СИСТЕМА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНОГО ПОЛИЭФИРА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ РЕАКТОР ЭСТЕРИФИКАЦИИ БЕЗ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК B01J10/00 B01J19/18 B01J19/24 C08G63/78 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к системе для производства сложных полиэфиров в расплавленной фазе. В другом аспекте изобретение имеет отношение к системе эстерификации, использующей вертикальный удлиненный реактор для эстерификации, требующий мало или вообще не требующий механического перемешивания.

Описание предшествующего уровня техники

Полимеризация в расплавленной фазе может использоваться для производства самых различных сложных полиэфиров, таких, например, как полиэтилентерефталат (ПЭТ). ПЭТ широко используется для контейнеров напитков, продуктов питания и других контейнеров, а также в синтетических волокнах и смолах. Прогресс в технологии обработки совместно с ростом спроса привел к растущему конкурентному рынку производства и продажи ПЭТ. Поэтому требуется дешевый высокоэффективный способ для производства ПЭТ.

Вообще производственные возможности для получения полиэфира в расплавленной фазе, включая уже используемые для получения ПЭТ, предусматривают применение этапа эстерификации и этапа поликонденсации. В этапе эстерификации полимерные сырьевые материалы (т.е. реагирующие вещества) превращаются в мономеры сложного полиэфира и/или олигомеры. В этапе поликонденсации мономеры сложного полиэфира, выходящие из этапа эстерификации, превращаются в полимерный продукт, имеющий требуемую длину конечной цепи.

В наиболее распространенных производственных процессах для получения сложного полиэфира в расплавленной фазе эстерификация проводится в одном или больше реакторах с механическим перемешиванием, например, таких как корпусные реакторы с непрерывным перемешиванием (КРНП). Однако КРНП и другие реакторы с механическим перемешиванием имеют целый ряд недостатков, которые могут привести к повышенным затратам финансовых средств, рабочего времени и/или к расходам на ремонт и обслуживание во всем производстве сложного полиэфира. Например, механические мешалки и различное контрольно-измерительное оборудование, обычно связанные с КРНП, являются сложными, дорогими и могут требовать обширного обслуживания и ремонта. Кроме того в распространенных КРНП часто применяются внутренние теплообменные трубки, которые занимают часть внутреннего объема реактора. Чтобы скомпенсировать потерю эффективного объема реактора, КРНП с внутренними теплообменными трубками требуют большего общего внутреннего объема, что повышает капиталовложения. Кроме того, внутренние теплообменные змеевики, обычно связанные с КРНП, могут нежелательно влиять на конфигурацию потоков реакционной среды внутри емкости реактора, что, тем самым, приводит к потере конверсии. Чтобы повысить конверсию продукта, во многих распространенных производственных предприятиях использовалось большое число КРНП, работающих последовательно, что еще больше увеличивает как финансовые, так и производственные расходы.

Таким образом существует потребность в высокоэффективном способе для получения сложного полиэфира, уменьшающем финансовые, производственные и эксплуатационные расходы и одновременно максимизирующем конверсию продукта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном воплощении настоящего изобретения предлагается способ, включающий в себя: (а) подвергают реакционную среду эстерификации в вертикально удлиненном реакторе для эстерификации и (b), возможно, но необязательно, перемешивают реакционную среду в реакторе для эстерификации, в котором менее около 50 процентов перемешивания осуществляется механическим перемешиванием.

В другом воплощении настоящего изобретения предлагается способ, включающий в себя: (а) подвергают первую реакционную среду эстерификации в первой зоне эстерификации, чтобы, тем самым, получить первый продукт, имеющий конверсию по меньшей мере около 70 процентов; и (b) подвергают, по меньшей мере, часть первого продукта дальнейшей эстерификации во второй зоне эстерификации, ограничиваемой вторым реактором для эстерификации, чтобы, тем самым, получить второй продукт, имеющий конверсию по меньшей мере 80 процентов, при этом указанный второй реактор для эстерификации определяет вход для текучей среды, принимающий первый продукт, и выход для жидкости, выводящий второй продукт, причем выход для жидкости расположен на большей высоте, чем вход для текучей среды.

Еще в одном воплощении настоящего изобретения предлагается аппарат, включающий в себя реакционную емкость и большое число вертикально разнесенных теплообменных трубок, расположенных в реакционной емкости. Реакционная емкость удлинена вдоль вертикальной центральной оси удлинения. Реакционная емкость определяет вход для текучей среды, большое число вертикально разнесенных выходов для жидкости и выход для паров. Вход для текучей среды расположен на меньшей высоте, чем выход для паров. Выходы для жидкости расположены выше входа для текучей среды и ниже выхода для паров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые воплощения настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на приведенные фигуры, где

Фиг.1 является блок-схемой системы для первой стадии эстерификации, сконфигурированной в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения и подходящей для использования в производстве сложного полиэфира в расплавленной фазе;

Фиг.2 является схематическим изображением реактора для второй стадии эстерификации, сконфигурированного в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения и подходящего для использования в производстве сложного полиэфира в расплавленной фазе, при этом линия А соединяет реактор для второй стадии эстерификации на фиг.2 с системой первой стадии эстерификации на фиг.1; и

Фиг.3 является видом в разрезе вдоль линии 3-3 реактора для второй стадии эстерификации на фиг.2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение может быть использовано в производстве сложного полиэфира в расплавленной фазе, способном производить самые различные сложные полиэфиры из различных исходных материалов. Используемый здесь термин «сложный полиэфир» включает в себя также производные сложного полиэфира, например, такие как простые и сложные полиэфиры, полиэфирамиды и полиэфирэфирамиды. Примеры сложных полиэфиров в расплавленной фазе, которые могут производиться в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя, но не только, гомополимеры и сополимеры полиэтилентерефталата (ПЭТ), ПЭТГ (ПЭТ, модифицированного сомономером 1,4-циклогексан-диметанола (ЦГДМ)), полностью ароматические или жидкокристаллические сложные полиэфиры, биодеградируемые сложные полиэфиры, такие, которые включают в себя бутандиол, остатки терефталевой кислоты и адипиновой кислоты, гомополимеры и сополимеры поли(циклогексана и диметилентерефталата) и гомополимеры и сополимеры ЦГДМ и циклогександикарбоновой кислоты или диметилциклогександикарбоксилата.

