CN105873889A - 使用脱水塔冷凝物来纯化粗产物而制备对苯二甲酸的方法 - Google Patents

使用脱水塔冷凝物来纯化粗产物而制备对苯二甲酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于制造纯化的芳香族羧酸的方法，所述方法包括：将取代的芳香族化合物在反应区中氧化，以形成芳香族羧酸粗产物；将蒸气相从所述反应区转移到分离区，所述蒸气相含有水和多种有机化合物，包括至少一种氧化副产物；从所述分离区取出有机物贫化的水料流，并将至少一部分所述有机物贫化的水料流与至少一部分所述芳香族羧酸粗产物在纯化区中合并；以及在所述纯化区中纯化所述芳香族羧酸粗产物。

Description

使用脱水塔冷凝物来纯化粗产物而制备对苯二甲酸的方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月30日提交的美国临时专利申请系列号61/921,799的权益。
技术领域
本教导内容总的来说涉及用于制造纯化的芳香族羧酸的方法，具体来说涉及利用脱水塔冷凝物作为纯化反应中的补充水。
背景技术
对苯二甲酸(TA)和其他芳香族羧酸可用于制造聚酯(例如通过它们与乙二醇和/或更高级亚烷基二醇的反应)。聚酯进而可用于制造纤维、薄膜、容器、瓶子、其他包装材料、模制品等。
在商业实践中，芳香族羧酸已通过甲基取代的苯和萘原料在水性乙酸溶剂中的液相氧化来制造。甲基取代基的位置对应于芳香族羧酸产物中羧基的位置。空气或其他氧来源(例如通常处于气态下)在例如溴助催化的含有钴和锰的催化剂存在下被用作氧化剂。所述氧化是放热的，并产生芳香族羧酸以及副产物，包括芳香族原料的部分或中间氧化产物和乙酸反应产物(例如甲醇、乙酸甲酯和溴化甲烷)。水也作为副产物产生。
通常，芳香族羧酸的纯的形式对于在重要应用(例如纤维和瓶子)中使用的聚酯的制造来说是理想的。酸中的杂质(例如从芳香族原料的氧化产生的副产物以及更通常来说各种羰基取代的芳香族物质)据认为引起由其制造的聚酯中的颜色形成和/或与所述颜色形成相关，这进而引起聚酯转变的产物中的变色。具有低水平杂质的芳香族羧酸可以通过将来自于如上所述的液相氧化的粗产物在一个或多个逐渐降低的温度和氧水平下进一步氧化来制造。此外，可以在结晶期间回收部分氧化产物并将其转变成所需酸产物。
具有较少量杂质的对苯二甲酸和其他芳香族羧酸的纯的形式，例如纯化的对苯二甲酸(PTA)，已通过将所述酸的纯度较低的形式或所谓的中纯度产物在溶液中、在升高的温度和压力下使用贵重金属催化剂进行催化加氢来制造。酸的纯度较低的形式可以包括含有芳香族羧酸和来自于芳香族原料的液相氧化的副产物的粗产物。在商业实践中，烷基芳香族进料液相氧化成芳香族羧酸粗产物以及所述粗产物的纯化通常在连续的整合的过程中进行，其中来自于所述液相氧化的粗产物被用作所述纯化的起始材料。
在一种用于通过芳香族烃进料的液相氧化来制造芳香族羧酸的纯形式的常规的整合的过程中，在环境压力下运行的脱水塔产生塔顶水蒸气相，其在随后被冷凝，并且一部分得到的冷凝物被用作通往所述脱水塔的回流物。所述冷凝物通常含有一种或多种有机化合物，因此未被回流到所述脱水塔的那部分冷凝物可能不适合用于该过程的其他部分，例如用于纯化过程中的补充水中，除非冷凝物料流首先经历另外的处理以移除有机杂质。所述另外的处理为整个过程的经济学增加了资本和可变成本两者。
对于降低制造纯化的芳香族羧酸的方法的成本，仍存在需求。
发明内容
本发明的范围仅由权利要求书定义，并且不以任何程度受本发明内容中的陈述的影响。
仅仅作为介绍，在某些实施方式中，本发明的教导涉及通过芳香族烃进料的液相氧化来促进芳香族羧酸的制造，其具有改善的废水处理负担和/或对使用处理过的水作为纯化补充溶剂的要求降低。
在通过芳香族烃进料的液相氧化和随后粗产物的纯化(例如通过粗产物在包含水的液体中的溶液的加氢)来制造芳香族羧酸的纯的形式的整合的过程中，从脱水塔作为侧馏物获取的水料流是有机物贫化的，并可能适合用作所述过程中别处的纯化溶剂补充物。
