CN101318894A

CN101318894A - 对苯二甲酸的分离提纯方法及其装置

Info

Publication number: CN101318894A
Application number: CNA2007101082386A
Authority: CN
Inventors: 罗文德; 周华堂; 姚瑞奎; 张莼; 陈燕玲; 李利军
Original assignee: China Textile Industry Design Institute
Current assignee: China Kunlun Contracting and Engineering Corp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: CN101318894B

Abstract

本发明提供了一种用于分离提纯对苯二甲酸的方法，包括如下步骤：(a)将含有对苯二甲酸晶体的浆料在旋转压力过滤机中过滤；(b)将来自步骤(a)的滤饼再浆，形成再浆料；(c)将来自步骤(b)的再浆料在旋转真空过滤机中过滤。本发明还提供了用于实施所述方法的系统，包括沿着物流流动方向顺序连接的旋转压力过滤机、再浆槽和旋转真空过滤机。

Description

对苯二甲酸的分离提纯方法及其装置

技术领域

本发明涉及化合物的分离提纯方法，尤其涉及对苯二甲酸的分离提纯方法。

背景技术

精对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯(PET)的重要原料之一。随着PET工业的快速发展，对PTA的需求量也迅速增加。目前，常用的对苯二甲酸(TA)的生产方法是将对二甲苯氧化、结晶，制得含大量杂质的粗对苯二甲酸(CTA)，然后在高温高压下将CTA溶解在水中，在催化剂的作用下进行加氢精制，使得原来不溶于水的杂质溶解在水中，随后将浆料进行降温降压结晶和分离提纯，获得最终的精对苯二甲酸(PTA)。

PTA分离提纯法有一步法和两步法之分。一步法即在一道过滤机中集成了浆料的过滤、洗涤、干燥和卸料过程；两步法则是在一道过滤机中实现固液分离过程后，用除盐水将固体分离物再制成浆料，然后将其送入二道过滤机过滤分离，滤饼经干燥后获得最终制品PTA。

传统两步法工艺的分离提纯过程为：沉降式压力离心机+常压式离心机或沉降式压力离心机+旋转真空过滤机(RVF)，即采用沉降式压力离心机将最后一道结晶器排出的浆料进行固液分离，滤饼含湿量为12-15重量％。之后在压力条件下用除盐水再浆洗涤，再浆料加入二道过滤机(沉降式常压离心机或者RVF)分离过滤，滤饼经干燥机干燥后获得制品PTA。这种方法存在的问题在于沉降式压力离心机为高速旋转设备(一般转速为～3000RPM)，故障多，密封件易损，维修费用高，投资和能耗大。

为了对此进行改进，最近吴荣汉(CN1264802C)提出采用组合“旋转压力过滤机(RPF)+旋转压力过滤机(RPF)”的方法来分离提纯粗对苯二甲酸，其中每道旋转压力过滤机都分成液压过滤、气压过滤和卸料三个功能区。这种工艺可以保证粗对苯二甲酸的洗涤效果，但是设备投资相对较高。

所以，本发明致力于采用既能保证洗涤除杂效果，又能降低设备投资的分离提纯对苯二甲酸的方法及相应系统。

发明内容

本发明的目标是提供一种既能保证洗涤除杂效果、又能降低设备投资、并实现生产上稳定运转的对苯二甲酸分离提纯方法及其采用的系统。本发明的这一目标通过实施如下技术方案得以实现。

本发明的一个实施方案提供了一种用于分离提纯对苯二甲酸的方法，包括如下步骤：(a)将含有对苯二甲酸晶体的浆料在旋转压力过滤机中过滤；(b)将来自步骤(a)的滤饼再浆，形成再浆料；和(c)将来自步骤(b)的再浆料在旋转真空过滤机中过滤。

