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纯化芳香族二羧酸的方法.pdf

  • 上传人:62****3
  • 文档编号:4735801
  • 上传时间:2018-11-03
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  • 大小:1.46MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201180045914.4

    申请日:

    2011.09.22

    公开号:

    CN103124714A

    公开日:

    2013.05.29

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情:

    未缴年费专利权终止IPC(主分类):C07C 51/43申请日:20110922授权公告日:20150121终止日期:20160922|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C07C 51/43申请日:20110922|||公开

    IPC分类号:

    C07C51/43; B01D9/00; C07C51/487

    主分类号:

    C07C51/43

    申请人:

    戴维加工技术有限公司

    发明人:

    朱利安·斯图尔特·格雷; 迈克尔·威廉·温特

    地址:

    英国伦敦

    优先权:

    2010.09.24 GB 1016049.7

    专利代理机构:

    北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司 11204

    代理人:

    王达佐;阴亮

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    内容摘要

    纯化芳香族二羧酸的方法,包括以下步骤:(a)在进料准备区中,用从至少过滤步骤回收的水使粗芳香族二羧酸固体浆化;(b)将来自结晶步骤、过滤步骤和干燥步骤中的至少一个步骤的汽相闪蒸汽供给至所述进料准备区;(c)将所述浆化的芳香族二羧酸固体预热以形成溶液;(d)将所述经加热的溶液进行氢化;(e)使纯的芳香族二羧酸结晶;(f)滤出纯芳香族二羧酸晶体,并回收单级过滤步骤中的水;(g)将至少部分所述回收的水供给所述进料准备区;以及(h)干燥所述经过滤的晶体并将所述晶体回收,其中将回收自结晶步骤、过滤步骤或干燥步骤中的至少一个步骤的闪蒸流体以压力为约大气压至5barg的汽相流体回收,并将所述闪蒸流体在无相变的条件下供给至所述进料准备区。还描述了纯化芳香族二羧酸的系统及其进料准备容器。

    权利要求书

    权利要求书纯化芳香族二羧酸的方法,包括以下步骤:
    (a)在进料准备区中,用从至少过滤步骤回收的水使粗芳香族二羧酸固体浆化;
    (b)将来自结晶步骤、过滤步骤和干燥步骤中的至少一个步骤的汽相闪蒸汽供给至所述进料准备区;
    (c)将所述浆化的芳香族二羧酸固体预热以形成溶液;
    (d)将所述经加热的溶液进行氢化;
    (e)使纯的芳香族二羧酸结晶;
    (f)滤出所述纯芳香族二羧酸晶体,并回收单级过滤步骤中的水;
    (g)将至少部分所述回收的水供给所述进料准备区;以及
    (h)干燥所述经过滤的晶体并将所述晶体回收,
    其中将回收自结晶步骤、过滤步骤或干燥步骤中的至少一个步骤的所述闪蒸流体以压力为约大气压至5barg的汽相流体回收,并将所述闪蒸流体在无相变的条件下供给至所述进料准备区。
    根据权利要求1所述的方法,其中循环至所述进料准备区的水包含来自所述预热步骤的水。
    根据权利要求1或2所述的方法,其中供给至所述进料准备区的所述闪蒸汽来自所述结晶步骤、过滤步骤和干燥步骤中的两个或多个步骤。
    根据权利要求3所述的方法,其中供给所述进料准备区的所述闪蒸汽来自所述结晶步骤、过滤步骤和干燥步骤。
    根据权利要求1‑4中任一项权利要求所述的方法,其中将补充水加入至所述进料准备区。
    根据权利要求1‑5中任一项权利要求所述的方法,其中使用旋转压滤器进行所述过滤。
    根据权利要求1‑6中任一项权利要求所述的方法,其中所述芳香族二羧酸是对苯二酸或间苯二酸。
    纯化芳香族二羧酸的系统,包括:
    (a)进料准备区,具有粗芳香族二羧酸固体的入口、从至少过滤器回收的水的一个或多个入口,以及压力为大气压至5barg的汽相闪蒸汽的一个或多个入口,所述闪蒸汽回收自结晶区、过滤器和干燥器中的至少一个;
    (b)预热器,在其中浆化的芳香族二羧酸固体将形成溶液;
    (c)氢化反应器;
    (d)结晶区;
    (e)单级过滤器,用于去除纯芳香族二羧酸晶体;
    (f)用于从所述过滤器回收水并将至少部分所述水供给所述进料准备区的装置;
    (g)干燥器,用于所述经过滤的晶体;以及
    (h)用于以汽相从结晶区、过滤器和干燥器中的至少一个回收闪蒸汽的装置。
    根据权利要求8所述的系统,其中所述芳香族二羧酸是对苯二酸或间苯二酸。
    进料准备容器,包括:
    (a)混合区,具有
    (i)粗芳香族二羧酸固体的入口;
    (ii)经回收的液体的入口;
    (iii)压力为大气压至5barg的汽相工艺闪蒸汽入口;
    (iv)补充水的入口;以及
    (v)粗芳香族二羧酸浆体的出口;以及
    (b)位于所述混合区上方的排出物冷凝器。
    根据权利要求10所述的进料准备容器,其中所述芳香族二羧酸是对苯二酸或间苯二酸。

