CN104853825A

CN104853825A - 由对苯二甲酸产物过滤器生成低固体含量二次母液

Info

Publication number: CN104853825A
Application number: CN201380067061.3A
Authority: CN
Inventors: K.R.帕克
Original assignee: Eastman Chemical Co
Current assignee: Eastman Chemical Co
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-08-19
Also published as: WO2014099469A1; EP2934718A4; US20140175025A1; EP2934718A1

Abstract

公开的是将浆料中的固体与液体分离的方法。该方法的特征在于使用两种过滤介质。一种过滤介质包含厚度小于10毫米的包含该固体的滤饼，且另一种过滤介质包含厚度至少10毫米的包含该固体的滤饼。第二过滤介质具有比第一过滤介质更高的分离效率。该方法特别可用于从氧化产物浆料中分离对苯二甲酸固体。

Description

由对苯二甲酸产物过滤器生成低固体含量二次母液

相关申请的交叉引用

本申请基于35 U.S.C.§119(e)要求2012年12月21日提交的美国临时申请系列号61/740,766的优先权。

发明领域

本发明总体涉及通过过滤将浆料中的固体与液体分离的方法。

发明背景

对苯二甲酸（TPA）是用于塑料与纤维应用的聚酯的生产中的一种中间体。制造TPA的典型商业方法包括在重金属催化剂和溴化物助催化剂的存在下在乙酸溶剂中氧化对二甲苯。由于在实际氧化条件下TPA在乙酸中的有限溶解度，在氧化反应器中形成TPA晶体的浆料。通常，从反应器中将TPA晶体取出并使用常规固液分离技术使其与反应母液分离。

将该母液（其含有大部分该过程中使用的催化剂和助催化剂）再循环到氧化反应器中。除了催化剂和助催化剂之外，该母液滤液还含有溶解的TPA和许多副产物与杂质。这些副产物和杂质部分来自于对二甲苯进料流中存在的微量杂质。因导致部分氧化产物的对二甲苯的不完全氧化而产生其它杂质。还有些其它副产物来自于将对二甲苯氧化为对苯二甲酸中的竞争副反应。

母液再循环中的许多杂质对进一步氧化相对惰性。此类杂质包括例如间苯二甲酸、邻苯二甲酸和偏苯三酸。也存在经历进一步氧化的杂质，如4-羧基苯甲醛、对甲基苯甲酸和对甲基苯甲醛。氧化惰性杂质的浓度倾向于积聚在母液料流中。这些惰性杂质的浓度将在母液中提高，直到达到平衡，由此干燥TPA产物中所含各杂质的量平衡了所述各杂质的生成或向氧化过程中添加的速率。粗TPA中杂质的正常水平使其不适于直接用于大多数聚合物应用。

传统上，粗TPA通过转化为相应的二甲基酯或通过溶解在水中并随后在标准氢化催化剂上氢化来提纯。最近，已经采用二次氧化处理来制造聚合物级TPA。不考虑用于提纯TPA以令其适用于聚酯制造的方法，合意的是尽量减少氧化母液中杂质的浓度，由此促进随后的TPA提纯。在许多情况下，无法制造提纯的聚合物级TPA，除非采用某些手段以便从再循环的母液中除去杂质。

通常用于化学加工工业的从再循环料流中除去杂质的一项技术是抽出或“净化（purge）”再循环料流的某些部分。通常，简单地处理该净化料流，或者如果有经济意义的话，对该净化料流施以各种处理以除去不想要的杂质，同时回收有价值的组分。控制杂质所需净化量取决于工艺；但是，等于全部母液滤液的10-40%的净化量通常对TPA制造而言是足够的。在TPA的生产中，保持可接受的杂质浓度所需的母液净化水平，结合该母液的重金属催化剂与溶剂组分的高经济价值，令简单处置净化料流在经济上不具有吸引力。

TPA产物过滤器可以允许一小部分TPA固体随母液离开该过滤器。产物过滤器母液中的固体浓度可以高达0.5重量%。但是不合意的是具有进料至TPA过程的滤液净化区的母液中的固体。该固体可提高该净化过程的投资成本和能量需要。另外，滤液中的固体包含TPA，如果它们在净化废弃物中离开该过程会造成产量损失。可以在过滤器中安装更紧密的过滤介质以防止TPA固体穿透滤层。但是这一选择对过滤速率和所需过滤面积产生负面影响。因此，这并非该问题的可接受的解决方案。

用于澄清来自TPA产物过滤器的滤液的通常采用的方法是在将滤液进料至净化过程之前令滤液通过间歇式压力烛形过滤器或滗析离心机。该方法是该问题的可行的解决方案，但是相对昂贵。需要向TPA净化过程提供低固体含量进料的较为廉价的方法。