一种符合本发明教导的用于制造纯化的芳香族羧酸的方法包括：将取代的芳香族化合物在反应区中氧化以形成芳香族羧酸粗产物；将蒸气相从所述反应区转移到分离区，所述蒸气相含有水和多种有机化合物；取出从所述分离区移除的含有水蒸气的高压气体并将所述高压气体转移到冷凝区；从所述分离区取出有机物贫化的水料流并将至少一部分所述有机物贫化的水料流与至少一部分所述芳香族羧酸粗产物在纯化区中合并；在所述纯化区中纯化所述芳香族羧酸粗产物；在所述纯化区中将纯化母液与纯化的芳香族羧酸固体分离开；以及从所述纯化母液移除有机化合物。
一种符合本发明教导的用于制造纯化的对苯二甲酸的方法包括：将对二甲苯在反应区中氧化以形成对苯二甲酸粗产物，其中所述氧化包括将所述对二甲苯与气态氧在包括乙酸、水和溴助催化的催化剂组合物的液相氧化反应混合物中接触；将蒸气相从所述反应区转移到分离区，所述蒸气相含有水、甲醇、乙酸甲酯和乙酸；取出从所述分离区移除的含有水蒸气的高压气体并将所述高压气体转移到冷凝区；从所述分离区取出有机物贫化的水料流，并将至少一部分所述有机物贫化的水料流与至少一部分所述对苯二甲酸粗产物在纯化区中合并，其中所述有机物贫化的水料流中乙酸甲酯和/或甲醇的量低于所述蒸气相中的相应量；在所述纯化区中纯化所述芳香族羧酸粗产物；在所述纯化区中将纯化母液与纯化的对苯二甲酸固体分离开；以及从所述纯化母液移除有机化合物。
附图说明
图1示出了根据本发明的教导制造纯化形式的芳香族羧酸的过程流程图。
图2示出了在图1中示出的分离装置330的横截面视图。
具体实施方式
作为一般性介绍，一种符合本发明教导的用于制造纯化的芳香族羧酸的方法包括：将取代的芳香族化合物在反应区中氧化以形成芳香族羧酸粗产物；将蒸气相从所述反应区转移到分离区，所述蒸气相含有水和多种有机化合物，包括至少一种氧化副产物；从所述分离区取出有机物贫化的水料流，所述有机物贫化的水料流基本上不含所述至少一种氧化副产物，并将至少一部分所述有机物贫化的水料流与至少一部分所述芳香族羧酸粗产物在纯化区中合并；在所述纯化区中纯化所述芳香族羧酸粗产物；在所述纯化区中将纯化母液与纯化的芳香族羧酸固体分离开；以及从所述纯化母液移除有机化合物。
在某些实施方式中，所述氧化包括将所述取代的芳香族化合物与气态氧在包含单羧酸溶剂、水和催化剂组合物的液相氧化反应混合物中接触。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流包含水，并且在某些实施方式中，还包含至少一部分所述单羧酸溶剂。在某些实施方式中，所述单羧酸溶剂包含乙酸。
在某些实施方式中，所述蒸气相中的多种有机化合物包含烷基酯(例如乙酸甲酯、乙酸乙酯等)、醇(例如甲醇、乙醇等)、未反应和/或部分反应的取代的芳香族化合物(例如对二甲苯等)等及其组合。在某些实施方式中，符合本发明教导的用于制造纯化的芳香族羧酸的方法还包括相对于所述蒸气相中一种或多种有机化合物的量减少所述有机物贫化的水料流中所述有机化合物的相应量。在某些实施方式中，所述有机化合物选自乙酸甲酯、甲醇、对二甲苯及其组合。
在某些实施方式中，符合本发明教导的分离区包含脱水塔。在某些实施方式中，所述分离区包含多个脱水塔。在某些实施方式中，所述分离区包含第一脱水塔和与所述第一脱水塔流体连通的第二脱水塔。
符合本发明教导的分离装置可以包括侧馏口(side draw)，其被配置成用于取出所述有机物贫化的水料流。例如，被配置成在高于环境压力下运行的上述第二脱水塔可以包括侧馏口，可以从所述侧馏口移除有机化合物例如醇、烷基酯和/或取代的芳香族化合物大幅贫化的水。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流中烷基酯、醇或其组合的量低于所述蒸气相中的相应量。在某些实施方式中，所述烷基酯包含乙酸甲酯，和/或所述醇包含甲醇。
