CN102372590B - 由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，主要解决现有技术中存在的结晶分离过程能耗大的问题，本发明通过设置浆化槽，让第二级结晶过程所得对二甲苯晶体浆化后进入第一级结晶器的技术方案较好地解决了该问题，可用于对二甲苯工业生产中。

Description

由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
技术领域
本发明涉及一种由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法。
背景技术
对二甲苯是聚酯工业的重要原料，主要用于生产精对苯二甲酸(PTA)或精对苯二甲酸二甲酯(DMT)，进而由PTA和DMT去生产聚酯(PET)，分离混合二甲苯是对二甲苯的主要生产方法。混合二甲苯主要由对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯和乙苯组成，各组分间的沸点相差很小，但是熔点相差较大，可采用结晶法分离对二甲苯。
专利US5448005公开了一种由富含对二甲苯的混合二甲苯原料生产对二甲苯的结晶方法，该方法通过第一级结晶过程分离得到高纯度的对二甲苯产品，并通过第二级结晶过程回收结晶母液中剩余的对二甲苯。由于对二甲苯晶体产品的纯度取决于固液分离效率，而第二级结晶过程的操作温度较低，所得晶浆温度也较低，不利于固液分离，因而难获得高纯度的对二甲苯晶体，因此，在该专利中，第二级结晶过程所得的对二甲苯晶体全部熔化，然后再返回到第一级结晶过程进行重结晶以提高对二甲苯产品的纯度。从能量利用的角度来看，先制冷获得晶体，然后熔化晶体再制冷进行重结晶，使得该专利的结晶分离过程能耗增大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法中存在的能耗大的问题，提供一种新颖的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法。该方法节约了分离过程的能耗。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，包括以下步骤：
a)混合二甲苯在第一级结晶器中进行结晶，结晶器中的结晶清母液从结晶器上部流出，结晶清母液分为两股，第一股占5～95％重量的结晶清母液I进入浆化槽中，第二股占5～95％重量的结晶清母液II进入第二级结晶器中；
b)第一级结晶器中的晶浆经第一固液分离器分离后得到对二甲苯晶体I和结晶过滤母液I，对二甲苯晶体I经换热后熔化，5～30％重量的对二甲苯返回第一固液分离器作为洗涤液，70～95％重量的对二甲苯作为产品排出；
c)结晶过滤母液I分为两股，第一股占5～95％重量的结晶过滤母液I进入浆化槽中，第二股占5～95％重量的结晶过滤母液I进入第二级结晶器中进行结晶；
d)第二级结晶器中的晶浆经第二固液分离器分离得到对二甲苯晶体II和结晶过滤母液II，对二甲苯晶体II进入浆化槽中，浆化槽内的物料混合后返回到第一级结晶器中；
e)结晶过滤母液II分为两股，第一股占5～95％重量的结晶过滤母液II返回到第二级结晶器中，第二股占5～95％重量的结晶过滤母液II与混合二甲苯原料换热后排出；
其中，混合二甲苯原料与第二股结晶过滤母液II换热后进入浆化槽中，结晶清母液与第二股结晶过滤母液I的重量之比为0.1∶1～10∶1。
上述技术方案中，第一级结晶器的操作温度高于第二级结晶器的操作温度；第一级结晶器的操作温度为-65～13℃；第二级结晶器的操作温度为-65～13℃；浆化槽的操作温度高于第一级结晶器的操作温度；固液分离器为离心分离器或晶体洗涤塔；混合二甲苯中对二甲苯浓度大于20％；对二甲苯产品的纯度至少为99.5％。
