CN113710640B - 二酯基材料生产单元和包含其的二酯基材料生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续生产系统以及包含在其中的二酯材料生产单元，包括：进行二羧酸和伯醇的酯化反应的反应装置、进行引入的伯醇和水的气液分离的塔、用于回收塔的气相管线的热量的热交换装置、安装在热交换装置后端以液化气相伯醇和水的混合物的冷凝器，以及进行液化伯醇和水的混合物的层分离的层分离器，其中，热交换装置包括第一、第二和/或第三热交换器，第一热交换器用于与反应装置的原料进料管线进行热交换，第二热交换器用于与工艺中低温流流过的管线进行热交换，第三热交换器用于与工艺中产生的冷凝水进行热交换。本发明可以减少冷却剂的量，减少反应器中的蒸汽的量，并且提高整个工艺的热效率。

Description

二酯基材料生产单元和包含其的二酯基材料生产系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年7月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0080462号的权益，其全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种具有改进的热交换系统的二酯基材料生产单元以及包含该二酯基材料生产单元的二酯基材料生产系统。
背景技术
到20世纪，邻苯二甲酸酯基增塑剂已占世界增塑剂市场的92％(穆斯塔菲兹·拉赫曼(Mustafizur Rahman)和克里斯多夫S.布雷泽尔(Christopher S.Brazel)在《高分子科学进展》(Progress in Polymer Science)的第2004年第29卷1223-1248页发表的“增塑剂市场：对传统增塑剂的评估和研究趋势以应对新挑战”(The plasticizer market:anassessment of traditional plasticizers and research trends to meet newchallenges))，并且是用于通过赋予聚氯乙烯(在下文中，称为PVC)柔性、耐久性、耐寒性等并在熔融期间降低黏度以提高PVC的加工性的添加剂。以各种含量将邻苯二甲酸酯基增塑剂引入PVC中，并且邻苯二甲酸酯基增塑剂不仅用于诸如刚性管的硬制品，由于邻苯二甲酸酯基增塑剂柔软并且可伸展，从而邻苯二甲酸酯基增塑剂还用于诸如食品包装材料、血袋、地板材料的软制品。因此，与其他任何材料相比，邻苯二甲酸酯基增塑剂与现实生活都更密切相关，并且广泛用于与人体直接接触的材料。
然而，尽管邻苯二甲酸酯基增塑剂具有与PVC的兼容性以及优异的柔软度赋予特性，但邻苯二甲酸酯基增塑剂的有害性存在如下争议，当在现实生活中使用含有邻苯二甲酸酯基增塑剂的PVC产品时，邻苯二甲酸酯基增塑剂可能会逐渐从产品中泄漏出来并且作为疑似内分泌干扰物(环境激素)和达到重金属水平的致癌物(NR詹久阿(NR Janjua)等在《环境科学与技术》(Environmental Science and Technology)的第2008年第42卷第7522-7527页发表的“在人体的全身局部应用、生殖和甲状腺激素水平后，邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯和对羟基苯甲酸丁酯的系统吸收”(Systemic Uptake of DiethylPhthalate,Dibutyl Phthalate,and Butyl Paraben Following Whole-body TopicalApplication and Reproductive and Thyroid Hormone Levels in Humans))。特别地，由于20世纪60年代美国报告公开了使用最多的邻苯二甲酸酯增塑剂邻苯二甲酸二异辛酯(di-(2-ethylhexyl)phthalate，DEHP)从PVC产品中泄漏出来，20世纪90年代人们对环境激素的兴趣日益增加，除对邻苯二甲酸酯基增塑剂对人体的有害性的各种研究之外，全球环境法规也开始实施。
因此，为了应对因邻苯二甲酸酯基增塑剂(特别地，邻苯二甲酸二异辛酯)泄漏而引起的环境激素问题和环境法规，许多研究人员进行研究以开发新的不含用于制造邻苯二甲酸二异辛酯的邻苯二甲酸酐的无邻苯二甲酸酯基替代增塑剂，并且开发可以替代邻苯二甲酸二异辛酯并且用于工业目的的邻苯二甲酸酯基增塑剂(这是因为即使增塑剂基于邻苯二甲酸酯，也能抑制其泄漏)，还开发抑制邻苯二甲酸酯基增塑剂泄漏的泄漏抑制技术，从而大大降低对人体的风险并符合环境标准。
这样，作为二酯基增塑剂，正在积极进行无环境问题并且可以替代存在环境问题的邻苯二甲酸二异辛酯的材料的开发。此外，还积极进行开发具有优异物理特性的二酯基增塑剂的研究和增塑剂制造设备的研究，并且在工艺设计方面需要更高效、更经济、更简单的工艺设计。
