Находящиеся под давлением сырьевые смеси, содержащие неочищенные ароматические карбоновые кислоты
Изобретение относится к способу производства очищенной ароматической карбоновой кислоты, включающему окисление замещенного ароматического соединения в зоне реакции с образованием неочищенной ароматической карбоновой кислоты; перемещение выходящего потока из зоны реакции в зону кристаллизации; извлечение по меньшей мере части неочищенной ароматической карбоновой кислоты в виде твердого вещества из зоны кристаллизации; перемещение выходящего потока из зоны кристаллизации в устройство для разделения твердой и жидкой фаз, представляющее собой ротационный фильтр-пресс, выполненный с возможностью работы под давлением выше атмосферного; смешивание неочищенного твердого продукта из устройства для разделения твердой и жидкой фаз и растворителя в зоне смешения с образованием очищаемой реакционной смеси, причем неочищенный твердый продукт и растворитель подают в зону смешения под давлением выше атмосферного; нагревание очищаемой реакционной смеси в зоне подогрева, причем очищаемая реакционная смесь содержит указанную неочищенную ароматическую карбоновую кислоту и указанный растворитель, причем очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева под давлением выше атмосферного; и очистку неочищенной ароматической карбоновой кислоты из очищаемой реакционной смеси в зоне очистки с образованием очищенной продукционной ароматической карбоновой кислоты. Одну или несколько операций осуществляют под давлением выше атмосферного для обеспечения экономии энергоресурсов. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Ссылка на родственные заявки
Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/921706, поданной 30 декабря 2013 г.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Идеи настоящего изобретения относятся в общем к способам производства ароматических карбоновых кислот и, в частности, к способам подготовки неочищенных ароматических карбоновых кислот к очистке.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Терефталевую кислоту (ТК) и другие ароматические карбоновые кислоты можно использовать при производстве сложных полиэфиров (например, посредством их реакции с этиленгликолем и/или высшими алкиленгликолями). Сложные полиэфиры, в свою очередь, можно использовать для получения волокон, пленок, контейнеров, бутылок, других упаковочных материалов, литых изделий и подобного.
В промышленной практике ароматические карбоновые кислоты получали жидкофазным окислением метилзамещенного бензольного и нафталинового сырья в растворителе - водной уксусной кислоте. Положения метальных заместителей соответствуют положениям карбоксильных групп в продукционной ароматической карбоновой кислоте. Воздух или другие источники кислорода (например, обычно в газообразном состоянии) использовали в качестве окислителей в присутствии, например, промотированного бромом катализатора, который содержит кобальт и марганец. Окисление является экзотермическим процессом и дает ароматическую карбоновую кислоту вместе с побочными продуктами, включая продукты неполного или промежуточного окисления ароматического сырья и продукты реакции уксусной кислоты (например, метанол, метилацетат и метилбромид). Вода также образуется в качестве побочного продукта.
Очищенные виды ароматических карбоновых кислот часто желательны для производства сложных полиэфиров, которые используют в важных применениях (например, волокнах и бутылках). Примеси в кислотах (например, побочные продукты, образованные при окислении ароматического сырья и, в более общем смысле, различные замещенные карбонилом ароматические частицы), как полагают, вызывают и/или связаны с цветообразованием в сложных полиэфирах, полученных из них, что, в свою очередь, приводит к несоответствующим по цветам продуктам превращения сложных полиэфиров. Ароматические карбоновые кислоты, имеющие сниженные уровни примесей, можно получать путем дополнительного окисления неочищенных продуктов жидкофазного окисления, как описано выше, при одном или нескольких условиях, выбранных из постепенного снижения температур и уровней кислорода. Кроме того, продукты неполного окисления можно извлекать при кристаллизации и превращать в желаемую продукционную кислоту.
Очищенные виды терефталевой кислоты и других ароматических карбоновых кислот, имеющих сниженные количества примесей, - например, очищенную терефталевую кислоту (ОТК) - получали каталитическим гидрированием менее чистых видов кислот или так называемых продуктов средней очистки в растворе при повышенной температуре и давлении, используя катализатор на основе благородного металла. В промышленной практике жидкофазное окисление алкилароматических сырьевых материалов в неочищенную ароматическую карбоновую кислоту и очистку неочищенного продукта часто проводят в непрерывных комплексных процессах, в которых неочищенный продукт жидкофазного окисления используют в качестве исходного материала для очистки.
