CN110139849A - 经纯化的对苯二甲酸(pta)排放蒸汽的利用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造经纯化的芳香族羧酸的方法，所述方法包括在反应区中氧化被取代的芳香族化合物以形成芳香族羧酸粗品和气态料流；在预加热区中加热所述芳香族羧酸粗品；将所述芳香族羧酸粗品与氢气在氢化反应器中在催化剂存在下接触，以形成经纯化的芳香族羧酸；在结晶区中结晶所述经纯化的芳香族羧酸，以形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流。将至少一部分所述蒸气料流引导至所述预加热区，并将来自于所述预加热区的至少一部分所述蒸气料流排放至所述废气处理区，以便实现能量节省。

Description

经纯化的对苯二甲酸(PTA)排放蒸汽的利用
技术领域
本发明的教导大体上涉及制造芳香族羧酸的方法，并且具体来说涉及纯化芳香族羧酸粗品的方法。
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/或更高级的亚烷基二醇的反应)。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，已经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芳香族羧酸。甲基取代基的位置对应于芳香族羧酸产物中羧基的位置。在例如含有钴和锰的溴助催催化剂的存在下，使用空气或其他氧气源(例如通常处于气态)作为氧化剂。所述氧化是放热的，并产生芳香族羧酸连同副产物，包括芳香族原料的部分或中间氧化产物，以及乙酸反应产物(例如甲醇、乙酸甲酯和溴甲烷)。水也作为副产物产生。
为了制造在重要应用(例如纤维和瓶子)中使用的聚酯，有时需要纯形式的芳香族羧酸。酸中的杂质(例如由芳香族原料的氧化产生的副产物，以及更通常地为各种被不同的羰基取代的芳香族物质)被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，这进而导致聚酯转化成的产品变色。具有低杂质水平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气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。
具有低杂质含量的纯的对苯二甲酸和其他芳香族羧酸形式，例如经纯化的对苯二甲酸(PTA)，可以通过使用贵重金属催化剂将不太纯的所述酸形式或所谓的中间纯度产物在溶液中催化氢化来制造。在商业实践中，烷基芳香族进料材料液相氧化成芳香族羧酸粗品以及所述粗产品的纯化有时在连续的整合过程中进行，其中将来自于所述液相氧化的粗产物用作所述纯化的起始原料。
为了使氢化以令人满意的速率进行，必需使用过量氢气，这是昂贵的。这种氢气在第一PTA结晶器中进入气相中。来自于所述PTA第一结晶器的蒸气被用于预热进入所述PTA氢化反应器的浆液，以节省能量。所述蒸气进入交换器的壳侧。在常规的纯化装置中，由于存在不可冷凝的氢气，因此必需从交换器排出一小部分蒸汽/氢气，导致氢气和热值的损失。所述氢气可以按照本领域中所教导被回收并循环利用，但这需要采取另外的设备形式的资金，并且仍需要少量吹扫以防止杂质聚集。
对于降低制造芳香族羧酸的总成本，仍存在着需求。
发明内容
本发明的范围仅由权利要求书定义，并且在任何程度上不受本概述中的陈述影响。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造经纯化的芳香族羧酸的方法。所述方法包括将被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品和气态料流；在预加热区中加热所述芳香族羧酸粗品；将所述芳香族羧酸粗品与氢气在氢化反应器中在催化剂存在下接触，以形成经纯化的芳香族羧酸；在结晶区中结晶所述经纯化的芳香族羧酸，以形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含蒸汽和氢气；从所述浆液回收纯化的羧酸产物；将至少一部分所述蒸气料流引导至所述预加热区，以便加热所述芳香族羧酸粗品；将至少一部分所述蒸气料流从所述预加热区排放至废气处理区，所述废气处理区被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流；并且在所述废气处理区从所述蒸气料流回收能量。