在某些实施方式中，从所述反应区转移到所述分离区的蒸气相包含单羧酸溶剂，在某些实施方式中，所述单羧酸溶剂包含乙酸。在某些实施方式中，所述蒸气相还包含乙酸甲酯、甲醇和/或对二甲苯。在某些实施方式中，所述蒸气相包含乙酸甲酯，并且所述有机物贫化的水料流中乙酸甲酯的量低于所述蒸气相中的相应量。在某些实施方式中，所述蒸气相包含甲醇，并且所述有机物贫化的水料流中甲醇的量低于所述蒸气相中的相应量。在某些实施方式中，所述蒸气相包含乙酸甲酯、甲醇和对二甲苯，并且所述有机物贫化的水料流中乙酸甲酯、甲醇和对二甲苯的量低于所述蒸气相中的相应量。在某些实施方式中，所述第一脱水塔被配置成在环境压力下运行，并且所述第二脱水塔被配置成在高于环境压力下运行。
在某些实施方式中，符合本发明教导的纯化区包含加氢反应器。在某些实施方式中，所述纯化包括将包含至少一部分所述芳香族羧酸粗产物和至少一部分所述有机物贫化的水料流的水性溶液与氢在催化剂存在下相接触。
在某些实施方式中，在所述纯化区中与所述纯化的芳香族羧酸固体分离开的纯化母液不被再循环回到所述分离区。在某些实施方式中，在所述分离区外部从所述纯化母液移除一种或多种有机化合物。在某些实施方式中，将所有或至少一部分所述纯化母液送往废水处理。
一种符合本发明教导的用于制造纯化的对苯二甲酸的方法包括：将对二甲苯在反应区中氧化以形成对苯二甲酸粗产物，其中所述氧化包括将所述对二甲苯与气态氧在包含乙酸、水和溴助催化的催化剂组合物的液相氧化反应混合物中接触；将蒸气相从所述反应区转移到分离区，所述蒸气相包含水、甲醇、乙酸甲酯和乙酸；取出从所述分离区移除的含有水蒸气的高压气体并将所述高压气体转移到冷凝区；从所述分离区取出有机物贫化的水料流，并将至少一部分所述有机物贫化的水料流与至少一部分所述对苯二甲酸粗产物在纯化区中合并，其中所述有机物贫化的水料流中乙酸甲酯和/或甲醇的量低于所述蒸气相中的相应量；在所述纯化区中纯化所述芳香族羧酸粗产物；在所述纯化区中将纯化母液与纯化的对苯二甲酸固体分离开；以及从所述纯化母液移除有机化合物。
现在将参考附图描述上述符合本发明教导的用于制造纯化形式的芳香族羧酸的方法的其他特点。
图1示出了符合本发明的用于制造纯化形式的芳香族羧酸的过程流程图。如图1中所示，所述装置包括：氧化反应器110，其被配置成用于原料的液相氧化；分离区，其被配置成用于生产有机物贫化的水料流，并包含一个或多个分离装置例如塔330；结晶区，其被配置成用于从所述液相氧化反应混合物形成固体粗产物，并包含结晶容器152和156；固-液分离装置190，其被配置成用于将固体粗产物(和氧化副产物)与液体分离开；纯化溶液补充容器202，其被配置成用于制备固体粗产物在纯化反应溶剂例如来自于塔330的有机物贫化的水料流中的浆料和/或溶液；结晶容器220，其被配置成用于从所述纯化溶液形成纯化的固体产物；以及固-液分离装置230，其被配置成用于将纯化的固体产物与液体分离开。图1中过程的整合意图是纯粹代表性的，各种各样的其他整合和非整合的配置同样可以使用。
在图1中表示的过程中使用的液体和气态料流和材料可以通过适合的转移管线、导管和管路引导和转移，所述转移管线、导管和管路由例如适合于过程用途和安全性的材料构造而成。应该理解，特定元件可能被物理并置，并且在适当情况下可能具有柔性区域、刚性区域或两者的组合。在引导料流或化合物中，可能包括居间的装置和/或任选的处理。例如，可能存在泵、阀、集合管、气体和液体流量表和分配器、取样和传感装置以及其他设备(例如用于监测、控制、调整和/或转移压力、流量和其他操作参数)。
适合用于氧化反应器110中的代表性芳香族原材料包括芳香族化合物，例如在一个或多个位置处被至少一个可氧化成羧酸基团的基团取代的芳香族烃。在某些实施方式中，取代基的位置对应于待制备的芳香族羧酸的羧酸基团的位置。在某些实施方式中，所述可氧化的取代基包括烷基(例如甲基、乙基和/或异丙基)。在其他实施方式中，所述可氧化的取代基包括含氧基团例如羟基烷基、甲酰基、醛和/或酮基。所述取代基可以是相同或不同的。原料化合物的芳香族部分可以是苯核，或者它可以是双环或多环的(例如萘和/或蒽核)。在某些实施方式中，原料化合物的芳香族部分上可氧化取代基的数目等于所述芳香族部分上可用位点的数目。在其他实施方式中，原料的芳香族部分上可氧化取代基的数目小于所有这些位点的数目(例如在某些实施方式中为1到4，并且在某些实施方式中为2)。