CN216378006U - 用于纯化对苯二甲酸的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于制备纯化的粗制对苯二甲酸的装置，包括对二甲苯氧化反应器、CTA结晶系统、其后的用于制备水性CTA浆料的溶剂交换系统、用于浆料加热的至少一个热交换器、其后的用于氢化CTA的纯化反应器、以及用于闪蒸冷却PTA浆料的至少一个结晶容器。

Description

用于纯化对苯二甲酸的装置

技术领域

本发明涉及一种改进的用于纯化对苯二甲酸的装置。

背景技术

在通过氧化对二甲苯来制备纯化的对苯二甲酸的工艺中，粗制对苯二甲酸最初在含乙酸的溶剂介质中形成。在氧化步骤之后，传统来说可以通过离心分离或过滤将所制得的粗制对苯二甲酸与反应介质分离并随后干燥，然后为了纯化而将粗制对苯二甲酸在水性介质中再浆料化。这种粗制对苯二甲酸的转移步骤(从反应介质到水性介质)通常被称为溶剂交换。但是，更便捷的是在压滤机(例如旋转压滤机)中将反应介质交换(优选连续地)为水性介质。随后，将粗制对苯二甲酸/水性介质加热以实现粗制对苯二甲酸的溶解，并将其通入纯化器，在那里将粗制对苯二甲酸氢化，从而将不希望的组分转化为容易从水性介质中除去的组分，因而形成纯化的对苯二甲酸溶液。在一个或多个结晶容器中使纯化的对苯二甲酸溶液结晶，并作为浆料收集，其需要在干燥前被洗涤和过滤。该第二洗涤和过滤步骤也优选在旋转压滤机中实施。

利用液压(液体压力)或气压(气体压力)作为过滤动力的旋转压滤机均已在商业的PTA制备工艺中被用于此任务，这里感兴趣的是将气压(气体压力)应用于过滤的第二阶段。

传统而言，中压(MP)蒸汽或高压(HP)蒸汽可以在PTA过滤中被用作气动流体。常规地，使用压缩器和加热器系统将加压的蒸汽提供至过滤系统。备选的无需循环压缩器和加热器系统的工艺是，在一次通过的基础上使用蒸汽，并随后将蒸汽和冷凝物回收至工艺中。但是，用于一次通过的蒸汽需要在大约6至10巴的绝对压力(bara)下，其需要来自高等级的源，例如输入的HP或MP蒸汽。这代表着蒸汽成本损失，此外由于新鲜的蒸汽冷凝物在下游被回收至母液系统中导致的进水损失。

因此，如果可以开发用于获得蒸汽的合适的且不贵的装置，那么在对苯二甲酸的纯化工艺中，使用从纯化装置内产生的、高质量的、加压的蒸汽作为用于洗涤和过滤纯化的对苯二甲酸的动力压力源将是有利的。下面公开这样的系统。

实用新型内容

提供了一种用于纯化粗制对苯二甲酸的装置，其包含：对二甲苯氧化反应器，在其中使对二甲苯与空气在含催化剂的乙酸基介质中反应，以形成含粗制对苯二甲酸(CTA)晶体的浆料；溶剂交换系统，其在对二甲苯氧化反应器的下游，以实现乙酸基介质与水性介质之间的溶剂交换，以形成CTA/水性介质浆料；至少一个热交换器，其连接于反应器的下游，用于预热CTA浆料，以实现所述CTA在水性介质中的溶解，以形成CTA溶液；至少一个纯化容器，其连接于所述热交换器的下游，用于接收并纯化CTA溶液，以将CTA转化为纯化的对苯二甲酸(PTA)溶液；至少一个结晶容器，其连接于纯化容器的下游，用于通过降压来闪蒸冷却PTA溶液，并且其具有从结晶容器退出并进入预热CTA浆料的热交换器的至少一个蒸汽输送管路，以向热交换器提供工艺闪蒸蒸汽；浆料接收器，其连接于所述结晶容器的下游，以收集从结晶容器退出的PTA浆料；冷凝物闪蒸容器，其连接至来自所述热交换器的冷凝物管路，所述冷凝物闪蒸容器构造成闪蒸来自所述热交换器的冷凝物，以形成加压的工艺闪蒸蒸汽；至少一个旋转压滤机，其连接至所述浆料接收器，以接收PTA浆料，并且其连接至所述冷凝物闪蒸容器，用于在升高的压力和温度下对来自PTA浆料的结晶的PTA实现分离和洗涤，使用加压的工艺闪蒸蒸汽来对旋转压滤机加压；以及干燥器，其在旋转压滤机的下游，用于干燥结晶的PTA。

