ao peso do material de alimentação hidrocarbonetoaromático introduzido para a oxidação em fase líquida. Preferivelmente,o líquido refluxado suprido para a zona de separação de acordo com oprocesso inventado está a uma temperatura na faixa de cerca de 120 acerca de 170°C e com maior preferência de cerca de 130 a cerca de160°C. A essas tais temperaturas, o líquido é preferivelmente fornecidopara a separação a uma taxa de cerca de 4 a cerca de 5 pesos de líquidopor peso de precursor hidrocarboneto aromático introduzido na oxida-ção em fase líquida.

A zona de separação de acordo com a invenção pode compreenderum dispositivo único ou dispositivos múltiplos, tais como torres,colunas ou outras estruturas, em série. Quando se usa dois ou maisdispositivos em série, eles são configurados e as entradas e saídasrespectivas comunicam-se de forma que a fase de vapor da reação a altapressão removida do vaso de reação de oxidação flua através da sériecom separação no local de água e ácido monocarboxílico Ci-8 na fase devapor da reação a alta pressão e fluxo reverso de líquido, incluindorefluxo e líquido rico em solvente de ácido monocarboxílico separado dafase de vapor da reação a alta pressão, dentro ou entre dispositivos, deforma que o líquido rico em solvente de ácido monocarboxílico, masdeficiente em água pode ser retirado, preferivelmente a partir de umprimeiro dispositivo na série e uma corrente gasosa na parte superior aalta pressão da separação contendo vapor de água e substancialmenteisenta de solvente de ácido monocarboxílico de baixo peso molecularpode ser removida preferivelmente do último dispositivo em série.

Uma corrente gasosa na parte superior a alta pressão é retiradada zona de separação. Opcionalmente outras correntes podem serretiradas da zona de separação ou da corrente gasosa na parte superiora alta pressão. Essas outras correntes podem ser usadas em outroslugares no processo, por exemplo, podem ser direcionadas para umequipamento a jusante ou montante ou podem ser usadas em outrosprocessos, por exemplo, para suprir vapor a alta pressão ou para extraircalor. Tipicamente, a corrente gasosa na parte superior a alta pressãosai da zona de separação a uma temperatura maior do que cerca de100°C, preferivelmente maior do que cerca de 120°C e menor do que250°C, preferivelmente menor do que cerca de 230°C, e a uma pressãona faixa de cerca de 4 a cerca de 40 kg/cm2 relativa. Geralmente, atemperatura à qual a corrente gasosa na parte superior a alta pressãodeixa a zona de separação é de cerca de 0°C a cerca de 20°C menor doque a temperatura do reator de oxidação, preferivelmente de cerca de5°C a cerca de 15°C menor do que a temperatura do reator de oxidação.

Geralmente, a pressão à qual a corrente gasosa na parte superior a altapressão deixa a zona de separação é de cerca de 0 a cerca de 1 kg/cm2relativa menor do que a pressão do reator de oxidação.

A corrente gasosa na parte superior a alta pressão compreendeuma parte maior de água, tipicamente maior do que cerca de 35% empeso, preferivelmente pelo menos 50% em peso, com maior preferênciapelo menos 70% em peso de água presente no vapor na parte superiorda reação. Preferivelmente, a corrente gasosa na parte superior a altapressão compreende pelo menos cerca de 60% em volume de água,preferivelmente pelo menos cerca de 65% em volume de água. Tipica-mente, a corrente gasosa na parte superior a alta pressão pode tambémconter óxidos de carbono, gás nitrogênio, oxigênio molecular nãoconsumido e subprodutos da reação de oxidação tais como brometos dealquil.

A corrente gasosa na parte superior a alta pressão obtida da zonade separação é direcionada para uma zona de condensação onde éextraída energia de calor da corrente gasosa na parte superior a altapressão. A zona de condensação pode compreender qualquer meioefetivo para condensar água substancialmente isenta de impurezasorgânicas a partir do gás a alta pressão introduzido na zona de conden-sação que também permite a extração de energia de calor, preferivel-mente sem reduzir substancialmente a pressão, de forma a diminuir aperda de energia. Preferivelmente, a zona de condensação inclui um oumais condensadores ou meio de troca de calor efetivo para providenciartransferência de calor indireta entre a corrente gasosa na parte superiora alta pressão e um material de absorção de calor apropriado e preferi-velmente um fluido trocador de calor. Podem ser empregados umdispositivo único ou uma pluralidade de dispositivos em série. Trocado-res de calor casco e tubo e condensadores do tipo "kettlé" são exemplosde dispositivos preferidos. Preferivelmente, toda ou substancialmentetoda a corrente gasosa na parte superior a alta pressão da separação édirecionada para a zona de condensação para permitir recuperaçãosubstancial tanto de energia como de materiais da mesma. O resfria-mento é preferivelmente conduzido sob condições de forma que um gásliberado da zona de condensação sob pressão não substancialmentereduzido daquele gás a alta pressão introduzido na zona de condensa-ção permaneça após a condensação do condensado líquido e sejaretirado da zona de condensação. O gás liberado da zona de condensa-ção compreende água, componentes não condensáveis do gás a altapressão da zona de separação, subprodutos de reação gasosos equantidades menores de material de alimentação aromático e, commaior preferência, está a uma temperatura de cerca de 50 a cerca de150°C e sob pressão que não é mais do que cerca de 3 kg/cm2 menordo que a pressão de entrada de gás na zona de condensação. Commaior preferência,, o diferencial de pressão entre um gás removido dodispositivo de separação e o gás liberado da zona de condensação apóscondensação do condensado líquido é cerca de 2 kg/cm2 ou menos ecom maior preferência cerca de 0,5 a cerca de 1 kg/cm2.

A energia de calor é extraída da corrente gasosa na parte superiora alta pressão na zona de condensação pela troca de calor com ummaterial de absorção de calor na zona de condensação que serve paraaquecer o material de absorção de calor. O material de absorção decalor preferivelmente ê um fluido de absorção de calor e, com maiorpreferência, água. Quando se usa água como fluido trocador de calor, atroca de calor com o gás a alta pressão da separação converte a água avapor o qual pode ser direcionado para outras partes do processoinventado para aquecer ou para usos fora do processo. De modosemelhante, o calor pode ser extraído da corrente gasosa na partesuperior a alta pressão pela troca de calor com líquidos de outrasetapas do processo. Numa modalidade preferida do processo inventado,a energia de calor é extraída da corrente gasosa na parte superior a altapressão pela troca de calor com um fluido trocador de calor contendoágua e é conduzida em uma série de trocadores de calor operados atemperaturas sucessivamente mais frias de forma que seja gerado vapora diferentes pressões da água de troca de calor. O vapor a diferentespressões é preferivelmente direcionado para uma ou mais etapas doprocesso em que vapor sob correspondente pressão ou pressões é útilpara aquecimento, enquanto o líquido condensado compreendendoágua a sucessivamente temperaturas mais baixas é gerado na série detrocadores de calor.

A extração de energia de calor na zona de condensação pode serconduzida numa etapa única. Pode também ser conduzida em múltiplasetapas em que a corrente de gás compreendendo a corrente gasosa naparte superior a alta pressão removida da zona de separação é resfriadaa uma primeira temperatura num primeiro estágio para produzir umlíquido condensado em primeiro estágio e uma parte não condensada dogás o qual é subseqüentemente condensado a uma temperatura maisbaixa em um segundo estágio para prover um líquido condensado nosegundo estágio e uma parte não condensada do gás introduzida nosegundo estágio e opcionalmente um ou mais estágios adicionais emque uma parte não condensada de gás do estágio prévio é condensada auma temperatura mais baixa do que no estágio prévio de maneira aformar um condensado líquido e uma parte gasosa não condensadarestante. A energia de calor extraída da corrente da parte superiorgasosa a alta pressão pela troca de calor entre o gás pressurizado epartes não condensadas da mesma nos condensadores em estágiofornece o fluido de troca de calor a diferentes temperaturas ou pressões,por exemplo, vapor com pressão moderada e baixa, que pode ser usadopara aquecer outras etapas do processo ou fora do processo. Emmodalidades preferidas da invenção, dois ou mais níveis de vapor sãoproduzidos pela recuperação de energia, a qual é convenientementeefetuada usando um condensador ou outra turbina de vapor a baixapressão. Nessas modalidades, o condensado líquido removido a diferen-tes temperaturas pode ser direcionado para outros usos no processocom temperaturas correspondentes, evitando-se desta forma, aqueci-mento ou resfriamento adicional das partes de condensado.

Os líquidos condensados removidos a temperaturas maiores, porexemplo, na faixa de cerca de 130 a cerca de 160°C, são também bemapropriados para refluxo para a zona de separação como tal ou emcombinação com líquidos aquosos de outras etapas do processo talcomo licor-mãe restante após a recuperação e/ou separação de ácidocarboxílico aromático purificado numa etapa de purificação. Os conden-sados a temperatura mais baixas, por exemplo, aqueles na faixa decerca de 60 a cerca de 90°C, são também bem apropriados para usos decondensados quentes, tais como líquidos de lavagem para separaçõesde produto e líquidos de descarga de selagem em oxidação em faselíquida e ainda condensado mais frio, por exemplo, na faixa de cerca de40 a cerca de 50°C, para usos de condensados frios tais como lavadoresde depuradores de gás. Alguns usos para o condensado podem envolvero tratamento da corrente, para remover impurezas ou alterar de outraforma a composição ou condição do condensado.

