JP2014523797A - パラキシレン結晶化プロセスの母液からのエネルギー回収 - Google Patents

Abstract

パラキシレン結晶化プロセスにおいて母液流からエネルギーを回収する方法が開示される。母液流からの低温のエネルギーは、結晶化プロセスに対する冷凍負荷を低減するために最適に利用される。

Description

（関連出願とのクロスリファレンス）
この出願は、ここに完全に記載されているかの如く、その全体が出典明示によりここに援用される２０１１年３月１８日出願の米国仮特許出願第６１／４５４３３７号に対して米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張するものである。

（発明の技術分野）
請求項記載の発明は、パラキシレン結晶化プロセスにおける母液流からエネルギーを回収する方法に関する。請求項記載の発明では、母液からのエネルギーが最適に利用され、結晶化プロセスにおける冷凍負荷が低減される。

キシレン異性体のオルト−キシレン（ＯＸ）、メタ−キシレン（ＭＸ）、及びパラ−キシレン（ＰＸ）、並びにエチルベンゼン（ＥＢ）は、リフォーミングプロセス又は他の石油化学プロセスからのＣ８芳香族化合物である。一般に、平衡キシレン混合物の生成物分布はおよそ４０％ＭＸ、２０％ＰＸ、２０％ＯＸ及び２０％ＥＢである。これらの量は±１０％が変動しうる。精製された個々のキシレン生成物は、工業用溶媒及び多くの製品の中間体として、大規模に使用される。最も重要な異性体であるＰＸは、テレフタル酸（ＴＰＡ）及びジメチルテレフタレート（ＤＭＴ）の生産に使用され、これらは繊維、フィルム、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ボトルの製造に使用されている。これらの用途では、高純度（＞９９．７％）のＰＸが必要とされる。高純度ＰＸの需要は、急速に成長しているマーケットを満たすべく、ここ何年かの間で大きく増加している。

個々のキシレン異性体の多くの物理的特性、例えば沸点は類似しており、一般的な蒸溜により高純度のキシレン異性体を分離することは極めて困難である。二通りの方法が高純度のキシレンを分離し製造するために現在商業的に使用されている：吸着と結晶化である。第三の方法である混成吸着／結晶化プロセスは１９９０年代に成功裏に現場実証された。

ＰＸ吸着プロセスの商業化前では、低温分別結晶がＣ８芳香族化合物からＰＸを分離するための、最初で、何年もの間、唯一の商業的技術であった。キシレン系は溶融結晶化に対して極めて好ましい系である。ＰＸ、ＭＸ、ＯＸ、及びＥＢの融点は、それぞれ１３．３℃、−４７．９℃、−２５．２℃、及び−９５．０℃であり、系は共晶温度を越えると固溶体を形成しない。よって、結晶は本質的に純粋なＰＸである。いくつかの商業的な結晶化プロセスが、ＰＸをその異性体混合物から分離するために開発されている。ＰＸ結晶は、典型的には２以上の結晶化段階で製造され、ワンパス当たりのＰＸ回収率は約６０−６５％である。商業的実施では、ＰＸ結晶化は、共晶点を丁度越える温度で実施され、これは、平衡キシレン混合物フィードでは、約−５０℃から約−７０℃である。Ｃ８芳香族化合物液（母液）中におけるＰＸの平衡が結晶化プロセスの効率を制限する。固体ＰＸ結晶は、典型的には濾過又は遠心分離により母液から分離される。

平衡キシレンフィードを用いたＰＸ製造では、母液は、低温度でＰＸ固形物から分離される。よって、プロセスからの母液は、その低温かつ高流量のため、有意な量の冷凍負荷を含む。この発明は、この低温結晶化プロセスにおける母液からの効率的なエネルギー回収に関する。

上記に鑑みて、ＰＸ製造の低温結晶化プロセスにおける母液からエネルギーを回収する方法はかなりの有益性がある。このような方法は結晶化プロセスのより効果的な操作を可能にする。

様々な実施態様では、キシレン結晶化プロセスにおける母液からエネルギーを回収するための方法が開示される。本方法は、１）晶析装置又は熱交換器を提供して、低温母液からエネルギーを回収し；２）第二の熱交換器を提供して、中間温度母液からエネルギーを回収し；３）第三の熱交換器を提供して、高温母液からエネルギーを回収することを含む。フィード流は、エネルギーを運ぶ熱交換器／晶析装置の他の側の媒体であり、フィード流は母液により冷却される。一選択肢は、エネルギー回収をさらに最適化するために、第一の晶析装置／熱交換器と第二の熱交換器との間にフィード流用の第四の熱交換器を持つことである。