在一个形态中，装置进一步包含洗涤器，其连接于所述冷凝物闪蒸容器与所述旋转压滤机之间，用于从所述加压的蒸汽中除去杂质。

在另一形态中，对洗涤器提供水，用于除去所述杂质。

在还另一形态中，装置进一步包含气液分离器，其连接于所述旋转压滤机的下游，用于从由所述旋转压滤机退出的滤出液和冷凝物中分离残留蒸汽。

有利的是，装置包含位于反应器的下游的多个热交换器和/或多个结晶容器。

此外还提供了一种纯化的对苯二甲酸的制备方法，其包含：使对二甲苯与空气在乙酸介质中接触，以形成第一粗制对苯二甲酸(CTA)浆料；将所述乙酸介质溶剂交换成水性介质，形成水性介质中的第二CTA浆料；加热所述第二CTA浆料，以实现所述CTA的溶解，形成水性介质中的CTA溶液；将所述CTA溶液通入纯化器容器；使所述CTA溶液与氢在纯化器容器中接触，以形成纯化的对苯二甲酸(PTA)溶液；将所述PTA溶液通入至少一个结晶容器并闪蒸冷却溶液，以形成PTA浆料和高压闪蒸蒸汽；从所述结晶容器中收集结晶容器闪蒸蒸汽；冷凝并进一步闪蒸结晶容器闪蒸蒸汽，以形成中压工艺闪蒸蒸汽；在旋转压滤机上收集所述PTA浆料；使用所述工艺闪蒸蒸汽作为压力驱动力，以实现在旋转压滤机中对PTA浆料的分离，以由PTA形成PTA滤饼；并且干燥PTA滤饼。

在一个形态中，乙酸介质含有溴化钴/溴化锰催化剂。

在另一形态中，在一个或多个热交换器中用所述工艺闪蒸蒸汽加热所述CTA浆料。

在另一形态中，在所述CTA浆料进入纯化器容器之前，用高压蒸汽将其进一步加热。

在还另一形态中，纯化器容器中的氢化将所述CTA溶液中存在的杂质转化为容易除去的组分，例如其中，4-羧基苯甲醛(4-CBA)被转化为对甲基苯甲酸。

在另一形态中，收集由用于加热CTA浆料的结晶器闪蒸蒸汽而来的冷凝物，然后将其重新闪蒸以产生中压工艺蒸汽。

另外，通过水洗来处理中压工艺蒸汽，以降低其对甲基苯甲酸含量。

在一个形态中，然后将经洗涤的中压工艺蒸汽用作动力流体，用于在干燥之前从浆料中回收固体PTA。

方便的是，然后将伴随滤出液漏过滤饼的蒸汽收集并分离，用于作为更低压力的加热负荷来再利用。

附图说明

本公开可以是各种修改和替代形式，其具体的示例性实施方式已在附图中示出，并且在本文中详细描述。然而，应理解，本文对具体的示例性实施方式的描述并非旨在将本公开限制为本文所公开的特定形式。

本公开内容将覆盖所附权利要求所定义的所有修改和等同形式。还应理解，附图不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚示出本发明的示例性实施方式的原理上。此外，为了帮助在视觉上传达这些原理，可能会夸大某些尺寸。此外，在认为适当的情况下，附图标记可以在附图中重复，以示出相应或相似的元件。此外，在附图中被描绘为不同或分开的两个或更多个框或元件可以被组合成单个功能框或元件。类似地，附图中示出的单个框或元件可以以多个步骤或由多个元件协作而实现。

