TWI551584B - 藉由控制過濾器進料漿中水的百分比來改善對苯二甲酸之沖洗過濾速率 - Google Patents
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Description
本發明係關於在利用壓力過濾時，藉由控制過濾器進料漿中水的百分比來改善對苯二甲酸沖洗過濾速率以及自羧酸(通常為對苯二甲酸)合成中產生之氧化器沖洗流回收金屬催化劑。
藉由在催化劑(諸如Co、Mn、Br)及溶劑存在下氧化對二甲苯來商業性生產對苯二甲酸。用於聚酯纖維、薄膜及樹脂生產之對苯二甲酸必須經進一步處理以移除由於對二甲苯氧化而形成之雜質。
對苯二甲酸(TPA)為用於塑料及纖維應用之聚酯生產中之中間物。製造TPA之工業化方法通常係基於一般在乙酸溶劑中使用溴化物促進劑的重金屬催化之對二甲苯氧化。由於在實際氧化條件下TPA於乙酸中之溶解度有限，故一般在氧化反應器中形成TPA晶體漿。通常自反應器抽取出TPA氧化器漿且使用習知固液分離技術使TPA固體與氧化器母液分離。使含有該製程所用之大部分催化劑及促進劑之氧化器母液再循環至氧化反應器。除催化劑及促進劑外，氧化器母液流亦含有溶解的TPA及許多副產物及雜質。此等副產物及雜質部分地來自對二甲苯進料流中存在之微量雜質。其他雜質之出現係可歸因於對二甲苯之不完全氧化產生部分氧化產物。又其他的副產物係由對二甲苯氧化為對苯二甲酸所形成之競爭性副反應所產生。揭示對苯二甲酸生產之專利(諸如美國專利第4,158,738號及第3,996,271號)係在其不與本文陳述相矛盾的程度上以全文引用的方式併入本文中。
使TPA固體經歷固液分離，其中利用新鮮溶劑置換氧化器母液之大部分的液體組分。再循環之氧化器母液流中之許多雜質對於進一步氧化呈相對惰性。該等雜質包括例如間苯二甲酸、鄰苯二甲酸及偏苯三甲酸。亦存在可經歷進一步氧化之雜質，諸如4-羧基苯甲醛、對甲苯甲酸及對甲苯甲醛。再循環時，氧化惰性雜質易積聚於氧化器母液中。此等惰性雜質之濃度將在氧化器母液中升高直至達到平衡，由此經由TPA產物移除各雜質之速率與形成速率及添加至氧化製程之速率平衡。工業粗製TPA中正常含量之雜質使其不適合直接用於大多數聚合物應用中。
依照慣例，粗製TPA已藉由轉化二甲酯或藉由溶解於水中且隨後於標準氫化催化劑上氫化來純化。最近，已使用二次氧化處理來產生聚合級TPA。需要使母液中之雜質濃度減至最小且進而有助於隨後的TPA純化。在一些情況下，除非利用一些方式自氧化器母液流移除雜質，否則不可能產生經純化之聚合級TPA。
一種常用於化學加工行業之自再循環流移除雜質的技術為抽出或「沖洗」一部分再循環流。通常簡單棄去沖洗流，或者若經濟上證明可行，則對沖洗流進行各種處理以移除不需要之雜質同時回收有價值的組分。一個實例為U.S.第4,939,297號，其在不與本文陳述相矛盾的程度上以全文引用的方式併入本文中。控制雜質所需之沖洗量係取決於製程；然而，等於總氧化器母液流之10-40%之沖洗量通常足以產生適於作為工業聚合物製造原料之TPA。在TPA生產中，氧化器母液流沖洗之沖洗百分比必需保持可接受之雜質濃度，再加上氧化器沖洗流中金屬催化劑及溶劑組分之經濟價值，使得簡單棄去氧化器沖洗流在經濟上不具吸引力。因此，需要一種基本上回收氧化器沖洗流中所含之所有貴重金屬催化劑及乙酸且同時移除氧化器沖洗流中所存在之大部分雜質的方法。金屬催化劑可以適於藉由直接再循環至對二甲苯氧化步驟而重複使用之活性形式回收。
許多專利教示一種包含沖洗製程之對苯二甲酸製程，該沖洗製程包含濃縮、過濾，接著萃取。
