JP2010248079A - Method of producing aromatic carboxylic acid - Google Patents

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Norihito Shiraishi
典人 白石
Katsuhiko Fukui
勝彦 福井
Tetsuji Miyamoto
哲志 宮本
Koki Minemoto
紘毅 峯元
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of utilizing energy needed in the process of producing an aromatic carboxylic acid to reduce the energy consumption therein. <P>SOLUTION: There is provided a method of producing an aromatic carboxylic acid, including: a step of oxidizing an alkyl aromatic compound to produce an aromatic carboxylic acid; a step of separating and recovering the resulting aromatic carboxylic acid from the alkyl aromatic compound; and/or a step of reducing the resulting aromatic carboxylic acid obtained thereby, wherein the method is characterized in that at least a part of the energy used in one or more steps in the group of steps is supplied from a cogeneration system where thermal energy and electric energy are generated by burning fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、アルキル芳香族化合物を酸化し芳香族カルボン酸を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aromatic carboxylic acid by oxidizing an alkyl aromatic compound.

芳香族カルボン酸はポリエステルの合成原料等として有用であり、通常、アルキル基を有する芳香族化合物(以下、アルキル芳香族化合物と称する。)を酸化することにより製造される。芳香族カルボン酸として代表的なテレフタル酸を例に取ると、酢酸を溶媒とし、コバルト、マンガンを主体とする重金属触媒及び臭素化合物の存在下に、原料としてp−キシレンを用いて、分子状酸素を含有するガスによって加圧下に液相酸化して生成させる方法が工業的に行われている。一方、テレフタル酸のような芳香族カルボン酸は、世界中で商業的に大規模で生産されているので製造時のエネルギー消費量は多量であり、昨今の地球環境への負荷軽減の観点では省エネルギー化が期待されている。   Aromatic carboxylic acids are useful as raw materials for polyester synthesis, and are usually produced by oxidizing an aromatic compound having an alkyl group (hereinafter referred to as an alkyl aromatic compound). Taking terephthalic acid as a typical aromatic carboxylic acid as an example, molecular oxygen is obtained using acetic acid as a solvent, p-xylene as a raw material in the presence of a heavy metal catalyst mainly composed of cobalt and manganese, and a bromine compound. A method of producing by liquid phase oxidation under pressure with a gas containing benzene has been industrially performed. On the other hand, aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid are produced commercially on a large scale all over the world, so the energy consumption during production is large. From the viewpoint of reducing the burden on the global environment these days, energy conservation is achieved. Is expected.

近年、環境面、コスト面等への配慮からエネルギー使用量を削減するための提案が行われている。例えば熱エネルギーに関しては、芳香族カルボン酸の製造過程で発生する排ガスの熱エネルギーによって水から蒸気を生成する例、酸化反応工程で得られたテレフタル酸スラリーの温度を低下させずに固液分離を行うことによって、酸化反応工程にリサイクルする溶媒を加熱する熱エネルギーを抑制する例、固液分離後のテレフタル酸ケーキの乾燥時に自らの潜熱および圧力を利用してフラッシュ乾燥する例、などが挙げられる。   In recent years, proposals for reducing the amount of energy used have been made in consideration of the environmental aspect and cost. For example, regarding thermal energy, steam is generated from water by the thermal energy of exhaust gas generated in the process of producing aromatic carboxylic acid, and solid-liquid separation is performed without lowering the temperature of the terephthalic acid slurry obtained in the oxidation reaction process. Examples of suppressing thermal energy for heating the solvent recycled to the oxidation reaction step by performing, flash drying using its own latent heat and pressure when drying the terephthalic acid cake after solid-liquid separation, etc. .

また、特許文献1には、芳香族カルボン酸を製造する方法において、蒸気タービン、電動機兼用の発電機、反応器に空気を供給する圧縮機、及び排ガスにより回転力を得る膨張機の回転軸を連結する例が記載されている。特許文献1によれば、小さい電力で起動させた後、反応器由来の排ガスや水蒸気により回転力を得るとともに発電を行いつつ徐々に定常運転に移ることで、エネルギーを効率的に回収し電力使用量を低減できることが提案されている。しかしながら、この方法によれば圧縮機の起動時に外部からの多量な電力供給が必要であり、そのために大規模な給電設備を必要とすることが問題であった。   Patent Document 1 discloses a method for producing an aromatic carboxylic acid that includes a steam turbine, a generator that also serves as an electric motor, a compressor that supplies air to a reactor, and a rotating shaft of an expander that obtains rotational force by exhaust gas. An example of linking is described. According to Patent Document 1, after starting with a small amount of electric power, energy is efficiently recovered and used by obtaining a rotational force with exhaust gas and water vapor derived from a reactor and gradually moving to steady operation while generating power. It has been proposed that the amount can be reduced. However, according to this method, it is necessary to supply a large amount of electric power from the outside when starting up the compressor, which requires a large-scale power supply facility.

特開2000−007608号公報JP 2000-007608 A

このように副生エネルギーの回収・再利用については種々の提案がなされているが、芳香族カルボン酸の製造において未だ十分なエネルギー利用効率は達成されていない。
テレフタル酸など芳香族カルボン酸は高温、高圧下での反応、精製、分離工程を含みエネルギー多消費型のプロセスであり、また一般に大規模なプラントで製造される。このため必要な電力や蒸気等をプラント内でそれぞれ製造、調達する例も多いが、エネルギー消費量が大きく環境面、コスト面からこれを削減したいとの要望がある。また電力は電力会社で発電したものを送電することも可能であるが、遠隔地からの送電に際しては送電ロスが発生し、エネルギー利用効率が低下する問題がある。
As described above, various proposals have been made for recovery and reuse of by-product energy, but sufficient energy utilization efficiency has not yet been achieved in the production of aromatic carboxylic acids.
Aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid are energy consuming processes including reaction, purification and separation processes at high temperature and pressure, and are generally produced in large-scale plants. For this reason, there are many examples in which necessary electric power, steam, etc. are produced and procured in the plant, respectively, but there is a demand for reducing energy consumption and the environmental and cost aspects. Although it is possible to transmit electric power generated by an electric power company, there is a problem in that energy transmission efficiency is reduced due to transmission loss when transmitting power from a remote location.

上記課題に鑑み、本発明では、芳香族カルボン酸製造に当たり、製造プロセスで必要とされるエネルギー利用効率を向上させ、エネルギー消費量を低減させることを目的とする。更に詳しくは、本発明は、芳香族カルボン酸の製造に必要な熱エネルギーおよび電気エネルギーを高効率で発生させるとともに、芳香族カルボン酸の製造に伴って発生した物質
やそのエネルギーを再度、エネルギー発生源として利用することにより、エネルギー利用効率を向上させることを目的とする。また、本発明では、芳香族カルボン酸製造プロセスで必要とされるエネルギー利用効率を向上させることにより、該製造プロセスからの実質的な炭酸ガス排出量等を抑制し、地球環境保全に貢献することを目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the energy utilization efficiency required in the production process and reduce the energy consumption when producing an aromatic carboxylic acid. More specifically, the present invention generates heat energy and electric energy necessary for the production of aromatic carboxylic acid with high efficiency, and again generates substances and energy generated during the production of aromatic carboxylic acid to generate energy again. It aims at improving energy utilization efficiency by using as a source. Further, in the present invention, by improving the energy utilization efficiency required in the aromatic carboxylic acid production process, it is possible to suppress substantial carbon dioxide emissions from the production process and contribute to global environmental conservation. With the goal.

本発明者等は鋭意検討の結果、芳香族カルボン酸製造プロセスのエネルギー供給方法として、燃料の燃焼により熱エネルギーと電気エネルギーを同時に生成するコジェネレーションシステムを用いることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。
即ち本発明の要旨は、アルキル芳香族化合物を酸化して芳香族カルボン酸を生成し、生成した芳香族カルボン酸をアルキル芳香族化合物から分離し回収する工程および/又は、アルキル芳香族化合物を酸化して得られた芳香族カルボン酸を還元する工程、を含む芳香族カルボン酸の製造方法であって、該工程群の1以上の工程で使用されるエネルギーの少なくとも一部が、燃料の燃焼によって熱エネルギーと電気エネルギーとを生成するコジェネレーションシステムにより供給されることを特徴とする、芳香族カルボン酸の製造方法、に存する。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by using a cogeneration system that simultaneously generates thermal energy and electric energy by combustion of fuel as an energy supply method of an aromatic carboxylic acid production process. The present invention has been reached.
That is, the gist of the present invention is to oxidize an alkyl aromatic compound to produce an aromatic carboxylic acid, to separate and recover the produced aromatic carboxylic acid from the alkyl aromatic compound and / or to oxidize the alkyl aromatic compound. A process for reducing the aromatic carboxylic acid obtained as described above, wherein at least a part of the energy used in one or more steps of the process group is generated by combustion of fuel. The present invention resides in a method for producing an aromatic carboxylic acid, which is supplied by a cogeneration system that generates thermal energy and electric energy.

また、上記本発明の製造方法において、前記コジェネレーションシステムにより供給される熱エネルギーと電気エネルギーとの合計量に対する熱エネルギーの比率(キロワット時換算)が30%〜90%の範囲であることが好ましい。
また、上記本発明の製造方法において、前記熱エネルギーが前記工程群の1以上の工程で使用される熱媒油の昇温及び/又は蒸気の生成に使用されることが好ましく、さらに、前記熱エネルギーにより生成した蒸気の少なくとも一部が蒸気タービンに導入され電気エネルギーの生成に使用されることも好ましい。
Moreover, in the manufacturing method of the said invention, it is preferable that the ratio (in kilowatt hour conversion) of the thermal energy with respect to the total amount of the thermal energy supplied by the said cogeneration system and an electrical energy is the range of 30%-90%.
In the production method of the present invention, it is preferable that the thermal energy is used for temperature increase and / or steam generation of a heat transfer oil used in one or more steps of the process group. It is also preferred that at least a portion of the steam generated by energy is introduced into a steam turbine and used to generate electrical energy.

また、上記本発明の製造方法において、前記コジェネレーションシステムがガスタービンエンジンと発電機とを備え、前記ガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器、系外から酸素含有ガスを吸入し圧縮し前記燃焼器に供給する圧縮機、及び、前記圧縮機及び前記発電機と同一軸線上にあり前記燃焼ガスを膨張させ前記軸を回転させる膨張機を少なくとも有し、前記発電機が前記軸の回転により電気エネルギーを生成し、前記膨張機の排ガスから熱エネルギーを得ることが好ましい。   In the manufacturing method of the present invention, the cogeneration system includes a gas turbine engine and a generator, and the gas turbine engine combusts fuel to generate combustion gas, and oxygen-containing gas from outside the system. A compressor that sucks, compresses and supplies the compressed gas to the combustor, and an expander that is on the same axis as the compressor and the generator and expands the combustion gas to rotate the shaft. However, it is preferable that electric energy is generated by rotation of the shaft, and thermal energy is obtained from the exhaust gas of the expander.

さらに、上記本発明の製造方法において、少なくとも下記の1以上の方法を有することが好ましい。
(1)酸化工程で発生する排ガスの少なくとも一部を膨張機に供給する。
(2)酸化工程で発生する排ガスからの熱交換によって蒸気を生成し、生成した蒸気の少なくとも一部を蒸気タービンに供給する。
(3)圧縮機によって圧縮された酸素含有ガスを酸化工程に供給する。
(4)発電機から発生する排熱を、前記工程群の1以上の工程で使用される熱エネルギーとして利用する。
Further, the production method of the present invention preferably includes at least one of the following methods.
(1) At least a part of the exhaust gas generated in the oxidation step is supplied to the expander.
(2) Steam is generated by heat exchange from the exhaust gas generated in the oxidation step, and at least a part of the generated steam is supplied to the steam turbine.
(3) The oxygen-containing gas compressed by the compressor is supplied to the oxidation process.
(4) The exhaust heat generated from the generator is used as thermal energy used in one or more processes of the process group.

本発明によれば、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて、エネルギー利用効率向上により燃料使用量を顕著に削減できる。またこれに伴い各種設備のコンパクト化や機器数の削減を行える利点もある。更に、製造プロセスからの熱や二酸化炭素の発生量抑制により、実質的な炭酸ガス排出量等を抑制し、地球環境への影響の小さいプロセスとすることができる。   According to the present invention, in the aromatic carboxylic acid production process, the amount of fuel used can be significantly reduced by improving the energy utilization efficiency. Along with this, there is an advantage that various facilities can be made compact and the number of devices can be reduced. Furthermore, by suppressing the generation amount of heat and carbon dioxide from the manufacturing process, it is possible to suppress a substantial amount of carbon dioxide emission and the like and to make the process less affected by the global environment.

本発明の芳香族カルボン酸製造方法に用いるコジェネレーションシステムの一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the cogeneration system used for the aromatic carboxylic acid manufacturing method of this invention. 本発明の芳香族カルボン酸製造方法に用いるコジェネレーションシステムの他の一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating another example of the cogeneration system used for the aromatic carboxylic acid manufacturing method of this invention. 本発明の芳香族カルボン酸の製造方法の一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of aromatic carboxylic acid of this invention. 本発明の芳香族カルボン酸の製造方法における水素化精製プロセスの一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the hydrorefining process in the manufacturing method of aromatic carboxylic acid of this invention. 本発明の芳香族カルボン酸の製造方法における排ガス処理工程の一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the waste gas treatment process in the manufacturing method of aromatic carboxylic acid of this invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を示して説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限りこれらの内容に特定されず、種々変形して実施することができる。
[1]コジェネレーションシステム
本発明の芳香族カルボン酸の製造方法において用いるコジェネレーションシステムは、一次エネルギー(燃料)から熱エネルギーと電気エネルギーという2種以上のエネルギーを発生させるものである。特に、コジェネレーションシステムによれば、一次エネルギーから、少なくとも熱エネルギーと電気エネルギーとを同時にかつ連続的に発生させることができる。
コジェネレーションシステムに用いる燃料としては、芳香族カルボン酸製造プロセスからの排ガス等を用いても、系外(芳香族カルボン酸製造プロセス外)から供給される燃料を用いてもよいが、後者を主成分とすることが好ましい。特に、コジェネレーションシステムから発生させる全エネルギー(キロワット時換算)の50%以上に相当する燃料が系外から供給されることが好ましく、より好ましくは70%以上である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these contents without departing from the gist of the present invention, and can be implemented with various modifications.
[1] Cogeneration system The cogeneration system used in the method for producing an aromatic carboxylic acid of the present invention generates two or more kinds of energy, that is, thermal energy and electrical energy from primary energy (fuel). In particular, according to the cogeneration system, at least thermal energy and electrical energy can be generated simultaneously and continuously from primary energy.
The fuel used for the cogeneration system may be exhaust gas from the aromatic carboxylic acid production process or the fuel supplied from outside the system (outside the aromatic carboxylic acid production process). It is preferable to use as a component. In particular, it is preferable that fuel corresponding to 50% or more of the total energy (kilowatt hour conversion) generated from the cogeneration system is supplied from outside the system, and more preferably 70% or more.

本発明におけるコジェネレーションシステムは電気エネルギーのみ発生させるよりエネルギー効率が高く、従って設備面及びコスト面で有利なうえ、燃料消費量に比例する二酸化炭素発生量を抑制できる利点がある。また電気や熱を必要とする場所で必要に応じて熱及び電気を発生させることで送電ロスの発生も防ぐことができる。さらに、設備のコンパクト化ができるのでスペースの無駄を省くことができ、エネルギー供給信頼性も高い。なお、必要があれば本発明においてコジェネレーションシステムで発生するエネルギーを芳香族カルボン酸製造プロセス外に供給してもよい。また、本発明では、芳香族カルボン酸の製造においてコジェネレーションシステム以外の他のエネルギー発生源と併用することもできる。   The cogeneration system according to the present invention is more energy efficient than generating only electric energy, and thus is advantageous in terms of equipment and cost, and has the advantage of being able to suppress the amount of carbon dioxide generated that is proportional to the amount of fuel consumed. Moreover, generation | occurrence | production of a power transmission loss can also be prevented by generating heat and electricity as needed in the place which requires electricity and heat. In addition, since the equipment can be made compact, waste of space can be eliminated and the energy supply reliability is high. If necessary, the energy generated by the cogeneration system in the present invention may be supplied outside the aromatic carboxylic acid production process. Moreover, in this invention, it can also use together with other energy generation sources other than a cogeneration system in manufacture of aromatic carboxylic acid.

本発明によれば、発生した熱エネルギー及び電気エネルギーを有効利用できるため、エネルギー利用効率(キロワット時換算)は50%以上とすることができる。好ましい例によれば60%以上、より好ましい例によれば80%以上、更に好ましい例によれば90%以上とすることができる。なお本明細書においてエネルギー利用効率とは、コジェネレーションシステムで発生させたエネルギー量に対する利用エネルギー量の総和を示すものである。   According to the present invention, since the generated thermal energy and electrical energy can be used effectively, the energy use efficiency (converted into kilowatt hours) can be 50% or more. According to a preferable example, it can be 60% or more, according to a more preferable example, 80% or more, and further preferably 90% or more. In addition, in this specification, energy use efficiency shows the sum total of the utilization energy amount with respect to the energy amount generated with the cogeneration system.

コジェネレーションシステムにより供給される全エネルギー(熱エネルギーと電気エネルギーの合計量)に対する熱エネルギーの比率(キロワット時換算)は30%以上であることが好ましく、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上である。また熱エネルギーの比率は90%以下であることが好ましく、より好ましくは80%以下である。熱/電気エネルギーの比率をこの範囲とすることで、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおける熱/電気エネルギーの消費比率に合致させることができ、エネルギー利用効率が最大限に高まる。従って、コスト面及び環境面で好ましい。   The ratio of thermal energy to the total energy supplied by the cogeneration system (total amount of thermal energy and electrical energy) (kilowatt hour conversion) is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and still more preferably 50%. That's it. Further, the ratio of thermal energy is preferably 90% or less, more preferably 80% or less. By setting the heat / electric energy ratio within this range, the heat / electric energy consumption ratio in the aromatic carboxylic acid production process can be matched, and the energy utilization efficiency is maximized. Therefore, it is preferable in terms of cost and environment.

コジェネレーションシステムとしては各種の原動機を用いた公知のシステムを使用でき、ガスタービンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機が用いられる。ガスタービンエンジンは一般に熱エネルギー:電気エネルギーの生成比率が約2:1付近、ディーゼルエンジン及びガスエンジンは約1:1付近である。このため、特にガスタービンエンジンを用いると、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおける熱エネルギーの比率を前述の好ましい範囲内とするのが容易である。一方、前記範囲を外れると、エネルギー利用効率は低下傾向にある。このように、コジェネレーションシステムは、あらゆる種類の化学品製造工程に容易に適用できるものではなく、また、容易にエネルギー利用効率の向上という利点を享受できるものではないが、特に芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて顕著なエネルギー効率向上を図ることができる。   As the cogeneration system, known systems using various prime movers can be used, and prime movers such as a gas turbine engine, a diesel engine, and a gas engine are used. Gas turbine engines generally have a thermal energy: electric energy production ratio of about 2: 1, and diesel and gas engines are about 1: 1. For this reason, especially when a gas turbine engine is used, it is easy to make the ratio of the thermal energy in the aromatic carboxylic acid production process within the above-mentioned preferable range. On the other hand, if it is out of the range, the energy utilization efficiency tends to decrease. As described above, the cogeneration system cannot be easily applied to all kinds of chemical manufacturing processes, and cannot easily enjoy the advantage of improving the energy utilization efficiency. Significant energy efficiency can be improved in the manufacturing process.

