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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen
Carbonsäure
durch eine exotherme Flüssigphasenoxidation
einer aromatischen Ausgangsverbindung. Insbesondere betrifft diese
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Carbonsäuren durch
eine exotherme Flüssigphasenoxidation
einer aromatischen Ausgangsverbindung, wobei die durch die exotherme Oxidation
erzeugte Energie wirksam rückgewonnen wird.
Diese Erfindung betrifft auch ein wirksames Verfahren zum Behandeln
von Abwasser, das während der
Herstellung von aromatischen Carbonsäuren erzeugt wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Aromatische
Carbonsäuren
sind nützliche chemische
Verbindungen und sind Rohmaterialien für eine große Vielzahl an hergestellten
Artikeln. Zum Beispiel wird Terephthalsäure (TA) weltweit in Mengen
von über
10 Milliarden Pounds pro Jahr hergestellt. Eine einzelne Herstellungsanlage
kann 100.000 bis mehr als 750.000 Tonnen an TA herstellen. TA wird
zum Beispiel zur Herstellung von Polyethylenterephthalat (PET),
ein Rohmaterial zur Herstellung von Polyesterfasern für Textilanwendungen, und
Polyesterfolie für
Verpackungs- und Aufbewahrungsanwendungen verwendet. TA kann hergestellt werden
durch die exotherme Oxidation bei hohem Druck einer geeigneten aromatischen
Ausgangsverbindung wie para-Xylol in einer Flüssigphasenreaktion unter Verwendung
von Luft oder einer anderen Quelle von molekularem Sauerstoff als
dem Oxidationsmittel und katalysiert durch eine oder mehrere Schwermetallverbindungen
und eine oder mehrere Promotorverbindungen. Auf diesem Fachgebiet
sind Verfahren zur Oxidation von para-Xylol und anderer aromatischen
Verbindungen unter Verwendung solcher Flüssigphasenoxidationen gut bekannt.
Zum Beispiel offenbart Saffer im US-Patent 2,833,816 ein Verfahren
zum Oxidieren von aromatischen Ausgangsverbindungen zu deren entsprechenden
aromatischen Carbonsäuren.
Im Mittelpunkt dieser Verfahren zur Herstellung von aromatischen
Carbonsäuren
steht die Verwendung einer Flüssigphasenreaktion,
die eine Carbonsäure
mit niedrigem Molekulargewicht wie Essigsäure als Teil des Reaktionslösungsmittels
verwendet. Es ist auch eine bestimmte Menge an Wasser in dem Oxidationsreaktionslösungsmittel vorhanden,
und Wasser wird auch als ein Ergebnis der Oxidationsreaktion gebildet.
Die Oxidationsreaktion erzeugt auch ein Reaktionsabgas, das im allgemeinen
Kohlendioxid, Kohlenmonoxid umfaßt und abhängig vom verwendeten Promotor
Mehtylbromid enthalten kann. Wenn darüber hinaus Luft als die Quelle
von molekularem Sauerstoff verwendet wird, enthält das Reaktionsabgas Stickstoffgas
und nicht umgesetzten Sauerstoff. Obwohl zahlreiche Mittel zur Steuerung
der Temperatur der in hohem Maße exothermen
Oxidationsreaktion verwendet werden können, ist es im allgemeinen
am bequemsten, die Wärme
zu entfernen, indem dem Lösungsmittel
während
der Oxidationsreaktion erlaubt wird, zu Verdampfen, d.h. zu sieden.
Zum Beispiel beschreibt
EP 0
498 591 (Imperial Chemical Industries) ein exothermes Oxidationsverfahren,
bei dem das verdampfte Lösungsmittel,
das typischerweise eine Mischung aus Wasser und Carbonsäure mit
niedrigem Molekulargewicht ist, in einer Überkopfkondensatorvorrichtung
kondensiert wird und das Kondensat zu der Reaktionsmischung rückgeführt wird.
Da jedoch auch Wasser vorhanden ist, wird zumindest ein Teil des Kondensats
für gewöhnlich zu
einer Trennvorrichtung geleitet, typischerweise eine Destillationskolonne,
um das Wasser von dem aliphatischen Säurelösungsmittel mit niedrigem Molekular gewicht
abzutrennen, so daß die
Wasserkonzentration im Reaktor auf einem konstanten Niveau gehalten
wird. Abgase, die nicht kondensiert werden, werden üblicherweise abgelassen
oder durch eine Oxidationsvorrichtung geleitet, um Nebenprodukte
zu verbrennen und ein für
die Umwelt akzeptables Abgas zu bilden.
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Das
Hochdruckabgas enthält
eine beträchtliche
Menge an Energie. Obwohl Verfahren nach dem Stand der Technik, z.B.
Journal A, Band 25(3), 1984, – "Energy Conservation
at Amoco Chemicals" (J. Reumers),
bis zu einem gewissen Ausmaß einen
Teil der in dem Abgas enthaltenen Energie verwendeten indem das
Abgas durch z.B. eine Entspannungsvorrichtung oder eine Turbine
geleitet wird, verwenden die Verfahren nach dem Stand der Technik
die in diesem Hochdruckabgas verfügbare Energie nicht in vollem
Maße.
In den derzeitigen Verfahren wurde eine Entfernung der Wärme aus
der Reaktionsmischung durch Kondensieren eines Anteils des Überkopfreaktionsdampfes
erreicht, um einen Dampf mit gemäßigtem Druck
zu erzeugen. Der Dampf mit gemäßigtem Druck
wurde zum Teil zur Rückgewinnung von
Energie mittels einer Dampfturbine verwendet, und ein Teil wurde
dazu verwendet, Wasser von der Essigsäure durch Destillation zu trennen.