蒸發濃縮包含乙酸及水之沖洗進料產生相對於沖洗進料具有較低水含量重量百分比之超濃縮沖洗漿，因為水具有低於乙酸之沸點。舉例而言，包含約94重量%(重量百分比)乙酸及約6重量%水之沖洗漿進料在蒸發出約92重量%沖洗漿進料質量之後僅包含約2.5重量%水。
已發現超濃縮沖洗漿在對苯二甲酸沖洗製程中之過濾速率可極大地取決於超濃縮沖洗漿中水的重量百分比而變化。超濃縮沖洗漿過濾速率之變化性由漿液引起且與漿液中固體之粒徑分佈有關。在本發明中，存在揭示控制超濃縮沖洗漿中水的重量百分比從而改善超濃縮沖洗漿之過濾速率之方法的本發明實施例。
本發明係關於自羧酸(通常為對苯二甲酸)合成中產生之氧化器沖洗流移除雜質且回收金屬催化劑，該方法包含：
(a) 使對苯二甲酸製程中形成之氧化器沖洗流在第一蒸發器區中進行蒸發，產生第一蒸氣流及濃縮沖洗流；其中該氧化器沖洗流包含羧酸、金屬催化劑、雜質、水及溶劑；其中該溶劑包含乙酸；及
(b) 在混合區中添加水至該濃縮沖洗流，產生富含水的濃縮沖洗流；
(c) 使該富含水的濃縮沖洗流在第二蒸發器區中進行蒸發，產生第二富含溶劑的物流及中間濃縮沖洗漿；及
(d) 使該中間濃縮沖洗漿在第三蒸發器區中進行蒸發，產生第三富含溶劑的物流及超濃縮沖洗漿，其中該第三蒸發器區包含在約20℃至約70℃之溫度下操作的蒸發器；其中該超濃縮沖洗漿具有約5重量%至約25重量%之水含量；
(e) 在固液分離區中過濾該超濃縮沖洗漿，形成濾餅及母液；
(f) 在該固液分離區中用洗滌進料洗滌該濾餅，形成經洗滌濾餅及洗滌濾液；其中至少80%之該金屬催化劑經由該分離區自該超濃縮沖洗漿回收於母液及洗滌液累積物中；及
(g) 視情況在該固液分離區中使該經洗滌濾餅脫水，形成脫水濾餅；
(h) 將水與母液組合以回收金屬催化劑，且隨後使用萃取溶劑萃取如此形成之水性混合物，產生萃取物流及包含金屬催化劑之萃餘物流。
在閱讀本發明後，此等實施例及其他實施例對於一般技術者將變得更顯而易知。
在本說明書及隨後申請專利範圍中，將提及大量術語，該等術語經定義具有下列含義：如本說明書及隨附申請專利範圍中所用，除非上下文另外明確規定，否則單數形式「一」及「該」包括複數個指示物。因此，舉例而言，提及管式反應器包括一或多個管式反應器。
範圍在本文中可以自「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值之形式來表示。在表示該範圍時，另一實施例包括自一個特定值及/或至另一特定值。類似地，在藉由使用先行詞「約」以近似值表示值時，應瞭解特定值構成另一實施例。應進一步瞭解，各範圍之端點明顯與另一端點相關且明顯獨立於另一端點。
「可選」或「視情況」意謂隨後描述之事件或境況可能發生或可能不發生，且該描述包括其中該事件或境況發生之情形及其中並未發生之情形。舉例而言，短語「視情況加熱」意謂材料可能經加熱或可能未經加熱且該短語包括加熱及未加熱之製程。
儘管闡述本發明寬泛範疇之數值範圍及參數為近似值，但仍儘可能精確地報導特定實例中闡述之數值。然而，任何數值固有地含有某些必然由其各別測試量測結果中所存在之標準差產生的誤差。
如本說明書及隨附申請專利範圍中所用，使用「百分比」或「%」係指重量百分比。
在本發明之一實施例中，如圖1所示，提供一種自氧化器沖洗流101移除氧化副產物雜質之方法。該方法包含以下步驟。
步驟(a)包含使氧化器沖洗流101在第一蒸發器區120中進行蒸發，產生第一蒸氣流121及濃縮沖洗流122。