A energia de calor é extraída na zona de condensação de maneiraque apenas uma parte da água na corrente gasosa na parte superior aalta pressão seja condensada na zona de condensação. Essa condensa-ção parcial opera de modo que é formado um condensado na zona decondensação a partir da corrente gasosa na parte superior a altapressão tendo menos do que cerca de 60% em peso de água na correntegasosa na parte superior a alta pressão, preferivelmente menos do quecerca de 50% em peso de água e mais do que cerca de 20% em peso deágua na corrente gasosa na parte superior a alta pressão, preferivel-mente mais do que 30% em peso. A efetividade da troca de calor comométodo de recuperação de energia diminui, quando cada incrementoadicional em % em peso de água é condensado. A condensação parcialnestas faixas permite uma recuperação de energia total aumentada, aoevitar a faixa na qual a eficácia da troca de calor é substancialmentereduzida. A condensação parcial permite a recuperação de calor a partirda corrente gasosa na parte superior a alta pressão, ao mesmo tempoque deixa suficiente água não condensada para recuperação adicionalde energia na forma de trabalho. Embora menos energia seja extraídaatravés da própria etapa de condensação parcial, a parte não conden-sada da corrente gasosa na parte superior a alta pressão retém energiasignificativa que pode ser recuperada como trabalho, de forma que aenergia total recuperada de ambas seja maior do que a energia recupe-rada dos processos de condensação completos ou de processos usandoapenas recuperação de energia na forma de trabalho. O calor extraídopode ser usado em outro lugar no processo ou em processos relacionados.

A parte da corrente gasosa na parte superior a alta pressão nãocondensada na zona de condensação, referida aqui como gás liberado aalta pressão, retém de cerca de 40% a cerca de 80% em peso de água dacorrente gasosa na parte superior a alta pressão. O gás liberado a altapressão é enviado, direta ou indiretamente, para uma zona de expansãoonde a energia é recuperada do gás liberado a alta pressão na forma detrabalho. A zona de expansão inclui um ou mais dispositivos pararecuperação de energia como trabalho, preferivelmente isentropicamen-te, com maior preferência um ou mais expansores ou equipamentossimilares. Como será observado por aqueles versados na técnica, osdispositivos isentrópicos não são verdadeiramente isentrópicos e, deforma prática, ocorre de fato mudança na entropia. Todavia, preferivel-mente, a recuperação de energia isentrópica empregada tem menos doque cerca de 30% de mudança na entropia, com maior preferênciamenos do que cerca de 25% de mudança na entropia, com muito maiorpreferência menos do que cerca de 20% de mudança na entropia. Otrabalho é extraído do gás liberado a alta pressão na zona de extração eé formada uma corrente de gás do respiradouro de pressão mais baixado que o gás liberado a alta pressão.

O trabalho extraído do gás liberado a alta pressão na zona deexpansão pode ser usado, por exemplo, para gerar eletricidade usandoum gerador ou para operar um equipamento que requeira trabalhomecânico tal como um compressor. Essa energia extraída pode serusada em outro lugar no processo, em outros processos, pode serarmazenada ou entregue a uma rede elétrica para transmissão paraoutros locais.

Em algumas modalidades, o equipamento de acordo comeste aspecto da invenção compreende um vaso de reação calculado parauma primeira pressão e apropriado para uma oxidação em fase líquidade um material de alimentação hidrocarboneto aromático com oxigêniogasoso numa mistura de reação em fase líquida compreendendosolvente de ácido monocarboxílico e água sob condições efetivas paramanter uma mistura de reação em fase líquida e gerar uma fase devapor a alta pressão e compreendendo pelo menos um respiradouropara remoção de uma fase de vapor a alta pressão do vaso; um equipa-mento de separação de alta eficiência calculado para uma segundapressão a qual não é substancialmente menor do que a primeirapressão e compreendendo pelo menos uma entrada de gás em comuni-cação de fluido com o vaso de reação para receber uma fase de vapor naparte superior a alta pressão removida de pelo menos um respiradourodo vaso de reação, pelo menos uma entrada de líquido para introduçãode líquido refluxado para o equipamento de separação de alta eficiência,pelo menos uma saída de gás para remoção de uma corrente gasosa naparte superior a alta pressão do dispositivo, pelo menos uma saída delíquido para remoção de uma corrente de fundo de líquido do equipa-mento de separação de alta eficiência e uma zona de fracionamentodisposta numa posição intermediária entre pelo menos uma entrada degás e pelo menos uma saída de gás e capaz de efetuar a separação dealta eficiência do solvente de ácido monocarboxílico da água no vaporda parte superior do reator recebido no dispositivo de forma que sejamformados a corrente de fundo de líquido compreendendo menos do que35% em peso de água, preferivelmente menos do que 25% em peso deágua, uma corrente da parte superior gasosa a alta pressão compreen-dendo água e não mais do que 5% em peso, preferivelmente não maisdo que 2% em peso, com maior preferência não mais do que 1% empeso de solvente de ácido monocarboxílico presente no vapor da partesuperior do reator; meio condensante compreendendo pelo menos umaentrada de gás para receber uma corrente da parte superior gasosa aalta pressão removida de pelo menos uma saída de gás do dispositivo deseparação; meio de troca de calor para transferir o calor da corrente daparte superior gasosa a alta pressão no meio condensante para ummaterial de absorção de calor apropriado de maneira que seja conden-sado um líquido condensado compreendendo de cerca de 20% em pesoa cerca de 60% em peso de água na corrente da parte superior gasosa aalta pressão da corrente da parte superior gasosa a alta pressão, sejaformado um gás liberado a alta pressão compreendendo desde cerca de40% em peso até cerca de 80% em peso de água na corrente da partesuperior gasosa a alta pressão e seja formado um material de absorçãode calor apropriado a uma temperatura ou pressão aumentada; e meiode expansão para extrair energia em forma de trabalho compreendendopelo menos uma entrada de gás para receber um gás liberado a altapressão direta ou indiretamente do meio condensante e pelo menosuma saída de gás para expelir uma corrente de gás do respiradouro auma pressão menor do que a pressão de entrada.

O gás liberado a alta pressão pode ser tratado antes da extraçãoda energia em forma de trabalho. Será observado que os tratamentospodem afetar a quantidade de energia recuperável do gás liberado a altapressão. Preferivelmente, o tratamento ou combinações de tratamentos,se usados, são tais que a água no gás liberado a alta pressão estejasuficientemente gasosa na zona de extração antes da recuperação daenergia em trabalho de forma que a recuperação da energia em trabalhonão resulte em significativa condensação da água. Pode ser usada umacombinação de tratamentos. Por exemplo, o gás liberado a alta pressãopode ser tratado para remover materiais corrosivos ou combustíveis.Embora possa ser usado qualquer tratamento para remoção de materi-ais corrosivos ou combustíveis do gás liberado a alta pressão, preferi-velmente sem significativa condensação de água líquida, preferivelmenteo gás liberado a alta pressão é sujeito a tratamento de oxidação térmica,com maior preferência a tratamento de oxidação térmica catalítica.Esses tratamentos geralmente compreendem o aquecimento de um gásnão condensado sob pressão e compreendendo gás de exaustão sobpressão removido da condensação ou após depuração do gás ou outrotratamento e oxigênio gasoso numa zona de combustão sob pressão nãosubstancialmente menor do que a do gás pressurizado e a elevadatemperatura efetiva para oxidar componentes orgânicos, combustíveis ecorrosivos para menos corrosivos ou gás mais ambientalmente compatí-vel compreendendo dióxido de carbono e água. O aquecimento sobpressão com gás oxigênio preferivelmente é conduzido na presença deum catalisador de oxidação apropriado disposto dentro da zona decombustão de maneira a não interromper o fluxo de gás pressurizadoatravés da mesma. O gás pressurizado pode opcionalmente ser sujeito apré-aquecimento antes da oxidação. O pré-aquecimento pode serefetuado por qualquer meio apropriado tal como por troca de calor,injeção de vapor direta ou outro meio apropriado. Opcionalmente, otratamento de combustão pode também incluir a depuração de um gáspressurizado removido a partir da combustão para remover materiaisácidos, inorgânicos tais como bromo e brometo de hidrogênio que sãogerados pela oxidação de brometos de alquila presentes no gás deexaustão do condensador, quando é usada uma fonte de bromo paraoxidação em fase líquida como notado acima.

Os catalisadores para a oxidação catalítica geralmente compreen-dem pelo menos um elemento do grupo de transição da Tabela Periódica(IUPAC). São preferíveis os metais do grupo VIII, com platina, paládio ecombinações dos mesmos e com um ou mais metais adjuvantes ouadicionais sendo especialmente preferidos. Esses metais catalisadorespodem ser usados em formas compósitas tais como óxidos. Tipicamen-te, os metais catalisadores são dispostos num suporte ou materialveículo de mais baixa ou nenhuma atividade catalítica, mas, comsuficiente força e estabilidade para suportar a alta temperatura epressão do ambiente de oxidação da zona de combustão. Os materiaissuporte de catalisador apropriados incluem óxidos metálicos contendoum ou mais metais, exemplos dos quais incluem mulita, espinélios,areia, sílica, alumina, sílica alumina, titânia e zircônia. Podem serutilizadas várias formas cristalinas de tais materiais, tais como alfa,gama, delta e eta aluminas, rutilo e titânias anatase. As cargas de metalcatalisador em composições suporte são frações apropriadas emdiversas percentagens em peso, com cargas maiores sendo preferidaspara uso quando se trata gases com significativo teor de vapor de água,tal como cerca de 20% em volume ou mais. Os catalisadores podem serusados em qualquer configuração, forma ou tamanho conveniente. Porexemplo, o catalisador pode estar na forma de pelotas, grânulos, anéis,esferas e semelhantes e preferivelmente pode ser formado ou dispostonuma configuração estrutural porosa ou perfurada, de colméia, celularrígida para promover o contato com os gases presentes na zona decombustão sem impedir o fluxo de gás através da zona. Exemplosespecíficos dos catalisadores de oxidação catalítica para tratamento decombustão do gás de exaustão removido da condensação no tratamentode gás liberado de acordo com a invenção compreendem cerca demetade a cerca de um % em peso de paládio suportado em suportemonólito de alumina.