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Auf
diesem Gebiet wird daher ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von aromatischen Carbonsäuren
benötigt,
bei dem die durch die in hohem Maße exotherme Hochdruckoxidationsreaktion
erzeugte Energie wirtschaftlich und wirksam rückgewonnen werden kann und
welches praktisch als ein Nettoenergieerzeuger wirkt. Die vorliegende
Erfindung stellt ein derartiges verbessertes Verfahren zur Verfügung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren
zur Herstellung von aromatischen Carbonsäuren durch die exotherme Flüssigphasenoxidationsreaktion
einer aromatischen Ausgangsverbindung zur Verfügung gestellt, bei dem Energie
wirksam aus der exothermen Flüssigphasenoxidationsreaktion
rückgewonnen
wird, welches Verfahren folgendes umfaßt:
- (a)
Oxidieren einer aromatischen Ausgangsverbindung (wie para-Xylol)
zu einer aromatischen Carbonsäure
(z.B. Terephthalsäure)
in einer Flüssigphasenreaktionsmischung,
die Wasser, ein Monocarbonsäurelösungsmittel
mit niedrigem Molekulargewicht, einen Schwermetalloxidationskatalysator
und eine Quelle molekularen Sauerstoffs umfaßt, bei einem Druck von 0 kg/cm2 bis 35 kg/cm2 und
bei einer Temperatur von 150°C
bis 240°C,
um einen gasförmigen
Hochdruck-Überkopfstrom
zu erzeugen, der Wasser, gasförmige Nebenprodukte
und gasförmiges
Monocarbonsäurelösungsmittel
mit niedrigem Molekulargewicht umfaßt;
- (b) Leiten des gasförmigen
Hochdruck-Überkopfstroms
zu einer Hochleistungs-Trennvorrichtung, um Wasser von der Monocarbonsäure mit
niedrigem Molekulargewicht zu trennen, derart, daß mindestens
95 Gew.-% der Monocarbonsäure
mit niedrigem Molekulargewicht aus dem gasförmigen Hochdruck-Überkopfstrom
aus der Flüssigphasenoxidationsreaktion
entfernt werden, um einen zweiten Hochdruck-Überkopfstrom zu bilden, der
Wasser und während
der Oxidationsreaktion gebildete gasförmige Nebenprodukte enthält; und
- (c) Leiten des zweiten Hochdruck-Überkopfstroms aus Schritt (b)
direkt oder indirekt zu einer Entspan nungsvorrichtung, um aus dem
zweiten Hochdruck-Überkopfstrom
Energie rückzugewinnen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der zweite Hochdrucküberkopfstrom, der Wasser und gasförmige Nebenprodukte
umfaßt,
welcher von dem Abtrennschritt (b) gebildet wird, gegebenenfalls
behandelt werden, um korrosive und/oder brennbare Nebenproduktmaterialien
rückzugewinnen
bevor er zu einer Entspannungsvorrichtung geleitet wird. Die korrosiven
und/oder brennbaren Nebenproduktmaterialien können aus dem zweiten Hochdrucküberkopfstrom,
der Wasser und gasförmige
Nebenprodukte umfaßt,
welcher von dem Abtrennschritt (b) gebildet wird, z.B. durch eine
katalytische Oxidation entfernt werden, um einen gasförmigen Hochdruckausfluß zu bilden,
bevor er zu einer Entspannungsvorrichtung geleitet wird. Ein weiterer
optionaler Schritt umfaßt das
Leiten des Hochdruckausflusses zu einer Vorheizvorrichtung, bevor
er zu einer Entspannungsvorrichtung geleitet wird. Die Entspannungsvorrichtung kann
mit einem elektrischen Generator verbunden sein, um Mittel zum Rückgewinnen
der Energie zur Verfügung
zu stellen.
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Zum
Bereitstellen der wirksamen Rückgewinnung
der durch die exotherme Oxidation der aromatischen Ausgangsverbindung
erzeugten Energie stellt darüber
hinaus die Verwendung einer Hochleistungs-Trennvorrichtung (wie
einer Hochleistungs-Destillationskolonne, z.B. eine mit mindestens
30 theoretischen Böden)
ein Mittel zum Rückführen des
Oxidationsreaktorwassers zur Verfügung, das typischerweise zur
Reinigung von rohen aromatischen Carbonsäuren verwendet wird. Solches
Wasser kann als Rückfluß zu der
Destillationskolonne rückgeführt werden.
Jegliche restliche aromatische Carbonsäure in dem Wasser, ebenso wie
Oxidationsreaktionszwischenprodukte werden dadurch zu dem Oxidationsreaktor
rückgeführt und
als brauchbares Produkt rückgewonnen.
Zudem verringert oder eliminiert dieses Rückführen des Reinigungswassers
sogar die Notwendigkeit der Behandlung des Wassers in einer Abfallbehandlungsanlage.
Somit wird die Belastung der Abfallbehandlungsanlage in großem Maße verringert.
Die vorliegende Erfindung erstellt somit auch ein Verfahren zur
Herstellung von aromatischen Carbonsäuren gemäß der Schritte (a) bis (c)
zur Verfügung,
welches ferner die folgenden Schritte umfaßt:
- (d)
Abtrennen der im Schritt (a) gebildeten aromatischen Carbonsäure von
der Reaktionsmutterlauge, die während
der Flüssigphasenoxidationsreaktionsmischung
erzeugt wird, um eine aromatische Rohcarbonsäure zu bilden;
- (e) Reinigen der aromatischen Rohcarbonsäure bei einer erhöhten Temperatur
und Druck in einem Reinigungslösungsmittel,
das Wasser umfaßt,
um eine Mischung aus gereinigter aromatischer Carbonsäure und
Reinigungsmutterlauge, die Wasser umfaßt, zu bilden; und
- (f) Trennen der gereinigten aromatischen Carbonsäure von
im Schritt (e) gebildeter Reinigungsmutterlauge und Rückführen von
mindestens einem Teil der Reinigungsmutterlauge zu der Hochleistungs-Destillationskolonne.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Reaktorvorrichtung zur Verfügung, die
für eine
Verwendung in dem oben beschriebenen Verfahren geeignet ist, zum
Umwandeln einer alkylaromatischen Ausgangsverbindung zu einer aromatischen
Carbonsäure
durch die Flüssigphasenoxidation
der aromatischen Ausgangsverbindung in einer Reaktionsmischung,
die Essigsäure-Reaktionslösungsmittel
und Wasser umfaßt,
und die für
die wirksame Rückgewinnung
von durch die Oxidationsreaktion erzeugter Energie sorgt, umfassend
ein für
die Durchführung
der Flüssigphasenoxidation
einer aromatischen Ausgangsverbindung bei einer erhöhten Tempe ratur
geeignetes Reaktionsgefäß, eine
Hochleistungs-Destillationskolonne, die zum Trennen einer Mischung
aus Essigsäure
und Wasser geeignet ist, so daß der
die Kolonne verlassende Dampf weniger als ungefähr 0,5 Gew.-% an Essigsäure ist,
ein Mittel zum Leiten von durch die Flüssigphasenoxidationsreaktion
in dem Oxidationsreaktor erzeugtem Dampf zu der Destillationskolonne
und eine Entspannungsvorrichtung zum Rückgewinnen von Energie aus
dem Dampf, der aus der Destillationskolonne austritt.
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Kurze Beschreibung
der Figur
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1 zeigt
in einer schematischen Form eine Ausführungsform des Betriebs des
Verfahrens dieser Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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In
dem Verfahren dieser Erfindung wird eine aromatische Ausgangsverbindung
in einer exothermen Flüssigphasenoxidationsreaktionsmischung
zu einer aromatischen Carbonsäure
oxidiert, und die durch diese in hohem Maße exotherme Oxidation erzeugte
Energie wird wirksam rückgewonnen
und z.B. zur Erzeugung von Strom oder anderer Formen von brauchbarer
und übertragbarer
Energie verwendet.