В одном воплощении настоящего изобретения исходные материалы для сложного полиэфира, включающие в себя по меньшей мере один спирт и по меньшей мере одну кислоту, подвергаются эстерификации в начальной секции способа. Кислотным исходным материалом может быть дикарбоновая кислота и поэтому конечный полиэфирный продукт включает в себя один остаток дикарбоновой кислоты, имеющий от около 4 до около 15 атомов углерода или от 8 до 12 атомов углерода. Примеры дикарбоновых кислот, подходящих для использования в настоящем изобретении, могут включать в себя, но не только, терефталевую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, циклогександиуксусную кислоту, дифенил-4,4'-дикарбоновую кислоту, дифенил-3,4'-дикарбоновую кислоту, 2,2-диметил-1,3-пропанолдиол дикарбоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, азелаиновую кислоту, себакциновую кислоту и их смеси. В одном воплощении кислотным исходным материалом может являться соответствующий сложный эфир, например диметилтерефталат вместо терефталевой кислоты.

Алкогольным исходным материалом может являться диол, поэтому конечный полиэфирный продукт может включать в себя по меньшей мере один остаток диола, например, из таких, которые образуются из циклоалифатических диолов, имеющих от около 3 до около 25 атомов углерода или от 6 до 20 атомов углерода. Подходящие диолы могут включать в себя, но не только, этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,4-циклогексан-диметанол, пропан-1,3-диол, бутан-1,4-диол, пентан-1,5-диол, гексан-1,6-диол, неопентилгликоль, 3-метилпентандиол-(2,4), 2-метилпентандиол-(1,4), 2,2,4-триметилпентан-диол-(1,3), гександиол-(1,3), 1,4-дигидроксиэтокси)-бензол, 2,2-бис-(4-гидроксициклогексил)-пропан, 2,4-дигидрокси-1,1,3,3-тетраметил-циклобутан 2,2,4,4-тетраметил-циклобутандиол, 2,2-бис-(3-гидроксиэтоксифенил)-пропан, 2,2-бис-(4-гидрокси-пропоксифенил)-пропан, изосорбид, гидрохинон, бутадиенстирол-(2,2-(сульфонилбис)4,1-фениленоксил)бис(этанол) и их смеси.

Кроме того, в одном воплощении исходные материалы могут включать в себя один или больше сомономеров. Подходящие материалы могут включать в себя, например, сомономеры, включающие терефталевую кислоту, диметилтерефталат, изофталевую кислоту, диметилизофталат, диметил-2,6-нафталиндикарбоксилат, 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, этиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол (ЦГДМ), 1,4-бутандиол, политетраметиленгликоль, транс-ДМЦД, тримеллитовый ангидрид, диметилциклогексан-1,4 дикарбоксилат, диметилдекалин-2,6 дикарбоксилат, декалиндиметанол, декагидронафталан 2,6-дикарбоксилат, 2,6-дигидрометил-декагидронафталин, гидрохинон, гидробензойную кислоту и их смеси.

В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения одна или больше добавок могут быть добавлены к исходным материалам, сложному полиэфиру и/или к промежуточным полиэфирным материалам в одном или более местах внутри способа. Подходящие добавки могут включать, например, трехфункциональные или четырехфункциональные сомономеры, такие как тримеллитовый ангидрид, триметилпропан, пиромеллитовый диангидрид, пентаэритритол или другие многоатомные кислоты или полиоли; сшивающие или разветвляющие агенты; краситель; тонер; пигмент; углеродную сажу; стекловолокно; наполнитель; эластификатор; антиоксидант; соединение, поглощающее УФ, и соединение, удаляющее кислород.

Вообще в способе для производства сложного полиэфира в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения могут использоваться две основные секции. В первой секции проводится реакция исходных материалов (также называемых здесь «сырьевыми материалами» или «реагирующим веществами») для получения мономеров и/или олигомеров. Во второй секции затем проводятся реакции с мономерами и/или олигомерами для получения конечного полиэфирного продукта.

Если исходные материалы, поступающие в первую секцию, включают в себя кислотные концевые группы, например, такие как терефталевая кислота или изофталевая кислота, то первая секция может быть названа секцией эстерификации. Если исходные материалы имеют метиловые концевые группы, например, такие как диметилтерефталат или диметилизофталат, то первая секция может быть названа секцией переэстерификации или транс-эстерификции. Для простоты используемый здесь термин «эстерификация» включает в себя как реакции эстерификации, так и реакции переэстерификации и эфирного обмена. Поэтому, если первая секция используется для эстерификации, переэстерификации или транс-эстерификации, то она может быть названа «секцией эстерификации» способа. В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения эстерификация может проводиться в одну или более стадий секции эстерификации при температуре в диапазоне от около 220 до около 300°С, или от около 235 до около 290°С, или от около 245 до около 280°С и при давлении меньше около 25 psig (1 psig=6894,757 Па), или при давлении в диапазоне от около 1 до около 10 psig, или в диапазоне от 2 до 5 psig. В одном воплощении средняя длина цепи мономера и/или олигомера, выходящего из секции эстерификации, может быть меньше около 25, от около 1 до около 20 или от 5 до 15.

Вторая секция способа может называться секцией поликонденсации. В секции поликонденсации может использоваться одноэтапный процесс или он может быть разделен на этап преполиконденсации (или преполимеризации) и конечный (или финишный) этап поликонденсации. Обычно полимеры с более длинными цепями могут быть получены посредством многостадийного процесса поликонденсации. Обычно поликонденсация может проводиться в секции поликонденсации при температуре в диапазоне от около 220 до около 350°С или в диапазоне от около 240 до около 320°С и давлении ниже атмосферного (например, в вакууме). Когда проводится поликонденсация в двухэтапном процессе, реактор для преполимеризации (или для получения преполимера) может превращать мономер, выходящий из секции эстерификации, в олигомер, имеющий среднюю длину цепи в диапазоне от около 2 до около 40, от около 5 до около 35 или от 10 до 30. Затем конечный реактор превращает смесь олигомера и полимера в конечный полимерный продукт, имеющий требуемую среднюю длину цепи, обычно превышающую около 30, превышающую около 50, превышающую около 75 или превышающую 90.

Секция многостадийной эстерификации, сконфигурированная в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, показана на фиг.1-3. В частности на фиг.1 показана примерная система одностадийной эстерификации на первой стадии, а на фиг.2 и 3 показан примерный реактор для эстерификации на второй стадии. Секция многостадийной эстерификации на фиг.1-3 будет теперь описана более подробно.