同时，在大多数工业场采用分批工艺作为生产上述二酯基增塑剂的工艺。作为分批工艺，已经提出了涉及一种用于在反应器中回流非反应物并有效去除副反应物的气液分离系统的发明(韩国专利公开第10-2019-0027622号)，以及涉及一种集成初级直接酯化反应和二级酯交换反应的设备的系统以简化分批工艺的设备的发明(韩国专利公开第10-2019-0027623号)。在这种分批工艺的情况下，没有提出利用不必要的排出的热量的方法。这是因为由于分批工艺的性质，热流不是恒定的。由于这一局限性，存在随着工艺的进行能量消耗会不断积累的问题。
此外，作为连续工艺，也已经提出了涉及一种通过串联两个以上的反应器来配置反应部的工艺的发明(韩国专利公开第10-1663586号)。然而，还没有提出利用该工艺中处理的热量的替代方案。
【现有技术文件】
【专利文件】
(专利文件1)韩国专利公开第10-2019-0027622号
(专利文件2)韩国专利公开第10-2019-0027623号
(专利文件3)韩国专利公开第10-1663586号
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供了一种二酯基材料生产系统，其中热交换系统应用于用于连续生产二酯基材料的工艺的二酯基材料生产单元，通过选择用于回收热量的管线和用于供应所回收的热量的管线来优化热交换系统，使得通过减少高温水或蒸汽的产生和原料或者预热注入纯化塔的低温流所消耗的能量的量，并且减少冷凝所需的冷却剂的量，可以显著提高整个工艺的经济可行性。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种二酯基材料生产系统，其包括包含在二酯基材料的连续生产系统中的生产单元，其中，所述生产单元包括：反应装置，所述反应装置包括进行二羧酸和伯醇的酯化反应的反应容器、用于向所述反应容器供应反应物的原料进料管线以及安装在所述反应容器的上端使得汽化的伯醇和水通过塔排出的气相排出管线；所述塔，所述塔包括进行从所述气相排出管线引入的伯醇和水的气液分离的塔主体、安装在所述塔主体的下部使得液化富醇流流入所述反应装置中的液相管线以及安装在所述塔主体的上部并且与层分离器连接使得气相伯醇和水的混合物流流出的气相管线；热交换装置，所述热交换装置安装在所述塔的所述气相管线上并且回收所述气相管线的热量；冷凝器，所述冷凝器安装在所述塔的所述气相管线上并安装在所述热交换装置的后端，并且液化所述气相管线中的气相伯醇和水的混合物；以及所述层分离器，所述层分离器包括进行液化的伯醇和水的混合物分离为有机层和水层的层分离的分离罐、安装为将分离的所述有机层排出到所述塔主体的侧上部的有机层管线以及使分离的所述水层排出的水管线。
所述热交换装置包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器中的一个或多个，所述第一热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到所述原料进料管线，所述第二热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到使低温流流入所述二酯基材料的连续生产系统中的管线，所述第三热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到所述二酯基材料的连续生产系统中产生的冷凝水。
根据本发明的另一个方面，提供了一种二酯基材料的连续生产方法，所述方法通过二酯基材料的连续生产系统执行，所述二酯基材料的连续生产系统包括：进行直接酯化反应的第一反应部、纯化所述第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入所述第一反应部的纯化的所述产物和与所述第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化所述第二反应部的产物的第二纯化单元，其中，所述第一反应部包括串联连接的两个以上生产单元。在所述生产单元中，进行包括以下步骤的工艺：通过反应装置中的二羧酸和伯醇的酯化反应使作为非反应物的伯醇和作为副反应物的水汽化的步骤；汽化的伯醇和水从下部上升并且液相伯醇从上部下降以在塔中进行气液分离，并且气相伯醇和水通过所述塔的上部排出的步骤；回收气相伯醇和水的热量的步骤；以及冷凝回收热量后的伯醇和水以进行层分离的步骤。
所回收的热量用于以下用途中的一种或多种用途：在二羧酸和伯醇注入所述反应装置之前加热二羧酸和伯醇，加热选自由包含在所述第一纯化单元中的纯化塔的进料管线、所述第二反应部的原料进料管线以及包含在所述第二纯化单元中的纯化塔的进料管线组成的组中的一条或多条管线，以及加热工艺中产生的冷凝水。
根据本发明的又一个方面，提供了一种二酯基材料的连续生产系统，所述系统包括：进行直接酯化反应的第一反应部、纯化所述第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入所述第一反应部的纯化的所述产物和与所述第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化所述第二反应部的产物的第二纯化单元，其中，热交换装置包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器中的一个或多个，所述第一热交换器安装为使热量传递到原料进料管线，所述第二热交换器安装为使塔的气相管线的热量传递到选自由包含在所述第一纯化单元中的纯化塔的进料管线、所述第二反应部的原料进料管线以及包含在所述第二纯化单元中的纯化塔的进料管线组成的组中的一条或多条管线，所述第三热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到工艺中产生的冷凝水。