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Die
in dem Verfahren dieser Erfindung brauchbare aromatische Ausgangsverbindung
ist eine beliebige aromatische Verbindung, die oxidierbare Substituenten
besitzt, die zu einer Carbonsäuregruppe
oxidiert werden können.
Der oxidierbare Substituent kann zum Beispiel eine Alkylgruppe wie eine
Methyl-, Ethyl- oder Isopropylgruppe sein. Er kann auch eine teilweise
oxidierte Alkylgruppe sein, wie eine Alkoholgruppe, Aldehydgruppe
oder eine Ketogruppe. Der aromatische Anteil der aromatischen Ausgangsverbindung
kann ein Benzolkern sein, oder er kann ein bi- oder polycyclischer
Kern, zum Beispiel ein Naphthalinkern sein. Die Anzahl der oxidierbaren
Substituenten an dem aromatischen Anteil der aromatischen Ausgangsverbindung
kann gleich der Anzahl der Stellen sein, die an dem aromatischen
Anteil der aromatischen Ausgangsverbindung verfügbar sind, ist jedoch im allgemeinen
geringer und ist vorzugsweise 1 bis 4, weiter bevorzugt 2 oder 3.
Beispiele von geeigneten aromatischen Ausgangsverbindungen für das Verfahren
dieser Erfindung schließen
somit Toluol, Ethylbenzol, o-Xylol, meta-Xylol, para-Xylol, 1-Formyl-4-methylbenzol, 1-Hydroxymethyl-4-methylbenzol,
1,2,4-Trimethylbenzol, 1-Formyl-2,4-dimethylbenzol, 1,2,4,5-Tetramethylbenzol,
mit Alkyl, Hydroxymethyl, Formyl und Acyl substituierte Naphthalinverbindungen
wie 2,6- und 2,7-Dimethylnaphthalin, 2-Acyl-6-methylnaphthalin,
2-Formyl-6-methylnaphthalin, 2-Methyl-6-ethylnaphthalin, 2,6-Diethylnaphthalin
und dergleichen ein.
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Wenn
z.B. Paraxylol oxidiert wird, wird Terephthalsäure erzeugt, meta-Xylol erzeugt
Isophthalsäure
und 2,6-Dimethylnaphthalin
erzeugt 2,6-Naphthalincarbonsäure.
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Wie
oben erwähnt,
sind Verfahren zum Oxidieren einer aromatischen Ausgangsverbindung
zu der entsprechenden aromatischen Carbonsäure unter Verwendung einer
schwermetallkatalysierten Flüssigphasenoxidationsreaktion
nach dem Stand der Technik gut bekannt. Zum Beispiel offenbart Saffer
et al. im US-Patent 2,833,816 solche Verfahren. Andere Verfahren
sind in den US-Patenten 3,870,754, 4,933,491, 4,950,786 und 5,292,934
offenbart. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Oxidation von
2,6-Dimethylnaphthalin zu 2,6-Naphthalindicarbonsäure ist
im US-Patent 5,183,933 offenbart. Im allgemeinen schließen geeignete Schwermetalloxidationskatalysatoren
jedoch solche Metalle mit einer Atomzahl von ungefähr 21 bis
ungefähr
einschließlich
82 ein, vorzugsweise eine Mischung aus Cobalt und Mangan. Das bevorzugte Oxidationslösungs mittel
ist eine aliphatische Monocarbonsäure mit niedrigem Molekulargewicht
mit 2 bis einschließlich
6 Kohlenstoffatomen oder Mischungen davon mit Wasser. Es ist vorzugsweise
Essigsäure
oder Mischungen von Essigsäure
und Wasser. Eine Reaktionstemperatur von 145°C bis 235°C ist typisch, und der Reaktionsdruck
ist so, daß die
Reaktionsmischung Flüssigphasenbedingungen
unterliegt. Ein Promotor wie ein Keton mit niedrigem Molekulargewicht
mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein Aldehyd mit niedrigem Molekulargewicht
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen kann ebenfalls verwendet werden. Es
können
auch Brompromotorverbindungen, die auf dem Gebiet bekannt sind,
wie Bromwasserstoff, molekulares Brom, Natriumbromid und dergleichen
verwendet werden. Es ist auch eine Quelle von molekularem Sauerstoff
notwendig und ist typischerweise Luft. Für die Umwandlung von Paraxylol
zu Terephthalsäure
kann die Quelle an molekularem Sauerstoff im Gehalt an molekularem
Sauerstoff von 10% an molekularem Sauerstoff bis Sauerstoffgas variieren.
Luft ist die bevorzugte Quelle von molekularem Sauerstoff. Um die
Bildung von explosiven Mischungen zu vermeiden, sollte das dem Reaktor
zugeführte sauerstoffhaltige
Gas eine Abgas-Dampfmischung zur Verfügung stellen, die von 0,5 bis
8 Vol.-% an Sauerstoff (gemessen auf lösungsmittelfreier Basis) zur
Verfügung
stellen. Zum Beispiel wird eine Zuführrate des sauerstoffhaltigen
Gases, die ausreicht, um Sauerstoff in einer Menge von 1,5 bis 2,8
mol pro Methylgruppe zur Verfügung
zu stellen, solche 0,5 bis 8 Vol.-% an Sauerstoff (gemessen auf
lösungsmittelfreier
Basis) in der Überkopf-Gas-Dampf-Mischung zur
Verfügung
stellen.
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Der
in dem Oxidationsschritt zur Herstellung von Rohterephthalsäure verwendete
Katalysator umfaßt
vorzugsweise Cobalt-, Mangan- und Bromkomponenten und kann zusätzlich nach
dem Stand der Technik bekannte Beschleuniger umfassen. Das Verhältnis von
Cobalt (berechnet als elementares Cobalt) in der Cobaltkomponente
des Katalysa tors zu p-Xylol in der Flüssigphasenoxidation liegt geeigneterweise
im Bereich von 0,2 bis 10 milligrammatome (mga) pro grammol an p-Xylol.
Das Verhältnis
von Mangan (berechnet als elementares Mangan) in der Mangankomponente
des Katalysators zu Cobalt (berechnet als elementares Cobalt) in
der Cobaltkomponente des Katalysators in der Flüssigphasenoxidation liegt geeigneterweise
im Bereich von 0,2 bis 10 mga pro mga an Cobalt. Das Gewichtsverhältnis von Brom
(berechnet als elementares Brom) in der Bromkomponente des Katalysators
zu Gesamtcobalt und Mangan (berechenet als elementares Cobalt und
elementares Mangan) in den Cobalt- und Mangankomponenten des Katalysators
in der Flüssigphasenoxidation
liegt geeigneterweise im Bereich von 0,2 bis 1,5 mga pro mga an
Gesamtcobalt und Mangan.