    说明书

    说明书纯化芳香族二羧酸的方法
    本发明涉及用于纯化包括对苯二酸和间苯二酸的芳香族二羧酸的方法、系统和装置。更具体地,本发明涉及集成系统,其中与现有技术布置的相比,简化了工厂需水量。
    通常,通过氧化对二甲苯来生产粗对苯二酸。在催化剂的存在下,以醋酸作为溶剂进行氧化。然后将溶液逐步冷却以使对苯二酸结晶。接着必须将对苯二酸催化剂从醋酸溶剂中去除,这通常利用旋转真空过滤器进行,随后通过干燥步骤去除残留水分。
    更具体地,在生产纯对苯二酸的工厂里,粗对苯二酸固体与水混合并被加热直至粗对苯二酸晶体溶解。然后将粗对苯二酸氢化,以在经纯化的对苯二酸结晶之前去除杂质。然后过滤晶体并干燥。为了将粗对苯二酸固体溶解于水中,需要高温以及由此产生的高压。由于如此多的热量被加入至该方法中,因而整个纯化厂必然产生排出流体。这些排出流体包括水蒸气。它们是一种能源,如果将它们重新使用,能节省总能量消耗。
    由于纯化对苯二酸的工厂通常是大型的,因而这些排出流体必须通过冷凝转化为液相,并且在返回工厂前端之前,将所得到的冷凝物收集在各单独的容器内。例如,来自纯对苯二酸干燥器的水蒸气通常用冷却水冷凝,所得冷凝物泵至工厂的另一位置以重新使用。如果使用冷却水进行冷凝,那么排出流体中的能量就浪费了,不能实现工厂总能量消耗的降低。
    图1示出了典型的常规纯化厂的示意图。在这一方法中,将粗对苯二酸固体经管线1加入至进料准备容器2中,在容器2中它们被经管线3加入至容器2中的水浆化。然后浆体经管线4递送至预热器5,在预热器5中浆体被加热。来自预热器5的冷凝物经管线6递送至排出物洗涤器7。
    然后将粗水/对苯二酸溶液经管线8从预热器5去除,并将其递送至氢化反应器9,在其中粗水/对苯二酸溶液与经管线10加入的氢气接触。氢化去除杂质,在管线11中将纯对苯二酸递送至结晶区12,在结晶区12中纯对苯二酸结晶。来自结晶区12的闪蒸流体(flash stream)经管线13返回至预热器5。将不需要返回预热区的过量闪蒸流体经管线14去除,并与来自过滤单元16的排出气体结合。
    将纯对苯二酸晶体浆体从结晶区12去除,并将其经管线15递送至分离单元16,分离单元16通常是使用离心机和/或旋转真空过滤器的两级过程。将来自分离单元16的排出气体经管线17去除,在管线17中它与来自管线14的过量闪蒸流体结合,并被递送至排出物洗涤器7。洗涤水经管线19加入。将水洗涤液经管线20从分离单元16去除,并将其递送至排出物洗涤器7。
    将过滤单元16中提取的母液经管线21去除,并将其递送至母液过滤器22。可经管线23从排出物洗涤器7中取出洗出物(purge),并在管线21中将洗出物与预递送至母液过滤器22的母液结合。将闪蒸流体24从母液过滤器22中去除,并将其递送至排出物洗涤器7。将母液过滤器22中收集的任何纯对苯二酸固体经管线25回收,并将经过滤的母液经管线26去除并将其返回系统。
    将湿的纯对苯二酸晶体经管线27从过滤单元16去除,并将其递送至干燥器28。然后将经干燥的纯对苯二酸晶体经管线29去除,并将其递送至对苯二酸储存器30,能根据需要经管线31从储存器30中将它们去除。
    将来自干燥器28的蒸汽经管线32去除,并将其递送至干燥器冷凝器33。将冷凝物经管线34从冷凝器去除,并将其递送至排出物洗涤器37。将来自干燥器冷凝器的排出物经管线35去除。
