CN106164045B - 在集成的纯化对苯二甲酸生产和聚酯聚合设备中的污染预防 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备纯化的对苯二甲酸（PTA）以及使用所述PTA生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)（PET）的集成系统。有利的是，本文所述的集成系统设计可以使PTA生产操作被来自PET生产操作的反应物、催化剂或杂质污染的可能性减到最低限度。还描述了使用所述集成系统生产PET的方法。

Description

在集成的纯化对苯二甲酸生产和聚酯聚合设备中的污染预防

技术领域

本发明涉及一种改进的集成的纯化对苯二甲酸(PTA)和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)聚合设备。

背景技术

聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)树脂被广泛生产并且例如以纤维的形式以及以瓶用树脂的形式被使用。PET通常用于生产饮料和食品容器、热成型应用、纺织品、以及用作工程树脂。PET是通常由二醇(例如乙二醇)和对苯二甲酸(或对苯二甲酸二甲酯)形成的一种聚合物。

用于PET生产的原料因此是乙二醇和苯二甲酸。所述苯二甲酸对于生产聚酯纤维来说通常是100％的对苯二甲酸，但是对于瓶用树脂来说可以含有最多5％的间苯二甲酸。可以在任何点将催化剂和其它添加剂添加到工艺中。在所述工艺的第一阶段中，将乙二醇和对苯二甲酸以冷态组合，然后加热以进行酯化反应而形成低聚物和作为副产物的水蒸气。然后使所述低聚物聚合以形成具有乙二醇和作为副产物的水的PET聚合物产品。然后可以例如使所得的聚合物成型成薄片以被出售或可以被直接供给到下游聚酯纺丝设施中。

用于PET生产工艺中的对苯二甲酸通常呈纯化的对苯二甲酸(PTA)的形式。PTA是在两阶段工艺中制备的，其中将对二甲苯氧化以得到粗对苯二甲酸产物并且将所述粗对苯二甲酸产物纯化并且与和其缔合的杂质分离以得到PTA。PTA一般是以PTA的湿滤饼的形式被分离的，然后将所述湿滤饼供给到干燥器(例如旋转蒸汽管式干燥器)中以产生干PTA，将所述干PTA冷却并且储存以备随后用于PET聚合中或直接运送到PET聚合设备中。

这一用于生产可以用于PET聚合设备中的干PTA的工艺需要显著量的与所需的设施、原料、以及所述多步工艺的能量需求相关的前期资金成本。此外，需要显著量的水并且必须对大量的含水废物流出物进行处理并且可能存在处理的问题。此外，废物流出物中溶解的PTA和其它有价值的材料可能损失。PTA晶体的湿滤饼在从富含对甲苯甲酸的母液流中分离之后呈纯形式，但是不能以这种湿的形式直接使用。因此，只需要另外的能量输入以将所述起始材料在用于PET生产中之前干燥。使用甚至更多的能量来将PTA从干燥器传送到储料仓中并且随后从料仓传送到下游聚合设备中，并且随后在聚合设备内将PTA粉末再加热以与乙二醇进行反应。

发明内容

因此将有益的是，提供一种装置，通过所述装置，PTA可以被直接用于PET生产设备中以减少资金成本和操作成本这两者。将PTA纯化设备与PET生产设备集成迄今为止受到阻碍，这是因为这样的集成要冒以下固有的风险，即作为PET生产设备中的一种试剂的二醇(例如乙二醇)可能会污染PTA纯化设备。在PET聚合设备中使用和再循环的乙二醇含有痕量的用于PET生产的各种催化剂材料以及已经存在于这些催化剂材料中的污染物(包括但不限于锑、磷酸盐、以及砷)。这些催化剂和污染物中有许多能够使贵金属催化剂(包括通常用于纯化对苯二甲酸的一种或多种催化剂)中毒。如果这些催化剂和污染物污染了PTA纯化过程，那么这将导致纯化设备钯催化剂的快速中毒，这可能显著地降低该过程的效率。

因此，期望的是，提供一种集成的对苯二甲酸纯化设备和PET生产设备，它降低了或防止了对苯二甲酸纯化设备被来自PET生产设备的催化剂和污染物污染的可能性。

本发明提供了一种集成的对苯二甲酸(TA)纯化设备和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)生产设备。有利的是，所述集成设备被设计以使与PET生产工艺相关的试剂和/或污染物向TA纯化设备中的传送减到最低限度或有效消除。在某些实施方案中，这样的集成可以通过消除了通常与为PET的生产提供纯化的对苯二甲酸(PTA)试剂相关的一个或多个步骤使得PET生产的总体效率提高。

在本发明的一个方面，提供了一种用于纯化粗对苯二甲酸和生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(poly(ethylene terephthalic acid))的集成方法，所述方法包括：(a)提供结晶的纯化的对苯二甲酸在含水介质中的物流；(b)在过滤器件中分离所述含水介质的至少一部分以提供湿的纯化的对苯二甲酸；(c)将所述湿的纯化的对苯二甲酸直接从所述过滤器件传送到容器中并且使所述纯化的对苯二甲酸在所述容器中与二醇接触以得到反应物浆液；(d)将所述反应物浆液直接输送到聚合反应器中以生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)；以及(e)将所述容器维持在与所述过滤器件的压力相等或比所述压力低的压力。

在一些实施方案中，所述维持步骤包括将使所述容器与所述过滤器件连接的蒸气平衡管线集成。在一些实施方案中，所述维持步骤包括向所述过滤器件施加正压。举例来说，在某些实施方案中，可以通过以下一个或多个步骤施加正压：控制与所述过滤器件附连的第一压力控制阀；以及使所述容器排气。任选地，可以通过与所述容器附连的被设置在比第一压力控制阀的压力低的压力的第二压力控制阀来控制所述排气。

