專利名稱：回收純化的對苯二甲酸(pta)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)和回收純化的對苯二甲酸(“PTA”)的新方法。更具體地，本申請涉及使用旋轉(zhuǎn)式壓力過濾器回收結(jié)晶的對苯二甲酸及在大氣壓下回收產(chǎn)生的晶體的方法。本方法涉及將該結(jié)晶物質(zhì)通過至少兩個閥確定的分離的區(qū)域，其中每后一區(qū)域的壓力略微小于前一個區(qū)域的壓力。
對苯二甲酸用于生產(chǎn)很多不同的聚合物，包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。生產(chǎn)PET的典型方法是直接縮合對苯二甲酸和一種多元醇。這種直接的酯化反應需要使用純化的對苯二甲酸，以使反應產(chǎn)物可以接受。
對苯二甲酸通過直接氧化對二甲苯以及隨后的結(jié)晶母液來回收粗對苯二甲酸(CAT)來生產(chǎn)。這種CTA仍含有大約0.2wt％到0.4wt％的4-羧基苯甲醛(4-CBA)的作為主要雜質(zhì)。為了減少4-CBA的含量，通常將該CTA溶解于水中，得到的溶液在氫化反應器中處理，將4-CBA轉(zhuǎn)化成對甲苯甲酸。從氫化反應器中得到的溶液在一系列的結(jié)晶器中閃蒸冷卻，從而以晶體的形式沉淀出純化的對苯二甲酸(PTA)。從結(jié)晶器中得到的淤漿仍含有顯著量的對甲苯甲酸，需要從PTA中分離出來，以達到商品技術(shù)指標的不大于150ppm的含量。
為了純化該PTA，目前最多使用的是兩個后續(xù)的固體分離步驟。傳統(tǒng)的從其母液中分離PTA的方法是在100℃到170℃的溫度及1到7bar的壓力下離心分離該淤漿。在此條件下，對甲苯甲酸的主要部分將留在溶液中，使其得到分離。
從離心分離機中得到的PTA晶體只含有很小量的對甲苯甲酸，但卻含有殘留的母液(通常為10-15％)。為了除去這些雜質(zhì)，通常將該晶體與附加的水混合，通常以1.1-1.5m3水/噸PTAR的比率，來洗去夾帶的母液。這樣得到的是含有45±5％固體的淤漿。該淤漿閃蒸到大氣壓，然后進給到第二步的離心分離機或旋轉(zhuǎn)式真空過濾器(RVF)中。該含有殘留10-15％水的PTA，通常用旋轉(zhuǎn)式干燥器干燥后貯存。該PTA晶體仍含有少量的對甲苯甲酸(通常小于150ppm)，而4-CBA的含量通常小于25ppm。
這些傳統(tǒng)的方法需要很高的投資，因為它們需要一個大規(guī)模的壓力離心機，以及大規(guī)模的RVF或第二個大規(guī)模的離心機。這些又導致很高的維修費用及伴隨而來的穩(wěn)定性的缺乏。另外，離心機引起晶體的斷裂，使得顆粒大小的分布很大程度地增大，特別是小于44微米的顆粒大小。這種方法還需要大量的需要加熱到工藝溫度的水。最后，該方法得到的產(chǎn)品具有相對大量的水分，其必須用干燥器除去，結(jié)果導致能耗很高。
美國專利5,175,255教導了一種包含壓力過濾的純化對苯二甲酸的方法。該參考文獻教導，引入一種水溶液淤漿(包含以晶體形式存在的純化的對苯二甲酸和以水溶液形式存在的作為共結(jié)晶形式的對甲苯甲酸)到一個或多個過濾池中。該淤漿在大氣壓到16atm的體系壓力下過濾。將帶有得到的濾餅的過濾池轉(zhuǎn)移到洗滌區(qū)，在該區(qū)域向過濾池引入加熱到38℃到205℃的水流，使其在濾餅上形成儲水層。然后利用壓力梯度來使水通過濾餅，進行置換洗滌，該壓力梯度高于體系壓力至少0.5atm，同時保持該儲水層。使置換洗滌連續(xù)進行足夠的時間以除去預期量的雜質(zhì)。然后將過濾池轉(zhuǎn)移到壓力釋放區(qū)，使體系壓力迅速釋放以閃蒸掉濾餅中殘留的水，并回收產(chǎn)品。然后將壓力釋放區(qū)重新加壓到體系壓力以使其能夠接受更多的產(chǎn)品。該方法報道得到含有小于200ppm重量的對甲苯甲酸的對苯二甲酸。
雖然該方法滿意地生產(chǎn)了純凈的產(chǎn)品，但它是一種耗時的方法，因為壓力釋放區(qū)必須重新加壓到體系壓力，才能接受更多的置換洗滌的物料。
