EA027100B1

EA027100B1 - Улучшение скорости фильтрационной очистки терефталевой кислоты посредством регулирования процентного содержания воды в суспензии, подаваемой на фильтр

Info

Publication number: EA027100B1
Application number: EA201390259A
Authority: EA
Inventors: Кенни Рандольф Паркер; Ларри Уэйн Блэр
Original assignee: Групо Петротемекс, С.А. Де С.В.
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2017-06-30
Also published as: EA201390259A1; US9963413B2; MX2013001961A; EP2606024A4; BR112013003894A2; MX343485B; PL2606024T3; WO2012024153A1; US20120046493A1; EP2606024A1; TWI551585B; JP2013536197A; ES2566500T3; KR20130099061A; MY162469A; CN103168021A; UA110491C2; KR101943116B1; JP5973437B2; CN103168021B

Abstract

Способ относится к улучшению скорости фильтрационной очистки терефталевой кислоты посредством регулирования процентного содержания воды в суспензии, подаваемой на фильтр, и к извлечению металлического катализатора из окисленного сбросового потока, образованного при синтезе карбоновой кислоты, типично терефталевой кислоты, при применении фильтрования под давлением.

Description

(57) Способ относится к улучшению скорости фильтрационной очистки терефталевой кислоты посредством регулирования процентного содержания воды в суспензии, подаваемой на фильтр, и к извлечению металлического катализатора из окисленного сбросового потока, образованного при синтезе карбоновой кислоты, типично терефталевой кислоты, при применении фильтрования под давлением.

027100 Β1

Область техники, к которой относится изобретение

Эта заявка устанавливает приоритет по заявке на патент США с порядковым № 12/860131, зарегистрированной 20 августа 2010 г., все содержание которой включено настоящим посредством ссылки.

Это изобретение относится к улучшению скорости фильтрационной очистки терефталевой кислоты посредством регулирования массового процентного содержания воды в суспензии, подаваемой на фильтр, и к извлечению металлического катализатора из окисленного сбросового потока, образованного при синтезе карбоновой кислоты, типично терефталевой кислоты, при применении фильтрования под давлением.

Уровень техники, предшествующий данному изобретению

Терефталевую кислоту производят в промышленных масштабах посредством окисления параксилола в присутствии катализатора, такого как, например, Со, Мп, Вг, и растворителя. Терефталевая кислота, используемая в производстве сложных полиэфирных волокон, пленок и смол, должна быть дополнительно обработана, чтобы удалить примеси, образованные в результате окисления параксилола.

Терефталевая кислота (ТРА) является промежуточным продуктом в производстве сложных полиэфиров для видов применения, связанных с пластиками и волокнами. Промышленные способы производства терефталевой кислоты (ТРА) часто основаны на окислении п-ксилола, катализируемого тяжелыми металлами, как правило, с бромидным промотором, в растворителе на базе уксусной кислоты. Вследствие ограниченной растворимости терефталевой кислоты (ТРА) в уксусной кислоте при практических условиях окисления в реакторе окисления обычно образуется суспензия кристаллов терефталевой кислоты (ТРА). Типично, суспензию терефталевой кислоты (ТРА) в окислителе извлекают из реактора, и твердые частицы терефталевой кислоты (ТРА) отделяют от маточной жидкости окислителя при применении обычных технологий разделения твердых продуктов и жидкости. Маточную жидкость окислителя, которая содержит большую часть катализатора и промотора, используемых в процессе, рециркулируют в реактор окисления. Кроме катализатора и промотора, поток маточной жидкости окислителя также содержит растворенную терефталевую кислоту (ТРА) и множество побочных продуктов и примесей. Эти побочные продукты и примеси возникают отчасти вследствие неосновных примесей, присутствующих во входном потоке п-ксилола. Другие примеси возникают из-за неполного окисления п-ксилола, приводящего к образованию частично окисленных продуктов. Еще одни виды побочных продуктов образуются вследствие конкурентных побочных реакций, протекающих в результате окисления п-ксилола до терефталевой кислоты. Патенты, описывающие производство терефталевой кислоты, такие как патенты США № 4158738 и № 3996271, включены настоящим посредством ссылки во всей их полноте до той степени, при которой они не противоречат используемым здесь утверждениям.

Твердые частицы терефталевой кислоты (ТРА) подвергают разделению твердых продуктов и жидкости, при этом свежий растворитель используют для замены основной части жидкого компонента маточной жидкости окислителя.

Многие из примесей в потоке маточной жидкости окислителя, которые рециркулируются, являются относительно инертными в отношении последующего окисления. Такие примеси включают, например, изофталевую кислоту, фталевую кислоту и тримеллитовую кислоту. Также присутствуют примеси, которые могут подвергаться дополнительному окислению, такие, например, как 4-карбоксибензальдегид, птолуоловая кислота и п-толуолальдегид. Инертные при окислении примеси имеют тенденцию к аккумулированию в маточной жидкости окислителя при рециркулировании. Концентрация этих инертных примесей будет увеличиваться в маточной жидкости окислителя до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, при этом скорость удаления каждой примеси посредством терефталевой кислоты (ТРА) в качестве продукта приводится в равновесие со скоростью образования и скоростью добавления в процесс окисления. Обычный уровень примесей в промышленной неочищенной терефталевой кислоте (ТРА) делает ее непригодной для непосредственного использования в большинстве видов применения для полимеров.