なお、ガスタービンエンジンを用いたコジェネレーションシステムの場合、通常、同エンジンによる発電により電気エネルギーを生成し、ガスタービンエンジンの排ガスから熱エネルギーを得る。ガスタービンエンジンの排ガスは極めて高温であるため熱エネルギーとして高品質であり、エネルギー利用効率も高まる。特に熱エネルギーを熱媒油の昇温や蒸気の生成に使用すると、高温の熱媒油や高圧蒸気が得られ好ましい。   In the case of a cogeneration system using a gas turbine engine, usually, electric energy is generated by power generation by the engine, and thermal energy is obtained from the exhaust gas of the gas turbine engine. Since the exhaust gas of the gas turbine engine is extremely high in temperature, it has high quality as heat energy, and energy utilization efficiency is also increased. In particular, when heat energy is used for raising the temperature of the heat transfer oil or generating steam, high-temperature heat transfer oil or high-pressure steam is preferably obtained.

コジェネレーションシステムに使用する燃料として系外から供給される燃料を用いる場合、その燃料は可燃性物質であれば限定されないが、燃料油及び/又は燃料ガスを使用することが好ましい。外部から供給する燃料としては、燃料油としては例えば灯油、軽油、A重油など、燃料ガスとしては例えば天然ガス、LNG、LPG、メタン、エタン、プロパン、プロセス外の副生ガスなどを用いうる。燃料として天然ガスなどの二酸化炭素排出量の少ない燃料を選択すると、石炭や重油などを使用する場合に比べて、同一発熱量基準で更に二酸化炭素排出量を20〜30%低減できるので好ましい。
さらに本発明では、前述のとおり、芳香族カルボン酸製造プロセスから排出される排ガスなど、可燃性物質を含有するガスを燃料として一部使用することで、エネルギー効率を上げることができる。
When fuel supplied from outside the system is used as the fuel used in the cogeneration system, the fuel is not limited as long as it is a combustible substance, but it is preferable to use fuel oil and / or fuel gas. As the fuel supplied from the outside, for example, kerosene, light oil, and A heavy oil can be used as the fuel oil, and natural gas, LNG, LPG, methane, ethane, propane, by-product gas outside the process, and the like can be used as the fuel gas. It is preferable to select a fuel that emits less carbon dioxide, such as natural gas, as the fuel because the carbon dioxide emissions can be further reduced by 20 to 30% based on the same calorific value as compared with the case where coal or heavy oil is used.
Furthermore, in the present invention, as described above, energy efficiency can be increased by partially using a gas containing a combustible substance such as exhaust gas discharged from the aromatic carboxylic acid production process as a fuel.

また、本発明では、各種木材やとうもろこし、米、麦、サトウキビ、雑草、廃材、その他各種植物等、燃焼可能な固体状物質を燃料として使用することもできる。さらには、バイオマスを用いた燃料を使用することで更に実質的な二酸化炭素排出量を低減できる。バイオマス燃料としては、バイオエタノール、バイオデイーゼル、これらから製造されるメチルターシャリーブチルエーテル、エチルターシャリーブチルエーテル等を使用することができる。その他、燃焼助剤も併用することができ、メタノール、酢酸メチル、水素などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   In the present invention, combustible solid substances such as various kinds of wood, corn, rice, wheat, sugar cane, weeds, waste materials, and other various plants can be used as fuel. Furthermore, a substantial carbon dioxide emission can be further reduced by using a fuel using biomass. As the biomass fuel, bioethanol, biodiesel, methyl tertiary butyl ether, ethyl tertiary butyl ether and the like produced from these can be used. In addition, combustion aids can be used in combination, and examples thereof include, but are not limited to, methanol, methyl acetate, and hydrogen.

本発明の芳香族カルボン酸製造方法に用いるコジェネレーションシステムの一例を図1に示す(例1)。
ガスタービンエンジン4は、圧縮機1、圧縮機起動用の電動機1a、燃焼器2、膨張機(タービン)3から構成されており、これらが一体化されていることが好ましい。膨張機3は通常、圧縮機1と同一軸線上にある。また発電機5とも同一軸線上にある。なお、圧縮機起動用電動機1aは別個に設置していてもよい。

まず圧縮機起動用電動機1aで圧縮機1を起動する。空気ライン11より吸入され吸収式冷凍機6にて冷却された空気は、一定温度で一定量ずつ圧縮機(軸流式圧縮機)1に供給され、圧縮されて燃焼器2へ送られる。圧縮機1においては断熱圧縮方式で空気の圧縮を行うことが望ましい。
An example of a cogeneration system used in the method for producing an aromatic carboxylic acid of the present invention is shown in FIG. 1 (Example 1).
The gas turbine engine 4 includes a compressor 1, an electric motor 1a for starting the compressor, a combustor 2, and an expander (turbine) 3, and these are preferably integrated. The expander 3 is usually on the same axis as the compressor 1. The generator 5 is also on the same axis. The compressor starting motor 1a may be installed separately.

First, the compressor 1 is started by the compressor starting electric motor 1a. Air sucked from the air line 11 and cooled by the absorption chiller 6 is supplied to the compressor (axial flow compressor) 1 by a constant amount at a constant temperature, compressed, and sent to the combustor 2. In the compressor 1, it is desirable to compress air by an adiabatic compression method.

さらに、本発明において、圧縮機1で圧縮された空気の一部は、後述する芳香族カルボ
ン酸製造プロセスの酸化工程に供給し、酸素源(分子状酸素含有ガスBまたはB’)として用いてもよい。圧縮機1で圧縮された空気を酸化工程に供給することにより、酸素源を供給するための装置を別個に設ける必要が無くなるほか、圧縮機1を起動することにより、直ちに酸素源を供給することが可能となる。
Furthermore, in this invention, a part of air compressed with the compressor 1 is supplied to the oxidation process of the aromatic carboxylic acid manufacturing process mentioned later, and is used as an oxygen source (molecular oxygen-containing gas B or B ′). Also good. By supplying the air compressed by the compressor 1 to the oxidation process, it is not necessary to provide a separate device for supplying the oxygen source, and the oxygen source is immediately supplied by starting the compressor 1. Is possible.

燃焼器2では燃料ライン12より供給された燃料と圧縮機1で圧縮された空気を混合燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは膨張機3へ送られ膨張されるが、このとき膨張機3を回転させ、同一軸上にある圧縮機1及び発電機5を回転させる。すなわち、高温高圧の燃焼ガスを膨張機3のタービンに吹き付け、その回転エネルギーによって発電機5を通じて電気エネルギーを取り出す。発電機5で発電された電気エネルギーは電力ライン13を通して芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給される。なお圧縮機1は一旦起動された後は膨張機3により回転されるため、圧縮機起動用電動機1aは停止させてよい。
圧縮機1が備える静翼は、角度可変構造であることが好ましい。負荷の変動に応じて静翼の角度を制御することで圧縮効率や起動特性を向上させることができ、負荷変動にも強いシステムとすることができる。
In the combustor 2, the fuel supplied from the fuel line 12 and the air compressed by the compressor 1 are mixed and burned to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion gas is sent to the expander 3 and expanded. At this time, the expander 3 is rotated, and the compressor 1 and the generator 5 on the same axis are rotated. That is, high-temperature and high-pressure combustion gas is blown onto the turbine of the expander 3, and electric energy is taken out through the generator 5 by the rotational energy. The electrical energy generated by the generator 5 is supplied to the aromatic carboxylic acid production process through the power line 13. Since the compressor 1 is rotated once by the expander 3 after being started, the compressor starting motor 1a may be stopped.
The stationary blade provided in the compressor 1 preferably has a variable angle structure. By controlling the angle of the stationary blade according to the load fluctuation, the compression efficiency and the starting characteristic can be improved, and the system can be resistant to the load fluctuation.

膨張機3からは、上記の通り電気エネルギーが取り出されると同時に、排ガスライン14を通して高温の排ガスがボイラー7へ供給される。水ライン15を通してボイラー7に供給される水は高温の排ガスによって加熱され高圧の蒸気となり、蒸気ライン16を通して芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給される。ボイラー7の出口排ガスは排ガスライン17を通して排出されるが、まだ十分高温であるため更に熱交換器等に送ることで蒸気の発生等に使用しうる。   From the expander 3, electric energy is taken out as described above, and at the same time, high-temperature exhaust gas is supplied to the boiler 7 through the exhaust gas line 14. The water supplied to the boiler 7 through the water line 15 is heated by high-temperature exhaust gas to become high-pressure steam, and is supplied to the aromatic carboxylic acid production process through the steam line 16. The exhaust gas at the outlet of the boiler 7 is discharged through the exhaust gas line 17, but since it is still sufficiently hot, it can be used for generating steam by sending it to a heat exchanger or the like.

好ましい例としては、ボイラー7で得られた高圧の蒸気を蒸気タービン(図示せず)に導入して電気エネルギーの生成に利用される。このように、本発明におけるコジェネレーションシステムに加えて蒸気タービンを併設すれば、熱エネルギーと電気エネルギーとの供給量の調節が更に容易になるとともに、総エネルギー消費量を抑制することができる。なお、使用後の蒸気は更に芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給し熱源として用いてもよい。   As a preferred example, high-pressure steam obtained by the boiler 7 is introduced into a steam turbine (not shown) and used to generate electric energy. As described above, when the steam turbine is additionally provided in addition to the cogeneration system according to the present invention, the supply amount of the thermal energy and the electric energy can be further easily adjusted, and the total energy consumption can be suppressed. In addition, you may supply the vapor | steam after use to an aromatic carboxylic acid manufacturing process, and may use it as a heat source.

ガスタービンエンジンの燃焼器2における燃焼温度は通常500℃以上と高いため、熱エネルギー源として非常に良質である。燃焼温度は、好ましくは800℃以上、より好ましくは1200℃以上である。また通常、燃焼温度は1500℃以下であり、好ましくは1300℃以下である。
膨張機3から排出される排ガスの温度は通常400℃以上であり、好ましくは500℃以上である。排ガスの温度が前記下限値より高いほど熱エネルギーとして良質である。また排ガスの温度は通常800℃以下であり、好ましくは600℃以下である。排ガスの温度を前記の上限値以下とすることで、耐熱性の低い設備が使用可能であるためコストが低減できる。
Since the combustion temperature in the combustor 2 of the gas turbine engine is usually as high as 500 ° C. or higher, it is very good as a heat energy source. The combustion temperature is preferably 800 ° C. or higher, more preferably 1200 ° C. or higher. In general, the combustion temperature is 1500 ° C. or lower, preferably 1300 ° C. or lower.
The temperature of the exhaust gas discharged from the expander 3 is usually 400 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher. The higher the temperature of the exhaust gas is, the better the heat energy. The temperature of the exhaust gas is usually 800 ° C. or lower, preferably 600 ° C. or lower. By setting the temperature of the exhaust gas to be equal to or lower than the above upper limit value, it is possible to use a facility with low heat resistance, so that the cost can be reduced.

燃焼器2や膨張機3は非常な高温に曝されるため、一部又は全部の材質をセラミックス製とするか、或いはセラミックスコーティングを施すことが望ましい。
膨張機3の出口から排出される排ガスは温度が高く、また通常、燃焼に十分な酸素が残存していることから、ボイラー7の前に排ガス中に燃料を噴射して燃焼させる追い焚きシステムを追加してもよい。追い炊きを行うことで排ガスがより高温となり熱エネルギー量を増大させることができ、より多くの水や熱媒油を加熱でき、又はより多くの蒸気を発生させることができる。しかも燃料供給量を大幅に増加させる必要がない。なお膨張機3の出口排ガス中の酸素濃度は2〜20体積%の範囲であることが望ましい。
Since the combustor 2 and the expander 3 are exposed to a very high temperature, it is desirable that some or all of the materials are made of ceramics or a ceramic coating is applied.
Since the exhaust gas discharged from the outlet of the expander 3 has a high temperature and usually oxygen sufficient for combustion remains, a reheating system that injects fuel into the exhaust gas before the boiler 7 and burns it is provided. May be added. By performing additional cooking, the exhaust gas becomes higher in temperature and the amount of heat energy can be increased, more water and heat transfer oil can be heated, or more steam can be generated. Moreover, it is not necessary to increase the fuel supply amount significantly. The oxygen concentration in the exhaust gas at the outlet of the expander 3 is desirably in the range of 2 to 20% by volume.

燃焼器2での燃料の燃焼に用いる気体は酸素含有ガスであれば特に限定されず、例えば空気、酸素富化空気、不活性ガスで希釈された酸素等が用いうるが、低コストである空気が工業的に好ましく用いられる。通常、酸素含有ガスの大部分は圧縮機1から供給される。
本システムの運転安定化及び効率的運転のためには圧縮機1への空気供給量を一定に保つことが望ましい。このため圧縮機1の空気吸入口に温度制御装置を設置して空気の温度を制御し一定に保ち、単位体積当たり空気重量を一定に保つことが好ましい。空気の温度制御にあたっては加熱しても冷却してもよいが、冷却すると単位体積当たり空気重量を大きくでき、その結果吸気できる空気量が増し圧縮効率を上げることができるため好ましい。
The gas used for the combustion of fuel in the combustor 2 is not particularly limited as long as it is an oxygen-containing gas. For example, air, oxygen-enriched air, oxygen diluted with an inert gas, or the like can be used. Is preferably used industrially. Usually, most of the oxygen-containing gas is supplied from the compressor 1.
It is desirable to keep the air supply amount to the compressor 1 constant for stable operation and efficient operation of the system. For this reason, it is preferable to install a temperature control device at the air inlet of the compressor 1 to control the temperature of the air to keep it constant and to keep the air weight per unit volume constant. In controlling the temperature of the air, it may be heated or cooled. However, if it is cooled, the weight of air per unit volume can be increased. As a result, the amount of air that can be taken in increases and the compression efficiency can be increased.

より好ましくは、圧縮機1へ供給する空気を冷却するために吸収式冷凍機6を用いる。吸収式冷凍機6を用いることは、特に熱帯や亜熱帯地域、夏場の気温が高い温帯地域でガスタービンエンジンを設置する場合に有効である。なお、吸収式冷凍機とは、吸収力の高い液体に冷媒を吸収させることにより低圧で気化させて低温を得る冷凍機を言う。吸収式冷凍機の冷媒−吸収液としては、水−臭化リチウム、アンモニア−水の組合せが広く使用されるが、これに限定されない。吸収式冷凍機の設置により、ガスタービンエンジンの圧縮機1への吸気温度を25℃以下とすることが好ましく、より好ましくは20℃以下、更に好ましくは10℃以下とする。また通常、圧縮機1への吸気温度は0℃以上であり、好ましくは5℃以上である。   More preferably, an absorption refrigerator 6 is used to cool the air supplied to the compressor 1. The use of the absorption chiller 6 is particularly effective when a gas turbine engine is installed in a tropical or subtropical region or a temperate region where the temperature in summer is high. The absorption refrigerator is a refrigerator that obtains a low temperature by vaporizing at a low pressure by absorbing a refrigerant in a liquid having a high absorption capacity. A combination of water-lithium bromide and ammonia-water is widely used as the refrigerant-absorbing liquid in the absorption refrigerator, but is not limited thereto. By installing an absorption refrigerator, the temperature of the intake air to the compressor 1 of the gas turbine engine is preferably 25 ° C. or less, more preferably 20 ° C. or less, and even more preferably 10 ° C. or less. Usually, the intake air temperature to the compressor 1 is 0 ° C. or higher, preferably 5 ° C. or higher.

本発明の芳香族カルボン酸製造方法に用いるコジェネレーションシステムの他の一例を図2に示す(例2)。なお、図2において図1と同様の部位は、同様の符号を付して示し、その説明を省略する。
ガスタービンエンジン4は、圧縮機1、圧縮機起動用の電動機1a、燃焼器2、膨張機(タービン)3から構成されており、これらが一体化されていることが好ましい。膨張機3は通常、圧縮機1と同一軸線上にある。また発電機5とも同一軸線上にある。
Another example of the cogeneration system used in the aromatic carboxylic acid production method of the present invention is shown in FIG. 2 (Example 2). 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The gas turbine engine 4 includes a compressor 1, an electric motor 1a for starting the compressor, a combustor 2, and an expander (turbine) 3, and these are preferably integrated. The expander 3 is usually on the same axis as the compressor 1. The generator 5 is also on the same axis.

膨張機3から排ガスライン14を通して高温の排ガスがボイラー7へ供給される。一方、熱媒油ライン18より供給される熱媒油は、必要に応じて油供給タンク8を設けて一旦溜められた後、ボイラー7へ供給され、加熱され高温の熱媒油となった後、熱媒油ライン19を通して芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給される。加熱後の熱媒油温度は通常300〜320℃である。熱媒油は通常、後述する芳香族カルボン酸の製造プロセスにおける高温追酸化工程での加熱や還元工程での加熱等に使用しうる。   Hot exhaust gas is supplied from the expander 3 through the exhaust gas line 14 to the boiler 7. On the other hand, after the heat medium oil supplied from the heat medium oil line 18 is temporarily stored by providing an oil supply tank 8 as needed, it is supplied to the boiler 7 and heated to become a high-temperature heat medium oil. , And supplied to the aromatic carboxylic acid production process through the heat transfer oil line 19. The heating medium oil temperature after heating is usually 300 to 320 ° C. Usually, the heat transfer oil can be used for heating in a high-temperature additional oxidation step, heating in a reduction step, and the like in an aromatic carboxylic acid production process described later.

またボイラー7の出口排ガスは依然として高温高圧であり、排ガスライン17を通して熱交換器9へ供給され、水ライン15’を通して供給される水を加熱して蒸気とする。得られる蒸気は通常0.1〜6MPaの範囲であり、蒸気ライン16’を通して芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給される。
熱媒油としては有機系、無機系、シリコーン系、フッ素系、鉱油系などがあるが、好ましくは有機系熱媒油である。有機系熱媒油は熱安定性が高く、高温領域での使用が可能で、経済性に優れる。有機系熱媒油としては、アルキルベンゼン系、ジベンジル系、アルキルナフタリン系等があり、市販品としては例えば綜研テクニックス株式会社製のSK−OIL(商品名)、NeoSK−OIL(商品名)等がある。
Further, the exhaust gas at the outlet of the boiler 7 is still at a high temperature and high pressure, and is supplied to the heat exchanger 9 through the exhaust gas line 17, and the water supplied through the water line 15 'is heated to become steam. The resulting steam is typically in the range of 0.1-6 MPa and is fed to the aromatic carboxylic acid production process through the steam line 16 '.
Examples of the heat transfer oil include organic, inorganic, silicone, fluorine, and mineral oils, and an organic heat transfer oil is preferable. Organic heat transfer oil has high thermal stability, can be used in a high temperature range, and is economical. Examples of the organic heat transfer oil include alkylbenzene, dibenzyl, and alkylnaphthalene, and examples of commercially available products include SK-OIL (trade name) and NeoSK-OIL (trade name) manufactured by Soken Technics Co., Ltd. is there.

例1と例2を比較すると、例1は、より高圧の蒸気が得られ、また蒸気タービンの併用で電気エネルギーをより多く得られる利点がある。一方、例2は例1に比べて熱エネルギーをより有効利用でき、エネルギー利用効率がより高い利点がある。
本発明に用いうるガスタービンエンジンは、圧縮機1、圧縮機起動用の電動機1a、燃焼器2、膨張機3が一体化された構成とすることにより、設備がコンパクトで設置面積も
少なくすることが出来る。また前述の通り熱/電気エネルギーの生成比率が芳香族カルボン酸の製造プロセスにおける熱/電気エネルギーの消費比率に近いうえ、装置の構成や運転条件ぼ制御により更に熱/電気エネルギーの生成比率を近づけることができるため、エネルギー利用効率を最大限に高め得る。更に、ガスタービンエンジンの燃焼温度は極めて高いため熱エネルギー源として非常に良質であり、高温の熱媒油や高圧蒸気が得られる利点がある。
Comparing Example 1 and Example 2, Example 1 is advantageous in that a higher pressure steam can be obtained and more electric energy can be obtained by using a steam turbine in combination. On the other hand, Example 2 has an advantage that heat energy can be more effectively used and energy utilization efficiency is higher than Example 1.
The gas turbine engine that can be used in the present invention is configured such that the compressor 1, the motor 1a for starting the compressor, the combustor 2, and the expander 3 are integrated so that the equipment is compact and the installation area is reduced. I can do it. In addition, as described above, the heat / electric energy generation ratio is close to the heat / electric energy consumption ratio in the aromatic carboxylic acid production process, and the heat / electric energy generation ratio is made closer by controlling the configuration and operating conditions of the apparatus. Energy efficiency can be maximized. Furthermore, since the combustion temperature of the gas turbine engine is extremely high, it is very good as a heat energy source, and there is an advantage that high-temperature heat transfer oil or high-pressure steam can be obtained.