В обычных установках очистки неочищенную ароматическую карбоновую кислоту обычно смешивают с водой с получением очищаемой реакционной смеси перед ее подачей в реактор очистки. Смешивание происходит в емкости для смешивания сырья, которую поддерживают под атмосферным давлением для обеспечения повторной обработки ароматической карбоновой кислоты из емкости и для облегчения использования подачи неочищенной ароматической карбоновой кислоты при помощи шнекового конвейера из промежуточного бункера в емкость для смешивания сырья, что требует, чтобы емкость для смешивания сырья была под одинаковым давлением с бункером, который работает под атмосферным давлением. Когда емкость для смешивания сырья находится под атмосферным давлением, наивысшая возможная температура воды в емкости составляет приблизительно 100°С, что соответствует точке кипения воды под атмосферным давлением. Очищаемую реакционную смесь следует подогревать перед ее подачей в реактор очистки, который обычно работает при 250-300°С. Данное нагревание, необходимое для повышения температуры очищаемой реакционной смеси от 100°С или менее до по меньшей мере 250°С, увеличивает переменные затраты комплексного процесса производства очищенных ароматических карбоновых кислот.
По-прежнему существует необходимость в снижении общих расходов производства ароматических карбоновых кислот.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Объем настоящего изобретения определяется исключительно приложенной формулой изобретения, и на него ни в какой степени не влияют утверждения из данного краткого раскрытия.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ производства очищенной ароматической карбоновой кислоты. Очищаемую реакционную смесь, содержащую неочищенную ароматическую карбоновую кислоту и воду, подогревают в зоне подогрева. Очищаемая реакционная смесь поступает в зону подогрева под давлением выше атмосферного. Неочищенную ароматическую карбоновую кислоту из очищаемой реакционной смеси затем очищают с образованием очищенной продукционной ароматической карбоновой кислоты.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ производства очищенной ароматической карбоновой кислоты. Очищаемую реакционную смесь, содержащую неочищенную ароматическую карбоновую кислоту и воду, подогревают в зоне подогрева. Очищаемая реакционная смесь поступает в зону подогрева при температуре свыше 100°С. Неочищенную ароматическую карбоновую кислоту из очищаемой реакционной смеси затем очищают с образованием очищенной продукционной ароматической карбоновой кислоты.
Другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники с учетом следующего описания.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 показана принципиальная технологическая схема производства очищенных видов ароматических карбоновых кислот согласно идеям настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В качестве общего введения рассмотрим, что способ производства очищенной ароматической карбоновой кислоты согласно настоящему изобретению предусматривает: нагревание очищаемой реакционной смеси в зоне подогрева, причем очищаемая реакционная смесь содержит неочищенную ароматическую карбоновую кислоту и воду, очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева под давлением выше атмосферного, и очистку неочищенной ароматической карбоновой кислоты из очищаемой реакционной смеси с образованием очищенной продукционной ароматической карбоновой кислоты. Согласно некоторым вариантам осуществления очищаемая реакционная смесь также поступает в зону подогрева при температурах свыше 100°С, что было бы невозможно, если бы очищаемую реакционную смесь поддерживали под атмосферным давлением перед подачей в зону подогрева. Следовательно, по сравнению с более ранними способами меньше тепла требуется для повышения температуры в зоне подогрева до температуры, требуемой в реакторе очистки.
Согласно некоторым вариантам осуществления очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева под давлением, которое больше чем приблизительно 1,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 2,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 3,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 4,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 5,0 бар(изб-), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 6,0 бар(изб.) и согласно некоторым вариантам осуществления по меньшей мере 80 бар(изб.). Согласно некоторым вариантам осуществления очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева при температуре, которая больше чем приблизительно 105°С. Согласно некоторым вариантам осуществления температура составляет больше чем приблизительно 115°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 120°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 125°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 130°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 140°С.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ также предусматривает образование очищаемой реакционной смеси при смешивании содержащего воду потока с суспензией, содержащей неочищенную ароматическую карбоновую кислоту. Согласно некоторым вариантам осуществления зону смешения поддерживают под давлением, которое больше чем приблизительно 1,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 2,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 3,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 4,0 бар(изб.), согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 5,0 бар(изб.) и согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 6,0 бар(изб.). Согласно некоторым вариантам осуществления зону смешения поддерживают при температуре, которая больше чем приблизительно 105°С. Согласно некоторым вариантам осуществления температура составляет больше чем приблизительно 115°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 120°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 125°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 130°С, согласно некоторым вариантам осуществления больше чем приблизительно 140°С.