Обычно неочищенную терефталевую кислоту (ТРА) очищают либо посредством преобразования в сложный диметиловый эфир, либо посредством растворения в воде с последующим гидрированием над стандартными катализаторами гидрирования. Позднее вторичные окислительные обработки использовались для получения терефталевой кислоты (ТРА) полимерного качества. Желательно сведение к минимуму концентрации примесей в маточной жидкости и, тем самым, облегчение последующей очистки терефталевой кислоты (ТРА). В некоторых случаях является невозможным получение очищенной терефталевой кислоты (ТРА) полимерного качества, пока не используются какие-либо средства для удаления примесей из потока маточной жидкости окислителя.

Одна из технологий для удаления примесей из рециркулируемого потока, обычно используемых в химической обрабатывающей промышленности, заключается в отводе или очистке некоторой части рециркулируемого потока. Как правило, сбросовый поток просто выпускается или, если это экономически оправдано, подвергается различным видам обработки для удаления нежелательных примесей наряду с извлечением ценных компонентов. Одним из примеров является патент США № 4939297, включенный в данный документ посредством во всей его полноте до той степени, при которой он не противоречит используемым здесь утверждениям. Величина очистки, необходимая для контроля примесей, зависит от

- 1 027100 процесса; однако величина очистки, равная 10-40% от общего потока маточной жидкости окислителя, обычно является достаточной для получения терефталевой кислоты (ТРА), подходящей в качестве исходного материала для промышленного производства полимеров. При производстве терефталевой кислоты (ТРА) процент очистки потока маточной жидкости окислителя, необходимый для поддержания приемлемых концентраций примесей, в сочетании с экономичным количеством металлического катализатора и компонентов растворителя в окисленном сбросовом потоке, делает простой выпуск окисленного сбросового потока экономически непривлекательным. Соответственно имеется необходимость в способе, который извлекает, по существу, все ценные металлические катализаторы и уксусную кислоту, содержащиеся в окисленном сбросовом потоке, при том что удаляется большая часть примесей, присутствующих в окисленном сбросовом потоке. Металлический катализатор может извлекаться в активной форме, пригодной для повторного использования, с помощью непосредственного рециркулирования на стадию окисления п-ксилола.

Ряд патентов раскрывает способ получения терефталевой кислоты, включающий процесс очистки, содержащий концентрирование, фильтрование и последующее экстрагирование.

Испарительное концентрирование сбросового подаваемого материала, содержащего уксусную кислоту и воду, приводит в результате к высококонцентрированной сбросовой суспензии с более низким содержанием воды в массовых % по сравнению со сбросовым материалом, поскольку вода имеет более низкую температуру кипения, чем уксусная кислота. Например, подаваемая сбросовая суспензия, содержащая примерно 94% уксусной кислоты и примерно 6% воды, будет содержать лишь примерно 2,5% воды после выкипания примерно 92% подаваемой сбросовой суспензии по массе.

Было обнаружено, что скорость фильтрации указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии в процессе очистки терефталевой кислоты может значительным образом варьироваться в зависимости от процентного содержания воды в указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии. Непостоянство в скорости фильтрации высококонцентрированной сбросовой суспензии является характерным свойством суспензии и зависит от распределения размеров твердотельных частиц в суспензии. В этом описании имеются варианты осуществления данного изобретения, которые раскрывают способы регулирования процентного содержания воды в высококонцентрированной сбросовой суспензии, которое улучшает скорость фильтрации указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии.

Сущность изобретения

Это изобретение относится к удалению примесей и извлечению металлического катализатора из окисленного сбросового потока, полученного при синтезе карбоновых кислот, как правило, терефталевой кислоты, данный способ включает:

(a) подвергание окисленного сбросового потока, образованного в процессе получения терефталевой кислоты и содержащего карбоновую кислоту, металлический катализатор, примеси, воду и растворитель, содержащий уксусную кислоту, выпариванию в зоне первого испарителя, чтобы получить первый поток пара и концентрированный сбросовый поток; и (b) добавление воды к указанному концентрированному сбросовому потоку в зоне смешивания, чтобы получить концентрированный сбросовый поток, обогащенный водой;

(c) подвергание указанной концентрированной сбросовой суспензии, обогащенной водой, выпариванию в зоне второго испарителя, чтобы получить второй поток, обогащенный растворителем, и высококонцентрированную сбросовую суспензию, при этом указанная зона второго испарителя содержит испаритель, функционирующий при температуре от примерно 20°С до примерно 70°С; при этом указанная высококонцентрированная сбросовая суспензия имеет содержание воды от примерно 5 мас.% до примерно 25 мас.%;

(б) фильтрование указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии в зоне разделения твердых продуктов и жидкости, чтобы образовать отфильтрованный материал и маточную жидкость;

(е) промывку указанного отфильтрованного материала с помощью подаваемых промывочных материалов в указанной зоне разделения твердых продуктов и жидкости, чтобы образовать промытый отфильтрованный материал и промывочный фильтрат; при этом по меньшей мере 80% указанного металлического катализатора из указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии извлекают посредством указанной зоны разделения в указанную маточную жидкость и указанную промывочную жидкость в совокупности;

(ί) необязательное обезвоживание указанного промытого отфильтрованного материала в указанной зоне разделения твердых продуктов и жидкости, чтобы образовать обезвоженный отфильтрованный материал;

(д) объединение воды с маточной жидкостью, чтобы извлечь металлический катализатор, и последующее подвергание образованной таким образом водной смеси экстрагированию с помощью экстракционного растворителя, чтобы получить поток экстракта и очищенный поток, содержащий металлический катализатор.