附图以示例而非限制的方式示出了本公开的形态，并且其中相应的附图标记指代相似的元件，并且其中，

图1所示为使用蒸汽加压的过滤的PTA制备工艺的整体流程图。

具体实施方式

现在将参考出于说明目的而选择的具体形式来描述各个方面。应理解，本公开的装置、系统和方法的思想和范围不限于所选择的形式。此外，应注意，本文提供的附图未按任何特定比例或尺寸绘制，并且对于所示形式可以做出许多变化。

除非另外具体定义或陈述，或者除非上下文另有明确规定，否则本文中所用的单数语法形式“一个”、“一种”和“该”下的以下每个术语也可以指代和涵盖多个所述的实体或对象。例如，如本文所用，短语“一个设备”、“一个组件”、“一个机构”、“一个部件”和“一个元件”分别也可以指代并且涵盖多个设备、多个组件、多个机构、多个部件和多个元件。

如本文所用，以下每个术语“包括”、“包括有”、“有”、“具有”、“包含”和“包含有”，以及它们的语言或语法变体、派生词和/或共轭词，表示“包括但不限于”。

在所有说明性描述、实施例和所附权利要求中，可以根据数值范围格式来陈述或描述参数、特征、对象或尺寸的数值。应充分理解，提供该数值范围格式是为了说明本公开的形态的实施，并且不应被理解或解释为不灵活地限制本公开的形态的范围。

此外，为了陈述或描述数值范围，短语“在大约第一数值和大约第二数值之间的范围内”被认为等同于短语“从大约第一数值到大约第二数值的范围内”且具有相同含义，并且因此，这两个等同含义的短语可以互换使用。

本文中，浓度、尺寸、数量和其他数值数据可以以范围格式呈现。应理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应该灵活地解释为不仅包括作为范围的限值而明确列出的数值，而且还包括该范围内所包含的所有单个数值或子范围，就像每个数值和子范围都被明确列出一样。例如，大约1到大约200的范围应解释为不仅包括明确列出的1和大约200的限值，而且还包括单个尺寸(例如2、3、4等)和子范围(例如10至50、20至100等)。类似地，应理解，当提供数值范围时，这种范围应当被解释为向仅列出范围下限值的权利要求限定以及仅列出范围上限值的权利要求限定提供书面支持。例如，所公开的10至100的数值范围为列出大于10(没有上限)的权利要求和列出小于100(没有下限)的权利要求提供书面支持。图中，相应的数字表示相应的或相似的结构和/或特征；并且各个图示的结构和/或特征可以在本文中不参照图示而详细讨论。同样地，可能不在图中明确地标示每个结构和/或特征；并且在不偏离本公开范围的情况下，本文参照附图讨论的任何结构和/或特征可以与任何其他结构和/或特征一起使用。

还应理解，除非另外具体定义或陈述，否则在本公开全文中使用的所有技术和科学词语、术语和/或短语，都具有与本领域普通技术人员通常理解的相同或相似的含义。在本公开全文中采用的短语、术语和符号是为了描述的目的，不应被认为是限制性的。

CTA纯化通常包含：向CTA添加水性介质以形成其浆料，然后加热该浆料以将CTA溶解于介质中，以提供对苯二甲酸的水性溶液。然后使该溶液通过还原步骤，其中，在还原条件下并在非均相催化剂的存在下使溶液与氢接触，以通过化学方式还原有机杂质(例如4-羧基苯甲醛(4-CBA))。使氢化的溶液通过降压(结晶)容器，在其中形成PTA晶体，以提供水性介质中的PTA浆料。然后从水性介质中回收PTA。

本公开的工艺包括：在反应器中，在含催化剂的乙酸基溶剂中用空气氧化对二甲苯，以形成含CTA晶体的浆料，随后在溶剂交换之前通过降压闪蒸冷却CTA浆料。

在第一过滤步骤中用逆流洗涤来实现溶剂交换，以制备含CTA的溶液，其在还原条件下并在升高的温度和压力下与氢接触，以通过化学方式还原存在于CTA中的至少部分杂质。然后，该工艺包括：降低压力和温度，以获得包含水性介质中的结晶的PTA的浆料；在第二过滤步骤中回收PTA，以制备湿的PTA滤饼；以及，在旋转蒸汽管干燥器中加热PTA滤饼，以制备干燥的PTA产物。