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造经纯化的芳香族羧酸的装置。所述装置包含：反应区，其被构造用于氧化被取代的芳香族化合物以形成羧酸粗品和气态料流；预加热区，其被构造用于加热所述羧酸粗品；氢化反应器，其被构造用于将所述芳香族羧酸粗品与氢气在催化剂存在下接触，以形成经纯化的芳香族羧酸；结晶区，其被构造用于结晶所述经纯化的芳香族羧酸，以形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含蒸汽和氢气；回收区，其被构造用于从所述浆液回收纯化的羧酸产物；和废气处理区，其被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流，其中所述至少一部分蒸气料流被引导至所述预加热区以便加热所述芳香族羧酸粗品，其中至少一部分来自于所述预加热区的蒸气料流被排放至所述废气处理区，并且其中在所述废气处理区从所述蒸气料流回收能量。
对于本领域技术人员来说，根据后面的描述，本发明的其他方面将显而易见。
附图说明
图1A和1B示出了根据本发明的教导用于制造纯化形式的芳香族羧酸的工艺流程图。
详细描述
作为一般性介绍，根据本发明的用于制造经纯化的芳香族羧酸的方法包括：在反应区中氧化被取代的芳香族化合物，以形成芳香族羧酸粗品和气态料流；在预加热区中加热所述芳香族羧酸粗品；将所述芳香族羧酸粗品与氢气在氢化反应器中在催化剂存在下接触，以形成经纯化的芳香族羧酸；在结晶区中结晶所述经纯化的芳香族羧酸，以形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含蒸汽和氢气；从所述浆液回收纯化的羧酸产物；将至少一部分所述蒸气料流引导至所述预加热区，以便加热所述芳香族羧酸粗品；将至少一部分所述蒸气料流从所述预加热区排放至废气处理区，所述废气处理区被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流；并且在所述废气处理区从所述蒸气料流回收能量。在某些实施方式中，所述预加热区包含热交换器，并且所述蒸气料流进入所述热交换器的壳侧。在某些实施方式中，所述废气处理区包含至少一个热交换器、催化氧化单元和膨胀机。
在某些实施方式中，所述方法还包括在蒸馏塔中蒸馏所述气态料流，以形成经蒸馏的气态料流。在某些实施方式中，所述至少一部分蒸气料流可以在所述至少一个热交换器的上游被排出。在某些实施方式中，所述至少一部分蒸气料流被排放至引向所述催化氧化单元的料流，以便加热所述经蒸馏的气态料流。
在某些实施方式中，所述方法还包括将所述经蒸馏的气态料流引导至所述催化氧化单元，其中所述经蒸馏的气态料流包含溴甲烷；在所述催化氧化单元中燃烧所述蒸气料流中的氢气；在所述催化氧化单元中氧化溴甲烷以形成溴；形成第一催化氧化流出物和第二催化氧化流出物；并且将所述第一催化氧化流出物引导至所述膨胀机，其中所述膨胀机从所述第一催化氧化流出物回收能量。在某些实施方式中，所述方法还包括将所述第二催化氧化流出物引导至洗涤器；并且使用所述洗涤器从所述第二催化氧化流出物除去溴。在某些实施方式中，进入所述膨胀机的所述第一催化氧化流出物的温度高于150℃。
根据本发明，一种用于制造经纯化的芳香族羧酸的装置包含：反应区，其被构造用于氧化被取代的芳香族化合物以形成羧酸粗品和气态料流；预加热区，其被构造用于加热所述羧酸粗品；氢化反应器，其被构造用于将所述芳香族羧酸粗品与氢气在催化剂存在下接触，以形成经纯化的芳香族羧酸；结晶区，其被构造用于结晶所述经纯化的芳香族羧酸，以形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含蒸汽和氢气；回收区，其被构造用于从所述浆液回收纯化的羧酸产物；和废气处理区，其被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流，其中所述至少一部分蒸气料流被引导至所述预加热区以便加热所述芳香族羧酸粗品。在某些实施方式中，至少一部分来自于所述预加热区的蒸气料流被排放至所述废气处理区。在某些实施方式中，在所述废气处理区从所述蒸气料流回收能量。