自包含對苯二甲酸之羧酸氧化合成製程抽取氧化器沖洗流101。一種產生氧化器沖洗流101之方法為過濾對苯二甲酸氧化器漿且收集一部分離開過濾器之母液並將其運送至沖洗製程。產生氧化器沖洗流101之另一方法為對對苯二甲酸氧化漿進行溶劑交換，置換一部分氧化母液且將其運送至沖洗製程。自對苯二甲酸製程獲得之氧化母液可冷卻至90℃至45℃範圍內之溫度且將其運送至澄清壓力過濾器(諸如燭形過濾器)以移除任何在其運送至沖洗製程中之第一蒸發器之前存在的固體。
氧化器沖洗流101充當本發明對苯二甲酸沖洗製程之進料流。氧化器沖洗流101包含羧酸、水、溶劑、金屬催化劑及雜質。雜質包含有機溴化物、腐蝕金屬、對二甲苯氧化副產物，及由於對二甲苯中之雜質所衍生之雜質。有機溴化物可用作氧化反應中之促進劑。腐蝕金屬之實例為鐵及鉻化合物，其抑制、降低或完全破壞金屬催化劑之活性。除催化劑及促進劑以外，氧化器母液流亦含有副產物及雜質。此等副產物及雜質部分地來自對二甲苯進料流中所存在之微量雜質。其他雜質出現歸因於對二甲苯不完全氧化產生部分氧化產物。其他副產物由對二甲苯氧化為對苯二甲酸中之競爭性副反應產生。
羧酸包括經由有機基質受控氧化所產生之芳族羧酸。該等芳族羧酸包括其中至少一個羧酸基連接於作為芳環之一部分的碳原子的化合物，該芳環較佳具有至少6個碳原子，甚至更佳僅具有碳原子。該等芳環之合適實例包括(但不限於)苯、聯苯、聯三苯、萘及其他基於碳之稠合芳環。合適羧酸之實例包括(但不限於)對苯二甲酸、苯甲酸、對甲苯甲酸、間苯二甲酸、偏苯三甲酸、萘二甲酸、2,5-二苯基-對苯二甲酸及其混合物。
合適的溶劑包括(但不限於)較佳含有2至6個碳原子之脂族單羧酸，或苯甲酸及其混合物及此等化合物與水之混合物。溶劑較佳為以約5:1至約25:1、較佳約8:1至約20:1且最佳約11:1至約20:1之質量比率與水混合的乙酸。在本說明書中，乙酸應稱為溶劑。然而，應瞭解亦可利用其他合適溶劑，諸如先前揭示之彼等溶劑。
在本發明方法之第一步驟中，藉由習知方法在包含蒸發器之第一蒸發器區120中濃縮氧化器沖洗流101，產生第一蒸氣流121及濃縮沖洗漿122。在大氣壓或微超大氣壓條件下，一般約1個大氣壓至約10個大氣壓下，操作蒸發器。蒸氣流121包含大部分水及溶劑，且濃縮沖洗流122包含未自氧化器沖洗流101移除的剩餘水及溶劑。蒸發移除氧化器沖洗流101中所存在之溶劑質量的約50重量%至約85重量%。
步驟(b)使濃縮沖洗流122及包含水之物流131進入混合區130中，產生富含水的濃縮沖洗流132。因為富含水的濃縮沖洗流132中水的重量百分比大於濃縮沖洗流122中水的重量百分比，故富含水的濃縮沖洗流132富集水。可利用此項技術中已知用於混合兩種液流之任何設備，包括在配備有內部靜態混合器之管道中混合兩種物流。在本發明之一實施例中，操控物流131添加於混合區130中之進料速率(質量/時間)以控制下游超濃縮沖洗漿流152中所含水之重量百分比為約5.0重量%(重量百分比)至約25.0重量%之水。控制物流152水含量之另一範圍為約8.0重量%之水至約23.0重量%之水。控制物流152水含量之另一範圍為約11.0重量%之水至約21.0重量%之水。控制物流152水含量之另一範圍為約13.0重量%之水至約19.0重量%之水。第一蒸發器120與混合區130之間的管道應維持在90℃或90℃以上，以使管道中自溶液中析出的固體減至最少。