可以用于实施该工艺的装置包括：对二甲苯氧化反应器，在其中，使对二甲苯与空气在含催化剂的乙酸基溶剂中反应，以形成含粗制对苯二甲酸(CTA)晶体的浆料，随后进行闪蒸冷却和溶剂交换。溶剂交换的下游连接有至少一个热交换器，优选一系列的热交换器，用于预热CTA浆料。一个或多个热交换器的下游为纯化反应器容器，在其中将CTA溶液氢化，以将不希望的组分(例如杂质)转化为容易在后续工艺(例如结晶和洗涤)中除去的组分。纯化反应器容器的下游为至少一个结晶容器，优选一系列的结晶容器，用于通过降压闪蒸冷却浆料。每个结晶容器在顶部或顶部附近具有蒸汽输送管路，用于将通过闪蒸而产生的蒸汽输送至一个或多个热交换器，以向一个或多个热交换器提供结晶容器闪蒸蒸汽，用于在CTA浆料离开氧化反应器时并在纯化/氢化之前将其预热。一个或多个所述结晶容器的下游连接有浆料接收器，以收集从一个或多个结晶容器退出的PTA浆料，并将其导向过滤装置。冷凝物闪蒸容器被连接至来自一个或多个所述热交换器的冷凝物管路，并构造成闪蒸来自一个或多个所述热交换器的冷凝物，以形成加热和加压的工艺闪蒸蒸汽。过滤装置优选为至少一个旋转压滤机，其连接至所述浆料接收器以接收PTA浆料，并且其连接至所述冷凝物闪蒸容器，以接收用于驱动过滤工艺的工艺闪蒸蒸汽。

使用工艺闪蒸蒸汽时，一个额外的安全保障可以是有利的。来自PTA结晶容器的蒸汽(其随后在预热热交换器队列中冷凝，之后在较低压力下闪蒸以产生蒸汽)含有对甲基苯甲酸。该对甲基苯甲酸可能会在过滤过程中在PTA固体上沉积，因此有危险使PTA产物的对甲基苯甲酸水平升高到最终产品规格所不允许的程度。这个问题可以通过安装洗涤器而化解，其在蒸汽被用于过滤工艺之前使用工艺水来洗涤蒸汽。

因此，在一个形态中，装置进一步包含洗涤器，其连接于所述冷凝物闪蒸容器与所述旋转压滤机之间，用于从工艺闪蒸蒸汽中除去杂质。有利的是，对洗涤器提供水，用于除去所述杂质。

在另一形态中，装置进一步包含气液分离器，其连接于所述旋转压滤机的下游，用于从由所述旋转压滤机退出的滤出液和冷凝物中分离残留蒸汽。

现参照图1，所采用的CTA来源于在含乙酸的液态反应介质中以及在对二甲苯氧化反应器反应和结晶系统1000中对二甲苯的氧化，以制备反应介质中的CTA浆料。液态反应介质中通常加入有催化剂，例如钴/锰/溴化物催化剂体系，其在反应介质中可溶。合适的是，在氧源(例如空气)的存在下、在大约5至大约30巴的绝对压力(bara)(例如大约8至大约12bara)下实施氧化。该反应是放热的，并且可以通过水和乙酸从反应介质中的蒸发来方便地带走反应的热量。

CTA浆料离开反应和结晶系统1000并通入逆流溶剂交换系统1010，在那里将乙酸反应介质交换为水性介质，形成CTA/水性浆料。然后，使交换溶剂后的CTA/水性浆料通过一个或多个热交换器1020，其用于将浆料预热至对CTA溶解于水性介质中而言的足够高的温度，以形成CTA溶液。将CTA溶液通入纯化反应器容器1030中，在那里CTA经历还原步骤，其中，在还原条件下并在非均相催化剂的存在下使溶液与氢接触，以通过化学方式还原有机杂质(例如4-羧基苯甲醛(4-CBA))。

