CN101595159A - 废水处理系统的消除 - Google Patents

Abstract

减少聚酯制造装置中的废水的方法包括其中将来自化学反应器中的至少一个的含乙二醇的组合物提供给水分离塔的步骤。水分离塔被保持在预定的温度范围内，使得存在于水分离塔中的任何乙醛基本上维持在蒸气状态中。包括一种或多种有机化合物的废物－蒸气混合物随后从水分离塔取出并且被燃烧。聚酯制造装置任选地包括具有热交换器的喷淋冷凝器系统，使得当热交换器需要清洗时，使热交换器与源自水分离塔的热乙二醇组合物接触。聚酯制造装置可以被顶和壁围住，使得防止雨水被聚酯制造装置中存在的任何有机化学品污染。

Description

废水处理系统的消除

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年1月30日申请的美国临时申请序列号60/898,327的优先权，其公开内容以其全文引入本文作为参考。

技术领域

本发明通常涉及用于减少化工厂中的废水的方法和系统，尤其是，用于在聚酯形成装置中减少废水的方法和系统。

技术背景

聚酯是用于许多包装和基于纤维的应用中的广泛使用的聚合树脂。聚(对苯二甲酸乙二酯)(“PET”)或改性PET是用于制造充气饮料(beverage)与食品容器所选的聚合物，如用于碳酸充气饮料、水、果汁、食品、洗涤剂、化妆品和其它产品的塑料瓶和罐。这些容器是通过一般包括以下步骤的方法制造的：干燥PET树脂，注塑预成型品和最后拉伸吹塑最终的瓶子。尽管对于这样的应用(特别地食品包装)所需的性能的严格要求(stringent matrix)，PET已经变成大宗(commodity)聚合物。PET还用于许多薄膜和纤维应用中。PET的工业生产是耗能大的，因此在能量消耗方面即使较小的改进也具备可观的工业价值。

在典型的聚酯形成缩聚反应中，二醇如乙二醇与二羧酸或二元羧酸酯反应。在PET的生产中，对苯二甲酸通常在乙二醇中成浆，并且被加热来生产低聚合度的低聚物的混合物。通过添加合适的反应催化剂来促进该反应。因为这些缩合反应的产物往往是可逆的，并且为了提高聚酯的分子量，这种反应通常在具有串联操作的若干反应室的多室缩聚反应系统中进行。一般地，在较高压力下在第一反应器中引入二醇和二羧酸组分。在高温聚合后，所得的聚合物然后被转移到在比第一室低的压力下操作的第二反应室。在这个第二室中聚合物继续增长，而挥发性化合物被除去。对于各个反应器依次重复这一过程，其中每个反应器在越来越低的压力下操作。这种按步骤缩合的结果是形成具有高分子量和较高的比浓对数粘度的聚酯。在这种缩聚方法中，还可以添加各种的添加剂如着色剂和UV抑制剂。缩聚在较高温度(通常在270-305℃)下在真空条件下进行，其中缩合生产的水和乙二醇被除去。缩聚反应的热量一般地由一个或多个炉来提供，如传热介质炉(“HTM炉”)。此外，在缩聚方法期间，形成了许多废化学副产物，其需要进行适当地处理以便满足政府规定。在废物中，在典型的PET方法中形成的副产物是乙酸、各种酸醛、对-二氧己环(dioxane)、1，3-甲基二氧戊环(dioxolane)和未反应的乙二醇。

参考图1，提供了现有技术PET生产设施的简图。聚酯制造装置10包括聚合物制造段12和废物处理段14。聚合物制造段12包括混合罐20，其中混合对苯二甲酸(“TPA”)和乙二醇(“EG”)来形成预聚合的糊状物。在酯化反应器22中输送并且加热这种预聚合的糊状物来形成酯化单体。调节酯化反应器22内的压力来控制乙二醇的沸点并且帮助产物移动到酯化反应器24。在酯化反应器24中将来自酯化反应器22的单体进行附加的加热，但是这一次在比酯化反应器22中的压力低的压力下进行。接下来，将来自酯化反应器24的单体引入预聚物反应器26。在真空下在预聚物反应器26中加热单体而形成预聚物。在预聚物反应器26内，预聚物的比浓对数粘度(inherentviscosity)开始提高。在预聚物反应器26中形成的预聚物顺序地被引入缩聚反应器28并随后引入缩聚反应器30。在比预聚物反应器26中更高的真空下，在缩聚反应器28、30每一个中加热预聚物，以便提高聚合物链长度和比浓对数粘度(inherent viscosity)。在最终的缩聚反应器后，在由泵32产生的压力下将PET聚合物移动通过一个或多个过滤器并随后通过(一个或多个)模头34，形成(一个或多个)PET股36，其通过(一个或多个)切割机40被切割成粒料38。结晶后，将粒料38输送到一个或多个粒料加工台。