O gás liberado a alta pressão ou uma parte do mesmo podetambém opcionalmente ser aquecido para garantir que a água presenteno gás liberado a alta pressão seja completamente convertida a vaporantes da recuperação de energia na forma de trabalho e para evitar acondensação da água na zona de extração a qual pode ser prejudicialpara o equipamento empregado. Esse aquecimento pode ter lugar antes,depois ou em combinação com quaisquer outros tratamentos emprega-dos, por exemplo, oxidação catalítica térmica. Nessa modalidade, oaquecimento do gás liberado pode ser efetuado por qualquer meioapropriado, tal como um trocador de calor, injeção de vapor direta ououtro meio conhecido na técnica. O aquecimento a cerca de 200°C oumaior é geralmente efetivo para evitar a condensação da água na zonade expansão, com temperaturas de cerca de 250 a cerca de 350°C sendoas preferidas.

O gás do respiradouro, obtido da zona de expansão formadoquando energia de trabalho é extraída do gás liberado a alta pressão, épreferivelmente sujeito a tratamento adicional, por exemplo, depuraçãocáustica, para remover quaisquer compostos, por exemplo, bromo ououtros compostos de halogênio, os quais podem ser indesejáveis paraliberação atmosférica. A água no gás do respiradouro pode ser extraídae pode ser reciclada, usada em outros processos, disposta, sujeita atratamento adicional ou outros usos como conhecido na técnica.

Tentativas passadas para recuperar energia a partir de correntesda parte superior gasosa a alta pressão formadas durante a oxidaçãoem fase líquida de hidrocarbonetos aromáticos na produção de ácidoscarboxílicos aromáticos não tinham empregado um condensador outinham empregado condensação completa. Mesmo nos esquemas derecuperação de energia anteriores que tenham empregado condensaçãoseguida de expansão, apenas foi empregada condensação completa.

Surpreendentemente constatamos que a recuperação de energia,ao sujeitar uma corrente da parte superior gasosa a alta pressão, acondensação parcial onde a energia é extraída através da troca de calorcom um material de absorção de calor apropriado e recuperação deenergia de trabalho do gás liberado a alta pressão resultante resulta narecuperação de quantidade de energia significativamente maior do queos métodos em que toda ou substancialmente toda a água condensa emuma corrente a alta pressão ou os métodos em que primariamente serecupera energia como trabalho. Pela condensação apenas parcial daágua na corrente da parte superior gasosa a alta pressão, permanecesuficiente água no gás liberado a alta pressão que sai do condensadorpara permitir a recuperação de energia benéfica na forma de trabalho.

Os esforços comerciais para extrair energia do vapor da partesuperior do reator formado durante a produção de ácidos carboxílicosaromáticos a partir de hidrocarbonetos aromáticos incluem a recupera-ção de energia pela condensação substancialmente completa seguida deexpansão do gás liberado esgotado de água, pela extração de energia detrabalho somente ou a sujeição de partes da corrente da parte superiorgasosa a alta pressão a cada um desses métodos. Embora certos destesmétodos possam oferecer significativas vantagens, algumas modalida-des comercialmente favoráveis de cada um dos métodos precedentesnão resultam em significativas diferenças na recuperação total deenergia. Esses resultados sugerem que não se teria ganho significativoem energia pelo uso de um condensador parcial seguido pela extraçãode energia de trabalho. Esses resultados sugeriram que a energia nãorecuperada através da condensação da corrente da parte superiorgasosa a alta pressão seria grosseiramente igual à energia recuperadada extração subseqüente de energia de trabalho. Surpreendentementeconstatamos um significativo aumento na recuperação de energia pelarecuperação de energia pela condensação parcial da corrente da partesuperior gasosa a alta pressão e recuperação adicional de energia daextração subseqüente de energia de trabalho.

Numa modalidade particular, a invenção é usada para a oxidaçãoem fase líquida em ebulição de uma alimentação de hidrocarbonetoaromático compreendendo para-xileno a ácido tereftálico. Componenteslíquidos compreendendo a alimentação do hidrocarboneto aromático esolvente são continuamente introduzidos no vaso de reação. O catalisa-dor e o promotor, cada um com muito maior preferência dissolvidos emsolvente, são introduzidos no vaso de reação. O ácido acético ou ácidoacético aquoso é um solvente preferível, com uma razão de solventepara alimentação de cerca de 2:1 a cerca de 5:1 sendo preferida. Ocatalisador preferivelmente compreende cobalto em combinação commanganês, cério, zircônio, háfnio ou qualquer combinação dos mesmose uma fonte de bromo. O catalisador está apropriadamente presente emquantidades que fornecem de cerca de 600 ppm em peso a cerca de2500 ppm em peso de metais catalisadores com base no peso dohidrocarboneto aromático e solvente. O promotor com maior preferênciaestá presente numa quantidade tal que a razão atômica de bromo parametal catalisador seja de cerca de 0,4:1 a cerca de 1,5:1. O gás oxidan-te, que é com muito maior preferência é ar, é suprido ao vaso reator auma taxa efetiva para fornecer pelo menos cerca de 3 a cerca de 5,6moles de oxigênio molecular por mol de material de alimentaçãohidrocarboneto aromático, de forma que o vapor da parte superior doreator contenha cerca de 0,5 a cerca de 8% em volume de oxigênio(medido numa base livre de solvente).

Nessa modalidade particular, o vaso de reação é preferivelmentemantido a cerca de 150 a cerca de 225°C sob pressão de cerca de 5 acerca de 40 kg/cm2 relativa. Sob essas condições, o contato do oxigênioe do material de alimentação no corpo do líquido resulta na formação decristais de ácido tereftálico sólido, tipicamente na forma finamentedividida. O teor de sólidos da suspensão líquida em ebulição tipicamen-te varia até cerca de 40% em peso e preferivelmente desde cerca de 20 acerca de 35% em peso e o teor de água tipicamente é cerca de 5 a cercade 20% em peso baseado no peso de solvente. A ebulição do corpo dolíquido para controle da exotermia da reação faz que componentesvolatilizáveis no corpo do líquido, incluindo solvente e água da reação,vaporizem dentro do líquido. O oxigênio não reagido e componenteslíquidos vaporizados escapam do líquido para o espaço do reator acimado líquido. Outras espécies, por exemplo, nitrogênio e outros gasesinertes que estão presentes se for usado ar como gás oxidante, óxidosde carbono e subprodutos vaporizáveis, por exemplo, acetato de metila ebrometo de metila, também, podem estar presentes no vapor da partesuperior do reator.O produto de reação ácido carboxílico aromático, em suspensãoou dissolvido em uma parte do corpo do líquido, é removido do vaso. Acorrente de produto pode ser tratada usando técnicas convencionaispara separar seus componentes e para recuperar o ácido carboxílicoaromático contido na mesma, usualmente por cristalização, separaçõeslíquido-sólido e secagem. Convenientemente, é centrifugada umasuspensão do produto sólido no líquido ou ambos, em um ou maisestágios. O produto solúvel dissolvido no líquido pode ser recuperadopor cristalização. O líquido compreendendo água, solvente, material dealimentação não reagido e freqüentemente também contendo um oumais catalisador líquido, um promotor e intermediários de reação, podeser retornados para o vaso de reação.

O produto ácido carboxílico aromático recuperado do líquido podeser usado ou armazenado como tal ou pode ser sujeito a purificação ououtro processamento. A purificação é benéfica para a remoção desubprodutos e impurezas que podem estar presentes com o ácidocarboxílico aromático que é recuperado. Para ácidos carboxílicosaromáticos tais como os ácidos tereftálico e isoftálico, a purificaçãopreferivelmente envolve hidrogenação do produto de oxidação, tipica-mente dissolvido em água ou outro solvente aquoso, a elevada tempera-tura e pressão na presença de um catalisador contendo um metal comatividade catalítica de hidrogenação, tal como rutênio, ródio, platina oupaládio, que tipicamente é suportado em carbono, titânia ou outrossuportes ou veículos apropriados resistentes quimicamente ao metalcatalisador. Os processos de purificação são conhecidos, por exemplo,das Patentes US 3.584.039, US 4.782.181, US 4.626.598 e US4.892.972. Se for conduzida purificação com água como solvente, alavagem com água para remover solvente de oxidação residual do ácidocarboxílico aromático sólido pode ser efetuada como alternativa para asecagem. Essa lavagem pode ser efetuada usando dispositivos de trocade solvente apropriados, tais como filtros, conforme revelado nasPatentes US 5.679.846 e US 5.175.355. Opcionalmente, todo ou umaparte do licor-mãe dos processos de purificação podem ser enviados,direta ou indiretamente, para o equipamento de separação de altaeficiência. Por exemplo, se uma ou mais colunas de destilação de altaeficiência são usadas para efetuar a separação de alta eficiência, todoou uma parte do licor-mãe de purificação pode ser usado como refluxopara um ou mais dessas colunas de destilação de alta eficiência.

Tipicamente, o licor-mãe da oxidação é separado do produto ácidocarboxílico aromático não purificado através de técnicas de separaçãoconhecidas na técnica, por exemplo, filtração, centrifugação ou umacombinação de métodos conhecidos. É preferível reciclar pelo menosuma parte do licor-mãe e as operações comerciais tipicamente reciclamuma parte significativa do licor-mãe. Por exemplo, esse licor-mãe podeser reciclado direta ou indiretamente para o reator de oxidação ouequipamento de separação de alta eficiência. O licor-mãe pode serseparado do produto ácido carboxílico aromático purificado através detécnicas similares e esse licor-mãe pode ser reciclado para uso emoutros estágios deste processo ou em outros processos.