Эти варианты осуществления и другие варианты осуществления станут более очевидными специалистам в данной области техники после чтения этого описания.

Краткое описание чертежей

- 2 027100

Фиг. 1 иллюстрирует вариант осуществления данного изобретения, где предусматривается способ удаления примесей из окисленного сбросового потока, образованного в процессе получения терефталевой кислоты, содержащего уксусную кислоту, воду, металлический катализатор и окисленные примеси посредством (а) выпаривания части окисленного сбросового потока в зоне первого испарителя, чтобы получить концентрированный сбросовый поток и первый поток пара, содержащий уксусную кислоту и воду; (Ь) добавления воды регулируемым образом к концентрированному сбросовому потоку в первой зоне смешивания, чтобы получить концентрированный сбросовый поток, обогащенный водой; (с) выпаривания части концентрированного сбросового потока, обогащенного водой, в зоне второго испарителя, чтобы образовать поток высококонцентрированной сбросовой суспензии с содержанием воды в интервале от 5,8 до 24,4% и второй поток пара, содержащий уксусную кислоту и воду; (ά) отделения твердых частиц от высококонцентрированной сбросовой суспензии и подвергание твердых частиц промывке промывочным материалом в зоне разделения твердых продуктов и жидкости, чтобы образовать поток маточной жидкости, поток промывочной жидкости и поток промытого отфильтрованного материала; (е) смешивания во второй зоне воды с потоком маточной жидкости и, необязательно, с частью потока промывочной жидкости, чтобы образовать водную смесь; и (Г) добавления экстракционного растворителя к водной смеси в зоне экстрагирования, чтобы образовать поток экстракта и очищенный поток; и (д) подачи потока экстракта в дистилляционную колонну, чтобы образовать рециркулируемый поток экстракционного растворителя и поток шлама.

Фиг. 2 иллюстрирует различные варианты осуществления данного изобретения, в которых скорость фильтрации высококонцентрированной сбросовой суспензии изменяется значительным образом в зависимости от процентного содержания воды в потоке.

Описание данного изобретения

В этом описании и в последующей формуле изобретения будут сделаны ссылки на ряд терминов, которые должны определяться как имеющие указанные ниже значения.

Как использовано в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа подразумевают включение формы множественного числа, если только из контекста ясно не следует иное. Соответственно, например, ссылка на трубчатый реактор включает один или несколько трубчатых реакторов.

Интервалы могут быть выражены в данном документе как от примерно одной конкретной величины и/или до примерно другой конкретной величины. Когда такой интервал выражен, другой вариант осуществления включает его от одной конкретной величины и/или до другой конкретной величины. Аналогичным образом, когда величины выражены как приближенные значения, посредством применения предшествующего слова примерно, это следует понимать таким образом, что конкретная величина образует другой вариант осуществления. Также следует понимать, что предельные значения каждого из интервалов являются оба значимыми по отношению к другому предельному значению и не зависят от другого предельного значения.

Необязательный или необязательно означает, что указанное затем событие или обстоятельство может иметь место или может не иметь место, и что описание включает случаи, в которых указанное событие или обстоятельство имеет место, и случаи, в которых оно не имеет место. Например, выражение необязательно нагретый означает, что материал может быть или может не быть нагрет, и что такое выражение включает как процесс с нагреванием, так и процесс без нагревания.

Несмотря на то что интервалы числовых значений и параметры, устанавливающие далее общий объем данного изобретения, являются приблизительными, числовые величины, указанные в конкретных примерах данного описания, указываются так точно, насколько это возможно. Любые числовые величины, однако, по своей природе содержат определенные ошибки, неизбежно проистекающие из стандартного отклонения, заложенного в основу соответствующих экспериментальных измерений.

Как использовано в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, применение термина процент или % относится к массовым процентам.

В одном варианте осуществления этого изобретения предоставлен способ удаления примесей, являющихся побочными продуктами окисления, из окисленного сбросового потока 101, как показано на фиг. 1. Способ включает следующие стадии.

Стадия (а) включает подвергание окисленного сбросового потока 101 выпариванию в зоне первого испарителя 120, чтобы получить первый поток пара 121 и концентрированный сбросовый поток 122.

Окисленный сбросовый поток 101 извлекается из процесса окислительного синтеза карбоновой кислоты и содержит терефталевую кислоту. Одним из способов образования окисленного сбросового потока 101 является подача окисленной суспензии терефталевой кислоты на фильтр и отбор части маточной жидкости, выходящей из фильтра, и направление ее в процесс очистки. Еще одним способом образования окисленного сбросового потока 101 является выполнение замены растворителя на окисленную суспензию терефталевой кислоты, замещающую часть окисленной маточной жидкости, и направление ее в процесс очистки. Окисленная маточная жидкость, полученная от процесса получения терефталевой кислоты, может быть охлаждена до температуры в интервале от 90 до 45°С и направлена в осветлительный напорный фильтр, такой как фильтр в форме свечки, чтобы удалить любые присутствующие твердые

- 3 027100 частицы перед направлением жидкости в зону первого испарителя в процессе очистки.