步驟(c)使富含水的濃縮沖洗流132在第二蒸發器區140中進行蒸發，產生第二蒸氣流141及中間濃縮沖洗漿流142。混合區130與第二蒸發器140之間的管道應維持在80℃或80℃以上，以使管道中自溶液中析出的固體之量減至最少。第二蒸發器區140包含至少一個在真空條件下操作之蒸發器。可在約20℃至約90℃之溫度下進行蒸發；另一範圍為約30℃至約80℃。在本發明之一實施例中，可冷凝至多100%之一部分蒸氣流141且送回第二蒸發器140。其使得在第二蒸發器140中之滯留時間用於在不濃縮漿液的情況下，使第二蒸發器140中所含固體之粒徑生長。其亦使第二蒸發器140中的漿液溫度與第二蒸發器中之真空度無關。
步驟(d)使中間濃縮沖洗漿流142在第三蒸發器區150中進行蒸發，產生第三蒸氣流151及超濃縮沖洗漿流152。第三蒸發器區150包含至少一個在真空條件下操作之蒸發器。可在約20℃至約70℃之溫度下進行蒸發；另一範圍為約30℃至約60℃。操作蒸發器120、140及150之組合，以使氧化器沖洗流101濃縮至其中約75重量%至約97重量%質量之物流101藉由蒸發移除的狀態。操作蒸發器120、140及150之組合的另一範圍將如物流101所表示之氧化器沖洗流濃縮至其中約85重量%至約94重量%質量之物流101藉由蒸發移除的狀態。此外，操作蒸發器120、140及150之組合的另一範圍將如物流101所表示之氧化器沖洗流濃縮至其中約87重量%至約93重量%質量之物流101藉由蒸發移除的狀態。
在本發明之一實施例中，超濃縮沖洗漿152之狀態可為固液混合物形式，其僅具有足夠提供泵送能力之溶劑。
步驟(e)包含在過濾區160中過濾超濃縮沖洗漿152，形成濾餅164及母液163；及
步驟(f)在洗滌區161中用洗滌進料166洗滌濾餅164，形成經洗滌濾餅165及洗滌液167；且視情況在可選脫水區162中用氣體進料168使經洗滌濾餅165脫水形成脫水濾餅169。在本發明之一實施例中，洗滌流166包含水。
在本發明之一實施例中，過濾區160包含至少一個固液分離裝置。在本發明之另一實施例中，過濾區160及洗滌區161及視情況選用之脫水區162可在固液分離區200中之一個固液分離裝置或多個裝置中實現。該等裝置之實例包括(但不限於)連續式壓力過濾器、連續式真空過濾器、分批式壓力過濾器、離心機及類似裝置。在本發明之另一實施例中，固液分離區及洗滌區及可選脫水區可在一個裝置中實現。該等裝置之實例包括(但不限於)連續式壓力過濾器、連續式真空過濾器、分批式壓力過濾器、離心機及類似裝置。
在本發明之一實施例中，固液分離區200包含至少一個固液分離裝置。在本發明之另一實施例中，固液分離區及洗滌區可在一個固液分離裝置中實現。該等裝置之實例包括(但不限於)連續式壓力過濾器、連續式真空過濾器、分批式壓力過濾器、離心機及類似裝置。在本發明之另一實施例中，固液分離區及洗滌區及可選脫水區可在一個裝置中實現。該等裝置之實例包括(但不限於)連續式壓力過濾器、連續式真空過濾器、分批式壓力過濾器、離心機及類似裝置。
可適合於本發明方法之需求的合適壓力過濾器為BHS-FEST.TM轉鼓壓力過濾器，但仍可使用可實現所需操作之其他壓力過濾器。其他可用於固液分離區200之裝置實例包括(但不限於)真空帶式過濾器、壓濾機、離心機、加壓葉狀過濾器、及交叉流過濾器、加壓鼓式過濾器及真空鼓式過濾器。壓力過濾器可在足以自母液163之溶質獲得至少80%回收率之金屬催化劑的溫度及壓力下操作。壓力過濾器較佳可在約25℃至約80℃之溫度及2巴至6巴錶壓(gauge)之壓力下操作。
步驟(g)包含使水流171與母液流163及視情況一部分洗滌液流167在第二混合區170中混合，形成水性混合物172。在本發明之一實施例中，混合區170包含習知混合器。必要時，可添加足以溶解水性混合物流172中之金屬催化劑之量的水171至混合區170。