また、ガスタービンエンジン起動の際には圧縮機起動用電動機が用いられるが、消費電力は通常、定常運転時の10分の1以下に過ぎず、より好ましい例によれば30分の1以下である。すなわち従来のように芳香族カルボン酸製造装置の起動時に大電力を必要としない。
ガスタービンエンジンとしては従来公知のものを用いることができ、特に限定されないが、例えば、三菱重工業製のMシリーズ、MFシリーズ、石川島播磨重工業製のLMシリーズ、川崎重工業製のMシリーズ、Lシリーズ、その他GE社製、SIEMENS社製の製品などが挙げられる。なお、蒸気噴射式ガスタービンなどの採用も可能である。ガスタービンエンジンの出力は適用する芳香族カルボン酸製造プロセスの規模等に応じて決定すればよく、特に限定されないが、コジェネレーションシステムとして、発電端出力が3〜50MW/基のものが好ましい。
また排ガスを利用するボイラーは加熱能力(交換熱量)が4〜75MMkcal/h/基(百万kcal/h/基)のものが好ましい。ボイラーの構造は限定されないが、丸ボイラー、水管ボイラー、鋳鉄ボイラー、特殊ボイラーなどが挙げられる。
Further, when starting the gas turbine engine, an electric motor for starting the compressor is used, but the power consumption is usually only 1/10 or less of that in the steady operation, and according to a more preferable example, it is 1/30 or less. is there. That is, unlike the prior art, large power is not required when starting up the aromatic carboxylic acid production apparatus.
Conventionally known gas turbine engines can be used and are not particularly limited. For example, M series, MF series manufactured by Mitsubishi Heavy Industries, LM series manufactured by Ishikawajima Harima Heavy Industries, M series, L series manufactured by Kawasaki Heavy Industries, Other examples include products manufactured by GE and SIEMENS. It is also possible to employ a steam injection type gas turbine. The output of the gas turbine engine may be determined according to the scale of the aromatic carboxylic acid production process to be applied, and is not particularly limited. However, the cogeneration system preferably has a power generation end output of 3 to 50 MW / group.
Further, the boiler using the exhaust gas preferably has a heating capacity (exchange heat amount) of 4 to 75 MMkcal / h / group (million kcal / h / group). Although the structure of a boiler is not limited, A round boiler, a water pipe boiler, a cast iron boiler, a special boiler, etc. are mentioned.

[2]芳香族カルボン酸の製造方法
次に、本発明のコジェネレーションシステムを適用した芳香族カルボン酸の製造方法について説明する。
本発明の芳香族カルボン酸の製造方法は、アルキル芳香族化合物を酸化して芳香族カルボン酸を生成し、生成した芳香族カルボン酸をアルキル芳香族化合物から分離し回収する工程および/又は、アルキル芳香族化合物を酸化して得られた芳香族カルボン酸を還元する工程、を含む工程群からなる。そして、前記コジェネレーションシステムにより供給される熱エネルギー及び電気エネルギーは、芳香族カルボン酸製造プロセスにおける前記工程群の1以上の工程で使用される。
[2] Method for Producing Aromatic Carboxylic Acid Next, a method for producing an aromatic carboxylic acid to which the cogeneration system of the present invention is applied will be described.
The method for producing an aromatic carboxylic acid according to the present invention includes a step of oxidizing an alkyl aromatic compound to produce an aromatic carboxylic acid, and separating and recovering the produced aromatic carboxylic acid from the alkyl aromatic compound and / or an alkyl. And a step of reducing an aromatic carboxylic acid obtained by oxidizing an aromatic compound. The thermal energy and electrical energy supplied by the cogeneration system are used in one or more steps of the step group in the aromatic carboxylic acid production process.

電気エネルギーはこれら工程群における加圧、撹拌、分離等に、熱エネルギーは加熱、溶解等にそれぞれ使用することができる。特に、熱エネルギーは熱媒油の昇温や蒸気の生成に使用し、これら熱媒油及び蒸気を各工程での昇温に用いることが好ましい。熱及び/または電気エネルギーが使用される工程は芳香族カルボン酸製造プロセスであれば限定されず、後述する酸化工程、固液分離工程、ケーキ洗浄工程、乾燥工程、還元工程(水素化工程)、晶析工程、廃棄物処理工程、触媒回収工程、触媒再生工程、溶媒回収・蒸留工程、排水処理工程、排ガス処理工程などのいずれでもよく、また複数の工程に用いてもよい。中でも、酸化工程や、固液分離工程、還元工程に用いる熱エネルギー及び電気エネルギーとして、コジェネレーションシステムを供給源とすることが好ましい。   Electrical energy can be used for pressurization, stirring, separation, etc. in these process groups, and thermal energy can be used for heating, dissolution, etc., respectively. In particular, the heat energy is preferably used for raising the temperature of the heat transfer oil or generating steam, and these heat transfer oil and steam are preferably used for raising the temperature in each step. The process in which heat and / or electric energy is used is not limited as long as it is an aromatic carboxylic acid production process. The oxidation process, solid-liquid separation process, cake washing process, drying process, reduction process (hydrogenation process) described later, Any of a crystallization process, a waste treatment process, a catalyst recovery process, a catalyst regeneration process, a solvent recovery / distillation process, a wastewater treatment process, an exhaust gas treatment process, and the like may be used. Especially, it is preferable to make a cogeneration system into a supply source as a heat energy and an electrical energy which are used for an oxidation process, a solid-liquid separation process, and a reduction process.

以下、芳香族カルボン酸の製造方法の第一実施形態について、図3を用いて詳細に説明する。なお本発明は、以下に説明する実施形態に係るものに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施することができる。
[酸化工程]
酸化工程では、酸化反応器111に原料であるアルキル芳香族化合物Aを導入し、溶媒C中でアルキル芳香族化合物Aを分子状酸素含有ガスBにより酸化して芳香族カルボン酸を生成させ、溶媒との混合物であるスラリーDを得る。なお、本発明においてアルキル芳香族化合物Aとは、アルキル基を持つ芳香族化合物だけでなく、一部酸化されたアルキル
基を持つ芳香族化合物も含む概念である。本発明において原料及び溶媒の混合物は、液相、気−液2相、気−液−固3相の様々なケースが挙げられ、限定されない。
Hereinafter, 1st embodiment of the manufacturing method of aromatic carboxylic acid is described in detail using FIG. In addition, this invention is not limited to what concerns on embodiment described below, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change arbitrarily and can implement.
[Oxidation process]
In the oxidation step, the alkyl aromatic compound A as a raw material is introduced into the oxidation reactor 111, and the alkyl aromatic compound A is oxidized with the molecular oxygen-containing gas B in the solvent C to generate an aromatic carboxylic acid. A slurry D is obtained. In the present invention, the alkyl aromatic compound A is a concept including not only an aromatic compound having an alkyl group but also an aromatic compound having a partially oxidized alkyl group. In the present invention, the mixture of the raw material and the solvent includes various cases of a liquid phase, a gas-liquid two phase, and a gas-liquid-solid three phase, and is not limited.

本発明におけるガスタービンエンジン4を用いて芳香族カルボン酸製造装置を起動する際の運転操作としては、まず圧縮機起動用電動機1aに給電して圧縮機1を起動させ、圧縮機1にて加圧された空気と燃料ライン12より供給された燃料とを燃焼器2内で燃焼し、得られた高温高圧のガスを膨張機3に吹き付けて回転力を得る。一方、圧縮機で圧縮された空気の一部を、酸化反応器111に供給することにより酸化反応が開始される。
酸化反応開始後は、後述する通り、酸化反応によって発生する排ガスを燃焼器2に供給することにより、空気または燃料の一部又は全部を代替することができる。その後、圧縮機起動用電動機1aは停止して定常運転に入る。
この通りガスタービンエンジン4を用いて芳香族カルボン酸製造装置を起動することにより、起動用電力が従来の方法に比べて約10分の一、好ましくは約30分の一とすることができる。
As an operation for starting the aromatic carboxylic acid production apparatus using the gas turbine engine 4 in the present invention, first, the compressor 1 is started by supplying power to the motor 1a for starting the compressor. The compressed air and the fuel supplied from the fuel line 12 are combusted in the combustor 2, and the obtained high-temperature and high-pressure gas is blown to the expander 3 to obtain a rotational force. On the other hand, the oxidation reaction is started by supplying a part of the air compressed by the compressor to the oxidation reactor 111.
After starting the oxidation reaction, as described later, by supplying exhaust gas generated by the oxidation reaction to the combustor 2, part or all of air or fuel can be replaced. Thereafter, the compressor starting motor 1a stops and enters a steady operation.
By starting the aromatic carboxylic acid production apparatus using the gas turbine engine 4 as described above, the starting power can be reduced to about one-tenth, and preferably about one-third compared to the conventional method.

本発明が対象とする芳香族カルボン酸の種類は限定されないが、例えばオルトフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸(ベンゼントリカルボン酸)、2,6−、又は2,7−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸などが挙げられる。なかでもフタル酸類(オルトフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸)の製造の際に本発明を適用することが好ましく、特にテレフタル酸の製造に適用することが好ましい。   The type of aromatic carboxylic acid targeted by the present invention is not limited. For example, orthophthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid (benzenetricarboxylic acid), 2,6- or 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4′-biphenyldicarboxylic acid and the like. In particular, the present invention is preferably applied to the production of phthalic acids (orthophthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid), and particularly preferably applied to the production of terephthalic acid.

芳香族カルボン酸の原料となるアルキル芳香族化合物Aとしては、例えば、ジ−及びトリ−アルキルベンゼン類、ジ−及びトリ−アルキルナフタレン類並びにジ−及びトリ−アルキルビフェニル類が挙げられる。好ましくは、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、o−、m−、又はp−ジイソプロピルベンゼン、トリメチルベンゼン類、2,6−又は2,7−ジメチルナフタレン、2,6−ジイソプロピルナフタレン、4,4’−ジメチルビフェニルなどが挙げられる。なかでもメチル基、エチル基、n−プロピル基およびイソプロピル基等の炭素数1以上、4以下のアルキル基を2個以上、4個以下有する、単環又は多環の芳香族化合物が、反応性が高く好ましい。また原料アルキル芳香族化合物は一部酸化されたアルキル芳香族化合物(一部酸化アルキル芳香族化合物)を含んでもよく、全てが一部酸化アルキル芳香族化合物であってもよい。   Examples of the alkyl aromatic compound A that is a raw material for the aromatic carboxylic acid include di- and tri-alkylbenzenes, di- and tri-alkylnaphthalenes, and di- and tri-alkylbiphenyls. Preferably, o-xylene, m-xylene, p-xylene, o-, m-, or p-diisopropylbenzene, trimethylbenzenes, 2,6- or 2,7-dimethylnaphthalene, 2,6-diisopropylnaphthalene, Examples include 4,4′-dimethylbiphenyl. Among them, monocyclic or polycyclic aromatic compounds having 2 or more and 4 or less alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl and isopropyl groups are reactive. Is preferable. The raw material alkyl aromatic compound may include a partially oxidized alkyl aromatic compound (partially oxidized alkyl aromatic compound), or all may be a partially oxidized alkyl aromatic compound.

一部酸化アルキル芳香族化合物とは、上記アルキル芳香族化合物におけるアルキル基が酸化されて、アルデヒド基、アシル基、カルボキシル基又はヒドロキシアルキル基等に酸化されているものの、目的とする芳香族カルボン酸となる程には酸化されていない化合物である。具体的には、例えば3−メチルベンズアルデヒド、4−メチルベンズアルデヒド、4−カルボキシベンズアルデヒド(以下、適宜「4CBA」と称する。)、p−トルアルデヒド、m−トルイル酸、p−トルイル酸、3−ホルミル安息香酸、4−ホルミル安息香酸及び2−メチル−6−ホルミルナフタレン類等を挙げることができる。   A partially oxidized alkyl aromatic compound is a compound in which the alkyl group in the above alkyl aromatic compound is oxidized to an aldehyde group, acyl group, carboxyl group, hydroxyalkyl group or the like, but the target aromatic carboxylic acid It is a compound that is not oxidized to the extent that Specifically, for example, 3-methylbenzaldehyde, 4-methylbenzaldehyde, 4-carboxybenzaldehyde (hereinafter referred to as “4CBA” as appropriate), p-tolualdehyde, m-toluic acid, p-toluic acid, 3-formyl. Examples thereof include benzoic acid, 4-formylbenzoic acid, and 2-methyl-6-formylnaphthalene.

原料としてはこれら化合物を単独で、又は2種以上の混合物として用いうる。
以上総合して、アルキル芳香族化合物Aとしてはキシレン類(o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン)が好ましく、特にp−キシレンが好ましい。アルキル芳香族化合物Aとしてp−キシレンを用いる場合、一部酸化アルキル芳香族化合物としては、例えば4CBA、p−トルアルデヒド、p−トルイル酸等が挙げられ、芳香族カルボン酸としてテレフタル酸が得られる。
As the raw material, these compounds may be used alone or as a mixture of two or more.
In summary, as the alkyl aromatic compound A, xylenes (o-xylene, m-xylene, p-xylene) are preferable, and p-xylene is particularly preferable. When p-xylene is used as the alkyl aromatic compound A, examples of the partially oxidized alkyl aromatic compound include 4CBA, p-tolualdehyde, p-toluic acid, and the like, and terephthalic acid is obtained as the aromatic carboxylic acid. .

分子状酸素含有ガスBとしては分子状酸素を含むガスであればよく、例えば空気、酸素富化空気、不活性ガスで希釈された酸素等が用いられる。コストが低い空気が工業的に好
ましい。分子状酸素含有ガスBの供給量は、p−キシレンに対し分子状酸素として通常3〜100倍モルである。空気の酸素含有率は通常、入口で21体積%である。
前記の通り、分子状酸素含有ガスBの供給源として、コジェネレーションシステムの圧縮機1で圧縮された空気を用いることができる。これにより、酸素源を供給するための装置を別個に設ける必要が無くなるほか、圧縮機1を起動することにより、直ちに酸素源を供給することが可能となる。
The molecular oxygen-containing gas B may be any gas containing molecular oxygen. For example, air, oxygen-enriched air, oxygen diluted with an inert gas, or the like is used. Low cost air is industrially preferred. The supply amount of the molecular oxygen-containing gas B is usually 3 to 100 times mol as molecular oxygen with respect to p-xylene. The oxygen content of air is usually 21% by volume at the inlet.
As described above, the air compressed by the compressor 1 of the cogeneration system can be used as the supply source of the molecular oxygen-containing gas B. As a result, it is not necessary to separately provide a device for supplying the oxygen source, and the oxygen source can be immediately supplied by starting the compressor 1.

アルキル芳香族化合物Aを酸化する際には、通常、触媒が用いられる。触媒の種類としては、アルキル芳香族化合物を酸化し芳香族カルボン酸を生成する反応を促進する能力を有するものであれば特に制限はない。好ましくは重金属化合物からなる触媒である。重金属化合物に含まれる重金属としては、例えばコバルト、マンガン、ニッケル、クロム、ジルコニウム、銅、鉛、ハフニウム及びセリウム等が挙げられる。これらは単独で、または組み合わせて用いることができるが、特にコバルトとマンガンとを組み合わせて用いることが好ましい。このような重金属の化合物としては、例えば酢酸塩、硝酸塩、アセチルアセトナート塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩及び臭化物等を挙げることができる。なかでも酢酸塩及び臭化物が好ましい。   When the alkyl aromatic compound A is oxidized, a catalyst is usually used. The type of the catalyst is not particularly limited as long as it has an ability to promote a reaction for oxidizing an alkyl aromatic compound to produce an aromatic carboxylic acid. A catalyst made of a heavy metal compound is preferred. Examples of the heavy metal contained in the heavy metal compound include cobalt, manganese, nickel, chromium, zirconium, copper, lead, hafnium and cerium. These can be used alone or in combination, but it is particularly preferable to use cobalt and manganese in combination. Examples of such heavy metal compounds include acetate, nitrate, acetylacetonate, naphthenate, stearate and bromide. Of these, acetate and bromide are preferred.

触媒は必要に応じて臭素化合物などの触媒助剤を含んでいてもよい。臭素化合物としては、例えば分子状臭素、臭化水素、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化コバルト及び臭化マンガン等の無機臭素化合物や、臭化メチル、臭化メチレン、ブロモホルム、臭化ベンジル、ブロモメチルトルエン、ジブロモエタン、トリブロモエタン及びテトラブロモエタン等を挙げることができる。   The catalyst may contain a catalyst auxiliary such as a bromine compound as necessary. Examples of the bromine compound include inorganic bromine compounds such as molecular bromine, hydrogen bromide, sodium bromide, potassium bromide, cobalt bromide and manganese bromide, methyl bromide, methylene bromide, bromoform, benzyl bromide, Examples include bromomethyltoluene, dibromoethane, tribromoethane, and tetrabromoethane.

これらの触媒や触媒助剤はそれぞれ単独で又は2種以上の混合物として用いることができる。好ましい態様としては、コバルト及び/又はマンガンの化合物を用い、触媒助剤として臭素化合物を用いる態様である。特に好ましくは、酢酸コバルト、酢酸マンガン、臭化水素の組合せが挙げられる。
重金属化合物と臭素化合物との組合せからなる触媒の場合、重金属原子1モルに対して臭素原子0.05モル以上とするのが好ましく、また臭素原子10モル以下とするのが好ましい。この範囲とすることで触媒活性が高まる。
These catalysts and catalyst auxiliaries can be used alone or as a mixture of two or more. As a preferred embodiment, a cobalt and / or manganese compound is used, and a bromine compound is used as a catalyst auxiliary. Particularly preferred is a combination of cobalt acetate, manganese acetate and hydrogen bromide.
In the case of a catalyst comprising a combination of a heavy metal compound and a bromine compound, it is preferably 0.05 mol or more of bromine atom per mol of heavy metal atom, and preferably 10 mol or less of bromine atom. By setting this range, the catalytic activity is increased.

触媒の濃度は、アルキル芳香族化合物の酸化反応を促進し得る範囲であれば特に限定されないが、溶媒中の重金属濃度として通常10ppm以上、好ましくは100ppm以上とする。一方、重金属濃度として通常10000ppm以下とし、好ましくは5000ppm以下とする。重金属濃度を前記下限値以上とすることで反応速度が高まり、前記上限値以下とすることでコストが抑制できるとともに排液や排ガス中の重金属濃度、臭素濃度を低減でき、環境面、安全面で好ましい。   The concentration of the catalyst is not particularly limited as long as the oxidation reaction of the alkyl aromatic compound can be promoted, but the concentration of heavy metal in the solvent is usually 10 ppm or more, preferably 100 ppm or more. On the other hand, the heavy metal concentration is usually 10,000 ppm or less, preferably 5000 ppm or less. The reaction rate is increased by setting the heavy metal concentration to the lower limit value or more, and the cost can be suppressed by setting the heavy metal concentration to the upper limit value or less, and the heavy metal concentration and bromine concentration in the effluent and exhaust gas can be reduced. preferable.