    去矿质水经管线36加入至排出物洗涤器7中。
    因此,在常规方法的布置中排出物被收集和冷凝,但这些方法通常需要用于针对各个排出流体的单独容器。通常,对各单独容器的需求是由于具有两级式分离导致的布局限制,其中将在分离的初始阶段产生的饼状物(cake)用去矿质水重新浆化以洗涤晶体,然后将所得浆体在分离的第二阶段中分离以产生纯对苯二酸的湿饼,并将其进一步干燥。
    虽然现有技术布置能有效地回收纯对苯二酸,但考虑到能量回收和工艺设备的使用,这些工艺流程是不理想的。尤其是需要大量的设备以使在工艺的各个节点的水冷凝并将其运送至工厂的前端。由于冷却水作为冷凝介质使用,因而损失了大量的热量,并且必须通过增加使用非常高压的蒸汽来弥补。非常高压的蒸汽通常将为90‑110barg。
    因此,可以理解,整个方法产生的流体可分类为高压流体或低压流体。高压流体具有足够的压力以使流体能用于循环,因为它们具有足够的压力以克服沿常规工厂地基所需长度管线的任何压降。该高压流体通常比低压流体热。这是因为流体露点与流体压力相关。对苯二酸或间苯二酸的纯化中产生的高压流体通常将为5barg/160℃至约50barg/265℃。该流体含有能用于加热粗浆体的有用能量。
    WO93/24441中描述了由粗对苯二酸生产纯化的对苯二酸方法的一个实例,其中使用了这样的高压流体。该方法包括将粗对苯二酸与水性介质混合以形成含水的粗对苯二酸混合物,通过引入温度高于所述混合物的水性介质蒸气,加热该混合物以将所有粗对苯二酸基本溶解于水性介质中,然后化学还原粗对苯二酸水溶液中的杂质,随后通过结晶过程回收纯对苯二酸。通常,该蒸汽是来自结晶过程的蒸汽。
    在另一个系统中,可将高压流体供给至预热器热交换器的热端。此外,由于这些流体具有有效驱动力,因而将不需要被直接注入或供给至粗对苯二酸的任何流体供给浆体部分,这是因为通常将有足够的驱动力克服压降。
    除了上述的高压流体,该方法还将产生低压流体。该流体包含纯芳香族二羧酸干燥器内排出的水蒸汽、来自纯对苯二酸或间苯二酸母液桶的闪蒸流体、排出蒸汽以及来自压滤器的惰性物质。该流体的前两种将在接近大气压力下产生,而其余的在约2‑3barg下产生。在具有两级分离的纯化对苯二酸的常规工厂设计中,工厂的布局非常大,使得在将这些流体运送至排出物洗涤器之前通常需要将它们分别冷凝。虽然所得液态流体随后能被泵至工厂的前端以形成制造粗浆体所需的部分浆体水,但是通常要求运送这些蒸气流体的管道必须尽可能短,以使压降以及由于流体中含有固体导致流体变得阻塞的可能性最小化。因此,这些流体被认为具有低级热量,并且通常该热量散失在冷却水中或排放至大气中。所以热量和水均损失了。
    目前使用的排放系统还有可能导致形成易爆环境。在某些情况下,空气能被吸入系统中产生爆炸性气体环境。另外或者,由于存在氢气,排出气体可能具有爆炸危险。如果氧气进入系统,一旦排出气体释放至大气中,其能燃烧。
    在通过氧化间二甲苯生产的间苯二酸的生产中采用了类似的方法,也遇到了同样的问题。
    因此,希望提供水和/或热量回收最大化的纯化芳香族二羧酸的工艺系统。优选地,通过使用简化的分离系统实现,从而能减少工厂布局以及由此产生的地基(footprint)。这意味着可以收集至少一些较低压力的闪蒸流体,并将其用于浆化粗芳香族二羧酸固体以及用于以高效能的方式制备粗芳香族二羧酸的浆体。此外,这些闪蒸流体可用于其中产生蒸汽、相的工艺系统中。
