TW201602077A - 整合純化對苯二甲酸製造及聚酯聚合反應之工廠中之汙染防治 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於製備純對苯二甲酸(PTA)及使用該PTA製造聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)之整合系統。有利地，本文中所描述之整合系統設計可使來自PET製造操作之反應物、催化劑或雜質污染該PTA製造操作之可能性減至最低。亦描述使用該整合系統製造PET之方法。

Description

整合純化對苯二甲酸製造及聚酯聚合反應之工廠中之汙染防治

本發明係關於經改進的整合純對苯二甲酸(PTA)及聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)聚合反應之工廠。

聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)樹脂係例如以纖維形式及以瓶用樹脂形式廣泛製造及使用。PET常用於製造飲料及食物容器、熱成形應用、紡織品及作為工程樹脂。PET為通常由二醇(例如，乙二醇)及對苯二甲酸(或對苯二甲酸二甲酯)形成之聚合物。

因此，用於PET製造之原料為乙二醇及鄰苯二甲酸。對於聚酯纖維之製造，鄰苯二甲酸通常為100%對苯二甲酸，但對於瓶用樹脂，其可含有至多5%間苯二甲酸。可在任何時刻將催化劑及其他添加劑添加至該製程中。在該製程之第一階段中，在冷態下組合乙二醇及對苯二甲酸，且隨後將其加熱以進行酯化反應，形成寡聚物及作為副產物之水蒸氣。隨後，使寡聚物聚合以形成PET聚合物產物，以及作為副產物之乙二醇及水。隨後，所得聚合物可例如成形為待出售之聚合物薄片(chip)或可直接饋入下游聚酯紡絲設備。

用於PET製造製程中之對苯二甲酸通常呈純對苯二甲酸(PTA)形 式。PTA係以二階段製程製備，其中氧化對二甲苯以得到粗對苯二甲酸產物，且將粗對苯二甲酸產物自與之相聯之雜質純化及分離，得到PTA。PTA一般係以PTA濕濾餅形式分離，隨後將其饋入乾燥器(例如，旋轉蒸汽管式乾燥器)以產生乾燥PTA，將其冷卻且儲存以供隨後用於PET聚合反應或直接運輸至PET聚合反應工廠。

此種製造可用於PET聚合反應工廠之乾燥PTA之製程需要與所需設備、原料及多步驟製程之能量需求相關的大量預付資金成本。此外，需要大量水，且必須處理大量含水廢液，且可能存在處置問題。 另外，可能損失廢液中溶解之PTA及其他有價值之物質。自富含對甲苯甲酸之母液流分離之後，PTA晶體濕濾餅係呈純形式，但不能直接使用此潮濕形式。因此，在用於PET製造之前需要額外能量輸入僅為乾燥起始材料。甚至使用更多能量將PTA自乾燥器輸送至儲存庫，且隨後自儲存庫輸送至下游聚合反應工廠，且接著再加熱PTA粉末以在聚合反應工廠內與乙二醇反應。

因此，提供使PTA能直接用於PET製造工廠以減少資金成本及操作成本之方法將為有利的。此前，將PTA純化工廠與PET製造工廠整合受到阻礙，因為此類整合存在PET製造工廠中的二醇(例如，乙二醇)試劑可能污染PTA純化工廠之固有風險。PET聚合反應工廠中使用且回收之乙二醇含有痕量的用於PET製造之各種催化劑材料及已存在於該等催化劑材料中之污染物(包括(但不限於)銻、磷酸鹽及砷)。此等催化劑及污染物中有許多能夠使貴金屬催化劑(包括通常用於對苯二甲酸純化之一或多種催化劑)中毒。若此等催化劑及污染物污染PTA純化製程，則此將導致純化工廠鈀催化劑之迅速中毒，此可顯著降低該製程之效率。

因此，希望提供一種整合對苯二甲酸純化工廠及PET製造工廠， 其減少或防止對苯二甲酸純化工廠受來自PET製造工廠之催化劑及污染物污染之可能。

本發明提供一種整合對苯二甲酸(TA)純化工廠及聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)製造工廠。有利地，該整合工廠經設計以使輸送至TA純化工廠的與PET製造製程相關之試劑及/或污染物最少或有效消除。 在某些實施例中，此類整合藉由消除通常與提供用於製造PET之純對苯二甲酸(PTA)試劑相關的一或多個步驟，可改良PET製造之整體效率。

在本發明之一個態樣中提供一種用於純化粗對苯二甲酸及製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之整合方法，其包含：(a)提供結晶純對苯二甲酸於含水介質中之物流；(b)在過濾裝置中分離含水介質之至少一部分以提供濕潤的純對苯二甲酸；(c)將濕潤的純對苯二甲酸直接自過濾裝置輸送至容器且使純對苯二甲酸與二醇在該容器中接觸以得到反應物漿液；(d)將反應物漿液直接傳送至用於製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之聚合反應器；及(e)維持容器之壓力等於或小於過濾裝置壓力。

在一些實施例中，維持步驟包含整合連接容器與過濾裝置之蒸氣平衡管線。在一些實施例中，維持步驟包含向過濾裝置施加正壓。舉例而言，在某些實施例中，正壓可藉由以下一或多個步驟施加：控制與過濾裝置相關聯之第一壓力控制閥；及使容器排氣。視情況，可藉由與該容器相關聯且壓力設定比第一壓力控制閥之壓力低的第二壓力控制閥控制排氣。