本發(fā)明的申請人發(fā)現(xiàn)該方法可以通過轉(zhuǎn)移洗滌過的濾餅到一個卸壓區(qū)(或壓力釋放區(qū))的方法來改進，該區(qū)域的壓力小于洗滌區(qū)。這種方法所需的重新加壓卸壓區(qū)的時間顯著減少。本發(fā)明的申請人發(fā)現(xiàn)，卸壓區(qū)的壓力以漸進地方式接近預期的壓力。這就是說釋放區(qū)與體系壓力之間的壓力差的主體部分在重新加壓的初始階段就得到了補充，而最后的一點壓力差則需要相對較長的時間來補充。因此，通過將卸壓區(qū)的壓力置于小于系統(tǒng)的壓力，可以節(jié)省很多的時間?？s短循環(huán)時間使得前段生產(chǎn)可以更快地進行，或者可以使用較小的旋轉(zhuǎn)式壓力過濾器，而不引起瓶頸效應。
此外，發(fā)現(xiàn)卸壓區(qū)與洗滌區(qū)之間的壓力差事實上有利于產(chǎn)品的移動，因為它可以在某種程度上通過氣流帶動，該氣流在兩個區(qū)域之間的擋板被移去時產(chǎn)生。還被發(fā)現(xiàn)可以幫助過濾器本身不阻塞。
另外，本發(fā)明的申請人發(fā)現(xiàn)，為了得到最好的系統(tǒng)機械操作性能，主要是防止排放管道的阻塞，用比US5,175,355教導的閃蒸速度更慢地釋放壓力是有利的。
本發(fā)明的一個方面是提供一種制備純化的對苯二甲酸的方法，其包含首先向高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器中引入一種含有結(jié)晶的對苯二甲酸及其雜質(zhì)的液體淤漿，然后用高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器過濾上述淤漿并收集至少一些固體部分。而后，用附加量的水洗滌該固體部分。然后傳送洗滌過的固體部分到卸壓區(qū)，其中卸壓區(qū)的壓力小于收集該固體部分區(qū)域的壓力。當固體部分被轉(zhuǎn)移到卸壓區(qū)之后，密閉卸壓區(qū)和收集區(qū)之間的連接，使得卸壓區(qū)的壓力變化不會影響收集區(qū)的壓力。然后對卸壓區(qū)減壓，移出固體。然后重新加壓卻壓區(qū)，以使該區(qū)域可以從高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器中接收額外的洗滌過固體部分。
含有含雜質(zhì)的對苯二甲酸的液體淤漿可以得自任何對苯二甲酸的生產(chǎn)方案。這在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的，并且對本發(fā)明很不重要。類似地，具體的用于過濾淤漿的高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器對本發(fā)明也不是關(guān)鍵因素。任何能夠在高于大氣壓的壓力下操作過濾系統(tǒng)都可能使用。優(yōu)選地，對于標準的操作條件，該過濾器能夠處理工廠所有的對苯二甲酸，并能夠在1.0到10.0bar的壓力下進行操作。一種適宜的過濾器是BakerProcess Inc出售的Bird Young Rotary Filter。本發(fā)明使用的裝置是一個Bird Young Rotary Filter，其過濾面積為1sq.ft2，能夠以1到5MT/h的速度處理固體PTA。
過濾器通常由殼體和轉(zhuǎn)鼓構(gòu)成，殼體被充以工作壓力，轉(zhuǎn)鼓用過濾裝置，如濾布或相當?shù)倪^濾裝置包覆，被充以適當?shù)男∮跉んw的壓力。
轉(zhuǎn)鼓理想地分成三區(qū)域·第一個區(qū)域，在此除去母液
·第二個區(qū)域，在此洗滌固體·第三個區(qū)域，在此除去過量的洗滌液，并卸出固體。
殼體的壓力優(yōu)選介于3到6.5bar，最優(yōu)選大約4.5bar。過濾在133℃到161℃的溫度下進行，最優(yōu)選147℃。
殼體和轉(zhuǎn)鼓之間的壓力差介于0.1到2.0bar之間，優(yōu)選在0.3到0.7bar之間，最優(yōu)選為0.5bar。
從旋轉(zhuǎn)式過濾器中除去的母液可以獨立的回收，并重新在生產(chǎn)過程中使用或排放到廢水處理裝置中，這在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的。