可以按照本发明的教导单独或组合使用的代表性进料化合物包括但不限于甲苯，乙苯和其他烷基取代的苯，邻二甲苯，对二甲苯，间二甲苯，甲基苯甲醛，甲基苯甲酸，烷基苯甲醇，1-甲酰基-4-甲基苯，1-羟甲基-4-甲基苯，甲基苯乙酮，1,2,4-三甲苯，1-甲酰基-2,4-二甲基-苯，1,2,4,5-四甲基-苯，烷基、甲酰基、酰基和羟甲基取代的萘(例如2,6-二甲基萘、2,6-二乙基萘、2,7-二甲基萘、2,7-二乙基萘、2-甲酰基-6-甲基萘、2-酰基-6-甲基萘、2-甲基-6-乙基萘等)，等等，以及上述任一物质的部分氧化的衍生物，及其组合。在某些实施方式中，所述取代的芳香族化合物包含甲基、乙基和/或异丙基取代的芳香族烃。在某些实施方式中，所述取代的芳香族化合物包含烷基取代的苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯等或其组合。
按照本发明的教导制造的芳香族羧酸包括具有一个或多个芳香环的单羧酸和多羧酸物质。在某些实施方式中，所述芳香族羧酸通过气体和液体反应物在液相系统中的反应来制造。在某些实施方式中，所述芳香族羧酸只包含一个芳香环。在其他实施方式中，所述芳香族羧酸包含多个(例如2个或更多)芳香环，其在某些实施方式中是稠合的(例如萘、蒽等)，并且在其他实施方式中不是稠合的。在某些实施方式中，所述芳香族羧酸仅包含一个羧酸(例如-CO2H)部分或其盐(例如-CO2X，其中X是阳离子性物质，包括但不限于金属阳离子、铵离子等)。在其他实施方式中，所述芳香族羧酸包含多个(例如2个或更多)羧酸部分或其盐。代表性的芳香族羧酸包括对苯二甲酸、均苯三甲酸、偏苯三甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、苯甲酸、萘二甲酸等，及其组合。在一个实施方式中，本发明的教导涉及对苯二甲酸的纯的形式、包括纯化的对苯二甲酸(PTA)和所谓的中纯度对苯二甲酸的制造。
可以在氧化反应器110中进行的氧化的代表性类型是液相氧化，其包括将氧气与包含具有可氧化成羧酸基团的取代基的芳香族烃的进料材料在液相反应混合物中相接触。在某些实施方式中，所述液相反应混合物包含单羧酸溶剂和水并存在催化剂组合物，所述催化剂组合物包含至少一种重金属组分(例如Co、Mn、V、Mo、Cr、Fe、Ni、Zi、Ce、Hf等及其组合)和助催化剂(例如卤素化合物等)。在某些实施方式中，所述氧化在有效地维持液相反应混合物并形成高温高压蒸气相的升高的温度和压力下进行。在某些实施方式中，在所述液相氧化中所述芳香族进料材料的氧化产生芳香族羧酸以及反应副产物例如所述芳香族进料材料的部分或中间氧化产物和/或溶剂副产物。在某些实施方式中，所述芳香族羧酸包含对苯二甲酸，并且所述氧化包括将对二甲苯与气态氧在包含乙酸、水和溴助催化的催化剂组合物的液相氧化反应混合物中相接触。所述液相氧化和相关的过程可以作为分批过程、连续过程或半连续过程来进行。所述氧化可以在一个或多个反应器中进行。
在代表性实施方式例如可以如图1中所示实施的实施方式中，可以将包含至少约99重量％的取代的芳香族烃的液体进料材料、乙酸水性溶液(例如含有约70至约95重量％乙酸)、作为催化剂金属的来源的钴和锰的可溶性化合物(例如它们相应的乙酸盐)、作为助催化剂的溴(例如溴化氢)和空气，通过入口例如入口112连续地装载到氧化反应容器110。在某些实施方式中，容器110是额定压力的连续搅拌釜式反应器。
在某些实施方式中，搅拌可以由搅拌器120的旋转提供，所述搅拌器的轴由外部电源(未示出)驱动。安装在所述轴上并位于所述液体主体内的叶轮被配置成提供用于混合液体和将气体在液体主体内分散的力，从而避免固体沉降在所述液体主体的下部区域中。
所述取代的芳香族烃在反应器110中被氧化，主要氧化成芳香族羧酸副产物。也可能形成氧化副产物，包括部分和中间氧化产物。在取代的芳香族烃是对二甲苯的一种实施方式中，除了对苯二甲酸之外，可能形成的副产物是例如4-羧基苯甲醛、1,4-羟甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸、苯甲酸。