添加足以溶解水性混合物172中之催化劑之量的水流171至混合區170，其中乙酸與水之比率範圍為約0.7:1至1.4:1，較佳為約0.8:1至1.3:1且最佳為約0.9:1至1.2:1。需要用外部循環迴路使水性混合物172保持循環。可添加少量萃取溶劑181(一般為約1重量%至約10重量%，較佳小於5重量%)至混合區170，以藉由降低固體與容器側面之黏著性來增強漿液處理。其由圖1中物流181之虛線箭頭表示。需要(但並非必需)使水性混合物172在萃取之前在約60℃至約95℃下進行熱處理，另一範圍為約80℃至約90℃下維持約0.5小時至約4小時，較佳約1小時至約2小時。藉由此處理，使有機溴化物反應產生無機溴化物，該等無機溴化物較佳保留於萃餘物流183中。藉此使自系統沖洗之含溴化合物以及不需要之雜質的量減至最小。熱處理保留溴化物且簡化有機雜質之棄置。
步驟(h)包含使萃取溶劑181與水性混合物172在萃取區180中接觸，形成萃取物流182及萃餘物流183。
使水性混合物172進料至萃取區180中，其中水性混合物172與萃取溶劑181在萃取區180中接觸。混合水性混合物172及萃取溶劑181，形成包含溶劑、水、有機雜質及萃取溶劑之萃取物流182(其構成較輕相)，及包含金屬催化劑、腐蝕金屬及水之萃餘物流183。以塔頂流形式抽取出萃取物流182且自萃取區180中之萃取器底部抽取出萃餘物流183。在本發明中，萃取區180之一實施例為單級萃取器。
萃取器中所用之萃取溶劑181應實質上與水不混溶，以使得溶解於水性部分中之有機溶劑之量減至最小。另外，萃取溶劑181較佳為用於輔助自有機萃取物回收溶劑之共沸劑。已證明尤其適用之溶劑為乙酸C1至C6烷基酯，尤其為乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸異丁酯、乙酸第二丁酯、乙酸乙酯及乙酸正丁酯，但亦可使用具有適當密度及足夠低之沸點的其他實質上與水不混溶的有機溶劑，諸如對二甲苯。乙酸正丙酯及乙酸異丙酯由於其相對較低的水混溶性及優良的共沸特性而尤其較佳。
可使用每份水性混合物約1-4重量份萃取溶劑之溶劑比率實現萃取。雖然萃取可在環境溫度及壓力下操作，但仍加熱溶劑及萃取器至約30℃至約70℃，可使用約40℃至約60℃之另一範圍。雖然萃取物流182包含少量金屬催化劑及腐蝕金屬，但基本上所有金屬催化劑及大部分剩餘腐蝕金屬均含於較重相萃餘物流183中。
步驟(i)包含在分離區190中分離萃取物流182，形成高沸點有機雜質流192及回收之萃取溶劑流191。
萃取物流182包含有機溶劑及有機雜質。萃取物流182可進一步包含通常微量之乙酸及水。萃取物流182可在包含習知蒸餾設備之分離區190中蒸餾。常規蒸餾設備包括例如蒸餾塔。
大部分有機雜質在萃取區180中由有機溶劑萃取。出現此種情況是因為有機雜質展示對於有機溶劑之高溶解度及對於乙酸之較小程度的溶解度。藉由蒸餾萃取器之較輕相，蒸發有機溶劑，使有機雜質濃縮於塔底流中。
回收之萃取溶劑流191可再循環至萃取區180中之萃取器中。以污泥形式自蒸餾塔底部移除高沸點有機雜質流192以進行棄置。
在本發明之一實施例中，蒸發器區120、140及150以與分批操作相對之連續方式操作。在本發明之一實施例中，所有單元操作(區120至190)均以與分批操作相對之連續方式操作。
實例：
本發明可由其他實施例之以下實例來進一步說明，但應瞭解，除非另外特定指出，否則僅出於說明目的包括此等實例且不欲限制本發明之範疇。