溶媒Cは、通常、生成する芳香族カルボン酸の少なくとも一部を溶解しうるものが用いられる。なお、常圧(以下本発明では、常圧とは、特に言及しない限り「0.101MPa」を指すものとする。)では芳香族カルボン酸が不溶又は難溶であっても、酸化反応条件下で少なくとも一部を溶解しうるものであればよい。溶媒Cの常圧における沸点は好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上であり、また好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下である。下限値以上とすることで取り扱いや回収が容易となり、上限値以下とすることで後工程での固液分離、乾燥が容易となる。   As the solvent C, a solvent that can dissolve at least a part of the produced aromatic carboxylic acid is usually used. Note that, under normal pressure (hereinafter referred to as normal pressure in the present invention, “0.101 MPa” unless otherwise specified), even if the aromatic carboxylic acid is insoluble or hardly soluble, the oxidation reaction conditions It is sufficient if it can dissolve at least a part. The boiling point of the solvent C at normal pressure is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher, and preferably 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower. By setting it to the lower limit value or more, handling and recovery become easy, and by setting the upper limit value or less, solid-liquid separation and drying in the subsequent process become easy.

溶媒Cの種類は限定されず、水なども用いうる。溶解性などの点からは脂肪族カルボン酸を含有することが好ましく、これらを主成分とすることがより好ましい。酢酸、プロピオン酸、蟻酸及び酪酸を主成分とする溶媒が更に好ましく、なかでも溶解性及び取り扱いの容易性から酢酸を主成分とする溶媒が好ましい。なお、主成分とするとは溶媒の全重量
の60重量%以上を占めることを言う。特に好ましくは酢酸と水との混合物である。酢酸と水との比率は、酢酸100重量部に対して水が通常1重量部以上であり、好ましくは5重量部以上である。また、通常40重量部以下であり、好ましくは25重量部以下である。酢酸100重量部に対する水の比率を前記上限値以下とすることで反応効率を向上させることができ、下限値以上とすることで酢酸の燃焼分解をより低減でき、エネルギー面、経済面での節源が図れ、それぞれ好ましい。
溶媒Cの量は原料や目的反応物の溶解性等により適宜変更可能であるが、アルキル芳香族化合物Aに対して、重量比で1倍量以上が好ましく、5倍量以下が好ましい。
The kind of the solvent C is not limited, Water etc. can also be used. In view of solubility and the like, it is preferable to contain an aliphatic carboxylic acid, and it is more preferable to use these as a main component. A solvent containing acetic acid, propionic acid, formic acid and butyric acid as main components is more preferable, and a solvent containing acetic acid as a main component is particularly preferable because of its solubility and ease of handling. The main component means that it accounts for 60% by weight or more of the total weight of the solvent. Particularly preferred is a mixture of acetic acid and water. The ratio of acetic acid to water is usually 1 part by weight or more, preferably 5 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of acetic acid. Moreover, it is 40 weight part or less normally, Preferably it is 25 weight part or less. The reaction efficiency can be improved by setting the ratio of water to 100 parts by weight of acetic acid to be not more than the above upper limit value, and combustion decomposition of acetic acid can be further reduced by setting the ratio to be not less than the lower limit value. Each source is preferred.
The amount of the solvent C can be appropriately changed depending on the solubility of the raw materials and the target reactant, but is preferably 1 or more times by weight and preferably 5 or less by weight with respect to the alkyl aromatic compound A.

アルキル芳香族化合物Aの酸化反応は、加圧状態の反応装置内において、即ち常圧を超える圧力下で行われる。酸化反応器111の圧力は、好ましくは0.2MPa以上(絶対圧。以下同じ。)とし、より好ましくは0.5MPa以上とし、更に好ましくは1MPa以上とする。液相酸化の反応効率を高めるためには、反応温度において溶媒Cとアルキル芳香族化合物Aとの混合物が液相を保持できる圧力以上とすることがより好ましい。また、反応後のスラリーを固液分離装置へ移送しやすくするためにも、酸化反応器111の圧力は高いことが好ましい。一方、酸化反応器111の圧力は通常50MPa以下とする。好ましくは10MPa以下とし、より好ましくは7MPa以下とし、更に好ましくは5MPa以下とし、特に好ましくは2MPa以下とする。副反応や化合物の分解を抑制でき、収率の低下を抑える利点がある。また圧力をできるだけ低く抑えることで、耐圧強度の低い反応器を用いることができコストが節減できる。   The oxidation reaction of the alkyl aromatic compound A is carried out in a pressurized reactor, that is, under a pressure exceeding the normal pressure. The pressure in the oxidation reactor 111 is preferably 0.2 MPa or more (absolute pressure; the same shall apply hereinafter), more preferably 0.5 MPa or more, and even more preferably 1 MPa or more. In order to increase the reaction efficiency of the liquid phase oxidation, it is more preferable to set the pressure at which the mixture of the solvent C and the alkyl aromatic compound A can maintain the liquid phase at the reaction temperature. Also, the pressure in the oxidation reactor 111 is preferably high so that the slurry after the reaction can be easily transferred to the solid-liquid separator. On the other hand, the pressure in the oxidation reactor 111 is usually 50 MPa or less. The pressure is preferably 10 MPa or less, more preferably 7 MPa or less, still more preferably 5 MPa or less, and particularly preferably 2 MPa or less. Side reactions and decomposition of compounds can be suppressed, and there is an advantage of suppressing a decrease in yield. Further, by keeping the pressure as low as possible, a reactor having a low pressure strength can be used, and costs can be reduced.

酸化反応器111の温度は、通常100℃以上、好ましくは140℃以上、より好ましくは150℃以上とする。温度が前記下限値より高いほど反応速度を高め収率を上げることができる利点がある。また、温度は通常600℃以下、好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下、更に好ましくは230℃以下とする。温度が前記上限値より低いほど溶媒の燃焼による損失量を抑えることができる。また副反応や酸化反応系内の化合物の分解を抑制でき、収率の低下が抑えられる利点がある。   The temperature of the oxidation reactor 111 is usually 100 ° C. or higher, preferably 140 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher. As the temperature is higher than the lower limit, there is an advantage that the reaction rate can be increased and the yield can be increased. The temperature is usually 600 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower, and further preferably 230 ° C. or lower. The lower the temperature is, the lower the amount of loss due to solvent combustion. Further, there is an advantage that the decomposition of the compound in the side reaction or oxidation reaction system can be suppressed and the decrease in yield can be suppressed.

酸化反応は連続的に行うと生産効率が高まるため好ましい。
酸化反応器111の種類は限定されず、例えば攪拌機付き反応器、気泡塔反応器、プラグフロー型(配管流通型)反応器などいずれでもよい。反応効率を高めるには攪拌機付き完全混合槽型反応器とすることが好ましい。
The oxidation reaction is preferably performed continuously because production efficiency is increased.
The type of the oxidation reactor 111 is not limited, and any of, for example, a reactor with a stirrer, a bubble column reactor, a plug flow type (pipe flow type) reactor, or the like may be used. In order to increase the reaction efficiency, it is preferable to use a complete mixing tank reactor with a stirrer.

反応ガスMは、必要に応じて凝縮器112にて溶媒Cを主とする凝縮液Nが凝縮分離された後、凝縮器排ガスOとして排出される。凝縮器112は1器でもよいし複数の凝縮器からなってもよい。
酸化反応器111の下部には、通常、分子状酸素含有ガスBの供給口が設けられ、供給された分子状酸素含有ガスBは、アルキル芳香族化合物Aの酸化反応に利用された後、多量の溶媒Cの蒸気を含む反応ガスMとして酸化反応器111の塔頂部より抜き出される。
The reaction gas M is discharged as the condenser exhaust gas O after the condensate N mainly composed of the solvent C is condensed and separated in the condenser 112 as necessary. One condenser 112 may consist of a plurality of condensers.
The lower part of the oxidation reactor 111 is usually provided with a supply port for the molecular oxygen-containing gas B. After the supplied molecular oxygen-containing gas B is used for the oxidation reaction of the alkyl aromatic compound A, a large amount Is extracted from the top of the oxidation reactor 111 as a reaction gas M containing the vapor of the solvent C.

分子状酸素含有ガスBの供給量及び酸素濃度は、凝縮器排ガスO中の酸素濃度が特定範囲となるように制御するのが好ましい。好ましくは凝縮器排ガスO中の酸素濃度が0.5容量%以上、より好ましくは2容量%以上とする。酸素濃度が前記下限値より高いほど反応効率が高まる利点がある。また酸素濃度が好ましくは10容量%以下、より好ましくは7容量%以下となるよう制御する。酸素濃度を前記上限値より低くすることで安全性が高まる。なお、凝縮器112が複数からなる場合は、最終凝縮器の排ガスを凝縮器排ガスOとする。   The supply amount and the oxygen concentration of the molecular oxygen-containing gas B are preferably controlled so that the oxygen concentration in the condenser exhaust gas O falls within a specific range. The oxygen concentration in the condenser exhaust gas O is preferably 0.5% by volume or more, more preferably 2% by volume or more. There is an advantage that the reaction efficiency increases as the oxygen concentration is higher than the lower limit. The oxygen concentration is preferably controlled to 10% by volume or less, more preferably 7% by volume or less. Safety is enhanced by making the oxygen concentration lower than the upper limit. In addition, when the condenser 112 consists of two or more, let the exhaust gas of a final condenser be the condenser exhaust gas O. FIG.

通常、凝縮液Nは水分を含有しており、系内の水分量調整のためにその一部を系外にパージし、残りは酸化反応器111に還流させる。また、凝縮器排ガスOを二つの流れに分
岐させ、一方は系外に排出させ、他方は酸化反応器111に連続的に循環供給させてもよい。排出される排ガスは後述する排ガス処理工程にて処理することができる。
また、溶媒Cとして酢酸などの脂肪族カルボン酸を用いる場合、酸化反応器111中の溶媒Cの水分濃度は以下のようにして好ましい範囲内に調整しうる。即ち、溶媒Cとして純粋な酢酸などの脂肪族カルボン酸を供給し、後述する母液Fや洗浄排液Jの一部を再利用すると共に、水を含む凝縮液Nの一部を系外にパージする量を調節するのである。このようにして、溶媒Cの水分濃度を反応への影響を無視できる程度に抑えうる。
Usually, the condensate N contains water, and a part thereof is purged outside the system to adjust the amount of water in the system, and the rest is refluxed to the oxidation reactor 111. Further, the condenser exhaust gas O may be branched into two flows, one being discharged out of the system, and the other being continuously circulated and supplied to the oxidation reactor 111. The exhaust gas discharged can be treated in an exhaust gas treatment process described later.
When an aliphatic carboxylic acid such as acetic acid is used as the solvent C, the water concentration of the solvent C in the oxidation reactor 111 can be adjusted within a preferable range as follows. That is, an aliphatic carboxylic acid such as pure acetic acid is supplied as the solvent C, and a part of the mother liquor F and the washing drainage J, which will be described later, is reused, and a part of the condensate N containing water is purged outside the system. The amount to be adjusted is adjusted. In this way, the water concentration of the solvent C can be suppressed to such an extent that the influence on the reaction can be ignored.

或いは、凝縮器112に代えて蒸留塔を用いてもよい。脂肪族カルボン酸と水との分離が可能な蒸留塔を酸化反応器111に連結し、酸化反応器111で発生した反応ガスMを蒸留塔で蒸留する。塔底から得られる水分濃度が低減された脂肪族カルボン酸を酸化反応器111に回収するとともに、塔頂から得られる水を含む成分を例えば系外にパージするなどして、系内の水分量を調整することができる。   Alternatively, a distillation column may be used in place of the condenser 112. A distillation column capable of separating an aliphatic carboxylic acid and water is connected to the oxidation reactor 111, and the reaction gas M generated in the oxidation reactor 111 is distilled in the distillation column. The amount of water in the system is recovered by recovering the aliphatic carboxylic acid having a reduced water concentration obtained from the bottom of the column in the oxidation reactor 111 and purging a component containing water obtained from the top of the column, for example, out of the system. Can be adjusted.

近年、溶媒Cとして超臨界又は亜臨界状態の水を用い、高温高圧下でアルキル芳香族化合物の酸化反応を行い芳香族カルボン酸を得る方法も提案されている。この方法は、酢酸などの有機溶媒を用いないため環境面、安全面で好ましい。水の臨界点の温度は374.3℃、圧力は22.1MPaであり、超臨界状態の水とは臨界点以上の温度及び圧力下の水である。亜臨界状態の水とは、臨界点以下であって超臨界に類した状態である場合を言い、一般には温度が200℃以上、好ましくは250℃以上、より好ましくは280℃以上である。また、アルキル芳香族化合物の分解抑制、プロセス装置の耐熱性、エネルギーコスト等の点から通常600℃以下、好ましくは500℃以下、より好ましくは400℃以下である。圧力は通常6MPa以上、好ましくは10MPa以上、また通常50MPa以下、好ましくは40MPa以下である。なお、反応に著しい悪影響がない限り他の任意の溶媒を含有してもよい。   In recent years, a method has also been proposed in which supercritical or subcritical water is used as the solvent C and an aromatic aromatic carboxylic acid is obtained by oxidizing an alkylaromatic compound under high temperature and pressure. This method is preferable in terms of environment and safety because an organic solvent such as acetic acid is not used. The temperature at the critical point of water is 374.3 ° C. and the pressure is 22.1 MPa, and the water in the supercritical state is water at a temperature and pressure above the critical point. The subcritical water refers to a state that is below the critical point and is supercritical, and generally has a temperature of 200 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or higher, more preferably 280 ° C. or higher. Further, the temperature is usually 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or lower, from the viewpoints of suppression of decomposition of the alkyl aromatic compound, heat resistance of the process equipment, energy cost, and the like. The pressure is usually 6 MPa or more, preferably 10 MPa or more, and usually 50 MPa or less, preferably 40 MPa or less. In addition, as long as there is no remarkable bad influence on reaction, you may contain other arbitrary solvents.

溶媒Cとして超臨界又は亜臨界状態の水を用いる場合、反応の際には触媒は必須ではないが、芳香族カルボン酸収率を高めるためには触媒を用いることが望ましく、例えば前記した酸化触媒などを用いうる。酸化反応器111は超臨界又は亜臨界状態を保持できる装置であれば特に限定されないが、反応が連続で行える連続フローリアクターが生産性が高く好ましい。溶媒Cとして超臨界又は亜臨界状態の水を用いる場合、高温高圧条件が必要であり従来法に比べてエネルギー所要量が大きいため、本発明を適用するとより効果が高い。   When supercritical or subcritical water is used as the solvent C, a catalyst is not essential in the reaction, but it is desirable to use a catalyst in order to increase the yield of aromatic carboxylic acid. For example, the oxidation catalyst described above Etc. can be used. The oxidation reactor 111 is not particularly limited as long as it can maintain a supercritical or subcritical state, but a continuous flow reactor capable of continuously performing the reaction is preferable because of its high productivity. When water in a supercritical or subcritical state is used as the solvent C, high temperature and high pressure conditions are necessary, and the required energy is larger than that of the conventional method. Therefore, the present invention is more effective.

酸化工程の一部として、酸化反応器111での酸化反応の後、必要に応じて追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理とは、酸化反応器111での酸化反応で得られた反応混合物を、追酸化反応器111’において、アルキル芳香族化合物Aを供給することなく分子状酸素含有ガスB’を供給し酸化処理することである。なお、追酸化処理の条件については、以下に記載する事項以外は酸化反応器111における酸化反応と同様である。   As a part of the oxidation step, after the oxidation reaction in the oxidation reactor 111, additional oxidation treatment may be performed as necessary. In the additional oxidation treatment, the reaction mixture obtained by the oxidation reaction in the oxidation reactor 111 is supplied with the molecular oxygen-containing gas B ′ without supplying the alkyl aromatic compound A in the additional oxidation reactor 111 ′. It is an oxidation treatment. The conditions for the additional oxidation treatment are the same as in the oxidation reaction in the oxidation reactor 111 except for the matters described below.

追酸化処理の好ましい一例としては、酸化反応器111で得られた反応混合物に、より低温に保持した追酸化反応器111’において追酸化処理を行う(以下、「低温追酸化」という)。アルキル芳香族化合物Aがp−キシレンであれば、追酸化反応器111’の温度は酸化反応器111より1℃以上低温とすることが好ましく、より好ましくは5℃以上低温とする。また20℃以下低温とすることが好ましく、より好ましくは15℃以下低温とする。具体的な温度としては、通常140℃以上、好ましくは160℃以上である。また通常220℃以下、より好ましくは200℃以下である。低温追酸化反応の温度を前記下限値以上とすることにより、芳香族カルボン酸粒子が溶解しやすくなり純度が高まる傾向がある。また温度を前記上限値以下とすることで、着色性の不純物の生成が抑えられる傾向がある。   As a preferred example of the additional oxidation treatment, the additional oxidation treatment is performed on the reaction mixture obtained in the oxidation reactor 111 in the additional oxidation reactor 111 ′ held at a lower temperature (hereinafter referred to as “low temperature additional oxidation”). When the alkyl aromatic compound A is p-xylene, the temperature of the additional oxidation reactor 111 ′ is preferably 1 ° C. or more lower than the oxidation reactor 111, more preferably 5 ° C. or more. Moreover, it is preferable to set it as 20 degrees C or less low temperature, More preferably, it is set as 15 degrees C or less low temperature. The specific temperature is usually 140 ° C. or higher, preferably 160 ° C. or higher. Moreover, it is 220 degrees C or less normally, More preferably, it is 200 degrees C or less. By setting the temperature of the low temperature additional oxidation reaction to the lower limit value or more, the aromatic carboxylic acid particles tend to dissolve and the purity tends to increase. Moreover, there exists a tendency for the production | generation of a coloring impurity to be suppressed by making temperature into the said upper limit or less.

追酸化処理の他の好ましい一例としては、酸化反応器111で得られた反応混合物に、より高温に保持した追酸化反応器111’において追酸化処理を行う(以下、「高温追酸化」という)。アルキル芳香族化合物Aがp−キシレンであれば、追酸化反応器111’の温度は酸化反応器111より1℃以上高温とすることが好ましく、より好ましくは30℃以上高温とする。また150℃以下高温とすることが好ましく、より好ましくは100℃以下高温とする。具体的な温度としては、通常235℃以上、好ましくは240℃以上である。また通常290℃以下、より好ましくは280℃以下である。高温追酸化反応の温度を前記下限値以上とすることにより、芳香族カルボン酸粒子が溶解しやすくなり純度が高まる傾向がある。また温度を前記上限値以下とすることで、着色性の不純物の生成が抑えられる傾向がある。   As another preferred example of the additional oxidation treatment, the additional reaction is performed on the reaction mixture obtained in the oxidation reactor 111 in the additional oxidation reactor 111 ′ held at a higher temperature (hereinafter referred to as “high temperature additional oxidation”). . If the alkyl aromatic compound A is p-xylene, the temperature of the additional oxidation reactor 111 ′ is preferably higher than the oxidation reactor 111 by 1 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher. Moreover, it is preferable to set it as 150 degreeC or less high temperature, More preferably, it is set as 100 degreeC or less high temperature. The specific temperature is usually 235 ° C. or higher, preferably 240 ° C. or higher. Moreover, it is 290 degrees C or less normally, More preferably, it is 280 degrees C or less. By setting the temperature of the high temperature post-oxidation reaction to the above lower limit or more, the aromatic carboxylic acid particles tend to dissolve and the purity tends to increase. Moreover, there exists a tendency for the production | generation of a coloring impurity to be suppressed by making temperature into the said upper limit or less.