Em maiores detalhes, uma etapa de purificação preferida deacordo com a invenção compreende dissolver em um líquido compreen-dendo água e um produto sólido compreendendo ácido carboxílicoaromático e impurezas para formar uma solução de reação de purifica-ção, contatar a solução de purificação a elevada temperatura e pressãocom hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenação paraformar uma mistura de reação líquida de purificação, recuperar a partirda mistura de reação líquida de purificação um produto sólido purifica-do compreendendo ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos deimpurezas e separar um licor-mãe da purificação líquido aquosocompreendendo subprodutos de oxidação, produtos de hidrogenaçãodos mesmos e combinações dos mesmos do produto purificado sólidorecuperado. A hidrogenação de ácidos carboxílicos impuros para reduzirníveis de impurezas é conduzida com o ácido impuro na soluçãoaquosa.As concentrações no solvente de purificação do ácido carboxílicoaromático impuro a ser tratado na etapa de purificação geralmente sãosuficientemente baixas de forma que o ácido impuro fique substancial-mente dissolvido e suficientemente altas para as operações de processoprático e uso e manuseio eficientes do líquido usado como solvente eque permanece como licor-mãe da purificação após a recuperação deuma forma pura de ácido carboxílico aromático com impurezas reduzi-das das misturas de reação de purificação. Apropriadamente, soluçõescompreendendo cerca de 5 a cerca de 50 partes por peso de ácidocarboxílico impuro por cem partes em peso de solução em temperaturasde processo proporcionam adequada solubilidade para operaçõespráticas. As soluções de reação de purificação preferidas contêm cercade 10 a cerca de 40% em peso e, com maior preferência, cerca de 20 aaproximadamente 35% em peso de ácido carboxílico aromático impuronas temperaturas usadas para purificação por hidrogenação catalítica.

Os catalisadores apropriados para uso nas reações de hidrogena-ção de purificação compreendem um ou mais metais tendo atividadecatalítica para hidrogenação das impurezas em produtos ácidos carbo-xílicos aromáticos impuros, tal como a oxidação de intermediários esubprodutos e/ou espécies carbonil aromáticos. O metal catalisador épreferivelmente suportado ou portado num material suporte que éinsolúvel em água e não reativo com ácidos carboxílicos aromáticos sobas condições de processo de purificação. Os metais catalisadoresapropriados são metais do Grupo VIII da Tabela Periódica dos Elemen-tos (versão IUPAC), incluindo paládio, platina, ródio, ósmio, rutênio,irídio e combinações dos mesmos. O paládio ou combinações dessesmetais que incluem paládio são de maior preferência. Os carbonos ecarvões com áreas superficiais de diversas centenas ou milhares dem2/g de área superficial e suficiente força e resistência ao atrito paraprolongado uso sob condições de operação são suportes preferidos. Ascargas de metal não são críticas, mas, cargas praticamente preferidassão de cerca de 0,1% em peso a aproximadamente 5% em peso baseadono peso total do suporte e metal catalisador ou metais. Os catalisadorespreferidos para conversão de impurezas presentes nos produtos ácidoscarboxílicos aromáticos compreendendo ácido tereftálico cru obtido pelaoxidação em fase líquida de um material de alimentação compreenden-do para-xileno contêm cerca de 0,1 a aproximadamente de 3% em pesoe, com maior preferência, de cerca de 0,2 a cerca de 1% em peso dometal de hidrogenação. Para esses usos, o metal, com maior preferên-cia, compreende paládio.

Para aplicações práticas, o catalisador é usado, com maiorpreferência, na forma particulada, por exemplo, como pelotas, extruda-dos, esferas ou grânulos, embora outras formas sólidas também sejamapropriadas. O tamanho de partícula do catalisador é selecionado demaneira que um leito de partículas de catalisador seja facilmentemantido num reator de purificação apropriado, mas, permita fluxo damistura de reação de purificação através do leito sem queda de pressãoindesejável. Os tamanhos de partículas médios preferidos são tais queas partículas de catalisador passam através de uma peneira de malha2, mas, ficam retidas numa peneira de malha 24 (Série Sieve America-na) e, com maior preferência, através de uma peneira de malha 4, mas,com retenção em uma de malha 12 e, com maior preferência, numapeneira de malha 8.

O contato da solução da reação de purificação aquosa comhidrogênio na presença do catalisador para purificação é feito a tempe-raturas e pressões elevadas. A faixa de temperaturas cerca de 200 acerca de 370°C, com cerca de 225 a cerca de 325°C sendo preferida ecerca de 240 a cerca de 300°C sendo de maior preferência. A pressãoestá num nível suficiente para manter uma fase líquida que compreen-de a solução de reação aquosa. A pressão total é pelo menos igual epreferivelmente excede a soma das pressões parciais do gás hidrogêniointroduzido no processo e o vapor de água que entra em ebulição apartir da solução de reação aquosa na temperatura de operação. Aspressões preferidas são cerca de 35 e, com maior preferência, de cercade 70 a cerca de 105 kg/cm2.

A reação de purificação aquosa é contatada com gás hidrogêniosob condições de hidrogenação como descrito acima num vaso dereação apropriado capaz de suportar temperaturas e pressões de reaçãoe também a natureza ácida de seu conteúdo líquido. Uma configuraçãode reator preferida é um reator cilíndrico com um eixo substancialmen-te central que, quando o reator é posicionado para uso do processo, ficadisposto verticalmente. Podem ser usados ambos os reatores de fluxoascendente e descendente. O catalisador está tipicamente presente noreator em um ou mais leitos fixos de partículas mantidos com umsuporte mecânico para manter as partículas de catalisador no leito, aomesmo tempo que permite passagem relativamente livre de solução dereação através do mesmo. Um leito de catalisador único é freqüente-mente preferido, embora também possam ser usados múltiplos leitos domesmo ou diferente catalisador ou um leito simples em camada comdiferentes catalisadores, por exemplo, com respeito ao tamanho departícula, metais catalisadores de hidrogenação ou cargas metálicas oucom catalisador e outros materiais tais como abrasivos para proteger ocatalisador e pode fornecer benefícios. Os suportes mecânicos na formade peneiras de malha plana ou uma grade formada de apropriadamentefios paralelos espaçados são comumente empregados. Outro meio deretenção de catalisadores apropriado inclui, por exemplo, uma peneiraJohnson tubular ou uma placa perfurada. Os componentes internos esuperfícies do reator e o suporte mecânico para o leito do catalisadorsão construídos a partir de materiais que são apropriadamente resisten-tes à corrosão do contato com a solução de reação ácida e mistura deproduto de reação. Mais apropriadamente, os suportes para leitoscatalíticos têm aberturas de cerca de 1 mm ou menos e são construídosde metais tal como aço inox, titânio ou Hastelloy C.

Em modalidades preferidas da invenção, a solução aquosa deácido carboxílico aromático impuro a ser purificado é adicionada aovaso reator a elevada temperatura e pressão numa posição na parte dotopo ou próxima dela no vaso reator e a solução flui descendentementeatravés do leito catalítico contido num vaso reator na presença de gáshidrogênio, onde impurezas são reduzidas com hidrogênio, em muitoscasos a produtos hidrogenados com maiores solubilidades na misturade reação do que o ácido carboxílico aromático pretendido ou commenos cor ou tendências de formação de cor. Nesse modo preferido,uma mistura de reação de purificação líquida compreendendo ácidocarboxílico aromático e são removidas impurezas hidrogenadas do vasoreator em uma posição numa parte inferior ou próxima dela ou dofundo do reator.

Os reatores usados para a purificação podem ser operados dediversos modos. Num modo, um nível de líquido pré-determinado émantido no reator e, para uma dada pressão no reator, é alimentadohidrogênio a uma taxa suficiente para manter o nível de líquido pré-determinado. A diferença entre a pressão do reator efetiva e a pressãode vapor da solução de purificação vaporizada presente no espaçosuperior do reator é a pressão parcial do hidrogênio no espaço superior.Alternativamente, o hidrogênio pode ser alimentado misturado com gásinerte tal como nitrogênio ou vapor de água, no caso em que a diferençaentre a pressão do reator efetiva e a pressão de vapor da solução dereação vaporizada é a pressão parcial combinada de hidrogênio e do gásinerte misturado de acordo. Nesse casos, a pressão parcial de hidrogê-nio pode ser calculada a partir das quantidades relativas conhecidas dehidrogênio e de gás inerte presente na mistura.

Em outro modo de operação, o reator pode ser preenchido com asolução de reação líquida aquosa de forma que não exista essencial-mente espaço de vapor no reator, mas, uma bolha de hidrogênio no topoou na parte superior do reator que se expande ou contrai de tamanhode maneira a proporcionar volume na parte superior do reator de formaque o hidrogênio adicionado ao reator seja dissolvido na solução dereação de purificação que entra. Nessa modalidade, o reator é operadocomo um sistema completo hidraulicamente com hidrogênio dissolvidosendo alimentado ao reator por controle de fluxo. A concentração dehidrogênio em solução pode ser modulada pelo ajuste da taxa de fluxode hidrogênio para o reator. Se pretendido, pode ser calculado um valorde pseudo-pressão parcial de hidrogênio da concentração de hidrogêniona solução que, por sua vez, pode ser correlacionado com a taxa defluxo de hidrogênio para o reator.

Quando se opera de forma que o controle de processo seja efetua-do pelo ajuste da pressão parcial de hidrogênio, a pressão parcial dehidrogênio no reator está preferivelmente na faixa de cerca de metade acerca de 15 kg/cm2 relativa ou maior, dependendo da variação depressão do reator, dos níveis de impurezas do ácido carboxílico aromá-tico impuro, da atividade e do envelhecimento do catalisador e de outrasconsiderações conhecidas a pessoas versadas na técnica. Em modos deoperação envolvendo diretamente o ajuste da concentração de hidrogê-nio na solução de alimentação, a solução usualmente é menos do quesaturada com respeito ao hidrogênio e o próprio reator está hidraulica-mente cheio. Assim, um ajuste da taxa de fluxo de hidrogênio para oreator resultará no controle pretendido da concentração de hidrogêniona solução.