Согласно некоторым вариантам осуществления очистка очищаемой реакционной смеси предусматривает приведение в контакт водного раствора, который содержит, по меньшей мере, часть неочищенной ароматической карбоновой кислоты, с водородом в присутствии катализатора.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ также предусматривает окисление замещенного ароматического углеводорода газообразным кислородом в реакционной смеси жидкофазного окисления, содержащей растворитель на основе одноосновной карбоновой кислоты, воду и каталитическую композицию. Согласно некоторым вариантам осуществления очистка предусматривает приведение в контакт водного раствора, который содержит, по меньшей мере, часть неочищенной ароматической карбоновой кислоты, с водородом в присутствии катализатора.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ предусматривает: окисление параксилола в зоне реакции с образованием неочищенной терефталевой кислоты, причем окисление предусматривает контакт параксилола с газообразным кислородом в реакционной смеси жидкофазного окисления, которая содержит уксусную кислоту, воду и промотированную бромом каталитическую композицию; кристаллизацию неочищенной терефталевой кислоты, перемещение, по меньшей мере, части неочищенной терефталевой кислоты в зону смешения, поддерживаемую под давлением при температуре выше атмосферной, и смешивание неочищенной терефталевой кислоты с содержащим воду потоком с образованием очищаемой реакционной смеси, подачу очищаемой реакционной смеси в зону подогрева и нагревание очищаемой реакционной смеси по меньшей мере до 250°С, и очистку неочищенной терефталевой кислоты в реакторе гидрирования путем приведения в контакт очищаемой реакционной смеси с водородом в присутствии катализатора.
Дополнительные признаки вышеописанных способов производства очищенных видов ароматической карбоновой кислоты согласно идеям настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылкой на фигуры.
На фиг. 1 показана принципиальная технологическая схема производства очищенных видов ароматических карбоновых кислот согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В качестве краткого введения рассмотрим, что способ 100 содержит реактор 110 окисления, сконструированный для жидкофазного окисления сырья; зону кристаллизации, сконструированную для образования неочищенного твердого продукта из реакционной смеси жидкофазного окисления и содержащую кристаллизаторы 152 и 156; устройство 190 для разделения твердой и жидкой фаз, сконструированное для разделения неочищенного твердого продукта (и побочных продуктов окисления) и жидкости, зону смешивания, содержащую подпиточную емкость 200 для очищаемой реакционной смеси, сконструированную для приготовления смесей неочищенного твердого продукта в растворителе для реакции очистки; зону подогрева, содержащую теплообменник 208 для нагревания очищаемой реакционной смеси перед ее подачей в зону очистки, зону очистки, содержащую реактор 210 очистки, сконструированный для очистки неочищенной ароматической карбоновой кислоты, зону кристаллизации, содержащую емкость 220, сконструированную для образования очищенного твердого продукта из раствора для очистки; и устройство 230 для разделения твердой и жидкой фаз, сконструированное для разделения очищенного твердого продукта и жидкости. Объединение процессов на фиг. 1 подразумевается только как иллюстративное, и различные другие объединенные и отдельные конфигурации можно использовать таким же образом.
Жидкие и газообразные потоки и материалы, используемые в способе, представленном на фиг. 1, можно направлять и перемещать по подходящим трубопроводам, каналами и системам труб, изготовленным, например, из материалов, подходящих для использования в способе и для безопасности при осуществлении способа. Следует понимать, что конкретные элементы могут быть физически соединены и, при необходимости, могут иметь гибкие участки, жесткие участки или их комбинацию. При направлении потоков или соединений могут включаться промежуточные устройства и/или необязательные обработки. Например, могут присутствовать насосы, клапаны, патрубки, расходомеры и распределители для газа и жидкости, пробоотборники и измерительные устройства и другое оборудование (например, для наблюдения, контроля, регулирования и/или изменения давлений, расходов и других рабочих параметров).