合适的是，在粗制对苯二甲酸产物的纯化中采用的非均相催化剂为受支承的贵金属催化剂，例如惰性支承物(例如碳)上的铂、铑和/或优选钯。合适的是，通过在250至350℃的温度下并在氢的存在下使含对苯二甲酸和杂质(例如4-CBA)的CTA水性介质溶液通过浸没的催化剂的床(flooded bed of catalyst)来实施还原。合适的是，溶液可以包含20至50重量％的对苯二甲酸。

合适的是，在还原后，在结晶工艺中将对苯二甲酸溶液闪蒸冷却至100至220℃、通常是135至180℃的温度范围以及3至10巴的压力，以制备水性介质中的固体PTA产物。使氢化的溶液通过降压(结晶)容器1040，在其中形成PTA晶体，以提供水性介质中的PTA浆料。每个结晶容器都设有顶部的蒸汽输送管路1050，其将来自降压步骤的结晶容器蒸汽(处于高温)输送至一个或多个热交换器1020，以加热进入的CTA浆料。然后将氢化后的溶液/浆料传递到最终结晶容器1060，随后PTA浆料从那里继续被发送到旋转压滤机1090。用于旋转压滤机的压力来源于从一个或多个热交换器1020退出的冷凝物，其继续被发送到冷凝物闪蒸容器1070，在那里通过冷凝物闪蒸来产生蒸汽(处于中压)。该蒸汽(即工艺闪蒸蒸汽)由顶部的管路从冷凝物闪蒸容器1070退出，该管路通向任选的洗涤器1080，在那里可以使工艺闪蒸蒸汽与水接触以除去额外的杂质。然后将来自冷凝物闪蒸容器1070和洗涤器1080(如果存在)的工艺闪蒸蒸汽输送至旋转压滤机1090的压力入口，并且将体系加压，以帮助将PTA浆料压向过滤介质并使得水性介质(主要是水)从过滤介质退出。然后，将呈滤饼形态的、过滤后的PTA晶体收集，并且在干燥器中干燥。水性介质流离开旋转压滤机1090并通入气液分离器2000，在那里过量的蒸汽被从顶部除去并返回工艺。滤出液和冷凝物离开气液分离器2000的液体出口。

此外还提供了一种纯化的对苯二甲酸的制备方法，其包含：使对二甲苯与空气在乙酸介质中接触，以形成第一粗制对苯二甲酸(CTA)浆料；将所述乙酸介质溶剂交换成水性介质，形成水性介质中的第二CTA浆料；加热所述第二CTA浆料，以实现所述CTA的溶解，形成水性介质中的CTA溶液；将所述CTA溶液通入纯化器容器；使所述CTA溶液与氢在纯化器容器中接触，以形成纯化的对苯二甲酸(PTA)溶液；将所述PTA溶液通入至少一个结晶容器并闪蒸水性介质，用于形成PTA浆料；从所述结晶容器中收集结晶容器闪蒸蒸汽；冷凝并进一步闪蒸结晶容器闪蒸蒸汽，以形成工艺闪蒸蒸汽；在旋转压滤机上收集所述PTA浆料；使所述工艺闪蒸蒸汽在旋转压滤机中通过PTA浆料，以从PTA浆料中除去一部分剩余的水性介质；并且干燥PTA浆料。