實例1至9之資料概述於表1中且在實驗室中得到圖2。此等實例之目的在於說明超濃縮沖洗漿流152中水的百分比與超濃縮沖洗漿流152在壓力過濾器中之過濾速率之間的關係。此等實例之目的亦在於說明如何產生具有一系列水含量的超濃縮沖洗漿流152。超濃縮沖洗漿流152中水的百分比範圍為2.5%至25%且超濃縮沖洗漿流152之過濾速率範圍為30千克濾液/分鐘平方公尺至1110千克濾液/分鐘平方公尺。
對於各實驗室實驗而言，自工業裝置獲得包含約6%水及94%乙酸之氧化器沖洗進料101。藉由在第一蒸發器區中在120℃下蒸發移除75%質量之氧化器沖洗進料，產生包含約4.6%水的濃縮沖洗流122。
在實驗1及2中，使濃縮沖洗流122在約55℃之最終溫度下再進行蒸發濃縮，產生包含約2.5%之水的超濃縮沖洗漿152，且初始氧化器沖洗進料之總蒸發損失為約92%。在3巴壓力錶壓力下操作的具有20 cm2之過濾面積的實驗室規模壓力過濾器中，用水洗滌且用N2脫水來過濾所得超濃縮沖洗漿。藉由總液體質量(母液+洗滌液)除以20 cm2之過濾面積及過濾時間與洗滌時間之總和來計算過濾速率。舉例而言，實驗1之過濾速率為=(507 g/20 cm2/(345 sec+165 sec)=0.0497 g/cm2 sec或29.8 kg/m2 min。
在實驗3至9中，在混合區中使120℃下濃縮之沖洗流122與不同量的環境溫度水連續混合，且隨後在約55℃之最終溫度下再進行蒸發濃縮，產生包含範圍為約8重量百分比(重量%)至25重量%之水的超濃縮沖洗流152。在蒸發濃縮期間損失氧化器沖洗進料初始質量之約92重量%。在3巴壓力錶壓力下操作的具有20 cm2之過濾面積的實驗室規模壓力過濾器中，用水洗滌且用N2脫水來過濾所得超濃縮沖洗流152。
比較實驗1與實驗5對於瞭解添加水至濃縮沖洗流122如何對各別所得超濃縮沖洗流152之過濾速率產生顯著影響具有啟發性。在兩個實例中，蒸發掉約92%之氧化器沖洗進料。在實例1中，未添加水至濃縮沖洗流122，使得進料至過濾器之超濃縮沖洗流152含有2.5%水且過濾速率為約30 kg/m2 min。在實例5中，添加足夠的水至濃縮沖洗流122，使得進料至過濾器之下游超濃縮沖洗流152中水的百分比含有14%水，且此超濃縮沖洗流152漿之過濾速率為1,059 kg/m2 min。顯然在實例5中藉由添加水至濃縮沖洗流122中，所得下游超濃縮沖洗流152之過濾速率自30 kg/m2 min增加至1,059 kg/m2 min。過濾速率增加3,530%。
如上所教示添加水不僅為稀釋效應，而且影響固體在蒸發濃縮期間的晶體生長，使得過濾器進料漿中之小粒子較少。在此項技術中熟知存在小粒子(尤其等於或低於10微米)對於漿液過濾速率具有負面影響。如上所教示添加水至濃縮沖洗漿122藉由降低超濃縮沖洗漿中小於10微米之粒子的重量百分比而對進料至過濾器中之下游超濃縮沖洗漿的過濾速率具有正面影響。若在即將過濾之前添加水至超濃縮沖洗漿152，則不會實現過濾速率之實質性改善。添加水必須發生在沖洗製程中最終蒸發濃縮區之前的點。舉例而言，水添加步驟可發生在具有兩個蒸發濃縮區之沖洗製程中的第一蒸發濃縮區之後。水添加亦可發生在第一蒸發器區之前，但由於在固液分離區200之前與蒸發濃縮相關聯的能量成本較高而不合乎需要。