然后將余下的固體部分用附加量的水洗滌。已發(fā)現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)方法需要使用較少的水就能達到類似的純度。因此，雖然本發(fā)明的洗滌階段可以使用任何量的水，優(yōu)選使用小于1m3/t PTA，這樣可以節(jié)約水并減少將這些水加熱到工藝溫度所帶來的能量消耗。水的用量優(yōu)選介于0.2到0.7m3/MT的PTA，最優(yōu)選大約0.51m3/MT的PTA。洗滌優(yōu)選在與過濾相同的溫度下進行，但這只是為了方便并非強制。用于洗滌固體的水的溫度介于50℃到161℃之間，優(yōu)選介于130℃到150℃之間，最優(yōu)選147℃，洗滌液可以獨立的從母液中回收，并重新在生產(chǎn)過程中使用或循環(huán)回到生產(chǎn)過程中，這在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的。
洗滌后，固體部分優(yōu)選在收集區(qū)內(nèi)收集，然后傳送到卸壓區(qū)，卸壓區(qū)的壓力小于收集區(qū)。為了保持壓力差，收集區(qū)與卸壓區(qū)以某種設備隔開，該設備可以方便的開關(guān)來密閉卸壓區(qū)與收集區(qū)。因此在操作中，當收集區(qū)中收集到一定量的固體物質(zhì)時，打開該設備，在重力和壓力差的聯(lián)合作用下將部分(優(yōu)選全部)固體物質(zhì)轉(zhuǎn)移到卸壓區(qū)。該設備不是本發(fā)明的關(guān)鍵，然而，半球閥(Dome Valves)如Macawber EngeeringInc.生產(chǎn)的產(chǎn)品顯示了有效性。
當該設備被打開時，卸壓區(qū)的壓力在一定程度上小于收集區(qū)。優(yōu)選地，壓力差介于0.01到0.3bar之間，更優(yōu)選介于0.03到0.1bar之間，最優(yōu)選為0.05bar。
固體被轉(zhuǎn)移到卸壓區(qū)之后，該設備被關(guān)閉，以使卸壓區(qū)與收集區(qū)和/或旋轉(zhuǎn)式壓力過濾器之間密閉。此時壓力被釋放。盡管本發(fā)明中可以使用閃蒸，但優(yōu)選該壓力以更慢的速度釋放。理想地，壓力在0.5到10秒鐘內(nèi)釋放，更優(yōu)選在4到7秒之間，盡管最優(yōu)化的時間將會是單個機械及其運行速度的一個因素。壓力的緩慢釋放可能通過很多不同的方法達到。其中一種方法就是在排放管道上設置一個可以控制的窄的節(jié)流閥。其可以單獨使用，也可以與一個止逆閥聯(lián)合使用，來保持排放管道中的一定的壓力(并且因此保持卸壓區(qū)的壓力)。其它方法如泄流閥在本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知，也可以用于本發(fā)明。第二個沒有任何節(jié)流閥的排放管道也可以被使用，以作為確保該卸壓區(qū)不處于加壓狀態(tài)的雙保險。
卸壓區(qū)卸壓后，第二個密閉設備被打開，固體物料被移出。在從收集區(qū)到卸壓區(qū)的過渡過程中，過渡過程優(yōu)選在輕微的壓力差下進行，以使當密閉設備打開時，該物料同時被重力和流向低壓區(qū)域的氣流所推動。優(yōu)選地，此壓力差介于0.01到0.3bar之間，更優(yōu)選介于0.03到0.1bar之間，最優(yōu)選為0.05bar。再一次地，可以使用任何可以密閉卸壓區(qū)的設備，但優(yōu)選Dome Valves。該固體物質(zhì)用適當?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)移到干燥器中，如通過螺旋裝置轉(zhuǎn)移，以進行本技術(shù)領(lǐng)域已知的進一步的處理。
當卸壓區(qū)的物料移出以后，該卸壓區(qū)再次用Dome Valves(或其它合適的裝置)密封，然后重新加壓以接收更多的洗滌的物料。優(yōu)選地，釋放卸壓區(qū)的壓力、移出產(chǎn)品和重新對卸壓區(qū)加壓所用的時間以相應的裝滿收集區(qū)的時間計算，使得一旦卸壓區(qū)空出，密封并重新加壓后，該收集區(qū)正好收集滿，使得整個循環(huán)過程中沒有間斷時間。如前面指出的，通過不要求卸壓區(qū)與收集區(qū)(或旋轉(zhuǎn)式過濾器殼體)有相同的壓力，該卸壓區(qū)可以更快地被重新加壓，該區(qū)域可以被更快地加壓到可接受的限度。因此，該工藝可以幾乎立即地再一次開始。