追酸化処理は1回のみ行ってもよいし、2回以上連続して行ってもよい。例えば低温追酸化を2回以上行ってもよいし、低温追酸化と高温追酸化を各1回以上行ってもよいし、高温追酸化を2回以上行ってもよい。好ましくは追酸化処理を1回以上行い、より好ましくは少なくとも低温追酸化を1回行う。   The additional oxidation treatment may be performed only once or may be performed continuously twice or more. For example, the low temperature additional oxidation may be performed twice or more, the low temperature additional oxidation and the high temperature additional oxidation may be performed once or more each time, or the high temperature additional oxidation may be performed twice or more. Preferably, the additional oxidation treatment is performed once or more, more preferably at least the low temperature additional oxidation is performed once.

追酸化処理も加圧状態、即ち常圧を超える圧力下で行われることが好ましく、反応温度において内部の混合物が液相を保持できる圧力以上とすることがより好ましい。また、反応後のスラリーを固液分離装置へ移送しやすくするためにも追酸化反応器111’の圧力は高いことが好ましい。好ましくは0.2MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上とする。一方、圧力は通常20MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは5MPa以下、更に好ましくは2MPa以下とする。追酸化反応の圧力を前記範囲とすることで、副反応や化合物の分解を抑制でき、収率の低下を抑える利点がある。また圧力をできるだけ低く抑えることで耐圧強度の低い反応器を用いることができ、コストが節減できる。なお、酸化反応器111からスラリーDを効率的に追酸化反応器111’に導入するため、酸化反応器111よりも低い圧力とすることが望ましい。
分子状酸素含有ガスB’の供給量は、体積比で、分子状酸素含有ガスBの供給量の1/10000以上であることが好ましく、また1/5以下であることが好ましい。
The post-oxidation treatment is also preferably performed under a pressurized condition, that is, under a pressure exceeding the normal pressure, and more preferably at a pressure higher than the pressure at which the internal mixture can maintain the liquid phase at the reaction temperature. In order to facilitate the transfer of the slurry after the reaction to the solid-liquid separator, the pressure in the additional oxidation reactor 111 ′ is preferably high. Preferably it is 0.2 MPa or more, more preferably 0.5 MPa or more. On the other hand, the pressure is usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, and further preferably 2 MPa or less. By setting the pressure of the additional oxidation reaction within the above range, there is an advantage that side reaction and decomposition of the compound can be suppressed, and a decrease in yield is suppressed. Further, by keeping the pressure as low as possible, a reactor having a low pressure strength can be used, and costs can be saved. In order to efficiently introduce the slurry D from the oxidation reactor 111 into the additional oxidation reactor 111 ′, it is desirable that the pressure be lower than that in the oxidation reactor 111.
The supply amount of the molecular oxygen-containing gas B ′ is preferably 1 / 10,000 or more and preferably 1/5 or less of the supply amount of the molecular oxygen-containing gas B by volume.

以上のようにして酸化反応が行われ、酸化反応器111又は追酸化反応器111’から芳香族カルボン酸と溶媒Cとを含むスラリーD又はD’が抜き出される。芳香族カルボン酸は通常固体として、好ましくは結晶として得られ、少なくとも固体の化合物と溶媒を含むスラリーが得られる。なお芳香族カルボン酸の一部が溶媒Cに溶解していてもよい。このスラリーD又はD’は溶媒Cや芳香族カルボン酸の他に、触媒、原料のアルキル芳香族化合物、及び副生成物(例えば、一部酸化アルキル芳香族化合物)などを含みうる。副生成物としては、p−キシレンからテレフタル酸を製造する場合には例えば4CBA、p−トルアルデヒド、p−トルイル酸、酢酸メチル等が挙げられる。   The oxidation reaction is performed as described above, and the slurry D or D ′ containing the aromatic carboxylic acid and the solvent C is extracted from the oxidation reactor 111 or the additional oxidation reactor 111 ′. The aromatic carboxylic acid is usually obtained as a solid, preferably as a crystal, and a slurry containing at least a solid compound and a solvent is obtained. A part of the aromatic carboxylic acid may be dissolved in the solvent C. The slurry D or D ′ may contain a catalyst, a raw material alkyl aromatic compound, a by-product (for example, a partially oxidized alkyl aromatic compound) and the like in addition to the solvent C and the aromatic carboxylic acid. Examples of by-products include 4CBA, p-tolualdehyde, p-toluic acid, and methyl acetate when terephthalic acid is produced from p-xylene.

以下では便宜上、反応装置が酸化反応器111のみからなり、酸化反応器111から抜き出されるスラリーDを反応装置から抜き出されるスラリーとする場合について説明する。この説明は、追酸化反応器111’から抜き出されるスラリーD’を反応装置から抜き出されるスラリーとした場合にも同様に適用される。   In the following, for the sake of convenience, a case will be described in which the reaction apparatus includes only the oxidation reactor 111 and the slurry D extracted from the oxidation reactor 111 is a slurry extracted from the reaction apparatus. This explanation is similarly applied to the case where the slurry D 'extracted from the additional oxidation reactor 111' is a slurry extracted from the reactor.

[分離・回収工程]
本発明において分離・回収工程とは、生成物である芳香族カルボン酸をアルキル芳香族化合物から分離し回収する工程をいう。この工程は、固液分離工程、ケーキ洗浄工程、乾燥工程等から構成される。
[Separation / recovery process]
In the present invention, the separation / recovery step refers to a step of separating and recovering the product aromatic carboxylic acid from the alkyl aromatic compound. This process includes a solid-liquid separation process, a cake washing process, a drying process, and the like.

[固液分離工程]
固液分離工程では、スラリーDを溶媒と芳香族カルボン酸とに固液分離するために固液分離装置113へ移送する。なお必要に応じて固液分離工程前に晶析工程を加えてもよい。酸化反応器111と固液分離装置113との間には、ポンプや圧力弁を設けて適宜、スラリーDの圧力を調整してもよいが、酸化反応器111から固液分離装置113まで加圧状態を維持したまま移送されるのが好ましい。
[Solid-liquid separation process]
In the solid-liquid separation step, the slurry D is transferred to the solid-liquid separation device 113 for solid-liquid separation into a solvent and an aromatic carboxylic acid. If necessary, a crystallization step may be added before the solid-liquid separation step. A pump or a pressure valve may be provided between the oxidation reactor 111 and the solid-liquid separation device 113 to adjust the pressure of the slurry D as appropriate, but the pressure from the oxidation reactor 111 to the solid-liquid separation device 113 is increased. It is preferable to transport while maintaining the state.

固液分離装置113は加圧状態でスラリーDを芳香族カルボン酸ケーキEと母液Fとに固液分離する。加圧状態で固液分離を行うと内部エネルギーの大きいケーキが得られ、後のケーキの乾燥工程でケーキ付着液の蒸発を効率的に行うことができる利点がある。また加圧状態の母液Fが得られるため、加圧状態を保ったまま反応装置に移送し溶媒としてリサイクルすれば、再加圧のためのエネルギーを低減できる利点がある。   The solid-liquid separator 113 separates the slurry D into an aromatic carboxylic acid cake E and a mother liquor F in a pressurized state. When solid-liquid separation is performed in a pressurized state, a cake having a large internal energy is obtained, and there is an advantage that the cake adhering liquid can be efficiently evaporated in the subsequent cake drying step. Further, since the mother liquor F in a pressurized state is obtained, there is an advantage that energy for repressurization can be reduced if it is transferred to the reaction apparatus while being kept in the pressurized state and recycled as a solvent.

固液分離工程の圧力は、通常0.2MPa以上、好ましくは0.3MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上とする。母液の蒸発抑制のため、その温度における溶媒Cの蒸気圧より高圧とすることが望ましい。一方、圧力は通常20MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは5MPa以下、更に好ましくは3MPa以下、特に好ましくは2MPa以下とする。低めの圧力とすることで耐圧性がやや低い装置が使用でき、コストが節減できる。   The pressure in the solid-liquid separation step is usually 0.2 MPa or more, preferably 0.3 MPa or more, more preferably 0.5 MPa or more. In order to suppress evaporation of the mother liquor, it is desirable that the pressure be higher than the vapor pressure of the solvent C at that temperature. On the other hand, the pressure is usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, still more preferably 3 MPa or less, and particularly preferably 2 MPa or less. By using a lower pressure, a device with a slightly lower pressure resistance can be used, and costs can be reduced.

また、固液分離装置の圧力がスラリーDの蒸気圧より0.01MPa以上高いことが好ましく、0.02MPa以上高いことがより好ましい。母液の蒸発抑制のためである。一方、固液分離装置の圧力がスラリーDの蒸気圧より2.0MPa以下高いことが好ましく、1.0MPa以下高いことがより好ましく、0.5MPa以下高いことが更に好ましい。
固液分離装置113としては公知の装置を制限なく使用しうるが、例えば、スクリーンボウルデカンター、ソリッドボウルデカンターのような遠心分離機や、水平ベルトフィルター、ロータリー加圧フィルター、ロータリーバキュームフィルター等を用いることができる。
Further, the pressure of the solid-liquid separator is preferably higher than the vapor pressure of the slurry D by 0.01 MPa or more, more preferably 0.02 MPa or more. This is for suppressing evaporation of the mother liquor. On the other hand, the pressure of the solid-liquid separator is preferably 2.0 MPa or less higher than the vapor pressure of the slurry D, more preferably 1.0 MPa or less, and even more preferably 0.5 MPa or less.
A known device can be used as the solid-liquid separation device 113 without limitation. For example, a centrifugal separator such as a screen bowl decanter or a solid bowl decanter, a horizontal belt filter, a rotary pressure filter, a rotary vacuum filter, or the like is used. be able to.

[母液リサイクル工程]
固液分離装置113で分離された母液Fは、通常固液分離装置113内の母液槽に一旦蓄積された後、母液タンク120に回収されるが、反応に用いた溶媒が主成分であり、溶解した芳香族カルボン酸や、未反応のアルキル芳香族化合物、触媒、副生成物、水などが含まれている。従って母液Fは酸化反応器111へ移送して、溶媒、未反応原料、触媒を再利用するとともに、含まれる芳香族カルボン酸を反応系内に戻すと、プロセス全体の収率を上げることができ好ましい。固液分離を加圧下で行なう場合、母液Fは加圧状態を維持したまま酸化反応器111へ移送すると再加圧ためのエネルギーが節減でき、好ましい。また、母液タンク120の温度は通常50℃以上、好ましくは70℃以上であり、通常190℃以下、好ましくは180℃以下である。
[Mother liquor recycling process]
The mother liquor F separated by the solid-liquid separation device 113 is usually once accumulated in the mother liquor tank in the solid-liquid separation device 113 and then collected in the mother liquor tank 120, but the solvent used for the reaction is the main component, It contains dissolved aromatic carboxylic acid, unreacted alkyl aromatic compound, catalyst, by-product, water and the like. Therefore, the mother liquor F can be transferred to the oxidation reactor 111 to reuse the solvent, unreacted raw materials and catalyst, and return the aromatic carboxylic acid contained therein to the reaction system, thereby increasing the overall yield of the process. preferable. When solid-liquid separation is performed under pressure, it is preferable that the mother liquor F is transferred to the oxidation reactor 111 while maintaining the pressurized state because energy for repressurization can be saved. The temperature of the mother liquor tank 120 is usually 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, and is usually 190 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower.

プロセス内に副生成物や触媒などの不純物が蓄積するのを避けるため、母液Fの一部をパージ母液として廃棄処理工程119へ送って処理後廃棄し、残部をリサイクル母液として酸化反応器111へ送ることができる。廃棄処理工程119は、例えば溶媒蒸発工程や触媒回収工程などからなる。   In order to avoid accumulation of impurities such as by-products and catalysts in the process, a part of the mother liquor F is sent as a purge mother liquor to the disposal process 119 and discarded after treatment, and the remainder is recycled to the oxidation reactor 111 as a recycled mother liquor. Can send. The disposal process 119 includes, for example, a solvent evaporation process and a catalyst recovery process.

[ケーキ洗浄工程]
固液分離装置113で得られた芳香族カルボン酸ケーキEは、そのまま乾燥してもよいが、洗浄装置114で洗浄を行うと、不純物や副生成物、触媒等を除去でき、得られる芳香族カルボン酸の純度が高まるので好ましい。
洗浄装置114では芳香族カルボン酸ケーキEが洗浄液Hにより洗浄され、ケーキに付
着していた母液が除去され不純物濃度が低減された洗浄ケーキGが得られる。洗浄に用いる洗浄液Hは、水や有機溶媒などを用い得、特に制約はないが、酸化反応器111で用いる溶媒Cと相溶するものが好ましい。例えば溶媒Cが酢酸や水を主成分とする溶媒である場合、洗浄液Hとしては酢酸、水、或いは酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等の比較的蒸発潜熱の小さい酢酸エステル類、又はこれらの混合物を主成分とする溶媒を用いることが好ましい。溶媒Cと主成分が共通するものであると洗浄排液Jの再利用が行い易くより好ましい。溶媒Cが酢酸を主成分とする溶媒である場合、洗浄液Hも酢酸を主成分とする溶媒が好ましく、酢酸を60重量%以上含む溶媒であると好ましく、70重量%以上含む溶媒であることが特に好ましい。
[Cake washing process]
The aromatic carboxylic acid cake E obtained by the solid-liquid separation device 113 may be dried as it is, but if it is washed by the washing device 114, impurities, by-products, catalysts, etc. can be removed, and the resulting aromatic Since the purity of carboxylic acid increases, it is preferable.
In the cleaning device 114, the aromatic carboxylic acid cake E is cleaned with the cleaning liquid H, and the mother liquid adhering to the cake is removed to obtain the cleaning cake G in which the impurity concentration is reduced. The cleaning liquid H used for the cleaning may be water or an organic solvent, and is not particularly limited, but is preferably compatible with the solvent C used in the oxidation reactor 111. For example, when the solvent C is a solvent containing acetic acid or water as a main component, the cleaning liquid H is acetic acid, water, or an acetic acid ester having a relatively low latent heat of evaporation such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, or butyl acetate, or It is preferable to use a solvent mainly composed of these mixtures. It is more preferable that the main component is the same as that of the solvent C because the cleaning waste liquid J can be easily reused. When the solvent C is a solvent containing acetic acid as a main component, the cleaning liquid H is also preferably a solvent containing acetic acid as a main component, preferably a solvent containing 60 wt% or more of acetic acid, and a solvent containing 70 wt% or more. Particularly preferred.

洗浄に用いる洗浄液Hの量は、ケーキE中の固形分に対する重量比で、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.1以上である。また、好ましくは5.0以下であり、より好ましくは4.0以下であり、更に好ましくは3.0以下である。
洗浄装置114の圧力は、固液分離装置113の圧力と同程度の加圧状態とすることが望ましい。加圧状態で洗浄を行うと内部エネルギーの大きいケーキが得られ、後のケーキの乾燥工程でケーキ付着液の蒸発を効率的に行うことができる利点がある。また加圧状態の洗浄排液Jが得られるため、加圧状態を保ったまま反応装置に移送し溶媒としてリサイクルすれば、再加圧のためのエネルギーを低減できる利点がある。洗浄排液タンク121の温度は通常50℃以上であり、好ましくは70℃以上である。また通常190℃以下、好ましくは180℃以下である。また洗浄排液Jの蒸発抑制のため、その温度における洗浄液の蒸気圧より高圧とすることが望ましい。
The amount of the cleaning liquid H used for the cleaning is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, and still more preferably 0.1 or more, by weight ratio to the solid content in the cake E. Moreover, Preferably it is 5.0 or less, More preferably, it is 4.0 or less, More preferably, it is 3.0 or less.
It is desirable that the pressure of the cleaning device 114 is in a pressurized state similar to the pressure of the solid-liquid separation device 113. When washing is performed in a pressurized state, a cake having a large internal energy is obtained, and there is an advantage that the cake adhering liquid can be efficiently evaporated in the subsequent cake drying step. Moreover, since the washing waste liquid J in a pressurized state is obtained, there is an advantage that energy for repressurization can be reduced if it is transferred to the reactor while being kept in the pressurized state and recycled as a solvent. The temperature of the washing drain tank 121 is usually 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher. Moreover, it is 190 degrees C or less normally, Preferably it is 180 degrees C or less. Further, in order to suppress evaporation of the cleaning waste liquid J, it is desirable that the pressure is higher than the vapor pressure of the cleaning liquid at that temperature.

[洗浄排液リサイクル工程]
プロセス内に副生成物や触媒などの不純物が蓄積するのを避けるため、洗浄排液Jの一部は廃棄処理工程119へ送って廃棄し、残部を酸化反応器111へ送って再利用することが好ましい。これにより、プロセス内への不純物の蓄積を抑制することができる。廃棄処理工程119は、例えば溶媒蒸発工程や触媒回収工程などからなる。洗浄を加圧下で行う場合、洗浄排液Jは加圧状態を維持したまま酸化反応器111へ移送すると、再加圧、再加温のためのエネルギーが節減でき、好ましい。
洗浄排液Jのリサイクル率は限定されないが、高いほど洗浄排液中の有価成分を再利用率が高まり、また廃棄処理工程の負荷が減少し廃棄物量も低減できる。
[Wash drainage recycling process]
In order to avoid the accumulation of impurities such as by-products and catalysts in the process, a part of the cleaning waste liquid J is sent to the disposal process 119 and discarded, and the remainder is sent to the oxidation reactor 111 for reuse. Is preferred. Thereby, accumulation of impurities in the process can be suppressed. The disposal process 119 includes, for example, a solvent evaporation process and a catalyst recovery process. When cleaning is performed under pressure, it is preferable to transfer the cleaning waste liquid J to the oxidation reactor 111 while maintaining the pressurized state, because energy for repressurization and reheating can be saved.
The recycling rate of the cleaning effluent J is not limited. However, the higher the value, the higher the reuse rate of valuable components in the cleaning effluent, and the load on the disposal process is reduced, so that the amount of waste can be reduced.

また、母液タンク120と洗浄排液タンク121とをまとめて、1つの母液・洗浄排液タンクとしてもよい。その場合、酸化反応器111への移送、溶媒、未反応原料、触媒の再利用や、廃棄処理工程へ移送しての廃棄もまとめて行うことができる。以下、母液タンク120や洗浄排液タンク121に関する説明は、このような母液・洗浄排液タンクをも含むものとする。
母液Fや洗浄排液Jを反応装置に移送する場合、反応装置の中のどの反応器に移送してもよいが、反応効率を高めるために好ましくは酸化反応器111に移送する。
The mother liquid tank 120 and the cleaning drain tank 121 may be combined into one mother liquid / cleaning drain tank. In that case, the transfer to the oxidation reactor 111, the reuse of the solvent, the unreacted raw material and the catalyst, and the transfer to the disposal process and the disposal can be performed together. Hereinafter, the description regarding the mother liquor tank 120 and the cleaning drainage tank 121 includes such a mother liquor / cleaning drainage tank.
When the mother liquor F or the washing waste liquid J is transferred to the reactor, it may be transferred to any reactor in the reactor, but is preferably transferred to the oxidation reactor 111 in order to increase the reaction efficiency.

[乾燥工程]
固液分離及び洗浄を加圧下で行なう場合、洗浄ケーキGは好ましくは乾燥装置116により乾燥させ、ケーキに残留する付着液を除去して芳香族カルボン酸を得る。通常、芳香族カルボン酸結晶Kとして得られる。乾燥装置116は1つのみでもよいし複数の同一又は異なる装置で構成されていてもよい。
[Drying process]
When the solid-liquid separation and washing are performed under pressure, the washing cake G is preferably dried by the drying device 116 to remove the adhering liquid remaining on the cake to obtain an aromatic carboxylic acid. Usually, it is obtained as an aromatic carboxylic acid crystal K. There may be only one drying device 116 or a plurality of the same or different devices.