Показанная на фиг.1 система 10 эстерификации первой стадии, сконфигурированная в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, обычно включает в себя теплообменник 12, емкость 14 для эстерификации, дистилляционную колонку 16 и рециркуляционный контур 18. Вообще способ, проводимый в системе 10 эстерификации первой стадии, включает в себя следующие крупные этапы: (1) ввод материалов для эстерификации в теплообменник 12; (2) нагревание и частичную эстерификацию загруженных материалов для эстерификации в теплообменнике 12; (3) ввод по меньшей мере части нагретого и частично эстерифицированного продукта из теплообменника 12 в емкость 14 для эстерификации; (4) дальнейшая эстерификация частично эстерифицированного продукта из теплообменника 12 в емкости 14 для эстерификации; (5) отделение жидкого продукта от парообразного побочного продукта в емкости 14 для эстерификации; (6) ввод по меньшей мере части парообразного побочного продукта из емкости 14 для эстерификации в дистилляционную колонку 16; (7) разделение парообразного побочного продукта на преимущественно водяной верхний поток и на преимущественно спиртовой нижний поток в дистилляционной колонке 16; (8) направление рециркулированной части жидкого продукта из емкости 14 для эстерификации обратно в теплообменник 12 по рециркуляционному контуру 18; (9) во время рециркуляции части жидкого продукта, текущего через контур 18 для рециркуляции, добавление в него рециркулированного спирта из дистилляционной колонки 16, свежего спирта, добавки (добавок) и/или кислоты; и (10) вывод части жидкого продукта из емкости 14 для эстерификации для дальнейшей обработки ниже по потоку.

Как показано выше, эстерификация на первой стадии может проводиться как в теплообменнике 12, так и в емкости 14 для эстерификации в системе 10. Поэтому и теплообменник 12, и емкость 14 для эстерификации могут быть названы «реакторами эстерификации первой стадии», при этом каждый из них определяет часть «зоны эстерификации первой стадии». Однако из-за того, что добавочной функцией теплообменника 12 может являться нагрев реакционной среды, обрабатываемой в нем, то теплообменник 12 может также называться «нагревателем», который образует «зону нагревания». Кроме того, так как добавочной функцией емкости 14 для эстерификации может являться улучшения разделения пара и жидкости, то емкость 14 для эстерификации может также называться «емкостью для разделения», которая образует «зону разделения». Конфигурация и работа системы 10 эстерификации первой стадии, показанной на фиг.1, теперь будет описана более подробно.

Как снова показано на фиг.1, рециркулированный поток жидкого продукта, рассмотренный более подробно ниже, транспортируется по рециркуляционному трубопроводу 100 системы 10 эстерификации первой стадии. Как показано на фиг.1, следующие материалы могут быть добавлены в поток рециркулированного жидкого продукта, протекающий через трубопровод 100 для рециркуляции: (а) добавочный свежий спирт, вводимый через трубопровод 104, и (b) одна или больше добавок, вводимых через трубопровод 106. В другом воплощении по меньшей мере часть одного или более потоков в трубопроводах 104 и/или 106 могут быть добавлены к потоку, выходящему из емкости 14 для эстерификации по трубопроводу 114, что будет подробно рассмотрено ниже. Еще в одном воплощении по меньшей мере часть одного или больше потоков в трубопроводах 104 и/или 106 могут быть введены непосредственно в насос 40 для рециркуляции, который будет рассмотрен ниже. Свежий спирт в трубопроводе 104 может быть любым из спиртов, рассмотренных выше, как подходящих для использования в качестве исходных материалов в системе по настоящему изобретению. В соответствии с одним воплощением спиртом может быть этиленгликоль. Одной или больше добавок в трубопроводе 106 может являться любая из добавок, рассмотренных выше, как подходящих для использования в системе по настоящему изобретению.

Добавочная кислота из трубопровода 108 также может быть добавлена в поток, протекающий по трубопроводу 100 для рециркуляции. Кислота, введенная в трубопровод 100 для рециркуляции через трубопровод 108, может быть любой из кислот, рассмотренных выше в качестве подходящих для использования в качестве исходных материалов в системе по настоящему изобретению. Кислота в трубопроводе 108 может быть в виде жидкости, суспензии, пасты или сухих твердых веществ. В одном воплощении кислотой в трубопроводе 108 могут быть твердые частицы терефталевой кислоты.

В одном воплощении настоящего изобретения кислота в трубопроводе 108 добавляется к рециркулирующему потоку в трубопроводе 100 в виде малых существенно сухих твердых частиц (например, в виде порошка). В таком воплощении кислота, вводимая в трубопровод 100, может содержать менее около 5 процентов массовых, менее около 2 процентов массовых или менее 1 процента массовых жидкости. Этот способ добавления сухой кислоты может исключить необходимость в сложных и дорогих резервуарах с механическим перемешиванием, традиционно используемых для превращения твердых частиц кислоты в пасту или суспензию перед вводом полученной смеси в способе эстерификации.

Как показано на фиг.1, может применяться редуктор 20 давления для обеспечения прямого добавления реагирующей твердой кислоты в трубопровод 100 для рециркуляции без ее использования в виде пасты или суспензии. В одном воплощении настоящего изобретения реагирующая твердая кислота может быть добавлена в трубопровод 100 для рециркуляции в том месте, где давление было снижено посредством редуктора 20 давления. Редуктором 20 давления может являться любое устройство, известное в этой области техники, которое может снизить давление основного потока жидкости таким образом, чтобы можно было добавить материал в поток с пониженным давлением через отверстие, расположенное вблизи зоны пониженного давления. Эжектор является одним примером устройства, подходящего для использования в качестве редуктора 20 давления.

Как показано на фиг.1, реагирующая твердая кислота в трубопроводе 108 может быть добавлена в контур 18 рециркуляции ниже по потоку от точек инжекции дополнительного спирта и добавок. Кроме того, может быть предпочтительно вводить реагирующую твердую кислоту в верхнюю часть рециркуляционного трубопровода 100 для ускорения растворения частиц твердой кислоты, когда они опускаются в рециркулирующий поток. Присутствие мономеров и/или олигомеров сложного полиэфира в рециркулирующем потоке может также усилить растворение частиц твердой кислоты, добавленных в рециркуляционный трубопровод 100. В одном воплощении настоящего изобретения поток в рециркуляционном трубопроводе 100 может иметь среднюю длину цепи в диапазоне от около 1 до около 20, от около 2 до около 18 или от 5 до 15.

Обычно количество спирта и кислоты, добавленное в рециркулирующий поток в рециркуляционном трубопроводе 100, может быть любым количеством, необходимым для обеспечения требуемой производительности и требуемого соотношения между спиртом и кислотой. В одном воплощении настоящего изобретения мольное отношение спирта к кислоте в подаваемом исходном потоке для эстерификации, выходящем из рециркуляционного трубопровода 100, находится в диапазоне от около 1,005:1 до около 10:1, от около 1,01:1 до около 8:1 или от 1,05:1 до 6:1.