上述技术方案中，设置浆化槽的目的是通过调节浆化槽的操作温度和晶浆在其中的停留时间，使对二甲苯晶体在其中经历晶体熟化和晶体发汗过程以提高晶体纯度。晶体熟化过程中，大的晶体继续长大，小的晶体则熔化，得到的大颗粒晶体将有利于后续固液分离过程，晶体纯度会更高。晶体发汗过程中，晶体内部的杂质将熔化后流出从而提高晶体纯度。由于浆化后的晶浆将返回到第一级结晶器，因而，浆化槽中已熔化的细小晶体将会在第一级结晶器中重结晶，因而不会造成晶体产品的损失，反而晶体纯度会因重结晶而得到提高。设置浆化槽后，第二级结晶过程所得对二甲苯晶体就不需要全部熔化，而是浆化后进入第一级结晶器中，从而大大节约了分离过程的能耗。结晶器中不可避免地有一部分细晶存在，过饱和度是结晶过程的推动力，细晶在生长的过程中将会消耗掉一部分过饱和度，从而使其它较大的晶体难以生长成更大的晶体，因而会降低整个晶体产品的平均粒度，不利于后续的固液分离过程。由于第一级结晶器中的晶浆经固液分离后得到晶体产品，因此需要对第一级结晶器中的细晶进行消除。第一级结晶器中的部分晶浆在结晶器中经澄清后，会在结晶器上部形成结晶清母液，这些结晶清母液并不是真正的清母液，其中必然含有大量的细晶，将这部分结晶清母液溢流出结晶器，即将细晶移出了结晶器，从而使结晶器中其它较大的晶体能长的更大。一部分含细晶的结晶清母液进入浆化槽，与温度较高的混合二甲苯原料混合后温度升高，所含细晶将熔化，熔化后的对二甲苯在返回到第一级结晶器时将重结晶析出，因而不会造成对二甲苯的损失。一部分含细晶的结晶清母液进入第二级结晶器中，细晶作为第二级结晶器中的晶种，由于第二级结晶器温度比第一级结晶器温度低，因而细晶将在第二级结晶器中继续生长，从而提高第二级结晶器中的晶体粒度。使用本发明的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法生产对二甲苯，与现有技术相比，分离过程的制冷能耗降低了19％以上，对二甲苯产品的纯度达到99.9％，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1是现有的生产对二甲苯的结晶方法的流程示意图。
其中，1-原料；2-换热器；3-第一级结晶器；4-一级结晶晶浆I；5-一级固液分离器；6-对二甲苯晶体I；7-一级结晶过滤母液I；8-熔融罐；9-洗涤液；10-对二甲苯产品；11-第二级结晶器；12-二级结晶晶浆II；13-二级固液分离器；14-对二甲苯晶体II；15-二级结晶过滤母液II；16-熔融罐。
图2是本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法的流程示意图。
其中，1-原料；2-换热器；3-第一级结晶器；4-一级结晶晶浆I；5-一级固液分离器；6-对二甲苯晶体I；7-一级结晶过滤母液I；8-熔融罐；9-洗涤液；10-对二甲苯产品；11-第二级结晶器；12-二级结晶晶浆II；13-二级固液分离器；14-对二甲苯晶体II；15-二级结晶过滤母液II；16-浆化槽；17-第一股一级结晶过滤母液I；18-第二股一级结晶过滤母液I；19-第一股二级结晶过滤母液II；20-第二股二级结晶过滤母液II；21-浆化槽晶浆；22-结晶清母液；23-第一股结晶清母液；24-第二股结晶清母液。
如图1所述，混合二甲苯1经换热器2冷却后，在第一级结晶器3中进行结晶，结晶器3中的晶浆4通过第一固液分离器5进行固液分离，得到高纯度的对二甲苯晶体6和结晶过滤母液7。对二甲苯晶体6在熔融罐8中熔化，一部分作为洗涤液9对第一固液分离器5中的晶体进行洗涤，一部分作为对二甲苯产品10排出。结晶过滤母液7进入第二级结晶器11中进行结晶，第二级结晶器11中的晶浆12经第二固液分离器13分离得到对二甲苯晶体14和结晶过滤母液15。对二甲苯晶体14在熔融罐16中熔化后进入第一级结晶器3中，结晶过滤母液15通过换热器2对混合二甲苯1进行冷却后排出。