Типичные ароматические сырьевые материалы, подходящие для использования в реакторе 110 окисления, включают, помимо прочего, ароматические соединения (например, углеводороды), замещенные в одном или нескольких положениях по меньшей мере одной группой, которая окисляется до карбоновокислотной группы. Согласно некоторым вариантам осуществления положения заместителей соответствуют положениям карбоновокислотных групп получаемой ароматической карбоновой кислоты. Согласно некоторым вариантам осуществления окисляемые заместители включают алкильные группы (например, метальные, этильные и/или изопропильные группы). Согласно другим вариантам осуществления окисляемые заместители включают кислородсодержащие группы, такие как гидроксиалкильные, формильные, альдегидные и/или кето-группы. Заместители могут быть одинаковыми или различными. Ароматическая часть сырьевых соединений может иметь бензольное кольцо, или она может быть би- или полициклической (например, иметь нафталиновые и/или антраценовые кольца). Согласно некоторым вариантам осуществления число окисляемых заместителей на ароматической части сырьевого соединения равно числу мест, доступных на ароматической части. Согласно другим вариантам осуществления число окисляемых заместителей на ароматической части сырья меньше, чем количество всех таких мест (например, согласно некоторым вариантам осуществления 1-4, а согласно другим вариантам осуществления 2). Типичные сырьевые соединения, которые можно использовать согласно идеям настоящего изобретения - отдельно или в комбинациях - включают, помимо прочего, толуол; этилбензол и другие алкилзамещенные бензолы; ортоксилол; параксилол; метаксилол; толуиловые альдегиды, толуиловые кислоты, алкилбензиловые спирты, 1-формил-4-метилбензол, 1-гидроксиметил-4-метилбензол; метилацетофенон; 1,2,4-триметилбензол; 1-формил-2,4-диметилбензол; 1,2,4,5-тетраметилбензол; замещенные алкилом, формилом, ацилом и гидроксиметилом нафталины (например, 2,6-диметилнафталин, 2,6-диэтилнафталин, 2,7-диметилнафталин, 2,7-диэтилнафталин, 2-формил-6-метилнафталин, 2-ацил-6-метилнафталин, 2-метил-6-этилнафталин и подобные); и подобные; и частично окисленные производные любых вышеуказанных веществ; и их комбинации. Согласно некоторым вариантам осуществления замещенное ароматическое соединение содержит замещенный метилом, этилом и/или изопропилом ароматический углеводород. Согласно некоторым вариантам осуществления замещенное ароматическое соединение содержит алкилзамещенный бензол, ортоксилол, параксилол, метаксилол или подобное, или их комбинации.
Ароматические карбоновые кислоты, производимые согласно идеям настоящего изобретения, не ограничены и включают, помимо прочего, моно- и поликарбоксилатные частицы с одним или несколькими ароматическими кольцами. Согласно некоторым вариантам осуществления ароматические карбоновые кислоты производят посредством реакции газообразных и жидких реагентов в жидкофазной системе. Согласно некоторым вариантам осуществления ароматическая карбоновая кислота содержит только одно ароматическое кольцо. Согласно другим вариантам осуществления ароматическая карбоновая кислота содержит множество (например, два или более) ароматических колец, которые согласно некоторым вариантам осуществления сконденсированы (например, нафталин, антрацен и пр.), а согласно другим вариантам осуществления - нет. Согласно некоторым вариантам осуществления ароматическая карбоновая кислота содержит только один карбоновокислотный (например, -СО2Н) фрагмент или его соль (например, -СО2Х, где X представляет собой катионные частицы, содержащие, помимо прочего, катионы металлов, аммоний-ионы и подобное). Согласно другим вариантам осуществления ароматическая карбоновая кислота содержит множество (например, два или более) карбоновокислотных фрагментов или их солей. Типичные ароматические карбоновые кислоты включают, помимо прочего, терефталевую кислоту, тримезиновую кислоту, тримеллитовую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, бензойную кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту и подобное, и их комбинации. Согласно другим вариантам осуществления идеи настоящего изобретения направлены на производство очищенных форм терефталевой кислоты, включая очищенную терефталевую кислоту (ОТК) и так называемые терефталевые кислоты средней очистки.