在某些实施方式中，所述装置还包含蒸馏塔，其被构造用于蒸馏所述气态料流以形成经蒸馏的气态料流。在某些实施方式中，所述催化氧化单元被构造用于氧化所述经蒸馏的气态料流以形成催化氧化流出物。在某些实施方式中，所述膨胀机被构造用于从所述催化氧化流出物回收能量。
现在将参考附图描述根据本发明教导的用于制造纯化形式的芳香族羧酸的上述方法的其他特点。
图1A和1B示出了根据本发明的一个实施方式的用于制造纯化形式的芳香族羧酸的工艺流程图。作为简介，方法100包括：反应区，其包含被构造用于进料的液相氧化的氧化反应器110；结晶区，其被构造用于从所述液相氧化反应混合物形成芳香族羧酸粗品，并包含结晶容器152和156；固-液分离装置190，其被构造用于从液体分离芳香族羧酸粗品(和某些氧化副产物和中间体)；混合区，其包括被构造用于制备芳香族羧酸粗品在纯化反应溶剂中的混合物的纯化反应混合物构造容器200；预加热区，其包括在将所述芳香族羧酸粗品引入到纯化区之前加热它的热交换器208；纯化区，其包括被构造用于将所述芳香族羧酸粗品与氢气在催化剂存在下接触以形成经纯化的芳香族羧酸的氢化反应器210；以及回收区，其包含包括容器220的结晶区，其被构造用于形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含水蒸汽和氢气；和固-液分离装置230，其被构造用于从液体中分离纯化的固体产物。
图1A和1B中的过程的整合纯粹是代表性的，且同样可以使用各种不同的其他整合和非整合的配置。
在图1A和1B中表示的过程中使用的液态和气态料流和材料，可以通过例如由适合于过程使用和安全的材料构造而成的适合的转移管线、导管和管路来引导和转移。应该理解，特定元件可能在物理上是并置的，并且在适合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、气体和液体流量计和分配器、取样和传感装置和其他设备(例如用于监测、控制、调节和/或转向压力、流量和其他运行参数)。
适合用于氧化反应器110的代表性芳香族进料材料包括但不限于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被取代的芳香族化合物(例如烃)。在某些实施方式中，所述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、醛基和/或酮基。所述取代基可能相同或不同。进料化合物的芳香族部分可以是苯核，或者它可能是双环或多环(例如萘和/或蒽核)。在某些实施方式中，所述进料化合物的芳香族部分上的可氧化的取代基的数目等于所述芳香族部分上可用的位点的数目。在其他实施方式中，所述进料的芳香族部分上的可氧化的取代基的数目小于这些位点的总数(例如在某些实施方式中为1至4，并且在某些实施方式中为2)。按照本发明的教导可以单独或组合地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，1,2,4-三甲基苯，1-甲酰基-2,4-二甲基苯，1,2,4,5-四甲基苯，被烷基、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，以及任何上述化合物的部分氧化的衍生物，及其组合。在某些实施方式中，所述被取代的芳香族化合物包含被甲基、乙基和/或异丙基取代的芳香族烃。在某些实施方式中，所述被取代的芳香族化合物包含被烷基取代的苯、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不受限制，并且包括但不限于具有一个或多个芳香环的单羧化和多羧化物质。在某些实施方式中，所述芳香族羧酸通过气态和液态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(两个或更多个)芳香环，其在某些实施方式中被稠合(例如萘、蒽等)，并且在其他实施方式中则不是。在某些实施方式中，所述芳香族羧酸只包含一个羧酸(例如-CO2H)组成部分或其盐(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(例如两个或更多个)羧酸组成部分或其盐。代表性的芳香族羧酸包括但不限于对苯二甲酸、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。在某些实施方式中，本发明的教导涉及制造纯形式的对苯二甲酸，包括纯化的对苯二甲酸(PTA)和所谓的中等纯度的对苯二甲酸。
