CN1204107C - 回收纯化的对苯二甲酸(pta)的方法 - Google Patents

回收纯化的对苯二甲酸(pta)的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备纯化的对苯二甲酸的方法，包含：首先向高压旋转式过滤器中引入一种含有具有杂质的结晶的对苯二甲酸的液体淤浆，然后过滤上述淤浆并收集至少一些固体部分。过滤器通常由壳体和转鼓构成，壳体被充以工作压力，转鼓用过滤装置，如滤布或相当的过滤装置包覆，被充以适当的小于壳体的压力。转鼓理想地分成三区域：第一个区域，在此除去母液；第二个区域，在此洗涤固体；第三个区域，在此除去过量的洗涤液，并缷出固体。而后，用附加量的水在转鼓上洗涤该固体部分。然后传送收集到的洗涤过的固体部分到缷压区，其中缷压区的压力小于收集该固体部分区域的压力。当固体部分被转移到缷压区之后，密闭缷压区和收集区之间的连接，使得缷压区的压力变化不会影响收集区的压力。然后逐渐地对缷压区减压，移出固体。然后将缷压区重新加压，以使该区域可以从高压旋转式过滤器中接收额外的洗涤过的固体部分。

Description

回收纯化的对苯二甲酸(PTA)的方法
本发明涉及一种生产和回收纯化的对苯二甲酸(“PTA”)的新方法。更具体地，本申请涉及使用旋转式压力过滤器回收结晶的对苯二甲酸及在大气压下回收产生的晶体的方法。本方法涉及将该结晶物质通过至少两个阀确定的分离的区域，其中每后一区域的压力略微小于前一个区域的压力。
对苯二甲酸用于生产很多不同的聚合物，包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。生产PET的典型方法是直接缩合对苯二甲酸和一种多元醇。这种直接的酯化反应需要使用纯化的对苯二甲酸，以使反应产物可以接受。
对苯二甲酸通过直接氧化对二甲苯以及随后的结晶母液来回收粗对苯二甲酸(CAT)来生产。这种CTA仍含有大约0.2wt％到0.4wt％的4-羧基苯甲醛(4-CBA)的作为主要杂质。为了减少4-CBA的含量，通常将该CTA溶解于水中，得到的溶液在氢化反应器中处理，将4-CBA转化成对甲苯甲酸。从氢化反应器中得到的溶液在一系列的结晶器中闪蒸冷却，从而以晶体的形式沉淀出纯化的对苯二甲酸(PTA)。从结晶器中得到的淤浆仍含有显著量的对甲苯甲酸，需要从PTA中分离出来，以达到商品技术指标的不大于150ppm的含量。
为了纯化该PTA，目前最多使用的是两个后续的固体分离步骤。传统的从其母液中分离PTA的方法是在100℃到170℃的温度及1到7bar的压力下离心分离该淤浆。在此条件下，对甲苯甲酸的主要部分将留在溶液中，使其得到分离。
从离心分离机中得到的PTA晶体只含有很小量的对甲苯甲酸，但却含有残留的母液(通常为10-15％)。为了除去这些杂质，通常将该晶体与附加的水混合，通常以1.1-1.5m3水/吨PTAR的比率，来洗去夹带的母液。这样得到的是含有45±5％固体的淤浆。该淤浆闪蒸到大气压，然后进给到第二步的离心分离机或旋转式真空过滤器(RVF)中。该含有残留10-15％水的PTA，通常用旋转式干燥器干燥后贮存。该PTA晶体仍含有少量的对甲苯甲酸(通常小于150ppm)，而4-CBA的含量通常小于25ppm。
这些传统的方法需要很高的投资，因为它们需要一个大规模的压力离心机，以及大规模的RVF或第二个大规模的离心机。这些又导致很高的维修费用及伴随而来的稳定性的缺乏。另外，离心机引起晶体的断裂，使得颗粒大小的分布很大程度地增大，特别是小于44微米的颗粒大小。这种方法还需要大量的需要加热到工艺温度的水。最后，该方法得到的产品具有相对大量的水分，其必须用干燥器除去，结果导致能耗很高。
美国专利5,175,355教导了一种包含压力过滤的纯化对苯二甲酸的方法。该参考文献教导，引入一种水溶液淤浆(包含以晶体形式存在的纯化的对苯二甲酸和以水溶液形式存在的作为共结晶形式的对甲苯甲酸)到一个或多个过滤池中。该淤浆在大气压到16atm的体系压力下过滤。将带有得到的滤饼的过滤池转移到洗涤区，在该区域向过滤池引入加热到38℃到205℃的水流，使其在滤饼上形成储水层。然后利用压力梯度来使水通过滤饼，进行置换洗涤，该压力梯度高于体系压力至少0.5atm，同时保持该储水层。使置换洗涤连续进行足够的时间以除去预期量的杂质。然后将过滤池转移到压力释放区，使体系压力迅速释放以闪蒸掉滤饼中残留的水，并回收产品。然后将压力释放区重新加压到体系压力以使其能够接受更多的产品。该方法报道得到含有小于200ppm重量的对甲苯甲酸的对苯二甲酸。
虽然该方法满意地生产了纯净的产品，但它是一种耗时的方法，因为压力释放区必须重新加压到体系压力，才能接受更多的置换洗涤的物料。
本发明的申请人发现该方法可以通过转移洗涤过的滤饼到一个卸压区(或压力释放区)的方法来改进，该区域的压力小于洗涤区。这种方法所需的重新加压卸压区的时间显著减少。本发明的申请人发现，卸压区的压力以渐进地方式接近预期的压力。这就是说释放区与体系压力之间的压力差的主体部分在重新加压的初始阶段就得到了补充，而最后的一点压力差则需要相对较长的时间来补充。因此，通过将卸压区的压力置于小于系统的压力，可以节省很多的时间。缩短循环时间使得前段生产可以更快地进行，或者可以使用较小的旋转式压力过滤器，而不引起瓶颈效应。
此外，发现卸压区与洗涤区之间的压力差事实上有利于产品的移动，因为它可以在某种程度上通过气流带动，该气流在两个区域之间的挡板被移去时产生。还被发现可以帮助过滤器本身不阻塞。
另外，本发明的申请人发现，为了得到最好的系统机械操作性能，主要是防止排放管道的阻塞，用比US5,175,355教导的闪蒸速度更慢地释放压力是有利的。
本发明的一个方面是提供一种制备纯化的对苯二甲酸的方法，其包含：首先向高压旋转式过滤器中引入一种含有结晶的对苯二甲酸及其杂质的液体淤浆，然后用高压旋转式过滤器过滤上述淤浆并收集至少一些固体部分。而后，用附加量的水洗涤该固体部分。然后传送洗涤过的固体部分到卸压区，其中卸压区的压力小于收集该固体部分区域的压力。当固体部分被转移到卸压区之后，密闭卸压区和收集区之间的连接，使得卸压区的压力变化不会影响收集区的压力。然后对卸压区减压，移出固体。然后重新加压卸压区，以使该区域可以从高压旋转式过滤器中接收额外的洗涤过固体部分。