優(yōu)選地，上述序列用一種程序邏輯控制器(PLC)來運行，以最優(yōu)化地開關(guān)各個密封裝置、排放裝置和加壓管道。
實施例實施例1進行了各種實驗來調(diào)查對應不同操作條件下的質(zhì)量結(jié)果。本實施例只描述了恒定殼體和轉(zhuǎn)鼓之間壓力差為0.55bar下的實驗。
操作條件的描述記錄在表1中。
質(zhì)量結(jié)果的描述在概括在表2中。
表1
表2
(1)卸壓室重新加壓時間(2)累積室和卸壓室之間的壓力差和卸壓室與處于大氣壓的最終卸料管道之間的壓力差。
權(quán)利要求
1.一種制備純化的對苯二甲酸的方法，包含a.向高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器中引入一種含具有雜質(zhì)的結(jié)晶的對苯二甲酸的液體淤漿；b.過濾上述淤漿并收集至少一些固體部分；c.用附加量的水洗滌該固體部分；d.傳送收集到的洗滌過的固體部分到卸壓區(qū)，其中卸壓區(qū)的壓力小于收集該固體部分區(qū)域的壓力；e.密閉卸壓區(qū)和收集區(qū)之間的連接，使得卸壓區(qū)的壓力變化不會影響收集區(qū)的壓力；f.對卸壓區(qū)減壓；g.從卸壓區(qū)中移出洗滌過的固體部分；和h.升高卸壓區(qū)的壓力，以使該區(qū)域可以從高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器中接收額外的洗滌過的固體部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟f中的減壓過程在大于10秒鐘時間內(nèi)完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中固體部分在傳送到卸壓區(qū)之前在收集區(qū)累積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中卸壓區(qū)的壓力比收集區(qū)的壓力小至少0.01bar。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中洗滌溫度介于50℃到161℃之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中固體部分以小于1.1米3水/噸固體的速度洗滌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中過濾在1.0到10.0bar的壓力下進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中卸壓區(qū)的壓力并非減到大氣壓，以使該區(qū)域存在一個壓力差，幫助移出產(chǎn)品。
全文摘要
一種制備純化的對苯二甲酸的方法，包含首先向高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器中引入一種含有具有雜質(zhì)的結(jié)晶的對苯二甲酸的液體淤漿，然后過濾上述淤漿并收集至少一些固體部分。過濾器通常由殼體和轉(zhuǎn)鼓構(gòu)成，殼體被充以工作壓力，轉(zhuǎn)鼓用過濾裝置，如濾布或相當?shù)倪^濾裝置包覆，被充以適當?shù)男∮跉んw的壓力。轉(zhuǎn)鼓理想地分成三區(qū)域第一個區(qū)域，在此除去母液；第二個區(qū)域，在此洗滌固體；第三個區(qū)域，在此除去過量的洗滌液，并卸出固體。而后，用附加量的水在轉(zhuǎn)鼓上洗滌該固體部分。然后傳送收集到的洗滌過的固體部分到卸壓區(qū)，其中卸壓區(qū)的壓力小于收集該固體部分區(qū)域的壓力。當固體部分被轉(zhuǎn)移到卸壓區(qū)之后，密閉卸壓區(qū)和收集區(qū)之間的連接，使得卸壓區(qū)的壓力變化不會影響收集區(qū)的壓力。然后逐漸地對卸壓區(qū)減壓，移出固體。然后將卸壓區(qū)重新加壓，以使該區(qū)域可以從高壓旋轉(zhuǎn)式過濾器中接收額外的洗滌過的固體部分。
文檔編號C07C51/43GK1414940SQ00817911
公開日2003年4月30日 申請日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者L·皮拉斯, S·斯凱納, M·基亞雷利, L·索羅 申請人:因卡國際公司