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的取代基的芳香族烃的进料材料在液相反应混合物中接触。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)的催化剂组合物。在某些实施方式中，所述氧化在有效维持液相反应混合物且形成高温高压蒸气相的身高温和压力下进行。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、水和溴助催的催化剂组合物的液相氧化反应混合物中接触。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中所示执行的实施方式中，可以将包含至少约99重量％的被取代的芳香族烃、乙酸水溶液(例如含有约70重量％至约95重量％的乙酸)、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(例如氢溴酸)的液体进料材料和空气通过入口例如入口112连续加载至氧化反应容器110。在某些实施方式中，容器110是额定压力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液态体体内的搅拌桨被构造成提供用于混合液体并使气体分散于液体中的力，由此避免固体沉降在所述液态体的下部区域中。
在某些实施方式中，对二甲苯在反应器110中被氧化，主要氧化成对苯二甲酸。除了对苯二甲酸之外，可能形成的副产物包括但不限于部分和中间氧化产物(例如4-羧基苯甲醛、1,4-羟基甲基苯甲酸、对甲苯甲酸、苯甲酸等及其组合)。由于所述氧化反应是放热的，因此由反应生成的热可能引起所述液相反应混合物的沸腾和形成塔顶气态料流，所述料流包含气化的乙酸、蒸汽、来自于氧化反应的气态副产物、碳的氧化物、来自于加载至反应的空气的氮气、未反应的氧气，等等，及其组合。
在某些实施方式中，包含悬浮在所述液相反应混合物中的固体氧化产物的液态流出物通过浆液出口114从反应容器110移除，并以料流115被引导至结晶容器152，进而到结晶容器156，用于固体产物的回收。
在某些实施方式中，可以通过在一级或多级结晶中例如在单一结晶容器中或者如图1A和1B中所示在一系列多个搅拌的结晶容器中结晶，从所述液体回收固体粗产物。在某些实施方式中，所述结晶过程包括从较前级到较后级的级顺序降低温度和压力，以提高产物回收率。例如，如图1A和1B中所示，可以提供串联并且流体连通的结晶容器152和156，使得来自于容器152的产物浆液可以被转移到容器156。所述结晶容器中的冷却可以通过压力释放来实现。一个或多个所述结晶容器可以排气，例如在排气口154和158处排气，以除去由压力下降产生的蒸气以及从所述闪蒸产生的蒸汽排放至热交换手段(未示出)。
如图1A和1B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被构造用于接收来自于结晶容器156的固体产物的浆液。在某些实施方式中，固-液分离装置190也被构造用于从所述液体中分离固体产物粗品和副产物。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包含被构造用于溶剂交换(例如通过在压力下将滤饼中的母液用包含水的洗涤液正向驱替)的压力过滤器。适合的旋转压力过滤器由BHS-Sonthofen销售，并公开在例如美国专利号2,741,369和7,807,060和美国专利申请公布号2005/0051473中。从所述分离得到的氧化母液可以以料流191离开分离装置190，用于转移到母液桶192。一部分的所述母液并且在某些实施方式中大部分的所述母液可以从桶192转移到氧化反应器110。通过这种方式，可以将溶解和/或作为固体细小粒子存在于所述母液中的单羧酸溶剂、水、催化剂和/或氧化反应副产物返回到所述液相氧化反应。