含有含杂质的对苯二甲酸的液体淤浆可以得自任何对苯二甲酸的生产方案。这在本技术领域是已知的，并且对本发明很不重要。类似地，具体的用于过滤淤浆的高压旋转式过滤器对本发明也不是关键因素。任何能够在高于大气压的压力下操作过滤系统都可能使用。优选地，对于标准的操作条件，该过滤器能够处理工厂所有的对苯二甲酸，并能够在1.0到10.0bar的压力下进行操作。一种适宜的过滤器是BakerProcess Inc出售的Bird Young Rotary Filter。本发明使用的装置是一个Bird Young Rotary Filter，其过滤面积为1平方英尺(sq.ft2)，能够以1到5公吨每小时(MT/h)的速度处理固体PTA。
过滤器通常由壳体和转鼓构成，壳体被充以工作压力，转鼓用过滤装置，如滤布或相当的过滤装置包覆，被充以适当的小于壳体的压力。
转鼓理想地分成三区域：
·第一个区域，在此除去母液
·第二个区域，在此洗涤固体
·第三个区域，在此除去过量的洗涤液，并卸出固体。
壳体的压力优选介于3到6.5bar，最优选大约4.5bar。过滤在133℃到161℃的温度下进行，最优选147℃。
壳体和转鼓之间的压力差介于0.1到2.0bar之间，优选在0.3到0.7bar之间，最优选为0.5bar。
从旋转式过滤器中除去的母液可以独立的回收，并重新在生产过程中使用或排放到废水处理装置中，这在本技术领域是已知的。
然后将余下的固体部分用附加量的水洗涤。已发现，相对于传统方法需要使用较少的水就能达到类似的纯度。因此，虽然本发明的洗涤阶段可以使用任何量的水，优选使用小于1立方米每吨(m3/t)PTA，这样可以节约水并减少将这些水加热到工艺温度所带来的能量消耗。水的用量优选介于0.2到0.7立方米每公吨(m3/MT)的PTA，最优选大约0.51m3/MT的PTA。洗涤优选在与过滤相同的温度下进行，但这只是为了方便并非强制。用于洗涤固体的水的温度介于50℃到161℃之间，优选介于130℃到150℃之间，最优选147℃，洗涤液可以独立的从母液中回收，并重新在生产过程中使用或循环回到生产过程中，这在本技术领域是已知的。
洗涤后，固体部分优选在收集区内收集，然后传送到卸压区，卸压区的压力小于收集区。为了保持压力差，收集区与卸压区以某种设备隔开，该设备可以方便的开关来密闭卸压区与收集区。因此在操作中，当收集区中收集到一定量的固体物质时，打开该设备，在重力和压力差的联合作用下将部分(优选全部)固体物质转移到卸压区。该设备不是本发明的关键，然而，半球阀(Dome Valves)如Macawber EngeeringInc.生产的产品显示了有效性。
当该设备被打开时，缷压区的压力在一定程度上小于收集区。优选地，压力差介于0.01到0.3bar之间，更优选介于0.03到0.1bar之间，最优选为0.05bar。
固体被转移到卸压区之后，该设备被关闭，以使卸压区与收集区和/或旋转式压力过滤器之间密闭。此时压力被释放。尽管本发明中可以使用闪蒸，但优选该压力以更慢的速度释放。理想地，压力在0.5到10秒钟内释放，更优选在4到7秒之间，尽管最优化的时间将会是单个机械及其运行速度的一个因素。压力的缓慢释放可能通过很多不同的方法达到。其中一种方法就是在排放管道上设置一个可以控制的窄的节流阀。其可以单独使用，也可以与一个止逆阀联合使用，来保持排放管道中的一定的压力(并且因此保持卸压区的压力)。其它方法如泄流阀在本技术领域众所周知，也可以用于本发明。第二个没有任何节流阀的排放管道也可以被使用，以作为确保该卸压区不处于加压状态的双保险。
卸压区卸压后，第二个密闭设备被打开，固体物料被移出。在从收集区到卸压区的过渡过程中，过渡过程优选在轻微的压力差下进行，以使当密闭设备打开时，该物料同时被重力和流向低压区域的气流所推动。优选地，此压力差介于0.01到0.3bar之间，更优选介于0.03到0.1bar之间，最优选为0.05bar。再一次地，可以使用任何可以密闭卸压区的设备，但优选半球阀(Dome Valves)。该固体物质用适当的方法转移到干燥器中，如通过螺旋装置转移，以进行本技术领域已知的进一步的处理。
当卸压区的物料移出以后，该卸压区再次用半球阀(Dome Valves)(或其它合适的装置)密封，然后重新加压以接收更多的洗涤的物料。优选地，释放卸压区的压力、移出产品和重新对卸压区加压所用的时间以相应的装满收集区的时间计算，使得一旦卸压区空出，密封并重新加压后，该收集区正好收集满，使得整个循环过程中没有间断时间。如前面指出的，通过不要求卸压区与收集区(或旋转式过滤器壳体)有相同的压力，该卸压区可以更快地被重新加压，该区域可以被更快地加压到可接受的限度。因此，该工艺可以几乎立即地再一次开始。
优选地，上述序列用一种程序逻辑控制器(PLC)来运行，以最优化地开关各个密封装置、排放装置和加压管道。
                       实施例
实施例1
进行了各种实验来调查对应不同操作条件下的质量结果。本实施例只描述了恒定壳体和转鼓之间压力差为0.55bar下的实验。
操作条件的描述记录在表1中。质量结果的描述在概括在表2中。
                  表1
操作条件 压力过滤器 两段离心机
壳体压力 4.3bar  3.8bar
壳体/转鼓压力差 0.55bar  -
洗涤水 200-500kg/TPTA  -
再淤浆化水 - 1100kg/TPTA
重新加压时间(1) 1-10秒  -
区域间压力差(2) 0.01-0.05bar  -
                  表2
产品质量 压力过滤器 两段离心机
其它副产物 90-230ppm  120-240ppm
对甲苯甲酸 50-140ppm  20-140ppm
水分含量 8-10％  10-15％
(1)卸压室重新加压时间
(2)累积室和卸压室之间的压力差和卸压室与处于大气压的最终卸料管道之间的压力差。