仍参考图1，聚酯制造装置10还包括废物处理段14。来自聚合物制造段12的一级或多级的用过的蒸气和液体被引导到水塔系统48中。水塔系统48包括水塔50、入口管道52，54和冷凝器56。用过的蒸气通过入口管道52引入水塔50，而用过的液体通过入口管道54被引入。水塔蒸气从靠近水塔50顶部(即，头部)的区域出来，通过冷凝器56。可冷凝的蒸气在冷凝器56中冷凝并且被引导到回流鼓58中。使用泵60来将液体泵送到回流鼓56外。废水是包括水和乙二醇的含水混合物。现有技术的聚酯形成装置常常包括水分离塔，其接收来自糊状物罐和酯化反应器的乙二醇废物。据观察从废物塔62的头部64取出的流出物常常包含乙醛、对-二氧己环和其它有机组分。对-二氧己环的除去特别地是难题，因为对-二氧己环不能通过任何常规的废水处理过程来处理。代替，对-二氧己环必须被除去和烧掉。不幸地，从回流鼓56收集的液体不能直接地被送到废水设施，因为对-二氧己环的污染。

来自回流鼓56的冷凝物被引导到汽提塔62中。蒸汽通过管道64从汽提塔62取出。除再沸器80外或者代替再沸器80，可以添加蒸汽。来自回流鼓56的冷凝物还可被引导回到水塔50中，如果期望的话。在汽提塔62的顶部，汽提塔62分离出对-二氧己环，其不能被送到废水处理设施。在汽提塔62中，对-二氧己环与水(即蒸汽)结合而形成共沸物，其然后被送到炉64或者被送到具有其它蒸气组分(例如蒸汽、乙醛)的氧化器。来自汽提塔62的底部的流体，其包括水、乙二醇和其它有机物，被送到废水处理设施。这样的废水处理设施的维护是花费大的，而这不与聚合物形成直接相关。再沸器70和泵72也与水塔50有关。使用泵72来将回收的乙二醇通过管道74提供给各个用户。同样地，再沸器80和泵82与汽提塔62有关。使用汽提塔62来引导来自汽提塔62底部的流体。

被送到水塔50的源头废液源自于喷淋冷凝器系统90、92、94。使用喷淋冷凝器90、92、94来液化来自预聚物反应器26、缩聚反应器28和缩聚反应器30的可冷凝的蒸气。在这些换热器中形成固体沉淀物，这需要定期清洗。一般地，使用水来清洗换热器，由此产生了水有机物混合物，其也需要被送到废水处理设施。

最后，还应当理解的是包含通常聚酯制造装置的组分的雨水也提供了受污染的水的来源，这需要在废水处理设施中进行处理。

尽管现有技术的用于制造聚合物粒料(特别地，聚酯粒料)方法和系统工作良好，但是设备往往在制造和维护方面是昂贵的。这样的开支部分地来自于废物-水处理设备，其单独地可能很容易地超过百万美元。