本发明的另一实施方案提供了用于分离提纯对苯二甲酸的系统，包括沿着物流流动方向顺序连接的旋转压力过滤机、再浆槽和旋转真空过滤机。

根据本发明的实施方案，所得滤饼的含湿量为大约10％，p-TA含量为大约90ppm。

本发明的优点是，除盐水用量可调，工艺可调参数多、范围大，产品质量有保证，操作稳定，能耗低，设备投资费用低。

附图说明

图1给出了根据本发明采用“旋转压力过滤机(RPF)+旋转真空过滤机(RVF)”的组合来两步分离提纯对苯二甲酸的工艺原理图。

图2给出了根据本发明采用“旋转压力过滤机+旋转真空过滤机”的组合来两步分离提纯对苯二甲酸的工艺物料平衡图。

具体实施方式

本发明的一个实施方案提供了一种用于分离提纯对苯二甲酸的方法，包括如下步骤：(a)将含有对苯二甲酸晶体的浆料通过旋转压力过滤机过滤；(b)将来自步骤(a)的滤饼再浆，形成再浆料；和(c)将来自步骤(b)的再浆料在旋转真空过滤机中过滤。

本说明书中的“除盐水”即为通过本领域已知的各种方法除去离子后形成的水，一般电导率为0.5～2μs/cm，优选1μs/cm。

适用于本发明进行分离提纯的CTA浆料可以是任何含有TA晶体的浆料，优选是TA精制单元的最后一道结晶器的CTA浆料。所述CTA浆料包含溶剂比如水、TA和可溶性杂质。所述可溶性杂质主要是p-TA。该浆料在进入旋转压力过滤机之前的温度和所处的压力使得杂质p-TA等溶解在所述浆料中。所述温度和压力比如145℃-150℃和0.3-0.4MPaG。

适用于本发明的旋转压力过滤机(RPF)可以是本领域所公知的任何旋转压力过滤机，如BHS、ANDRITZ等。BHS旋转压力过滤机是以密封块将过滤转鼓分成不同操作压力的功能区，一般分为过滤区、除湿区和卸料区。在本发明中，优选分为过滤区、除湿区、卸料区和冲洗区。转鼓上安装若干个过滤单元，每个过滤单元均有导管通入控制头，通过控制头实现各种功能，过滤、洗涤、干燥都在压力下进行。各个功能区之间以密封填料和氮气分隔开，密封氮气的压力为大约0.7MpaG。

根据本发明的一个方面，在步骤(a)中，将含有对苯二甲酸晶体的浆料引入旋转压力过滤机的过滤区，过滤区中过滤组件两侧的压降保持在0.05～0.2MPa，优选0.15MPa。所述压降通过进料压力和滤液排出进行调节。过滤机的过滤能力取决于过滤面积、过滤两侧压降和旋转压力过滤机的转速。在过滤区中形成的滤饼厚度可以为10-160mm，优选100～150mm，更优选120mm。过滤形成的滤液通过导管和控制头进入滤液槽，滤液槽内的压力和温度优选和对苯二甲酸制备工艺中的最后一道结晶器相同。滤液槽内的滤液通过液位控制进入PTA母液回收系统。

根据本发明的一个方面，在步骤(a)中，将在旋转压力过滤机的过滤区中形成的滤饼在过滤机的除湿区内进行干燥除湿。所述除湿区内气压控制在0.4～0.6MPa，优选0.45-0.55MPa，从而将滤饼两侧压降维持在0.05～0.2MPa，优选大约0.15MPa。所述气压由气体提供。所述气体可以选自空气、氮气等，优选氮气。在此步骤中，将滤饼除湿至滤饼含湿量为8～15％，优选大约10～12％。滤饼含湿量和除湿区面积有关，可以通过调节干燥气体的压力(气体量)来达到规定含湿量。所得滤饼中p-TA含量为250～350ppm，优选300ppm。

根据本发明的一个方面，在步骤(a)中，当干燥除湿后的滤饼旋转至旋转压力过滤机的卸料区时，滤饼在氮气吹动和/或刮刀作用下从过滤组件上脱落，进入再浆槽。

根据本发明的一个方面，在步骤(a)中，任选地，卸除滤饼后的过滤组件旋转至滤布冲洗区，用热除盐水反冲滤布，清除滤布孔隙中可能存在的细微颗粒。然后，将过滤组件旋转回到过滤区，重复上述过程。

根据本发明的一个方面，在步骤(b)中，来自旋转压力过滤机的滤饼在再浆槽内采用除盐水再浆。

适用于本发明的再浆槽可以是本领域公知的任何再浆槽，该再浆槽内设置有搅拌器，以防止再浆料在再浆槽中发生沉淀。再浆槽内的温度和压力保持在使再浆料中的杂质充分溶解的温度和压力，如90～100℃，优选95℃。再浆形成的再浆料的浓度为35～40％，优选是38％。