在某些實施例中，提供步驟包含：(i)將粗對苯二甲酸溶解於含水介質中以產生包含一或多種雜質之含對苯二甲酸溶液；(ii)使對苯二甲酸溶液與氫氣接觸以減少存在於粗對苯二甲酸中之雜質之至少一部分，從而產生純對苯二甲酸及氫化雜質；及(iii)使純對苯二甲酸結晶。在某些實施例中，接觸步驟進一步包含使對苯二甲酸溶液暴露於 高溫及高壓且引入氫化催化劑。氫化催化劑可不同，且可為例如負載型鈀催化劑。

在一些實施例中，分離步驟包含以下一或多個步驟：在過濾器表面上過濾純對苯二甲酸，洗滌純對苯二甲酸，及乾燥純對苯二甲酸。在某些實施例中，該方法可進一步包含跨過濾器表面施加壓差。

在一些實施例中，輸送步驟可包含經由非密封輸送管線傳遞純對苯二甲酸。非密封輸送管線可視情況包含通向容器之直通管線。在某些實施例中，非密封輸送管線可包含一或多個螺旋傳送機。有利地，在一些實施例中，根據本文所揭示之方法，在將二醇與純對苯二甲酸組合之前對其進行加熱。舉例而言，在特定實施例中，將二醇加熱至在約130℃與約150℃之間的溫度。

在本發明之另一態樣中提供一種用於純化粗對苯二甲酸及製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之整合系統，其包含：(a)包含過濾區及洗滌區之過濾裝置，用以自粗對苯二甲酸移除雜質之至少一部分且提供濕潤的純對苯二甲酸；(b)與過濾裝置直接流體連接之容器，其包含用於添加濕潤的純對苯二甲酸之第一入口及用於添加二醇之第二入口；(c)適用於維持該容器壓力等於或小於過濾裝置之壓力之一或多條管線；及(d)與該容器直接流體連接之聚(對苯二甲酸乙二酯)聚合反應器。

在某些實施例中，該一或多條管線可包含與該容器及該過濾器流體連接之蒸氣平衡管線。在一些實施例中，蒸氣平衡管線包含內嵌式冷凝器。在一些實施例中，該一或多條管線可包含：(i)適用於控制壓力流流入過濾裝置中之第一壓力控制閥；及(ii)適用於控制壓力流自該容器流出之第二壓力控制閥。該第二壓力控制閥之壓力可有利地設定為低於第一壓力控制閥之壓力。在一些實施例中，該一或多條管線可進一步包含內嵌式冷凝器。

在某些實施例中，本文中所描述之整合系統可進一步包含傳送裝置，用以提供過濾裝置與容器之間的直接流體連接。在某些實施例中，該傳送裝置可有利地不對蒸氣輸送進行密封。在特定實施例中，該傳送裝置包含螺旋傳送機(例如，未密封之螺旋傳送機)。

316‧‧‧過濾器

320‧‧‧過濾器殼體

332‧‧‧抽吸單元

336‧‧‧噴嘴

344‧‧‧收集段/濾餅收集段

346‧‧‧壓縮器

347‧‧‧管線

348‧‧‧管線

350‧‧‧貯槽

352‧‧‧管線

354‧‧‧液位控制閥

356‧‧‧閥

358‧‧‧壓差感測器

360‧‧‧閥

362‧‧‧閥

364‧‧‧壓力感測器

370‧‧‧分離罐

371‧‧‧洗滌塔

372‧‧‧噴嘴/洗滌液噴嘴

380‧‧‧再漿化容器

381‧‧‧蒸氣平衡管線/壓力平衡管線

382‧‧‧螺旋傳送機

390‧‧‧冷凝器單元/冷凝器

PC1‧‧‧壓力控制器

PC2‧‧‧壓力控制器

已由此大體上描述本發明，現將參看隨附圖式，該等圖式不必按比例繪製，且其中：圖1為展示應用旋轉過濾器自漿液分離PTA之圖；圖2為在大部分本文中所描述之整合工廠之情形下的例示性過濾器之示意性說明；圖3為用於製造及洗滌擬用於本文中所描述之整合工廠之過濾裝置內之蒸汽的視情況選用之組件佈置的示意性說明；圖4為本發明一個實施例之示意性說明，其中使用了蒸氣平衡管線在回漿容器(例如，再漿化容器(reslurry vessel))與過濾器中維持相似的壓力；圖5為本發明一個實施例之示意性說明，其中使用了兩個壓力控制單元在回漿容器(例如，再漿化容器)與過濾器中維持相似的壓力；及圖6為本發明一個實施例之示意性說明，其中使用了蒸氣平衡管線在回漿容器(例如，再漿化容器)與過濾器中維持相似的壓力，且在該平衡管線中設有冷凝器。

現將參照隨附圖式，在下文中更完整地描述本發明，在該等圖式中展示了本發明之某些但非所有實施例。實際上，此等發明可以多種不同形式實施，且不應解釋為限於本文中闡述之實施例；確切而言，提供此等實施例以使得本發明將滿足適用的法律要求。類似編號 始終指代類似元件。除非上下文另作明確規定，否則如本說明書及所附申請專利範圍中所使用，單數形式「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」包括複數個(種)指示物。

簡言之，本發明提供用於製造純對苯二甲酸(PTA)及聚對苯二甲酸乙二酯(PET)之系統及方法。更具體而言，本發明提供這樣一種方法，該方法整合了該等製造PTA及PET之系統及方法以獲得整合系統，從而與此等製程獨立操作之系統相比，提供能量及成本節約。