有益效果
本发明采用改进的热交换系统，使得通过减少高温水的产生和原料或者预热低温流所消耗的能量的量，并且减少冷凝所需的冷却剂的量，可以显著提高整个工艺的经济可行性。
附图说明
图1是示出了典型的二酯基材料生产工艺的过程图；
图2是在分批工艺中回收到塔的回流线，并且是示出了图1的位置P处的随时间变化的热流量的曲线图；
图3是示出了根据本发明的一个实施例的二酯基材料生产单元的过程图；
图4是示出了根据本发明的一个实施例的作为二酯基材料的生产单元的热交换装置(第一热交换器)的示例的过程图；
图5是示出了根据本发明的一个实施例的作为二酯基材料的生产单元的热交换装置(第二热交换器)的示例的过程图；
图6是示出了根据本发明的一个实施例的作为二酯基材料的生产单元的热交换装置(第三热交换器)的示例的过程图；
图7是示出了根据本发明的一个实施例的作为二酯基材料的生产单元的热交换装置(第一热交换器和第二热交换器)的示例的过程图；
图8是示出了根据本发明的一个实施例的作为二酯基材料的生产单元的热交换装置(第一热交换器和第三热交换器)的示例的过程图；
图9是示出了根据本发明的一个实施例的作为二酯基材料的生产单元的热交换装置(第二热交换器和第三热交换器)的示例的过程图；并且
图10是示出了根据本发明的另一个实施例的二酯基材料生产单元的过程图。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明，以便于理解本发明。
应当理解，在本发明的说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为限于具有在常用词典中定义的含义。将进一步理解，基于发明人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释本发明的原则，这些词语或术语应被解释为具有与其在相关技术语境和本发明的技术构思中的含义相一致的含义。
根据本发明的一个实施例的二酯基材料生产单元包含在二酯基材料的连续生产系统中，并且包括：反应装置，反应装置包括进行二羧酸和伯醇的酯化反应的反应容器、用于向反应容器供应反应物的原料进料管线以及安装在反应容器的上端使得汽化的伯醇和水通过塔排出的气相排出管线；塔，塔包括进行从气相排出管线引入的伯醇和水的气液分离的塔主体、安装在塔主体的下部使得液化富醇流流入反应装置中的液相管线以及安装在塔主体的上部并且与层分离器连接使得气相伯醇和水的混合物流流出的气相管线；热交换装置，热交换装置安装在塔的气相管线上并且回收气相管线的热量；冷凝器，冷凝器安装在塔的气相管线上并安装在热交换装置的后端，并且液化气相管线中的气相的伯醇和水的混合物；以及层分离器，层分离器包括进行液化的伯醇和水的混合物分离为有机层和水层的层分离的分离罐、安装为将分离的有机层排出到塔主体的侧上部的有机层管线以及使分离的水层排出的水管线。
热交换装置包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器中的一个或多个，第一热交换器安装为使塔的气相管线的热量传递到原料进料管线，第二热交换器安装为使塔的气相管线的热量传递到使低温流流入二酯基材料的连续生产系统中的管线，第三热交换器安装为使塔的气相管线的热量传递到二酯基材料的连续生产系统中产生的热冷凝水。
图1示出了应用于二酯基材料的典型生产工艺的过程图。在反应装置1中，进行酯化反应，同时醇和水汽化，然后通过气相排出管线1a注入塔2中，在塔2中，气相醇和水与由有机层管线4a供应并从层分离器4回流的液相醇接触，从而进行气液分离。未分离的气相水和醇通过塔的气相管线2a排出，然后经由安装在气相管线2a上的冷凝器5冷却冷凝后，通过在层分离器4中层分离送回反应装置1，但是回流到塔2的上部用于塔2中的气液分离。
同时，观察有机层管线4a中的流的热流量，其变化范围相当宽，如图2的示出了图1所示的有机层管线4a的位置P处的随时间变化的热流量的曲线图所示。因此，它不是典型地能够回收热量的系统，因此应用塔2上方的气相管线2a中存在的总热量从冷凝器去除的系统。
因为管线中的回流流的热流量是恒定的，因此根据本发明的一个实施例的二酯基材料生产单元应用于连续工艺，并且设计为回收和利用从塔的上部排出的流的热量。通过应用这种热交换系统，可以预期在工艺中通过预热原料和/或使用冷凝水产生高温水或蒸汽，并减少后端处冷凝器中使用的冷却剂的量，从而提高能量生产率的效果。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的一个实施例的二酯基材料生产单元。
图3是示出了根据本发明的一个实施例的二酯基材料的生产单元10的过程图。生产二酯基材料的设备包括进行二羧酸和伯醇的酯化反应的反应装置11、通过使醇(在反应期间汽化的非反应物)和水(副反应物)上升来进行气液分离的塔12、用于回收排出到塔上部的气相管线121的热量的热交换装置16、用于在将气相伯醇和水的混合物引入层分离器之前将其液化的冷凝器15以及用于通过层分离来分离液化的伯醇和水的混合物的层分离器14。