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Jede
der Cobalt- und Mangankomponenten kann in einer beliebigen ihrer
bekannten ionischen oder gebundenen Formen, die lösliche Formen
von Cobalt, Mangan und Brom in dem Lösungsmittel des Reaktors zur
Verfügung
stellen, zur Verfügung
gestellt werden. Wenn zum Beispiel das Lösungsmittel ein Essigsäuremedium
ist, kann Cobalt- und/oder Mangancarbonat, -acetat, -tetrahydrat
und/oder Brom verwendet werden. Das 0,2:1,0 bis 1,5:1,0 Brom-zu-Gesamtcobalt
und -mangan-Milligrammatomverhältnis
wird durch eine geeignete Quelle an Brom zur Verfügung gestellt.
Solche Bromquellen schließen
elementares Brom (Br2) oder ionisches Brom
(zum Beispiel HBr, NaBr, KBr, NH4Br usw.)
oder organische Bromide ein, welche dafür bekannt sind, daß sie Bromionen
bei der Betriebstemperatur der Oxidation zur Verfügung stellen
(z.B. Benzylbromid, Mono- und Dibromessigsäure, Bromacetylbromid, Tetrabromethan,
Ethylendibromid usw.). Das Gesamtbrom in molekularem Brom und ionischen
Bromid wird zur Bestimmung der Erfüllung des Milligrammatomverhältnisses
von elementarem Brom zu Gesamtcobalt und -mangan von 0,2:1,0 bis
1,5:1,0 verwendet. Das von dem organischen Bromiden bei den Oxi dationsbetriebsbedingungen
freigesetzte Bromion kann durch bekannte analytische Mittel leicht
bestimmt werden.
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Für die Oxidation
von Paraxylol zu Terephthalsäure
ist der minimale Druck, auf dem der Oxidationsreaktor gehalten wird,
typischerweise der Druck, der eine im wesentlichen flüssige Phase
des p-Xylols und des Lösungsmittels
aufrecht erhält.
Wenn das Lösungsmittel
eine Essigsäure-Wasser-Mischung
ist, liegen geeignete Reaktionsüberdrücke in dem
Oxidationsreaktor im Bereich von 0 kg/cm2 bis
35 kg/cm2, und liegen typischerweise im
Bereich von 10 kg/cm2 bis 20 kg/cm2. Der Temperaturbereich innerhalb des Oxidationsreaktors
reicht im allgemeinen von 120°C, vorzugsweise
von 150°C,
bis 240°C,
vorzugsweise bis 230°C.
Die Lösungsmittelverweilzeit
in dem Oxidationsreaktor reicht im allgemeinen von 20 bis 150 Minuten
und vorzugsweise von 30 bis 120 Minuten.
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Die
oben beschriebenen Verfahrensbedingungen zur Oxidation von Paraxylol
zu Terephthalsäure
können
auch zur Oxidation von Metaxylol zu Isophthalsäure verwendet werden.
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Für die Oxidation
von 2,6-Dimethylnaphthalin zu 2,6-Naphthalindicarbonsäure liegt das Gewichtsverhältnis von
Monocarbonsäurelösungsmittel zu
2,6-Dimethylnaphthalin vorzugsweise bei 2:1 bis 12:1, liegt das
mga-Verhältnis
von Mangan zu Cobalt bei 5:1 bis 0,3:1, liegt das mga-Verhältnis von
Brom zu der Gesamtheit von Cobalt und Mangan bei 0,3:1 bis 0,8:1
und liegt die Gesamtheit von Cobalt und Mangan, berechnet als elementares
Cobalt und elementares Mangan, bei mindestens 0,40 Gew.-%, basierend
auf dem Gewicht des Lösungsmittels,
und beträgt
die Oxidationsreaktionstemperatur 185°C bis 220°C. Essigsäure ist das am meisten geeignete
Lösungsmittel
zur Oxidation von 2,6-Dimethylnaphthalin.
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Das
zur Durchführung
der Flüssigphasenoxidation
der aromatischen Ausgangsverbindung zu der aromatischen Carbonsäure verwendete
Reaktorgefäß ist ein
beliebiges Reaktorgefäß, das dazu
entworfen wurde, bei den für
die Flüssigphasenoxidationsreaktion
verwendeten Reaktionsbedingungen betrieben zu werden. Diese Reaktoren
werden typischerweise aus einem inerten Material wie Titan hergestellt
oder werden mit einem inerten Material wie Glas oder Titan augekleidet.
Wenn die Oxidationsreaktion bei einem erhöhten Druck ausgeführt wird,
muß der Reaktor
auch so konstruiert sein, daß er
den für
die Oxidationsreaktion verwendeten Drücken standhält. Der Reaktor kann auch mit
einem oder mehreren Rührern
ausgestattet sein. Im allgemeinen ist der Reaktor zylindrisch gestaltet
und vertikal positioniert.
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Wie
zuvor angegeben, wir die während
der Flüssigphasenoxidation
erzeugte Wärme
abgeführt, indem
dem Reaktionsmittel erlaubt wird, zusammen mit dem in der Reaktionsmischung
vorhandenen Wasser aus der Reaktionsmischung zu verdampfen. Da die
Temperatur, bei der eine Flüssigkeit
siedet vom Druck abhängt,
kann die Temperatur der Oxidationsreaktion durch Steuern des Reaktionsdruckes gesteuert
werden. Bei einem Reaktionsdruck von 7 bis 21 kg/cm2 beträgt die Temperatur
der Reaktionsmischung bei Verwendung von Essigsäure als dem Lösungsmittel
und dem daraus erzeugten Dampf 170°C bis 210°C. Somit ist der Hochtemperatur-Hochdruckdampf,
der durch die Flüssigphasenoxidationsreaktion
erzeugt wird, eine beträchtliche
Energiequelle, insbesondere dann, wenn man die Menge an derartigem
Dampf berücksichtigt,
die in einer großformatigen
kommerziellen Anlage erzeugt wird, die pro Jahr 200.000 bis 750.000
Tonnen an aromatischer Carbonsäure
herstellt.