如图2所述，混合二甲苯1经换热器2冷却后进入浆化槽16中。结晶器3中的结晶清母液22从结晶上部流出后分为两股，一股结晶清母液23进入浆化槽16中，一股结晶清母液24进入第二级结晶器11中。结晶器3中的晶浆4通过第一固液分离器5进行固液分离，得到高纯度的对二甲苯晶体6和结晶过滤母液7。对二甲苯晶体6在熔融罐8中熔化，一部作为洗涤液9对第一固液分离器5中的晶体进行洗涤，一部分作为对二甲苯产品10排出。结晶过滤母液7分为两股，一股结晶过滤母液17进入浆化槽16中，一股结晶过滤母液18进入第二级结晶器11中进行结晶。第二级结晶器11中的晶浆12经第二固液分离器13分离得到对二甲苯晶体14和结晶过滤母液15。对二甲苯晶体14进入浆化槽16中，浆化槽16中的晶浆21返回第一级结晶器3中。结晶过滤母液15分为两股，一股结晶过滤母液19返回到第二级结晶器11中，一股结晶过滤母液20过换热器2对混合二甲苯1进行冷却后排出。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【比较例1】
现有的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
如图1所述，混合二甲苯1中含90％对二甲苯，流量为14864kg/h，经换热器2冷却后，在第一级结晶器3中进行结晶，结晶温度为3℃，结晶器3中的晶浆4通过第一固液分离器5进行固液分离，得到高纯度的对二甲苯晶体6和结晶过滤母液7。对二甲苯晶体6在熔融罐8中熔化，熔化温度为20℃，20％重量的对二甲苯作为洗涤液9对第一固液分离器5中的晶体进行洗涤，80％重量的对二甲苯作为对二甲苯产品10排出。结晶过滤母液7进入第二级结晶器11中进行结晶，结晶温度为-14℃。第二级结晶器11中的晶浆12经第二固液分离器13分离得到对二甲苯晶体14和结晶过滤母液15。对二甲苯晶体14在熔融罐16中熔化后进入第一级结晶器3中，熔化温度为20℃。结晶过滤母液15通过换热器2对混合二甲苯1进行冷却后排出。
【实施例1】
本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
如图2所述，混合二甲苯1中含90％对二甲苯，流量为14864kg/h，经换热器2冷却后进入浆化槽16中。混合二甲苯在第一级结晶器3中进行结晶，结晶温度为3℃。结晶器3中的结晶清母液22从结晶器上部流出后分为两股，第一股占75％重量的结晶清母液23进入浆化槽16中，第二股占25％重量的结晶清母液24进入第二级结晶器11中。结晶器3中的晶浆4通过第一固液分离器5进行固液分离，得到高纯度的对二甲苯晶体6和结晶过滤母液7。对二甲苯晶体6在熔融罐8中熔化，熔化温度为20℃，20％重量的对二甲苯作为洗涤液9对第一固液分离器5中的晶体进行洗涤，80％重量的对二甲苯作为对二甲苯产品10排出。结晶过滤母液7分为两股，第一股占74％重量的结晶过滤母液17进入浆化槽16中，第二股占26％重量的结晶过滤母液18进入第二级结晶器11中进行结晶，结晶温度为-14℃。第二级结晶器11中的晶浆12经第二固液分离器13分离得到对二甲苯晶体14和结晶过滤母液15。对二甲苯晶体14进入浆化槽16中，浆化槽16中的晶浆21返回第一级结晶器3中，浆化槽的操作温度为6.1℃。结晶过滤母液15分为两股，第一股占63％重量的结晶过滤母液19返回到第二级结晶器11中，第二股占37％重量的结晶过滤母液20通过换热器2对混合二甲苯1进行冷却后排出。其中，结晶清母液22与结晶过滤母液18的重量之比为08∶1。其结果列于表1中。
【实施例2】
本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
采用如图2所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其中，第二股占50％重量的结晶清母液24进入第二级结晶器11中，其余操作条件与实施例1相同，其结果列于表1中。
【实施例3】
本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
采用如图2所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其中，第二股占75％重量的结晶清母液24进入第二级结晶器11中，其余操作条件与实施例1相同，其结果列于表1中。
表1
【比较例2】
现有的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