根据本发明的一个实施例，生产单元10包括反应装置11，反应装置11包括进行二羧酸和伯醇的酯化反应的反应容器110以及安装在反应容器110的上端的气相排出管线111，汽化的伯醇和水通过气相排出管线111排出到塔。
反应装置11还可以具有注入作为原料的二羧酸和伯醇的原料进料管线113、以及用于在设置有多个生产单元的情况下将产物发送到下一个生产单元的反应装置，或者在存在单个生产单元或当它是多个生产单元中的最后一个生产单元时将产物发送到纯化单元的产物管线112。
然而，原料进料管线113可以具有进一步安装在初始生产单元的前端的预混合器(未示出)，以将原料注入预混合器中，从而将原料供应到反应装置，或者可以通过与一个原料进料管线进行管线混合来供应原料。或者，可以针对每种原料通过不同的进料管线供应原料。原料的进料方法没有特别的限制，只要其是能够将原料供应到反应装置中的方法。
此外，生产单元10包括塔12，通过气相排出管线111连接到反应装置11的塔12包括进行从气相排出管线111引入的伯醇和水的气液分离的塔主体120、安装在塔主体120的下部使得液化富醇流流入反应装置中的液相管线122、以及安装在塔主体120的上部并且与层分离器14连接使得气相的伯醇和水的混合物流流出的气相管线121。
在反应装置11中，在反应容器110中进行酯化反应，并且可以以二羧酸和伯醇为原料，在约150℃至230℃的温度下进行该反应。作为原料的二羧酸可以包括选自由对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和环己烷二羧酸组成的组中的一种或多种，作为另一种原料的伯醇可以具有3至10个碳原子。
当原料用于进行酯化反应时，酯化反应的反应温度可能高于用作原料的具有3至10个碳原子的伯醇的沸点，使得在反应期间不可避免地会发生伯醇的汽化。此外，由于伯醇的蒸发，产生反应容器中反应物不断减少的问题。因此，通过注入超过理论上的当量比的过量伯醇来进行反应。
因此，在反应部(特别地，在下文描述的生产系统中的第一反应部)中的二羧酸和伯醇的摩尔比可以是1：2至1：5，并且可以是为了防止由于过量的醇的进料而引起的不必要的回流而造成的能量损失，并且可以考虑在实现反应的转化率和控制最小停留时间方面所需的过量醇来确定摩尔比。摩尔比可以优选地为1：2至1：4，并且为了最优地反映上述情况，可以应用1：2.5至1：4的摩尔比。
此外，酯化反应产生水作为副反应物，但水的产生可能会相反地加速逆反应并成为干扰实现目标转化率的原因，因此，从反应容器中去除水也可能很重要。
也就是说，反应期间产生的气相水应在反应装置11中去除，并且不可避免地，需要对汽化的伯醇进行再液化并将再液化的伯醇返回反应器的操作。因此，塔12安装在反应装置11的上部。
在塔12中，进行汽化的伯醇和水的气液分离。气相伯醇和水的混合物从反应容器110的上部的气相排出管线111引入到塔12的塔主体120的下部，引入的气相混合物在塔12的塔主体120中上升，并与从塔12的侧上部下降的液相伯醇接触，使得伯醇和水分别分离到塔主体120的下部和塔主体120的上部。这里，从塔12的上部下降的液相伯醇可以从后端的层分离器14供应。
在反应装置11中汽化的伯醇和水通过塔12中的气液分离进行初步分离，液化的伯醇通过液相管线122供应回反应器110，因此，可以参与反应。此外，仍处于气相的水和未分离的伯醇的混合物气体通过塔上部的气相管线121排出。此时，通过气相管线121排出的内部气相混合物流的温度可以是约130℃至180℃。尽管一部分伯醇被液化并返回到反应器中，但伯醇仍可能是过量的，因此，伯醇与水的重量比可以是约1以上。
根据本发明构思的一个实施例，生产单元10包括用于回收塔的气相管线121的热量并将其转移到工艺中需要供应热量的另一个地方的热交换装置16，热交换装置16安装在塔12的气相管线121上。
通过气相管线121从塔排出的气相水和伯醇的混合物流应最终被液化，以便伯醇回流并去除水，该混合物流是应去除热量的流。此外，由于气体管线121是在约130℃至180℃下的相当高温的流，所以处理其中的热量可能导致显著的能量损失。
然而，在典型的分批工艺中，由于热流量不是恒定的问题，只有使用冷凝器才能去除热量，因此，存在显著的能量损失。即使对于连续工艺，也没有提出选择或使用能够回收和供应热量的管线。
因此，本发明的特征在于具有热交换系统，在该热交换系统中，回收所处理的热量并将其供应到适当的位置，以提高能量利用率。具体地，本发明的热交换装置16用于从如上所述安装在塔12上部的气相管线121回收热量，并且回收的热量被供应到反应装置11的原料进料管线113，供应到工艺(将在下文描述的生产系统)中低温蒸汽流经的管线，或用于加热工艺(将在下文描述的生产系统)中产生的冷凝物，以产生高温水或蒸汽。
具体地，包括本发明的生产单元的二酯基材料的连续生产系统可以包括进行直接酯化反应的第一反应部、纯化第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入第一反应部的所纯化的产物和与第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部、以及纯化第二反应部的产物的第二纯化单元。