因此，需要较低成本的安装、操作和维护的聚合物加工设备和方法。

发明内容

本发明解决了现有技术的一种或多种问题，这是通过在至少一种实施方案中提供在聚酯制造装置中减少废水的方法而实现，所述聚酯制造装置包括一个或多个化学反应器和与一个或多个化学反应器流体连通的水分离塔。这种实施方案的方法包括将来自化学反应器中的至少一个的含乙二醇的组合物提供给水分离塔。在一种变化中，含乙二醇的组合物包括乙二醇和水。水分离塔将一部分的乙二醇从含乙二醇的组合物中分离。有利地，水分离塔被保持在预定的温度范围内，使得存在于水分离塔中的任何乙醛基本上维持在蒸气状态中。包括一种或多种有机化合物的废物-蒸气混合物随后从水分离塔取出。最后，废物-蒸气混合物被燃烧。在这种实施方案的变化中，聚酯制造装置进一步包括喷淋冷凝器系统，其具有热交换器，使得当热交换器需要清洗时，热交换器接触热乙二醇组合物。在进一步的变化中，聚酯制造装置被顶和壁围住，使得防止雨水被存在于聚酯制造装置中的任何有机化学品污染。分别地，本实施方案的每一废水减少方面允许降低废水处理设施的操作成本。当全部三种减少废水的方法被结合在单个聚酯制造装置中，废水处理设施可以被完全避免。

在本发明的另一实施方案中，提供了具有减少废水排放的聚酯制造装置。聚酯制造装置实现了上述一种或多种方法。这种实施方案的装置包括聚合物形成段和废物处理段。聚合物形成段具有一个或多个化学反应器。废物处理段接收来自聚合物形成段的含乙二醇的流体。废物处理段具有水分离塔，所述水分离塔被保持在预定的温度范围内，使得水分离塔中的任何乙醛基本上维持在蒸气状态中。本实施方案的聚酯制造装置包括与水分离塔流体连通的燃烧设备。

本发明的另外的优点和实施方案将从说明书中显见，或者可以通过本发明的实施来知晓。借助于特别地在所附权利要求中指出的要素和组合，还将实现并且获得本发明的进一步优点。因此，应将理解的是上述概述及以下的详细说明是示范性的并且举例说明本发明的某些实施方案而非对所要求保护的本发明的限制。

附图说明

图1是现有技术聚酯制造装置的示意图，所述现有技术聚酯制造装置具有聚合物制造段和废物处理段；

图2是实现本发明的实施方案的废水减少方法的聚酯制造装置的示意图；

图3是本发明的变化的与反应器连通的喷淋冷凝器的示意图；和

图4是举例说明清洗喷淋冷凝器的示意图。

具体实施方式

现在将详细地谈及目前所优选的本发明的组合物、实施方案和方法，其构成了目前为本发明人所知的实施本发明的最佳方式。附图不必然是按比例的。然而，应将理解的是所公开的实施方案仅仅是本发明的示范性方案，其可以体现在各种备选形式中。因此，本文中公开的细节不应按限制性方式进行解释，而是仅仅作为用于本发明的任何方面的代表性的基础和/或作为用于教导本领域技术人员来不同地使用本发明的代表性的基础。

除实施例中之外，或者在另外显式地指出的情况下，在描述本发明的最宽范围中，在本说明书中表示反应和/或使用的材料或条件的数量的全部数值量应被理解为被“约”字修饰。所述的数值限度内的实施通常是优选的。此外，除非显式地相反陈述：百分数，“的份数”和比值是按重量计算的；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三聚物”等；作为对于在本发明方面的给定目的合适的或优选的材料的组或类的描述意味着所述组或类的任何两个或更多个成员的混合物同样地是合适的或优选的；在化学术语中的组分的描述是指在添加到说明书中所指定的任何组合的时候的组分，并且没有必然地排除一旦混合时在混合物的组分之间的化学相互作用；首字母缩写词或其它缩写的首次定义应用于相同缩写在本文中的全部随后的使用并且加以必要的变更应用于最初定义的缩写的正常的语法变化；并且，除非显式地相反陈述，性能的测量是通过参考相同性能的前述或后述相同的技术测定的。

还要理解的是本发明不局限于如下所述的具体的实施方案和方法，因为具体的组分和/或条件当然可以变化。此外，本文中所使用的术语仅仅用于描述本发明的特定的实施方案的目的并且不意图以任何方式限制。

还必须注意的是，如说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“a(一种)”、“an(一种)”和“the(该)”包括复数对象，除非上下文明确另外地指出。例如，以单数提及某组分意图包括多个组分。