Окисленный сбросовый поток 101 служит в качестве потока исходных материалов, подаваемого в представляемый процесс очистки терефталевой кислоты. Окисленный сбросовый поток 101 содержит карбоновую кислоту, воду, растворитель, металлический катализатор и примеси. Примеси включают в себя органические бромиды, корродирующие металлы, побочные продукты окисления п-ксилола и примеси, образованные в результате присутствия примесей в п-ксилоле. Органические бромиды могут использоваться в качестве промоторов в реакции окисления. Примеры корродирующих металлов представляют собой соединения железа и хрома, которые ингибируют, понижают или полностью разрушают активность металлического катализатора. Кроме катализатора и промотора, поток маточной жидкости окислителя также содержит побочные продукты и примеси. Эти побочные продукты и примеси возникают отчасти вследствие неосновных примесей, присутствующих во входном потоке п-ксилола. Другие примеси возникают из-за неполного окисления п-ксилола, приводящего к образованию частично окисленных продуктов. Еще одни виды побочных продуктов образуются вследствие конкурентных побочных реакций, протекающих при окислении п-ксилола до терефталевой кислоты.

Карбоновые кислоты включают ароматические карбоновые кислоты, получаемые посредством контролируемого окисления органического субстрата. Такие ароматические карбоновые кислоты включают соединения по меньшей мере с одной группой карбоновой кислоты, присоединенной к атому углерода, который является частью ароматического кольца, предпочтительно имеющего по меньшей мере 6 атомов углерода, еще более предпочтительно имеющего только атомы углерода. Соответствующие примеры таких ароматических колец включают, однако не ограничиваясь ими, бензольное, бифенильное, терфенильное, нафталиновое и другие сочлененные ароматические кольца на основе углерода. Примеры соответствующих карбоновых кислот включают, однако не ограничиваясь ими, терефталевую кислоту, бензойную кислоту, п-толуоловую кислоту, изофталевую кислоту, тримеллитовую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту, 2,5-дифенилтерефталевую кислоту и их смеси.

Подходящие растворители включают, однако не ограничиваясь ими, алифатические монокарбоновые кислоты, предпочтительно содержащие 2-6 атомов углерода, или бензойную кислоту и их смеси, и смеси этих соединений с водой. Предпочтительно растворителем является уксусная кислота, смешанная с водой, при отношении от примерно 5:1 до примерно 25:1, предпочтительно в пределах между примерно 8:1 и примерно 20:1 и наиболее предпочтительно в пределах между примерно 11:1 и 20:1. На протяжении описания уксусная кислота будет упоминаться как растворитель. Однако следует понимать, что также могут быть использованы и другие подходящие растворители, такие как те, что описаны ранее.

На первой стадии данного способа окисленный сбросовый поток 101 концентрируют с помощью обычных средств в зоне первого испарителя 120, содержащей испаритель, с получением первого потока пара 121 и концентрированного сбросового потока 122. Испаритель функционирует при атмосферных условиях или при давлении несколько выше атмосферного, как правило, от примерно 1 атмосферы до примерно 10 атмосфер. Поток пара 121 содержит большую часть воды и растворителя, и концентрированный сбросовый поток 122 содержит оставшуюся часть воды и растворителя, не удаленную из окисленного сбросового потока 101. Выпаривание удаляет примерно от 50 мас.% до примерно 80 мас.% от массы растворителя, присутствующего в окисленном сбросовом потоке 101.

На стадии (Ь) концентрированный сбросовый поток 122 и поток 131, содержащий воду, подвергают смешиванию в зоне 130, чтобы получить концентрированный сбросовый поток 132, обогащенный водой. Концентрированный сбросовый поток 132, обогащенный водой, обогащен водой до такой степени, что процентное содержание воды в концентрированном сбросовом потоке 132, обогащенном водой, больше, чем в концентрированном сбросовом потоке 122. Может быть использовано любое оборудование для смешивания двух потоков жидкости, известное в данной области техники, включая смешивание двух потоков в трубе, снабженной внутренним статическим смесителем. В варианте осуществления данного изобретения скорость подачи (масса/время) потока 131, поступающего в зону смешивания 130, изменяют таким образом, чтобы регулировать массовый процент (мас.%) воды, содержащейся в потоке 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии в нижнем течении, от примерно 5,0 мас.% до примерно 25,0 мас.% воды. Другой интервал регулирования содержания воды в потоке 142 составляет от примерно 8,0 мас.% воды до примерно 23,0 мас.% воды. Еще один интервал регулирования содержания воды в потоке 142 составляет от примерно 11,0 мас.% воды до примерно 21,0 мас.% воды. Трубопровод между первым испарителем 120 и зоной смешивания 130 должен поддерживаться при температуре 90°С или выше, чтобы предотвратить удаление твердых частиц из раствора в трубопроводе.

На стадии (с) указанный концентрированный сбросовый поток 132, обогащенный водой, подвергают выпариванию в зоне второго испарителя 140, чтобы получить второй поток пара 141 и указанный поток 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии. Трубопровод между зоной смешивания 130 и вторым испарителем 140 должен поддерживаться при температуре 80°С или выше, чтобы предотвратить выделение твердых частиц из раствора в трубопроводе.

