PT2010032263W - Processo e equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico - Google Patents

Processo e equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico Download PDF

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Sarda Subhash
Ghadge Rajaram
Aduri Pavankumar
Chougule Subhash
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Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA RECUPERAÇÃO DE MATERIAIS VALIOSOS DO FABRICO DE ÁCIDO TEREFTÁLICO"
CAMPO DA INVENÇÃO
Esta invenção refere-se a um processo e equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereffálico.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 0 ácido tereftálico é fabricado por oxidação de fase líquida de p-xileno com ar sobre sistema catalisador de cobalto-manganês-brometo (acetato de cobalto, acetato de manganês, e brometo de hidrogénio) em ácido acético a 150 a 210 °C. A relação de peso relativo de cobalto, manganês e bromo é importante e os valores típicos são relação de 3:1 de manganês:cobalto e relação de 1:5 de cobalto:bromo. No reactor e cristalizador da instalação de fabrico de ácido tereftálico, a maior parte do ácido tereftálico cristaliza fora do licor-mãe e é separada por filtração. O licor-mãe compreende principalmente ácido acético e compostos orgânicos como ácido isoftálico, ácido benzoico e ácido tereftálico e compostos inorgânicos como cobalto e manganês juntamente com ferro, níquel, crómio e sódio. É prática comum reciclar uma grande parte do licor-mãe recuperado para a reacção de oxidação de modo a recuperar o catalisador parcialmente e promover a reacção de oxidação 1 enquanto se purga uma pequena parte para um sistema de recuperação de solvente de modo a manter o nivel de impurezas e subprodutos na reacçao em limites toleráveis. No sistema de recuperação de solvente, a purga de licor-mae é submetida a evaporação para remover uma porção considerável de ácido acético e água deixando para trás um concentrado contendo compostos orgânicos conjuntamente com catalisadores de metais pesados. 0 concentrado aqui referido como efluente de reactor é eliminado por incineração, habitualmente em fornos.
OBJECTIVOS DA INVENÇÃO
Um objectivo da invenção é proporcionar um processo para recuperação de materiais valiosos do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico.
Outro objectivo da invenção é proporcionar um equipamento para recuperação de materiais valiosos do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
De acordo com a invenção proporciona-se um processo para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, compreendendo o processo os passos de diluição do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico com água na relação de peso de 1:1 a 1:12 e refrigeração da diluição do efluente a 5 a 20 °C sob agitação; separação da fase aquosa rica no catalisador de oxidação restante da fase sólida rica em 2 compostos orgânicos; e concentração da fase aquosa para recuperar o catalisador de oxidação restante e água.
De um modo preferido, a diluição do efluente com água é efectuada na relação de peso de 1:10 e a diluição do efluente é refrigerada a 5-15 °C. De um modo preferido, a separação da fase aquosa e fase sólida é efectuada pelo método de separação sólido-líquido. De acordo com uma forma de realização da invenção, a concentração da fase aquosa é efectuada por evaporação da fase aquosa. De acordo com outra forma de realização da invenção, a concentração da fase aquosa é efectuada por precipitação por tratamento com um alcali para ajustar o pH entre 7 e 8 sob agitação seguida de separação do precipitado por filtração. De um modo preferido, o alcali é carbonato de sódio e, de um modo preferido, o precipitado é tratado com ácido acético para converter o catalisador de oxidação restante em acetato. De acordo com outra forma de realização da invenção, a concentração da fase aquosa é efectuada pelo método de separação por membrana.
De acordo com a invenção proporciona-se um equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, compreendendo o equipamento um tanque de refrigeração e diluição revestido, dotado com um agitador e ligado a uma linha de entrada para o efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico e a uma linha de entrada de água de diluição, estando a camisa do tanque de refrigeração e diluição ligada a uma unidade de refrigeração, um separador sólido-líquido cuja entrada está ligada à saída do tanque de refrigeração e diluição, um tambor com indicador dotado com um dispositivo de refervimento e ligado à saída do separador 3 sólido-líquido e um condensador cuja entrada está ligada à saída de vapor do tambor com indicador.