在某些实施方案中，所述提供步骤包括：(i)将粗对苯二甲酸溶解在含水介质中以产生包含一种或多种杂质的含有对苯二甲酸的溶液；(ii)使所述对苯二甲酸溶液与氢气接触以将存在于所述粗对苯二甲酸中的杂质的至少一部分还原以产生纯对苯二甲酸和氢化的杂质；以及(iii)使所述纯对苯二甲酸结晶。在某些实施方案中，所述接触步骤还包括使所述对苯二甲酸溶液暴露于高温和高压并且引入氢化催化剂。所述氢化催化剂可以不同，并且可以是例如负载型钯催化剂。

在一些实施方案中，所述分离步骤包括以下各项中的一个或多个：将所述纯对苯二甲酸在过滤器表面上过滤；洗涤所述纯对苯二甲酸；以及将所述纯对苯二甲酸干燥。在某些实施方案中，所述方法还可以包括跨所述过滤器表面施加压差。

在一些实施方案中，所述传送步骤可以包括使所述纯化的对苯二甲酸穿过非密封的传送管线。所述非密封的传送管线可以任选地包括通向所述容器的直接管线。在某些实施方案中，所述非密封的传送管线可以包括一个或多个螺旋输送机。有利的是，在一些实施方案中，将所述二醇在根据本文所公开的方法与所述纯化的对苯二甲酸组合之前加热。举例来说，在具体实施方案中，将所述二醇加热到约130℃至约150℃的温度。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于纯化粗对苯二甲酸和生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的集成系统，所述系统包括：(a)过滤器件，所述过滤器件包括过滤区和洗涤区以从粗对苯二甲酸中去除杂质的至少一部分并且提供湿的纯化的对苯二甲酸；(b)与所述过滤器件处于直接流体连接的容器，所述容器包括用于添加所述湿的纯化的对苯二甲酸的第一入口以及用于添加二醇的第二入口；(c)一个或多个管线，所述管线被适配成将所述容器维持在与所述过滤器件的压力相等或比所述压力低的压力；以及(d)聚(对苯二甲酸乙二醇酯)聚合反应器，所述反应器与所述容器处于直接流体连接。

在某些实施方案中，所述一个或多个管线可以包括与所述容器和所述过滤器处于流体连接的蒸气平衡管线。在一些实施方案中，所述蒸气平衡管线包括在线冷凝器。在一些实施方案中，所述一个或多个管线可以包括：(i)第一压力控制阀，所述第一压力控制阀被适配成控制压力流向所述过滤器件中的流入；以及(ii)第二压力控制阀，所述第二压力控制阀被适配成控制压力流从所述容器中的流出。所述第二压力控制阀可以有利地被设置在比所述第一压力控制阀的压力低的压力。在一些实施方案中，所述一个或多个管线还可以包括在线冷凝器。

在某些实施方案中，本文所述的集成系统还可以包括输送器件以提供所述过滤器件与所述容器之间的直接流体连接。在某些实施方案中，所述输送器件可以有利地没有针对蒸气传送被密封。在具体实施方案中，所述输送器件包括螺旋输送机(例如未密封的螺旋输送机)。

附图说明

已经由此大体上描述了本发明，现在将参考附图，所述附图不一定是按比例绘制的，并且其中：

图1是示出了应用旋转式过滤器以从浆液中分离PTA的示意图；

图2是在本文所述的集成设备的更大部分的背景下示例性过滤器的示意图；

图3是本文所述的集成设备的过滤器件内要用的用于产生和洗涤蒸汽的部件的任选布置的示意图；

图4是本公开的一个实施方案的示意图，其中蒸气平衡管线用于维持返回浆液容器(例如再制浆容器)和过滤器中相似的压力；

图5是本公开的一个实施方案的示意图，其中两个压力控制单元用于维持返回浆液容器(例如再制浆容器)和过滤器中相似的压力；以及

图6是本公开的一个实施方案的示意图，其中蒸气平衡管线用于维持返回浆液容器(例如再制浆容器)和过滤器中相似的压力并且冷凝器提供于所述平衡管线中。

具体实施方式

现在下文将参考附图更充分地描述本发明，其中展示了本发明的一些，而非所有的实施方案。的确，这些发明可以许多不同的形式体现并且不应当被认为是限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案以使得本公开将满足适用的法律要求。同样的标号在全文中指代同样的元件。除非上下文另外明确规定，否则如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一个(种)(a/an)”、“所述”包括复数指代对象。

简单地说，本发明提供了用于生产纯化的对苯二甲酸(PTA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的系统和方法。更确切地说，本发明提供了一种用于将这些用于生产PTA和PET的系统和方法集成以得到集成系统的装置，与其中这些工艺独立运转的系统相比较，所述集成系统提供了能量和成本节约。