Зона второго испарителя 140 содержит по меньшей мере один испаритель, функционирующий в условиях вакуума. Выпаривание может быть выполнено при температуре от примерно 20°С до примерно 70°С; другой интервал составляет от примерно 30°С до примерно 60°С. Комбинация испарителей 120 и

- 4 027100

140 функционирует таким образом, чтобы концентрировать окисленный сбросовый поток 101 до состояния, когда от примерно 75 мас.% до примерно 97 мас.% от массы потока 101 удалено выпариванием. Другой интервал для функционирования комбинации испарителей 120 и 140, чтобы концентрировать окисленный сбросовый поток, представляется доведением потока 101 до состояния, когда от примерно 85 мас.% до примерно 94 мас.% от массы потока 101 удалено выпариванием. Еще один интервал для функционирования комбинации испарителей 120 и 140, чтобы концентрировать окисленный сбросовый поток, представляется доведением потока 101 до состояния, когда от примерно 87 мас.% до примерно 93 мас.% от массы потока 101 удалено выпариванием.

В варианте осуществления данного изобретения состояние высококонцентрированной сбросовой суспензии 142 может быть таким, когда смесь твердых продуктов и жидкости содержит растворитель лишь в количестве, достаточном для обеспечения способности к прокачиванию.

Стадия (б) содержит фильтрование высококонцентрированной сбросовой суспензии 142 в зоне фильтрования 160, чтобы образовать отфильтрованный материал 164 и маточную жидкость 163; и

На стадии (е) выполняют промывку указанного отфильтрованного материала 164 промывочным материалом 166 в зоне промывки 161, чтобы образовать промытый отфильтрованный материал 165 и промывочную жидкость 167; и необязательное обезвоживание указанного промытого отфильтрованного материала 165 в не обязательной зоне обезвоживания 162 с помощью введения газа 168, чтобы образовать обезвоженный отфильтрованный материал 169. В варианте осуществления данного изобретения поток промывочного материала 166 содержит воду.

В варианте осуществления данного изобретения зона фильтрования 160 содержит по меньшей мере одно устройство для разделения твердых продуктов и жидкости. В другом варианте осуществления данного изобретения зона фильтрования 160, зона промывки 161 и необязательно зона обезвоживания 162 могут быть реализованы в одном устройстве для разделения твердых продуктов и жидкости или в нескольких устройствах в зоне 200 для разделения твердых продуктов и жидкости. Примеры таких устройств включают, однако не ограничиваясь ими, напорные фильтры непрерывного действия, вакуумфильтры непрерывного действия, напорные фильтры периодического действия, центрифуги и т. п. устройства. В другом варианте осуществления данного изобретения зона для разделения твердых продуктов и жидкости, зона промывки и необязательная зона обезвоживания могут быть реализованы в одном устройстве. Примеры таких устройств включают, однако не ограничиваясь ими, напорные фильтры непрерывного действия, вакуум-фильтры непрерывного действия, напорные фильтры периодического действия, центрифуги и т.п. устройства.

Подходящим напорным фильтром, который может быть приспособлен к требованиям способа по данному изобретению, является ВНЗ-РЕЗТ ^тм, роторный барабанный напорный фильтр, хотя могут быть использованы и другие напорные фильтры, которые могут осуществлять необходимые операции. Примеры других устройств, которые могут быть использованы в зоне фильтрования 160, включают, однако не ограничиваясь ими, вакуумные ленточные фильтры, фильтр-прессы, центрифуги, напорные листовые фильтры, напорные барабанные фильтры и вакуумные барабанные фильтры. Напорный фильтр может функционировать при температуре и давлении, достаточных для достижения величины по меньшей мере 80% извлечения металлического катализатора из растворенного вещества маточной жидкости 163. Предпочтительно напорный фильтр может функционировать при температуре от примерно 25°С до примерно 80°С и давлении от 2 до 6 бар (от 200 до 600 кПа) изб. давления.

Стадия (ί) содержит смешивание во второй зоне смешивания 170 потока воды 171 с потоком маточной жидкости 163 и необязательно с частью потока промывочной жидкости 167, чтобы образовать водную смесь 172. В одном варианте осуществления данного изобретения зона смешивания 170 содержит обычный смеситель. При необходимости вода 171 может добавляться в зону смешивания 170 в количестве, достаточном для растворения металлического катализатора в потоке водной смеси 172.

Поток воды 171 добавляют в зону смешивания 170 в количестве, достаточном для растворения катализатора, с образованием водной смеси 172, в которой отношение уксусной кислоты к воде находится в интервале от 0,7:1 до 1,4:1, предпочтительно от примерно 0,8:1 до 1,3:1 и наиболее предпочтительно от примерно 0,9:1 до 1,2:1. Желательно поддерживать водную смесь 172 в циркулирующем состоянии с помощью внешнего циркуляционного контура. Небольшое количество экстракционного растворителя 181, обычно от примерно 1 мас.% до примерно 10 мас.%, предпочтительно менее чем 5 мас.%, может добавляться в зону смешивания 170 для облегчения манипуляций с суспензией посредством уменьшения прилипания твердых частиц к стенкам емкостей. Это представлено с помощью пунктирной стрелки от потока 181 на фиг. 1. Желательно, однако не обязательно, подвергать водную смесь 172 перед экстрагированием термообработке при температуре от примерно 60°С до примерно 95°С, другой интервал составляет от примерно 80°С до примерно 90°С в течение от примерно 0,5 ч до примерно 4 ч, предпочтительно от примерно 1 ч до примерно 2 ч. Посредством этой обработки органические бромиды реагируют с образованием неорганических бромидов, которые предпочтительно удерживаются в очищенном потоке 183. Тем самым сводится к минимуму количество бромсодержащих соединений, удаляемых из системы вместе с нежелательными примесями. Термообработка сохраняет бромиды и упрощает удаление органических примесей.