由于所述氧化反应是放热的，因此由所述反应产生的热可能引起所述液相反应混合物的沸腾和塔顶蒸气相的形成，所述蒸气相包含气化的乙酸、水蒸气、来自于氧化反应的气态副产物、碳氧化物、来自于装载到反应的空气的氮气、未反应的氧气等及其组合。所述塔顶蒸气可以通过排气口116从反应器移除，并在料流111中被送往分离区(例如高压蒸馏塔330)进行进一步处理，正如下面参考图2进一步描述的。在排气口334处从塔330取出的排出气体可以被导向冷凝区，正如在例如美国专利号5,723,656、6,137,001、7,935,844、7,935,845和8,173,834中进一步描述的。
对分离装置330进行配置并运行，以分离被引入到所述装置的高压和高温氧化反应器塔顶气体中的C1-8单羧酸和水。此外，分离装置330被配置成用于分配所述液相氧化的副产物，以便形成富含所述单羧酸的第一液相，富含水但是有机物贫化的并且基本上不含溶剂和/或其副产物的第二液相，以及包含水并且基本上不含溶剂和芳香族进料的副产物第二高压蒸气相。在某些实施方式中，所述氧化反应器与分离装置的直接关联或紧密偶联，通过直接连接或通过所述氧化反应容器中的一个或多个排气口与所述分离装置的一个或多个气体入口之间的适合的额定压力管道或其他导管来实现。在某些实施方式中，在液相反应条件下将蒸气相从所述反应容器移除，并引入到处于与所述反应区中的温度和压力相同或基本上相同的温度和压力下的分离装置中。
在侧馏口345处从分离装置330取出至少一部分所述有机物贫化的水相。通过这种方式，分离装置330起到汽提塔的作用，用于从所述水相移除有机化合物，因此得到的有机物贫化的水料流适合用于过程的其他部分中。例如，正如下面描述的，所述有机物贫化的水料流可能适合用作容器202中的纯化溶剂补充物。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流适合用作纯化补充溶剂而不需进一步处理以移除有机杂质。使用来自于分离区的有机物贫化的水作为纯化溶剂补充物，避免了原本为了生产用于纯化区的去矿质水而可能需要的脱盐设备的开支。在纯化区中使用所述有机物贫化的水料流，避免了将所述有机物贫化的水料流送往废水处理的必要性。
对分离装置330进行配置并运行，使得通过侧馏口345取出的有机物贫化的水基本上不含反应原料的氧化副产物。在某些实施方式中，所述有机物贫化的料流含有低于1ppmw的氧化副产物或低于100ppbw的氧化副产物或低于10ppbw的氧化副产物。
还对分离装置330进行配置并运行，使得通过侧馏口345取出的有机物贫化的水基本上不含溶剂的氧化副产物。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流含有低于0.05重量％的醇或低于0.03重量％的醇或低于0.02重量％的醇。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流含有低于0.05重量％的烷基酯或低于0.03重量％的烷基酯或低于0.02重量％的烷基酯。
例如，在将对二甲苯氧化成对苯二甲酸的实施方式中，所述有机物贫化的水料流含有低于1ppmw的对甲基苯甲酸或低于100ppbw的对甲基苯甲酸或低于10ppbw的对甲基苯甲酸。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流含有低于0.05重量％的甲醇或低于0.03重量％的甲醇或低于0.02重量％的甲醇。在某些实施方式中，所述有机物贫化的水料流含有低于0.05重量％的乙酸甲酯或低于0.03重量％的乙酸甲酯或低于0.02重量％的乙酸甲酯。
图2示出了图1的分离装置330的代表性实施方式。在某些实施方式中，如图2中所示，分离装置330包含高压蒸馏。对分离装置330进行配置并运行以在料流111中接收从氧化反应器110移除的高压蒸气相，并通过气体出口334移除第二高压蒸气相。所述高压蒸气相可以从液相氧化的反应区直接(例如通过将分离装置安装成与氧化反应容器或反应区的其他部分直接关联或紧密关联)或间接地(例如通过适合的导管、阀、泵等)转移到所述分离区，以实现转移。