一般而言，本發明涉及以下步驟：提供及/或製造粗對苯二甲酸(CTA)，隨後將其純化以提供PTA。粗對苯二甲酸例如可如本申請案之先前技術部分中所描述來提供。亦參見例如Turner等人之國際申請公開案第WO/1993/024440號及Hindmarsh等人之WO 1995/019335，均以全文引用的方式併入本文中。通常，CTA係藉由對二甲苯之空氣氧化來製造。達成此氧化之具體方法可改變。在一些實施例中，在高壓及高溫下進行對二甲苯之氧化。溶劑可改變，且通常包含脂族羧酸，諸如乙酸。催化劑可改變，且為足以確保對二甲苯氧化之任何氫化催化劑。舉例而言，在某些實施例中，氫化催化劑可包含乙酸鈷及乙酸錳。在某些該等條件下，形成CTA且其可在主反應器中沈澱，共沈澱反應中間體、有機副產物及催化劑。在可使用該材料製造聚酯產物之前，必須移除此等反應中間體、有機副產物及催化劑(亦即，必須純化CTA以形成PTA)。

在一些實施例中，移除反應中間體、有機副產物及催化劑之方法可包含選擇性氫化CTA之水溶液。當將含水介質添加至CTA中時，一般形成漿液，該漿液可隨後在高溫下加熱以溶解CTA。在某些實施例中，可在高壓(在約60巴與約100巴之間，例如，約80巴)及高溫(例如，在約250℃與約350℃之間，例如，約285℃)下，使用氫氣氫化所得CTA溶液。通常在該製程中使用氫化催化劑，例如，負載型貴金屬 催化劑(例如，鈀/碳)。進行氫化之方法可改變，但在某些實施例中宜藉由使CTA溶液(例如，20wt%至50wt%對苯二甲酸溶液)在高溫下在氫氣存在下通過溢流式催化劑床來進行。此氫化步驟一般會使CTA中之各種有機雜質減少，包括4-羧基苯甲醛(4CBA)，其為CTA之主要雜質之一。4CBA在該等條件下可有利地氫化成對甲苯甲酸。

隨後，通常使所得含有對苯二甲酸、水及雜質之溶液經受降溫及/或降壓，使得對苯二甲酸自溶液結晶(而至少一部分雜質仍在溶液中)。舉例而言，在一些實施例中，使用一系列再結晶器階段，其中每個再結晶器階段之壓力漸進地降低。出於此目的，可使用任何數目之階段(例如，約1個與約10個之間，諸如至少約一個，至少約兩個，至少約三個，或至少約四個)。在一個特定實施例中，第一結晶器階段可在約35巴至50巴範圍內操作，第二結晶器階段可在約20巴至33巴範圍內操作，第三結晶器階段可在約10巴至19巴範圍內操作，第四結晶器階段可在約6巴至10巴範圍內操作，且第五結晶器階段可在約3巴至9巴範圍內操作。順著該等結晶器階段，漿液之溫度可例如在約100℃至約220℃範圍內(例如，通常為約135℃至約180℃)。

在某些實施例中，可將所得對苯二甲酸於水溶液中之漿液傳遞至過濾裝置中，其中可藉由一或多個液體/固體分離步驟回收PTA。將對苯二甲酸漿液引入過濾裝置中之方法可改變。在一個實施例中，可藉由泵及流量控制閥將儲存於貯槽中之對苯二甲酸漿液饋入過濾裝置(例如，轉鼓/壓力過濾器)中。在一些實施例中，在至少約60℃(例如，在約100℃與約200℃之間，諸如在約120℃與約180℃之間)溫度下將漿液引入過濾裝置中。在一些實施例中，在約3巴至9巴之間(例如，約8巴)的壓力下，將漿液引入過濾裝置中。在較佳實施例中，以使進料之飽和壓力小於過濾裝置內所含過濾介質下部(下游側)上之絕對壓力的方式使漿液沈積。使對苯二甲酸流在高溫及/或高壓下沈積 於過濾裝置中為有利的，因為歸因於含水介質在高溫下黏性較低可使過濾得到改良。此外，當在高溫及/或高壓下過濾對苯二甲酸產物時，雜質(包括(但不限於)對甲苯甲酸)較少會共結晶。因此，在一些實施例中可獲得更高純度之對苯二甲酸產物，且在自其移除之含水介質中存在相應地較高含量之雜質(例如，對甲苯甲酸)，其在該製程內合意地得到回收。高溫亦可准許熱量回收，且因此降低可變成本。高溫亦意味著升高後續PET製造製程內PTA/乙二醇漿液之溫度所需的熱量減至最少。

上文所指出之對甲苯甲酸雜質通常以一或多種形式存在於對苯二甲酸漿液中，包括溶解於水中之對甲苯甲酸形式、已在PTA晶體表面上結晶之對甲苯甲酸形式，及已與PTA共結晶且因此存在於PTA晶體之主體內的對甲苯甲酸形式。一般藉由過濾裝置將結晶PTA與水及雜質分離。因為對甲苯甲酸比對苯二甲酸更易溶於水，所以對甲苯甲酸雜質在結晶及產物回收階段期間主要保留在水溶液中以提供PTA。因此在某些實施例中，過濾裝置之目的為藉由母液之置換移除及藉由自濾餅之母液置換洗滌而自對苯二甲酸儘可能多地移除對甲苯甲酸，從而亦移除存在於晶體表面上之對甲苯甲酸。