De acordo com a invenção também se proporciona um equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, compreendendo o equipamento um tanque de refrigeração e diluição revestido, dotado com um agitador e ligado a uma linha de entrada para o efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico e a uma linha de entrada de água de diluição, estando a camisa do tanque de refrigeração e diluição ligada a uma unidade de refrigeração, um separador sólido-líquido cuja entrada está ligada à saída do tanque de refrigeração e diluição, um tanque de precipitação dotado com um agitador e ligado à saída do separador sólido-líquido, estando ainda o tanque de precipitação dotado com uma linha de doseamento de alcali e uma linha de saída de CO2, um filtro cuja entrada está ligada à saída do tanque de precipitação e um tanque de regeneração de catalisador dotado com um agitador e ligado à saída do filtro, estando ainda o tanque de regeneração de catalisador dotado com uma linha de doseamento de ácido acético, linha de saída de CO2 e uma linha de saída de catalisador recuperado.
De acordo com a invenção também se proporciona um equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, compreendendo 0 equipamento um tanque de refrigeração e diluição revestido, dotado com um agitador e ligado a uma linha de entrada para 0 efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico e a uma linha de entrada de água de diluição, estando a camisa do tanque de refrigeração e diluição ligada a uma unidade de refrigeração, um separador sólido-líquido cuja entrada está ligada à saída do tanque de 4 refrigeração e diluição e um tanque de armazenamento cuja entrada está ligada à saída do separador sólido-líquido e cuja saída está ligada a um meio de matriz de separador de membrana. A seguir faz-se uma descrição detalhada da invenção com referência aos desenhos anexos, em que; A Fig 1 é um diagrama de fluxo do equipamento para recuperação de materiais valiosos do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico de acordo com uma forma de realização da invenção; A Fig 2 é um diagrama de fluxo do equipamento para recuperação de materiais valiosos do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico de acordo com outra forma de realização da invenção; e A Fig 3 é um diagrama de fluxo do equipamento para recuperação de materiais valiosos do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico de acordo com outra forma de realização da invenção. 0 equipamento IA, como ilustrado na Fig 1 dos desenhos anexos, compreende um tanque 2 de refrigeração e diluição revestido dotado com um agitador 3. A camisa do tanque está marcada com 4. 5 é uma unidade de refrigeração para recirculação de um fluido de arrefecimento (não mostrado) na camisa do tanque 2 por meio de linhas de recirculação marcadas com 6 e 7. 0 tanque 2 está ligado a uma linha 8 de entrada de efluente de reactor e a uma linha 9 de entrada de água de diluição. 10 é um separador sólido-líquido cuja entrada está ligada à saída do tanque 2 por meio da linha 11. A linha de saída de sedimento do separador sólido-líquido está marcada com 12. 13 é um tambor com indicador, cuja linha de descarga de catalisador recuperado está 5 marcada com 14. 15 é um dispositivo de refervimento dotado com o tambor com indicador. 16 é um condensador cuja entrada está ligada à sarda de vapor do tambor com indicador por meio da linha 17. A sarda do condensador está ligada a uma linha 18 de água recuperada que, por sua vez, está ligada à linha 9 de entrada de água de diluição. A entrada de fluido de arrefecimento e a sarda do condensador estão marcadas, respectivamente, com 19 e 20. 