A velocidade espacial, expressa como peso de ácido aromático im-puro na solução de reação de purificação por peso de catalisador porhora, durante a hidrogenação é tipicamente cerca de 1 hora1 a cerca dehora 1 e preferivelmente cerca de 2 hora1 a cerca de IShora1. Otempo de residência da corrente de líquido de purificação no leitocatalítico varia dependendo da velocidade espacial.

As formas puras de produto ácido carboxílico aromático com ní-veis reduzidos de impurezas em relação ao cru ou outro produto ácidocarboxílico aromático impuro usado para preparação da solução depurificação são recuperadas a partir da mistura de reação da puriflca-ção do líquido. A mistura de reação de purificação, compreendendosolvente de reação aquoso tendo nele dissolvido ácido carboxílicoaromático e impurezas aromáticas hidrogenadas tendo maior solubili-dade no líquido de impurezas reduzidas a partir da mistura reacionaldeixando um licor-mãe de purificação de líquido impurezas hidrogena-das nele dissolvidas. A separação é comumente alcançada pelo resfri-amento à temperatura de cristalização, a qual é suficientemente baixapara que ocorra a cristalização do ácido carboxílico aromático, produ-zindo, desta forma, cristais dentro da fase líquida. A temperatura decristalização é suficientemente alta de forma que impurezas dissolvidase seus produtos de redução resultantes da hidrogenação permaneçamdissolvidos na fase líquida. As temperaturas de cristalização geralmentevariam até 160°C e preferivelmente até cerca de 150°C. Em operaçõescontínuas, a separação normalmente compreende a remoção da misturade reação de purificação de líquido do reator de purificação e a cristali-zação do ácido carboxílico aromático em um ou mais vasos de cristali-zação. Quando conduzida numa série de estágios ou vasos de cristaliza-ção separados, as temperaturas nos diferentes estágios ou vasos podemser as mesmas ou diferentes e preferivelmente diminuem de cadaestágio ou vaso para o próximo. A cristalização tipicamente tambémresulta no "flashf do líquido da mistura de reação de líquido de purifi-cação, que pode ser recuperado por condensação e reciclado para umou mais dentre a purificação, um ou mais estágios de cristalização amontante ou, em modalidades preferidas da invenção, a separação dosolvente de ácido monocarboxílico e vapor de água em fase de vapor aalta pressão da oxidação em fase líquida.

Depois disso, o produto ácido carboxílico aromático purificadocristalizado é separado do licor-mãe da purificação, incluindo impure-zas hidrogenadas dissolvidas no mesmo. A separação do produtocristalizado é comumente conduzida por centrifugação ou por flltração.Uma separação preferida compreende a flltração por pressão de umasuspensão aquosa de formas puras de ácido carboxílico aromático elavagem da torta do filtro resultante da flltração com um líquidocontendo água como descrito na Patente US 5.175.355, que é aquiincorporada por referência.O licor-mãe da purificação que permanece após a recuperação doácido carboxílico aromático purificado sólido da mistura de reação depurificação compreende água e derivados hidrogenados de subprodutosou impurezas presentes no material de partida do ácido carboxílicoaromático impuro. O licor-mãe comumente também inclui quantidadesmenores de ácido carboxílico aromático que permanecem em solução.

Esses derivados hidrogenados incluem compostos apropriados paraconversão a ácido carboxílico aromático por oxidação em fase líquida e,de acordo, em modalidades preferidas da invenção, pelo menos umaparte desses derivados hidrogenados é transferida direta ou indireta-mente para uma oxidação em fase líquida. O ácido carboxílico aromáti-co residual presente no licor-mãe também pode ser transferido direta ouindiretamente para a oxidação em fase líquida após separação ou, commaior preferência, junto com esses derivados hidrogenados. A transfe-rência desses derivados e ácidos carboxílicos aromáticos para a oxida-ção é convenientemente efetuada ao se direcionar pelo menos umaparte de um licor-mãe da purificação que permanece após a separaçãode uma forma pura sólida do ácido carboxílico aromático para umaetapa de oxidação em fase líquida. O teor de água do licor-mãe dapurificação pode alterar o balanço de água na oxidação, a menos que aágua do licor-mãe da purificação direcionada para a oxidação sejaconsiderada em outras correntes que podem ser retornadas para aoxidação. A transferência de impurezas hidrogenadas em um licor-mãeda purificação, sozinhas ou preferivelmente em combinação com ácidocarboxílico aromático presente no licor-mãe, para a oxidação em faselíquida é preferivelmente efetuada sem alteração do balanço de água naoxidação. Com maior preferência, pelo menos uma parte e, com maiorpreferência, substancialmente todo o licor-mãe permanecendo após aseparação do ácido carboxílico aromático sólido a partir da mistura dereação de purificação líquida é transferido direta ou indiretamente parauma zona de separação de tratamento de gás liberado de uma fase devapor a alta pressão removida da oxidação de acordo com a invençãoonde ele é usado como líquido de refluxo. Por exemplo, se uma ou maiscolunas de destilação são usadas para a separação do solvente de ácidomonocarboxílico e a água numa fase de vapor a alta pressão geradapela oxidação em fase líquida de um material de alimentação aromático,o licor-mãe da purificação pode ser todo usado ou em parte comorefluxo para uma ou mais colunas. A água presente no licor-mãeadicionada como refluxo é substancialmente vaporizada, entrando nafase de vapor na torre, com a água retida na fase de vapor que sai datorre tornando-se parte do gás pressurizado da separação. Os compo-nentes de maior ebulição do licor-mãe, incluindo impurezas hidrogena-das tais como subprodutos da oxidação em fase líquida do material dealimentação aromático para oxidação e ácido carboxílico aromático sepresente, permanecem substancialmente na fase líquida e podem serretornados direta ou indiretamente para uma mistura de reação deoxidação em fase líquida, por exemplo, como parte da fase líquida ricaem solvente de ácido monocarboxílico resultante da separação ou emuma corrente separadamente removida da separação.

As configurações do reator de purificação e do leito do catalisadore detalhes de operação e técnicas de cristalização e de recuperação doproduto e equipamentos úteis no processo de acordo com esta invençãosão descritos em detalhes adicionais nas Patentes US 3.584.039, US4.626.598, US 4.629.715, US 4.782.181, US 4.892.972, US 5.175.355,US 5.354.898, US 5.362.908 e US 5.616.792 que são aqui incorporadaspor referência.

A Figura 1 ilustra uma modalidade preferida desta invenção. Umaforma preferida de equipamento, também representado na Figura,compreende um vaso de reação de pressão calculada que define umvolume interior substancialmente fechado adaptado para conter umamistura de reação líquida e uma fase de vapor da reação e contendopelo menos uma entrada para introdução de um líquido no volumeinterior, pelo menos uma entrada para introdução de um gás contendooxigênio e sob pressão para o volume interior, pelo menos uma saída deproduto líquido para remoção do volume interior de um produtocompreendendo um líquido ou suspensão de um sólido em um líquido epelo menos um respiradouro para remoção de um vapor da partesuperior da reação a alta pressão do volume interior; um dispositivo deseparação em comunicação de fluido com o vaso de reação para receberno dispositivo um vapor da parte superior da reação a alta pressãoremovido de pelo menos um respiradouro no vaso de reação e compre-endendo pelo menos uma coluna contendo pelo menos uma entrada devapor adaptada para receber um vapor da parte superior da reação aalta pressão para fluxo através da coluna, pelo menos uma entrada delíquido adaptada para receber líquido em refluxo para fluxo através dacoluna em contracorrente ao fluxo de vapor da parte superior da reaçãoa alta pressão, meio dentro da coluna e posicionado intermediário entreas entradas de vapor e líquido e que proporciona uma superfície decontato entre as fase líquido e vapor dentro da coluna de forma que afase de vapor da reação a alta pressão contendo ácido monocarboxílicoC1-8 gasoso e o vapor de água recebido na coluna são separados numafase líquida rica no ácido monocarboxílico Ci-8, mas, deficiente em águae uma corrente da parte superior gasosa a alta pressão contendo água enão mais do que cerca de 10% do ácido monocarboxílico Ci-8 no vaporda parte superior da reação a alta pressão recebido na coluna, pelomenos uma saída de líquido para remoção de um líquido da mesma epelo menos um respiradouro localizado acima da entrada de líquidopara remoção da coluna da corrente da parte superior gasosa a altapressão contendo água; pelo menos um meio condensante em comuni-cação fluida com o dispositivo de separação para receber uma correnteda parte superior gasosa a alta pressão contendo água que compreendepelo menos uma entrada de gás adaptada para receber a corrente daparte superior gasosa a alta pressão contendo água, pelo menos umrespiradouro adaptado para remoção de um gás liberado a alta pressãodo meio de troca de calor, um meio de transferência de calor para trocade calor entre uma corrente da parte superior gasosa a alta pressãointroduzida no meio de troca de calor e um meio de troca de calor eparcialmente condensar a partir do gás um líquido contendo água; e ummeio de expansão, para extrair energia na forma de trabalho compreen-dendo pelo menos uma entrada de gás para receber o gás liberado aalta pressão do meio e pelo menos uma saída de gás para expelir umacorrente de gás do respiradouro a uma pressão menor do que a pressãode entrada.