Смешанный поток, выходящий из рециркуляционного трубопровода 100 и/или редуктора 20 давления может быть введен как исходный подаваемый поток для эстерификации на вход 22 теплообменника 12 через подающий трубопровод 110. В теплообменнике 12 подаваемая и реагирующая среда для эстерификации нагревается и подвергается воздействию условий эстерификации. В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения повышение температуры реакционной среды между входом 22 и выходом 24 теплообменника 12 может быть по меньшей мере около 50°F (10°С), по меньшей мере около 75°F (23,89°С) или по меньшей мере 85°F (29,41°С). Вообще температура подаваемой среды для эстерификации, поступающей на вход 22 теплообменника, может быть в диапазоне от около 220 до около 260°С, от около 230 до около 250°С или от 235 до 245°С. Обычно температура продукта эстерификации, выходящего из выхода 24 теплообменника 12, может быть в диапазоне от около 240 до около 320°С, от около 255 до около 300°С, от 275 до 290°С. Реакционная среда в теплообменнике 12 может поддерживаться при давлении в диапазоне от около 5 до около 50 psig, от около 10 до около 35 psig или от 15 до 25 psig (1 psig=0,0703 кг/см²).

Как было рассмотрено выше, теплообменник 12 может также считаться реактором эстерификации, так как по меньшей мере часть реакционной среды, протекающей через него, может подвергаться эстерификации. Величина эстерификации, проводимой в соответствии с настоящим изобретением, может количественно определяться как «конверсия». Здесь термин «конверсия» используется для описания свойства жидкой фазы потока, который подвергается эстерификации, при этом конверсия эстерифицированного потока указывает на процент исходных кислотных концевых групп, которые были конвертированы (т.е. эстерифицированы) до эфирных групп. Конверсия может быть количественно определена числом конвертированных конечных групп (т.е. спиртовых конечных групп), деленных на общее число конечных групп (т.е. алькогольных плюс кислотных конечных групп), при этом результат деления выражается в процентах. Хотя здесь и используется конверсия, следует понимать, что средняя длина цепи, которая описывает среднее число мономерных единиц, которое включает в себя соединение, может также подходить для описания характеристик потоков по настоящему изобретению.

В соответствии с одним воплощением реакция эстерификации, проводимая в теплообменнике 12, может повысить конверсию реакционной среды между входом 22 и выходом 24 по меньшей мере приблизительно на 5, по меньшей мере приблизительно на 10, по меньшей мере приблизительно на 15, по меньшей мере приблизительно на 20, по меньшей мере приблизительно на 30 или по меньшей мере на 50 процентов. Обычно питающий исходный поток для эстерификации, вводимый во вход 22 теплообменника 12, имеет величину конверсии меньше около 90 процентов, меньше около 75 процентов, меньше около 50 процентов, меньше около 25 процентов, меньше около 10 процентов или меньше 5 процентов, а поток продукта эстерификации, выводимый из выхода 24 теплообменника 12, имеет величину конверсии по меньшей мере около 50 процентов, по меньшей мере около 60 процентов, по меньшей мере около 70 процентов, по меньшей мере около 75 процентов, по меньшей мере около 80 процентов, по меньшей мере около 85 процентов, по меньшей мере около 95 процентов или по меньшей мере 98 процентов.

В одном воплощении настоящего изобретения реакция эстерификации, проводимая в теплообменнике 12, протекает при значительно меньшем времени пребывания в нем в сравнении с общеизвестными способами эстерификации. Например, среднее время пребывания реакционной среды, протекающей через теплообменник 12, может быть меньше около 60 минут, меньше около 45 минут, меньше около 35 минут или меньше 20 минут. Это сравнительно короткое время пребывания может быть достигнуто даже при высокой производительности для коммерческих целей. Таким образом в одном воплощении поток продукта выводится из выхода 24 теплообменника 12 со скоростью по меньшей мере около 10000 фунтов в час (1 lb/h=0,454 кг/час), по меньшей мере около 25000 фунтов в час, по меньшей мере около 50000 фунтов в час или по меньшей мере 100000 фунтов в час (45360 кг/час).

Теперь обратимся к специальной конфигурации теплообменника 12. В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения теплообменник 12 может быть горизонтально удлиненным кожухотрубчатым теплообменником. Внутренние проходы для протекания через них жидкости могут быть созданы теплообменными трубками, по которым протекает реакционная среда, причем она нагревается и эстерифицируется. Эти внутренние проходы могут рассматриваться как «первая зона эстерификации» системы 10 эстерификации первой стадии. Обычно суммарный объем внутренних проходов для потока через теплообменник может быть в диапазоне от около 10 до около 1500 кубических футов (1 ft³= 0,028 м³), от около 100 до около 800 кубических футов, от 200 до 600 кубических футов. Средний внутренний диаметр отдельных теплообменных трубок может быть меньше 4 дюймов (1 дюйм=2,54 см) или находиться в интервале от около 0,25 до около 3 дюймов или от 0,5 до 2 дюймов.

Как показано на фиг.1, поток нагретой теплопередающей среды (ТПС) может поступать в боковую часть кожуха теплообменника 12 и по меньшей мере частично окружать по меньшей мере часть теплообменных трубок для нагревания реакционной среды, протекающей через них. В одном воплощении настоящего изобретения коэффициент теплопередачи, относящийся к нагреванию реакционной среды в теплообменнике 12, может находиться в диапазоне от около 0,5 до около 200 BTU (1 BTU=0,252 ккал) в час на °F на квадратный фут (1 BTU/h.°F.ft²=1,507 ккал/м².час.°С ), от около 5 до около 100 BTU/h.°F.ft² или от 10 до 50 BTU/h.°F.ft². Общее количество теплоты, передаваемой реакционной среде в теплообменнике 12, может находится в диапазоне от около 100 до около 5000 BTU на фунт реакционной среды (BTU/lb), от около 400 до около 2000 BTU/lb или от 600 до 1500 BTU/lb.

Как показано на фиг.1, частично эстерифицированный продукт, выходящий из выхода 24, может транспортироваться в емкость 14 для эстерификации по трубопроводу 112. Частично эстерифицированный поток в трубопроводе 112 может быть введен во внутренний объем емкости 14 для эстерификации через вход 26 для текучей среды. Как уже было рассмотрено выше, в емкости 14 для эстерификации частично эстерифицированный поток подвергается дальнейшей эстерификации и разделению фаз. Таким образом внутренний объем, ограниченный внутри емкости 14 для эстерификации, может рассматриваться как «зона эстерификации» и/или как «зона разделения». Вообще реакционная среда в емкости 14 для эстерификации протекает по существу горизонтально через внутренний объем. Когда реакционная среда вытекает из входа 26 и подвергается эстерификации, парообразные побочные продукты улетучиваются из жидкой фазы и протекают обычно над жидкой фазой. Отделенный жидкий продукт может выходить из емкости 14 для эстерификации через выход 28 для жидкости, а отделенный парообразный побочный продукт может выходить из емкости 14 для эстерификации через выход 30 для пара.