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In
dem Verfahren dieser Erfindung wird das verdampfte Reaktionslösungsmittel
zu einer Vorrichtung geleitet wie einer Hochleistungs-Destillationskolonne,
welche das Lösungsmittel,
typischerweise eine aliphatische Carbonsäure mit niedrigem Molekulargewicht,
von dem während
der Oxidationsreaktion erzeugten Wasser trennen kann. Aus nachfolgend
ausführlicher
diskutierten Gründen
muß die
zur Trennung des Wassers von dem Lösungsmittel verwendete Vorrichtung
in der Lage sein, eine Trennung derart durchzuführen, daß mindestens 95 Gew.-%, weiter
bevorzugt 98 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 99 Gew.-%
des Carbonsäurelösungsmittels
mit niedrigem Molekulargewicht in dem dampfförmigen Oxidationsreaktionsstrom
entfernt wird. Somit besitzt der aus der Trennvorrichtung austretende
gasförmige
Strom ein sehr geringes Niveau an Reaktionslösungsmittel und mit Ausnahme
von Kohlenoxiden, Stickstoff und Sauerstoffgas und irgendwelchen
Nebenprodukten ist er in der Hauptsache Hochdruckdampf. Wenn z.B.
das Reaktionslösungsmittel
eine Carbonsäure
mit niedrigem Molekulargewicht wie Essigsäure ist, umfaßt der in
die Trennvorrichtung eintretende Dampf eine Mischung aus Essigsäure und
Wasser, wobei das Verhältnis von
Essigsäure
zu Wasser 20:1 bis 3:1 ist, und der aus der Trennvorrichtung austretende
Dampf besitzt im allgemeinen weniger als 0,5 Gew.-% an Essigsäure, weiter
bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% an Essigsäure und am meisten bevorzugt
weniger als 0,05 Gew.-% an Essigsäure.
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Obwohl
die zur Durchführung
dieser Trennung verwendete Vorrichtung eine beliebige Vorrichtung
sein kann, die Wasser von dem Reaktionslösungsmittel trennen kann, ist
die bevorzugte Vorrichtung oder das Mittel zum Durchführen einer
derartigen Trennung eine Destillationskolonne, vorzugsweise eine
Hochleistungs-Destillationskolonne. Es kann eine beliebige Hochleistungs-Destillationskolonne verwendet
werden, jedoch sind bevorzugte Destillationskolonnen solche, die
eine Hochleistungs-Packung enthalten, wie Koch Flexipac und dergleichen, oder
Siebventilböden
oder Glockenböden
enthalten. Die Destillationsko lonne besitzt vorzugsweise 30 theoretische
Böden,
weiter bevorzugt mindestens 50 theoretische Böden. Die Destillationskolonne
muß in der
Lage sein, eine Trennung so durchzuführen, daß mindestens 95 Gew.-%, weiter
bevorzugt 98 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 99 Gew.-% des
Carbonsäurelösungsmittels
mit niedrigem Molekulargewicht in dem dampfförmigen Überkopfoxidationsreaktionsstrom
entfernt werden. Wie oben angegeben, ist das Verhältnis an
Monocarbonsäure
mit niedrigem Molekulargewicht, wie Essigsäure, zu Wasser in diesen Überkopfströmen gewichtsbezogen
typischerweise 20:1 zu 2:1.
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Die
Trennvorrichtung ist vorzugsweise so entworfen, daß sie die
Trennung des Reaktionslösungsmittels
vom Wasser bei erhöhtem
Druck durchführt.
Die Trennvorrichtung wird vorzugsweise bei einem Druck von gleich
oder leicht unterhalb des Drucks der Flüssigphasenoxidationsreaktion
betrieben.
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Es
kann jedes beliebige Mittel verwendet werden, um den durch die Flüssigphasenoxidationsreaktion
erzeugten Dampf zu der Trennvorrichtung zu leiten. Es kann zum Beispiel
eine Rohrleitung oder ein anderes geeignetes Leitungsbauteil verwendet werden.
Zusätzlich
kann die Trennvorrichtung, wie eine Destillationskolonne, direkt
mit dem Reaktorgefäß, das zur
Durchführung
der Flüssigphasenoxidationsreaktion
verwendet wird, verbunden sein.
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Somit
werden der durch die Flüssigphasenoxidationsreaktion
erzeugte Dampf zusammen mit jeglichen Nebenproduktgasen, die als
ein Ergebnis der Oxidation gebildet werden, jeglichen Kohlenoxiden,
die während
der Oxidation gebildet werden, und, wenn Luft als die Quelle von
molekularem Sauerstoff verwendet wird, Stickstoffgas durch die Trennvorrichtung
geleitet, um den Großteil
des Reaktionslösungsmittels
zu entfernen. Das die Trennvorrichtung verlassende Gas umfaßt daher
im allgemeinen Wasser (Dampf), Kohlenoxide, Stickstoffgas, jeglichen
nicht verbrauchten molekularen Sauerstoff und Oxidationsreaktionsnebenprodukte
wie Methylbromid. Es ist zu bemerken, daß das die Trennvorrichtung
verlassende Gas immer noch einen hohen Druck besitzt und daher eine
wertvolle Energiequelle darstellt. Während dieses Abgas der Trennvorrichtung
zu einem Mittel zum Rückgewinnen
von Energie, z.B. eine Entspannungsvorrichtung, geleitet werden
kann, ist es bevorzugt, zuerst korrosive und/oder brennbare Nebenproduktmaterialien
aus dem Hochdruckabgas zu entfernen, bevor es zu einer Entspannungsvorrichtung
oder einem anderen Mittel zur Energierückgewinnung geleitet wird.
Während
jegliche Mittel zur Entfernung von brennbaren Materialien aus dem
Abgas geeignet sind, z.B. eine thermische Oxidationsvorrichtung,
ist es ein bevorzugtes Verfahren, eine katalytische Oxidationsvorrichtung
zu verwenden, bei der das Abgas mit einem geeigneten katalytischen
Material bei hoher Temperatur und hohem Druck in Gegenwart von Luft
oder einen anderen Quelle von molekularem Sauerstoff in Kontakt
gebracht wird, und die korrosiven und brennbaren Nebenproduktmaterialien
in dem Abgas werden zu umweltverträglichen Materialien katalytisch
oxidiert. Eine solche katalytische Oxidationseinheit kann durch
Oxidation jegliches restliches Oxidationsreaktionslösungsmittel,
das in dem Abgas vorhanden ist, reduzieren oder eliminieren, und
sie kann ein Nebenprodukt wie Methylbromid oxidieren. In dem Verfahren
dieser Erfindung entfernt jedoch die verwendete Trennvorrichtung
den Großteil
des Reaktionslösungsmittels
aus dem Reaktionsabgas. Somit besitzt das in die katalytische Abgasoxidationseinheit
eintretende Abgas ein niedriges Niveau an Reaktionslösungsmitteln,
so daß die
Beschickung der katalytischen Oxidationseinheit gering ist. Eine
hohe Beschickung der katalytischen Abgasoxidationseinheit mit Reaktionsmitteln
würde ansonsten
zu einem übermäßig hohen
Temperaturanstieg der katalytischen Oxidationseinheit führen. Ferner
wäre die
Verbrennung des Reaktionslösungsmittels
ein gro ßer
wirtschaftlicher Verlust, da es wünschenswert ist, so viel als
möglich
von dem Oxidationsreaktionslösungsmittel
zu bewahren und rückzuführen. Im
allgemeinen wird der Ausfluß aus
der katalytischen Oxidationseinheit zu einem Gaswäscher geleitet,
um jegliche saure, anorganische Materialien wie Brom und Bromwasserstoff
zu entfernen. Brom und Bromwasserstoff würden durch die katalytische
Oxidation von Methylbromid gebildet werden. Oxidationskatalysatoren
für eine
solche Abgasoxidation sind zum Beispiel von Engelhard Corp. oder
AlliedSignal Inc. erhältlich.