由下方圖2標繪之資料清楚地瞭解到，需要將進料至過濾器之超濃縮沖洗漿流152中所含水的百分比控制在5.8%至24.4%水。控制物流152水含量之更佳範圍為7.9%水至22.8%水。控制物流152水含量之更佳範圍為10.5%水至20.4%水。控制物流152水含量之最佳範圍為12.5%水至18.9%水。亦明顯可知，為獲得此物流152過濾速率之改善，沖洗製程中添加水的實際位置應位於沖洗製程中最後蒸發區之前。
101．．．氧化器沖洗流
120．．．第一蒸發器區
121．．．第一蒸氣流
122．．．濃縮沖洗流
130．．．混合區
131．．．包含水之物流
132．．．富含水的濃縮沖洗流
140．．．第二蒸發器區
141．．．第二蒸氣流
142．．．中間濃縮沖洗漿流
150．．．第三蒸發器區
151．．．第三蒸氣流
152．．．超濃縮沖洗漿流
160．．．過濾區
161．．．洗滌區
162．．．脫水區
163．．．母液流
164．．．濾餅
165．．．經洗滌濾餅
166．．．洗滌進料/洗滌流
167．．．洗滌液
168．．．氣體進料
169．．．脫水濾餅
170．．．第二混合區
171．．．水流
172．．．水性混合物
180．．．萃取區
181．．．萃取溶劑
182．．．萃取物流
183．．．萃餘物流
190．．．分離區
191．．．回收之萃取溶劑流
192．．．高沸點有機雜質流
200．．．固液分離區
圖1說明本發明之一實施例，其中自對苯二甲酸製程中形成之包含乙酸、水、金屬催化劑及氧化雜質之氧化器沖洗流移除雜質之方法包含以下步驟：(a)在第一蒸發器區中蒸發一部分氧化器沖洗流，產生濃縮沖洗流及包含乙酸及水之第一蒸氣流；(b)在第一混合區中以可控方式添加水至該濃縮沖洗流中，產生富含水的濃縮沖洗流；(c)在第二蒸發器區中蒸發一部分富含水的濃縮沖洗流，形成中間濃縮沖洗漿流及包含乙酸及水之第二蒸氣流；(d)在第三蒸發器區中蒸發一部分中間濃縮沖洗漿流，形成水含量範圍為5.8%至24.4%之超濃縮沖洗漿流及包含乙酸及水之第三蒸氣流；(e)使固體與超濃縮沖洗漿流分離且在固液分離區中使固體經受洗滌進料，形成母液流、洗滌液流及經洗滌之濕濾餅流；(f)在第二混合區中使水與母液流及視情況一部分洗滌液流混合，形成水性混合物；及(g)在萃取區中添加萃取溶劑至該水性混合物中，形成萃取物流及萃餘物流；及(h)使該萃取物流進料至蒸餾塔中，形成萃取溶劑再循環流及污泥流。
圖2說明本發明之不同實施例，其中超濃縮沖洗漿之過濾速率極大地取決於物流中水的百分比而變化。
101．．．氧化器沖洗流
120．．．第一蒸發器區
121．．．第一蒸氣流
122．．．濃縮沖洗流
130．．．混合區
131．．．包含水之物流
132．．．富含水的濃縮沖洗流
140．．．第二蒸發器區
141．．．第二蒸氣流
142．．．中間濃縮沖洗漿流
150．．．第三蒸發器區
151．．．第三蒸氣流
152．．．超濃縮沖洗漿流
160．．．過濾區
161．．．洗滌區
162．．．脫水區
163．．．母液流
164．．．濾餅
165．．．經洗滌濾餅
166．．．洗滌進料/洗滌流
167．．．洗滌液
168．．．氣體進料
169．．．脫水濾餅
170．．．第二混合區
171．．．水流
172．．．水性混合物
180．．．萃取區
181．．．萃取溶劑
182．．．萃取物流
183．．．萃餘物流
190．．．分離區
191．．．回收之萃取溶劑流
192．．．高沸點有機雜質流
200．．．固液分離區
Claims (23)