本发明旨在满足这一需要以及其它需要，这将由下面的说明书和所附权利要求书变得显而易见。

发明概述

本发明如所附权利要求书中所述。

简而言之，在一方面，本发明提供将浆料中的固体与液体分离的方法。该方法包括以下步骤：（a）令第一部分包含分散在液体中的固体的浆料与第一过滤介质接触以产生第一滤液；（b）令第二部分的该浆料与第二过滤介质接触以产生第二滤液；和（c）将第一滤液和第二滤液送至不同位置。第一过滤介质包含厚度小于10毫米的包含该固体的滤饼。第二过滤介质包含厚度至少10毫米的包含该固体的滤饼。第二滤液包含比第一滤液更低的固体含量。

在另一方面，本发明提供生成低固体含量对苯二甲酸氧化器净化进料流的方法。该方法包括以下步骤：（a）令第一部分包含来自对苯二甲酸制造工艺的对苯二甲酸固体、乙酸和水的浆料与第一过滤介质接触以产生第一滤液；（b）令第二部分的该浆料与第二过滤介质接触以产生第二滤液；和（c）将第一滤液和第二滤液送至对苯二甲酸制造工艺中的不同位置。第一过滤介质包含滤布和在该滤布上的厚度小于10毫米的固体。第二过滤介质包含滤布和在该滤布上的厚度至少10毫米的固体。第二滤液包含比第一滤液更低的对苯二甲酸固体含量。

附图概述

图1是来自下文实施例1-3的滤液中PTA固体浓度对滤布上滤饼高度的图。

发明详述

已经令人惊讶地发现，可以通过在过滤介质上首先建立固体层来显著地提高用于将固体与液体分离的过滤器的效率。

由此，在一个方面，本发明提供将浆料中的固体与液体分离的方法。该方法包括以下步骤：（a）令第一部分包含分散在液体中的固体的浆料与第一过滤介质接触以产生第一滤液；（b）令第二部分的该浆料与第二过滤介质接触以产生第二滤液；和（c）将第一滤液和第二滤液送至不同位置。第一过滤介质包含厚度小于10毫米的包含该固体的滤饼。第二过滤介质包含厚度至少10毫米的包含该固体的滤饼。第二滤液包含比第一滤液更低的固体含量。

不希望被理论束缚，据信，第一滤液将具有比第二滤液更高的固体含量，因为在滤饼（固体层）开始在介质上形成时更多固体将穿透该过滤介质。第二滤液将具有比第一滤液更低的固体含量，因为通常穿透该过滤介质的一部分固体将被捕集在该滤饼中。

本发明的方法可以应用于任何固体/液体体系。例如，其可以用于从水基浆料中或从有机溶剂基浆料中或从含有水和有机溶剂的浆料中分离固体。固体尺寸也可以变化，只要适当地选择过滤介质的孔隙尺寸以捕集至少一部分该固体。

如本文中所用的表述“固体含量”指的是固体在该液体中的浓度。

可以采用多种过滤器类型来实施本发明的方法。例如，合适的过滤器装置包括连续真空带式过滤器、连续压力转鼓式过滤器、真空转鼓式过滤器或其组合。

用于本发明的过滤介质没有特殊限制。例如，该过滤介质可以是布或膜类型。

本发明的方法可以具有各种操作模式。例如，在一种模式中，工艺步骤（a）和（b）可以在过滤装置的同一过滤区中依次进行。在这种模式中，将该浆料的第一部分进料至该过滤区，直到在过滤介质上收集具有所需厚度（高度）的固体层。当其穿过该过滤介质时，收集或从该过滤区中取出第一滤液，并送至第一位置。一旦在过滤介质上获得具有所需厚度的固体层，则将该浆料的第二部分进料至该过滤区以产生第二滤液。该第二滤液随后送至不同于其中第一滤液已经送达的第一位置的第二位置。在这种模式中，过滤区可以具有一个或多个浆料入口和一个或多个滤液出口。如果过滤区仅具有一个滤液出口，应提供用于与第二滤液分开地收集或取出该第一滤液的机械装置。此类机械装置的实例包括阀门和第二导管，或三通阀和相关导管。