分离装置330还包括入口336，用于引入回流液体例如在塔顶冷凝器(未示出)中形成的冷凝物。侧馏出口345被定位成用于从所述塔移除有机物贫化的水相。所述塔的内部空间中的结构以及在用于接收来自于氧化反应器110的高压蒸气相的入口与回流入口336之间的定位，在所述内部中提供了分馏区。在某些实施方式中，在入口336处供应到分离装置330的回流液体包含水。可以利用包含水并且基本上不含对分离或所述整合过程的其他部分有害的杂质的液体的任何适合的来源。在某些实施方式中，可以使用去矿质水或其他纯化的水来源。在某些实施方式中，所述回流液体包含按照本发明的教导从分离区和/或冷凝区移除的高压气体冷凝的液体。
在某些实施方式中，所述回流液体不含或基本上不含氧化反应副产物，并且在某些实施方式中，不含或基本上不含所述取代的芳香族化合物原料的氧化反应副产物。因此，在某些实施方式中，所述回流液体不包括来自于含有氧化副产物的料流的回流物。在一种实施方式中，所述回流物不含如下文中更充分描述的纯化母液。
在某些实施方式中，如图2中所示，塔330包含至少一个下部出口332，其被配置成用于将液体从所述塔移除到例如氧化反应容器110。在某些实施方式中，气体入口33位于塔的下部，并被配置成接收氧化反应器尾气。在某些实施方式中，排气口334位于塔330的上部，并且被配置成用于移除第二高压蒸气相作为排出气体。如图2中所示，塔330的内部区域包括多个塔盘例如333和337，它们被配置成提供理论平衡级，用于将例如有机化合物(例如甲醇、乙酸甲酯、对二甲苯等)与从液相氧化反应容器110移除的高压蒸气相中的水分离开。在某些实施方式中，被配置成在其周边具有料槽、沟槽、蓄积通道和/或其他收集机构339的塔盘与侧馏出口345流体连通，并被配置成用于收集有机物贫化的水，以最终通过侧馏出口345移除。
所述分离装置的分馏区被配置成具有多个理论平衡级，例如可以通过内部塔盘、规整填料、塔盘与填料的组合或在装置内部为气相与液相之间的质量传递提供表面的其他结构或其组合来提供。
在某些实施方式中，具有规整填料的分离装置具有至少约3个填料床或区，在某些实施方式中约4至约8个这样的床，以便为分离提供足够的表面和理论平衡级。适合的填料材料的实例是FLEXIPAC规整填料，其可以从KGGP LLC以波纹金属的薄片的形式获得，所述薄片以产生流动通道的十字形关系排列，使得交叉点产生液相与蒸气相的混合点。在某些实施方式中，具有塔盘的分离装置包括约30至约90个塔盘，至少约70％的所述塔盘位于用于将高压气体从反应容器引入分离装置的入口338与至少一个回流液体入口336之间。在某些实施方式中，所述塔盘采取筛网或泡罩塔盘的形式，具有约30至约60％的分离效率。对于给定的理论平衡级数目来说，塔盘的数目可以通过用所述级的数目除以所述塔盘的效率来计算。
在使用期间，分离装置330中的气相和液相可以处于升高的温度下，并包括水、单羧酸溶剂和其他腐蚀性组分(例如溴化合物及其解离产物例如溴化氢，当催化剂包括溴来源时其可能存在于氧化反应的塔顶气体中)。因此，在某些实施方式中，被配置成在运行期间接触气体和液体的分离装置330的内部结构和其他特点，可以由对腐蚀和其他损伤有抗性的金属构建。在某些实施方式中，钛金属可用于表面例如塔盘、填料和/或分馏区中的其他结构的构建而成。所述钛表面可能经历固体沉积物的不想要的积累，所述固体沉积物包括来自于通过设备流通的液体中存在的杂质的铁氧化物。按照本发明的教导使用的代表性分离装置包括各种不同的柱或塔，其被设计成用于在流经它们的气相和液相之间提供接触，以在多个理论平衡级(即理论塔板)中进行所述相之间的质量传递，所述理论平衡级被配置成用于分离并优先分配流动的气相和液相的组分。
在某些实施方式中，流动的气相与液相之间的接触可以通过内部结构例如塔盘或填料来促进，所述内部结构为气体-液体接触提供表面并为分离提供理论平衡级。在某些实施方式中，从液相氧化移除的高压蒸气相的温度足够高，使得不需要由所述液相氧化反应所提供的再沸腾能力之外的再沸腾能力。在某些实施方式中，气相和液相的反向流动可用于促进分离装置中气相与液相之间的接触。在某些实施方式中，所述反向流动可以通过在分离装置的下部处从液相氧化引入所述高压蒸气相并将回流液体引入到至少一个、并且在某些实施方式中两个或更多个上部部分来实现。