贯穿本申请，在参考出版物的情况下，这些出版物的公开内容以其全部内容据此作为参考结合到本申请中以便更完全地描述本发明所属技术领域的状况。

在本发明的一种实施方案中，提供了在使用乙二醇的聚酯制造装置中减少废水的方法。参考图2，提供了这样的聚酯制造装置的示意图。在图2中所描述的聚酯制造装置是PET制造装置。聚酯制造装置10′包括聚合物形成段12′和废物处理段14′。聚合物形成段12′包括一个或多个化学反应器，其排放各种反应副产物，包括未反应的成分。来自聚酯-形成段14′的用过的液体和气体被废物处理段14′处理。特别地，来自聚酯-形成段14′的用过的液体和气体是含乙二醇的组合物。废物处理段通常将循环一些化学品并且将其它废物化合物转化为安全形式。

聚合物形成段12′的一般构造类似于关于图1说明的上述的现有技术(聚合物形成)段。聚合物形成段12′包括混合罐20，其中对苯二甲酸(“TPA”)和乙二醇(“EG”)被混合而形成预聚合的糊状物。在酯化反应器22中输送并且加热这种预聚合的糊状物来形成酯化单体。调节酯化反应器22内的压力来控制乙二醇的沸点并且帮助产物移动到酯化反应器24。在酯化反应器24中将来自酯化反应器22的单体进行附加的加热，但是这一次在比酯化反应器22中的压力低的压力下进行。接下来，将来自酯化反应器24的单体引入预聚物反应器26。在真空下在预聚物反应器26中加热单体而形成预聚物。在预聚物反应器26内，预聚物的比浓对数粘度(inherent viscosity)开始提高。在预聚物反应器26中形成的预聚物顺序地被引入缩聚反应器28并随后引入缩聚反应器30。在比预聚物反应器26中更高的真空下，在缩聚反应器28、30每一个中加热预聚物，以便提高聚合物链长度和比浓对数粘度(inherent viscosity)。在最终的缩聚反应器后，在由泵32产生的压力下将PET聚合物移动通过一个或多个过滤器并随后通过(一个或多个)模头34，形成(一个或多个)PET股36，其通过(一个或多个)切割机40被切割成粒料38。

仍参考图2，聚酯制造装置10′还包括废物处理段14′。来自聚合物形成段12′的一级或多级的用过的蒸气和液体被引导到水塔系统48′中。在本实施方案中，水塔系统48′包括水塔50′、入口管道52，54和冷凝器100。用过的蒸气通过入口管道52引入水塔50′，而用过的液体通过入口管道54被引入。在本实施方案的变化中，水塔系统48′被维持在这样的温度范围，使得乙醛，如果存在的话，被维持在气体状态中。一般地，分离塔50′被维持在约90℃-约220℃的温度。已经令人惊讶地发现，通过维持水塔系统同时减少从被减少的水分离塔50′取出的在头部中的对-二氧己环，减少了对-二氧己环的形成。在本发明的一些变化中，水塔系统48′从水中分离了至少一部分的乙二醇。水分离塔系统48′被保持在足够的温度下，以便存在于塔中的任何乙醛基本上被维持在蒸气状态中。在一种变化中，本发明的温度要求是通过在水分离塔50′内或者紧邻于水分离塔50′放置冷凝器100实现的。在这种变化的配置中，随后通过管道102从水分离塔50′取出废物-蒸气混合物。废物蒸气混合物包括水和来自分离塔的一种或多种有机化合物。然后，废物蒸气混合物在燃烧设备64中燃烧。

如上所述，废物蒸气混合物包括一种或多种有机化合物。在这种实施方案的一种变化中，废物蒸气混合物包括选自乙二醇、乙醛、对-二氧己环和其组合的有机组分。应该理解的是乙二醇是通常存在的，因为乙二醇存在于被引入水分离塔50′的废水组合物中。在有些情况下，乙二醇被转化为存在于废物蒸气混合物中的一种或多种其它有机化合物。例如，在各种温度与压力下，乙醛和对-二氧己环各自由乙二醇形成。

水分离塔50′被维持在足够的温度以便存在于塔中的任何乙醛基本上处于蒸气状态。为此，在本实施方案的一种变化中，分离塔50′被维持在约60°F-约150°F的温度。在一种改进方案中，在80°F-130°F的温度下从水分离塔50′取出废物蒸气混合物。