Como mostrado na Figura 1, o vaso de reação de oxidação 4 com-preende um casco substancialmente cilíndrico que define um volumeinterior substancialmente fechado. Em uso, uma parte mais baixa dovolume interior contém um corpo de reação líquido ao mesmo tempoque um vapor da reação na parte superior fica contido numa parte dovolume interior acima do nível do líquido. O volume interior está emcomunicação com o exterior do vaso de reação através de uma plurali-dade de entradas através das quais são introduzidos o material dealimentação aromático líquido, o solvente e formas solúveis de catalisa-dor de vasos de cargas líquidas (não mostrados) e é introduzido arcomprimido ou outra fonte de gás oxigênio a partir de um compressorou outro dispositivo apropriado (não mostrado). As entradas preferivel-mente são dispostas de forma que os componentes líquido e gasososejam introduzidos abaixo do nível de líquido no interior do vaso.

O vaso de reação 4 também inclui pelo menos uma saída pararemoção do interior de uma mistura de reação em fase líquida a qualinclui um produto cru que compreende ácido carboxílico aromático esubprodutos de oxidação, estando o mesmo tipicamente presente emsolução no líquido ou como partículas sólidas suspensas ou em pastano líquido ou ambas dissolvidas e suspensas no líquido. O vaso dereação 4 também compreende pelo menos um respiradouro ou umasaída para remoção do interior do vaso de uma fase de vapor da reaçãoa alta pressão evaporada do corpo de reação líquido via linha 111. Esserespiradouro fica preferentemente posicionado de modo a correspondera uma parte superior do vaso, quando está em posição para uso noprocesso.

Um projeto de vaso de reação preferido é um vaso substancial-mente cilíndrico tendo um eixo central que se estende de modo subs-tancialmente vertical, quando o vaso está posicionado para uso noprocesso. O vaso é adaptado para uso com um mecanismo de agitaçãocom haste tendo um ou mais impulsores montados no mesmo e capazesde serem girados dentro do interior do vaso de reação para agitar amistura de reação líquida presente no vaso durante o uso no processo.Em modalidades preferidas da invenção, são montados pelo menos doisimpulsores ou dispositivos de mistura nas hastes para misturar oscomponentes líquido e gasoso dentro do corpo de reação líquido sem adeposição adversa de sólidos nas partes mais baixas do vaso. Osimpulsores de fluxo axiais, geralmente configurados como propelentes,os misturadores de fluxo radial, tais como turbinas de discos de lâminaplana e discos de dispersão, os elementos de mistura de faixa helicoidal,as turbinas de lâminas de passo com lâminas de passo para fluxoascendente e descendente, os misturadores do tipo âncora que propor-cionam fluxo predominantemente tangencial e outras configurações sãoapropriadas para misturar o sistema de reação de oxidação em faselíquida e são usadas, de preferência, em várias combinações para terem consideração teores maiores de sólidos nas partes mais baixas damistura de reação líquida, teores maiores de gás nas regiões superiorese outras características da mistura de reação em fase líquida quepodem variar através do corpo de líquido. Outros projetos são reveladosnas Patentes US 5.198.156, que descreve elementos de mistura deextensão radial, lâminas giratórias montadas num rotor plano e tendouma configuração de lâmina oca com uma borda principal descontínua,uma borda de arrasto contínua, ausência de superfícies côncavasexternas e uma extremidade externa aberta e preferivelmente usadasem conjunção com um tubo vertical ou aspersor de gás perfurado paraa distribuição de gás, e US 5.904.423, que descreve um misturador emque são montados elementos de agitação num ângulo descendentenuma haste giratória central e são em formato de cunha na direção domovimento através do líquido, com as extremidades internas radiais dasbordas de arrasto das lâminas colocadas em ângulo no sentido externoe na direção do movimento das lâminas e usadas com detalhes paraintroduzir um gás abaixo dos elementos de agitação numa cavidadecentral formada por um disco cônico na extremidade da haste.

Pelo menos aquelas partes do vaso de reação, da haste do agita-dor e dos elementos de mistura que contatam a mistura de reaçãolíquida e o vapor na parte superior da reação em uso no processo sãoconstruídos de materiais substancialmente resistentes à corrosão. Osexemplos incluem o metal titânio e ligas de titânio e aços inoxidáveisduplex. É preferível o metal titânio.

Na Figura 1, o vapor na parte superior da reação do caso reator 4é direcionado via linha 111 para uma coluna de destilação de altaeficiência 6 tendo um enchimento de alta eficiência tal como KochFLEXIPAC, um tipo de enchimento estruturado disponível a partir daKGGP LLC e tendo pelo menos 20, preferivelmente pelo menos 30estágios teóricos.

De preferência, a coluna de destilação é uma torre ou coluna depressão variada ou uma série de colunas ou torres, equipadas com pelomenos uma entrada para receber vapor a partir da parte superior dareação a alta pressão, pelo menos uma entrada para introdução delíquido refluxado, pelo menos uma saída para remoção da corrente daparte superior gasosa a alta pressão da separação e uma zona defracionamento que compreende uma estrutura interna que proporcionauma superfície para promover a transferência de massa entre as fasesgasosa e líquida fluindo em contracorrente suficiente para proverestágios de equilíbrio teóricos apropriados para a separação do solventede ácido monocarboxílico e água na fase de vapor é um dispositivo deseparação preferido. Preferentemente, o dispositivo é projetado paraintrodução de um gás de entrada numa parte inferior da coluna ou datorre e introdução do líquido refluxado numa ou mais localizaçõessuperiores em relação à entrada de gás e com uma zona de fraciona-mento posicionada na intermediária, de forma que o fluxo em contra-corrente através dela resulte da passagem para cima da fase de vapor efluxo descendente, sob força da gravidade, do líquido suprido comorefluxo e condensado da fase de vapor ascendendo. Dispositivos adicio-nais dessa torre ou coluna podem compreender uma ou mais portas deentrada ou saída para a remoção ou a adição de uma ou mais correntesde gás ou líquido, por exemplo, a remoção de um líquido rico em ácidomonocarboxílico separado da fase de vapor.

O dispositivo de separação pode também ser fornecido com umre-ebulidor ou outros meios apropriados para proporcionar calorsuplementar, embora esses meios não sejam normalmente necessários,quando é introduzida uma fase de vapor da reação a alta pressão de umvaso de reação de oxidação em fase líquida de modo substancialmentedireto ao dispositivo ou de outra forma sem resfriamento apreciávelporque o reator de oxidação efetivamente serve como um re-ebulidordevido à natureza exotérmica da reação de oxidação. Em modalidadespreferidas, a associação direta ou acoplamento próximo do reator deoxidação e do dispositivo de separação é efetuado pela conexão diretaou por tubulação com pressão variável apropriada ou outros condutosentre um ou mais respiradouros no vaso de reação da oxidação e umaou mais entradas de gás para o dispositivo de separação, de maneiraque a fase de vapor da reação sob as condições de reação em faselíquida seja removida do vaso de reação e introduzida no dispositivo deseparação à mesma ou substancialmente mesma temperatura e pressãoque as da zona de reação.

Preferivelmente, o dispositivo de separação é capaz de separar va-pores de água e solvente de ácido monocarboxílico do vapor da partesuperior da reação a alta pressão introduzido no dispositivo de maneiraque sejam formadas uma fase líquida com pelo menos cerca de 60 a 85partes em peso de solvente de ácido monocarboxílico por cem partes empeso do líquido e um gás a alta pressão contendo cerca de 45 a 65partes em peso de água por cem partes em peso de gás. Para realizaressa separação, a zona de fracionamento do dispositivo de separação éconfigurada com uma pluralidade de estágios de equilíbrio teóricos deforma que possam ser fornecidos por bandeja internas, enchimentoestruturado ou outra estrutura que proporcione superfícies no interiordo dispositivo para transferência de massa entre as fases gasosa elíquida presentes no dispositivo. São preferíveis pelo menos cerca de 20estágios de equilíbrio teóricos para essas separações. A eficiência daseparação aumenta com o aumento dos estágios de equilíbrio teóricos,sendo mantidos os outros fatores, de forma que não existe limitesuperior para o número de estágios de equilíbrio que possam serincluídos nos dispositivos de separação usados de acordo com ainvenção. Todavia, por razões práticas, a separação de forma que umgás de saída do dispositivo de separação contenha 10% em peso oumenos do teor de solvente de ácido monocarboxílico da fase de vapor deentrada para o dispositivo pode ser efetuada com pelo menos cerca de20 estágios de equilíbrio teóricos e graus de separação além daquelesfornecidos por cerca de 70 desses estágios tornam estágios adicionaisimpraticáveis ou economicamente ineficientes.

Um dispositivo de separação preferido com enchimento estrutu-rado tem pelo menos cerca de 3 leitos ou zonas de enchimento e, commaior preferência, cerca de 4 a cerca de 6 desses leitos, para proporcio-nar superfície adequada e estágios de equilíbrio teóricos para a separa-ção. Um exemplo de um material de enchimento apropriado é o enchi-mento estruturado Flexipac, que está disponível a partir de KGGP LLCna forma de folhas finas de metal corrugado dispostas numa relação delinhas cruzadas para criar canais de fluxo e de forma que suas interse-ções criem pontos de mistura para as fases líquida e vapor. Para umdispositivo de separação preferido com bandejas, são preferidas asbandejas na forma ou de peneira ou de borbulhamento e preferencial-mente têm eflciências de separação de cerca de 40 a cerca de 60%. Onúmero de bandejas para ura dado número de estágios de equilíbrioteóricos pode ser calculado pela divisão do número de estágios pelaeficiência das bandejas.