Реакция эстерификации, проводимая в емкости 14 для эстерификации, может повышать степень конверсии реакционной среды, обрабатываемой в ней, поэтому жидкий продукт, выходящий из выхода 28 для жидкости, имеет степень конверсии, которая по меньшей мере на около 1 процент, по меньшей мере на около 2 процента, или по меньшей мере на 5 процентов выше степени конверсии потока жидкости, поступающего на вход 26 для текучей среды. Вообще жидкий продукт, выходящий из выхода 28 для жидкости емкости 14 для эстерификации, может иметь степень конверсии по меньшей мере около 80 процентов, по меньшей мере около 85 процентов, по меньшей мере около 90 процентов, по меньшей мере 95 процентов или по меньшей мере около 98 процентов.

Конверсия, достигаемая в емкости 14 для эстерификации, может происходить во время сравнительно короткого времени пребывания и при малом вводе или вообще без ввода теплоты. Например, среднее время пребывания реакционной среды в емкости 14 для эстерификации может быть меньше около 200 минут, меньше около 60 минут, меньше около 45 минут, меньше около 30 минут или меньше 15 минут. Кроме того, количество тепла, передаваемое реакционной среде в емкости 14 для эстерификации, может быть меньше около 100 BTU на фунт реакционной среды (BTU/lb), меньше около 20 BTU/lb, меньше около 5 BTU/lb или меньше 1 BTU/lb.

При минимальном вводе тепла или без ввода тепла в емкость 14 для эстерификации средняя температура жидкого продукта, выходящего из выхода 28 для жидкости из емкости 14 для эстерификации, может быть в пределах около 50°С, около 30°С, около 20°С или 15°С от средней температуры жидкости, поступающей в емкость 14 для эстерификации через вход 26 для текучей среды. Вообще средняя температура жидкого продукта, выходящего из выхода 28 для жидкости емкости 14 для эстерификации, может быть в диапазоне от около 220 до около 320°С, от около 240 до около 300°С или от около 259 до около 275°С.

Обращаемся снова к специальной конфигурации емкости 14 для эстерификации. В воплощении, показанном на фиг.1, емкость 14 для эстерификации является по существу пустой, неперемешиваемой, ненагреваемой, обычно цилиндрической горизонтально удлиненной емкостью. Емкость 14 для эстерификации может иметь отношение длины к диаметру меньше около 10:1, в диапазоне от около 1,25:1 до около 8:1, от около 1,5:1 до около 6:1 или от 2:1 до 4,5:1. В одном воплощении вход 26 для текучей среды и выход 30 для пара отделены один от другого таким образом, что обеспечивается достаточная эстерификация и повышается разделение/отделение паровой, жидкой и пенообразной фаз. Например, выход 28 для жидкости и выход 30 для пара могут быть горизонтально отделены от выхода 26 для жидкости расстоянием по меньшей мере около 1,25D, по меньшей мере около 1,5D или по меньшей мере 2,0D. Кроме того, выход 28 для жидкости и выход 30 для пара могут быть вертикально отделены один от другого расстоянием по меньшей мере около 0,5D, по меньшей мере около 0,75D или по меньшей мере 0,95D.

Как показано на фиг.1, емкость 14 для эстерификации может включать в себя распределитель 32 жидкости, обеспечивающий эффективное распределение подаваемой жидкости в емкость 14 для эстерификации. В воплощении, показанном на фиг.1, распределителем жидкости является по существу просто горизонтально расположенный трубопровод, имеющий изогнутый вниз удаленный конец, который образует вход 26 для текучей среды с обращенной вниз ориентацией. Альтернативно распределитель 32 жидкости может обеспечивать большое число отверстий для вывода частично эстерифицированной подаваемой жидкости к большому числу горизонтально распределенных мест в емкости 14 для эстерификации. В одном воплощении настоящего изобретения средняя глубина реакционной среды в емкости 14 для эстерификации поддерживается на уровне меньше около 0,75D, меньше около 0,50D, меньше около 0,25D или меньше 0,15D, когда она перемещается по существу горизонтально через емкость 14 для эстерификации.

Как показано на фиг.1, при поступлении в емкость 14 для эстерификации реакционная среда, выходящая из распределителя 32 жидкости, может начать вспениваться, когда пузырьки пара высвобождаются из жидкой части реакционной среды. Вообще образование пены может уменьшаться вдоль длины емкости 14 для эстерификации, когда пар отделяется от (высвобождается из) жидкой фазы реакционной среды, так что в одном воплощении по существу никакого пара не выходит из выхода 28 для жидкости и/или выхода 30 для пара емкости 14 для эстерификации.

Для обеспечения того, чтобы по существу никакого пара не выходило из выхода 30 для пара в емкости 14 для эстерификации, в емкости 14 для эстерификации может применяться направленная вниз перегородка 34. Перегородка 34 вообще может быть расположена между входом 26 для текучей среды и выходом 30 для пара емкости 14 для эстерификации, но ближе к выходу 30 для пара, чем ко входу 26 для текучей среды. Перегородка 34 может быть направлена вниз от верхней части емкости 14 для эстерификации, вблизи от выхода 30 для пара и может срабатывать для физического блокирования потока пены, если такой имеется, направленного к выходу 30 для пара. В одном воплощении настоящего изобретения перегородка 34 может представлять собой нижний край, вертикально удаленный на расстояние по меньшей мере около 0,25D, по меньшей мере от около 0,5D или по меньшей мере на 0,75D от нижней части емкости 14 для эстерификации. В воплощении, показанном на фиг.1, перегородка включает в себя вытянутую вниз часть 36 и вытянутую в сторону часть 38. Вытянутая вниз часть 36 может быть направлена вниз от участка, находящегося вблизи выхода 30 для пара, а вытянутая в сторону часть 38 может быть направлена в поперечном направлении от нижнего конца вытянутой вниз части 36 к участку, расположенному обычно под выходом 30 для пара.

Общий внутренний объем, ограниченный емкостью 14 для эстерификации, может зависеть от ряда факторов, включая, например, общие гидродинамические требования системы 10 для эстерификации. В одном воплощении настоящего изобретения общий внутренний объем емкости 14 для эстерификации может составлять по меньшей мере около 25 процентов, по меньшей мере около 50 процентов, по меньшей мере около 75 процентов, по меньшей мере около 100 процентов или по меньшей мере 150 процентов от общего внутреннего объема контура 18 рециркуляции, описанного более подробно ниже. Еще в одном воплощении настоящего изобретения общий внутренний объем емкости 14 для эстерификации может составлять по меньшей мере около 25 процентов, по меньшей мере около 50 процентов, по меньшей мере около 75 процентов или по меньшей мере 150 процентов от суммарного внутреннего объема контура 18 для рециркуляции, проходов для протекания жидкости в теплообменнике 12 и трубопровода 112 для продукта.