    在一种优选布置中,闪蒸流体中的热量用于将加入至系统中的补充水加热至所需温度。这也有利于降低爆炸危险。
    根据本发明的第一方面,提供一种纯化芳香族二羧酸的方法,包括以下步骤:
    (a)在进料准备区中,用水使粗芳香族二羧酸固体浆化,所述水含有从至少过滤步骤回收的水;
    (b)将来自结晶步骤、过滤步骤和干燥步骤中的至少一个步骤的汽相闪蒸汽供给至进料准备区;
    (c)将浆化的芳香族二羧酸固体预热以形成溶液;
    (d)将经加热的溶液进行氢化;
    (e)使纯的芳香族二羧酸结晶;
    (f)滤出纯芳香族二羧酸晶体,并回收单级过滤步骤中的水;
    (g)将至少部分回收的水供给进料准备区;以及
    (h)干燥经过滤的晶体并将所述晶体回收。
    其中,将回收自结晶步骤、过滤步骤或干燥步骤中的至少一个步骤的闪蒸汽以压力为约大气压至5barg压力的汽相流体回收,并将所述闪蒸汽在无相变的条件下供给至进料准备区。
    纯芳香族二羧酸是指纯度比提供至进料准备区的粗芳香族二羧酸的纯度更高的芳香族二羧酸。
    通常将粗芳香族二羧酸固体以粉末形式供给进料准备区。
    来自步骤(f)而返回步骤(a)的回收水将是过滤器中使用的洗涤水。循环至进料准备区的水也可包含来自其它步骤如预热步骤的水。另外,步骤(a)中提供的水可包含新鲜的去矿质水。
    供给至进料准备区的闪蒸汽可来自结晶步骤、过滤步骤和干燥步骤中一个或多个步骤。在一个布置中,其将来自这些步骤中的两个步骤,在另一种布置中,其将来自所有三个步骤。在一个实施方案中,将所有可获得的闪蒸汽递送至进料准备区。这是尤其有利的,因为所需设备的数量最小化了。这可能是由于采用了单级过滤步骤。
    回收的闪蒸流体的压力通常将为大气压至5barg。在一个布置中,它将小于5barg。合适的压力包括约1barg、约2barg、约3barg或约4barg。这些流体的温度将通常为约160℃或更低。
    保持这些低压流体处于它们原来的汽相意味着使粗芳香族二羧酸浆体部分中的热量回收最大化,并且损失至冷却介质如空气或水的热量将最小化。因此,从这些低级热流体提取最大量的热量以加热用于形成粗酸浆体的水。只有完成所有加热任务后过量的热量才损失至冷却水或大气中。
    可将任何适量的水供给至进料准备区。通常,加入水的量将足以使所有粗芳香族二羧酸在加热下基本溶解。
    在一个布置中,额外将补充水加入进料准备区。加入的补充水可来自任何合适的来源,优选将是去矿质水。可以喷淋形式加入水。这有利于确保从可存在于进料准备区中的排出物中洗涤粗芳香族二羧酸固体。来自闪蒸汽的热量将补充水加热至所需温度。
    过量闪蒸汽可被冷凝,在一个布置中,冷凝物将被递送至进料准备区的浆体混合部分。这种优选布置的一个优点是,保持相对洁净的水蒸汽流体与回收自结晶或过滤步骤的相对脏的工艺流体分离。这允许从“脏的”工艺流体取出更浓缩的洗出物,这对补充水的需求量最小化。
    预热步骤的热量可由任何合适的来源提供。在一个布置中,它由来自该方法的随后步骤如结晶步骤的闪蒸汽提供。
    可将来自预热器的冷凝物去除,当它被去除时,可将其循环至进料准备区。可从预热器取出洗出物,如果它被取出,可将其递送至母液过滤器。