在本发明的进一步的改进方案中，在利用燃料作为燃烧源的燃烧设备64中，燃烧废物蒸气混合物。有利地，在燃烧前，废物蒸气混合物与燃料结合。一般地，燃料在100°F-130°F的温度下被引入燃烧设备64。在本发明的又进一步的改进方案中，在110°F-130°F的温度下，燃料被引入燃烧设备64。

参考图2和3，提供了本发明的改进方案，其包括多个喷淋分离器。来自预聚物反应器26、缩聚反应器28和缩聚反应器30的乙二醇和/或其它低沸点化合物分别被引导到喷淋分离器系统110、112、114。从喷淋分离器系统110、112、114收集的废液随后被引导到水分离器系统48′。喷淋分离器系统110、112、114中的每一个具有相似的总体设计。

图3提供了喷淋分离器系统110、112、114的理想化示意图。为了清楚，图3的喷淋分离器将被称为喷淋分离器110，条件是喷淋分离器系统112和114具有相同的总体结构。通过管道118，含乙二醇的蒸气组合物被引入喷淋分离器110。喷淋分离器110包括换热器120，122，其取出来自喷淋分离器110的热量，由此参与含乙二醇的蒸气的冷凝。换热器120，122一般地包括管124，126，热交换流体通过其中。液体来自塔128循环通过热交换器120或热交换器122。将使用的热交换器的选择通过阀130，130′，132，132′，134，134′，136，136′的合适的设置来实现。图3描述这样的方案，其中液体沿方向d₁循环通过热交换器120。此外显示了沿方向d₂通过泵72接收被重获的乙二醇及其他有用的有机物的用户。流体的循环受助于泵140。

参考图4，提供了举例说明在不产生废水的情况下清洗热交换器的示意图。经过一段时间以后，换热器120，122通常被固体堵塞，因为材料沉淀在内壁和管124，126上。在本变化中，换热器120，122的管124，126和内壁当需要时通过将固体溶解在热乙二醇中来进行清洗。在这种改进方案中，阀130，130′，132，132′，134，134′，136，136′被设置使得液体循环通过热交换器122。在图4中所描述的结构中，热交换器120接触包括源自水分离塔50′的热乙二醇的组合物，使得除去在热交换器120上的沉积物。热乙二醇的方向被给出为d₃。在聚合物形成段12的一级或多级中，这样的沉积物任选地反向循环。例如，被溶解的固体被进料回到水分离塔50′或者糊状物罐以便回收固体中所含的原材料。有利地，这种清洗在装配状态(即，没有折卸的情况下)使用热交换器120来进行。在本变化的改进方案中，热乙二醇的进入温度为100℃-250℃。在本变化的另一改进方案中，热乙二醇的进入温度为180℃-210℃。本实施方案的方法可用于处理来自在其废水中排出乙二醇的任何化学反应器的废水。

参考图2，提供了用于消除或减少聚酯制造装置中废水产生的本发明的另外的变化。在这种变化中，聚酯制造装置10′，其包括聚合物形成段12和废物处理段14，被顶140和壁142，144围住来防止雨水受到聚酯制造装置中存在的任何有机化学品的污染。在本发明的变化中，聚合物形成段12和废物处理段14的组分，其包含可以另外接触雨水的有机物，被顶140和壁142，144围住来防止雨水。

虽然已经举例说明和描述了本发明的实施方案，但是不意图这些实施方案举例说明和描述了全部可能的本发明的形式。相反地，说明书中使用的文字是说明性文字而不是限制性文字，要理解的是在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化。

Claims (25)