0 efluente de reactor (não mostrado) a cerca de 80 a 90 °C da instalação de fabrico de ácido tereftálico (não mostrada) é fornecido ao tanque 2 por meio da linha 8 de entrada de efluente. A água de diluição (não mostrada) é fornecida ao tanque 2 por meio da linha 9 de entrada de água de diluição. A diluição do efluente é efectuada com água no tanque 2 na relação de peso de 1:1 a 1:12, de um modo preferido, 1:10 sob agitação com o agitador 3. A diluição de efluente no tanque 2 é refrigerada a 5-20 °C, de um modo preferido, 5-15 °C por circulação de fluido de arrefecimento (não mostrado) da unidade de refrigeração na camisa do tanque 2. Devido à diluição e refrigeração os compostos orgânicos presentes no efluente solidificam. A fase aquosa rica no
catalisador de oxidação restante é separada da fase sólida rica em compostos orgânicos no separador sólido-líquido. A fase sólida é descarregada através da linha 12 de saída de sedimento. A fase aquosa é assinalada no tambor com indicador. O dispositivo de refervimento referve a fase aquosa e alimenta o tambor com indicador. O concentrado rico no catalisador de oxidação restante é recolhido por meio da linha 14 de descarga de catalisador recuperado. A fase de vapor contendo principalmente água é fornecida ao condensador 16 por meio da linha 17 e é condensada no condensador. A água recuperada no condensador é fornecida ao tanque 2 por meio da linha 18 de água recuperada. 6 0 equipamento 1Β, como ilustrado na Fig 2 dos desenhos anexos, compreende um tanque 21 de precipitação dotado com um agitador 22. 23 é uma linha de doseamento de alcali dotada com o tanque de precipitação. 24 é a saída de gás CO2 do tanque de precipitação. 0 tanque de precipitação está ligado à saída do separador sólido-líquido por meio da linha 25. 26 é um filtro ligado à saída do tanque de precipitação por meio da linha 26a. 27 é a linha de saída de filtrado do filtro. 28 é um tanque de regeneração de catalisador cuja entrada está ligada à saída do filtro por meio da linha 27a. 0 tanque 28 de regeneração está dotado com um agitador 29. 30 é uma linha de doseamento de ácido acético dotada com o tanque de regeneração. 31 é a saída de gás CO2 do tanque de regeneração. 32 é a linha de saída de catalisador recuperado do tanque de regeneração. A fase aquosa proveniente do separador sólido-liquido é tratada no tanque 21 de precipitação com um alcali, de um modo preferido, carbonato de sódio sob agitação para precipitar o catalisador orgânico. A precipitação é efectuada a um pH de 7-8. A suspensão compreendendo o catalisador restante é filtrada no filtro e a fase sólida é fornecida ao tanque de regeneração. O filtrado, nomeadamente a água recuperada, é escoado por meio da linha 27 de saída de filtrado. O catalisador é convertido no acetato no tanque de regeneração por tratamento com ácido acético sob agitação e recolhido por meio da linha 32 de saída. O equipamento 1C, como ilustrado na Fig 3 dos desenhos anexos, compreende um tanque 33 de armazenamento cuja entrada está ligada à saída do separador 10 sólido-líquido por meio da linha 34. Uma pluralidade de separadores de membrana está marcada com 35, 36, 37 e 38. A entrada do separador 35 de membrana está ligada à saída do tanque 33 de armazenamento por meio da linha 39. A linha 40 de rejeição do separador 35 de 7 membrana está ligada a um tanque 41 de lavagem que, por sua vez, está ligado à entrada do separador 36 de membrana por meio da linha 42. 43 é um tanque de armazenamento de rejeição ligado à linha 44 de rejeição do separador 36 de membrana e ligado ainda à entrada do separador 37 de membrana por meio da linha 45. 46 é um tanque de armazenamento de catalisador recuperado, ligado ao separador 37 de membrana por meio da linha 47a. A linha de saída de catalisador recuperado do tanque 46 de armazenamento está marcada com 47b. As linhas de saída marcadas com 48, 49 e 50 dos separadores 35, 36 e 37 de membrana, respectivamente, estão ligadas à entrada do separador 38 de membrana por meio da linha 51. 