一般来说，本发明涉及提供和/或产生粗对苯二甲酸(CTA)的步骤，随后将所述粗对苯二甲酸纯化以提供PTA。可以例如如本申请的背景部分中所述来提供粗对苯二甲酸。还参见例如Turner等的国际申请公开号WO/1993/024440以及Hindmarsh等的国际申请公开号WO 1995/019335，这些国际申请公开以引用的方式整体并入本文。通常，通过将对二甲苯进行空气氧化来产生CTA。实现这一氧化的具体装置可以不同。在一些实施方案中，在高压和高温下进行对二甲苯的氧化。溶剂可以不同并且通常包含脂族羧酸，如乙酸。催化剂可以不同并且是足以确保对二甲苯的氧化的任何氢化催化剂。举例来说，在某些实施方案中，所述氢化催化剂可以包含乙酸钴和乙酸锰。在某些这样的条件下，CTA形成并且可能在主反应器中沉淀，从而与反应中间体、有机副产物、以及催化剂共沉淀。这些反应中间体、有机副产物、以及催化剂在所述材料可以被用于制造聚酯产品之前必须被去除(即必须将CTA纯化以形成PTA)。

在一些实施方案中，去除反应中间体、有机副产物、以及催化剂的一种方法或多种方法可以包括对CTA的水溶液进行选择氢化。当将含水介质添加到CTA中时，一般形成浆液，然后可以将所述浆液在高温下加热以将CTA溶解。在某些实施方案中，可以在高压(约60巴至约100巴，例如约80巴)和高温(例如约250℃至约350℃，例如约285℃)下，使用气态氢将所得的CTA溶液氢化。在所述工艺中通常使用氢化催化剂，例如负载型贵金属催化剂(例如钯碳)。进行氢化的方法可以不同，但是在某些实施方案中可以适当地通过在高温在氢气存在下使CTA溶液(例如以重量计20％-50％的对苯二甲酸溶液)穿过催化剂的溢流床来进行。这一氢化步骤一般使得CTA中的各种有机杂质被还原，包括4-羧基苯甲醛(4CBA)，这是CTA的主要杂质之一。4CBA可以在这样的条件下有利地被氢化成对甲苯甲酸。

然后通常使含有对苯二甲酸、水、以及杂质的所得溶液经受降低的温度和/或压力，从而使得对苯二甲酸从溶液中结晶(而所述杂质的至少一部分仍保留在溶液中)。举例来说，在一些实施方案中，使用一系列重结晶器阶段，其中每一个重结晶器阶段的压力逐步降低。可以使用任何数目的阶段来实现这一目的(例如约1个至约10个，如至少约一个、至少约两个、至少约三个、或至少约四个)。在一个具体的实施方案中，第一结晶器阶段可以在约35巴-50巴的范围运转，第二结晶器阶段可以在约20巴-33巴的范围运转，第三结晶器阶段可以在约10巴-19巴的范围运转，第四结晶器阶段可以在约6巴-10巴的范围运转，并且第五结晶器阶段可以在约3巴-9巴的范围运转。在结晶器阶段后浆液的温度可以例如在约100℃至约220℃的范围(例如通常约135℃至约180℃)。

在某些实施方案中，可以将对苯二甲酸在水溶液中的所得浆液通到过滤器件中，其中可以通过一个或多个液体/固体分离步骤回收PTA。将对苯二甲酸的浆液引入到过滤器件中的装置可以不同。在一个实施方案中，可以通过泵和流量控制阀将储存在罐中的对苯二甲酸浆液供给到过滤器件(例如旋转式滤鼓/压力过滤器)中。在一些实施方案中，将浆液在至少约60℃(例如约100℃至约200℃，如约120℃至约180℃)的温度引入到过滤器件中。在一些实施方案中，将所述浆液在约3巴-9巴(例如约8巴)的压力引入到过滤器件中。在优选的实施方案中，使所述浆液以这样的一种方式沉积，该方式使得进料的饱和压力低于过滤器件内所容纳的过滤介质的下侧(下游)上的绝对压力。在高温和/或高压下使对苯二甲酸流沉积到过滤器件中是有利的，这是因为可能由于含水介质在高温下具有更低的粘性而获得改进的过滤。此外，当在高温和/或高压下过滤对苯二甲酸产物时，杂质(包括但不限于对甲苯甲酸)的共结晶更少。因此，在一些实施方案中，可以获得更高纯度的对苯二甲酸产物，并且从其中所去除的含水介质中杂质(例如对甲苯甲酸)的水平相应更高，它在所述工艺内被理想地再循环。高温还可以容许热回收，并且因此提供可变成本的降低。高温还意味着在后续的PET生产工艺内使PTA/乙二醇浆液的温度升高所需的热被减到最低限度。

上文所提到的对甲苯甲酸杂质通常以一种或多种形式存在于对苯二甲酸浆液中，包括以在水中溶解的对甲苯甲酸、已经在PTA晶体的表面上结晶的对甲苯甲酸、以及已经与PTA共结晶并且因此存在于PTA晶体的主体内的对甲苯甲酸的形式。一般通过过滤器件将结晶的PTA与水和杂质分离。由于对甲苯甲酸比对苯二甲酸更可溶于水，因此在结晶阶段和产物回收阶段期间对甲苯甲酸杂质主要保留在水溶液中以提供PTA。在某些实施方案中，所述过滤器件的目的因此在于通过置换去除母液以及通过从滤饼置换洗涤母液以从对苯二甲酸去除尽可能多的对甲苯甲酸，从而还去除了存在于晶体表面上的对甲苯甲酸。

根据本公开，一种示例性过滤器件包括集成的洗涤设施，如图1中所示。所述过滤器件可以包括许多不同的区域，其中可以进行过滤、洗涤和/或干燥。举例来说，图1描绘了具有过滤区、干燥区、洗涤区、干燥区、以及排放区的过滤器件。在其它实施方案中，可以使用过滤器件，所述过滤器件包括更大或更小数目的区域。在一些实施方案中，可以将两个或更多个区域组合以形成过滤器件的区段。举例来说，可以将过滤区和干燥区在单个区段内组合，并且可以将洗涤区和干燥区在单个区段内组合。