在这种情况下，安装在塔上部的气相管线上的热交换装置可以安装为用于与生产系统中的低温流进行热交换，并且低温流可以是存在于第一纯化单元和第二纯化单元中的纯化塔的进料管线或第二反应部的原料进料管线，热交换装置可以安装为向管线供应热量。对于设置在第一纯化单元和第二纯化单元中的纯化塔，通常注入纯化塔的流处于低温，并且加热塔内部以进行纯化，因此，当通过上述进料管线供应热量时，可以提高整个工艺的热效率。
此外，如上所述，当这样的热交换系统应用于与生产单元中的原料进料的热交换和/或用于生产系统中的公用物(utility)(高温水或蒸汽)的生产时，可以提高公用物(高温水或蒸汽)的生产率，可以减少基本上在后端进行的冷凝所需的冷却剂量，并且在利用所处理的热量方面可以提高整个工艺的能量效率。
生产单元10包括层分离器14。通过塔气相管线121连接到塔12的层分离器14包括分离罐140、有机层管线141和水层管线142，在分离罐140中，从塔12的上部排出然后通过热交换装置16和冷凝器15液化的气体分离为有机层和水层，分离的有机层从有机层管线141排出，分离的水层从水层管线142排出。
此外，生产单元10包括用于进行冷却和冷凝的冷凝器15，使得通过热交换器16的塔上部的气相管线121中的流在被引入层分离器14之前可以全部液化，并且冷凝器15安装在塔12的气相管线121上，并且安装在热交换装置16的后端，使得通过热交换装置16充分回收热量的管线中的流被冷却和冷凝。液化液相伯醇和水在层分离器14的分离罐140中分离为伯醇的有机层和水的水层。
有机层中的伯醇可以通过有机层管线141再循环到塔12，并且可以注入塔主体120的侧上部，以便在塔12中进行气液分离。此时，有机层管线中的伯醇流的温度可以是约40℃至约95℃。在典型的分批工艺中，有机层管线中的热流量不是恒定的。然而，在连续工艺中，热流量是稳定的，因此，可以在塔上部的气相管线121中进行热交换。
此外，水层中的水通过水层管线142从分离罐14排出。此时，排出的水可以作为工艺中产生的水用于通过附加的分离设备产生蒸汽，并且从反应装置11去除之后，对水的利用没有特别的限制。
图4至图6示出了根据本发明的一个实施例的二酯基材料生产单元的示例，并且示出了应用热交换系统的方式的示例。
参考图4，将描述热交换系统的示例。这里，热交换装置安装为包括第一热交换器16a，并且可以安装为将塔12的气相管线121的热量传递到原料进料管线113。原料进料管线113可以不直接连接到反应容器110，但可以经由反应容器110安装以在安装在塔12的气相管线121上的热交换装置中彼此交叉。在这种情况下，从待冷凝的气相管线121去除热量，以便可以减少在后端的冷凝器15中的冷却剂的量，并且可以在将原料注入在约150℃至230℃下进行反应的反应系统之前将原料预热到预定温度，以便也可以减少在反应器中使用的蒸汽的量。
参考图5，将描述热交换系统的另一个示例。这里，热交换器安装为包括第二热交换器16b，并且可以安装为将塔12的气相管线121的热量传递到工艺(生产系统)中的另一条管线。也就是说，热量可以被传递到生产系统中的低温流LT流。这里，低温流可以具有注入到存在于第一纯化单元和第二纯化单元中的每一个中的纯化塔中的进料管线，以及第二反应部分的原料进料管线。
参考图6，将描述热交换系统的又一个示例。这里，热交换装置安装为包括第三热交换器16c，并且可以安装为传递热量，以利用塔12的气相管线121的热量加热工艺中产生的冷凝水或冷凝物。
二酯基材料的整个生产工艺需要大量的公用物(诸如高温水HW或蒸汽的热源)，诸如用于加热反应容器11的蒸汽、用于在纯化工艺中注入塔之前加热到特定温度的蒸汽、以及高温水，以加热到中和工艺中所需的温度。此外，在生产工艺中，可以产生相当数量的冷凝物，例如，从上述层分离器14产生的水层的反应产物水或者从纯化工艺产生的废水。因此，可以允许工艺中产生的大量冷凝物通过热交换装置16，以用于产生高温水HW或蒸汽，从而对减少冷凝物浪费的量并提高工艺中公用物的生产率起到很大的作用。
图7至图9示出了热交换系统的其他示例。这里，热交换装置16a、16b和16c可以是应用了图4至图6所示的热交换系统的复合系统的装置。换句话说，作为两个热交换器，第一热交换器16a安装为将塔的气相管线121的热量传递到原料进料管线113，第二热交换器16b安装为将热量传递到生产系统中的低温流，第三热交换器16c安装为传递塔的气相管线121的热量以产生诸如加热生产系统(工艺)中产生的冷凝物的公用物。
在这种情况下，可以适当地调整可以从塔的气相管线121回收并供应到原料输入管线113的热量的量以及可以用于产生低温流和生产系统中的公用物的量。第一热交换器16a、第二热交换器16b和第三热交换器16c的顺序可以不相关。
然而，例如，像是在第二热交换器16b安装在第一热交换器16a的后端(参见图7)、第三热交换器16c安装在第一热交换器16a的后端(参见图8)以及第三热交换器16c安装在第二热交换器16b的后端(参见图9)的情况下，在整体热交换效率方面，优选地，可以按照预热原料、与低温流进行热交换和产生公用物的顺序应用热交换系统。
如上所述，当将应用根据本发明的一个实施例的热交换系统的二酯基材料生产单元应用于生产工艺时，可以提高整个工艺中的公用物利用率，并且可以大大提高能量使用效率。