再浆槽中的再浆料可以通过泵送到旋转真空过滤机的料液槽中。所述泵可以是本领域公知的任何泵，在此不再详细描述。

适用于本发明的旋转真空过滤机(RVF)可以是本领域公知的任何旋转真空过滤机，例如：Bird、MKK、成都云翔等。旋转真空过滤机的一般结构是将转鼓安装在常压容器内，转鼓滤网上铺设滤布，利用转鼓内中心管抽真空，使转鼓滤层两侧产生压差(过滤推动力)，以此实现固液分离过滤。转鼓转速一般为3-20rpm。在本发明中，旋转真空过滤机任选地可以分成过滤区、洗涤区、卸料区和冲洗区。

根据本发明的一个方面，在步骤(c)中，旋转真空过滤机中的真空度可以是大约0.04～0.06MPa，优选0.05MPa。

根据本发明的一个方面，在步骤(c)中，为了防止在旋转真空过滤机的料液槽中出现固体沉淀，优选引入到料液槽中的再浆料的一部分，优选30～60％，更优选大约50％，以溢流形式返回到再浆槽。通过再浆料的流动在料液槽中起到搅拌作用。当旋转真空过滤机的转鼓浸入料液槽时，所形成的滤饼厚度取决于转鼓转速，可以是3～20rpm，优选～6rpm。滤饼厚度一般为10～20mm。当旋转真空过滤机的转鼓旋转离开料液槽时，滤饼在真空抽吸作用下干燥除湿，使含水量低于大约10％。

根据本发明的一个方面，在步骤(c)中，任选地，干燥除湿后的滤饼可以采用热除盐水在洗涤区中进行冲洗，具体取决于最终制品所需的纯度以及前面工艺步骤的过滤洗涤效果。热除盐水的温度为90-100℃，优选大约92℃。除盐水的流速优选为大约2500kg/h。如果进行了冲洗，则在转鼓旋转出所述洗涤区时在真空抽吸作用下干燥除湿，使含水量低于大约10％。

根据本发明的一个方面，在步骤(c)中，干燥除湿后的滤饼在反吹气体的作用下从过滤组件上脱落。所述反吹气体可以是空气、氮气等，优选氮气。

根据本发明的一个方面，在步骤(c)中，脱除滤饼后的过滤组件采用除盐水冲洗，去除其孔隙中可能存在的细微晶粒。

在本发明的分离提纯对苯二甲酸的方法中，从旋转真空过滤机中排出的液体和气体抽入真空系统，经滤液分离器分离，滤液在液位控制下排入干燥机淋洗塔喷淋，气体经冷凝冷却后进入液环泵，真空液环泵排出物料经气液分离，气体返回旋转真空过滤机作为反吹气循环使用，液体在液位控制下亦排入干燥机淋洗塔。

所述旋转压力过滤机和旋转真空过滤机中的过滤组件包括滤布和用于固定滤布的部件。所述滤布可以是本领域公知的任何滤布，其孔径是50～250μm多层复合滤布，可以是PEEK材料。

本发明还提供了用于通过旋转压力过滤机(HBF)和旋转真空过滤机(RVF)分离提纯对苯二甲酸的系统，该系统包括沿着物流流动方向连接的旋转压力过滤机、再浆槽和旋转真空过滤机。所述旋转压力过滤机、再浆槽和旋转真空过滤机的具体情况如上所述。举例而言，对60万吨/年PTA装置来说，旋转压力过滤机的过滤面积～5m²，旋转真空过滤机的过滤面积～18m²，再浆槽的容积为～80m³。

根据本发明采用“旋转压力过滤机+旋转真空过滤机”来分离提纯对苯二甲酸，不仅能够获得杂质含量低的PTA产品，而且和现有的两步法(比如上述的“旋转压力过滤机+旋转压力过滤机”)相比，除盐水用量可调，工艺可调参数多、范围大，操作稳定，能耗低，设备投资费用低。表1给出了采用本发明的“旋转压力过滤机(RPF)+旋转真空过滤机(RVF)”和现有技术的“旋转压力过滤机+旋转压力过滤机”在分离提纯CTA上方面的比较结果。