根據本發明，一種例示性過濾裝置包含如圖1中所說明之整合洗滌設備。過濾裝置可包含多個不同區域，其中可進行過濾、洗滌及/或乾燥。舉例而言，圖1描繪了具有過濾區、乾燥區、洗滌區、乾燥區及排放區之過濾裝置。在其他實施例中，可使用包括更多或更少數目區域之過濾器裝置。在一些實施例中，可組合兩個或兩個以上區域以形成過濾裝置之區段。舉例而言，可將過濾區及乾燥區組合在單個區段內，且可將洗滌區及乾燥區組合在單個區段內。

過濾裝置之過濾材料可包含足以將固體PTA與對甲苯甲酸分離之任何材料。在一個例示性實施例中，所用過濾裝置(例如，具有整合 洗滌設備之過濾裝置)包含市售之旋轉壓力過濾器。旋轉壓力過濾器可包含外殼，在其內安裝了載有過濾介質之圓柱形支架，繞垂直於該過濾介質之平面的水平軸旋轉。在某些實施例中，過濾材料可為包含諸如聚酯、聚丙烯、聚醚醚酮、其組合或其類似物之塑膠的金屬網或布。過濾器表面宜呈條帶形式，較佳呈連續條帶形式，其可移動(例如，連續或間歇性移動)以傳送包含對苯二甲酸之材料。漿液可例如供應至過濾器殼體之下部區域，其形成儲集器。在一個實施例中，該儲集器在一側上與堰板(weir)交界，由此使儲集器內所含漿液具有恆定深度。溢流液可進入(如圖1中所展示)溢流段。在一些實施例中，溢流液可經由液位控制閥抽出且再循環至漿液儲料罐，該控制受漿液溢流段內漿液之液位影響。

旋轉壓力過濾器可進一步包含位於所安裝的載有過濾介質之圓柱形支架內部內的抽吸單元，以便自過濾材料內部抽出液體。此佈置使得當該支架以順時針方向旋轉時，圓柱形過濾器外圍之連續部分浸入儲集器(如圖1中之「進料」所說明)，且逆過濾介質抽取漿液，從而在過濾介質之上游面上形成固體材料濾餅(例如，對苯二甲酸晶體，亦即，「PTA濾餅」)。(應注意，亦可以逆時針方向旋轉，未描繪於圖1中)。藉由跨該過濾介質施加壓差來有利地驅動過濾製程。可藉由將加壓流體供應至過濾器殼體與過濾介質之間的空間來產生此類壓力。在該等實施例中，由流體施加之壓力使得經由濾餅之厚度建立小壓差。通常，此壓差為約0.1巴至2巴。參照上文所指出之典型漿液壓力，可以約8.5巴壓力供應加壓流體，且在過濾介質下游側之壓力通常低0.1巴至2巴，但至少實質上等於或大於結晶製程最後一個階段中存在的壓力。

在一些實施例中，用於向過濾介質上游側加壓之流體包含以液體形式存在之溶劑及/或用於建立壓差目的之溶劑係以其氣相(例如， 包括(但不限於)蒸汽)形式存在。在一個實施例中，在過濾裝置中跨過濾介質提供壓差之加壓流體包含自本文中所描述之整合工廠之其他地方提供的加熱蒸汽。舉例而言，在一特定實施例中，如圖2中所說明，可藉由壓縮器346對蒸汽加壓，且經由管線348將其引入過濾裝置之過濾器殼體320中。蒸汽可圍繞過濾裝置內之路徑循環，其中蒸汽穿過濾餅及過濾介質，進入抽吸單元332(與濾液一起)，且經由管線347及管線352返回壓縮器346。藉由抽吸單元332移除之濾液可收集在貯槽350中，經由液位控制閥354自該貯槽將濾液抽出以進一步處理。 藉由閥356及在管線347與管線348之間耦接的壓差感測器358控制蒸汽向旋轉過濾器之供應。視需要，可經由閥360自系統清除過量蒸汽，同時視需要可經由閥362供應補充蒸汽，兩者均在壓力感測器364之控制下。供應至系統之加壓流體(例如，蒸汽)供應可來源於任何合適之來源；舉例而言，在一些實施例中，其可包含來源於在過濾系統上游某一處之純化製程的蒸汽。此類蒸汽之一個例示性來源為在應用於自氫化反應器抽出之溶液之習知PTA結晶製程期間產生的蒸汽，如上文中更詳細描述。

用作施壓流體之加壓流體(例如，蒸汽)之溫度通常略高於將該溶液引入過濾器之處之溫度。因此，例如，當在8巴壓力及170℃下引入該溶液時，作為加壓蒸汽進入之蒸汽將為約173℃至175℃，且尤其是確保不存在冷凝傾向之溫度。在該等實施例中，該佈置使得在濾餅上游側及下游側施壓流體之溫度實質上相同，且該設備將為熱隔絕的，以避免當施壓流體圍繞系統循環時熱量損耗。實際上，藉由壓縮器346壓縮循環流體將熱量引入循環蒸汽中，且可提供用於調節或控制進入過濾器之蒸汽之溫度的方法。舉例而言，此可藉由以下方式達成：在壓縮之後，使加壓流體(例如，蒸汽)通過熱交換器，或將呈液相或氣相(取決於需要加熱還是冷卻，例如蒸汽或水)之另一加壓液體 控制性注入再循環蒸氣以調節其溫度，由此使進入過濾器之加壓流體(例如，蒸汽)在所需溫度範圍內。

如圖3中所展示，在一些實施例中，離開壓縮器346之施壓流體(例如，蒸汽)可含有揮發性對甲苯甲酸，在自噴嘴336用洗滌流體洗滌PTA濾餅之後，對甲苯甲酸會污染該濾餅。在某些實施例中，為防止此類污染發生，將洗滌塔371併入分離罐370中，以使得離開分離罐370之施壓流體歷經一系列塔板或在洗滌塔371內之填充段以逆流方式與洗滌介質接觸。洗滌介質通常為經由噴嘴372添加之水。詳細佈置展示於圖3中。使用之後，洗滌介質可與離開貯槽350之材料(包括藉由抽吸單元332移除之濾液)組合。