过滤器件的过滤材料可以包含足以将固体PTA与对甲苯甲酸分离的任何材料。在一个示例性实施方案中，所使用的过滤器件(例如具有集成的洗涤设施的过滤器件)包括旋转式压力过滤器，它是可商购获得的。旋转式压力过滤器可以包括外壳，在所述外壳内安装了带有过滤介质的圆柱形支撑物以围绕垂直于过滤介质的平面的水平轴旋转。在某些实施方案中，所述过滤材料可以是金属网或包含塑料的布，所述塑料诸如聚酯、聚丙烯、聚醚醚酮、其组合等。过滤器表面可以适当地呈条带的形式，优选地呈连续条带的形式，所述条带可以移动(例如连续或间歇)以输送包含对苯二甲酸的材料。可以将浆液例如供给到过滤器壳体的下部区域中，该下部区域形成贮器。在一个实施方案中，所述贮器在一侧上以堰为界，以使得所述贮器内所容纳的浆液具有恒定的深度。溢流可以通到(如图1中所示)溢流段中。在一些实施方案中，溢流可以经由水平控制阀被抽出并且再循环到浆液储罐中，所述控制是取决于浆液溢流段内浆液的水平而受到影响的。

旋转式压力过滤器还可以包括抽吸单元，所述抽吸单元位于所安装的带有过滤介质的圆柱形支撑物的内部，以将流体从所述过滤材料的内部排空。这种布置使得在支撑物沿着顺时针方向旋转时，筒式过滤器的外周的连续部分浸在贮器(在图1中被示为“进料”)中并且浆液逆着过滤介质被抽取，从而在过滤介质的上游面上形成固体材料的滤饼(例如对苯二甲酸的晶体，即“PTA滤饼”)。(要指出的是，旋转也可以沿逆时针方向，这在图1中没有被描绘)。所述过滤过程有利地通过跨所述过滤介质施加差压来驱动。这样的压力可以通过将加压流体供应到过滤器的壳体与过滤介质之间的空间中来产生。在这些实施方案中，通过流体所施加的压力使得经由滤饼的厚度形成小的压差。通常，这一压差大约是约0.1巴至2巴。参考上文所提到的典型的浆液压力，所述加压流体可以约8.5巴的压力供应并且过滤介质的下游侧处的压力通常小了0.1巴至2巴，但是至少基本上与结晶过程的最后阶段中主导的压力相同或大于所述压力。

在一些实施方案中，用于将过滤介质的上游侧加压的流体包含以液体形式存在的溶剂和/或用于实现形成压差的目的的溶剂以它的气相(例如包括但不限于蒸汽)存在。在一个实施方案中，跨过滤器件中的过滤介质提供差压的加压流体包含从本文所述的集成设备中的其它地方提供的受热的蒸汽。举例来说，在一个具体的实施方案中，如图2中所示，蒸汽可以通过压缩机346来加压并且经由管线348引入到过滤器件的过滤器壳体320中。蒸汽可以围绕过滤器件内的路径循环，其中它穿过滤饼和过滤介质，进入抽吸单元332(连同滤液一起)，并且经由管线347和管线352回到压缩机346中。通过抽吸单元332去除的滤液可以收集在罐350中，经由水平控制阀354从所述罐350中将它抽出以用于进一步处理。通过联接在管线347与348之间的阀门356和压差传感器358来控制蒸汽向旋转式过滤器中的供应。可以根据需要经由阀门360从系统中放出过量的蒸汽，而可以根据需要经由阀门362供应补充的蒸汽，这两者均在压力传感器364的控制下。加压流体(例如蒸汽)供给向系统中的供应可以源自于任何合适的来源；例如，在一些实施方案中，它可以包含在过滤系统上游的点处源自于纯化过程的蒸汽。这种蒸汽的一个示例性来源是在对从氢化反应器中抽出的液体施用的常规PTA结晶工艺期间产生的蒸汽，如上文更详细地描述。

用作加压用流体的加压流体(例如蒸汽)通常处在比所述液体被引入到过滤器中时的温度略高的温度。因此，例如，在将所述液体在8巴的压力和170℃引入的情况下，被接纳为加压用蒸汽的蒸汽将处在约173℃至175℃，并且特别是处在确保不存在冷凝倾向的温度。在这些实施方案中，所述布置使得加压用流体在滤饼的上游侧和下游侧上的温度基本上是相同的并且所述设备将是绝热的以避免在加压用流体围绕系统循环时出现热损失。实际上，通过压缩机346对循环流体进行的压缩将热引入到循环蒸汽中并且可以提供装置以调节或控制进入过滤器的蒸汽的温度。举例来说，这可以通过使加压流体(例如蒸汽)在压缩后穿过热交换器或通过根据需要加热还是冷却，向再循环蒸气中受控注入呈液相或气相(例如蒸汽或水)的另外的加压流体以调节其温度来实现以使进入过滤器的加压流体(例如蒸汽)处在所期望的温度范围内。

如图3中所示，在一些实施方案中，离开压缩机346的加压用流体(例如蒸汽)可能含有挥发性对甲苯甲酸，这在PTA滤饼已经被来自喷嘴336的洗涤流体洗涤之后将污染所述PTA滤饼。为了防止发生这样的污染，在某些实施方案中，将洗涤塔371并入到脱离釜370中，以使得离开脱离釜370的加压用流体在洗涤塔371内以逆流方式在一系列塔盘或填料段上与洗涤介质接触。所述洗涤介质通常是经由喷嘴372添加的水。详细的布置示于图3中。在使用后，可以将洗涤介质与离开罐350的材料(包括由抽吸单元332去除的滤液)组合。