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Der
gasförmige
Hochdruckausfluß aus
der katalytischen Oxidationseinheit und dem Gaswäscher wird vorzugsweise zu
einer Vorzheizvorrichtung geleitet, um die Temperatur des Abgases
zu erhöhen
und dadurch jegliches kondensierte Wasser, das vorhanden sein kann,
zu Dampf umzuwandeln. Der trockene Hochdruckgasstrom, der die Vorheizvorrichtung
verläßt, wird
zu einer Entspannungsvorrichtung oder einem anderen Mittel zum Rückgewinnen
von Energie aus dem Hochdruckgasstrom geleitet.
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Das
Mittel zum Rückgewinnen
von Energie aus dem Hochdruckabgas, z.B. eine Entspannungsvorrichtung,
ist geeignet, mit einem elektrischen Generator und/oder mit einer
anderen Ausrüstung,
die eine mechanische Arbeit fordert, wie einen Kompressor, verbunden.
Die durch einen Generator erzeugte elektrische Energie kann zum
Antrieb der in der Anlage zur Herstellung der aromatischen Carbonsäure verwendeten
Ausrüstung
verwendet werden, zum Beispiel kann sie zum Betrieb von Kompressoren zum
Zuführen
von Luft zu der Flüssigphasenoxidationsreaktion
verwendet werden, und es kann jegliche überschüssige elektrische Energie zu
einer lokalen elektrischen Energieanlage übertragen werden. Für die Herstellung
von Terephthalsäure
aus Paraxylol-Ausgangsmaterial beträgt die Menge an rückgewonnener
Energie in dem Verfahren dieser Erfindung min destens 0,3 und weiter
bevorzugt mindestens 0,35 Kilowattstunden pro Pound an hergestellter
Terephthalsäure.
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Nach
dem Austritt aus der Entspannungsvorrichtung wird das Abgas kondensiert,
und das resultierende Wasser ist für andere Verfahren innerhalb der
Herstellungsanlage nützlich.
Dieses Wasser ist von relativ hoher Reinheit und enthält lediglich
eine geringe Menge an gelösten
Gasen. Das kondensierte Wasser kann z.B. als ein Rückfluß für eine Destillationskolonne
verwendet werden, die als eine Hochleistungs-Trennvorrichtung verwendet
wird. Das durch die Kondensation des Abgases erzeugte Wasser kann
auch als das Lösungsmittel
für einen
Reinigungsschritt verwendet werden, bei dem die aromatische Rohcarbonsäure behandelt
wird, um eine gereinigte aromatische Carbonsäure zu bilden. Somit kann das
durch die Kondensation des Reaktionsabgases gebildete Wasser als
ein Rekristallisationslösungsmittel
oder als ein Lösungsmittel
zur Durchführung
von einer oder mehreren chemischen und/oder physikalischen Behandlungen
der aromatischen Rohcarbonsäure
verwendet werden. Ein derartiges Reinigungsverfahren umfaßt das In-Kontakt-Bringen einer
wäßrigen Lösung oder
Aufschlämmung
der aromatischen Rohcarbonsäure
mit Wasserstoff bei erhöhter
Temperatur und Druck in der Gegenwart eines Hydrierungskatalysators.
Ein solches Verfahren ist im US-Patent 3,584,039 von Meyer offenbart.
Unter Verwendung der Reinigung von Terephthalsäure als einem Beispiel, wird
dieses Reinigungsverfahren bei erhöhter Temperatur und Druck in
einem Katalysatorfestbett durchgeführt. Es könne sowohl Reaktoren mit Abwärtsfluß als auch
Aufwärtsfluß verwendet werden.
Die zu reinigende Rohterephthalsäure
wird in Wasser oder einer Mischung aus Wasser und irgendeinem anderen
polaren Lösungsmittel
wie einer aliphatischen C1-C4-Carbonsäure gelöst.
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Die
Reaktortemperatur und somit die Terephthalsäurelösungstemperatur während der
Reinigung kann im Bereich von 100°C
bis 350°C
liegen. Die Temperaturen liegen vorzugsweise im Bereich von 275°C bis 300°C.
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Die
Reaktordruckbedingungen hängen hauptsächlich von
der Temperatur ab, bei der das Reinigungsverfahren durchgeführt wird.
Da die Temperaturen, bei denen praktikable Mengen der unreinen Terephthalsäure gelöst sind
wesentlich oberhalb des normalen Siedepunkts des Lösungsmittels
liegt, liegt der Verfahrensdruck notwendigerweise deutlich oberhalb
des atmosphärischen
Drucks, um die wäßrigen Lösungen in
der flüssigen
Phase zu halten. Im allgemeinen kann der Reaktordruck während der
Hydrierung im Bereich von 1378 bis 10335 kPa (200 bis 1500 Pound
pro Quadratinch Überdruck)
(psig) liegen, und für
gewöhnlich
liegt er im Bereich von 6201 bis 8268 kPa (9000 psig bis 1200 psig).
Der Wasserstoffpartialdruck liegt typischerweise im Bereich von 206,7
bis 1378 kPa (30 psig bis 200 psig).
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Der
für diesen
Reinigungsschritt verwendete Katalysator umfaßt ein oder mehrere aktive
Hydrierungsmetalle wie Ruthenium, Rhodium, Palladium oder Platin
auf einem geeigneten Träger
wie Kohlenstoff oder Titandioxid. Ein geeigneter Träger ist
Aktivkohle, welche für
gewöhnlich
aus Kokosnußholzkohle
gewonnen wird in der Form von Granalien mit einer Oberfläche von
600 m2/g bis 1500 m2/g.
Die Beladung des Metalls auf dem Träger liegt geeignetermaßen bei
0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%. Geeignete Materialien zur Herstellung
von gereinigten aromatischen Carbonsäuren aus aromatischen Rohcarbonsäuren sind
im US-Patent 5,256,817 von Sikkenga et al., und in der US-Patentanmeldung
029,037, eingereicht am 10. März
1993, von Schroeder et al., offenbart.