上記は、以下の詳細な説明がより良好に理解されるように、本開示の特徴をかなり広く概説したものである。本開示のさらなる特徴及び利点は以下に記載され、それが特許請求の範囲の主題を形成する。

本開示とその利点のさらなる完全な理解のために、以下、開示の特定の実施態様を記載する次の記載が、添付図面と共に参照される。
母液からの例証的なエネルギー回収システムを示す。 第一の晶析装置と第二の熱交換器の間に任意の第四の熱交換器を備えた例証的な母液からのエネルギー回収システムを示す。

以下の記載において、ここに開示の本実施態様を完全に理解できるようにするために特定の量や温度のようなある種の詳細事項が記載される。しかしながら、そのような特定の詳細事項がなくても、本開示を実施できることは当業者には明らかであろう。多くの場合、そのような考慮に関連した詳細事項は、本開示の完全な理解を得るために必要ではなく、当該技術分野の当業者の技量の範囲内にある。

ＰＸ結晶化プロセスでは、主なエネルギー消費は、冷凍工程のコンプレッサーからのものであり、それはフィード流を所望の温度に冷却するために低温冷媒負荷を提供するのために使用される。結晶化ユニット内の異なる流れから放出前にエネルギーを回収することにより、冷凍負荷を最小にすることが望ましい。

平衡キシレンフィードを伴うＰＸ結晶化プロセスにおいて、最も低い操作温度は、−５０℃から−７０℃である共晶点によって限定される。母液は放出前はこの温度である。平衡キシレンフィード液は約２０％だけのＰＸを含んでおり、母液の量が有意である。よって、母液には利用可能な低温の冷凍負荷が多量に存在している。母液からエネルギーを最適に回収することで、プロセスのエネルギー効率が改善される。

本発明の一実施態様は、ＰＸ結晶化プロセスにおいて母液からエネルギーを回収するための方法に関し、該方法は、ＰＸ結晶化ユニットにフィード流を提供し；第一の晶析装置又は熱交換器を提供して、低温母液から低温エネルギーを回収し；第二の熱交換器を提供して、中間温度母液からエネルギーを回収し；第三の熱交換器を提供して、高温母液からエネルギーを回収することを含み、ＰＸ結晶化ユニットへのフィード流が、母液から抽出されたエネルギーにより冷却される。

晶析装置又は結晶化ユニットは、縦型容器、掻き取り式晶析装置、及び洗浄塔の使用に基づいている。晶析装置が母液中の高純度のパラ−キシレン結晶のスラリーをつくり出す。このスラリーは洗浄塔に供給され、そこで、結晶が母液から分離され、最終生成物に融解される。

本発明のある実施態様では、低温母液の温度は−５０℃から−７０℃である。本発明の他の実施態様では、晶析装置はスクリュー式晶析装置、掻き取り式晶析装置、又は主要なＰＸ結晶化工程での晶析装置の一部である。本発明のさらなる実施態様では、晶析装置は一基の晶析装置、又は連続又は並列に操作される複数基の晶析装置でありうる。本発明の他の実施態様では、熱交換器はシェル／チューブ型の熱交換器であり得、又はより有利には二重管式熱交換器である。

本発明のさらなる実施態様は、第一の晶析装置又は熱交換器を提供して、低温母液からエネルギーを回収し；第二の熱交換器を提供して、中間温度母液からエネルギーを回収し；第三の熱交換器を提供して、高温母液からエネルギーを回収し；第四の熱交換器を提供して、フィード流の温度をさらに低下させることにより、ＰＸ結晶化プロセスにおいて母液からエネルギーを回収するための方法に関し、ここでＰＸ結晶化ユニットへのフィード流が、母液から抽出されたエネルギーにより冷却される。本発明のある実施態様では、熱交換器はフィード流を冷却するために使用されてもよい。