根据本发明的另一个实施例，生产单元20可以包括在热交换装置的后端的闪蒸罐，闪蒸罐具有对包含伯醇和水的混合物流进行液相和气相的分离的闪蒸罐主体、安装为将包含液化伯醇的液相排出到塔或反应装置的闪蒸罐下部管线以及安装为将气相伯醇和水的混合物流排出到层分离器的闪蒸罐上部管线。在这种情况下，塔的气相管线可以连接到闪蒸罐主体的侧部，冷凝器可以安装在闪蒸罐上部管线上。
当如上所述将闪蒸罐引入生产单元中时，通过在通过热交换器的同时冷凝的一部分气相所获得的存在于管线中的液相可以容易地分离，而不需要任何特殊操作，并且回流通过闪蒸罐的醇具有相对较高的温度，使得可以预期进一步提高反应系统热效率的效果。
图10示出了根据本发明的另一个实施例的引入了闪蒸罐的生产单元20。闪蒸罐27通过气相管线221连接到塔22，并且可以具有闪蒸罐主体270(其中包含部分液化伯醇和水的混合物流通过热交换装置26进行气液分离)、使包含液化伯醇的液相排出的闪蒸罐下部管线272以及安装为使气相伯醇和水的混合物流排出到层分离器24的闪蒸罐上部管线271。此时，冷凝器25可以安装在闪蒸罐上部管线271上。
闪蒸罐27可以在闪蒸罐主体270内进行气液分离，并且可以通过简单的设备和处理使大量伯醇返回到反应器中。此时，液化伯醇可以通过闪蒸罐下部管线272经由反应装置21或塔22回收到反应系统中。由于从闪蒸罐27回收的伯醇的温度高于通过冷凝和冷却的伯醇的温度，即使将伯醇回收到反应装置21中，也可以最小化反应系统中的温度变化。此外，由于初步分离了一部分伯醇，所以可以减少冷凝器中使用的冷却水的量，因此，通过引入闪蒸罐27获得的节能效果可以是显著的。
根据本发明的另一个实施例的生产单元20包括闪蒸罐27的闪蒸罐下部管线272和层分离器24的有机层管线241作为使伯醇回流(即再循环)的管线。在使伯醇返回到反应装置21中时，再循环管线可以在不同位置处连接。闪蒸罐下部管线272连接到选自由塔主体220的侧上部、塔主体220的侧下部和反应容器210组成的组中的一个或多个位置，并且有机层管线241连接到选自由闪蒸罐主体270的侧部、塔主体220的侧上部、塔主体220的侧下部和反应容器210组成的组中的一个或多个位置。
此时，闪蒸罐下部管线272和有机层管线241中的任意一个必须连接到塔22的塔主体220的侧上部。这是因为只有当气相在塔22的塔主体220的下部上升而液相在上部下降时才能进行气液分离。
根据本发明的另一个实施例的二酯基材料生产系统可以包括进行直接酯化反应的第一反应部、纯化第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入第一反应部的所纯化的产物和与第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化第二反应部的产物的第二纯化单元，其中，第一反应部包括串联连接的两个以上的上文描述的生产单元。
此外，热交换装置包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器中的一个或多个，第一热交换器安装为使热量传递到原料进料管线，第二热交换器安装为使塔的气相管线的热量传递到选自由包含在第一纯化单元中的纯化塔的进料管线、第二反应部的原料进料管线以及包含在第二纯化单元中的纯化塔的进料管线组成的组中的一条或多条管线，第三热交换器安装为使塔的气相管线的热量传递到工艺(生产系统)中产生的冷凝水。
鉴于整个工艺，上文描述的二酯基材料的生产单元可以是构成“反应部”的一部分的一个单元。在本发明中，在生产二酯基材料的连续工艺中，优选地，两个以上这样的生产单元连接，优选地，3至6个或3至5个。
当两个以上生产单元10和20连接时，在反应装置11和12中产生的产物可以通过产物管线112和212排出并移动到下一个生产单元。附图中所表示的“…”可以解释为两个以上生产单元可以耦合的表示。
具体地，生产二酯基材料的连续工艺可以包括第一生产系统和第二生产系统，第一生产系统包括进行直接酯化反应的第一反应部和纯化第一反应部的产物的第一纯化单元，第二生产系统包括进行与通过附加的醇进料产生的二酯的酯交换反应的第二反应部和纯化第二反应部的产物的第二纯化单元。此外，可以包括废水处理单元或混合醇分离单元。
根据本发明的一个实施例的生产单元可以具体涉及进行直接酯化反应的第一生产系统中的第一反应部。然而，即使在后端的第一纯化单元、第二反应单元和第二纯化单元没有连接在一起，工艺也没有特别的限制，只要工艺是可以应用与应用于根据本发明的生产单元的热交换系统相同的热交换系统的工艺即可。
根据本发明的另一个方面的用于连续生产二酯基材料的方法包括进行直接酯化反应的第一反应部、纯化第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入第一反应部的所纯化的产物和与第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化第二反应部的产物的第二纯化单元，其中，第一反应部包括串联连接的两个以上生产单元。在生产单元中，进行包括以下步骤的工艺：通过反应装置中的二羧酸和伯醇的酯化反应汽化伯醇(非反应物)和水(副反应物)的步骤；汽化的伯醇和水从下部上升并且液相伯醇从上部下降以在塔中进行气液分离，并且气相伯醇和水通过塔的上部排出的步骤；回收气相伯醇和水的热量的步骤；以及冷凝回收热量后的伯醇和水以进行层分离的步骤。