如图1A和1B中所示，可以将包含经加热的固体粗产物的料流197引导至包括反应混合物构造容器200的混合区。可以将料流197中的固体粗产物在构造容器200中与经由管线202进入容器200的补充溶液混合并悬浮在其中，以形成包含芳香族羧酸粗品的纯化反应混合物。将在容器200中制备的纯化反应混合物经由管线204抽出并转移到泵206。在某些实施方式中，所述纯化补充溶液含有水。在某些实施方式中，溶剂管线202连接到用于包含补充溶液的储存容器(未示出)。在其他实施方式中，所述溶剂包含从脱气器进料的新鲜脱矿质水。在其他实施方式中，所述溶剂从整合过程100的另一部分供应。例如，在一个实施方式中，所述溶剂包含在塔330中从废气分离或从结晶区回收的蒸气中所获得的冷凝液。纯化补充溶液的来源更充分地描述在例如美国专利号5,723,656、6,137,001、7,935,844、7,935,845和8,173,834中。纯化补充溶液的适合来源包括脱矿质水、蒸汽冷凝液、来自于氧化区段中的蒸馏的冷凝液例如从料流334冷凝的塔顶馏出物和来自于纯化结晶器例如220的冷凝液。
经由管线204离开容器200的纯化反应混合物进入预加热区。包含所述芳香族羧酸粗品的纯化反应混合物被引入至少所述预加热区中。图1A和1B中示出的预加热区包括泵206和热交换器208。本领域技术人员将会认识到，尽管在图1A和1B中仅仅示出了一个热交换器，但所述预加热区可以包括串联或并联配置的另外的热交换器。热交换器208将所述纯化反应混合物的温度升高到使用负载型催化剂进行纯化反应所需的温度。
被加热的纯化反应混合物离开所述预加热区并进入所述纯化区。所述纯化区包括纯化反应器210。在某些实施方式中，纯化反应器210是氢化反应器，并且纯化反应器210中的纯化包括将所述包含芳香族羧酸粗品的纯化反应混合物与氢气在氢化催化剂存在下接触。在某些实施方式中，一部分所述纯化液体反应混合物可以以料流211形式从氢化反应器210连续移除，并引导至下游结晶区中的结晶容器220。在某些实施方式中，在结晶容器220中，可以从所述反应混合物结晶出对苯二甲酸和较低水平的杂质。在容器220中形成的包含固体经纯化芳香族羧酸和液体的所述得到的浆液料流，可以以料流221被引导至固-液分离装置230。得到的包含蒸汽和氢气的蒸气料流以料流222被引导至所述预加热区的热交换器208，以便加热所述羧酸粗品。在某些实施方式中，料流222中的蒸气料流进入热交换器208的壳侧。纯化的羧酸产物以料流231离开固-液分离装置230。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纯化母液可以以料流233作为回流物被引导至高压蒸馏塔330，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中更充分描述的。在其他实施方式中，料流233可以被引导至废水处理设施。另一种可选方案是冷却料流233用于固体产物的回收，正如在美国专利公布号2012/142962中所描述的。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。
过程100还包括废气处理区300，其被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流。废气处理区300包含蒸馏塔330、热交换器337和338、催化氧化单元344和膨胀机347。在某些实施方式中，至少一部分来自于热交换器208的蒸气料流以料流224或料流226被排放到废气处理区300。
所述气态料流可以经由排放口116从所述反应器移除并以料流111被送往蒸馏塔330。所述分离区被构造用于将水与溶剂单羧酸分离开并将富含溶剂的液相以管线331返回到所述反应器。经蒸馏的气态料流以管线334从所述分离区移除并用于进一步加工。在某些实施方式中，所述经蒸馏的气态料流包含氮气、氧气、水、乙酸、碳氧化物和溴甲烷。回流物以管线335返回到塔330。所述回流流体可能包含富含水的气态料流334的冷凝部分，或者可能包含来自于其他来源的流体。塔顶气态料流的进一步加工和回流流体的来源的实例更充分描述在美国专利号5,723,656、6,137,001、7,935,844、7,935,845和8,173,834中。