采用如图1所述的生产对二甲苯的结晶方法，其中，第二级结晶器的操作温度为-3.54℃，其余操作条件与比较例1相同，其结果列于表2中。
【实施例4】
本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
采用如图2所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其中，第二股占25％重量的结晶清母液24进入第二级结晶器11中，第二股占30％重量的结晶过滤母液18进入第二级结晶器11中进行结晶，第二级结晶器的操作温度为-3.54℃，浆化槽的操作温度为63℃，第二股占87％重量的结晶过滤母液20通过换热器2对混合二甲苯1进行冷却后排出，结晶清母液22与结晶过滤母液18的重量之比为0.8∶1，其余操作条件与实施例1相同，其结果列于表2中。
【实施例5】
本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
采用如图2所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其中，第二股占50％重量的结晶清母液24进入第二级结晶器11中，其余操作条件与实施例4相同，其结果列于表2中。
【实施例6】
本发明所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法
采用如图2所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其中，第二股占75％重量的结晶清母液24进入第二级结晶器11中，其余操作条件与实施例4相同，其结果列于表2中。
表2
通过对比例可以看出，在相同的回收率下，本发明中，由于第二级结晶器中所得晶体无需全部熔化后再重结晶，因而整个结晶过程的能耗大大降低，通过第一级结晶器的细晶消除，晶体产品的平均粒度也得到了明显的增大，产品纯度更高。

Claims (3)

1.一种由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，包括以下步骤：
a)混合二甲苯在第一级结晶器中进行结晶，结晶器中的结晶清母液从结晶器上部流出，结晶清母液分为两股，第一股占5～95％重量的结晶清母液I进入浆化槽中，第二股占5～95％重量的结晶清母液II进入第二级结晶器中；
b)第一级结晶器中的晶浆经第一固液分离器分离后得到对二甲苯晶体I和结晶过滤母液I，对二甲苯晶体I经换热后熔化，5～30％重量的对二甲苯返回第一固液分离器作为洗涤液，70～95％重量的对二甲苯作为产品排出；
c)结晶过滤母液I分为两股，第一股占5～95％重量的结晶过滤母液I进入浆化槽中，第二股占5～95％重量的结晶过滤母液I进入第二级结晶器中进行结晶；
d)第二级结晶器中的晶浆经第二固液分离器分离得到对二甲苯晶体II和结晶过滤母液II，对二甲苯晶体II进入浆化槽中，浆化槽内的物料混合后返回到第一级结晶器中；
e)结晶过滤母液II分为两股，第一股占5～95％重量的结晶过滤母液II返回到第二级结晶器中，第二股占5～95％重量的结晶过滤母液II与混合二甲苯原料换热后排出；
其中，混合二甲苯原料与第二股结晶过滤母液II换热后进入浆化槽中，结晶清母液与第二股结晶过滤母液I的重量之比为0.1∶1～10∶1。
其中，第一级结晶器的操作温度高于第二级结晶器的操作温度；第一级结晶器的操作温度为-65～13℃；第二级结晶器的操作温度为-65～13℃；浆化槽的操作温度高于第一级结晶器的操作温度。
2.根据权利要求1所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其特征在于混合二甲苯原料中对二甲苯浓度大于20％。
3.根据权利要求1所述的由混合二甲苯生产对二甲苯的结晶方法，其特征在于对二甲苯产品的纯度至少为99.5％。
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