參看圖1中所說明之實施例，在過濾裝置本身內，藉由旋轉過濾介質將來自進料段之漿液運載至包含過濾單元之第一區，其中藉由經過濾介質過濾漿液將對苯二甲酸晶體與含水介質分離以獲得濕潤的晶體塊狀物。過濾器轉鼓通常旋轉通過此漿液進料，其圍繞轉鼓外部之下部區段循環，且在轉鼓內部與外部之間維持的壓差可促使經由轉鼓抽取漿液中的水(在某些實施例中包括溶解之雜質)，同時在轉鼓外部上形成濕晶體之濾餅。

在圖1之實施例之第二區中，濾餅經歷第一乾燥階段。當過濾器轉鼓進一步旋轉時，經由轉鼓抽取氣體，使得濕晶體濾餅藉由部分置換富含對甲苯甲酸之母液(其在第一過濾步驟中形成濾餅之後仍保留在晶體之間)進行乾燥。在某些實施例中，該氣體可包含蒸汽(例如，可能主要為蒸汽)，其中該蒸汽可具有較小過熱程度。隨後，可將所得濾餅輸送至下一區域，無需再漿化。

在圖1之實施例之第三區域中，進行洗滌步驟，其中使洗滌流體接觸濾餅以自晶體移除其他雜質(例如，對甲苯甲酸)。可例如經由如上文圖1之洗滌階段3所展示之噴嘴供應洗滌流體。洗滌流體可改變， 且在某些實施例中，其可包含加熱至實質上與過濾器進料流相同之溫度之去礦質水。在某些實施例中，使用溫度與晶體相似之洗滌流體可有助於避免閃蒸或驟冷問題(以及由此引起之雜質沈澱之風險)。此洗滌步驟可例如在過濾器表面上進行，其中將洗滌流體施加於濾餅，同時實現過濾，由此洗滌液可穿過濾餅且穿過過濾器表面置換剩餘母液。在某些實施例中，此區域有利地包含單階段洗滌，其中洗滌溶液作為單一物流或在洗滌溶液分離之後作為複數個物流僅穿過該過濾器表面一次。若需要，則此區域可替代地包含一系列洗滌階段，其中洗滌液穿過該過濾器表面超過一次。在該等實施例中，一系列洗滌階段可為並流或逆流的，其中在每個階段中，使引入之水溶液穿過對苯二甲酸酯晶體，且過濾器表面為在一或多個先前階段中穿過晶體及過濾器表面之水溶液洗滌液。然而，在最後一個階段中，洗滌流體較佳為新製的(亦即，清潔溶劑，例如水)。在過濾器內，可視情況將洗滌流體與主濾液隔開且分開收集，從而允許其在該製程內再使用以使水用量最少。

圖1中所說明之實施例之第四區域包含第二乾燥區。在此區域中，來自第三區域之濾餅進入乾燥區，在其中自濾餅移除用於第三區域中之洗滌流體及漿液中之任何殘餘溶液。當過濾裝置包含過濾器轉鼓時，過濾器轉鼓進一步旋轉，從而經由轉鼓抽取氣體且進一步乾燥濾餅。預期濾餅濕潤度在約5%至15%範圍內，且目標為小於10%。此區域中之乾燥氣體可包含惰性氣體(例如，主要為氮氣)或過熱蒸汽，或較佳為惰性氣體與蒸汽之混合物。

如上文所指出，較佳在此等區域中之至少一者中維持跨過濾器表面之壓差，以使得在過濾器表面之較低壓力側，壓力實質上等於或大於即將引入對苯二甲酸漿液至過濾裝置中之前存在的壓力。舉例而言，在一些實施例中，此第二乾燥步驟之壓差可使得在過濾器表面之 較低壓力側，壓力至少等於最後一個結晶器階段中存在之壓力(其將通常為超大氣壓力，例如在約1.5巴與15巴之間，或為約3巴至約10巴)。較佳地，在某些實施例中，該壓差將使得在該等區域中之每一個中的過濾器表面之較低壓力側，壓力至少等於最後一個結晶器階段中(亦即，在結晶器階段之後的對苯二甲酸漿液中)存在之壓力。通常，在該等區域中之每一個中跨過濾器表面之壓差為至少約0.05巴，其中過濾器表面上對苯二甲酸晶體塊狀物所處一側具有比過濾器另一側更高的壓力。較佳地，壓差為約0.1巴至10巴，更佳為0.2巴至3巴，且尤其為0.2巴至1巴，例如0.3巴。過濾器之較低壓力側上之實際壓力所維持的壓力係使得第三區域中之洗滌流體及(若適用)第一區域中富含對甲苯甲酸之母液(其經由過濾器表面移除)實質上保持在液相中。 過濾器表面之較高壓力側較佳維持在高壓，有利地在2巴至15巴且尤其在3巴至10巴，且有利地高於該製程中前述減少壓力之步驟的壓力。