図１に例証される方法において、母液のエネルギーは、第一の晶析装置又は熱交換器１０１において先ず回収される。晶析装置はスクリュー式晶析装置、又は掻き取り式晶析装置、又は図１に示される結晶化工程における晶析装置の部分又は一部でありうる。また、晶析装置は、連続又は並列で操作される複数の晶析装置でありうる。晶析装置を使用する理由は、ＰＸの凝固点以下に温度が低下し、ＰＸ結晶が生じた場合に、装置詰まりを引き起こしうる固形物の蓄積を防止するために継続的に結晶を除去する必要があるからである。図１に示した実施例では、母液は１０１において−６３℃〜−５４℃に温められ、フィード流は−３５℃〜−４０℃まで冷却される。１０１からの母液は、第二の熱交換器においてさらに温められ、フィード流を冷却するための付加的なエネルギーが回収される。１０２は通常のシェル／チューブ式熱交換器、あるいはさらに有利には、装置詰まりの問題を最小にするために二重管式熱交換器であってもよい。１０２からの母液は、該実施例において例証されるように、第三の熱交換器１０３において約３５℃まで温められ、その後、結晶化プロセスから排出される。この温かい流れは、下流のユニット、例えばキシレン異性体化ユニットにおいて処理される準備が整う。フィード流は、実施例で例証されるように、１０３において４０℃から約−１７℃に冷却される。このようにして、母液からのエネルギーが十分に回収される。

図２に例証される方法においては、第一の晶析装置１０１と第二の晶析装置１０２との間に第四の熱交換器１０４が導入されている点を除き、図１に例証される方法と同様である。第四の晶析装置の追加は、母液からのエネルギーが良好に利用できるように、高温のエネルギー源を利用することである。低温のエネルギー源から高温のエネルギー源へのシフトは、全体的な冷凍工程電力が低減することを意味する。これは、フィード凝固点の直ぐ上までフィード流温度を冷却するための第四の熱交換器１０４への高温のエネルギー源で例証されており；よって、第一の晶析装置１０１は、母液からの低温のエネルギーの利用が最大となっている。１０４のための冷媒は冷凍工程からの冷媒、又は他の適切な冷媒でありうる。

前記説明から、当業者であれば、この開示の必須の特徴を容易に確認でき、その精神及び範囲を逸脱することなく、様々な使用及び条件に開示を適合させるように様々な変化及び変更を行うことができる。上述した実施態様は例証のみを意味するものであって、以下の特許請求の範囲において定まる本開示の範囲を限定するものと解されてはならない。

Claims (14)

1. ＰＸ結晶化プロセスの母液からエネルギーを回収する方法において、
   ＰＸ結晶化ユニットにフィード流を提供し；
   第一の晶析装置又は熱交換器を提供して、低温母液から低温エネルギーを回収し；
   第二の熱交換器を提供して、中間温度母液からエネルギーを回収し；
   第三の熱交換器を提供して、高温母液からエネルギーを回収する
   ことを含み、フィード流が母液により冷却される、方法。
2. 前記低温母液の温度が−５０℃から−７０℃である請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の晶析装置又は熱交換器が、スクリュー式晶析装置、掻き取り式晶析装置、又は主要ＰＸ結晶化工程における晶析装置の一部である請求項１に記載の方法。
4. 前記第一の晶析装置又は熱交換器が、連続で操作される複数の晶析装置を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記第一の晶析装置又は熱交換器が、並列で操作される複数の晶析装置を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記第二の熱交換器がシェル／チューブ型熱交換器である請求項１に記載の方法。
7. 前記第二の熱交換器が二重管式熱交換器である請求項１に記載の方法。
8. ＰＸ結晶化プロセスにおいて、母液からエネルギーを回収する方法であって：
   ＰＸ結晶化ユニットにフィード流を提供し；
   第一の晶析装置又は熱交換器を準備し、低温の母液から低温のエネルギーを回収し；
   第二の熱交換器を準備し、中間温度の母液からエネルギーを回収し；
   第三の熱交換器を準備し、高温の母液からエネルギーを回収し；
   フィード流の温度を低下させる第四の熱交換器を準備することを含む方法。
9. 前記低温母液の温度が−５０℃から−７０℃である請求項８に記載の方法。
10. 前記第一の晶析装置又は熱交換器が、スクリュー式晶析装置、掻き取り式晶析装置、又は主要ＰＸ結晶化工程における晶析装置の一部である請求項８に記載の方法。
11. 前記第一の晶析装置又は熱交換器が連続で操作される複数の晶析装置を含む請求項８に記載の方法。
12. 前記第一の晶析装置又は熱交換器が並列で操作される複数の晶析装置を含む請求項８に記載の方法。
13. 前記第二の熱交換器がシェル／チューブ型熱交換器である請求項８に記載の方法。
14. 前記第二の熱交換器が二重管式熱交換器である請求項８に記載の方法。

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