Характерный тип окисления, который можно проводить в реакторе 110 окисления, представляет собой жидкофазное окисление, которое предусматривает контакт газообразного кислорода и сырьевого материала, содержащего ароматический углеводород с заместителями, окисляемыми до карбоновокислотных групп, в жидкофазной реакционной смеси. Согласно некоторым вариантам осуществления жидкофазная реакционная смесь содержит растворитель на основе одноосновной карбоновой кислоты и воду в присутствии каталитической композиции, содержащей по меньшей мере один компонент на основе тяжелого металла (например, Со, Mn, V, Мо, Cr, Fe, Ni, Zi, Се, Hf или подобного, и их комбинации) и промотор (например, галогенсодержащие соединения и пр.). Согласно некоторым вариантам осуществления окисление проводят при повышенной температуре и давлении, эффективных для сохранения жидкофазной реакционной смеси и образования высокотемпературной паровой фазы высокого давления. Согласно некоторым вариантам осуществления окисление ароматического сырьевого материала при жидкофазном окислении дает ароматическую карбоновую кислоту, а также побочные продукты реакции, такие как продукты неполного или промежуточного окисления ароматического сырьевого материала и/или побочные продукты растворителя. Согласно некоторым вариантам осуществления ароматическая карбоновая кислота содержит терефталевую кислоту, а окисление предусматривает контакт параксилола с газообразным кислородом в реакционной смеси жидкофазного окисления, которая содержит уксусную кислоту, воду и промотированную бромом каталитическую композицию. Жидкофазное окисление и связанные способы можно проводить как периодический процесс, непрерывный процесс или полунепрерывный процесс. Окисление можно проводить в одном или нескольких реакторах.
Согласно типичному варианту осуществления, такому как осуществляемый, как показано на фиг. 1, жидкий сырьевой материал, содержащий по меньшей мере приблизительно 99 масс. % замещенного ароматического углеводорода, водный раствор уксусной кислоты (например, содержащий от приблизительно 70 до приблизительно 95 масс. % уксусной кислоты), растворимые соединения кобальта и марганца (например, такие как их соответствующие ацетаты) в качестве источников металлов катализатора, бром (например, бромоводород) в качестве промотора катализатора и воздух можно непрерывно подавать в емкость 110 для реакции окисления через впускные отверстия, такие как впускное отверстие 112. Согласно некоторым вариантам осуществления емкость 110 представляет собой поддерживающий номинальное рабочее давление реактор непрерывного действия с мешалкой.
Согласно некоторым вариантам осуществления перемешивание можно обеспечивать путем вращения мешалки 120, вал которой приводится в действие внешним источником питания (не показан). Лопасти, установленные на валу и расположенные в объеме жидкости, сконструированы для обеспечения сил для смешивания жидкостей и диспергирования газов в объеме жидкости, при этом предотвращая осаждение твердых веществ в нижних областях объема жидкости.
Согласно некоторым вариантам осуществления параксилол окисляют в реакторе 110, предпочтительно до терефталевой кислоты. Побочные продукты, которые могут образоваться помимо терефталевой кислоты, включают, помимо прочего, продукты неполного и промежуточного окисления (например, 4-карбоксибензальдегид, 1,4-гидроксиметилбензойная кислота, пара-толуиловая кислота, бензойная кислота и подобное, и их комбинации). Поскольку реакция окисления является экзотермической, тепло, образованное при реакции, может вызывать закипание жидкофазной реакционной смеси и образование отводимой сверху реактора паровой фазы, которая содержит испарившуюся уксусную кислоту, водяной пар, газообразные побочные продукты реакции окисления, оксиды углерода, азот из воздуха, подаваемого на реакцию, непрореагировавший кислород и подобное, и их комбинации.
Отводимый сверху реактора пар можно удалять из реактора через выпускное отверстие 116 и направлять в поток 111 в дистилляционную колонну 330 высокого давления. Зона разделения сконструирована для разделения воды и растворителя - одноосновной карбоновой кислоты и возврата обогащенной растворителем жидкой фазы в реактор по линии 331. Обогащенную водой газовую фазу удаляют из зоны разделения по линии 334 для дальнейшей переработки, например, путем рекуперации энергии посредством детандера, путем конденсации воды из газового потока для использования в зоне очистки или других частях способа и путем обработки отработанных газов. Обратный поток возвращают в колонну 330 по линии 335. Обратный жидкий поток может содержать сконденсированные части обогащенного водой газового потока 334 или может содержать жидкость из других источников. Примеры дальнейшей переработки отводимого сверху реактора газового потока и
источников обратных жидких потоков более подробно описаны в патентах США №5723656, №6137001, №7935844, №7935845 и №8173834.
Согласно некоторым вариантам осуществления жидкие отходы, содержащие твердые продукты окисления, суспендированные в жидкофазной реакционной смеси, удаляют из реакционной емкости 110 через выпускное отверстие 114 для шлама и направляют в поток 115 в кристаллизатор 152, а затем в кристаллизатор 156, для извлечения твердого продукта.