    可通过任何合适的方法进行过滤。在一个布置中,可使用旋转压滤器,例如共同未决的申请PCT/GB2010/051170中所描述的旋转压滤器,该申请通过引用并入本文中。通常洗涤水将供给至过滤器,并且所消耗的洗涤液可循环至进料准备区。可将惰性气体供给至压滤器,并且过滤器排出气体将优选供给至进料准备区。
    将排出气体从旋转压滤器(如果有)去除并将其供给进料准备区,这确保进料准备区内总是存在微正压,这将使形成易爆环境的危险最小化。进料准备区中惰性气体的存在也确保存在于这一区域的氢气被充分稀释至低于可燃下限,防止形成爆炸性混合物。
    因此,根据一个优选的布置,进料准备区内的压力将不低于大气压,以确保空气不能进入系统。
    使用旋转压滤器减少了洗涤滤饼所需的水量,因而需要加入至进料准备区的补充水并不代表总需水量的增加。
    过滤步骤提取的母液将通常递送至母液过滤器。
    然后将依据任何合适的方法干燥芳香族二羧酸的纯晶体。在一个布置中,将依据共同未决的申请PCT/GB2011/050944中所描述的方法和设备进行干燥,该申请通过引用并入本文中。
    芳香族二羧酸优选是对苯二酸或间苯二酸。
    根据本发明的第二方面,提供纯化芳香族二羧酸的系统,包括:
    (a)进料准备区,具有粗芳香族二羧酸固体的入口、从至少过滤器回收的水的一个或多个入口,以及压力为大气压至5barg的汽相闪蒸汽的一个或多个入口,所述闪蒸流体回收自结晶区、过滤器和干燥器中的至少一个;
    (b)预热器,在其中浆化的芳香族二羧酸固体将形成溶液;
    (c)氢化反应器;
    (d)结晶区;
    (e)单级过滤器,用于去除纯芳香族二羧酸晶体;
    (f)用于从过滤器回收水并将其至少部分供给进料准备区的装置;
    (g)用于经过滤的晶体的干燥器;以及
    (h)用于以汽相从结晶区、过滤器和干燥器中的至少一个回收闪蒸汽的装置。
    可以使用任何合适的过滤器。在一个布置中,过滤器是旋转压滤器,可以使用如共同未决的申请PCT/GB2011/051170中所述的旋转压滤器,该申请通过引用并入本文中。
    可以使用任何合适的干燥器。在一个布置中,干燥器是共同未决的申请PCT/GB2011/050944中所述的干燥器,该申请通过引用并入本文中。
    芳香族二羧酸优选是对苯二酸或间苯二酸。
    进料准备区容器可具有任何合适的结构。但是,在一个优选布置中,它是一种容器,包括:
    (a)混合区,具有
    (i)粗芳香族二羧酸固体的入口;
    (ii)经回收的液体的入口;
    (iii)工艺闪蒸汽的入口;
    (iv)补充水的入口;以及
    (v)粗芳香族二羧酸浆体的出口;以及
    (b)位于混合区上方的排出物冷凝器。
    排出物冷凝器将通常包括冷却介质的进入和输出装置。排出物冷凝器可直接或通过合适管道连接(corrected)至混合区。
    优选地,容器将包括位于补充水入口处的热量回收盘管。补充水入口可以是水喷淋形式的。可提供额外的水喷淋,以确保粗芳香族二羧酸粉末不被夹带。
    在一种布置中,容器可以另外包括搅拌装置。搅拌装置可以具有任何合适的结构。在一种布置中,它将是底部进入式搅拌器(bottom entry agitator)。
    以下将参照附图示例性描述本发明,其中:
    图1是常规方法的示意图;
    图2是本发明方法的示意图;以及
    图3是进料准备区的一种布置。