表1.本发明的“RPF+RVF”和现有技术在分离提纯CTA方面的比较结果

项目	BHS^*+RVF	RPF+RPF
项目	BHS^*+RVF	RPF+RPF	RPF滤饼厚度cm	～12	～15
最终产品P-TA残留(ppm)	～100(可调手段多)	～150(可调手段少)	RPF滤饼厚度cm	～12	～15
最终产品P-TA残留(ppm)	～100(可调手段多)	～150(可调手段少)	操作维护(更换滤布、密封件)	8～24小时/次	8～24小时/次
投资(以60万吨/年规模为例)万元	4000	～4500	操作维护(更换滤布、密封件)	8～24小时/次	8～24小时/次
投资(以60万吨/年规模为例)万元	4000	～4500	年运转费(以60万吨/年规模为例)万元	～200	～200
其它特点	RVF已国产化，价格较低，且有长期操作经验		年运转费(以60万吨/年规模为例)万元	～200	～200

^*其中，RPF以BHS型旋转压力过滤机为例。

下面将结合实施例和附图进一步描述本发明。需要指出的是，所述实施例和附图仅仅用于对本发明的描述而不是限制本发明。

如图1所示，根据本发明的一个具体实施方案，采用“旋转压力过滤机+旋转真空过滤机”分离提纯对苯二甲酸的方法包括如下工艺步骤：

1)将CTA浆料送入旋转压力过滤机(RPF)101的过滤区111过滤，逐渐形成滤饼。滤液通过导管和控制头而进入滤液槽，在液位控制下将滤液送入PTA母液回收系统。

2)当转鼓110旋转至除湿区112时，滤饼在气压下干燥除湿。除湿形成的气液混合物通过导管和控制头而进入气液分离罐，分离罐控制压力为0.3-0.4MPaG。分离罐气相排空。

3)气压除湿后，滤饼旋转至卸料区113，在该区域滤饼脱落，进入再浆槽115。

4)在再浆槽115中用热除盐水洗涤再浆，以形成再浆料。

5)将卸除滤饼后的过滤组件旋转至冲洗区114，用热除盐水反冲，清除滤布孔隙中可能存在的细微颗粒，尔后再旋转至过滤区111，重复上述过程。

6)将再浆料通过泵106泵送入旋转真空过滤机(RVF)201的料液槽221。当RVF转鼓210浸入料液槽221时，在真空抽吸作用下，液体透过滤层进入真空系统，固体则截留在过滤组件上形成滤饼。

7)当其上形成有滤饼的转鼓210旋转脱离料液槽221时，滤饼在真空抽吸作用下干燥除湿。旋转至洗涤区时，任选地用热除盐水再次冲洗滤饼。

8)冲洗后滤饼随转鼓210旋转出洗涤区，在真空抽吸下除湿干燥。

9)脱水干燥后的滤饼旋转至卸料区时，下落进入干燥机中。进行干燥以获得合格产品。

10)脱除滤饼后的过滤组件，用除盐水反冲以洗出孔隙间可能存在的细微晶粒。

实施例

如图1和2所示，将来自第四结晶器的固相含量为～36.5％、粘度～0.7cp、p-TA含量为～1330ppm、TA颗粒的平均直径为110～120μm、压力为0.35MPaG，而且温度约为148℃的CTA浆料，用泵增压至0.55MPaG，然后进料到旋转压力过滤机的过滤区。过滤区内滤布两侧维持压降为大约0.15MPaG。在过滤区中逐渐形成厚度为～120mm的滤饼，滤液通过导管进入温度、压力和第四结晶器相同的滤液槽，在液位控制下将滤液送入PTA母液回收系统。

在旋转压力过滤机内部，通过转鼓旋转将形成的滤饼转到除湿区，在N₂气下进行干燥除湿，气压控制在大约0.55MPaG，维持滤饼两侧压降为大约0.15MPaG。除湿后的滤饼含湿量10～12％，p-TA含量为大约300ppm。将除湿后形成的氮气和水分混合物通过导管、控制头进入脱气气液分离罐，所述分离罐压力控制为0.35MPaG，分离罐气相排空。

将滤饼旋转至卸料区，滤饼在重力和N₂吹动的作用下脱落进入再浆槽。在再浆槽内用大约92℃热除盐水洗涤搅拌，形成固相含量为大约38.5％、p-TA含量为大约130ppm的再浆料。