Согласно некоторым вариантам осуществления твердый неочищенный продукт можно извлекать из жидкости кристаллизацией в одну или несколько стадий, например, в одном кристаллизаторе или, как показано на фиг. 1, в ряду множества кристаллизаторов с мешалками. Согласно некоторым вариантам осуществления процесс кристаллизации предусматривает последовательные снижения температуры и давления от более ранних до более поздних стадий для увеличения извлечения продукта. Например, как показано на фиг. 1, кристаллизаторы 152 и 156 могут быть подключены последовательно и находиться в жидкостной связи так, что суспензию продукта из кристаллизатора 152 можно перемещать в кристаллизатор 156. Охлаждение кристаллизаторов можно осуществлять путем сброса давления. Один или несколько кристаллизаторов могут иметь вентиляционные отверстия, такие как вентиляционные отверстия 154 и 158, для удаления пара, полученного при сбросе давления, и образования пара из выделяющихся паров в теплообменных устройствах (не показаны).
Как показано на фиг. 1, кристаллизатор 156 находится в жидкостной связи с устройством 190 для разделения жидкой и твердой фаз. Устройство 190 для разделения жидкой и твердой фаз сконструировано для приема суспензии твердого продукта из кристаллизатора 156. Согласно некоторым вариантам осуществления устройство 190 для разделения жидкой и твердой фаз также сконструировано для разделения неочищенного твердого продукта и побочных продуктов и жидкости. Согласно некоторым вариантам осуществления устройство 190 для разделения жидкой и твердой фаз представляет собой центрифугу, ротационный вакуум-фильтр, фильтр-пресс или подобное, или их комбинацию. Согласно некоторым вариантам осуществления устройство 190 для разделения содержит фильтр-пресс, сконструированный для замены растворителя (например, путем прямого вытеснения под давлением маточной жидкости в отфильтрованном осадке при помощи промывочной жидкости, содержащей воду). Маточная жидкость окисления, полученная при разделении, может выходить из устройства 190 для разделения в поток 191 для перемещения в резервуар 192 для
маточной жидкости. Часть маточной жидкости и согласно некоторым вариантам осуществления основную часть маточной жидкости можно перемещать из резервуара 192 в реактор 110 окисления. Таким образом, растворитель - одноосновную карбоновую кислоту, воду, катализатор и/или побочные продукты реакции окисления, растворенные и/или присутствующие в виде мелких твердых частиц в маточной жидкости, можно возвращать в реакцию жидкофазного окисления.
Как показано на фиг. 1, поток 197, содержащий нагретый неочищенный твердый продукт, можно направлять в зону смешения, содержащую подпиточную емкость 200 для реакционной смеси. Неочищенный твердый продукт в потоке 197 можно смешивать и суспендировать в подпиточной емкости 200 при помощи подпиточного растворителя, поступающего в емкость 200 по линии 202, с образованием реакционной смеси для очистки. Согласно некоторым вариантам осуществления подпиточный растворитель для очистки содержит воду. Согласно некоторым вариантам осуществления линия 202 для растворителя соединяется с емкостью для хранения (не показана), в которой содержится подпиточный растворитель. Согласно другим вариантам осуществления растворитель содержит свежую деминерализованную воду, подаваемую из дегазатора. Согласно другим вариантам осуществления растворитель подают из другой части комплексного способа 100. Например, согласно одному варианту осуществления растворитель содержит конденсат, получаемый при отделении отходящих газов в колонне 330 или из паров, извлеченных в зоне кристаллизации. Источники подпиточного растворителя для очистки более подробно описаны, например, в патентах США №5723656, №6137001, №7935844, №7935845 и №8173834.