- 5 027100

Стадия (§) включает приведение экстракционного растворителя 181 в контакт с водной смесью 172 в зоне экстрагирования 180 с образованием потока экстракта 182 и очищенного потока 183.

Водную смесь 172 подают в зону экстрагирования 180, при этом водная смесь 172 и экстракционный растворитель 181 взаимно контактируют в зоне экстрагирования 180. Водная смесь 172 и экстракционный растворитель 181 смешиваются с образованием потока экстракта 182, содержащего растворитель, воду, органические примеси и экстракционный растворитель, который образует более легкую фазу, и очищенного потока 183, содержащего металлический катализатор, корродирующие металлы и воду. Поток экстракта 182 извлекают как головной поток, и очищенный поток 183 извлекают из нижней части экстрактора в зоне экстрагирования 180. В данном изобретении один из вариантов осуществления зоны экстрагирования 180 представляет собой одноступенчатый экстрактор.

Экстракционный растворитель 181, используемый в экстракторе, должен быть, по существу, не смешиваемым с водой для сведения к минимуму количества органического растворителя, растворенного в водной фракции. В дополнение к этому экстракционный растворитель 181 предпочтительно представляет собой азеотропный агент, который служит для облегчения извлечения растворителя из органического экстракта.

Растворителями, которые, как было проверено, являются особенно пригодными для использования, являются С1-С6 алкилацетаты, в частности н-пропилацетат, изопропилацетат, изобутилацетат, вторбутилацетат, этилацетат и н-бутилацетат, хотя также могут использоваться и другие, по существу, не смешиваемые с водой органические растворители, имеющие подходящую плотность и достаточно низкую температуру кипения, такие как п-ксилол. н-Пропилацетат и изопропилацетат являются особенно предпочтительными по причине их относительно низкой смешиваемости с водой и превосходному азеотропному поведению.

Экстрагирование может быть выполнено с применением соотношения растворителей примерно 1-4 части по массе экстракционного растворителя на часть водной смеси. Хотя экстрагирование может проводиться при температуре и давлении окружающей среды, может использоваться и нагрев растворителя и экстрактора до температуры от примерно 30°С до примерно 70°С, другой диапазон - от примерно 40°С до примерно 60°С. Хотя поток экстракта 109 содержит небольшие количества металлического катализатора и корродирующих металлов, по существу, весь металлический катализатор и большая часть оставшихся корродирующих металлов содержится в более тяжелой фазе, в очищенном потоке 183.

Стадия (И) включает в себя разделение потока экстракта 182 в зоне разделения 190, чтобы образовать поток органических примесей с высокой температурой кипения 192 и поток извлеченного экстракционного растворителя 191.

Поток экстракта 182 содержит органический растворитель и органические примеси. Поток экстракта 182 может дополнительно содержать уксусную кислоту и воду, зачастую в незначительных количествах. Поток экстракта 182 может дистиллироваться в зоне разделения 190, содержащей обычное оборудование для дистилляции. Обычное оборудование для дистилляции включает в себя, например, дистилляционную колонну.

Большинство органических примесей экстрагируется с помощью органического растворителя в зоне экстрагирования 180. Это происходит потому, что органические примеси демонстрируют высокий уровень растворимости для органического растворителя и в меньшей степени для уксусной кислоты. Посредством дистилляции более легкой фазы из экстрактора органический растворитель выпаривают, давая возможность органическим примесям для концентрирования в потоке из нижней части колонны.

Извлеченный поток экстракционного растворителя 191 может быть рециркулирован в экстрактор в зоне экстрагирования 180. Поток органических примесей с высокой температурой кипения 192 удаляется в виде осадка из основания дистилляционной колонны для отвода.

В варианте осуществления данного изобретения зоны испарения 120 и 140 функционируют в непрерывном режиме в противоположность периодическому функционированию. В варианте осуществления данного изобретения процесс очистки выполняется в непрерывном режиме в противоположность периодическому процессу.

Примеры

Данное изобретение может быть дополнительно проиллюстрировано с помощью представленных ниже примеров других его вариантов осуществления, хотя следует понимать, что эти примеры включены исключительно для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения объема данного изобретения, если только конкретно не указано иное.

Данные для примеров 1-9, приведенные в таблице и на фиг. 2, были получены в лаборатории. Целью этих примеров является иллюстрирование взаимосвязи между процентным содержанием воды в потоке 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии и скоростью фильтрации потока 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии в напорном фильтре. Дополнительная цель этих примеров заключается в том, чтобы проиллюстрировать, каким образом образовать поток 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии с некоторым интервалом величины содержания воды. Процентное содержание воды в потоке 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии находится в интервале от 2,5 до 25%, и скорость фильтрации потока 142 высококонцентрированной сбросовой суспензии находится в

- 6 027100 интервале от 30 кг фильтрата/мин на кв. метр до 1110 кг фильтрата/мин на кв. метр соответственно.