在某些实施方式中，所述分离区包含单个分离装置。在其他实施方式中，所述分离区包含多个分离装置，所述多个分离装置在某些实施方式中可以串联排列。代表性的分离装置包括但不限于蒸馏柱、蒸馏塔、脱水塔、精馏塔、除水塔、高效分离装置等及其组合。在某些实施方式中，两个或更多个装置可以串联配置，其中它们相应的入口和出口流体连通，使得从氧化反应容器移除的高压蒸气相流入所述串联装置，并在进入并流经所述串联装置的流动的蒸气和反向流动的回流液体中分离和分配单羧酸溶剂、水和副产物。
在某些实施方式中，除了从侧馏口345取出的有机物贫化的水料流之外，纯度足以用作纯化溶剂的液体可能包含其他适合的水源(例如新鲜的去矿质水和/或其他纯化的水源)。在某些实施方式中，通过侧馏口从分离装置移除的所述有机物贫化的水占用于纯化反应溶液的溶剂的至少约50％，并且在某些实施方式中，占约80至约100％之间。
再次参考图1，包含固体氧化产物(在所述液相反应混合物中浆化)的液体流出物通过浆料出口114从反应容器110移除，并在料流115中导向结晶容器152并进而导向结晶容器156，用于回收固体产物(芳香族羧酸粗产物和原料的氧化副产物)。
在某些实施方式中，可以在一个或多个级中例如在单一结晶容器或如图1中所示在一系列多个搅拌结晶容器中，通过结晶从所述液体回收粗产物固体。在某些实施方式中，结晶过程包括从在前级到在后级顺序降低温度和压力以提高产物回收。例如，如图1中所示，结晶容器152和156可以串联提供并流体连通，使得可以将产物浆料从容器152转移到容器156。所述结晶容器中的冷却可以通过压力释放来实现。一个或多个结晶容器可以例如在排气口154和158处排气，以移除由压力下降产生的蒸气，并从闪蒸的蒸气产生水蒸气，送往热交换机构(未示出)。
在所述结晶区中回收的固体产物，可以通过任何适合的技术与母液分离开。代表性的技术包括但不限于离心、真空过滤、压力过滤、使用带式过滤机的过滤等及其组合。在某些实施方式中，得到的固体产物可以在分离后用含有水的液体例如纯水或包含从过程中别处再循环的料流的洗涤液洗涤。
如图1中所示，结晶容器156与固-液分离装置190流体连通。固-液分离装置190被配置成接收来自于结晶容器156的固体产物的浆料。在某些实施方式中，固-液分离装置190还被配置成将包含对苯二甲酸和副产物的固体粗产物与所述液体分离开。在某些实施方式中，分离装置190是离心机、旋转真空过滤器、压力过滤器等或其组合。在某些实施方式中，分离装置190包含压力过滤器，其被配置成用于溶剂交换(例如通过用包含水的洗涤液在压力下正向置换滤饼中的母液)。从所述分离得到的氧化母液可以在料流191中离开分离装置190，以转移到母液筒192。一部分所述母液并且在某些实施方式中大部分所述母液，可以从筒192转移到氧化反应器110。通过这种方式，溶解或作为细小固体粒子存在于所述母液中的乙酸、水、催化剂和/或氧化反应副产物可以返回到所述液相氧化反应。
如图1中所示，可以将料流197导向纯化溶液补充容器202。固体粗产物可以在补充容器202中在纯化反应溶剂中浆化。在某些实施方式中，如上所述，所有或至少一部分所述纯化反应溶剂包含其他液相，所述其他液相包含在侧馏口345处从塔330取出的有机物贫化的水料流。在某些实施方式中，所述纯化反应溶剂可以用其他液相(例如新鲜的去矿质水)增补，所述其他液相在某些实施方式中可以从储料容器204获得。
在某些实施方式中，纯化反应器210中的纯化包括将所述纯化反应溶液(例如包含水和从液相氧化回收的对苯二甲酸粗产物的液体)与氢在升高的温度和压力下在加氢催化剂存在下相接触。在某些实施方式中，压力在约85至约95kg/cm2的范围内。在某些实施方式中，可以将一部分所述纯化液体反应混合物在料流211中从加氢反应器210连续移除，并导向下游结晶区中的结晶容器220。在结晶容器220中，对苯二甲酸和低水平的杂质可以从反应混合物结晶(例如通过降低所述液体上的压力)。所得到的在容器220中形成的纯化的对苯二甲酸和液体的浆料，可以在料流221中被导向固-液分离装置230。