52 é uma linha de doseamento de alcali ligada através da linha 51 próxima da entrada do separador 38 de membrana. 53 é uma linha de água recuperada ligada à saída do separador 38 de membrana e à linha 9 de entrada de água de diluição. 54 é uma linha cruzada, ligada à linha 53 e ao tanque 41 de lavagem. 55 é a linha de saída de água residual do separador 38 de membrana. A fase aquosa do separador 10 sólido-líquido é armazenada no tanque 33. A fase aquosa sofre osmose inversa no separador 35 de membrana. A fase sólida contendo o catalisador restante é lavada no tanque 41 de lavagem e submetida a subsequente osmose no separador 36 de membrana. A rejeição do separador 36 de membrana é armazenada no tanque 43 de armazenamento e fornecida ao separador 37 de membrana. A rejeição é ainda submetida a osmose inversa no separador 37 de membrana. O catalisador recuperado é recolhido e armazenado no tanque 46 e recuperado por meio da linha 47b de saída. Os permeados dos separadores 35, 36 e 37 de membrana são ainda submetidos a osmose inversa no separador 38 de membrana. A alimentação para o separador 38 de membrana é doseada com um alcali, de um modo preferido, soda cáustica de modo a solidificar os compostos orgânicos, se existirem. O tratamento de alcali é efectuado para ajustar o pH entre 7 e 8. 8 A água residual é descarregada por meio da linha 55 de saida de água residual e a água recuperada é parcialmente fornecida à linha 9 de entrada e parcialmente fornecida ao tanque 41 de lavagem.
De acordo com a invenção, materiais valiosos no efluente de reactor, nomeadamente o catalisador de oxidação restante e a água, são, deste modo, recuperados e reutilizados em vez de serem eliminados por incineração.
Os exemplos experimentais seguintes são ilustrativos da invenção mas não são limitativos do seu âmbito.
Exemplo 1 (a) Num equipamento típico da Fig 1 dos desenhos anexos, efluente de reactor (50 litros) a 90 °C foi diluído com água nas relações de peso de 1:1, 1:2, 1:5, 1:8, 1:10 e 1:12 sob agitação e refrigerado a 10 °C. As percentagens de recuperação de materiais orgânicos como cobalto e manganês foram, respectivamente, 9, 21, 53, 77, 91, 92 e 10, 25, 62, 85, 94, 99. (b) Para manter o nível de impurezas dos materiais orgânicos e subprodutos no reactor em limites toleráveis, foram efectuadas algumas experiências variando a temperatura de refrigeração do efluente de reactor para 5 °C, 10 °C e 15 °C. Verificou-se que a percentagem global de recuperação dos materiais orgânicos era, respectivamente, de 80, 84 e 87. 9 (c) A solução recuperada de 1:10 de diluição e temperatura de refrigeração de 10 °C foi concentrada por evaporação para recuperar 80 a 85% de água.
Exemplo 2
Num equipamento típico da Fig 2 dos desenhos anexos, efluente de reactor (50 litros) a 90 °C foi diluído com água na relação de peso de 1:10 sob agitação e refrigerado a 10 °C. A precipitação do catalisador orgânico foi efectuada com adição de carbonato de sódio até o pH da solução ser de 7 a 8. Efectuou-se mais adição de ácido acético para converter os carbonatos em acetatos. Verificou-se que as percentagens de recuperação de cobalto e manganês foram de 95 e 94, respectivamente.
Exemplo 3
Num equipamento típico da Fig. 3 dos desenhos anexos, efluente de reactor (50 litros) a 90 °C foi diluído na relação de peso de 1:10 sob agitação e refrigerado a 10 °C. Verificou-se que as percentagens de recuperação de cobalto e manganês foram de 98 e 99, respectivamente. Foi também recuperada água precipitando os orgânicos restantes do permeado dos primeiros três separadores de membrana por adição de soda cáustica até o pH do permeado ser de 7 a 8 e, depois, passando a solução através do quarto separador de membrana. Verificou-se que a percentagem de recuperação da água estava no intervalo de 35 a 40.