Для каждого лабораторного эксперимента окисленный сбросовый поток 101 был получен от промышленной установки и содержал примерно 6% воды и 94% уксусной кислоты. 75% массы окисленного сбросового потока удаляли выпариванием при 120°С в зоне первого испарителя, получая концентрированный сбросовый поток 122, содержащий примерно 4,6% воды.

В экспериментах 1 и 2 концентрированный сбросовый поток 122 подвергали дополнительному испарительному концентрированию при конечной температуре примерно 55°С, получая в результате высококонцентрированную сбросовую суспензию 142, содержащую примерно 2,5% воды и имеющую общие потери на испарение примерно 92% от первоначального окисленного сбросового потока. Полученную высококонцентрированную сбросовую суспензию фильтровали в лабораторном напорном фильтре, функционирующем при давлении 3 бар (300 кПа) изб. давления с площадью фильтрации 20 см², промывали водой и обезвоживали с помощью Ы₂. Скорость фильтрации рассчитывали делением общей массы жидкости (маточной жидкости+промывочной жидкости) на площадь фильтрации в 20 см² и сумму времени фильтрации и времени промывки. Например, скорость фильтрации для эксперимента 1 составляет =(507 г/20 см²/(345 с+165 с)=0,0497 г/см²/с или 29,8 кг/м²/мин.

В экспериментах 3-9 концентрированный сбросовый поток 122 при 120°С непрерывно смешивали в зоне смешивания с варьируемым количеством воды при комнатной температуре и затем подвергали дополнительному испарительному концентрированию при конечной температуре примерно 55°С, получая в результате высококонцентрированной сбросовый поток 142, содержащий воду в интервале от примерно 8 до 25 мас.%. Примерно 92 мас.% от первоначальной массы окисленного сбросового потока теряется во время испарительного концентрирования. Полученный высококонцентрированный сбросовый поток 142 фильтровали в лабораторном напорном фильтре, функционирующем при давлении 3 бар (300 кПа) изб. давления с площадью фильтрации 20 см², промывали водой и обезвоживали с помощью Ы₂.

Полезно сравнить эксперименты 1 и 5, чтобы увидеть, как добавление воды к концентрированному сбросовому потоку 122 оказывает значительное влияние на скорость фильтрации соответствующего результирующего высококонцентрированного сбросового потока 142. В обоих примерах примерно 92% окисленного сбросового потока удаляют выпариванием. В примере 1 воду не добавляют к концентрированному сбросовому потоку 122, что приводит к высококонцентрированному сбросовому потоку 142 материала, подаваемому на фильтр, содержащему 2,5% воды, и скорости фильтрации примерно 30 кг/м²/мин. В примере 5 достаточное количество воды добавляют к концентрированному сбросовому потоку 122, так что процентное содержание воды в высококонцентрированном сбросовом потоке 142 ниже по течению, подаваемом на фильтр, составляет 14% воды, и скорость фильтрации этого высококонцентрированного сбросового потока 142 суспензии составляет 1059 кг/м²/мин. Понятно, что посредством добавления воды к концентрированному сбросовому потоку 122 в примере 5 скорость фильтрации результирующего высококонцентрированного сбросового потока 142 ниже по течению увеличивается от 30 до 1059 кг/м²/мин. То есть имеет место увеличение в скорости фильтрации 3530%.

Добавление воды, как рассмотрено выше, вызывает не просто эффект разбавления, а влияет на рост кристаллов твердых частиц во время испарительного концентрирования, что приводит к меньшему числу частиц малого размера в суспензии, подаваемой на фильтр. В данной области техники хорошо известно, что присутствие частиц малого размера, в особенности размером 10 мкм или менее, оказывает отрицательное влияние на скорость фильтрации суспензий. Добавление воды к концентрированной сбросовой суспензии 122, как рассмотрено выше, оказывает положительное влияние на скорость фильтрации высококонцентрированной сбросовой суспензии ниже по течению, подаваемой на фильтр, посредством уменьшения массового процентного содержания частиц размером меньше чем 10 мкм в указанной высосконцентрированной сбросовой суспензии. Если воду добавляют к высококонцентрированной сбросовой суспензии 142 непосредственно перед фильтрованием, то не реализуется улучшение материала в отношении скорости фильтрации. Добавление воды должно происходить в месте процесса очистки перед зоной конечного испарительного концентрирования. Например, стадия добавления воды стадия может выполняться после первой зоны испарительного концентрирования в процессе очистки с двумя зонами испарительного концентрирования. Добавление воды может также выполняться перед зоной первого испарителя, однако это нежелательно, вследствие более высоких затрат на энергию, связанных с испарительным концентрированием перед зоной фильтрования 200.

Из данных, представленных на фиг. 2, видно, что желательно регулировать процентное содержание воды, содержащейся в потоке высококонцентрированной сбросовой суспензии 142, подаваемой на фильтр, от 5,8 до 24,4% воды. Более предпочтительный интервал регулирования содержания воды в потоке 142 составляет от 7,9 до 22,8% воды. Еще более предпочтительный интервал регулирования содержания воды в потоке 142 составляет от 10,5 до 20,4% воды. Наиболее предпочтительный интервал регулирования содержания воды в потоке 142 составляет от 12,5 до 18,9% воды. Также понятно, что физическое место в процессе очистки, в котором добавляется вода, чтобы достигнуть этого улучшения в скорости фильтрации потока 142, будет расположено перед последней зоной испарения в процессе очистки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ очистки терефталевой кислоты, включающий:

(a) выпаривание окисленного сбросового потока, образованного в процессе синтеза терефталевой кислоты и содержащего терефталевую кислоту, металлический катализатор, примеси, воду и растворитель, содержащий уксусную кислоту в зоне первого испарителя, чтобы получить поток пара и концентрированную сбросовую суспензию;

(b) добавление воды к указанной концентрированной сбросовой суспензии в первой зоне смешивания, чтобы получить концентрированную сбросовую суспензию, обогащенную водой;

(c) выпаривание указанной концентрированной сбросовой суспензии, обогащенной водой в зоне второго испарителя, чтобы получить поток, обогащенный растворителем, и высококонцентрированную сбросовую суспензию, где указанная зона второго испарителя содержит испаритель, функционирующий при температуре от 20 до 70°С; при этом указанная высококонцентрированная сбросовая суспензия имеет содержание воды от 5 до 25 мас.%;

(ά) фильтрование указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии в зоне разделения твердых продуктов и жидкости, чтобы образовать отфильтрованный материал и маточную жидкость;

(е) промывку указанного отфильтрованного материала с помощью подаваемых промывочных материалов в указанной зоне разделения твердых продуктов и жидкости, чтобы образовать промытый отфильтрованный материал.

2. Способ по п.1, в котором по меньшей мере 80% указанного металлического катализатора из высококонцентрированной сбросовой суспензии извлекают посредством зоны разделения в маточную жидкость и указанную промывочную жидкость в совокупности.

3. Способ по п.2, в котором от 75 до 95 мас.% указанного растворителя и воды удаляют посредством выпаривания из указанного окисленного сбросового потока на стадии (а) и стадии (с) в совокупности.

4. Способ по п.3, в котором по меньшей мере часть указанного промытого отфильтрованного материала направляют в процесс синтеза терефталевой кислоты после зоны окисления в процессе синтеза терефталевой кислоты.

5. Способ по п.1, в котором указанная высококонцентрированная сбросовая суспензия имеет содержание воды от 8 до 23 мас.%.

6. Способ по п.1, в котором указанная высококонцентрированная сбросовая суспензия имеет содержание воды от 11 до 21 мас.%.

7. Способ по п.1, в котором указанная высококонцентрированная сбросовая суспензия имеет содержание воды от 13 до 18 мас.%.

- 8 027100

8. Способ по п.1, в котором указанный узел для разделения твердых продуктов и жидкости представляет собой устройство для фильтрации под давлением, которое функционирует при температуре между 25 и 90°С.

9. Способ по п.8, в котором указанное устройство для фильтрации под давлением содержит по меньшей мере один фильтрующий элемент, и в котором по меньшей мере один фильтрующий элемент накапливает указанный отфильтрованный материал слоем по меньшей мере 0,25 дюйма (0,64 см) по толщине.

10. Способ по п.1, в котором по меньшей мере часть указанной маточной жидкости, образованной на стадии (ά), направляют назад в зону окисления процесса синтеза терефталевой кислоты.

11. Способ по п.8, в котором указанное устройство для фильтрации под давлением представляет собой роторный барабанный напорный фильтр.

12. Способ по п.1, в котором указанный концентрированный сбросовый поток, направляемый из первой зоны испарения в указанную зону смешивания, поддерживают при температуре выше 80°С.

13. Способ по п.1, в котором время выдерживания в указанной второй зоне испарения находится в интервале от 30 до 180 мин.

14. Способ по п.1, в котором указанную маточную жидкость направляют в зону экстрагирования, чтобы образовать водный поток и поток органических веществ.

15. Способ по п.14, в котором указанный поток органических веществ направляют в дистилляционную колонну, чтобы извлечь экстракционный растворитель и поток удаляемого шлама, содержащий примеси, являющиеся побочными продуктами окисления.

16. Способ по п.1, в котором скорость фильтрации указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии в зоне разделения твердых продуктов и жидкости выше для интервала содержания воды высосконцентрированной сбросовой суспензии от 8 до 23%, чем при любой концентрации воды за пределами указанного интервала.

17. Способ по п.1, в котором скорость фильтрации указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии в зоне разделения твердых продуктов и жидкости выше для интервала содержания воды высококонцентрированной сбросовой суспензии от 11 до 21%, чем при любой концентрации воды за пределами указанного интервала.

18. Способ по п.1, в котором скорость фильтрации указанной высококонцентрированной сбросовой суспензии в зоне разделения твердых продуктов и жидкости выше для интервала содержания воды высосконцентрированной сбросовой суспензии от 13 до 19%, чем при любой концентрации воды за пределами указанного интервала.

19. Способ по п.1, в котором растворителем является уксусная кислота, смешанная с водой в отношении между 8:1 и 20:1 и предпочтительно между 11:1 и 20:1.

20. Способ по п.1, в котором массу воды, добавляемой в зону смешивания, изменяют таким образом, чтобы получить высококонцентрированную сбросовую суспензию с содержанием воды от 11 до 21%.

21. Способ по п.1, в котором массу воды, добавляемой в зону смешивания, изменяют таким образом, чтобы получить высококонцентрированную сбросовую суспензию с содержанием воды от 13 до 19%.

22. Способ по п.1, в котором массу воды, добавляемой в зону смешивания, изменяют таким образом, чтобы получить высококонцентрированную сбросовую суспензию с содержанием воды от 8 до 23%.