由结晶反应器220中的压力下降产生的蒸气，可以通过通向用于冷却的热交换器(未示出)来冷凝。得到的冷凝物液体可以通过适合的转移管线(未示出)被重新导向所述过程，例如作为再循环物导向纯化进料补充容器202，和/或被导向废水处理(WWT)。纯化的对苯二甲酸在料流231中离开固-液分离装置230。在某些实施方式中，所述纯化母液不被用作通往分离装置330的回流物。在某些实施方式中至少一部分，在某些实施方式中所有或基本上所有的所述纯化母液，可以在料流233中被导向WWT等。固-液分离装置230可以是离心机、旋转真空过滤器、压力过滤器等或其组合。
除了在与本说明书存在任何不一致的公开内容或定义的情况下应该以本文的公开内容和定义为准之外，在本文中引用的每个和所有的专利和非专利出版物的全部内容通过参考并入本文。
提供上面的详细描述和附图是为了解释和说明，并且不打算限制权利要求书的范围。对于本领域普通技术人员来说，本文中说明的目前优选的实施方式的许多变化是显而易见的，并且仍在权利要求书及其等同物的范围之内。
应该理解，在权利要求中叙述的要素和特点可以以不同方式组合以产生新的权利要求，它们同样落于本发明的范围之内。因此，尽管从属权利要求仅仅从属于单个独立权利要求或从属权利要求，但应该理解，也可以使这些从属权利要求以择一引用的方式从属于任何在先权利要求，不论该在先权利要求是独立权利要求还是从属权利要求，并且这些新的组合应该被理解为形成本说明书的一部分。

Claims (19)

1.一种用于制造纯化的芳香族羧酸的方法，所述方法包括：
将取代的芳香族化合物在反应区中氧化，以形成芳香族羧酸粗产物；
将蒸气相从所述反应区转移到分离区，所述蒸气相含有水和多种有机化合物，包括所述取代的芳香族化合物的氧化副产物；
从所述分离区取出有机物贫化的水料流，所述有机物贫化的水料流基本上不含所述取代的芳香族化合物的氧化副产物；
将至少一部分所述有机物贫化的水料流与至少一部分所述芳香族羧酸粗产物在纯化区中合并；以及
在所述纯化区中，在所述至少一部分有机物贫化的水料流存在下纯化所述芳香族羧酸粗产物，以形成纯化的芳香族羧酸。
2.权利要求2的发明，其中所述有机物贫化的水料流被导向所述纯化区而不需进一步处理以移除有机杂质。
3.权利要求1的发明，其中所述氧化包括将所述取代的芳香族化合物与气态氧在包含单羧酸溶剂、水和催化剂组合物的液相氧化反应混合物中接触。
4.权利要求3的发明，其中所述有机物贫化的水料流包含单羧酸溶剂。
5.权利要求4的发明，其中所述单羧酸溶剂包含乙酸。
6.权利要求1的发明，其中所述有机物贫化的水料流包含少于约0.05重量％的醇。
7.权利要求1的发明，其中所述有机物贫化的水料流包含少于约0.05重量％的烷基酯。
8.权利要求1的发明，其中所述分离区包含第一脱水塔和偶联到所述第一脱水塔的出口的第二脱水塔。
9.权利要求8的发明，其中所述第二脱水塔包含侧馏口，所述侧馏口被配置成用于取出所述有机物贫化的水料流。
10.权利要求1的发明，其中所述芳香族羧酸是对苯二甲酸。
11.权利要求1的发明，其中所述芳香族羧酸包含对苯二甲酸，并且所述取代的芳香族化合物的氧化副产物包含对甲基苯甲酸。
12.权利要求11的发明，其中所述有机物贫化的水料流包含少于1ppmw的对甲基苯甲酸。
13.权利要求11的发明，其中所述有机物贫化的水料流包含少于0.05重量％的甲醇。
14.权利要求11的发明，其中所述有机物贫化的水料流包含少于0.05重量％的乙酸甲酯。
15.权利要求1的发明，其中所述纯化区包含加氢反应器。
16.权利要求1的发明，其中所述纯化包括将包含至少一部分所述芳香族羧酸粗产物和至少一部分所述有机物贫化的水料流的水性溶液与氢在催化剂存在下相接触。
17.权利要求1的发明，其还包括将纯化母液与所述纯化的芳香族羧酸分离开。
18.权利要求14的发明，其还包括将所述纯化母液转移到废水处理设施。
19.权利要求14的发明，其中所述纯化母液不被用作通往所述分离区的回流物。
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