有利地，藉由在旋轉過濾器轉鼓上過濾該漿液進行此等步驟(亦即，參照如圖1所說明中之區域1-4的本文中所描述之步驟)中之每一個，該旋轉過濾器轉鼓為可移動的，以輸送對苯二甲酸通過該等區域。以此方式，避免對苯二甲酸之再漿化，且藉由經過濾器表面實現過濾以使過濾器表面之較低壓力側處在不小於該超大氣壓力之壓力下，可實質上實現自對苯二甲酸之液體移除，同時不伴隨閃蒸，從而減小可溶性雜質沈澱及污染純對苯二甲酸之塊狀物的傾向。另外，減小材料沈澱及染汙過濾介質之任何傾向。分離(亦即，本文中所描述之一或多個過濾、洗滌及/或乾燥步驟)可有利地自PTA晶體移除至少一部分對甲苯甲酸，且最有利地，可自PTA晶體移除大部分對甲苯甲酸，包括PTA晶體中的實質上所有對甲苯甲酸。在穿過該過濾裝置之後，所得PTA較佳為適於直接製造聚酯之純度。

在過濾裝置之最後一個區域(在圖1之實施例中作為區域5說明)中，排出濾餅以使得其可在分開的容器中直接與乙二醇組合。可藉由任何合適方法，例如藉由刮擦、藉由重力及/或藉助於自過濾器轉鼓內部之氣體吹洩，自過濾裝置排出PTA。雖然本發明未要求，但過濾裝置可視情況進一步裝備有使液體(例如，水或鹼性溶液)通過條帶之返回部分以面向下將黏附之沈積物洗滌至接收器中或過濾裝置之進料漿液中的適合構件。此外，可回收在過濾及/或洗滌步驟中回收之含水介質之至少一部分(亦即，富含對甲苯甲酸之母液及/或洗滌液體)，且將其與額外的CTA直接或間接組合，且因此，在一些實施例中，此液體可有利地構成組合有CTA的含水介質之至少一部分。若富含對甲苯甲酸之母液及洗滌流體均以此方式再循環，則其可視情況混合在一起以在與CTA組合之前形成單一物流。可視情況藉由諸如蒸餾、過濾及/或蒸發之方法處理(分開或一起處理)富含對甲苯甲酸之母液及洗滌流體以產生實質上純之水或至少部分除去對甲苯甲酸。在一些實施例中，此類處理可進一步包含冷卻或蒸發以產生不太純的沈澱及殘餘母液，其隨後經適合地分離。在某些實施例中，可使此類不太純的沈澱返回至氧化工廠(例如，其中藉由與純化工廠整合之氧化工廠製造CTA)之氧化步驟。隨後，殘餘母液可經進一步處理及/或用作含水介質與CTA組合。應注意，當使用此系統內再循環之任何液體時，可能需要提供清除以允許對再循環物流中之組分含量進行某種程度控制。

由過濾裝置內過濾、洗滌及乾燥步驟產生的PTA濾餅(亦即，自過濾裝置排出之濕潤PTA)在與乙二醇組合前不經進一步乾燥、儲存或處理。特定言之，參照圖4、圖5及圖6中所說明之實施例，濾餅自過濾器316逐出且落至收集段344中，自收集段將其回收。在所說明之實施例中，離開過濾器316之PTA濾餅直接地或經由一個螺旋傳送機或一系列螺旋傳送機382排至再漿化容器380中，在該容器中其直接與 乙二醇混合。有利地，將濕PTA自過濾裝置傳送至再漿化容器之構件為不密封的(例如，該傳送構件不產生蒸氣封(vapor seal))。

視情況選用的用於將PTA運輸至再漿化容器之螺旋傳送機(或其他構件)一般包含相對較大開口，以允許傳送PTA通過。在某些實施例中，可根據本發明使用之螺旋傳送機可包含除典型固體傳送擠壓機或密封型傳送機之外的傳送機。用於本文中所描述之整合系統中之一個例示性螺旋傳送機為帶狀螺旋傳送機。此類螺旋傳送機包含穿過該螺旋之蒸氣路徑，無蒸氣封。雖然本發明不明確排除其他類型之螺旋傳送機(例如，密封傳送機，諸如包括整體蒸氣封之Peters X-pump)，但應理解，本文所揭示之整合系統較佳使用不包括蒸氣封之螺旋傳送機。

提供至再漿化容器，與來自過濾裝置之濕PTA組合之乙二醇較佳已呈加熱形式。舉例而言，在一些實施例中，在與PTA濾餅組合之前，有利地將乙二醇加熱至高於約100℃之溫度，例如在約130℃與約150℃之間，諸如為約140℃。在一些實施例中，乙二醇在引入再漿化容器380中之前預加熱。加熱乙二醇之能量可由各種來源提供。然而在某些實施例中，可藉由與PTA工廠之結晶器所產生之閃蒸蒸汽間接熱交換來提供至少一部分能量。保留在PTA濾餅中的任何殘餘水隨後將以水蒸氣形式與反應之水一起移除，該反應之水係在此整合工廠系統之聚合反應工廠部分之初始聚合反應容器中產生。

在較佳實施例中，再漿化容器係在與過濾器316之殼體大致相同之壓力下操作。舉例而言，在某些實施例中，再漿化容器與過濾器殼體之操作彼此相差在0.01巴至0.5巴內，包括0.01巴至0.1巴。可在系統內設置圖4中所說明之壓力平衡管線381以確保再漿化容器與過濾器殼體之間的壓力大致相同。特定言之，再漿化容器宜維持在等於或小於過濾裝置殼體中之壓力。同樣，不需要蒸氣封來防止蒸氣自再漿化 容器回流(例如，流入PTA製造製程)。通常，維持蒸氣平衡管線381中之壓力與再漿化容器380中之壓力相同。冷凝器單元390亦可併入該系統中以使形成及收集的任何水蒸氣或乙二醇蒸氣冷凝且降落(knock down)，進一步使來自再漿化容器之乙二醇蒸氣污染PTA製造製程之可能性減至最低，如圖6中所說明。冷凝器可位於例如緊接在蒸氣平衡管線381中之再漿化容器380之上。在一些實施例中，可將惰性氣體(例如，氮氣)添加至再漿化容器之蒸氣空間以確保維持必要的蒸氣壓(亦即，使蒸氣壓大致等於過濾器316之殼體之蒸氣壓)。可隨後將所得到的濕PTA晶體於乙二醇中之漿液直接自再漿化容器380輸送至聚合反應器之第一階段以開始PTA製造製程。