Как снова показано на фиг.1, поток пара, выходящий из выхода 30 для пара емкости 14 для эстерификации через трубопровод 120, может быть направлен ко входу 42 для текучей среды дистилляционной колонки. Поток парообразного продукта в трубопроводе 120 может включать в себя воду и спирт. Вода и спирт могут быть существенно отделены одно от другого в дистилляционной колонке 16, чтобы, тем самым, получить верхний поток преимущественно водяного пара, выходящего из дистилляционной колонки 16 через верхний выход 44, и нижний жидкий поток преимущественно спирта, выходящий из дистилляционной колонки 16 через нижний выход 46. Дистилляционной колонкой 16 может являться любое устройство, способное разделить поток на преимущественно верхний парообразный продукт и на преимущественно нижний жидкий продукт на основе относительных летучестей компонентов исходного подаваемого потока. Дистилляционная колонка 16 может включать в себя внутренние устройства, например, такие как тарелки, произвольные насадки, структурированные насадки или их любые комбинации.

В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения верхний поток преимущественно водяного пара, выходящий из дистилляционной колонки 16 через верхний выход 44, может включать в себя по меньшей мере около 50 мольных процентов, по меньшей мере около 60 мольных процентов или по меньшей мере 75 мольных процентов воды. Верхний парообразный продукт, выводимый из выхода 44 дистилляционной колонки 16, может быть направлен по трубопроводу 122 на последующую обработку, на хранение или на удаление, например, в аппарат для обработки сбросовой воды или в средство для удаления, использующее, например, сжигание.

Преимущественно алкогольный нижний поток жидкости, выходящий из дистилляционной колонки 14 через нижний выход 46, может включать в себя по меньшей мере около 50 мольных процентов, по меньшей мере около 60 мольных процентов или по меньшей мере 75 мольных процентов спирта (например, этиленгликоля). В одном воплощении настоящего изобретения поток преимущественно спирта, выводимый из нижнего выхода 46 дистилляционной колонки 16, может иметь температуру по меньшей мере около 150°С, в диапазоне от около 175 до около 250°С или от 190 до 230°С и давление в диапазоне от около 0,25 до около 50 psig, от около 0,5 до около 35 psig или от 1 до 25 psig. Как показано на фиг.1, жидкий поток, выводимый из нижнего выхода 46 дистилляционной колонки, может быть направлен по трубопроводу 124 на дальнейшую обработку, в хранилище и/или на вторичное применение.

Как показано на фиг.1, жидкий сложный эфирный продукт может выводится из выхода 28 для жидкости емкости 14 для эстерификации и может затем вводится в контур 18 для рециркуляции. Контур 18 рециркуляции определяет проходы для протекания жидкости от выхода 28 для жидкости емкости 14 для эстерификации до входа 22 теплообменника 12. Рециркуляционный контур 18 обычно включает в себя трубопровод 114 для жидкого продукта, рециркуляционый насос 40, отводящий трубопровод 116 от насоса, рециркуляционный трубопровод 100, редуктор 20 давления и подающий трубопровод 110. Жидкий эфирный продукт, выводимый из емкости 14 для эстерификации, может вначале протекать через трубопровод 114 для продукта к всасывающей стороне рециркуляционного насоса 40. Поток, выходящий из насоса 40, может пропускаться через выходной трубопровод 116 от насоса и затем разделяться на часть, являющуюся продуктом, транспортируемую через трубопровод 118 для эфирного продукта, и рециркуляционную часть, транспортируемую через рециркуляционный трубопровод 100. Разделение потока, выходящего из насоса 40, может проводиться так, чтобы отношение удельного массового расхода рециркуляционной части в трубопроводе 100 к удельному массовому расходу части, являющейся продуктом, в трубопроводе 118 было в диапазоне от около 0,25:1 до около 30:1, от около 0,5:1 до около 20:1 или от 2:1 до 15:1. Как было рассмотрено выше, рециркуляционная часть в трубопроводе 100 может в конечном счете использоваться как исходная подача в теплообменник 12 после добавления свежего спирта через трубопровод 104, добавки (добавок) через трубопровод 106 и/или кислоты через трубопровод 108.

Часть, являющаяся продуктом, жидкого эфирного продукта в трубопроводе 118 может быть направлена в место ниже по потоку для дальнейшей обработки, для хранения или другого использования. В одном воплощении по меньшей мере доля части, являющейся продуктом, в трубопроводе 118 может быть подвергнута дальнейшей эстерификации в реакторе эстерификации второй стадии, описанном более подробно ниже.

Как теперь показано на фиг.2, часть продукта от системы 10 эстерификации первой стадии (фиг.1) может быть направлена на вход 48 для текучей среды реактора 50 эстерификации второй стадии (фиг.2) через трубопровод А. В реакторе 50 второй стадии реакционная среда нагревается и подвергается воздействию условий эстерификации. Однако в противоположность сложному и трудоемкому обслуживанию и ремонту корпусных реакторов с непрерывным перемешиванием известного уровня техники реактор 50 эстерификации второй стадии может являться простой и надежной реакционной емкостью, которая обеспечивает малое перемешивание или вообще не требует механического перемешивания реакционной среды, обрабатываемой в ней. В одном воплощении настоящего изобретения обеспечивается меньше около 50 процентов, меньше около 25 процентов, меньше около 10 процентов, меньше около 5 процентов механического перемешивания или по существу не требуется перемешивания реакционной среды в реакторе 50 эстерификации второй стадии. В другом воплощении реактор 50 эстерификации второй стадии не снабжается мешалкой, как показано на фиг.2.

В одном воплощении тепло, обеспечиваемое внутри реактора 50 эстерификации второй стадии, повышает температуру реакционной среды по меньшей мере на около 5°F, по меньшей мере на около 10°F или по меньшей мере на 25°F. Обычно температура ввода реакционной среды может быть в диапазоне от около 200 до около 300°С, от около 225 до около 280°С или от 240 до 270°С, а температура на выходе может быть в диапазоне от около 230 до около 310°С, от около 240 до около 290°С или от 245 до около 275°С. Верхнее давление в реакторе 50 эстерификации второй стадии может поддерживаться на уровне меньше около 25 psig, меньше около 15 psig или меньше 5 psig.