卸除滤饼后的过滤组件旋转至冲洗区，用温度大约92℃的热除盐水反冲，然后将过滤组件旋转到过滤区。

通过泵306将再浆料泵送到旋转真空过滤机(RVF)的料液槽。为了防止料液槽中出现固体沉积，进料量保持槽中浆料处于溢流状态。当RVF的转鼓进入料液槽时，在真空抽吸下液体透过滤层进入真空系统，而固体则截留在滤布上形成滤饼。当转鼓旋转离开料液槽时，在真空抽吸作用下使滤饼干燥除湿。当旋转至洗涤区时，用大约92℃的热除盐水再次冲洗滤饼。随着转鼓旋转离开洗涤区，滤饼在真空抽吸下发生除湿干燥，得到含湿量为大约10％、p-TA含量为大约90ppm的干燥滤饼。

所述滤饼随着转鼓旋转进入卸料区，用反吹N₂将其吹落进入干燥机干燥，以获得最终制品。而脱除滤饼后的过滤组件随着转鼓进入冲洗区，用大约92℃的除盐水进行冲洗，去除过滤组件孔隙中可能存在的细微固体颗粒。

虽然上面已经结合具体实施方案对本发明进行了详细描述，但是本领域技术人员应该了解在本发明的范围和精神之内，可以对本发明做出各种修改和改变。

Claims

1、一种用于分离提纯对苯二甲酸的方法，包括如下步骤：

(a)将含有对苯二甲酸晶体的浆料在旋转压力过滤机中过滤；

(b)将来自步骤(a)的滤饼再浆，形成再浆料；

(c)将来自步骤(b)的再浆料在旋转真空过滤机中过滤；

由此得到提纯的对苯二甲酸。

2、权利要求1的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于所述旋转压力过滤机分为过滤区、除湿区、卸料区和冲洗区。

3、权利要求2的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(a)中浆料在旋转压力过滤机的过滤区中过滤。

4、权利要求2的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(a)中，滤饼进一步在旋转压力过滤机的除湿区进行气压除湿。

5、权利要求2的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(a)中，滤饼进一步从卸料区排出。

6、权利要求1的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(b)中，采用除盐水进行洗涤再浆。

7、权利要求6的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，步骤(b)在再浆槽中进行。

8、权利要求7的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，再浆槽中的温度和压力使得所述再浆料中的杂质处于溶解状态。

9、权利要求1的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于所述旋转真空过滤机分为过滤区、任选的除湿区、洗涤区、任选的除湿区和卸料区.

10、权利要求9的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(c)中，再浆料在旋转真空过滤机的过滤区中过滤。

11、权利要求10的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(c)中，滤饼任选地进一步在旋转真空过滤机的除湿区进行真空抽吸除湿。

12、权利要求11的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(c)中，滤饼在除湿后在旋转真空过滤机的洗涤区中进一步用除盐水洗涤。

13、权利要求12的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，在步骤(c)中，滤饼在用除盐水洗涤之后在任选的除湿区中再次除湿干燥.

14、权利要求11的分离提纯对苯二甲酸的方法，其特征在于，再次除湿干燥后的滤饼旋转至卸料区卸料。

15、权利要求1-14任一的方法，其特征在于还包括如下步骤：

在步骤(a)中，脱除滤饼后的过滤组件被旋转至冲洗区，用除盐水冲洗过滤组件；冲洗后的过滤组件旋转回到过滤区；

在步骤(c)中，脱除滤饼后的过滤组件用除盐水冲洗，冲洗后的过滤组件旋转回到过滤区。

16、权利要求1-14任一的方法，其特征在于在步骤(c)后所得滤饼的含湿量为10％或以下，p-TA含量为90ppm或以下。

17、权利要求15的方法，其特征在于在步骤(c)后所得滤饼的含湿量为10％或以下，p-TA含量为90ppm或以下。

18、用于分离提纯对苯二甲酸的系统，其中所述系统包括沿着物流流动方向顺序连接的旋转压力过滤机、再浆槽和旋转真空过滤机。

19、权利要求18的用于分离提纯对苯二甲酸的系统，其中所述旋转压力过滤机分为过滤区、除湿区、卸料区和冲洗区。

20、权利要求18-19任一的系统，其中所述旋转真空过滤机分为过滤区、任选的除湿区、洗涤区、任选的除湿区和卸料区。