在某些实施方式中，所述至少一部分蒸气料流在热交换器337和338的上游以料流224被排出，并与料流336中的经蒸馏的气态料流合并，如图1A中所示。料流224中的蒸气料流包含蒸汽和氢气。在热交换器337和338中，通过加热壳侧流体(未示出)从所述蒸汽回收能量，并且料流336被冷却。所述壳侧流体，例如水或另一种过程料流，可用于产生能量，例如通过产生蒸汽供使用在所述过程中的其他地方，或通过加热水或过程料流以供稍后使用。在所述过程中的这个点处添加料流224的蒸汽是有益的，因为可以使用热交换器从所述蒸汽回收能量，并且因为所述过程的这个部分不必保持干燥。然后将未冷凝的气体引导至高压吸收器340，其被构造用于除去料流339中的挥发性组分。所述挥发性组分可以通过将所述气相与液体接触来去除，首先与富含乙酸的料流350、然后与富含水的料流351接触。得到的洗液352和353可以被引导至所述过程的其他部分，例如引导至氧化反应器110。
将来自于高压吸收器340的洗涤过的蒸气流出物经由料流341引导至被构造用于将所述蒸气流出物加热至约120℃的温度的热交换器342。将所述经加热的流出物经由料流343引导至催化氧化单元344。催化氧化单元344包含催化氧化反应器(未示出)和二级热交换器(未示出)，后者从催化氧化反应器流出物回收热量以将进入催化氧化单元344的料流的温度升高至约300℃。来自于所述蒸气料流(在热交换器337和338上游的料流224中排出的至少一部分蒸气料流)的氢气在催化氧化单元344中燃烧，这也导致能量的回收。催化氧化单元344需要足够热以破坏挥发性有机化合物并产生足够热以避免下游腐蚀问题(即保持下游过程干燥)的流出物。燃烧来自于所述至少一部分蒸气料流的氢气增加了由催化氧化单元344产生的放热反应热，因为不必向催化氧化单元344添加过量燃料，这允许更少的能量输入到系统中，这也产生比常规过程更经济的过程。
在某些实施方式中，所述至少一部分蒸气料流在料流226中被排放到一引至催化氧化单元344的料流341，如图1B中所示。料流226中的蒸气料流包含蒸汽和氢气。由于所述蒸气料流中的蒸汽加热料流341，使得在进入催化氧化单元344之前不需要太多的额外能量来加热料流341，因此能量被回收。然而，液态水不利于催化氧化单元344和下游过程。因此，进入催化氧化单元344的料流341的温度可能需要更高，以便将水蒸发。此外，或可选地，当压力降低时(与图1A中示出的实施方式相比)，所述膨胀机中的料流的温度不能被降低多少。因此，较少能量可被所述膨胀机回收。与图1A中的过程相同，来自于所述蒸气料流(在料流226中被排放的至少一部分蒸气料流)的氢气在催化氧化单元344中燃烧，这也导致能量的回收。燃烧来自于所述至少一部分蒸气料流的氢气增加了由催化氧化单元344产生的放热反应热，这允许更少的能量输入到系统中，并且由于不必向催化氧化单元344添加过量的燃料，这也导致比常规过程更经济的过程。
溴甲烷在催化氧化单元344中被氧化以形成溴和HBr。在某些实施方式中，形成第一催化氧化流出物和第二催化氧化流出物。所述第一催化氧化流出物经由料流345被引导至膨胀机347，并且在发生器348中从所述第一催化氧化流出物回收能量。在某些实施方式中，所述第二催化氧化流出物以料流346被引导至洗涤器349，用于从所述第二催化氧化流出物除去溴。
在某些实施方式中，以料流345进入膨胀机347的第一催化氧化流出物的温度高于150℃。在一个实施方式中，所述温度高于170℃。料流345中的第一催化氧化流出物的温度由进入催化氧化单元344的料流343的入口温度和整个催化氧化反应器的反应热两者来控制。燃烧来自于料流224或料流226的氢气增加了所述反应热。
本文中引用的每一个专利和非专利出版物的全部内容通过参考并入本文，除非在与本说明书的公开内容或定义存在不一致的情况下，此时应当以本文中的公开内容或定义为准。
提供上面的详细描述和附图是出于解释和说明的目的，并且不打算限制权利要求书的范围。本文中说明的当前优选的实施方式的许多变化对本领域普通技术人员来说是显而易见的，并且仍在权利要求书及其等同性的范围之内。
应该理解，权利要求书中叙述的要素和特点可以以不同方式组合，产生同样落于本发明的范围之内的新的权利要求项。因此，尽管从属权利要求项从属于仅仅单个独立或从属权利要求项，但应该理解这些从属权利要求项在可选方案中也可以从属于任何在前的权利要求项，不论是独立的还是从属的，并且这些新的组合应该被理解为形成本说明书的一部分。
实施例
下面的实施例是基于计算机模拟。第一行示出了接住纯化过程中的预加热区排出的蒸气料流将氢气添加到催化氧化(“CATOX”)系统中的益处。CATOX流出物通常被引导至膨胀机。入口越热，可以回收的能量越多。或者，需要更少的燃料或蒸汽来加热进入所述CATOX反应器的气体。两者都导致节省能量。如下表中所示，从所述预加热区排出蒸气料流允许提高进入膨胀机的CATOX流出物的温度，并因此允许比常规过程更经济的过程。