В результате эстерификации, проведенной в реакторе 50 эстерификации второй стадии, поток, поступающий в реактор 50 эстерификации второй стадии через вход 48 для текучей среды, может подвергаться повышению степени конверсии по меньшей мере на около 2 процента, по меньшей мере на около 5 процентов или по меньшей мере на 10 процентов между входом 48 для текучей среды и выходом 52 для жидкости в реакторе 50 эстерификации второй стадии. Обычно поток, поступающий на вход 48 для текучей среды реактора 50 эстерификации второй стадии, может иметь степень конверсии по меньшей мере около 70 процентов, по меньшей мере около 75 процентов или по меньшей мере 80 процентов, а поток, выходящий из реактора 50 эстерификации второй стадии через трубопровод 130, может иметь степень конверсии по меньшей мере около 80 процентов, по меньшей мере около 90 процентов, по меньшей мере около 95 процентов или по меньшей мере 98 процентов. Вообще время пребывания реакционной среды в реакционной емкости 50 может быть больше около 45 минут, больше около 60 минут или больше около 70 минут.

Обращаемся теперь к специальной конфигурации реактора 50 эстерификации второй стадии. В одном воплощении, показанном на фиг.2, реактор 50 эстерификации второй стадии является по существу цилиндрической вертикально удлиненной емкостью без перемешивания с максимальным диаметром (D) и отношением ее высоты к диаметру (H:D) в диапазоне от около 1,15:1 до около 10:1, или от около 1,25:1 до около 8:1, или от 1,4:1 до 6:1. Реактор 50 эстерификации второй стадии может включать в себя нижнюю концевую стенку 54, в основном цилиндрическую боковую стенку 56 и верхнюю концевую стенку 58, которые соответственно образуют вход 48 для текучей среды, по меньшей мере один выход 52 для жидкости и выход 60 для пара. В одном воплощении цилиндрическая боковая стенка 56 может включать в себя большое число вертикально разнесенных выходов для жидкости, показанных на фиг.2, как верхний, средний и нижний выходы 52а, 52b, 52c для жидкости. Вход 48 для текучей среды, выходы 52а-с для жидкости и выход 60 для пара могут быть отделены один от другого таким образом, чтобы максимизировать степень конверсии реакционной среды, протекающей через реактор 50 эстерификации второй стадии в сравнении с корпусными реакторами эстерификации с непрерывным перемешиванием известного уровня этой техники. Например, вход 48 для текучей среды может быть расположен на меньшей высоте, чем выходы 52а-с, и выход 60 для пара может быть расположен на большей высоте, чем выходы 52а-с для жидкости. В соответствии с одним воплощением вход 48 для текучей среды может быть расположен на более низком участке (например, на более низкой одной трети), выходы 52а-с для жидкости могут быть расположены на средних и/или верхних участках (например, на средней одной трети и/или на верхних двух третях), и выход 60 для пара может быть расположен на верхнем участке (например, на верхней одной трети) реактора 50 эстерификации второй стадии.

Теперь, как показано на фиг.3, в одном воплощении вход 48 для текучей среды и/или выходы 52 для жидкости могут быть радиально и/или по окружности отделены один от другого таким образом, чтобы максимизировать степень конверсии реакционной среды в реакторе 50 эстерификации второй стадии в сравнении с общеизвестными корпусными реакторами с непрерывным перемешиванием. Как показано на фиг.3, реактор 50 эстерификации второй стадии может определять вертикальную центральную ось удлинения 62, от которой вход 48 для текучей среды и выходы 52 для жидкости могут быть радиально удалены на соответствующие расстояния r_i и r_o. В одном воплощении r_i может составлять по меньшей мере около 0,15D, по меньшей мере около 0,25D или по меньшей мере 0,4D, где D является максимальным горизонтальным размером объема, ограниченного внутри реактора 50 эстерификации. В одном воплощении r_o может составлять по меньшей мере около 0,45D или по меньшей мере 0,5D. Помимо радиального удаления от центральной оси 62, вход 48 для текучей среды и выходы 52 для жидкости могут быть по окружности отделены один от другого углом Θ, как показано на фиг.3. В одном воплощении угол Θ может составлять по меньшей мере около 45°, по меньшей мере около 90°, по меньшей мере около 120° или по меньшей мере около 175°С.

Опять как показано на фиг.2, реактор 50 эстерификации второй стадии может обеспечивать теплом реакционную среду, протекающую через множество вертикально разнесенных теплопередающих элементов, расположенных обычно над входом 48 для текучей среды и под выходом 60 для пара. В одном воплощении теплопередающими элементами могут быть теплообменные трубки. Трубки могут быть расположены вертикально разнесенными группами по две или больше, такими как верхняя, средняя и нижняя группа 64а, 64b, и 64с, как показано на фиг.2. Каждая группа теплообменных трубок может принимать поток подогретой теплопередающей среды (ТПС) соответственно через верхний, средний и нижний входы 66а, 66b, и 66с для ТПС. ТПС затем протекает через трубки, чтобы нагреть реакционную среду в реакторе 50 эстерификации второй стадии. В одном воплощении настоящего изобретения коэффициент теплопередачи, относящийся к нагреванию реакционной среды в реакторе 50 эстерифкации второй стадии, может находится в диапазоне от около 10 до около 150 BTU в час на квадратный фут на °F (BTU/h.ft².°F), от около 25 до около 100 BTU/h.ft².°F, от около 35 до 80 BTU/h.ft².°F. Общее количество теплоты, передаваемое реакционной среде в реакторе 50 эстерификации второй стадии теплопередающими элементами, может быть в диапазоне от около 100 до около 5000 BTU на фунт реакционной среды (BTU/lb), от около 400 до около 2000 BTU/lb или от 600 до 1500 BTU/lb. Охлажденная ТПС выводится из верхней, средней и нижней групп теплообменных трубок 64а-с через соответствующие выходы для ТПС (не показаны) и затем может может быть рециркулирована через ТПС систему.

Поток ТПС в группы 64а-с теплообменных трубок может управляться верхним, средним и нижним ТПС вентилями 68а, 68b и 68с. В одном воплощении настоящего изобретения группы теплообменных трубок 64а-с могут быть независимо управляемыми так, чтобы одна или больше групп могла обеспечить нагревание реакционной среды в реакторе 50 эстерификации второй стадии, и одна или больше групп трубок по существу не обеспечивала бы нагревание. Управляя независимо одной или больше группами теплообменных трубок 64а-с, можно увеличить операционную гибкость реактора 50 эстерификации второй стадии выше операционной гибкости корпусных реакторов с непрерывным перемешиванием известного уровня этой техники. Например, как показано на фиг.2, верхний вентиль 68а для ТПС может быть закрыт, чтобы, тем самым, предотвратить поток подогретой ТПС в верхнюю группу 64а трубок, когда уровень реакционной среды 72 в реакторе 50 эстерификации второй стадии ниже, чем в верхней группе 64а трубок. Способность реактора 50 эстерификации второй стадии работать при различных уровнях реакционной среды прямо контрастирует с корпусными реакторами с непрерывным перемешиванием известного уровня этой техники, которые обычно работают при постоянном уровне реакционной среды, чтобы удерживать теплопередающие трубки полностью погруженными все время в течение операции.