Зона смешения сконструирована для работы под давлением выше атмосферного. Это давление поддерживают в емкости 200 путем установки на впускных линиях 197 и 202 насосов, фильтров, регулирующих клапанов или поворотных клапанов (не показаны), а на выпускной линии 204 - насоса 206. Согласно одному варианту осуществления герметизацию емкости 200 осуществляют путем обеспечения ротационного фильтр-пресса в качестве разделителя 190 твердой и жидкой фаз. Ротационный фильтр-пресс сжимает отводимую суспензию, выходящую из устройства 190 и поступающую в линию 197. Подходящие ротационные фильтр-прессы продаются компанией BHS-Sonthofen и раскрыты, например, в патентах США №2741369, №7807060 и заявке на патент США №20050051473. Очищаемую реакционную смесь, полученную в емкости 200, отводят по линии 204 и подают в насос 206, который также служит для поддержания давления в емкости 200. Путем поддержания емкости 200 под давлением выше атмосферного давления подпиточный растворитель 202 для очистки может поступать в емкость 200 и находиться в емкости 200 под давлением выше атмосферного и, таким образом, может поступать и находиться при температуре выше той, которая была бы возможна, если бы емкость находилась под атмосферным давлением. Например, воду в подпиточном растворителе для очистки можно было бы подавать в емкость только максимум при 100°С, если бы емкость находилась под абсолютным давлением в одну атмосферу. Путем обеспечения подпиточного растворителя для очистки при более высоком давлении и температуре при подаче в емкость 200 полученная очищаемая реакционная смесь, образованная в емкости 200, будет иметь более высокую температуру, чем было бы возможно, если бы емкость 200 не находилась под давлением.
Подходящие источники подпиточного растворителя для очистки, находящегося под давлением, включают деминерализованную воду, конденсат пара, конденсат от дистилляции с участка окисления, такой как отводимый сверху поток, сконденсированный из потока 334, и конденсат кристаллизаторов очистки, таких как 220.
Очищаемая реакционная смесь, выходящая из емкости 200 по линии 204, поступает в зону подогрева. Очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева под давлением выше атмосферного, что обеспечивает подачу очищаемой реакционной смеси при более высокой температуре, чем было бы возможно при работе при нормальном давлении. Зона подогрева, показанная на фиг. 1, содержит насос 206 и теплообменник 208. Специалисты в данной области техники поймут, что, хотя только один теплообменник показан на фиг. 1, зона подогрева может содержать дополнительные теплообменники, подключенные последовательно или параллельно. Теплообменник 208 повышает температуру очищаемой реакционной смеси до температуры, требуемой для реакции очистки, как описано ниже. Согласно одному варианту осуществления температуру повышают по меньшей мере до 250°С. Согласно одному варианту осуществления температуру повышают по меньшей мере до 290°С. Поскольку очищаемая реакционная смесь поступает при более высокой температуре, чем в обычных, работающих при нормальном давлении системах, энергия, требуемая для нагревания очищаемой реакционной смеси в зоне подогрева, меньше, чем требовалось бы для обычных, работающих при нормальном давлении систем.
Нагретую очищаемую реакционную смесь отводят из зоны подогрева и подают в зону очистки. Зона очистки содержит реактор 210 очистки. Согласно некоторым вариантам осуществления очистка в реакторе 210 очистки предусматривает контакт очищаемой реакционной смеси с водородом при повышенной температуре и давлении в присутствии катализатора гидрирования. Согласно некоторым вариантам осуществления давление находится в диапазоне от приблизительно 85 до приблизительно 95 кг/см2. Согласно некоторым вариантам осуществления часть жидкой очищаемой реакционной смеси можно непрерывно отводить из реактора 210 гидрирования в поток 211 и направлять в кристаллизатор 220 в находящейся ниже по потоку зоне кристаллизации. В кристаллизаторе 220 терефталевая кислота и сниженные уровни примесей могут кристаллизоваться из реакционной смеси (например, путем снижения давления на жидкость). Полученную смесь очищенной терефталевой кислоты и жидкости, образованной в кристаллизаторе 220, можно направлять в устройство 230 для разделения твердой и жидкой фаз по потоку 221. Пары, полученные при сбросе давления в реакторе 220 кристаллизации, можно конденсировать путем пропускания в теплообменники (не показаны) для охлаждения. Полученный жидкий конденсат можно повторно направлять в процесс, например, в качестве рецикла в подпиточный бак сырья для очистки (не показан), посредством подходящих трубопроводов (не показаны) и/или направлять на обработку сточных вод (ОСВ). Очищенная терефталевая кислота выходит из устройства 230 для разделения твердой и жидкой фаз в поток 231. Согласно некоторым вариантам осуществления, по меньшей мере, часть, согласно некоторым вариантам осуществления всю или по существу всю, очищаемую маточную жидкость можно направлять в поток 233 в качестве обратного потока в дистилляционную колонну 330 высокого давления, как более подробно описано, например, в патентах США №5723656, №6137001, №7935844, №7935845 и №8173834. Согласно другим вариантам осуществления поток 233 можно направлять в водоочистную установку. Устройство 230 для разделения жидкой и твердой фаз может представлять собой центрифугу, ротационный вакуум-фильтр, фильтр-пресс или подобное, или их комбинацию.