在所述过滤器件本身内，参考图1中所示的实施方案，来自进料段的浆液由旋转的过滤介质运送到包括过滤单元的第一区域中，其中通过将浆液经由过滤介质过滤将对苯二甲酸晶体与含水介质分离以获得湿的晶体块。滤鼓通常经由这一浆液进料被旋转，所述浆液进料围绕滤鼓外部的下段循环，并且在滤鼓的内部与外部之间维持的压差可以使得水(在某些实施方案中，包括溶解的杂质)经由滤鼓从浆液中被抽取，同时在滤鼓的外部上形成湿晶体的滤饼。

在图1的实施方案的第二区域中，使滤饼经受第一干燥阶段。在使滤鼓进一步旋转时，气体经由滤鼓被抽取，从而使得通过部分置换富含对甲苯甲酸的母液(它在第一过滤步骤中形成滤饼后保留在晶体之间)来使滤饼的湿晶体干燥。在某些实施方案中，所述气体可以包含蒸汽(例如可以主要是蒸汽)，其中所述蒸汽可以具有小的过热度。然后可以将所得的滤饼在没有再制浆的情况下传送到下一个区域中。

在图1的实施方案的第三区域中，进行洗涤步骤，其中使洗涤流体与滤饼接触以从所述晶体去除另外的杂质(例如对甲苯甲酸)。所述洗涤流体可以例如经由如在图1的洗涤阶段3上方所示的喷嘴供应。所述洗涤流体可以不同并且在某些实施方案中，可以包含被加热到与过滤器进料流基本上相同的温度的脱矿质水。在某些实施方案中，以与晶体相似的温度使用洗涤流体可以有助于避免闪蒸或骤冷的问题(伴有随之而来的使杂质沉淀的风险)。可以例如在过滤器表面上进行这一洗涤步骤，其中将洗涤流体施加到滤饼上，同时实现过滤，借此洗涤液可以穿过滤饼并且穿过过滤器表面置换残留的母液。在某些实施方案中，这一区域有利地包括单阶段洗涤，其中所述洗涤液以单个物流的形式或在将所述洗涤液分流后以多个物流的形式仅穿过过滤器表面一次。如果需要的话，这一区域可以替代地包括一系列的洗涤阶段，其中使洗涤液不止一次穿过过滤器表面。在这些实施方案中，所述一系列洗涤阶段可以是顺流的或逆流的，其中在每一个阶段中，进入的穿过对苯二甲酸酯晶体和过滤器表面的含水洗涤液是已经在一个或多个先前的阶段中穿过所述晶体和过滤器表面的含水洗涤液。然而，在最后的阶段中，洗涤流体优选地是新鲜的(即清洁的溶剂，例如水)。在过滤器内，所述洗涤流体可以任选地被分离并且与主要滤液分开收集，从而允许它在所述工艺内被重复使用以使水用量减到最低限度。

图1中所示的实施方案的第四区域包括第二干燥区。在这个区域中，来自区域3的滤饼进入干燥区中，其中将用于区域3中的洗涤流体和来自浆液的任何残留液体从滤饼中去除。当所述过滤器件包括滤鼓时，使所述滤鼓进一步旋转，从而经由所述滤鼓抽取气体并且将滤饼进一步干燥。预期的滤饼湿度在约5％至15％的范围，其中目标是低于10％。这个区域中的干燥气体可以包含惰性气体(例如主要是氮气)或过热蒸汽或优选地惰性气体和蒸汽的混合物。

如上文所指出，优选地在这些区域中的至少一个中跨过滤器表面维持差压，以使得在过滤器表面的低压侧上，压力基本上与在即将向过滤器件中引入对苯二甲酸浆液之前主导的压力相同或大于所述压力。举例来说，在一些实施方案中，这一第二干燥步骤的压差可以使得在过滤器表面的低压侧上，压力至少等于在最后的结晶器阶段中主导的压力(它通常将是超大气压力，例如约1.5巴至15巴、或约3巴至约10巴)。优选地，在某些实施方案中，所述压差将使得在所述区域中的每一个中的过滤器表面的下侧上，压力至少等于在最后的结晶器阶段中(即在结晶器阶段之后的对苯二甲酸浆液中)主导的压力。通常，在所述区域中的每一个中跨过滤器表面的压差是至少约0.05巴，其中过滤器表面的对苯二甲酸晶体块所位于的侧面处在比过滤器的另一侧高的压力。优选地，所述压差是约0.1巴至10巴，更优选地，0.2巴至3巴并且特别是0.2巴至1巴，例如0.3巴。过滤器的低压侧上的实际压力被维持在这样的压力，所述压力使得第三区域中的洗涤流体以及如果适用的话，第一区域中经由过滤器表面去除的富含对甲苯甲酸的母液基本上保留在液相中。过滤器表面的高压侧优选地被维持在高压，理想地在2巴至15巴并且特别是3巴至10巴，并且理想地高于所述工艺中前述的减压步骤的压力。