此时，所回收的热量用于以下用途中的一种或多种用途：在二羧酸和伯醇注入反应装置之前加热二羧酸和伯醇、加热选自由包含在第一纯化单元中的纯化塔的进料管线、第二反应部的原料进料管线以及包含在第二纯化单元中的纯化塔的进料管线组成的组中的一条或多条管线、以及加热工艺中产生的冷凝水。
在包括上文描述的二酯基材料的生产单元的生产系统中进行该生产方法。应用于生产系统和生产方法的生产单元及其热交换系统的描述与上文描述的相同，因此省略其描述。
示例
在下文中，将参考示例详细描述本发明。然而，以下示例仅仅是对本发明的说明，并且不旨在限制本发明的范围。
在以下示例和比较例中，已经通过使用商业化工艺模拟程序ASPEN PLUS中的CONTINUOUS MODELER对根据二酯基材料连续生产方法、根据本发明的方法的工艺系统进行了模拟。
实验例1
在使用上述程序进行模拟时，通过耦合了图1所示的三个生产单元和图3所示的一个生产单元(因此，总共耦合了4个生产单元)的生产系统进行模拟。如下面的表1所示应用图3所示的生产单元的顺序，并且还如下面的表1所示应用所应用的热交换器以进行模拟。
二羧酸为对苯二甲酸，伯醇为2-乙基己醇作为原料，两种原料的摩尔比设置为1：3。将包含通过有机层管线141排出的伯醇的有机层的温度设置为40℃，并确认冷凝器15中消耗的冷却剂的量和整个生产系统中使用的蒸汽的量。假设比较例1为100％，下面的表1的值为相对值(％)。
[表1]
参考上面的表1，确认了当通过将根据本发明的实施例的生产单元应用于四个生产单元中的至少一个来利用热交换系统时，大大减少了冷却剂用量和蒸汽用量。
实验例2
在使用上述程序进行模拟时，通过耦合了图1所示的三个生产单元和图3所示的一个生产单元(因此，总共耦合了4个生产单元)的生产系统进行模拟。如下面的表2所示应用图3所示的生产单元的顺序，并且还如下面的表2所示应用所应用的热交换器以进行模拟。
二羧酸为对苯二甲酸，伯醇为2-乙基己醇作为原料，两种原料的摩尔比设置为1：3。将包含通过有机层管线141排出的伯醇的有机层的温度设置为40℃，并确认冷凝器15中消耗的冷却剂的量和整个工艺中生产公用物(高温水或蒸汽)所消耗的能量的量。假设比较例1为100％，下面的表2的值为相对值(％)。
[表2]
参考上面的表2，确认了当通过将根据本发明的实施例的生产单元应用于四个生产单元中的至少一个来利用热交换系统时，大大减少了冷却剂用量和在工艺中用于生产公用物的能量。
实验例3
在使用上述程序进行模拟时，通过耦合了图1所示的两个或三个生产单元和图3所示的一个或两个生产单元(因此，总共耦合了4个生产单元)的生产系统进行模拟。如下面的表3所示应用图3所示的生产单元的顺序，并且还如下面的表3所示应用所应用的热交换器以进行模拟。
二羧酸为对苯二甲酸，伯醇为2-乙基己醇作为原料，两种原料的摩尔比设置为1：3。将包含通过有机层管线141排出的伯醇的有机层的温度设置为40℃，并确认冷凝器15中消耗的冷却剂的量、进入反应容器中的蒸汽的量、整个生产系统中使用的蒸汽的量以及整个工艺中生产公用物(高温水或蒸汽)所消耗的能量的量。假设比较例1为100％，下面的表3的值为相对值(％)。
[表3]
参考上面的表3，确认了当通过将根据本发明的实施例的生产单元应用于四个生产单元中的至少一个来利用热交换系统时，大大减少了冷却剂用量、蒸汽用量和在绿色工艺中用于生产公用物的能量。
[附图标记说明]
1、11、21：反应装置 110、210：反应容器
1a、111、211：气相排出管线 112、212：产物管线
113、213：原料进料管线
2、12、22：塔 120、220：塔主体
121、221：气相管线 122、222：液相管线
4、14、24：层分离器 140、240：分离罐
141、241：有机层管线 142、242：水层管线
5、15、25：冷凝器
16、26：热交换装置 16a：第一热交换器
16b：第二热交换器 16c：第三热交换器
27：闪蒸罐 270：闪蒸罐主体
271：闪蒸罐上部管线 272：闪蒸罐下部管线
LT流：低温流 冷凝物：冷凝水
HW/蒸汽：高温水/蒸汽

Claims (11)

1.一种包含在二酯基材料的连续生产系统中的生产单元，所述生产单元包括：
反应装置，所述反应装置包括反应容器、原料进料管线和气相排出管线，所述反应容器进行二羧酸和伯醇的酯化反应，所述原料进料管线用于向所述反应容器供应反应物，所述气相排出管线安装在所述反应容器的上端使得汽化的所述伯醇和水通过所述气相排出管线排出到塔；
所述塔，所述塔包括塔主体、液相管线和气相管线，所述塔主体对从所述气相排出管线引入的所述伯醇和所述水进行气液分离，所述液相管线安装在所述塔主体的下部使得液化富醇流流入所述反应装置中，所述气相管线安装在所述塔主体的上部并且与层分离器连接使得气相的伯醇和水的混合物流流出；
热交换装置，所述热交换装置安装在所述塔的所述气相管线上并且回收所述气相管线的热量；
冷凝器，所述冷凝器安装在所述塔的所述气相管线上并安装在所述热交换装置的后端，并且液化所述气相管线中的气相的所述伯醇和所述水的混合物；以及