Таким образом, полное содержание каждой и всех патентных и непатентных публикаций, цитируемых в настоящем документе, включено посредством ссылки, за исключением того, которому каким-либо образом противоречат раскрытия или определения из настоящей заявки, в этом случае раскрытие или определение из настоящего документа следует рассматривать как преобладающее.
Вышеуказанное подробное раскрытие и сопутствующие графические материалы были представлены в качестве объяснения и пояснения и не предназначены для ограничения объема приложенной формулы изобретения. Многие изменения в предпочтительных вариантах осуществления, показанных в настоящем документе, будут очевидны специалисту в данной области техники, и они остаются в пределах объема приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.
Следует понимать, что элементы и признаки, перечисленные в приложенной формуле изобретения, можно объединять различным образом для получения новых пунктов формулы, которые точно так же попадают в объем настоящего изобретения. Таким образом, ввиду того, что зависимые пункты формулы, приложенной ниже, зависят только от одного независимого или зависимого пункта, следует понимать, что эти зависимые пункты могут, альтернативно, стать зависимыми в качестве альтернативы от любого предшествующего пункта - или независимого, или зависимого - и что такие новые комбинации следует понимать как образующие часть настоящего описания.
1. Способ производства очищенной ароматической карбоновой кислоты, включающий:
окисление замещенного ароматического соединения в зоне реакции с образованием неочищенной ароматической карбоновой кислоты;
перемещение выходящего потока из зоны реакции в зону кристаллизации;
извлечение по меньшей мере части неочищенной ароматической карбоновой кислоты в виде твердого вещества из зоны кристаллизации;
перемещение выходящего потока из зоны кристаллизации в устройство для разделения твердой и жидкой фаз, представляющее собой ротационный фильтр-пресс, выполненный с возможностью работы под давлением выше атмосферного;
смешивание неочищенного твердого продукта из устройства для разделения твердой и жидкой фаз и растворителя в зоне смешения с образованием очищаемой реакционной смеси, причем неочищенный твердый продукт и растворитель подают в зону смешения под давлением выше атмосферного;
нагревание очищаемой реакционной смеси в зоне подогрева; причем очищаемая реакционная смесь содержит указанную неочищенную ароматическую карбоновую кислоту и указанный растворитель, причем очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева под давлением выше атмосферного; и
очистку неочищенной ароматической карбоновой кислоты из очищаемой реакционной смеси в зоне очистки с образованием очищенной продукционной ароматической карбоновой кислоты.
2. Способ по п. 1, в котором очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева при температуре выше 100°C.
3. Способ по п. 1, в котором растворитель подают в зону смешения под давлением по меньшей мере 1 бар (изб.).
4. Способ по п. 3, в котором содержащий растворитель поток подают в зону смешения под давлением по меньшей мере 2 бар (изб.).
5. Способ по п. 1, в котором содержащий растворитель поток подают в зону смешения при температуре выше 100°C.
6. Способ по п. 1, в котором содержащий растворитель поток подают в зону смешения при температуре по меньшей мере 120°C.
7. Способ по п. 1, в котором зону смешения поддерживают под давлением по меньшей мере 2 бар (изб.).
8. Способ по п. 1, в котором очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева под давлением по меньшей мере 80 бар (изб.).
9. Способ по п. 2, в котором очищаемую реакционную смесь подают в зону подогрева при температуре по меньшей мере 120°C.
10. Способ по п. 1, в котором ароматическая карбоновая кислота представляет собой терефталевую кислоту.
11. Способ по п. 1, в котором зона очистки содержит реактор гидрирования и причем очистка включает контактирование водного раствора, который содержит по меньшей мере часть неочищенной ароматической карбоновой кислоты, с водородом в присутствии катализатора.
12. Способ по п. 1, в котором растворитель содержит воду.
13. Способ по п. 1, дополнительно включающий извлечение обогащенной водой газовой фазы из отводимого сверху пара реакционной зоны в дистилляционной колонне высокого давления, причем растворитель содержит конденсат обогащенной водой газовой фазы.