乾燥装置116の種類は制限されないが、好ましくは、洗浄ケーキGを高圧状態から低圧状態へ移行させることで洗浄ケーキGに付着している付着液を放圧蒸発させる装置、いわゆるフラッシュ乾燥装置を含むことが好ましい。これによれば更なるエネルギーを加え
ることなく洗浄ケーキGの乾燥が行えるので、エネルギー使用量節減のため好ましい。
The type of the drying device 116 is not limited, but preferably includes a device for allowing the attached cake adhering to the cleaning cake G to be released under pressure by shifting the cleaning cake G from the high pressure state to the low pressure state, so-called flash drying device. It is preferable. According to this, since the washing cake G can be dried without adding further energy, it is preferable for saving energy consumption.

放圧蒸発が行える乾燥装置としては、例えば、高圧状態から低圧状態への抜き出しが可能なディスチャージバルブを備えた加圧乾燥装置などが挙げられる。高圧状態を保持したまま洗浄ケーキGを蓄えたケーキ保持槽から、ディスチャージバルブを開放して洗浄ケーキGをより低圧の粉体滞留槽へ抜き出し、ケーキ付着液を蒸発除去する。ディスチャージバルブは抜き出し方式が連続式であっても間欠式であってもよく、また乾燥装置はディスチャージバルブを1つ備えていても複数備えていてもよい。バルブの種類は特に限定されないがガスシール性の高いものが好ましく、ボールバルブ、バタフライバルブ、ロータリーバルブ、フラップダンパー、スライドダンパー、スピンドル式バルブ等が用いうる。なお、ディスチャージバルブによる抜き出しの際、粉体滞留槽での洗浄ケーキG滞留量が一定となるようタイミングや回数を調整すると、安定的に工程を進行させやすく好ましい。   Examples of the drying apparatus capable of releasing pressure evaporation include a pressure drying apparatus provided with a discharge valve capable of extracting from a high pressure state to a low pressure state. From the cake holding tank in which the washing cake G is stored while maintaining the high pressure state, the discharge valve is opened to draw the washing cake G into a lower pressure powder retention tank, and the cake adhering liquid is removed by evaporation. The discharge valve may be a continuous or intermittent discharge system, and the drying apparatus may include one discharge valve or a plurality of discharge valves. The type of the valve is not particularly limited, but a valve having a high gas sealing property is preferable, and a ball valve, a butterfly valve, a rotary valve, a flap damper, a slide damper, a spindle valve, or the like can be used. In addition, it is preferable to adjust the timing and the number of times so that the amount of washing cake G retained in the powder retaining tank becomes constant during extraction by the discharge valve.

固液分離工程と洗浄工程とを一つの装置で行える固液分離洗浄装置115(図中、破線囲みの115に相当する。)により、両工程を行ってもよい。また、固液分離工程、洗浄工程及び乾燥工程を一つの装置で行える固液分離洗浄乾燥装置117(図中、破線囲みの117に相当する。)により、これら3つの工程を行ってもよい。工程を簡略化できる利点がある。このような装置としては、例えば、スクリーンボウルデカンター、ソリッドボウルデカンターのような遠心分離機や、水平ベルトフィルター、ロータリー加圧フィルター、ロータリーバキュームフィルター等が挙げられる。これらの中でも、特にスクリーンボウルデカンターは耐熱性に優れ、酸化反応器111の温度に近い高温域でも使用可能であるため好ましい。   Both steps may be performed by a solid-liquid separation and washing apparatus 115 (corresponding to a dashed box 115 in the figure) that can perform the solid-liquid separation process and the washing process with one apparatus. Further, these three steps may be performed by a solid / liquid separation washing / drying device 117 (corresponding to a broken line 117 in the figure) capable of performing the solid / liquid separation step, the washing step and the drying step with one apparatus. There is an advantage that the process can be simplified. Examples of such an apparatus include a centrifugal separator such as a screen bowl decanter and a solid bowl decanter, a horizontal belt filter, a rotary pressure filter, and a rotary vacuum filter. Among these, the screen bowl decanter is particularly preferable because it is excellent in heat resistance and can be used in a high temperature range close to the temperature of the oxidation reactor 111.

このようにして得られる芳香族カルボン酸結晶Kの乾燥が不十分な場合は、乾燥装置116の後に加熱乾燥装置118などを設けて更に乾燥を行うことが好ましい。含液率がより低減された芳香族カルボン酸結晶K’が得られる。加熱乾燥装置118の種類は特に制限は無いが、乾燥効率やコスト等の点から、流動層乾燥装置、回転型乾燥装置(スチームチューブドライヤー等)などが好ましく用いられる。   When the aromatic carboxylic acid crystal K thus obtained is insufficiently dried, it is preferable to further dry by providing a heat drying device 118 after the drying device 116. An aromatic carboxylic acid crystal K ′ having a further reduced liquid content is obtained. The type of the heating and drying device 118 is not particularly limited, but a fluidized bed drying device, a rotary drying device (such as a steam tube dryer) is preferably used from the viewpoint of drying efficiency and cost.

[還元工程]
以上のような工程により、アルキル芳香族化合物から芳香族カルボン酸が得られる。得られた芳香族カルボン酸はそのまま使用してもよいし、純度を上げるために還元工程に供してもよい。
還元工程としては、水素化精製プロセス(溶解工程、水素化工程、晶析工程、固液分離工程、洗浄工程、乾燥工程等からなる)が挙げられる。水素化精製プロセスについて、図4を用いて説明する。溶解工程としては、反応器125内で、上述した工程により得られた芳香族カルボン酸結晶K又はK’を溶媒Pに溶解させる。以下では代表して芳香族カルボン酸結晶Kについて述べるが、芳香族カルボン酸結晶K’についても同様に適用される。
[Reduction process]
An aromatic carboxylic acid is obtained from the alkyl aromatic compound by the above-described steps. The obtained aromatic carboxylic acid may be used as it is, or may be subjected to a reduction step in order to increase the purity.
Examples of the reduction step include a hydrorefining process (consisting of a dissolution step, a hydrogenation step, a crystallization step, a solid-liquid separation step, a washing step, a drying step, etc.). The hydrorefining process will be described with reference to FIG. As the dissolution step, the aromatic carboxylic acid crystal K or K ′ obtained by the above-described step is dissolved in the solvent P in the reactor 125. Hereinafter, the aromatic carboxylic acid crystal K will be described as a representative, but the same applies to the aromatic carboxylic acid crystal K ′.

あるいは予め別の溶解槽で溶解させた後、反応器125に供給してもよい。溶媒Pの100重量部に対して芳香族カルボン酸結晶Kを通常1〜80重量部溶解させる。使用する溶媒Pとしては、芳香族カルボン酸結晶Kが溶解可能なものであればよく、芳香族カルボン酸結晶に化学的な変化を来さないものが用いられる。また溶媒Pの常圧における沸点は好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、更に好ましくは60℃以上であり、また好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下、更に好ましくは150℃以下である。溶媒Pの常圧における沸点を前記下限値以上とすることで取り扱いや回収が容易となり、前期上限値以下とすることで後工程での固液分離、乾燥が容易となる。   Or after making it melt | dissolve in another melt | dissolution tank beforehand, you may supply to the reactor 125. FIG. The aromatic carboxylic acid crystal K is usually dissolved in an amount of 1 to 80 parts by weight per 100 parts by weight of the solvent P. The solvent P to be used is not particularly limited as long as the aromatic carboxylic acid crystal K can be dissolved, and a solvent that does not chemically change the aromatic carboxylic acid crystal is used. The boiling point of the solvent P at normal pressure is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, still more preferably 60 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower, still more preferably 150 ° C. It is as follows. Handling and recovery are facilitated by setting the boiling point of the solvent P at normal pressure to the lower limit value or more, and solid-liquid separation and drying in subsequent steps are facilitated by setting the boiling point to the upper limit value or less.

溶媒Pの種類は限定されないが、溶解性や沸点、取り扱い易さから、水を含むことが好
ましく、例えばテレフタル酸を製造する場合には、水を主成分とすることが好ましく、より好ましくは90重量%が水、さらに好ましくは100重量%が水である溶媒が好ましい。
本プロセスでは好ましくは水素化触媒を用いる。例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、オスミウム等の8〜10族金属触媒が用いられる。中でもパラジウムが好ましい。通常、これらは活性炭等に担持させて固定床として用いる。
Although the kind of solvent P is not limited, it is preferable that water is included from solubility, boiling point, and ease of handling, for example, when manufacturing a terephthalic acid, it is preferable to have water as a main component, More preferably, 90 A solvent in which% by weight is water, more preferably 100% by weight is preferred.
This process preferably uses a hydrogenation catalyst. For example, a group 8-10 metal catalyst such as ruthenium, rhodium, palladium, platinum, osmium is used. Of these, palladium is preferable. Usually, these are supported on activated carbon or the like and used as a fixed bed.

続いて、反応器125内に水素Wを導入し、芳香族カルボン酸結晶に含まれる不純物の少なくとも一部を還元する、水素化工程を行なう。水素化工程を行うにあたっては、芳香族カルボン酸結晶Kの常温における溶解度が小さい場合には、溶媒Pへの溶解度を高めるため、昇温することが好ましい。還元反応の温度としては、通常230℃以上、好ましくは250℃以上である。また通常330℃以下であり、好ましくは310℃以下である。また圧力については、溶媒を液体として維持するために、蒸気圧より高い圧力を必要とし、通常3MPa以上であり、好ましくは5MPa以上である。また通常20MPa以下であり、好ましくは15MPa以下、より好ましくは12MPa以下である。このような水素化工程によって、例えば芳香族カルボン酸としてテレフタル酸を製造する場合には、テレフタル酸結晶中に含まれる4CBAを還元してパラトルイル酸に変換することができる。   Subsequently, a hydrogenation step is performed in which hydrogen W is introduced into the reactor 125 to reduce at least part of impurities contained in the aromatic carboxylic acid crystal. In performing the hydrogenation step, if the solubility of the aromatic carboxylic acid crystal K at room temperature is small, the temperature is preferably increased in order to increase the solubility in the solvent P. The temperature of the reduction reaction is usually 230 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or higher. Moreover, it is 330 degrees C or less normally, Preferably it is 310 degrees C or less. Moreover, about a pressure, in order to maintain a solvent as a liquid, a pressure higher than vapor pressure is required, and it is 3 MPa or more normally, Preferably it is 5 MPa or more. Moreover, it is 20 MPa or less normally, Preferably it is 15 MPa or less, More preferably, it is 12 MPa or less. For example, when terephthalic acid is produced as an aromatic carboxylic acid by such a hydrogenation step, 4CBA contained in the terephthalic acid crystal can be reduced and converted to p-toluic acid.

[晶析工程]
その後、芳香族カルボン酸を再度、必要に応じて晶析させるため、芳香族カルボン酸結晶Kが溶媒Pに溶解した液状組成物Xを晶析槽126へ移送する。晶析槽126において圧力を低下させて冷却することで、主に上記芳香族カルボン酸からなる結晶を晶析させる。晶析槽126は一つのみであるよりも、直列に複数あって晶析を多段階的に行うことが好ましい。晶析は、回分及び連続のいずれであってもよいが、通常は連続で2器以上で段階的に降圧させ、好ましくは3器以上である。また通常6器以下、好ましくは5器以下である。これにより、溶媒Pがフラッシュ蒸発し、系内の温度が低下する。
[Crystalling process]
Thereafter, in order to crystallize the aromatic carboxylic acid again as necessary, the liquid composition X in which the aromatic carboxylic acid crystal K is dissolved in the solvent P is transferred to the crystallization tank 126. Crystals mainly composed of the aromatic carboxylic acid are crystallized by lowering the pressure in the crystallization tank 126 and cooling. Rather than having only one crystallization tank 126, it is preferable to have a plurality of crystallization tanks in series and perform crystallization in multiple stages. Crystallization may be either batch or continuous, but usually the pressure is lowered stepwise in two or more units, preferably three or more. Moreover, it is 6 or less normally, Preferably it is 5 or less. As a result, the solvent P flashes and the temperature in the system decreases.

例えば芳香族カルボン酸としてテレフタル酸を製造する場合、4CBAが還元されたパラトルイル酸は、水に対する溶解度がテレフタル酸より高いので、晶析では、テレフタル酸が優先的に析出する。しかし、大気圧まで降下すると、温度が100℃程度となり、パラトルイル酸が共晶するので、最終晶析圧力は、通常0.1MPa以上、好ましくは0.2MPa以上、さらに好ましくは0.3MPa以上、特に好ましくは0.5MPa以上である。また、圧力範囲の上限は、好ましくは3MPa以下、さらに好ましくは1MPa以下、特に好ましくは0.7Pa以下である。なお、晶析の際発生する蒸気は、回収して芳香族カルボン酸の製造プロセスで再利用しても良い。   For example, when terephthalic acid is produced as an aromatic carboxylic acid, p-toluic acid with reduced 4CBA has higher solubility in water than terephthalic acid, and therefore terephthalic acid is preferentially precipitated in crystallization. However, when the pressure falls to atmospheric pressure, the temperature becomes about 100 ° C. and p-toluic acid is co-crystallized, so the final crystallization pressure is usually 0.1 MPa or more, preferably 0.2 MPa or more, more preferably 0.3 MPa or more, Particularly preferably, it is 0.5 MPa or more. The upper limit of the pressure range is preferably 3 MPa or less, more preferably 1 MPa or less, and particularly preferably 0.7 Pa or less. In addition, you may collect | recover the vapor | steam generate | occur | produced in the case of crystallization, and may reuse it in the manufacturing process of aromatic carboxylic acid.

複数の晶析槽で晶析を行う場合、第一晶析槽の温度は230〜260℃程度が好ましい。水素化反応工程の温度と同程度かわずかに低い温度とすることで、純度が高く、粒径が大きく、また粒子形状にゆがみが無く揃った形状の結晶が得られる。第二晶析槽の温度は第一晶析槽の温度より20℃以上低いことが好ましく、25℃以上低いことがより好ましい。また60℃以下低いことが好ましく、55℃以下低いことが好ましい。第一晶析槽の温度よりやや低い温度とすることで、粒径が大きく、また粒子形状にゆがみが無く揃った形状の結晶が得られる。必要に応じ、第三晶析槽以降を設けてもよく、通常170℃以下まで、晶析槽同士の温度差をほぼ等間隔として晶析する。これにより、純度が高く、粒径が大きく、粒子形状にゆがみが無く揃った形状の結晶が析出するため、粉体流動性やスラリー性(ポリエステルの製造等の際に良質なスラリーとしやすいこと)に優れた芳香族カルボン酸結晶が得られる。
なお、前述した酸化工程と固液分離工程との間に晶析工程を設ける場合は、上記と同様の操作として行うこともできる。
When crystallization is performed in a plurality of crystallization tanks, the temperature of the first crystallization tank is preferably about 230 to 260 ° C. By setting the temperature to the same level as or slightly lower than the temperature of the hydrogenation reaction step, crystals having a high purity, a large particle size, and a uniform shape without distortion are obtained. The temperature of the second crystallization tank is preferably 20 ° C. or more lower than the temperature of the first crystallization tank, and more preferably 25 ° C. or less. Further, it is preferably 60 ° C. or lower, and preferably 55 ° C. or lower. By setting the temperature slightly lower than the temperature of the first crystallization tank, a crystal having a large particle size and a uniform shape without distortion is obtained. If necessary, a third and subsequent crystallization tanks may be provided, and the crystallization tanks are usually crystallized at substantially equal intervals up to 170 ° C. or less. As a result, crystals with high purity, large particle size, and uniform shape with no distortion are precipitated, so powder flowability and slurry properties (easy to make a good quality slurry when manufacturing polyester) An aromatic carboxylic acid crystal excellent in the above can be obtained.
In addition, when providing a crystallization process between the oxidation process and solid-liquid separation process mentioned above, it can also carry out as operation similar to the above.

続いて、上記晶析工程を経た液状組成物X’を、例えば固液分離装置113で固液分離し、洗浄装置114で洗浄して乾燥させることにより、純度の高い芳香族カルボン酸結晶Yが得られる。なお、固液分離工程、洗浄工程、及び乾燥工程における方法及び装置は、上述した方法及び装置と同様とすることができる。なお図4において、図3と同様の装置等については同一の符号を付し、ここでの説明を省略する。また、固液分離装置113で分離された母液R、洗浄排液Uは、通常芳香族カルボン酸や中間体、触媒等、有価物を回収後、溶媒リサイクル工程、排出工程等に送られる。また母液Rを図3の酸化反応器111に直結する蒸留塔の塔頂にリサイクルしてもよい。図4におけるQは芳香族カルボン酸ケーキ、Sは不純物濃度が低減された洗浄ケーキを示す。
また、液状組成物X’の固液分離方法としては、母液置換塔を設けて不純物の溶解した母液を溶媒Lで置換し分離操作を容易にしたのち、固液分離を行う方法もある。
Subsequently, the liquid composition X ′ that has undergone the crystallization step is subjected to solid-liquid separation using, for example, a solid-liquid separation device 113, washed with a washing device 114, and dried to obtain a high purity aromatic carboxylic acid crystal Y. can get. In addition, the method and apparatus in a solid-liquid separation process, a washing | cleaning process, and a drying process can be the same as that of the method and apparatus mentioned above. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here. The mother liquor R and the washing effluent U separated by the solid-liquid separator 113 are usually sent to a solvent recycling step, a discharging step, and the like after recovering valuable materials such as aromatic carboxylic acids, intermediates, and catalysts. Further, the mother liquor R may be recycled to the top of a distillation column directly connected to the oxidation reactor 111 of FIG. In FIG. 4, Q represents an aromatic carboxylic acid cake, and S represents a washed cake with a reduced impurity concentration.
Further, as a solid-liquid separation method of the liquid composition X ′, there is a method in which a mother liquor replacement tower is provided to replace the mother liquor in which the impurities are dissolved with the solvent L to facilitate the separation operation and then perform solid-liquid separation.

本発明の芳香族カルボン酸の製造方法では、上記で示した全工程を必須とするものではなく、酸化反応器111で芳香族カルボン酸を生成させ、固液分離装置113に移送し、芳香族カルボン酸を溶媒から分離するものであればよい。また必要に応じて上記以外の装置や配管を設けてもよい。   In the method for producing an aromatic carboxylic acid according to the present invention, not all the steps described above are essential, but the aromatic carboxylic acid is generated in the oxidation reactor 111, transferred to the solid-liquid separation device 113, and the aromatic carboxylic acid is produced. What is necessary is just to isolate | separate carboxylic acid from a solvent. Moreover, you may provide apparatus and piping other than the above as needed.

[排ガス処理工程]
以上のような芳香族カルボン酸の製造方法において、好ましくは酸化工程(追酸化反応も含む。)や晶析工程等において排出される排ガスの処理工程を有する。排ガス処理工程について、酸化反応器111の反応ガスMの処理プロセスを例として図3及び図5を用いて説明する。
[Exhaust gas treatment process]
The method for producing an aromatic carboxylic acid as described above preferably includes a treatment step for exhaust gas discharged in an oxidation step (including a supplemental oxidation reaction), a crystallization step, or the like. The exhaust gas treatment process will be described with reference to FIGS. 3 and 5 by taking the treatment process of the reaction gas M in the oxidation reactor 111 as an example.