所述层分离器，所述层分离器包括分离罐、有机层管线和水管线，所述分离罐将液化的伯醇和水的混合物进行层分离为有机层和水层，所述有机层管线被安装为将分离的所述有机层排出到所述塔主体的侧上部，分离的所述水层通过所述水管线排出，其中，
所述热交换装置包括以下热交换器中的一个或多个：
第一热交换器，所述第一热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到所述原料进料管线；
第二热交换器，所述第二热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到使低温流流入所述二酯基材料的连续生产系统中的管线；以及
第三热交换器，所述第三热交换器安装为使所述塔的所述气相管线的热量传递到所述二酯基材料的所述连续生产系统中产生的冷凝水。
2.根据权利要求1所述的生产单元，其中，
所述二酯基材料的连续生产系统包括进行直接酯化反应的第一反应部、纯化所述第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入所述第一反应部的被纯化的产物和与所述第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化所述第二反应部的产物的第二纯化单元，并且
使低温流流入所述二酯基材料的连续生产系统中的管线包括所述第一纯化单元和所述第二纯化单元中的每一个中包括的纯化塔的进料管线以及所述第二反应部的原料进料管线。
3.根据权利要求1所述的生产单元，其中，所述热交换装置包括依次安装在所述塔的所述气相管线上的所述第一热交换器和所述第二热交换器，所述第一热交换器和所述第三热交换器，或者所述第二热交换器和所述第三热交换器。
4.根据权利要求1所述的生产单元，进一步包括在所述热交换装置的后端的闪蒸罐，所述闪蒸罐具有对包含所述伯醇和所述水的混合物流进行液相和气相的分离的闪蒸罐主体，安装为将包含液化的伯醇的液体排出到所述塔或所述反应装置的闪蒸罐下部管线以及安装为将气相的所述伯醇和所述水的混合物流排出到所述层分离器的闪蒸罐上部管线，
其中，所述塔的所述气相管线连接到所述闪蒸罐主体的侧部，并且
所述冷凝器安装在所述闪蒸罐上部管线上。
5.根据权利要求1所述的生产单元，其中，所述塔的所述气相管线中的流的温度为130℃至180℃。
6.根据权利要求1所述的生产单元，其中，所述二羧酸包括选自由对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和环己烷二羧酸组成的组中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的生产单元，其中，所述伯醇具有3至10个碳原子。
8.根据权利要求1所述的生产单元，其中，所述酯化反应在150℃至230℃的温度下进行。
9.一种二酯基材料的连续生产方法，所述方法通过二酯基材料的连续生产系统执行，所述二酯基材料的连续生产系统包括进行直接酯化反应的第一反应部，纯化所述第一反应部的产物的第一纯化单元，通过引入所述第一反应部的纯化的所述产物和与所述第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化所述第二反应部的产物的第二纯化单元，
其中，所述第一反应部包括串联连接的两个以上生产单元，在所述生产单元中，进行包括以下步骤的工艺：
通过反应装置中的二羧酸和伯醇的酯化反应使作为非反应物的伯醇和作为副反应物的水汽化的步骤；
汽化的所述伯醇和所述水从下部上升并且液相伯醇从上部下降以在塔中进行气液分离，并且气相伯醇和水通过所述塔的上部排出的步骤；
回收所述气相伯醇和所述水的热量的步骤；以及
冷凝回收热量后的所述伯醇和所述水以进行层分离的步骤，并且
所回收的热量用于以下用途中的一种或多种用途：
在所述二羧酸和所述伯醇注入所述反应装置之前加热所述二羧酸和所述伯醇；
加热选自由包含在所述第一纯化单元中的纯化塔的进料管线、所述第二反应部的原料进料管线以及包含在所述第二纯化单元中的纯化塔的进料管线组成的组中的一条或多条管线；以及
加热所述工艺中产生的冷凝水。
10.一种二酯基材料的连续生产系统，所述系统包括进行直接酯化反应的第一反应部、纯化所述第一反应部的产物的第一纯化单元、通过引入所述第一反应部的纯化的所述产物和与所述第一反应部的原料醇不同的醇进行酯交换反应的第二反应部以及纯化所述第二反应部的产物的第二纯化单元，其中，
所述第一反应部包括串联连接的两个以上根据权利要求1所述的生产单元，并且
所述热交换装置包括以下热交换器中的一个或多个：
第一热交换器，所述第一热交换器安装为使热量传递到原料进料管线；
第二热交换器，所述第二热交换器安装为使热量传递到选自由包含在所述第一纯化单元中的纯化塔的进料管线、所述第二反应部的原料进料管线以及包含在所述第二纯化单元中的纯化塔的进料管线组成的组中的一条或多条管线；以及
第三热交换器，所述第三热交换器安装为使热量传递到工艺中产生的冷凝水。
11.根据权利要求10所述的连续生产系统，其中，3至6个所述生产单元串联连接。
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