在另一實施例中，如圖5中所描繪，使用了具有受控制之壓差之氮氣吹掃製程來防止PTA製程之污染。簡言之，此製程使用氣體流(例如，包含氮氣或氮氣與過熱蒸汽之混合物)來降低污染之可能。舉例而言，可經由受壓力控制器PC1控制之壓力控制閥將氣體添加至旋轉壓力過濾器之耐壓殼體中。

再次，如上文所描述，形成PTA濾餅且將其過濾，且自該系統(例如，自旋轉壓力過濾器)排出。排出的PTA濾餅再次在再漿化容器380中與乙二醇組合以形成PTA-乙二醇漿液。經由受壓力控制器PC2控制之壓力控制閥使添加至旋轉壓力過濾器且傳遞至再漿化容器中之氣體排氣。PC2之壓力維持在低於壓力控制器PC1之壓力的壓力，由此使得自旋轉壓力過濾器至再漿化容器存在正壓氣流(例如，包含氮氣或氮氣與過熱蒸汽之混合物)。通常，壓差為0.05至0.5巴，包括0.1巴至0.2巴。氣流可經由螺旋傳送機或經由PTA排出途徑自過濾器傳遞至再漿化容器。因此，此正壓氣流經設計以防止二醇蒸氣自再漿化容器流回過濾器中。

再次，冷凝器單元390可併入圖5中所示之系統中以使形成及收 集的任何水蒸氣或乙二醇蒸氣冷凝且降落，進一步使來自再漿化容器之乙二醇蒸氣污染PTA製造製程之可能性減至最低。冷凝器可位於例如再漿化容器380上之壓力控制閥上游任何地方，以使得自再漿化容器排氣之任何蒸汽在蒸汽排氣之前冷凝。該冷凝器通常佈置成使得其中冷凝之任何水在冷凝之後返回再漿化容器。根據此實施例，垂直上向流冷凝器可尤其適用，以使得冷凝器中冷凝之水或二醇與進入冷凝器之蒸氣之溫度相同，且因此，在再引入再漿化容器時將不會引起PTA-二醇漿液之過度冷卻。在一些實施例中，自再漿化容器壓力控制閥排氣之任何氣體在排至大氣之前可經洗滌，以防止二醇蒸氣排放至大氣。

圖5中所示之實施例中在再漿化容器與過濾器殼體之間的壓力控制不僅防止任何乙二醇(呈蒸氣或液體形式)自再漿化容器流迴旋轉壓力過濾器，而且亦可防止熱PTA濾餅在進入再漿化容器時其含水量閃蒸，且亦可確保熱PTA濾餅中可利用之大部分熱焓直接輸送至整合工廠之聚酯製造部分。因此，聚合反應製程之第一階段中所需熱量整體有利地降低。

實驗-流入再漿化系統之不同組分之典型流速 比較實例(基線資料)

實例1：

實例2：

比較實例展示當在40℃下將冷PTA與來自PET工廠之再循環二醇混合時PET漿液罐之熱量及質量平衡。此展示組合之漿液溫度為67.8℃。

實例1展示當將熱PTA濾餅與再循環之二醇在再漿化罐中組合時 PET漿液罐之類似的熱量及質量平衡。添加熱PTA之益處在於，混合流之溫度為約113℃，展示將PTA濾餅直接排入漿液罐中之益處使酯化反應再熱器上之熱負載減少4.4MW。

實例2展示當將熱PTA濾餅與再循環之二醇在再漿化罐中組合時PET漿液罐之類似的熱量及質量平衡。在此情況下，使用了來自PTA工廠之低級廢熱加熱較冷的二醇流，同時在較高溫度下操作旋轉過濾器。在此情況下，使用較高壓力之過濾器與經加熱之二醇的組合使漿液轉鼓溫度增加至154℃，且相比於比較實例，酯化反應再熱器上之熱負載減小7.5MW。此進一步展示整合PTA及PET工廠之能量益處。

本發明所屬領域技術人員將想到具有前述說明中所呈現教示之益處的本發明之多種修飾及其他實施例。因此，應理解本發明不限於所揭示之特定實施例，且修改及其他實施例意欲包括在所附申請專利範圍之範疇內。雖然本文中使用特定術語，但其僅以通用及描述性意義使用且並非出於限制之目的。

Claims (30)