Em uso no processo, as fases gasosa e líquida introduzidas nodispositivo de separação e presentes no mesmo estão a elevadastemperaturas e incluem água, ácido monocarboxílico e outros compo-nentes corrosivos, por exemplo, compostos de bromo e seus produtos dedissociação tais como brometo de hidrogênio que estão presentes no gásda parte superior da reação de oxidação quando o catalisador usadopara a oxidação inclui uma fonte de bromo. Desta forma, em modalida-des preferidas da invenção, a estrutura interna e outros aspectos dodispositivo de separação que contatam os gases e líquidos durante aoperação do processo são construídos de metais apropriados pararesistir à corrosão e outros danos devidos a esses contatos. O metaltitânio é um material preferido de construção para essas superfícies,incluindo bandejas, enchimentos ou outra estrutura da zona de fracio-namento. As superfícies de titânio dessa estrutura podem estar sujeitasa acúmulos indesejáveis de depósitos sólidos compreendendo óxidos deferro de impurezas presentes em vários líquidos do processo circuladosatravés do equipamento. Os processos para controlar acumulações dedepósitos de óxido de ferro ou teor de impurezas de ferro solúvel emprocessos líquidos são descritos nas Patentes comumente cedidas US6.852.879 e US 2002/374719 que são aqui incorporadas por referência.

Conforme mostrado na Figura 1, a coluna de destilação 6 de altaeficiência efetua uma separação de alta eficiência do vapor da partesuperior da reação. Uma corrente de fundo líquida 121 resultante daseparação a alta eficiência e compreendendo primariamente solventeácido acético é retornada para o vaso reator 4.

O dispositivo de separação do equipamento de acordo com esteaspecto da invenção está em comunicação de fluxo com o meio conden-sante. O meio condensante é adaptado para receber uma corrente degás que compreende uma corrente da parte superior gasosa a altapressão removida a partir do dispositivo de separação e para condensarparcialmente a partir da corrente da parte superior gasosa a altapressão um líquido condensado compreendendo água substancialmenteisento de impurezas orgânicas, também deixando um gás liberado docondensador a alta pressão que compreende componentes não conden-sáveis do gás introduzido no dispositivo de separação e desde cerca de40% em peso até aproximadamente 80% em peso de vapor de águapresente na corrente da parte superior gasosa a alta pressão. O meiocondensante também compreende pelo menos uma saída para remoçãode condensado líquido condensado do gás introduzido no mesmo e ummeio indireto de troca de calor para a transferência de calor entre o gásde entrada e um fluido trocador de calor que é introduzido no dispositi-vo a uma temperatura ou pressão mais baixa e removido a uma tempe-ratura ou pressão mais alta. O meio condensante opcionalmentetambém inclui meio para direcionar o condensado líquido para oequipamento de purificação, estando esse meio preferivelmente emcomunicação de fluxo com pelo menos um vaso ou meio de recepção delíquido num equipamento de processo de purificação, de forma que ocondensado líquido removido através de uma saída para remoção decondensado possa ser transferido diretamente para o equipamento depurificação. O meio condensante pode compreender um único ou umasérie de dispositivos trocadores de calor, tais como trocadores de calorde casco e tubo, trocadores de calor de placa e estrutura ou outrosdispositivos trocadores de calor apropriados, em que o calor do gás deentrada é transferido para um meio de troca de calor tal como a água,vapor ou outro fluido de transferência de calor, para aumentar atemperatura ou pressão do fluido trocador de calor. O uso de múltiplosdispositivos de troca de calor em série pode ser vantajoso para gerarvapor ou outros fluidos trocadores de calor a diferentes temperaturas epressões e condensado líquido a diferentes temperaturas para usos comdiferentes requerimentos ou preferências de pressões de vapor e tempe-ratura de líquido.O condensador é tipicamente construído de metais ou ligas carac-terizadas pela resistência à corrosão apropriadas à natureza dascorrentes de gás a alta temperatura e líquidos resfriados presentescirculados ou presentes no mesmo durante o uso do processo. Sãopreferíveis superfícies internas de aço inox, embora também sejamapropriados outros metais e ligas.

Referindo-se novamente à Figura 1, uma corrente da parte supe-rior gasosa a alta pressão 123 resultante da separação de alta eficiênciae compreendendo primariamente água e contendo também gás oxidantenão reagido é direcionada para um condensador 8 onde ela é parcial-mente condensada de forma que a água na corrente da parte superiorgasosa a alta pressão 123 e preferivelmente cerca de 30% em peso aaproximadamente 50% em peso da água na corrente da parte superiorgasosa a alta pressão sejam convertidos na forma líquida e transferidasvia linha 25 para o topo da coluna de destilação de alta eficiência 6,para uso como refluxo na coluna. A energia é extraída durante acondensação parcial pela troca de calor a partir do condensador 8 commaterial de absorção de calor tal com a água. O gás liberado a altapressão 127 é direcionado do condensador 8 para um pré-aquecedor 10onde é aquecido. O gás liberado a alta pressão aquecido 129 é direcio-nado para uma unidade de tratamento de oxidação 12 onde os compo-nentes orgânicos e subprodutos no gás liberado a alta pressão aquecido129 são oxidados a compostos mais apropriados para gerenciamentoambiental benéfico. O gás liberado a alta pressão oxidado 131 é direcio-nado para um expansor 14 que é conectado ao gerador 16. A energia dogás liberado a alta pressão oxidado 131 é convertida em trabalho noexpansor 14 e esse trabalho é convertido em energia elétrica 135 pelogerador 16. O gás do respiradouro 133 que sai do expansor 14 épreferivelmente tratado antes da liberação para a atmosfera. Essetratamento pode incluir a depuração cáustica, para remover quaisquerimpurezas restantes, tais como bromo, antes da liberação para aatmosfera. Esse tratamento pode também incluir a remoção de águaque pode ser usada em outro lugar no processo, usada em processosrelacionados, usada em outros processos ou descartada.

Nos esquemas de recuperação de energia existentes, ao invés decondensar parcialmente a corrente da parte superior gasosa a altapressão 123 usando o condensador 8, a corrente da parte superiorgasosa a alta pressão 123 teria sido completamente condensada e aenergia seria extraída durante a condensação completa pela troca decalor com um material de absorção de calor apropriado. O gás liberadoa alta pressão resultante da completa condensação seria compreendidoem grande parte de gás nitrogênio e outros não condensáveis e teriamuito pouca água, se fosse o caso. Esse gás liberado a alta pressãoresultante da condensação completa pode ser sujeito a recuperação deenergia adicional usando um expansor. Esse esquema de condensaçãocompleto, todavia, resulta em significativamente menos energia recupe-rada do que a combinação da recuperação de energia de calor usando acondensação parcial e a recuperação de energia na forma de trabalho,de acordo com esta invenção. Embora a condensação parcial resulte emmenos energia recuperada do processo de extração de calor, o aumentona recuperação de energia da extração de trabalho é maior do que aenergia não recuperada do processo de extração de calor. O benefícionão esperado desta invenção pode ainda ser demonstrado com referên-cia à Figura 2, que é um exemplo comparativo da recuperação deenergia a partir da oxidação em fase líquida de hidrocarbonetos aromá-ticos para produzir ácidos carboxílicos aromáticos, e com referência àFigura 3.

Na Figura 2, o vapor da parte superior do reator Illa partir doreator 4 ê direcionado para uma coluna de destilação de alta eficiência6 que efetua uma separação de alta eficiência do vapor da parte superi-or do reator 111. Uma corrente de fundo líquida 121 da coluna dedestilação de alta eficiência 6 é retornada para o reator 4.

Na Figura 2, uma corrente da parte superior gasosa a alta pres-são 223 é direcionada para um pré-aquecedor 20, onde ela é aquecidana preparação para tratamento de oxidação para destruição de impure-zas orgânicas no gás liberado. O vapor a alta pressão aquecido 229 édirecionado para uma unidade de tratamento de oxidação catalítica 22onde são oxidados os componentes orgânicos e subprodutos na corren-te de alta pressão aquecida 223 a compostos mais apropriados paragerenciamento ambiental benéfico. A corrente a alta pressão oxidada231 é direcionada para um expansor 24, para recuperação de energia, eo gás do respiradouro esgotado de energia 233 sai do expansor 24. Aenergia da corrente a alta pressão oxidada 231 é convertida em trabalhono expansor 24 e esse trabalho é convertido em energia elétrica 235pelo gerador 26.

A Figura 3 ilustra a recuperação de energia surpreendentementebenéfica alcançada numa modalidade desta invenção, em comparaçãocom modalidades comparáveis de certos outros métodos sob condiçõesde processo similares. Os exemplos A, B e C representam a energia queseria recuperada a partir de um processo de oxidação em fase líquidapara conversão de hidrocarbonetos aromáticos em ácidos carboxílicosaromáticos tendo 2 moles de oxigênio consumidas para cada mol dehidrocarboneto aromático produzido, onde o reator é operado a cerca de197°C e cerca de 16 kg/cm2 e onde o ácido acético é usado comosolvente de reação e a fase líquida é mantida com cerca de 14% em pesode água e onde o vapor da parte superior do reator compreende cerca de5% em peso de oxigênio. Nesse processo, a separação de alta eficiênciaé efetuada no vapor da parte superior do reator de forma que mais de98% em peso de ácido acético presente no vapor da parte superior doreator sejam removidos para formar uma corrente da parte superiorgasosa a alta pressão.

A barra A representa a recuperação de energia nesse processo sea energia foi extraída como calor usando a condensação completa dacorrente da parte superior gasosa a alta pressão e adicional energia tevetrabalho extraído pela sujeição do gás liberado a alta pressão a partirdessa condensação completa (contendo primariamente nitrogênio eoutros não condensáveis) para a recuperação de energia adicional naforma de calor usando um expansor. A área preenchida das barrasrepresenta a energia recuperada na forma de trabalho da expansão e aárea clara da barra representa a energia recuperada na forma de calorusando um condensador.