在所述CATOX系统中有必要维持一定温度(>300℃)以确保挥发性有机化合物例如溴甲烷的适合的破坏。塔顶系统中的氢气浓度远低于空气中4％的爆炸下限，因此不构成安全风险。
对于这一过程，观察到来自整个过程烟道的溴甲烷的浓度减少约40％。因此，与常规过程相比，溴甲烷的排放降低。

Claims (17)

1.一种用于制造经纯化的芳香族羧酸的方法，所述方法包括：
在反应区中氧化被取代的芳香族化合物，形成芳香族羧酸粗品和气态料流；
在预加热区中加热所述芳香族羧酸粗品；
将所述芳香族羧酸粗品与氢气在氢化反应器中在催化剂存在下接触，形成经纯化的芳香族羧酸；
在结晶区中结晶所述经纯化的芳香族羧酸，形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含蒸汽和氢气；
从所述浆液回收纯化的羧酸产物；
将至少一部分所述蒸气料流引导至所述预加热区，以便加热所述芳香族羧酸粗品；
将至少一部分来自于所述预加热区的所述蒸气料流排放至废气处理区，所述废气处理区被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流；并且
在所述废气处理区中从所述蒸气料流回收能量。
2.权利要求1的方法，其中所述废气处理区包含至少一个热交换器、催化氧化单元和膨胀机。
3.权利要求2的方法，其中所述至少一部分蒸气料流在所述至少一个热交换器的上游被排放。
4.权利要求1的方法，其还包括：
在蒸馏塔中蒸馏所述气态料流，以形成经蒸馏的气态料流。
5.权利要求4的方法，其中所述至少一部分蒸气料流被排放至一引向所述催化氧化单元的料流，以便加热所述经蒸馏的气态料流。
6.权利要求4的方法，其还包括：
将所述经蒸馏的气态料流引导至催化氧化单元，其中所述经蒸馏的气态料流包含溴甲烷；
在所述催化氧化单元中燃烧所述蒸气料流中的氢气；
在所述催化氧化单元中氧化溴甲烷以形成溴；
形成第一催化氧化流出物和第二催化氧化流出物；并且
将所述第一催化氧化流出物引导至所述膨胀机，其中所述膨胀机从所述第一催化氧化流出物回收能量。
7.权利要求6的方法，其还包括：
将所述第二催化氧化流出物引导至洗涤器；并且
使用所述洗涤器从所述第二催化氧化流出物除去溴。
8.权利要求6的方法，其中进入所述膨胀机的所述第一催化氧化流出物的温度高于150℃。
9.权利要求1的方法，其中所述预加热区包含热交换器，并且其中所述蒸气料流进入所述热交换器的壳侧。
10.权利要求1的方法，其中所述经纯化的芳香族羧酸包含对苯二甲酸。
11.一种用于制造经纯化的芳香族羧酸的装置，所述装置包含：
反应区，其被构造用于氧化被取代的芳香族化合物形成羧酸粗品和气态料流；
预加热区，其被构造用于加热所述羧酸粗品；
氢化反应器，其被构造用于将所述芳香族羧酸粗品与氢气在催化剂存在下接触形成经纯化的芳香族羧酸；
结晶区，其被构造用于结晶所述经纯化的芳香族羧酸以形成包含固体经纯化芳香族羧酸的浆液料流和蒸气料流，其中所述蒸气料流包含蒸汽和氢气；
回收区，其被构造用于从所述浆液回收纯化的羧酸产物；和
废气处理区，其被构造用于处理至少一部分由所述被取代的芳香族化合物的氧化形成的气态料流，其中所述至少一部分蒸气料流被引导至所述预加热区以便加热所述芳香族羧酸粗品，其中至少一部分来自于所述预加热区的蒸气料流被排放至所述废气处理区，并且其中在所述废气处理区中从所述蒸气料流回收能量。
12.权利要求11的装置，其中所述废气处理区包含至少一个热交换器、催化氧化单元和膨胀机。
13.权利要求11的装置，其还包含：
蒸馏塔，其被构造用于蒸馏所述气态料流以形成经蒸馏的气态料流。
14.权利要求13的装置，其中所述催化氧化单元被构造用于氧化所述经蒸馏的气态料流以形成催化氧化流出物。
15.权利要求14的装置，其中所述膨胀机被构造用于从所述催化氧化流出物回收能量。
16.权利要求11的装置，其中所述预加热区包含热交换器，并且其中所述蒸气料流进入所述热交换器的壳侧。
17.权利要求11的装置，其中所述经纯化的芳香族羧酸包含对苯二甲酸。
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