有利的是，这些步骤(即本文参考如图1中所示的区域1-4所述的步骤)中的每一个是通过将所述浆液在旋转滤鼓上过滤来进行的，所述滤鼓是可移动的以将对苯二甲酸运送穿过这些区域。以这种方式，避免了对苯二甲酸的再制浆，并且通过经由过滤器表面实现过滤以使过滤器表面的低压侧处在不低于所述超大气压力的压力，可以基本上实现从对苯二甲酸去除液体而不伴随闪蒸，从而减小了可溶性杂质沉淀并且污染纯化的对苯二甲酸块的倾向。此外，减小了材料沉淀并且污损过滤介质的任何倾向。所述分离(即本文所述的一个或多个过滤、洗涤和/或干燥步骤)有利地可以从PTA晶体去除对甲苯甲酸的至少一部分，并且最有利地可以从PTA晶体去除大部分的对甲苯甲酸，包括从PTA晶体去除基本上全部的对甲苯甲酸。在穿过过滤器件后所得的PTA优选地处在适用于直接制造聚酯的纯度。

在过滤器件的最后一个区域(在图1的实施方案中被示为区域5)中，将滤饼排放以使得它可以直接与乙二醇在单独的容器中组合。可以通过任何合适的手段，例如通过刮磨、通过重力和/或借助于从滤鼓内部喷出的气体来从过滤器件中排放PTA。尽管根据本公开不是必需的，但是所述过滤器件可以任选地还装备有合适的装置以使液体(例如水或碱性溶液)穿过所述条带的返回部分以朝下将粘附的沉积物洗到接收器中或过滤器件的进料浆液中。此外，在过滤步骤和/或洗涤步骤中回收的含水介质的至少一部分(即富含对甲苯甲酸的母液和/或洗涤流体)可以被回收并且直接或间接与另外的CTA组合，并且因此，在一些实施方案中，这一液体可以理想地构成与CTA组合的含水介质的至少一部分。如果以这种方式将富含对甲苯甲酸的母液和洗涤流体这两者再循环，那么可以任选地将它们混合在一起以在与CTA组合之前形成单个物流。可以任选地通过诸如蒸馏、过滤和/或蒸发的方法对富含对甲苯甲酸的母液和洗涤流体进行处理(分开或共同)以产生基本上纯的水或至少部分地消除对甲苯甲酸。在一些实施方案中，这样的处理还可以包括冷却或蒸发以产生不太纯的沉淀物和残留母液，然后将它们适当地分离。在某些实施方案中，可以使这样的不太纯的沉淀物回到氧化设备的氧化步骤(例如其中通过与纯化设备集成的氧化设备产生CTA)。残留母液然后可以被进一步处理和/或用作含水介质以与CTA组合。应当指出的是，在利用任何液体在这一系统内的再循环的情况下，可能需要提供清洗以允许对再循环流中组分的水平加以一定程度的控制。

由过滤器件内的过滤步骤、洗涤步骤以及干燥步骤产生的PTA滤饼(即从过滤器件中排放的湿PTA)在与乙二醇组合之前没有被进一步干燥、储存、或处理。具体来说，参考图4、5以及6中所示的实施方案，将滤饼从过滤器316中取出并且进入收集段344中，由所述收集段344对它进行回收。在所示的实施方案中，将离开过滤器316的PTA滤饼直接或经由一个螺旋输送机或一系列螺旋输送机382排放到再制浆容器380中，其中将它与乙二醇直接混合。有利的是，用于将湿PTA从过滤器件输送到再制浆容器中的装置是未密封的(例如用于输送的装置没有形成蒸气密封)。

用于将PTA运送到再制浆容器中的任选的螺旋输送机(或其它装置)一般包括穿过其的相对大的开口以允许PTA被输送。在某些实施方案中，根据本公开有用的螺旋输送机可以包括除典型的固体输送挤出机或密封型输送机以外的输送机。用于本文所述的集成系统中的一种示例性螺旋输送机是带型螺旋。这样的螺旋输送机包括穿过螺旋的蒸气路径而没有蒸气密封。尽管本公开没有明确地排除其它类型的螺旋输送机(例如包括整体蒸气密封的密封型输送机，如彼得斯X-泵(Peters X-pump))，但是应当了解的是，本文所公开的集成系统优选地使用不包括蒸气密封的螺旋输送机。

向再制浆容器中提供的与来自过滤器件的湿PTA组合的乙二醇优选地已经呈受热形式。举例来说，在一些实施方案中，乙二醇在与PTA滤饼组合之前有利地被加热到高于约100℃的温度，例如约130℃至约150℃，如约140℃。在一些实施方案中，将乙二醇在引入到再制浆容器380中之前预热。加热乙二醇的能量可以由各种来源提供。然而，在某些实施方案中，所述能量的至少一部分可以通过与由PTA设备的结晶器产生的闪蒸蒸汽进行间接热交换来提供。伴随PTA滤饼残留的任何残留水随后将以水蒸气的形式连同反应的水一起被去除，所述反应的水是在这一集成设备系统的聚合设备部分的初始聚合容器中产生的。

在优选的实施方案中，以与过滤器316的壳体大致相同的压力操作再制浆容器。举例来说，在某些实施方案中，再制浆容器和过滤器的壳体在彼此相差0.01巴至0.5巴，包括0.01巴至0.1巴以内运转。可以在系统内提供图4中所示的压力平衡管线381以确保再制浆容器与过滤器的壳体之间大致相等的压力。具体来说，再制浆容器有利地被维持在等于或低于过滤器件的壳体中的压力的压力。因而，不需要蒸气密封来防止蒸气从再制浆容器中回流(例如进入PTA生产过程中)。通常，蒸气平衡管线381中的压力被维持在与再制浆容器380中的压力相同的压力。还可以将冷凝器单元390并入到系统中以使形成的任何水或乙二醇蒸气冷凝和敲落并且被收集，从而使来自再制浆容器的乙二醇蒸气污染PTA生产过程的可能性进一步减到最低限度，如图6中所示。冷凝器可以在蒸气平衡管线381中例如直接位于再制浆容器380上方。在一些实施方案中，可以将惰性气体(例如氮气)添加到再制浆容器的蒸气空间中以确保维持必需的蒸气压(即与过滤器316的壳体中的蒸气压大致相等的蒸气压)。然后可以将湿PTA晶体在乙二醇中的所得浆液直接从再制浆容器380传送到聚合反应器的第一阶段中以开始PTA生产的过程。