Claims (8)

1.一种制备纯化的对苯二甲酸的方法，包含：
a.向高压旋转式过滤器中引入一种含具有杂质的结晶的对苯二甲酸的液体淤浆；
b.过滤上述淤浆并收集至少一些固体部分；
c.用水洗涤该固体部分；
d.传送收集到的洗涤过的固体部分到卸压区，其中卸压区的压力小于收集该固体部分区域的压力；
e.密闭卸压区和收集区之间的连接，使得卸压区的压力变化不会影响收集区的压力；
f.对卸压区减压；
g.从卸压区中移出洗涤过的固体部分；和
h.升高卸压区的压力，以使该区域可以从高压旋转式过滤器中接收额外的洗涤过的固体部分。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤f中的减压过程在0.5到10秒钟时间内完成。
3.根据权利要求1的方法，其中固体部分在传送到卸压区之前在收集区收集。
4.根据权利要求3的方法，其中卸压区的压力比收集区的压力小0.01到0.3bar。
5.根据权利要求1的方法，其中洗涤温度介于50℃到161℃之间。
6.根据权利要求1的方法，其中固体部分以小于1米3水/吨固体的速度洗涤。
7.根据权利要求1的方法，其中过滤在1.0到10.0bar的压力下进行。
8.根据权利要求1的方法，其中卸压区的压力比大气压高0.01到0.3bar。
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