- 一種對苯二甲酸沖洗方法，其包含：(a)使於對苯二甲酸製程中形成之氧化器沖洗流在第一蒸發器區中進行蒸發，產生蒸氣流及濃縮沖洗流；其中該氧化器沖洗流包含羧酸、金屬催化劑、雜質、水及溶劑；其中該溶劑包含乙酸；及(b)在混合區中添加水至該濃縮沖洗流，產生富含水的濃縮沖洗流；(c)使該富含水的濃縮沖洗流在第二蒸發器區中進行蒸發，產生富含溶劑的物流及中間濃縮沖洗漿流；及(d)使該中間濃縮沖洗漿在第三蒸發器區中進行蒸發，其中該第三蒸發器區包含在約20℃至約70℃之溫度下操作的蒸發器；其中該超濃縮沖洗漿具有約5.0重量%至約25.0重量%之水含量；(e)在固液分離區中過濾該超濃縮沖洗漿，形成濾餅及母液；(f)在該固液分離區中用洗滌進料洗滌該濾餅，形成經洗滌濾餅及洗滌濾液。
- 如請求項1之方法，其中來自該超濃縮沖洗漿之至少80%該金屬催化劑經由該分離區回收至該母液及該洗滌液累積物中。
- 如請求項1之方法，其中約75%至約95%之該氧化器沖洗流質量係藉由蒸發自步驟(a)、(c)及(d)合併之該氧化器沖洗流移除。
- 如請求項1之方法，其中將至少一部分該經洗滌濾餅運送至氧化區下游之該對苯二甲酸產物中。
- 如請求項1之方法，其中該超濃縮沖洗漿具有約8重量%至約23重量%之水含量。
- 如請求項1之方法，其中該超濃縮沖洗漿具有約11重量%至約21重量%之水含量。
- 如請求項1之方法，其中該超濃縮沖洗漿具有約13重量%至約19重量%之水含量。
- 如請求項1之方法，其中該固液分離裝置為在約25℃至約90℃之溫度下操作的壓力過濾裝置。
- 如請求項8之方法，其中該壓力過濾裝置包含至少一個過濾器單元，且其中至少一個過濾器單元積聚至少0.25吋深之該濾餅。
- 如請求項1之方法，其中將至少一部分步驟(e)中所形成之該母液運送回至該對苯二甲酸製程之該氧化區。
- 如請求項1之方法，其中該壓力過濾裝置為轉鼓壓力過濾器。
- 如請求項1之方法，其中將自該第一蒸發區運送至該混合區之該濃縮沖洗流的溫度維持在80℃以上。
- 如請求項1之方法，其中在該第二蒸發區中之滯留時間範圍為30分鐘至180分鐘。
- 如請求項1之方法，其中將該母液運送至萃取區以產生水流及有機物流。
- 如請求項14之方法，其中將該有機物流運送至蒸餾塔， 以回收該萃取溶劑及包含氧化副產物雜質之廢污泥流。
- 如請求項15之方法，其中對於範圍為8%至23%之該超濃縮沖洗漿之水含量範圍，該超濃縮沖洗漿在該固液分離區中之過濾速率係高於該範圍以外的任何水濃度情況下之過濾速率。
- 如請求項15之方法，其中對於範圍為11%至21%之該超濃縮沖洗漿之水含量範圍，該超濃縮沖洗漿在該固液分離區中之過濾速率係高於該範圍以外的任何水濃度情況下之過濾速率。
- 如請求項15之方法，其中對於範圍為13%至19%之該超濃縮沖洗漿之水含量範圍，該超濃縮沖洗漿在該固液分離區中之過濾速率係高於該範圍以外的任何水濃度情況下之過濾速率。
- 如請求項1之方法，其中該溶劑為以8：1至約20：1且較佳約11：1至20：1之比率與水混合的乙酸。
- 如請求項1之方法，其中操控該混合區中所添加之水的質量，以將下游超濃縮沖洗漿流中所含的水的百分比控制在5%至25%水。
- 如請求項1之方法，其中操控該混合區中所添加之水的質量，以將下游超濃縮沖洗漿流中所含的水的百分比控制在10%至20%水。
- 如請求項1之方法，其中操控該混合區中所添加之水的質量，以將下游超濃縮沖洗漿流中所含的水的百分比控制在13%至18%水。
- 如請求項1之方法，其中操控該混合區中所添加之水的質量，以將下游超濃縮沖洗漿流中所含的水的百分比控制在8%至23%水。
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