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Nach
dem Durchgang durch den Reaktor zur Reinigung der aromatischen Carbonsäure wird
die Lösung
an aromatischer Säure
im wäßrigen Lösungsmittel
gekühlt,
um die ge reinigte aromatische Carbonsäure auszufällen. Die Temperatur, auf welche
die Lösung
gekühlt
wird, ist derart, daß der
Großteil
der gereinigten aromatischen Carbonsäure kristallisiert. Die kristallisierte
gereinigte aromatische Carbonsäure
wird von der wäßrigen Mutterlauge
unter Verwendung einer geeigneten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung wie einer
Zentrifuge oder einem Filter getrennt. Der Kuchen an gereinigter
aromatischer Carbonsäure
kann mit reinem Wasser gewaschen, getrocknet und zur Lagerung oder
zum Verpacken und Versenden weitergeleitet werden.
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Die
durch die Zentrifuge oder den Filter abgetrennte wäßrige Mutterlauge
enthält
eine Anzahl von Verunreinigungen, Reaktionszwischenprodukten und
enthält
auch suspendierte und gelöste
aromatische Carbonsäure.
In früheren
Verfahren wurde dieser Strom zu einer Abfallbehandlungsanlage geleitet. Im
Verfahren dieser Erfindung kann jedoch ein Hauptteil dieser Mutterlauge
umgeleitet werden zu der Trennvorrichtung, die zum Trennen des Oxidationsreaktionslösungsmittels
von dem während
der Oxidationsreaktion erzeugten Wasser verwendet wird. Somit werden
die Verunreinigung, Reaktionszwischenprodukte und das aromatische
Carbonsäureprodukt
zu der Oxidationsreaktionsmischung rückgeführt. Verunreinigungen werden
weiter oxidiert, Zwischenprodukte werden zu einem brauchbaren Produkt
umgewandelt und aromatische Carbonsäure wird zur Rückgewinnung
rückgeführt. Eine
solche Rückführung der
Mutterlauge aus der Hydrierungsreaktion ist besonders nützlich,
wenn die Trennvorrichtung, die zum Trennen von Wasser von dem Oxidationsreaktionslösungsmittel
verwendet wird, eine Destillationskolonne ist. Die rückgeführte wäßrige Mutterlauge,
die zu der Destillationskolonne rückgeführt wird, dient nicht nur als
ein Rückfluß für die Kolonne sondern
fungiert auch als ein wirksames Verfahren zum Zugeben der Mutterlauge
aus dem Reinigungsverfahren zu der Oxidationsreaktionsmischung.
Somit sorgt das Verfahren dieser Erfindung für die Eliminierung eines Hauptabfallproduktstroms,
ein Strom, der ansonsten zu einer Abfallbehandlungsanlage geleitet
werden würde.
Vor dem Rückführen des
Mutterlaugenstroms zu der Destillationskolonne kann er zur Entfernung
von jeglichem suspendiertem Material, falls vorhanden, behandelt
werden. Er kann z.B. einer Filtration oder Zentrifugation unterzogen
werden oder kann durch einen Hydroklon geleitet werden, um suspendiertes
Material zu entfernen. Vor einer solchen Behandlung zur Entfernung
von suspendiertem Material kann die Mutterlauge z.B. durch Kühlen behandelt
werden, um gelöste
Verbindungen, die ansonsten die Destillationskolonne verschmutzen könnten zu
entfernen.
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Ausführliche
Beschreibung der Figur
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1 zeigt
in schematischer Form eine bevorzugte Ausführungsform zum Betrieb des
Verfahrens dieser Erfindung. In einem gerührtem Oxidationsreaktor 10 wird
para-Xylol mit Luft
in Gegenwart von Essigsäure
und Wasser als dem Oxidationslösungsmittel,
Cobalt- und Manganoxidationsmetallen und einer oder mehreren Bromverbindungen
wie Bromwasserstoff als einem Oxidationspromotor umgesetzt. Die
Oxidationsreaktion wird bei einer Temperatur von 170°C bis 210°C und bei
einem Druck von 7 bis 21 kg/cm2 durchgeführt. Die
durch die exotherme Oxidationsreaktion erzeugte Wärme bewirkt, daß das Reaktorlösungsmittel
siedet. Das verdampfte Lösungsmittel
zusammen mit gasförmigen
Nebenprodukten, Kohlenoxiden, Stickstoff aus der Luft, die zu der
Oxidationsreaktion gegeben wurde, und nicht umgesetztem Sauerstoff
läuft durch
Rohrleitung 12 in eine Hochdruckdestillationskolonne 20 mit
ungefähr 45
theoretischen Böden.
In dem Destillationsturm wird das Essigsäurelösungsmittel von dem Überkopfreaktionsgas
oder Abgas getrennt. Die Destillationskolonne ist derart entworfen
und wird derart betrieben, daß mindestens
99% der Essigsäure
aus dem Überkopfgas
entfernt werden. Das Es sigsäurelösungsmittel
aus dem Boden der Destillationskolonne wird durch Rohrleitung 25 zum
Zwischengefäß 30 geleitet.
Von dem Zwischengefäß 30 wird
das Essigsäurelösungsmittel,
das etwas Wasser enthalten kann, durch Rohrleitung 35 zum
Reaktor 10 rückgeführt. Die
Menge an rückgeführtem Lösungsmittel
wird so gesteuert, daß die
geeignete Menge an Reaktionslösungsmittel
im Oxidationsreaktor beibehalten wird.
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Das
Reaktionsüberkopfgas
oder Abgas, das den oberen Bereich des Destillationsturms 20 durch Rohrleitung 38 verläßt, enthält weniger
als 0,1 Gew.-% an Essigsäure
und ist primär
Wasser (Dampf), enthält
jedoch auch Stickstoff, Kohlenoxide, nicht umgesetzten Sauerstoff
und gasförmige
Oxidationsnebenprodukte wie Methylbromid. Das Abgas aus Rohrleitung 38 wird
in einer katalytischen Oxidationseinheit 40 behandelt,
wo Nebenprodukte wie Methylbromid und jegliche Restessigsäure in dem Abgas
katalytisch oxidiert werden. Die katalytische Oxidationseinheit 40 ist
auch mit einem wäßrigem Gaswäscher ausgestattet,
um jegliches Brom in dem Abgas, das die katalytische Oxidationseinheit
verläßt, zu entfernen.
Wenn Essigsäure
nicht wirksam aus dem Oxidationsreaktionsabgas entfernt wurde, würde es in
der katalytischen Oxidationseinheit oxidiert werden, was zu einem
wirtschaftlichen Verlust führt.
Das die katalytische Oxidationseinheit 40 verlassende Abgas
wird zur Rohrleitung 42 geleitet. Ein Teil des Abgases
aus Rohrleitung 42 wird zu Rohrleitung 43 geleitet
und dann zum Kühler 45,
wo Wasser aus dem Abgas kondensiert wird. Das gekühlte Abgas
wird durch Rohrleitung 46 zu einem Vorabscheider 50 geleitet.