在另一种操作模式中，工艺步骤（a）和（b）在至少两个过滤区中进行。该过滤区可以在同一过滤装置中或在分开的过滤装置中提供。各过滤区可以具有其自身的浆料入口和其自身的滤液出口，但是应当具有一种机械装置，当在第一过滤介质上达到所需滤饼高度时用于将过滤介质从第一过滤区推进至第二过滤区。此类机械装置的一个实例包括传送带。在这种模式中，将该浆料的第一部分进料至第一过滤区，直到在第一过滤介质上收集具有所需厚度（高度）的固体层。此时，可以将具有所需滤饼厚度的第一过滤介质送至第二过滤区以成为第二过滤介质，所述第二过滤介质用于与该浆料的第二部分接触来产生第二滤液。第一滤液和第二滤液由其各自的出口收集或取出，并送至不同位置。

本发明的方法可以间歇或连续进行。

在一个实施方案中，第一过滤介质包含厚度小于15毫米的包含该固体的滤饼，并且第二过滤介质包含厚度至少15毫米的包含该固体的滤饼。在另一实施方案中，第一过滤介质包含厚度小于20毫米的包含该固体的滤饼，并且第二过滤介质包含厚度至少20毫米的包含该固体的滤饼。在又一实施方案中，第一过滤介质包含厚度小于25毫米的包含该固体的滤饼，并且第二过滤介质包含厚度至少25毫米的包含该固体的滤饼。

或者，在一个实施方案中，第一过滤介质可以具有厚度小于30毫米的滤饼，且第二过滤介质可以具有厚度至少10毫米的滤饼。在另一替代实施方案中，第一过滤介质可以具有厚度小于25毫米的滤饼，且第二过滤介质可以具有厚度至少15毫米的滤饼。

在第二过滤介质上的滤饼可以允许升高至任何所需高度。但是，当滤饼高度提高时，过滤速率会降低，且降低程度取决于许多因素，包括采用的过滤装置和条件、以及构成该滤饼的固体的类型。通常，对于连续式过滤器来说，在不会明显影响过滤速率的情况下，在第二过滤介质上的滤饼高度可以提高至高达例如25、50、100、120、140、160、180或甚至200毫米。对于间歇式过滤器，滤饼高度可能更高。此类滤饼高度在本发明的范围内。

本发明的方法特别适于分离来自TPA制造工艺的产物浆料中的对苯二甲酸（TPA）固体。

因此，在另一方面，本发明提供生成低固体含量对苯二甲酸氧化器净化进料流的方法。该方法包括以下步骤：（a）令第一部分包含来自对苯二甲酸制造工艺的对苯二甲酸固体、乙酸和水的浆料与第一过滤介质接触以产生第一滤液；（b）令第二部分的该浆料与第二过滤介质接触以产生第二滤液；和（c）将第一滤液和第二滤液送至对苯二甲酸制造工艺中的不同位置。第一过滤介质包含滤布和在该滤布上的厚度小于10毫米的固体。第二过滤介质包含滤布和在该滤布上的厚度至少10毫米的固体。第二滤液包含比第一滤液更低的对苯二甲酸固体含量。第二滤液的至少一部分可以用作低固体含量TPA氧化器净化进料流。

该方法的步骤（a）和（b）可以在宽的温度范围内进行，例如由环境温度至200℃或更高。该滤布可以具有20至50微米的孔隙尺寸。

上面讨论的本发明的用于将固体与液体分离的方法的所有实施方案均适用于生成低固体含量TPA氧化器净化进料流的方法并由此通过引用并入。

如上所述，用于制造TPA的方法通常包括氧化区和滤液净化区。在一个实施方案中，本发明的方法的步骤（c）包括（i）将至少一部分第一滤液送至该氧化区，和（ii）将至少一部分第二滤液送至该净化区。也可以将一部分第二滤液送至该氧化区。

在TPA工艺中，产物浆料通常具有大约30重量%或更高的固体含量。除了TPA固体、水和乙酸溶剂之外；该浆料可以包含催化剂组分、杂质和氧化副产物。本发明的方法在从TPA产物浆料中除去固体方面特别有效。在本发明的一个实施方案中，第二滤液具有小于3,000 ppm的固体。在本发明的另一个实施方案中，第二滤液具有小于1,500 ppm的固体。在又一个实施方案中，第二滤液具有小于1,000 ppm的固体。

因其低固体含量，第二滤液可以送至净化区，而不送至间歇式压力过滤器或滗析离心机。

如本文中所用，不定冠词“一个”和“一种”指的是一个或多个，除非上下文明确地另有表示。类似地，名词的单数形式包括其复数形式，反之亦然，除非上下文明确地另有表示。

虽然已经试图要精确，本文中描述的数值和范围应认为是近似值。这些值和范围可以根据试图通过本发明获得的所需性质以及测量技术中发现的标准偏差所造成的变化由它们规定的数字而改变。此外，本文中描述的范围意在并具体考虑到包括在所述范围内的所有子范围和值。例如，50至100的范围意在包括该范围内的所有值，包括子范围如60至90和70至80。