在一个形态中，乙酸介质含有溴化钴/溴化锰催化剂。

在另一形态中，在一个或多个热交换器中用所述工艺闪蒸蒸汽加热所述CTA浆料。

在另一形态中，在所述CTA浆料进入纯化器容器之前，用高压蒸汽将其进一步加热。

在还另一形态中，纯化器容器中的氢化将所述CTA溶液中存在的杂质转化为容易除去的组分，例如其中，4-羧基苯甲醛(4-CBA)被转化为对甲基苯甲酸。

实施例

作为实施例，在冷凝物闪蒸容器1070中在7至9巴下通过从190℃以上闪蒸冷凝物来产生加压的蒸汽。然后使用工艺水作为洗涤液在压力容器1080中处理该蒸汽，以将蒸汽中的对甲基苯甲酸浓度降低至150PPM以下，这是因为其可能污染最终PTA产物，使得产物的对甲基苯甲酸浓度升至产品规格以上。然后将洗涤后的蒸汽通到旋转压滤机1080，通常在套中以大约8巴来运行，其在那里被用作动力流体以分离PTA固体与滤出液，并且将滤出液和任何漏过的蒸汽收集并在气液分离器2000(以5至7巴运行)中分离。

工业应用

本公开的系统和方法适用于化学工业。

相信上面列出的内容涵盖多个具有独立用途的不同发明。虽然这些发明中的每一项都已以其优选形式公开，但不应将其在此公开和图示中的具体实施方式视为限制性的，这是因为可以有许多变体。本发明的实质内容包括本公开的各种元素、特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。同样，当权利要求中列出“一个”或“一种”元素或其等价表述时，这种权利要求应被理解为包括一个或多个这样的元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这样的元素。

相信所附的权利要求特别指出了针对本公开的发明之一的某些组合和子组合，并且是新颖的且非显而易见的。体现在特征、功能、元素和/或特性的其他组合和子组合中的发明可以通过修改本权利要求或在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张权利。这种修改后的权利要求或新的权利要求，无论是针对不同的发明，还是针对同一发明，无论是与原权利要求不同、更宽、更窄，还是与原权利要求的范围相等，也都被视为包含在本公开的发明的实质内容内。

Claims (6)

1.一种用于纯化对苯二甲酸的装置，包含：

(a)对二甲苯氧化反应器；

(b)溶剂交换系统，其在所述对二甲苯氧化反应器的下游；

(c)至少一个热交换器，其连接于所述溶剂交换系统的下游；

(d)至少一个纯化容器，其连接于所述热交换器的下游，用于接收并纯化粗制对苯二甲酸(CTA)溶液，以将所述CTA溶液转化为纯化的对苯二甲酸(PTA)溶液；

(e)至少一个结晶容器，其连接于所述纯化容器的下游，用于通过降压来闪蒸冷却所述PTA溶液，并且其具有从所述结晶容器退出并进入所述热交换器的至少一个闪蒸蒸汽输送管路，以向所述热交换器提供工艺闪蒸蒸汽；

(f)浆料接收器，其连接于所述结晶容器的下游，以收集从所述结晶容器退出的PTA浆料；

(g)冷凝物闪蒸容器，其连接至来自所述热交换器的冷凝物管路，所述冷凝物闪蒸容器构造成闪蒸来自所述热交换器的冷凝物，以形成加压的工艺闪蒸蒸汽；

(h)至少一个旋转压滤机，其连接至所述浆料接收器，以接收PTA浆料，并且其连接至所述冷凝物闪蒸容器，用于在升高的压力和温度下对来自所述PTA浆料的结晶的PTA实现分离和洗涤，使用所述加压的工艺闪蒸蒸汽来对所述旋转压滤机加压；以及

(i)干燥器，其在所述旋转压滤机的下游，用于干燥所述结晶的PTA。

2.如权利要求1所述的用于纯化对苯二甲酸的装置，进一步包含洗涤器，其连接于所述冷凝物闪蒸容器与所述旋转压滤机之间，用于从所述加压的蒸汽中除去杂质。

3.如权利要求2所述的用于纯化对苯二甲酸的装置，其中，对所述洗涤器提供水，用于除去所述杂质。

4.如权利要求1所述的用于纯化对苯二甲酸的装置，进一步包含气液分离器，其连接于所述旋转压滤机的下游，用于从由所述旋转压滤机退出的滤出液和冷凝物中分离残留蒸汽。

5.如权利要求1所述的用于纯化对苯二甲酸的装置，其包含位于所述反应器的下游的多个热交换器。

6.如权利要求1所述的用于纯化对苯二甲酸的装置，其包含多个结晶容器。

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