1. 一種用於純化粗對苯二甲酸及製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之整合方法，其包含：(a)提供結晶純對苯二甲酸於含水介質中之物流；(b)在過濾裝置中分離該含水介質之至少一部分以提供濕潤的純對苯二甲酸；(c)將該濕潤的純對苯二甲酸自該過濾裝置直接輸送至容器且使該純對苯二甲酸與二醇在該容器中接觸以得到反應物漿液；(d)將該反應物漿液直接傳送至用於製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之聚合反應器；及(e)維持該容器之壓力等於或小於該過濾裝置之壓力。
2. 如請求項1之方法，其中該維持步驟包含整合連接該容器與該過濾裝置之蒸氣平衡管線。
3. 如請求項1之方法，其中該維持步驟包含向該過濾裝置施加正壓。
4. 如請求項3之方法，其中該施加包含控制與該過濾裝置相關聯之第一壓力控制閥。
5. 如請求項4之方法，其中該施加進一步包含使該容器排氣。
6. 如請求項5之方法，其中該排氣係藉由與該容器相關聯之第二壓力控制閥控制，該第二壓力控制閥係設定在低於該第一壓力控制閥之壓力。
7. 如請求項1之方法，其中該提供步驟包含：(i)將粗對苯二甲酸溶解於含水介質中以產生包含一或多種雜質之含對苯二甲酸溶液； (ii)使該對苯二甲酸溶液與氫氣接觸以減少存在於該粗對苯二甲酸中之該等雜質之至少一部分而產生純對苯二甲酸及氫化雜質；及(iii)使該純對苯二甲酸結晶。
8. 如請求項7之方法，其中該接觸步驟進一步包含將該對苯二甲酸溶液暴露於高溫及高壓且引入氫化催化劑。
9. 如請求項8之方法，其中該氫化催化劑為負載型鈀催化劑。
10. 如請求項1之方法，其中該分離步驟包含在過濾器表面上過濾該純對苯二甲酸、洗滌該純對苯二甲酸及乾燥該純對苯二甲酸中之一或多個步驟。
11. 如請求項10之方法，其進一步包含跨該過濾器表面施加壓差。
12. 如請求項1之方法，其中該輸送步驟包含經由非密封輸送管線傳遞該純對苯二甲酸。
13. 如請求項12之方法，其中該非密封輸送管線包含通向該容器之直通管線。
14. 如請求項12之方法，其中該非密封輸送管線包含一或多個螺旋傳送機。
15. 如請求項1之方法，其進一步包含在與該純對苯二甲酸組合之前加熱該二醇。
16. 如請求項15之方法，其中該二醇係經加熱至在約130℃與約150℃之間的溫度。
17. 一種用於純化粗對苯二甲酸及製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之整合系統，其包含：(a)包含過濾區及洗滌區之過濾裝置，用以自粗對苯二甲酸移除至少一部分雜質且提供濕潤的純對苯二甲酸；(b)與該過濾裝置直接流體連接之容器，其包含用於添加該 濕潤的純對苯二甲酸之第一入口及用於添加二醇之第二入口；(c)適用於維持該容器壓力等於或小於該過濾裝置之壓力的一或多條管線；及(d)與該容器直接流體連接之聚(對苯二甲酸乙二酯)聚合反應器。
18. 如請求項17之整合系統，其中該一或多條管線包含與該容器及該過濾器流體連接之蒸氣平衡管線。
19. 如請求項18之整合系統，其中該蒸氣平衡管線包含內嵌式冷凝器。
20. 如請求項17之整合系統，其中該一或多條管線包含(i)適用於控制壓力流流入該過濾裝置中之第一壓力控制閥；及(ii)適用於控制壓力流自該容器流出之第二壓力控制閥。
21. 如請求項20之整合系統，其中該第二壓力控制閥之壓力係設定為低於該第一壓力控制閥之壓力。
22. 如請求項20之整合系統，其中該一或多條管線進一步包含內嵌式冷凝器。
23. 如請求項17之整合系統，其進一步包含在該過濾裝置與該容器之間提供直接流體連接之傳送裝置。
24. 如請求項23之整合系統，其中該傳送裝置不對蒸氣輸送進行密封。
25. 如請求項23之整合系統，其中該傳送裝置包含螺旋傳送機。
26. 一種整合方法或整合系統，其實質上如本文中參照附圖所描述且如附圖所說明。
27. 一種聚(對苯二甲酸乙二酯)，其係由如請求項1之整合方法或如請求項17之整合系統製成。
28. 如請求項27之聚(對苯二甲酸乙二酯)，其中該PET係經紡絲成纖維，吹塑模製或擠壓。
29. 一種用於純化粗對苯二甲酸及製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之整合方法，其包含：(a)用於混合結晶粗對苯二甲酸與水以形成粗對苯二甲酸之含水漿液的步驟；(b)用於在氫化反應及多級結晶器系列中處理該粗對苯二甲酸以將該粗對苯二甲酸轉化成純對苯二甲酸，因此產生純對苯二甲酸之含水漿液的步驟；(c)用於將該純對苯二甲酸之含水漿液之至少一部分分配至過濾裝置的步驟；(d)用於將該濕潤的純對苯二甲酸直接自該過濾裝置輸送至容器的步驟，及用於在該容器中混合該純對苯二甲酸與二醇以得到反應物漿液的步驟；(e)用於將該反應物漿液直接輸送至聚合反應器以製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之步驟；及(f)用於在等於或小於該過濾裝置壓力之壓力下加壓該容器的步驟。
30. 一種用於純化粗對苯二甲酸及製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之整合方法，其包含：(a)用於純化及結晶含水介質中之對苯二甲酸的步驟；(b)用於將該含水介質之至少一部分分配至過濾裝置之步驟；(c)用於將該濕潤的純對苯二甲酸直接自該過濾裝置重新安置於容器之步驟，及用於在該容器中混合該純對苯二甲酸與二醇以得到反應物漿液之步驟； (d)用於將該反應物漿液直接重新安置於聚合反應器以製造聚(對苯二甲酸乙二酯)之步驟；及(e)用於在等於或小於該過濾裝置壓力之壓力下加壓該容器的步驟。