    本领域技术人员可以理解,这些图是示意性的,在商业化工厂中可以需要其它设备,例如回流罐、泵、真空泵、压缩机、气体循环压缩机、温度感应器、压力感应器、减压阀、控制阀、流量控制器、液位控制器等。提供这些辅助设备不构成本发明的一部分,而且与常规化学工程实践一致。
    为便于参考,将描述关于纯化对苯二酸的方法。然而,可以理解,所描述的方法可应用于纯化其它芳香族二羧酸如间苯二酸的方法。
    图2示出了本发明方法和系统的优选布置。粗对苯二酸经管线50递送至进料准备区51。在准备区51中用水将粗对苯二酸浆化。该水包括经管线52加入的补充去矿质水,经管线58加入的来自结晶区55、过滤单元56和干燥器57的闪蒸流体,经管线59加入的来自过滤单元56的洗涤液,以及经管线60加入的来自母液过滤器61的闪蒸流体。经管线58、59、60加入至进料准备区51的流体中所含的热量用于加热经管线52加入的补充水。进料准备区51设有排出口62。
    将粗对苯二酸在水中浆化,然后将其经管线63递送至预热区53,在其中其被加热,使得对苯二酸溶解于水中。将冷凝洗出物经管线64去除,并将其递送至母液过滤器61。然而,大部分的冷凝物经管线65去除,并在被递送至进料准备区51之前供给至管线59。来自结晶单元55的闪蒸流体也经管线66递送至预热区53。
    溶解的粗对苯二酸经管线67递送至反应器54,在其中在经管线68加入的氢气的存在下将粗对苯二酸进行氢化。该氢化去除流体中的杂质。产物流体经管线69递送至结晶区55。将一些闪蒸流体从结晶区55去除,并且如上面所讨论的,将其经管线66递送至预热区53。过量的闪蒸流体经管线70从结晶区55去除,并将其加入返回至进料准备区51的流体58中。
    结晶的纯对苯二酸浆体经管线71递送至过滤单元56。可以使用任何合适的过滤装置。在一个布置中,它将是压力过滤设备。惰性气体将供给至过滤单元56。惰性气体经管线72加入,而洗涤水经管线73加入。所用的洗涤液经管线59去除,并将其返回至进料准备区51。纯对苯二酸母液经管线73去除,并将其递送至母液过滤器61。收集达到母液过滤器的任何纯对苯二酸固体并经管线74去除。母液经管线75去除。
    来自过滤单元56的排出气体经管线76去除,在其中排出气体与其它流体结合并经管线58返回至进料准备区。将湿的纯对苯二酸从过滤单元56去除并经管线74递送至干燥器57。来自干燥器57的蒸汽经管线77去除,与其它流体结合,并经管线58返回至进料准备区。
    干燥的纯对苯二酸经管线78从干燥器去除,并递送至纯对苯二酸储存容器79,从其中纯对苯二酸可经管线80移除。
    图3示出了合适的进料准备区的一个实例。容器81具有粗对苯二酸粉末的入口82。补充水经管线83加入。设置有热量回收盘管84。循环液经管线85加入。设有混合装置86,以使粉末在液体中浆化。浆体经管线87去除。方法中下游的闪蒸汽经管线88加入。
    经加热后,管线83中的部分补充水经管线94递送至容器81,剩余部分经管线93递送至方法中的其它部位使用。
    排出物冷凝器89位于容器81上方。冷却介质经管线90加入,经管线91去除。未冷凝的排出物经管线92去除。

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    纯化 芳香族 二羧酸 方法
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