1.一种减少聚酯制造装置中的废水的方法，所述聚酯制造装置包括一个或多个化学反应器和与一个或多个化学反应器流体连通的水分离塔，该方法包括：

将来自化学反应器中的至少一个的含乙二醇的组合物提供给水分离塔，所述水分离塔将一部分的乙二醇与含乙二醇的组合物分离；

将水分离塔维持在预定的温度范围内，使得水分离塔中存在的任何乙醛基本上被维持在蒸气状态中；

从水分离塔中取出废物-蒸气混合物，其包括一种或多种有机化合物；和

燃烧废物-蒸气混合物。

2.权利要求1的方法，其中来自化学反应器中的至少一个的含乙二醇的组合物进一步包括水。

3.权利要求1的方法，其中废物-蒸气混合物包括有机组分，其选自乙二醇、乙醛、对-二氧己环、1，3-甲基二氧戊环和其组合。

4.权利要求1的方法，其中分离塔被维持在约90℃-约220℃的温度。

5.权利要求1的方法，其中冷凝器位于水分离塔内或者邻近水分离塔，冷凝器以这样的方式被控制，使得分离塔处于预定的温度范围内。

6.权利要求1的方法，其中聚酯形成装置进一步包括一个或多个喷淋冷凝器系统，其接收来自一个或多个化学反应器的乙二醇。

7.权利要求1的方法，其中一个或多个化学反应器包括酯化反应器。

8.权利要求1的方法，其中聚酯制造装置是PET-制造装置。

9.权利要求1的方法，其中废物-蒸气混合物在80℃-130℃的温度从分离塔取出。

10.权利要求1的方法，其中在利用燃料作为燃烧源的至少一个热源中燃烧废物-蒸气混合物。

11.权利要求10的方法，其中在燃烧前废物-蒸气混合物与燃料结合。

12.权利要求1的方法，进一步包括用顶和壁围住聚酯制造装置，使得防止雨水被聚酯制造装置中存在的任何有机化学品污染。

13.一种减少聚酯制造装置中的废水的方法，所述聚酯制造装置包括一个或多个化学反应器、具有热交换器的喷淋冷凝器系统、和与一个或多个化学反应器流体连通的水分离塔，该方法包括：

将来自化学反应器中的至少一个的含水和乙二醇的废水组合物提供给水分离塔，所述水分离塔将一部分的乙二醇与水分离；

将分离塔维持在预定的温度范围内，使得塔中存在的废水组合物中的任何乙醛基本上被维持在蒸气状态中；

从分离塔取出废物蒸气混合物，其包括水和一种或多种有机化合物；

燃烧废物蒸气混合物；

使热交换器与热乙二醇组合物接触，使得除去了热交换器上的沉积物，至少一部分的热乙二醇源自于水分离塔；和

用顶和壁围住聚酯制造装置，使得防止雨水被聚酯制造装置中存在的任何有机化学品污染。

14.权利要求13的方法，其中蒸气混合物包括有机组分，其选自乙二醇、乙醛、对-二氧己环、1，3-甲基二氧戊环和其组合。

15.权利要求13的方法，其中分离塔被维持在约90℃-约220℃的温度。

16.权利要求13的方法，其中冷凝器位于水分离塔顶部，冷凝器以这样的方式被控制，使得分离塔处于预定的温度范围内。

17.权利要求13的方法，其中在用乙二醇组合物进行处理期间，热交换器被维持在装配状态中。

18.权利要求13的方法，进一步包括将沉积物循环回到至少一个化学反应器。

19.权利要求18的方法，其中化学反应器是酯化反应器。

20.权利要求13的方法，其中聚酯制造装置是PET-制造装置。

21.权利要求13的方法，其中废物-蒸气混合物在80℃-130℃的温度从分离塔取出。

22.一种具有减少废水排放的聚酯制造装置，该聚酯制造装置包括：

具有一个或多个化学反应器的聚合物形成段；

具有水分离塔的废物处理段，废物处理段接收来自聚合物形成段的含乙二醇的流体，水分离塔系统被维持在预定的温度范围内，使得水分离塔中的任何乙醛基本上被维持在蒸气状态中；和

用于燃烧废物蒸气混合物的燃烧设备。

23.权利要求22的聚酯制造装置，其进一步包括位于水分离塔内或者邻近水分离塔的冷凝器，冷凝器以这样的方式被控制，使得分离塔处于预定的温度范围内。

24.权利要求22的聚酯制造装置，进一步包括喷淋冷凝器系统，其接收来自一个或多个化学反应器的乙二醇。

25.权利要求24的聚酯制造装置，其中喷淋冷凝器系统进一步包括热交换器，热交换器与水分离塔流体连通，这样使热交换器与热乙二醇组合物接触，使得除去了热交换器上的沉积物。

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