A barra B mostra a energia recuperada num processo que usa asmesmas condições de oxidação e separação de alta eficiência conformeusadas para a barra A, se a energia recuperada fosse conduzida comomostrado na Figura 2. O processo da Figura 2 não envolve a recupera-ção de energia de calor a partir da condensação e repousa somente narecuperação de energia na forma de trabalho, ao direcionar a correnteda parte superior gasosa a alta pressão para um expansor. A barra Crepresenta a energia recuperada, usando as mesmas condições deoxidação e separação de alta eficiência que as usadas para a barra A, sea recuperação de energia foi conduzida de acordo com uma modalidadedesta invenção.

Uma comparação entre as barras AeB revela menos do que 2%de diferença na energia recuperada, se o processo for conduzido deacordo com a Figura 2 ou usando o esquema de recuperação de energiaque utiliza a condensação completa seguida pela expansão de gases nãocondensáveis. Baseado na energia recuperada nos esforços da técnicaanterior para recuperar energia a partir do vapor da parte superior doreator de oxidação a partir da oxidação em fase líquida de hidrocarbo-netos aromáticos para formar ácidos carboxílicos aromáticos, não teriasido esperado que um processo conduzido de acordo com esta invençãoalcançasse nenhum aumento significativo na energia recuperada.Todavia, como mostrado pela barra C, surpreendentemente constata-mos que esta invenção pode alcançar um aumento na recuperação deenergia maior do que 16% em comparação com a barra A. Emboramenos energia seja recuperada a partir do condensador como resultadoda condensação parcial, o aumento surpreendentemente maior deenergia recuperada a partir do expansor resulta em maior recuperaçãode energia global.

A recuperação significativamente maior de energia realizada poresta invenção permite utilização mais efetiva dos recursos de energia ereduz significativamente o consumo de energia líquida na fabricação deácidos carboxílicos aromáticos a partir de hidrocarbonetos aromáticos.

Além disso, essa recuperação significativamente maior de energia reduzsignificativamente a energia líquida necessária para produzir muitoscompostos químicos e polímeros que são derivados de ácidos carboxíli-cos aromáticos.

Claims (20)

"Processos de Produção de Ácido Carboxílico Aromáticoe de Recuperação de Energia e Respectivo Equipamento"

1. - Processo de Recuperação de Energia, durante a produção deácidos carboxílicos aromáticos por oxidação em fase líquida de hidro-carbonetos aromáticos, em que é formado vapor na parte superior dareação, compreendendo solvente de reação e água, caracterizado porque compreende as etapas de:a) efetuar uma separação de alta eficiência no vapor da par-lo te superior da reação para formar pelo menos uma corrente na partesuperior gasosa a alta pressão compreendendo água e impurezasorgânicas;b) recuperar energia a partir do calor da corrente na partesuperior gasosa a alta pressão pela troca de calor com um material deabsorção de calor apropriado de forma que seja formado um condensa-do compreendendo de cerca de 20% em peso a cerca de 60% em peso daágua presente na corrente na parte superior gasosa a alta pressão eseja formado um gás liberado a alta pressão; ec) recuperar a energia em forma de trabalho do gás liberadoa alta pressão.

2. - Processo de Recuperação de Energia, durante a produção deácidos carboxílicos aromáticos por oxidação em fase líquida de hidro-carbonetos aromáticos,, de acordo com a Reivindicação 1, caracteriza-do por que ainda compreende a etapa de oxidação de pelo menos umaparte das impurezas orgânicas pela colocação do gás liberado a altapressão à oxidação térmica antes da recuperação de energia na formade trabalho do gás liberado a alta pressão.

3. - Processo de Recuperação de Energia, durante a produção deácidos carboxílicos aromáticos por oxidação em fase líquida de hidro-carbonetos aromáticos,, de acordo com a Reivindicação 1, caracteriza-do por que a etapa de recuperação de energia na forma de trabalho apartir do gás liberado a alta pressão compreende direcionar pelo menosuma parte do gás liberado a alta pressão para um expansor.

4. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, caracte-rizado por que compreende as etapas de:a) oxidar, numa zona de reação que compreende pelo menosum vaso de reação, um hidrocarboneto aromático com um gás oxidantepara formar ácido carboxílico aromático num solvente de reação quecompreende um ácido monocarboxílico Ci-Ce na presença de umcatalisador compreendendo pelo menos um metal pesado com um pesoatômico na faixa na faixa de cerca de 23 a cerca de 178 e um promotorde halogênio sob condições de fase líquida a temperaturas na faixa decerca de 120°C ate aproximadamente 250°C para formar um produtoácido carboxílico aromático e um vapor na parte superior da reaçãocompreendendo vapores de água e solventeb) efetuar uma separação de alta eficiência em pelo menosuma parte do vapor na parte superior da reação para formar umacorrente de fundo líquida que compreende pelo menos 95% em peso dosolvente do vapor na parte superior da reação e uma corrente na partesuperior gasosa a alta pressão que compreende pelo menos 50% empeso de água da parte removida do vapor na parte superior da reação;c) recuperar energia na forma de calor pela troca de calor apartir da corrente da parte superior gasosa a alta pressão com ummaterial de absorção de calor apropriado de forma que seja formado umcondensado que compreende cerca de 20% em peso a aproximadamente 60% em peso de água na corrente na parte superior gasosa a altapressão e seja formado um gás liberado a alta pressão; ed) recuperar energia na forma de trabalho a partir do gás li-berado a alta pressão.

5. Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, de acordocom a Reivindicação 4, caracterizado por que ainda compreende aetapa de retornar pelo menos uma parte da corrente de fundo líquidapara a zona de reação.

6. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, de acordocom a Reivindicação 4, caracterizado por que a etapa de recuperaçãode energia na forma de trabalho do gás liberado a alta pressão compre-ende direcionar pelo menos uma parte do gás liberado a alta pressãopara um expansor.

7. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, de acordocom a Reivindicação 4, caracterizado por que o solvente de ácidomonocarboxílico Ci-Cs é o ácido acético.

8. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, de acordocom a Reivindicação 4, caracterizado por que pelo menos um metalpesado apropriado compreende cobalto e um ou mais metal secundárioselecionado do grupo que consiste em manganês, cério, zircônio eháfnio.

9. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, de acordocom a Reivindicação 8, caracterizado por que pelo menos um metalpesado apropriado está presente numa quantidade que varia desdecerca de 100 ppm em peso até aproximadamente 6.000 ppm em peso.

10. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, deacordo com a Reivindicação 8, caracterizado por o promotor de halogê-nio é um promotor de bromo.

11. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, deacordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que o promotor debromo compreende um ou mais compostos de bromo selecionados apartir do grupo que consiste em Br2, HBr, NaBr, KBr, NFUBr, brometode benzila, ácido bromo acético, ácido dibromo acético, tetrabromoeta-no, dibrometo de etileno, brometo de bromo acetila, bromoantracenos edibromoantraceno.

12. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, deacordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que a etapa derecuperação de energia na forma de trabalho a partir do gás liberado aalta pressão compreende direcionar pelo menos uma parte do gásliberado a alta pressão para um expansor.

13. - Processo de Produção de Ácido Carboxílico Aromático, deacordo com a Reivindicação 4, caracterizado por que a oxidação éconduzida a uma pressão na faixa de cerca de 5 a cerca de 40 kg/cm2relativa.

14. - Processo de Produção de Ácido Carboxilico Aromático, deacordo com a Reivindicação 13, caracterizado por que o ácido carboxí-lico aromático é o ácido tereftálico.

15. - Processo de Produção de Ácido Carboxilico Aromático, deacordo com a Reivindicação 14, caracterizado por que o hidrocarbone-to aromático compreende para-xileno.

16. - Equipamento de Recuperação Eficiente de Energia, a partir dovapor na parte superior da reação, formado durante a produção deácido carboxílico aromático pela oxidação em fase líquida de hidrocar-boneto aromático, caracterizado por que o equipamento compreende:a) um vaso de reação tendo um respiradouro para remoçãodo vapor na parte superior da reação;b) um equipamento de separação de alta eficiência em co-municação de fluido com o vaso de reação tendo pelo menos umaentrada de vapor para receber o vapor da parte superior da reação apartir do vaso de reação, pelo menos uma entrada de líquido parareceber líquido para contato em contracorrente com o vapor da partesuperior da reação, pelo menos uma saída de líquido para remoção dolíquido e pelo menos uma saída de gás para remoção de uma correnteda parte superior gasosa a alta pressão;c) um condensador em comunicação de fluido com o equi-pamento de separação de alta eficiência, sendo o condensador adaptadopara extrair energia da corrente da parte superior gasosa a alta pressãopor condensação parcial de pelo menos uma parte da corrente da partesuperior gasosa a alta pressão e troca de calor com um material deabsorção de calor; ed) um expansor em comunicação de fluido com o condensa-dor tendo pelo menos uma entrada para receber gás liberado compre-endendo água e pelo menos uma saída para expelir gás do respiradouroa uma pressão mais baixa do que aquela do gás liberado.

17. - Equipamento de Recuperação Eficiente de Energia, de acordocom a Reivindicação 16, caracterizado por que o equipamento deseparação de alta eficiência pode ser uma ou mais colunas de destilaçãode alta eficiência.

18. - Equipamento de Recuperação Eficiente de Energia, de acordocom a Reivindicação 17, caracterizado por que o condensador éadaptado para condensar desde cerca de 20% em peso até aproxima-damente 60% em peso da água presente na corrente gasosa na partesuperior a alta pressão.

19. - Equipamento de Recuperação Eficiente de Energia, de acordocom a Reivindicação 16, caracterizado por que ainda compreende umaunidade de oxidação térmica em comunicação de fluido com o conden-sador e o expansor.

20. - Equipamento de Recuperação Eficiente de Energia, de acordocom a Reivindicação 16, caracterizado por que o condensador podeainda ser adaptado para retornar fluido condensado a partir do conden-sador para o equipamento de separação de alta eficiência.