本发明可以通过其优选实施方案的以下实施例进一步描述，尽管要理解的是仅为说明目的而包含这些实施例，并且这些实施例并非意在限制本发明的范围。除非另行说明，所有百分比按重量计。

实施例

实施例1-3

在各实施例中，将PTA浆料装载到在0.6巴下运行的真空过滤器中并用来自SEFAR公司的43微米PEEK布过滤。将不同量的80℃对苯二甲酸浆料装载到该过滤器中，获得三种滤饼高度：10毫米；20毫米；和30毫米。对各滤饼高度收集母液（滤液）并对ppm对苯二甲酸进行分析。

实施例1至3的数据显示在下表1中。下面的对苯二甲酸的ppm包括固体和溶解的TPA。TPA在80℃下的母液中的溶解度为大约250 ppm。

表1

实施例号	滤饼高度（毫米）	滤液TPA浓度（ppm）
			1	10	2582
2	20	889
			3	30	788

该数据图形描绘在图1中。

由图1可以看出，对于20毫米滤饼对10毫米滤饼来说，穿透滤布的TPA固体量存在着显著的降低。因此，在收集用于净化进料流的氧化器母液之前在对苯二甲酸产物过滤器的滤布上建立至少10毫米的滤饼可以获得具有低固体含量的氧化器母液净化进料流。

已经特别参照其优选实施方案详细描述了本发明，但是要理解的是可以在本发明的精神与范围内进行变化和修改。

Claims

1.将浆料中的固体与液体分离的方法，所述方法包括：

（a）令第一部分包含分散在液体中的固体的浆料与第一过滤介质接触以产生第一滤液；

（b）令第二部分的所述浆料与第二过滤介质接触以产生第二滤液；和

（c）将所述第一滤液和第二滤液送至不同位置；

其中所述第一过滤介质包含厚度小于10毫米的包含所述固体的滤饼，

其中所述第二过滤介质包含厚度至少10毫米的包含所述固体的滤饼，和

其中所述第二滤液包含比第一滤液更低的固体含量。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤（a）和（b）在过滤装置的同一过滤区中依次进行。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一过滤介质和第二过滤介质位于过滤装置的分开的过滤区中。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一过滤介质和第二过滤介质位于分开的过滤装置中。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤（a）和（b）在连续真空带式过滤器、连续压力转鼓式过滤器、真空转鼓式过滤器或其组合上进行。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料是来自对苯二甲酸制造工艺的产物料流，并且其中所述对苯二甲酸的制造工艺包括氧化区和滤液净化区。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述步骤（c）包括（i）将至少一部分第一滤液送至所述氧化区，和（ii）将至少一部分第二滤液送至所述净化区。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述浆料包含至少30重量%的固体，且所述第二滤液包含小于1,500 ppm的固体。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述第二滤液包含小于1,000 ppm的固体。

10.如权利要求7所述的方法，其中将所述第二滤液送至净化区，而不送至间歇式压力过滤器。

11.生成低固体含量对苯二甲酸氧化器净化进料流的方法，所述方法包括：

（a）令第一部分包含来自对苯二甲酸制造工艺的对苯二甲酸固体、乙酸和水的浆料与第一过滤介质接触以产生第一滤液；

（c）将第一滤液和第二滤液送至对苯二甲酸制造工艺中的不同位置；

其中所述第一过滤介质包含滤布和在所述滤布上的厚度小于10毫米的固体；

其中所述第二过滤介质包含滤布和在所述滤布上的厚度至少10毫米的固体；和

其中所述第二滤液包含比所述第一滤液更低的对苯二甲酸固体含量。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述步骤（a）和（b）在过滤装置的同一过滤区中依次进行。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述第一过滤介质和第二过滤介质位于过滤装置的分开的过滤区中。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述第一过滤介质和第二过滤介质位于分开的过滤装置中。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述步骤（a）和（b）在连续真空带式过滤器、连续压力转鼓式过滤器、真空转鼓式过滤器或其组合上进行。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述对苯二甲酸的制造工艺包括氧化区和滤液净化区。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述步骤（c）包括（i）将至少一部分第一滤液送至所述氧化区，和（ii）将至少一部分第二滤液送至所述净化区。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述浆料包含至少30重量%的对苯二甲酸固体，且所述第二滤液包含小于1,500 ppm的对苯二甲酸固体。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述第二滤液包含小于1,000 ppm的对苯二甲酸固体。

20.如权利要求17所述的方法，其中将所述第二滤液送至净化区，而不送至间歇式压力过滤器。