Lisboa, 21 de Março de 2011 10

Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, em que o processo é caracterizado pelos passos de diluição do efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico com água na relação de peso de 1:1 a 1:12 e refrigeração da diluição do efluente a 5 a 20 °C sob agitação; separação da fase aquosa rica no catalisador de oxidação restante da fase sólida rica em compostos orgânicos; e concentração da fase aquosa para recuperar o catalisador de oxidação restante e água.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por a diluição do efluente com água ser efectuada na relação de peso de 1:10.
  3. 3. Processo de acordo com as reivindicações n° 1 ou n° 2, caracterizado por a diluição do efluente ser refrigerada a 5 a 15 °C.
  4. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações n°s 1 3, caracterizado por a separação da fase aquosa e fase sólida ser efectuada por método de separação sólido-líquido .
  5. 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações noS 1 4, caracterizado por a concentração da fase aquosa ser efectuada por evaporação da fase aquosa.
  6. 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações η°ε 1 4, caracterizado por a concentração da fase aquosa ser efectuada por precipitação por tratamento com um alcali para ajustar o pH entre 7 e 8 sob agitação, seguido de separação do precipitado por filtração.
  7. 7. Processo de acordo com a reivindicação n° 6, caracterizado por o alcali ser carbonato de sódio.
  8. 8. Processo de acordo com as reivindicações n° 6 ou n° 7, caracterizado por o precipitado ser tratado com ácido acético para converter o catalisador de oxidação restante em acetato.
  9. 9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações noS 1 4, caracterizado por a concentração da fase aquosa ser efectuada por método de separação por membrana.
  10. 10. Equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, em que o equipamento é caracterizado por um tanque de refrigeração e diluição revestido, dotado com um agitador e ligado a uma linha de entrada para o efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico e a uma linha de entrada de água de diluição, estando a camisa do tanque de refrigeração e diluição ligada a uma unidade de refrigeração, um separador sólido-liquido cuja entrada está ligada à saida do tanque de refrigeração e diluição, um tambor com indicador dotado com um dispositivo de refervimento e ligado à saida do separador sólido-liquido e um condensador cuja entrada está ligada à saida de vapor do tambor com indicador.
  11. 11. Equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, de acordo com a reivindicação n° 10, em que o equipamento é caracterizado por um tanque de refrigeração e diluição revestido, dotado com um agitador e ligado a uma linha de entrada para o efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico e a uma linha de entrada de água de diluição, estando a camisa do tanque de refrigeração e diluição ligada a uma unidade de refrigeração, um separador sólido-liquido cuja entrada está ligada à salda do tanque de refrigeração e diluição, um tanque de precipitação dotado com um agitador e ligado à saida do separador sólido-liquido, estando ainda o tanque de precipitação dotado com uma linha de doseamento de alcali e uma linha de saida de C02, um filtro cuja entrada está ligada à saida do tanque de precipitação e um tanque de regeneração de catalisador dotado com um agitador e ligado à saida do filtro, estando ainda o tanque de regeneração de catalisador dotado com uma linha de doseamento de ácido acético, linha de saida de CO2 e uma linha de saida de catalisador recuperado.
  12. 12. Equipamento para recuperação de materiais valiosos do fabrico de ácido tereftálico, de acordo com a reivindicação n° 10, em que o equipamento é caracterizado por um tanque de refrigeração e diluição revestido, dotado com um agitador e ligado a uma linha de entrada para o efluente de reactor do fabrico de ácido tereftálico e a uma linha de entrada de água de diluição, estando a camisa do tanque de refrigeração e diluição ligada a uma unidade de refrigeração, um separador sólido-liquido cuja entrada está ligada à saida do tanque de refrigeração e diluição e um tanque de armazenamento cuja entrada está ligada à saida do meio separador sólido-líquido e cuja saída está ligada a um de matriz de separador de membrana. Lisboa, 6 Setembro de 2011
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