在另一个实施方案中，如图5中所描绘，使用具有受控压差的氮气吹扫工艺来防止PTA过程被污染。简单地说，这一工艺使用气流(例如包含氮气或氮气和过热蒸汽的混合物)以降低污染的可能性。举例来说，可以经由压力控制阀将气体添加到旋转式压力过滤器的耐压壳体中，所述压力控制阀由压力控制器PC1控制。

再次，如上文所述形成和过滤PTA滤饼，并且将所述PTA滤饼从系统(例如从旋转式压力过滤器)中排放。再次将排放的PTA滤饼在再制浆容器380中与乙二醇组合以形成PTA-乙二醇浆液。将被添加到旋转式压力过滤器中并且通入再制浆容器中的气体经由压力控制阀排出，所述压力控制阀由压力控制器PC2控制。PC2的压力被维持在低于压力控制器PC1的压力，因此存在从旋转式压力过滤器到再制浆容器的正向气流(例如包含氮气或氮气和过热蒸汽的混合物)。通常，压差是0.05巴至0.5巴，包括0.1巴至0.2巴。气流可以从过滤器穿过螺旋输送机或穿过PTA排放途径到达再制浆容器。这一正向气流因此被设计成防止二醇蒸气从再制浆容器回流到过滤器中。

再次，可以将冷凝器单元390并入到图5中所示的系统中以使形成的任何水或乙二醇蒸气冷凝和敲落并且被收集，从而使来自再制浆容器的乙二醇蒸气污染PTA生产过程的可能性进一步减到最低限度。冷凝器可以位于例如再制浆容器380上压力控制阀上游的任何位置，以使得从再制浆容器排出的任何蒸汽在所述蒸汽被排出之前冷凝。冷凝器通常被布置以使得其中冷凝的任何水在冷凝后回到再制浆容器中。立式上流式冷凝器根据这个实施方案可以是特别有用的，因此在冷凝器中冷凝的水或乙二醇处在与进入冷凝器的蒸气相同的温度并且因而，在被重新引入到再制浆容器中时不会引起PTA-二醇浆液的过度冷却。在一些实施方案中，从再制浆容器压力控制阀排出的任何气体可以在被排放到大气中之前被洗涤以防止将乙二醇蒸气排放到大气中。

图5中所示的实施方案中再制浆容器与过滤器壳体之间的压力控制不仅防止任何乙二醇(呈蒸气或液体形式)从再制浆容器回流到旋转式压力过滤器中，而且还可以防止在热PTA滤饼进入再制浆容器中时它的水内含物闪蒸并且还可以确保热PTA滤饼中可供使用的大部分焓被直接传送到集成设备的聚酯生产部分中。因而，在聚合工艺的第一阶段中所需的热存在总体有益的减少。

实验：不同组分进入再制浆系统中的典型流速

比较实施例(基线数据)

实施例1：

流速(kg/h)	洗涤流	PTA滤饼	酯化器热井乙二醇	CP再循环罐乙二醇	总体物流
						PTA		92100			92100
水	32235	8009	589.0	2320.5	10918
						乙二醇			18919.3	36118.7	55039
二乙二醇			98.2	154.7	253
						乙醛			0.8	19.3	20
2-甲基-1,3-二氧戊环			1.4	38.7	40
						一乙酸乙二醇酯			23.6	15.5	39
二乙酸乙二醇酯				7.7	8
温度(℃)	148	148	165	45	113.5
						压力(巴)	5	4.5	4.5	4.5	4.5
总kg/h	32235	100109	19632	38675	158417
						焓(KJ/h)	19941860	19948379	8990859	4906181	33845419

实施例2：

比较实施例显示了在将冷PTA在40℃与来自PET设备的再循环乙二醇混合时，PET浆液罐的热和质量平衡。这显示组合的浆液温度是67.8℃。

实施例1显示了在将热PTA滤饼与再循环的乙二醇在再制浆罐中组合时PET浆液罐的类似的热和质量平衡。添加热PTA的益处在于混合物流的温度是约113℃，这证实了将PTA滤饼直接排放到浆液罐中的益处使酯化器再沸器上的热负荷降低了4.4MW。

实施例2显示了在将热PTA滤饼与再循环的乙二醇在再制浆罐中组合时PET浆液罐的类似的热和质量平衡。在这种情况下，已经使用来自PTA设备的废的低热值热量将乙二醇流的冷却器加热，而在更高的温度操作旋转式过滤器。在这种情况下，使用更高压力过滤器与受热的乙二醇的组合将浆液滤鼓的温度升高到154℃，并且与比较实施例相比，酯化器再沸器上的热负荷降低了7.5MW。这进一步证实了将PTA设备和PET设备集成的能量益处。

本发明的许多改动方案和其它实施方案将由已经获益于上述说明中所呈现的教导的本发明所属领域的技术人员所想到。因此，应当了解的是，本发明不限于所公开的具体实施方案并且改动方案和其它实施方案意图被包括在所附权利要求书的范围内。尽管在本文使用了特定的术语，但它们仅在一般性和描述性的意义上而不是为了限制的目的被使用。