Das an Wasser abgereicherte Gas verläßt das Verfahren durch Rohrleitung 51.
Das Wasser aus dem Vorabscheider 50 wird zum Aufschlämmungsgefäß 110 geleitet.
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Das
Abgas, das in der Hauptsache Wasser ist, von Rohrleitung 42 wird
durch Rohrleitung 55 zu der Vorheiz vorrichtung 60 geleitet.
In der Vorheizvorrichtung 60 wird das Abgas auf eine Temperatur
von 200°C
bis 235°C
erwärmt,
was ausreichend ist, um die Konzentration des an Essigsäure abgereicherten Reaktorabgases
in der Entspannungsvorrichtung 70 zu verhindern. Das vorgeheizte
Reaktorabgas tritt durch Rohrleitung 65 in die Entspannungsvorrichtung 70 ein.
Die Entspannungsvorrichtung 70, welche Energie aus dem
Reaktorabgas rückgewinnt,
treibt den Kompressor 75 an, der Druckluft durch Rohrleitung 76 zum
Oxidationsreaktor 10 leitet. Die Entspannungsvorrichtung 75 treibt
ebenfalls einen elektrischen Generator 80 an, der elektrische
Energie für eine
Verwendung innerhalb der TA-Herstellungsanlage und für die lokale
Energieversorgung liefert.
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Das
entspannte Reaktorabgas verläßt die Entspannungsvorrichtung 70 durch
Rohrleitung 72 und tritt in den Kühler 90 ein, in dem
das Wasser in dem entspannten Abgas kondensiert wird. Das kondensierte
Wasser aus dem Kühler 90 wird
durch Rohrleitung 92 zum Rückflußbehälter 100 geleitet. Das
Wasser aus dem Behälter 100 wird
durch die Rohrleitungen 102 und 200 zu der Hochdruckdestillationskolonne 20 geleitet.
Derartiges von der Säule rückgeführte Wasser
dient als ein Rückfluß für die Säule. Das
Wasser aus dem Behälter 100 wird
durch die Rohrleitung 105 auch zu dem Aufschlämmungsgefäß 110 geleitet.
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Eine
Reaktionsmischung, die Rohterephthalsäure, Wasser, Essigsäure, Katalysatormetalle, Oxidationsreaktionszwischenprodukte
und Nebenprodukte umfaßt,
tritt aus dem Oxidationsreaktor 10 durch Rohrleitung 115 aus
und wird zu dem Gefäß 120 geleitet,
wo die Temperatur der Oxidationsreaktionsmischung zur Kristallisation
von gelöster
Terephthalsäure
reduziert wird. Das Gefäß 120 ist
gegebenenfalls mit einem Luftverteiler ausgestattet, um die Oxidationsreaktion
fortzuführen.
Die Überkopfgase aus
dem Gefäß 120 werden
durch Rohrleitung 125 zu der Hochdruck destillationskolonne 20 mit
ungefähr
45 theoretischen Böden
geleitet. Die Oxidationsreaktionsaufschlämmung aus Gefäß 120 wird
durch Rohrleitung 128 zu dem Gefäß 130 geleitet, worin
ein zusätzliches
Kühlen
und Kristallisieren der Terephthalsäure stattfindet. Die Oxidationsreaktionsmischungsaufschlämmung aus
Gefäß 130 tritt
durch Rohrleitung 132 in die Trennvorrichtung 135 ein.
Die Trennvorrichtung 135 ist typischerweise eine oder mehrere
Zentrifugen oder Filter. In der Trennvorrichtung 135 wird
die Rohterephthalsäure
von der Oxidationsreaktionsmutterlauge getrennt. Die Oxidationsreaktionsmutterlauge
verläßt die Trennvorrichtung 135 durch
Rohrleitung 138 und tritt in den Mutterlaugenbehälter 140 ein.
Ein Hauptteil der Mutterlauge, welche Katalysator und Essigsäure enthält, wird durch
Rohrleitung 145 zu dem Oxidationsreaktor 10 rückgeführt. Der
andere Anteil der Mutterlauge wird durch Rohrleitung 148 zu
dem Stripper 150 geleitet, wo Essigsäure entfernt wird und durch
Rohrleitung 152 zu dem Gefäß 130 geleitet wird.
Die Bodenprodukte aus dem Stripper 150 werden durch Rohrleitung 154 zum
Abfall geleitet.
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Eine
Aufschlämmung
aus Rohterephthalsäure
und Wasser aus dem Aufschlämmungsbehälter 110 wird
durch Rohrleitung 158 zu dem Hydrierungsreaktor 160 geleitet.
Im Reaktor 160 wird die in Wasser gelöste Rohterephthalsäure mit
Wasserstoff bei einer erhöhten
Temperatur, zum Beispiel 260°C
bis 290°C,
und einem erhöhten
Druck behandelt, um die Rohterephthalsäure zu reinigen, durch z.B.
Reduzieren der Niveaus an 4-Carboxybenzaldehyd. Die Reaktionsmischung
aus dem Hydrierungsreaktor 160 tritt durch Rohrleitung 165 in
das Kristallisationsgefäß 170 ein.
Die Aufschlämmung
aus gereinigter Terephthalsäure
und Wasser, die im Gefäß 170 gebildet wird,
wird durch Rohrleitung 175 zur Trennvorrichtung 180 geleitet.
Die gereinigte Terephthalsäure
verläßt die Trennvorrichtung 180 durch
Rohrleitung 190. Die Trennvorrichtung 180 ist
im allgemeinen eine Zentrifuge oder ein Rotationsvakuumfilter.
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Die
Mutterlauge aus der Trennvorrichtung 180, die Wasser, gelöste und
suspendierte gereinigte Terephthalsäure und verschiedene Zwischenprodukt-
und Nebenproduktverbindungen umfaßt, wird durch Rohrleitung 200 zum
Kopf der Hochdruckdestillationskolonne 20 geleitet. Die
Rückführung der Mutterlauge
aus der Trennvorrichtung 180 zu der Hochdruckdestillationskolonne 20 ermöglicht das Rückführen der
Zwischen- und Nebenprodukte in der Mutterlauge zu dem Oxidationsreaktor,
wo sie entweder oxidiert oder zu Terephthalsäure umgewandelt werden, wobei
sie auch für
die Rückführung von wertvoller
Terephthalsäure
sorgt, die ansonsten zur Abfallbehandlung geleitet werden würde, oder
die kostenintensive Verfahren zu deren Rückgewinnung erfordern würde, und
sie eliminiert die Behandlung von großen Volumen an Abwasser in
Abfallbehandlungsanlagen.