図3の酸化反応器111より抜き出された反応ガスMは、前述の通り凝縮器112にて溶媒Cを主とする凝縮液Nが凝縮分離されたのち凝縮器排ガスOとして排出されるが、このとき凝縮器112では熱交換により蒸気が生成される。この蒸気は、本発明におけるコジェネレーションシステムに適用することができる。すなわち、生成した蒸気は必要に応じて予熱器(図示せず)を通して加熱された後、図5の蒸気ライン251から蒸気タービン221へ導入される。これにより同一軸上に連結された圧縮機220が回転し、空気ライン250より導入された空気が圧縮され、また同じく同一軸上に連結された発電機222で電気エネルギーが生成する。圧縮された空気は酸化工程における分子状酸素含有ガスBまたはB’として利用し、該電気エネルギーは電力ライン253を通して芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給される。なお、252は復水ラインを示す。   The reaction gas M extracted from the oxidation reactor 111 of FIG. 3 is discharged as the condenser exhaust gas O after the condensate N mainly composed of the solvent C is condensed and separated in the condenser 112 as described above. At this time, steam is generated in the condenser 112 by heat exchange. This steam can be applied to the cogeneration system in the present invention. That is, the generated steam is heated through a preheater (not shown) as necessary, and then introduced into the steam turbine 221 from the steam line 251 in FIG. As a result, the compressor 220 connected on the same shaft rotates, the air introduced from the air line 250 is compressed, and electric energy is generated by the generator 222 also connected on the same shaft. The compressed air is utilized as the molecular oxygen-containing gas B or B ′ in the oxidation step, and the electric energy is supplied to the aromatic carboxylic acid production process through the power line 253. Reference numeral 252 denotes a condensate line.

一方、凝縮器排ガスOは一般に、酸化反応の溶媒として使用される脂肪族カルボン酸、未反応の原料及び酸素、副生成物、一酸化炭素、二酸化炭素などの有用成分を含有する。排ガスOは通常高圧であり、通常、含有するこれら有用成分の分離回収や、圧力や熱などのエネルギー回収などが行われた後、燃焼装置で燃焼され無害化して外部へ放出される。   On the other hand, the condenser exhaust gas O generally contains useful components such as aliphatic carboxylic acid used as a solvent for oxidation reaction, unreacted raw materials and oxygen, by-products, carbon monoxide and carbon dioxide. The exhaust gas O is usually at a high pressure, and usually after separation and recovery of these useful components contained, energy recovery such as pressure and heat, etc. are performed, it is burned in a combustion device and rendered harmless and released to the outside.

まず凝縮器排ガスOを排ガスライン201から吸収塔211の下部に導入すると共に、上部の溶媒ライン202から溶媒を供給し、脂肪族カルボン酸及びそのエステル類をこの溶媒に溶解吸収させ凝縮器排ガスOから除去する。なお、ここでの溶媒は、溶媒C(酸化反応の溶媒)の意味ではない。吸収塔211の構造は限定されず、充填塔、スプレー塔、濡れ壁塔など各種のものが用いられるが、充填塔が好ましい。このほか、スクラバーなどが使用できる。溶解吸収用の溶媒としては通常、水が使用される。   First, the condenser exhaust gas O is introduced from the exhaust gas line 201 to the lower part of the absorption tower 211, and the solvent is supplied from the upper solvent line 202 to dissolve and absorb the aliphatic carboxylic acid and its esters in this solvent. Remove from. In addition, the solvent here does not mean the solvent C (solvent for oxidation reaction). The structure of the absorption tower 211 is not limited, and various types such as a packed tower, a spray tower, and a wet wall tower are used, and a packed tower is preferable. In addition, scrubbers can be used. Usually, water is used as a solvent for dissolution and absorption.

塔上部では先ず脂肪族カルボン酸が吸収され、塔下部では更に該吸収された脂肪族カルボン酸によりエステル類が溶解吸収される。これにより、塔底ライン205を通して回収脂肪族カルボン酸エステル含有液体が、塔中段ライン204を通して回収脂肪族カルボン
酸含有液体が、塔頂ライン203を通して吸収塔出口ガスが、それぞれ排出される。回収脂肪族カルボン酸エステル含有液体は、酸化反応工程に戻し再利用すると更なるエステル類副生を抑制できるため好ましい。
At the top of the column, the aliphatic carboxylic acid is first absorbed, and at the bottom of the column, the esters are dissolved and absorbed by the absorbed aliphatic carboxylic acid. As a result, the recovered aliphatic carboxylic acid ester-containing liquid is discharged through the tower bottom line 205, the recovered aliphatic carboxylic acid-containing liquid is discharged through the tower middle line 204, and the absorption tower outlet gas is discharged through the tower top line 203. The recovered aliphatic carboxylic acid ester-containing liquid is preferable when it is returned to the oxidation reaction step and reused, since further ester by-products can be suppressed.

回収脂肪族カルボン酸含有液体は、溶媒が水の場合は脱水塔で脱水したのち脂肪族カルボン酸を酸化反応工程に戻して再利用することが好ましい。酸化工程での溶媒のロスを抑制できる。なお脱水等として共沸蒸留塔を使用してもよい。
吸収塔出口ガスは依然として高圧状態を維持しており、その圧力エネルギーを回収し再利用することが好ましい。回収方法としては、排ガスを燃焼処理後各種タービン等でエネルギーを回収する方法や、ガスエキスパンダー等でエネルギー回収後に燃焼処理する方法などが挙げられる。燃焼処理工程でのエネルギーロスを考慮すると後者が望ましいが、コジェネレーションシステムによるエネルギー効率向上の観点からは前者が好ましい。
When the solvent is water, the recovered aliphatic carboxylic acid-containing liquid is preferably reused by returning the aliphatic carboxylic acid to the oxidation reaction step after dehydration in a dehydration tower. The loss of the solvent in the oxidation process can be suppressed. An azeotropic distillation column may be used for dehydration or the like.
The absorption tower outlet gas still maintains a high pressure state, and it is preferable to recover and reuse the pressure energy. Examples of the recovery method include a method of recovering energy with various turbines after exhaust gas is combusted, and a method of combusting after recovering energy with a gas expander or the like. The latter is desirable in view of energy loss in the combustion treatment process, but the former is preferable from the viewpoint of improving energy efficiency by the cogeneration system.

すなわち、高圧の吸収塔出口ガスをコジェネレーションシステムにおける膨張機によってエネルギーを回収することができる。好ましくは、熱交換器212で150〜160℃程度に加熱したのち膨張機(ガスエキスパンダー)213に導入しこれを回転させる。これにより、本発明におけるコジェネレーションシステムに適用することができる。すなわち、同一軸上に連結された圧縮機220が回転し空気ライン250より導入された空気が圧縮され、また同じく同一軸上に連結された発電機222で電気エネルギーが生成し、は電力ライン253を通して芳香族カルボン酸製造プロセスへ供給される。
前記の通り、凝縮器排ガスOは有用成分を分離回収した後に、燃焼装置で燃焼され無害化して外部へ放出されるが、コジェネレーションシステムにおける燃焼器2は、この燃焼装置の位置づけにもなる。すなわち、ガスタービンエンジンの燃焼器2における燃焼温度は前記の通り非常に高温であるので、凝縮器排ガスOに含まれる臭化メチル等の有害成分を無害化することが可能である。
That is, energy can be recovered from the high-pressure absorption tower outlet gas by the expander in the cogeneration system. Preferably, after heating to about 150 to 160 ° C. with the heat exchanger 212, the heat exchanger 212 introduces it into the expander (gas expander) 213 and rotates it. Thereby, it can apply to the cogeneration system in this invention. That is, the compressor 220 connected on the same shaft rotates and the air introduced from the air line 250 is compressed, and electric energy is generated by the generator 222 also connected on the same shaft. To the aromatic carboxylic acid production process.
As described above, the condenser exhaust gas O is separated and recovered from useful components, then burned by the combustion device, detoxified, and discharged to the outside. The combustor 2 in the cogeneration system also serves as the position of this combustion device. That is, since the combustion temperature in the combustor 2 of the gas turbine engine is very high as described above, harmful components such as methyl bromide contained in the condenser exhaust gas O can be rendered harmless.

膨張機213から排出される出口ガスには一酸化炭素、臭化メチルなどが含まれているので、燃焼装置214及び吸収装置215にて処理したのち大気中に放出する。燃焼装置214における燃焼法としては、触媒を使用しない直接燃焼法、触媒を使用する触媒燃焼法及び蓄熱体を使用する蓄熱燃焼法など公知の方法を用いうるが、なかでも蓄熱燃焼法が好ましい。低濃度の臭化メチル含有排ガスを臭素系ダイオキシン類の発生を抑制しつつ燃焼処理を行うことができ、環境負荷を軽減しうる利点がある。また熱回収率も高く、燃焼用のバーナーの常時使用が不要であり空気など酸素含有ガスを別途供給する必要も無いため、運転コストや設備コスト、使用エネルギーを低減しうる利点もある。   Since the outlet gas discharged from the expander 213 contains carbon monoxide, methyl bromide, and the like, it is discharged into the atmosphere after being processed by the combustion device 214 and the absorption device 215. As a combustion method in the combustion device 214, known methods such as a direct combustion method using no catalyst, a catalytic combustion method using a catalyst, and a heat storage combustion method using a heat storage body can be used, and among them, a heat storage combustion method is preferable. Combustion treatment can be performed on the low-concentration methyl bromide-containing exhaust gas while suppressing the generation of bromine-based dioxins, which has the advantage of reducing the environmental burden. In addition, the heat recovery rate is high, and it is not necessary to always use a combustion burner and there is no need to separately supply an oxygen-containing gas such as air. Therefore, there is an advantage that the operating cost, equipment cost, and energy used can be reduced.

焼却装置214の出口ガスには、通常、臭素、臭化水素などの成分が残存するため、吸収装置215にてアルカリ及び還元剤と気液接触させて吸収することが望ましい。アルカリとして好ましくは苛性ソーダ、苛性カリなどが用いられ、還元剤として好ましくは亜硫酸ソーダ、尿素などが用いられるが、これらに限定される必要はない。吸収塔は充填塔、スプレー塔、濡れ壁塔のほか、スクラバーなどが使用できる。吸収装置215の出口ガスは大気放出できる状態であるのを確認したのち排ガスライン216から放出される。   Since components such as bromine and hydrogen bromide usually remain in the outlet gas of the incinerator 214, it is desirable that the absorber 215 absorbs it in gas-liquid contact with an alkali and a reducing agent. Caustic soda, caustic potash and the like are preferably used as the alkali, and sodium sulfite, urea and the like are preferably used as the reducing agent, but it is not necessary to be limited thereto. The absorption tower can be a packed tower, a spray tower, a wet wall tower, or a scrubber. The outlet gas of the absorber 215 is discharged from the exhaust gas line 216 after confirming that it is in a state where it can be released into the atmosphere.

なお、他の排ガス処理方法としては、吸収塔211を設ける代わりに酸化反応器111と凝縮器112との間に蒸留塔を設けてもよい。蒸留塔で得られる溶媒C含有留分を反応器111に還流させ、水分を主とする塔頂留分を凝縮器で冷却して凝縮水を蒸留塔に還流させる他、凝縮器からの排ガスは上記凝縮器排ガスOと同様に利用しうる。また凝縮器で熱交換により発生する蒸気も上記と同様に利用しうる。   As another exhaust gas treatment method, a distillation tower may be provided between the oxidation reactor 111 and the condenser 112 instead of providing the absorption tower 211. The solvent C-containing fraction obtained in the distillation tower is refluxed to the reactor 111, the tower top fraction mainly composed of water is cooled by the condenser and the condensed water is refluxed to the distillation tower, and the exhaust gas from the condenser is It can be used in the same manner as the condenser exhaust gas O. Also, steam generated by heat exchange in the condenser can be used in the same manner as described above.

本発明のコジェネレーションシステムにより供給される熱エネルギー及び電気エネルギーが使用される工程は上記した工程に限られず、芳香族カルボン酸製造プロセスであれば
よい。例えば、酸化工程、固液分離工程、母液リサイクル工程、ケーキ洗浄工程、洗浄排液リサイクル工程、乾燥工程、還元工程、晶析工程、廃棄物処理工程、触媒回収工程、触媒再生工程、排水処理工程、排ガス処理工程などのいずれでもよく、また複数の工程に用いてもよい。
またこれら工程で使用された熱や圧力のエネルギーを回収、利用することと併用すればエネルギーが更に有効活用され、更にエネルギー利用効率を高めることができる。
The process in which the thermal energy and electrical energy supplied by the cogeneration system of the present invention are used is not limited to the process described above, and may be an aromatic carboxylic acid production process. For example, oxidation process, solid-liquid separation process, mother liquor recycling process, cake washing process, washing drainage recycling process, drying process, reduction process, crystallization process, waste treatment process, catalyst recovery process, catalyst regeneration process, wastewater treatment process Any of the exhaust gas treatment process and the like may be used, and it may be used in a plurality of processes.
Further, when combined with recovering and utilizing the heat and pressure energy used in these steps, the energy can be further effectively utilized and the energy utilization efficiency can be further enhanced.

以上総合すれば、本発明にかかる芳香族カルボン酸の最適な製造方法の一例は以下の通りとなる。すなわち、酸化工程では反応熱が発生し、該反応熱は酸化工程で得られるスラリーの熱エネルギーおよび圧力エネルギーとなるが、これらのエネルギーは固液分離工程、母液リサイクル工程、ケーキ洗浄工程、洗浄排液リサイクル工程、乾燥工程等に利用することができる。また、これら各工程で不足する少量の熱エネルギーは、コジェネレーションシステムで補う。同様に、還元工程で得られた液状組成物の熱エネルギーおよび圧力エネルギーは、晶析工程、固液分離工程、母液リサイクル工程、ケーキ洗浄工程、洗浄排液リサイクル工程、乾燥工程等に利用することができ、これら各工程で不足する少量の熱エネルギーはコジェネレーションシステムで補う。さらに、酸化工程や晶析工程等で発生する排ガスからの熱回収によって生じた熱エネルギーおよび/または圧力エネルギーは、コジェネレーションシステムまたは蒸気タービンに還元されることにより、電気エネルギーとして回収される。この結果、設備の起動時のみならず、定常運手時に必要とされるエネルギーを最小限に抑えることができる。   In summary, an example of an optimal method for producing an aromatic carboxylic acid according to the present invention is as follows. In other words, reaction heat is generated in the oxidation process, and the reaction heat becomes thermal energy and pressure energy of the slurry obtained in the oxidation process, and these energies are solid-liquid separation process, mother liquor recycling process, cake washing process, washing waste. It can be used for a liquid recycling process, a drying process, and the like. In addition, the small amount of heat energy that is deficient in each of these processes is compensated by a cogeneration system. Similarly, the heat energy and pressure energy of the liquid composition obtained in the reduction process should be used for the crystallization process, solid-liquid separation process, mother liquor recycling process, cake washing process, washing drainage recycling process, drying process, etc. The small amount of heat energy that is lacking in each of these processes can be compensated with a cogeneration system. Furthermore, thermal energy and / or pressure energy generated by heat recovery from exhaust gas generated in the oxidation process, crystallization process, and the like is recovered as electric energy by being reduced to a cogeneration system or a steam turbine. As a result, it is possible to minimize the energy required not only at the time of starting the equipment but also at the time of steady handling.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
[比較例1]
図3〜図5に示す製造工程を有する、テレフタル酸生産量が75トン/時間のプロセスを用いてp−キシレンからテレフタル酸を製造した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to a following example at all.
[Comparative Example 1]
Terephthalic acid was produced from p-xylene using a process having a production process shown in FIGS. 3 to 5 and a production amount of terephthalic acid of 75 tons / hour.

図3の反応器にp−キシレン1重量部、触媒(酢酸コバルト、酢酸マンガンの酢酸溶液及び臭化水素)を含む溶液(溶媒:水を14重量%含む酢酸)2.5重量部、後段の固液分離装置から分離時の圧力と温度を実質的に維持した状態でリサイクルされる母液6.3重量部を供給するとともに、p−キシレンに対し分子状酸素が20倍モルとなるよう圧縮空気を供給し、温度197℃、圧力1.45MPa(絶対圧)で反応時間(平均滞留時間)が90分となるように液面を調整しながら連続的に酸化反応を行った。反応液中のコバルト/マンガン/臭素の濃度はそれぞれ280/280/700重量ppmであった。反応器から排出される反応ガス中の酸素濃度は1.5〜3体積%となるよう調整した。   In the reactor of FIG. 3, 1 part by weight of p-xylene, 2.5 parts by weight of a solution (solvent: acetic acid containing 14% by weight of water) containing catalyst (cobalt acetate, manganese acetate in acetic acid and hydrogen bromide), 6.3 parts by weight of the mother liquor that is recycled while substantially maintaining the pressure and temperature at the time of separation is supplied from the solid-liquid separator, and compressed air is used so that the molecular oxygen is 20-fold mol with respect to p-xylene. Then, an oxidation reaction was continuously performed while adjusting the liquid level so that the reaction time (average residence time) was 90 minutes at a temperature of 197 ° C. and a pressure of 1.45 MPa (absolute pressure). The concentration of cobalt / manganese / bromine in the reaction solution was 280/280/700 ppm by weight, respectively. The oxygen concentration in the reaction gas discharged from the reactor was adjusted to 1.5 to 3% by volume.

次いで、反応器から抜き出されたスラリーを追酸化反応器に連続的に移送し、圧縮空気を供給し、温度185℃、圧力1.25MPa、反応時間35分で低温追酸化を行った。追酸化反応器から排出される反応ガス中の酸素濃度は1.5〜3体積%となるよう調整した。
追酸化反応器から抜き出されたスラリーを、温度及び圧力を維持したまま、加圧固液分離洗浄乾燥装置であるスクリーンボウルデカンターへ移送しテレフタル酸ケーキと母液とに固液分離した。固液分離の圧力は0.9〜1.0MPa、温度は180〜190℃、回転速度は約2050rpmとした。
Next, the slurry extracted from the reactor was continuously transferred to the additional oxidation reactor, supplied with compressed air, and subjected to low temperature additional oxidation at a temperature of 185 ° C., a pressure of 1.25 MPa, and a reaction time of 35 minutes. The oxygen concentration in the reaction gas discharged from the additional oxidation reactor was adjusted to 1.5 to 3% by volume.
The slurry extracted from the additional oxidation reactor was transferred to a screen bowl decanter, which was a pressurized solid / liquid separation washing / drying apparatus, while maintaining the temperature and pressure, and solid-liquid separated into a terephthalic acid cake and a mother liquor. The solid-liquid separation pressure was 0.9 to 1.0 MPa, the temperature was 180 to 190 ° C., and the rotation speed was about 2050 rpm.

得られた母液は80重量%を反応器11に戻し、残り20重量%を廃棄処理工程へ送り有価成分を回収したのち排水処理工程を通して排出した。
一方、得られたテレフタル酸ケーキを酢酸に対し10重量%程度の水を含む190〜195℃の洗浄液にて洗浄し、洗浄ケーキ及び洗浄排液を得た。濾過材としては金属バース
クリーンを用い、圧力は0.9〜1.0MPa、温度は190〜195℃とした。得られた洗浄ケーキを圧力0.9〜1.0MPa、約180〜190℃を保ったままケーキ保持槽に保持した後、ディスチャージバルブを開放して常圧の粉体滞留槽へ抜き出し、付着液を放圧蒸発させ乾燥させ脱液ケーキとした。
80% by weight of the mother liquor thus obtained was returned to the reactor 11, and the remaining 20% by weight was sent to the waste treatment step to recover valuable components and then discharged through the waste water treatment step.
On the other hand, the obtained terephthalic acid cake was washed with a washing liquid at 190 to 195 ° C. containing about 10% by weight of water with respect to acetic acid to obtain a washing cake and a washing waste liquid. A metal bar screen was used as the filter medium, the pressure was 0.9 to 1.0 MPa, and the temperature was 190 to 195 ° C. The obtained washing cake is held in a cake holding tank while maintaining a pressure of 0.9 to 1.0 MPa and about 180 to 190 ° C., and then the discharge valve is opened to be extracted into a normal-pressure powder residence tank, and the attached liquid The solution was evaporated under reduced pressure and dried to obtain a dewatered cake.