Claims (27)

1.一种用于纯化粗对苯二甲酸和生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的集成方法，所述方法包括：

（a）提供结晶的纯化的对苯二甲酸在含水介质中的物流；

（b）在过滤器件中分离所述含水介质的至少一部分以提供湿的纯化的对苯二甲酸；

（c）将所述湿的纯化的对苯二甲酸直接从所述过滤器件传送到容器中并且使所述纯化的对苯二甲酸在所述容器中与二醇接触以得到反应物浆液；

（d）将所述反应物浆液直接输送到聚合反应器中以生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)；以及

（e）将所述容器维持在与所述过滤器件的压力相等或低于所述压力的压力。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述维持步骤包括将使所述容器与所述过滤器件连接的蒸气平衡管线集成。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述维持步骤包括向所述过滤器件施加正压。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述施加包括控制与所述过滤器件附连的第一压力控制阀。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述施加还包括使所述容器排气。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述排气是由与所述容器附连的被设置在比所述第一压力控制阀的压力低的压力的第二压力控制阀控制的。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括：

（i）将粗对苯二甲酸溶解在含水介质中以产生包含一种或多种杂质的含有对苯二甲酸的溶液；

（ii）使所述对苯二甲酸溶液与氢气接触以将所述存在于所述粗对苯二甲酸中的杂质的至少一部分还原以产生纯对苯二甲酸和氢化的杂质；以及

（iii）使所述纯对苯二甲酸结晶。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述接触步骤还包括使所述对苯二甲酸溶液暴露于高温和高压并且引入氢化催化剂。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述氢化催化剂是负载型钯催化剂。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述分离步骤包括以下各项中的一个或多个：将所述纯化的对苯二甲酸在过滤器表面上过滤；和洗涤所述纯化的对苯二甲酸。

11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括跨所述过滤器表面施加压差。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述传送包括使所述纯化的对苯二甲酸穿过非密封的传送管线。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述非密封的传送管线包括通向所述容器的直接管线。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述非密封的传送管线包括一个或多个螺旋输送机。

15.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述二醇在与所述纯化的对苯二甲酸组合之前加热。

16.如权利要求15所述的方法，其中将所述二醇加热到130℃至150℃的温度。

17.一种用于纯化粗对苯二甲酸和生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的集成系统，所述系统包括：

（a）过滤器件，所述过滤器件包括过滤区和洗涤区以从粗对苯二甲酸中去除杂质的至少一部分并且提供湿的纯化的对苯二甲酸；

（b）与所述过滤器件处于直接流体连接的容器，所述容器包括用于添加所述湿的纯化的对苯二甲酸的第一入口以及用于添加二醇的第二入口；

（c）一个或多个管线，所述管线被适配成将所述容器维持在与所述过滤器件的压力相等或低于所述压力的压力；以及

（d）与所述容器处于直接流体连接的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)聚合反应器。

18.如权利要求17所述的集成系统，其中所述一个或多个管线包括与所述容器和所述过滤器处于流体连接的蒸气平衡管线。

19.如权利要求18所述的集成系统，其中所述蒸气平衡管线包括在线冷凝器。

20.如权利要求17所述的集成系统，其中所述一个或多个管线包括

（i）第一压力控制阀，所述第一压力控制阀被适配成控制压力流向所述过滤器件中的流入；以及

（ii）第二压力控制阀，所述第二压力控制阀被适配成控制压力流从所述容器中的流出。

21.如权利要求20所述的集成系统，其中所述第二压力控制阀被设置在比所述第一压力控制阀的压力低的压力。

22.如权利要求20所述的集成系统，其中所述一个或多个管线还包括在线冷凝器。

23.如权利要求17所述的集成系统，所述集成系统还包括输送器件以提供所述过滤器件与所述容器之间的所述直接流体连接。

24.如权利要求23所述的集成系统，其中所述输送器件没有针对蒸气传送被密封。

25.如权利要求23所述的集成系统，其中所述输送器件包括螺旋输送机。

26.一种用于纯化粗对苯二甲酸和生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的集成方法，所述方法包括：

（a）将结晶的粗对苯二甲酸与水混合以形成粗对苯二甲酸的含水浆液的步骤；

（b）将所述粗对苯二甲酸在氢化反应和多级结晶器序列中处理以将所述粗对苯二甲酸转化成纯化的对苯二甲酸，从而产生纯化的对苯二甲酸的含水浆液的步骤；

（c）将所述纯化的对苯二甲酸的含水浆液的至少一部分分配到过滤器件中的步骤；

（d）将所述湿的纯化的对苯二甲酸直接从所述过滤器件传送到容器中的步骤以及将所述纯化的对苯二甲酸与二醇在所述容器中混合以得到反应物浆液的步骤；

（e）将所述反应物浆液直接传送到聚合反应器中以生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的步骤；以及

（f）将所述容器在与所述过滤器件的压力相等或低于所述压力的压力加压的步骤。

27.一种用于纯化粗对苯二甲酸和生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的集成方法，所述方法包括：

（a）在含水介质中将对苯二甲酸纯化和结晶的步骤；

（b）将所述含水介质的至少一部分分配到过滤器件中的步骤；

（c）将所述湿的纯化的对苯二甲酸直接从所述过滤器件迁移到容器中的步骤以及将所述纯化的对苯二甲酸与二醇在所述容器中混合以得到反应物浆液的步骤；

（d）将所述反应物浆液直接迁移到聚合反应器中以生产聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的步骤；以及

（e）将所述容器在与所述过滤器件的压力相等或低于所述压力的压力加压的步骤。