次いで、脱液ケーキを図4に示す還元工程(水素化精製プロセス)に供し、精製を行った。
脱液ケーキを水と混合しスラリー濃度30重量%と調整し、次いで蒸気と熱媒油とにより温度290℃、圧力8.5MPaに加熱加圧した後、パラジウムを活性炭に担持させて固定床とした水素化反応塔に水素と共に導入し水素化精製反応を行った。反応後のテレフタル酸水溶液を晶析槽に連続的に移送し、4段の晶析工程で順次に放圧冷却し晶析させた。晶析後のスラリーを100℃にて精製テレフタル酸ケーキと母液とに分離した。母液は、テレフタル酸や中間体など有価成分を回収したのち排水処理工程を通して排出した。精製テレフタル酸ケーキは水洗し、放圧蒸発により乾燥させ、更に流動層乾燥機により乾燥させ、テレフタル酸結晶を得た。
Next, the dewatered cake was subjected to the reduction step (hydrorefining process) shown in FIG. 4 for purification.
The dewatered cake was mixed with water to adjust the slurry concentration to 30% by weight, and then heated and pressurized to a temperature of 290 ° C. and a pressure of 8.5 MPa with steam and heat transfer oil, and then palladium was supported on activated carbon to The hydrogenation reaction column was introduced together with hydrogen to perform a hydrorefining reaction. After the reaction, the aqueous terephthalic acid solution was continuously transferred to a crystallization tank, and was sequentially cooled by releasing pressure in a four-stage crystallization step to cause crystallization. The slurry after crystallization was separated into a purified terephthalic acid cake and a mother liquor at 100 ° C. The mother liquor was discharged through the wastewater treatment process after recovering valuable components such as terephthalic acid and intermediates. The purified terephthalic acid cake was washed with water, dried by releasing pressure evaporation, and further dried by a fluidized bed dryer to obtain terephthalic acid crystals.

また、酸化反応器及び追酸化反応器からの排ガスは凝縮器を経て統合され、温度45℃、圧力1.16MPaの排ガスとして図5に示す排ガス処理工程により処理された。
即ち排ガスを加圧吸収塔に塔下部から供給しつつ塔上部から水をスプレーし、排ガス中の酢酸等を吸収させ、更に塔下部において排ガス中の酢酸メチル等を酢酸等に溶解吸収させた。吸収された酢酸メチルは塔底部から回収脂肪族カルボン酸エステル含有液体として抜き出し、反応器に戻し再利用した。また酢酸等は塔中段から回収脂肪族カルボン酸含有液体として抜き出し、脱水塔で脱水後、やはり反応器に戻し再利用した。
Further, the exhaust gases from the oxidation reactor and the additional oxidation reactor were integrated through a condenser, and processed as exhaust gas having a temperature of 45 ° C. and a pressure of 1.16 MPa in the exhaust gas treatment process shown in FIG.
That is, while supplying exhaust gas to the pressure absorption tower from the bottom of the tower, water was sprayed from the top of the tower to absorb acetic acid and the like in the exhaust gas, and further, methyl acetate and the like in the exhaust gas were dissolved and absorbed in the acetic acid and the like at the bottom of the tower. The absorbed methyl acetate was extracted from the bottom of the column as a recovered aliphatic carboxylic acid ester-containing liquid and returned to the reactor for reuse. Acetic acid and the like were extracted from the middle stage of the column as a recovered aliphatic carboxylic acid-containing liquid, dehydrated in a dehydration tower, and then returned to the reactor for reuse.

一方、排ガスの残部であるガスは塔頂部から出て熱交換器で155℃に加熱され、膨張機に送られ空気圧縮機の駆動動力の一部に使用された後、圧力0.1MPaのガスとなった。このガスを燃焼装置及び吸収装置に導入し、無害な状態であるのを確認し大気放出した。
以上はテレフタル酸製造における主たる工程について記載したが、他にもベントガス処理工程、触媒回収・再生工程、溶媒回収工程などの工程を含む。
On the other hand, the gas that is the remainder of the exhaust gas exits from the top of the tower, is heated to 155 ° C. by a heat exchanger, is sent to an expander, is used as part of the driving power of the air compressor, and then is a gas having a pressure of 0.1 MPa. It became. This gas was introduced into a combustion device and an absorption device, confirmed to be harmless, and released to the atmosphere.
The above describes the main steps in the production of terephthalic acid, but includes other steps such as a vent gas treatment step, a catalyst recovery / regeneration step, and a solvent recovery step.

これら工程へのエネルギー供給システムとしては、電気エネルギーはディーゼルエンジンを使用した自家発電による。熱エネルギーについては、プロセス蒸気は重油焚き蒸気ボイラーにより生成しており、熱媒油としては重油焚きボイラーにより加熱したホットオイルを用いた。   As an energy supply system for these processes, electric energy is generated by in-house power generation using a diesel engine. Regarding thermal energy, process steam was generated by a heavy oil-fired steam boiler, and hot oil heated by a heavy oil-fired boiler was used as the heat transfer oil.

[実施例1]
エネルギー供給システムとして、図2に記載のコジェネレーションシステムを用いて以下の運転を行う以外は、比較例1と同様にしてテレフタル酸を製造する。
発電端出力17MW級のガスタービンエンジン1基を用いたコジェネレーションシステムを採用し、燃料として重油を使用する。コジェネレーションシステムを起動し、当該システム内の発電機により電気エネルギーを発生させる。同時に、膨張機から排出される排ガスのダクト中にダクトバーナーを設置して追い焚きし、得られる高温排ガスをボイラーに導入して出口温度320℃のホットオイルを生成し、ボイラー出口の排ガスを熱交換器に導入して0.15MPaの蒸気及び0.7MPaの蒸気を得る。
[Example 1]
As an energy supply system, terephthalic acid is produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the following operation is performed using the cogeneration system shown in FIG.
A cogeneration system using a gas turbine engine with a power generation end output of 17 MW is used, and heavy oil is used as fuel. A cogeneration system is started and electric energy is generated by a generator in the system. At the same time, a duct burner is installed in the exhaust gas duct discharged from the expander, and the hot exhaust gas obtained is introduced into the boiler to produce hot oil with an outlet temperature of 320 ° C., and the exhaust gas at the boiler outlet is heated. It introduce | transduces into an exchanger and obtains 0.15MPa vapor | steam and 0.7MPa vapor | steam.

このようにして得た熱エネルギー及び電気エネルギーをテレフタル酸製造プロセスに供給することで、比較例1と同規模でテレフタル酸を製造することができる。本実施例で供給される熱エネルギー:電気エネルギーの比率は約75:25である(キロワット時換算)。
比較例1の定常運転時のエネルギー供給量の総和を100とすると、実施例1の定常運転時のエネルギー供給量の総和は約80である。即ち比較例1に比べて熱量でエネルギー使用量削減が可能であり、燃料消費量、二酸化炭素の発生量も20%削減することができる。更に、燃料を重油から天然ガスへ切り替えることで、二酸化炭素の発生量を比較例1に比べて30%以上削減することができる。
By supplying the thermal energy and electric energy thus obtained to the terephthalic acid production process, terephthalic acid can be produced on the same scale as Comparative Example 1. The ratio of heat energy: electric energy supplied in this example is about 75:25 (converted to kilowatt hours).
Assuming that the total amount of energy supply during steady operation of Comparative Example 1 is 100, the total amount of energy supply during steady operation of Example 1 is about 80. That is, the amount of heat used can be reduced by the amount of heat compared to Comparative Example 1, and the amount of fuel consumption and the amount of carbon dioxide generated can be reduced by 20%. Furthermore, by switching the fuel from heavy oil to natural gas, the amount of carbon dioxide generated can be reduced by 30% or more compared to Comparative Example 1.

[実施例2]
エネルギー供給システムとして、図2に記載のコジェネレーションシステムおよび図5に示す排ガス処理システムおよび蒸気タービンを用いて以下の運転を行う以外は、比較例1と同様にしてテレフタル酸を製造する。
発電端出力17MW級のガスタービンエンジン1基を用いたコジェネレーションシステムを採用し、燃料としてメタンを使用する。ガスタービンエンジンの膨張機から回転エネルギー及び熱エネルギーを生成させ、回転エネルギーは圧縮機を回転させて、圧縮した空気を酸化反応器に導入し、さらに同一軸線上に設置された発電機にも導入されて発電し、製造工程全体に給電される。一方、熱エネルギーは、膨張機から排出される排ガスのダクト中にダクトバーナーを設置して追い焚きし、得られる高温排ガスをボイラーに導入して出口温度320℃のホットオイルを生成し、ボイラー出口の排ガスは残存エネルギーを熱交換器において圧縮空気及び排ガスなどの予熱などに利用する。
酸化反応器に導入された圧縮空気により引き起こされる酸化反応で発生する反応熱は蒸発する酢酸等溶媒に吸収され、反応器に直結する凝縮器で熱交換により、高圧蒸気が生成される。生成した高圧蒸気は、蒸気タービンを回転させて圧縮機で酸化反応に使用する空気等を圧縮する。同時に同一軸線上に連結してある発電機を回転させ電気エネルギーを回収して製造工程内で再利用する。
[Example 2]
As the energy supply system, terephthalic acid is produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the following operation is performed using the cogeneration system shown in FIG. 2 and the exhaust gas treatment system and the steam turbine shown in FIG.
A cogeneration system using a gas turbine engine with a power generation end output of 17 MW is used, and methane is used as fuel. Rotational energy and heat energy are generated from an expander of a gas turbine engine. The rotational energy rotates the compressor, introduces compressed air into the oxidation reactor, and introduces it into a generator installed on the same axis. Power is generated and power is supplied to the entire manufacturing process. On the other hand, heat energy is exhausted by installing a duct burner in the duct of the exhaust gas discharged from the expander, and the resulting high-temperature exhaust gas is introduced into the boiler to generate hot oil with an outlet temperature of 320 ° C. In the exhaust gas, residual energy is used for preheating compressed air and exhaust gas in a heat exchanger.
Reaction heat generated in the oxidation reaction caused by the compressed air introduced into the oxidation reactor is absorbed by a solvent such as acetic acid that evaporates, and high-pressure steam is generated by heat exchange in the condenser directly connected to the reactor. The generated high-pressure steam rotates the steam turbine and compresses air or the like used for the oxidation reaction in the compressor. At the same time, a generator connected on the same axis is rotated to recover electrical energy and reuse it in the manufacturing process.

このようにして得た熱エネルギー及び電気エネルギーをテレフタル酸製造プロセスに供給することで、比較例1と同規模でテレフタル酸を製造することができる。なお、本実施例におけるエネルギーバランスは、供給される熱エネルギー及び電気エネルギーの比率は57:43である。
比較例1の定常運転時のエネルギー供給量の総和を100とすると、実施例2の定常運転時のエネルギー供給量の総和は約95であり、これは、燃料消費量が5%、二酸化炭素排出量は5%削減可能である。これにより、年間約10,000トンの二酸化炭素が削減可能となる。エネルギー供給量の削減に加え、重油からメタンへの代替分も加わり、大幅な二酸化炭素抑制となる。また、圧縮機起動用の電動機への電力供給を行った以外には、外部からの電力供給は行わないプロセスとすることができる。なお、実施例1に較べてエネルギー供給量の総和が高くなるのは、実施例1よりも電気エネルギー比率が高いためである。
By supplying the thermal energy and electric energy thus obtained to the terephthalic acid production process, terephthalic acid can be produced on the same scale as Comparative Example 1. In addition, the energy balance in a present Example is 57:43 in the ratio of the supplied thermal energy and electrical energy.
Assuming that the total energy supply amount in the steady operation of Comparative Example 1 is 100, the total energy supply amount in the steady operation of Example 2 is about 95. This is a fuel consumption of 5% and carbon dioxide emission. The amount can be reduced by 5%. As a result, about 10,000 tons of carbon dioxide can be reduced annually. In addition to reducing the amount of energy supplied, the replacement of heavy oil with methane is also added, resulting in significant carbon dioxide suppression. Moreover, it can be set as the process which does not perform the electric power supply from the outside except having supplied the electric power to the electric motor for starting a compressor. The total energy supply amount is higher than that in the first embodiment because the electric energy ratio is higher than that in the first embodiment.

1 圧縮機
1a 圧縮機起動用電動機
2 燃焼器
3 膨張機(タービン)
4 ガスタービンエンジン
5 発電機
6 吸収式冷凍機
7 ボイラー
8 油供給タンク
9 熱交換器
11 空気ライン
12 燃料ライン
13 電力ライン
14、17、20 排ガスライン
15、15’ 水ライン
16、16’ 蒸気ライン
18、19 熱媒油ライン
111 酸化反応器
111’ 追酸化反応器
112 凝縮器
113 固液分離装置
114 洗浄装置
115 固液分離洗浄装置
116 乾燥装置
117 固液分離洗浄乾燥装置
118 加熱乾燥装置
119 廃棄処理工程
120 母液タンク
121 洗浄排液タンク
125 水素化反応器
126 晶析槽
201 排ガスライン
202 溶媒ライン
203 塔頂ライン
204 塔中段ライン
205 塔底ライン
211 吸収塔
212 熱交換器
213 膨張機(ガスエキスパンダー)
214 燃焼装置
215 吸収装置
216 排ガスライン
220 圧縮機
221 蒸気タービン
222 発電機
250 空気ライン
251 蒸気ライン
252 復水ライン
253 電力ライン
A アルキル芳香族化合物
B,B’ 分子状酸素含有ガス
C 溶媒
D,D’ スラリー
E 芳香族カルボン酸ケーキ
F 母液
G 洗浄ケーキ
H 洗浄液
J 洗浄排液
K、K’ 芳香族カルボン酸結晶
M、M’ 反応ガス
N 凝縮液
O 凝縮器排ガス
P 溶媒
Q 芳香族カルボン酸ケーキ
R 母液
S 洗浄ケーキ
T 洗浄液
U 洗浄排液
W 水素
X、X’ 液状組成物
Y、Y’ 芳香族カルボン酸結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 1a Compressor starting motor 2 Combustor 3 Expander (turbine)
4 Gas Turbine Engine 5 Generator 6 Absorption Refrigerator 7 Boiler 8 Oil Supply Tank 9 Heat Exchanger 11 Air Line 12 Fuel Line 13 Power Lines 14, 17, 20 Exhaust Line 15, 15 ′ Water Line 16, 16 ′ Steam Line 18, 19 Heat transfer oil line 111 Oxidation reactor 111 ′ Additional oxidation reactor 112 Condenser 113 Solid-liquid separation device 114 Cleaning device 115 Solid-liquid separation and cleaning device 116 Drying device 117 Solid-liquid separation cleaning and drying device 118 Heating and drying device 119 Disposal Process 120 Mother liquor tank 121 Cleaning drainage tank 125 Hydrogenation reactor 126 Crystallization tank 201 Exhaust gas line 202 Solvent line 203 Tower top line 204 Tower middle line 205 Tower bottom line 211 Absorption tower 212 Heat exchanger 213 Expander (gas expander) )
214 Combustion device 215 Absorption device 216 Exhaust gas line 220 Compressor 221 Steam turbine 222 Generator 250 Air line 251 Steam line 252 Condensation line 253 Power line A Alkyl aromatic compound B, B ′ Molecular oxygen-containing gas C Solvents D, D 'Slurry E Aromatic carboxylic acid cake F Mother liquor G Cleaning cake H Cleaning liquid J Cleaning drainage K, K' Aromatic carboxylic acid crystals M, M 'Reactive gas N Condensate O Condenser exhaust gas P Solvent Q Aromatic carboxylic acid cake R Mother liquor S Wash cake T Wash liquid U Wash drain W Hydrogen X, X 'Liquid composition Y, Y' Aromatic carboxylic acid crystals

Claims (6)

アルキル芳香族化合物を酸化して芳香族カルボン酸を生成し、生成した芳香族カルボン酸をアルキル芳香族化合物から分離し回収する工程および/又は、アルキル芳香族化合物を酸化して得られた芳香族カルボン酸を還元する工程、を含む芳香族カルボン酸の製造方法であって、
該工程群の1以上の工程で使用されるエネルギーの少なくとも一部が、燃料の燃焼によって熱エネルギーと電気エネルギーとを生成するコジェネレーションシステムにより供給されることを特徴とする、芳香族カルボン酸の製造方法。
A process of oxidizing an alkyl aromatic compound to produce an aromatic carboxylic acid, and separating and recovering the generated aromatic carboxylic acid from the alkyl aromatic compound and / or an aromatic obtained by oxidizing the alkyl aromatic compound A method for producing an aromatic carboxylic acid comprising a step of reducing a carboxylic acid,
An aromatic carboxylic acid characterized in that at least part of the energy used in one or more steps of the group of steps is supplied by a cogeneration system that generates thermal and electrical energy by combustion of fuel. Production method.
前記コジェネレーションシステムにより供給される熱エネルギーと電気エネルギーとの合計量に対する熱エネルギーの比率(キロワット時換算)が30%〜90%の範囲である、請求項1に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。   The method for producing an aromatic carboxylic acid according to claim 1, wherein the ratio of thermal energy to the total amount of thermal energy and electrical energy supplied by the cogeneration system (kilowatt hour conversion) is in the range of 30% to 90%. . 前記熱エネルギーが、前記工程群の1以上の工程で使用される熱媒油の昇温及び/又は蒸気の生成に使用される、請求項1又は2に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。   The method for producing an aromatic carboxylic acid according to claim 1 or 2, wherein the thermal energy is used for raising a temperature of a heat transfer oil used in one or more steps of the step group and / or generating steam. 前記熱エネルギーにより生成した蒸気の少なくとも一部が蒸気タービンに導入され電気エネルギーの生成に使用される、請求項3に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。   The method for producing an aromatic carboxylic acid according to claim 3, wherein at least a part of the steam generated by the thermal energy is introduced into a steam turbine and used for generating electric energy. 前記コジェネレーションシステムがガスタービンエンジンと発電機とを備え、
前記ガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器、系外から酸素含有ガスを吸入し圧縮し前記燃焼器に供給する圧縮機、及び、前記圧縮機及び前記発電機と同一軸線上にあり前記燃焼ガスを膨張させ前記軸を回転させる膨張機を少なくとも有し、
前記発電機が前記軸の回転により電気エネルギーを生成し、前記膨張機の排ガスから熱エネルギーを得る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
The cogeneration system comprises a gas turbine engine and a generator;
The gas turbine engine is the same as the combustor that burns fuel to generate combustion gas, the compressor that sucks and compresses oxygen-containing gas from outside the system, and the compressor and the generator An expander that is on an axis and expands the combustion gas to rotate the shaft;
The manufacturing method of aromatic carboxylic acid of any one of Claims 1-4 in which the said generator produces | generates an electrical energy by rotation of the said axis | shaft, and obtains a thermal energy from the waste gas of the said expander.
少なくとも下記の1以上の方法を有することを特徴とする請求項5に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
(1)酸化工程で発生する排ガスの少なくとも一部を膨張機に供給する。
(2)酸化工程で発生する排ガスからの熱交換によって蒸気を生成し、生成した蒸気の少なくとも一部を蒸気タービンに供給する。
(3)圧縮機によって圧縮された酸素含有ガスを酸化工程に供給する。
(4)発電機から発生する排熱を、前記工程群の1以上の工程で使用される熱エネルギーとして利用する。
The method for producing an aromatic carboxylic acid according to claim 5, comprising at least one of the following methods.
(1) At least a part of the exhaust gas generated in the oxidation step is supplied to the expander.
(2) Steam is generated by heat exchange from the exhaust gas generated in the oxidation step, and at least a part of the generated steam is supplied to the steam turbine.
(3) The oxygen-containing gas compressed by the compressor is supplied to the oxidation process.
(4) The exhaust heat generated from the generator is used as thermal energy used in one or more processes of the process group.
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