Обращаясь снова к фиг.2, на которой показано, что преимущественно парообразный продукт может выходить из реактора 50 эстерификации второй стадии через выход 60 для пара. В одном воплощении настоящего изобретения преимущественно парообразный продукт может включать в себя воду и/или спирт, например, такой как этиленгликоль. После выхода из реактора 50 эстерификации второй стадии поток паров течет в трубопровод 128, после чего он может быть направлен на дальнейшую обработку, в хранилище и/или на удаление.

Как показано на фиг.2, жидкий продукт может быть выведен из реактора 50 эстерификации второй стадии через один или больше выходов 52а-с для жидкости. В одном воплощении, в котором одна или больше групп теплообменных трубок 64а-с управляются независимо, один или больше соответствующих выходов для жидкого продукта также может быть изолирован посредством использования вентилей 70а-с для продукта. Например, когда уровень реакционной среды находится ниже верхней группы 64а теплообменных трубок и трубки изолированы от подачи тепла, как описано выше, верхний выход 52а для жидкости может быть дополнительно изолирован закрытием верхнего вентиля 70а для продукта, как показано на фиг.2. Аналогичным образом способность независимого отключения одного или больше выходов для жидкости обеспечивает дополнительную операционную гибкость реактору 50 эстерификации второй стадии.

Жидкий продукт эстерификации выходит из реактора 50 эстерификации второй стадии через трубопровод 130 и может затем быть направлен в хранилище или на дальнейшую обработку, например, в секцию поликонденсации, расположенную ниже по потоку.

ЧИСЛЕННЫЕ ДИАПАЗОНЫ

В настоящем описании используются численные диапазоны для количественного определения некоторых параметров, относящихся к изобретению. Следует понять, что при наличии численных диапазонов, последние нужно считать как обеспечивающими буквальную поддержку для ограничения пунктов патентной формулы, которые только определяют верхний предел диапазона. Например, раскрытый численный диапазон от 10 до 100 обеспечивает буквальную поддержку для пункта, гласящего «больше 10» (без верхних пределов), и для пункта, гласящего «меньше 100» (без нижних пределов).

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Используемые здесь термины: «a, an, the и said» означают один или больше.

Используемый здесь термин «перемешивание» относится к работе, производимой в реакционной среде, вызывающей движение жидкости и/или смешивание.

Используемый здесь термин «и/или», когда он используется в перечне из двух или больше пунктов, означает, что любой один из перечисляемых пунктов может быть использован сам по себе или может быть использована любая комбинация из двух или более перечисляемых пунктов. Например, если описывается композиция, содержащая компоненты А, В и/или С, то эта композиция может содержать только А, только В, только С; комбинацию А и В, комбинацию А и С, комбинацию В и С или комбинацию А, В и С.

Используемые здесь термины «включающий в себя», «включает в себя» и «включают в себя» являются переходными неограничивающими терминами, используемыми для перехода от предмета, указанного перед термином, к одному предмету или элементу, указанному после термина, где элемент или элементы, перечисленные после переходного термина, не являются необходимыми и единственными элементами, которые составляют предмет.

Используемые здесь термины «содержащий», «содержит» и «содержат» имеют такие же неограничивающие значения, как и «включающий в себя», «включает в себя» и «включают в себя», приведенные выше.

Используемый здесь термин «дистилляционное разделение» относится к отделению одного или больше химических веществ от одного или больше других химических веществ на основе относительных летучестей разделяемых веществ.

Используемые здесь термины «имеющий», «имеет» и «имеют» имеют такие же неограничивающие значения, как «включающий в себя», «включает в себя» и «включают в себя», приведенные выше.

Используемый здесь термин «реакционная среда» относится к любой среде, подвергаемой химической реакции.

Используемый здесь термин «остаток» относится к части, которая является полученным продуктом из химических веществ в определенной системе химических реакций или при последующем образовании или химическим продуктом независимо от того, была ли действительно эта часть получена из этих химических веществ.

ФОРМУЛА, НЕ ОГРАНИЧЕННАЯ РАССМОТРЕННЫМИ ВОПЛОЩЕНИЯМИ

Предпочтительные формы изобретения, описанные выше, следует использовать только как иллюстрацию, и они не должны использоваться в ограничивающем смысле при интерпретации объема настоящего изобретения. Специалисты в этой области техники могут легко внести изменения в приведенные выше примерные воплощения, не отходя от смысла настоящего изобретения.

Изобретатели заявляют здесь о своем намерении полагаться на Доктрину об эквивалентах для разумно справедливого определения и оценки объема настоящего изобретения, которое относится к любому аппарату, материально не выходящему за буквальные пределы изобретения, как оно определено следующей формулой изобретения.

Изобретение относится к способу (варианты) и аппарату эстерификации реакционной среды при производстве сложного полиэфира в расплавленной фазе. Реакционную среду подвергают эстерификации в вертикально удлиненном реакторе для эстерификации. Реактор образует одну емкость, имеющую вход для текучей среды и, по меньшей мере, два отдельных выхода, содержащих выход для жидкости, через который выводится реакционная среда из реактора, и выход для парообразного побочного продукта из реактора. Выход для пара расположен на этой же емкости на большей высоте, чем указанный выход для жидкости, а вход для текучей среды расположен на более низкой высоте, чем выход для жидкости. Реактор для эстерификации обеспечивает теплом реакционную среду внутри себя, которую механически не перемешивают, или, если механически перемешивают, то менее, чем около 50 процентов указанного перемешивания реакционной среды обеспечивается механическим перемешиванием. Такой реактор обеспечивает улучшенные рабочие характеристики и гибкость в сравнении с корпусными реакторами с непрерывным перемешиванием известного уровня техники. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ эстерификации реакционной среды при производстве сложных полиэфиров в расплавленной фазе, включающий этапы, на которых:
(a) подвергают реакционную среду эстерификации в вертикально удлиненном реакторе для эстерификации, при этом указанный реактор для эстерификации образует одну емкость, имеющую вход для текучей среды и, по меньшей мере, два отдельных выхода, содержащих выход для жидкости, через который выводится реакционная среда из указанного реактора для эстерификации, и выход для пара, через который выводится парообразный побочный продукт эстерификации из реактора для эстерификации, причем указанный выход для пара расположен на этой же емкости на большей высоте, чем указанный выход для жидкости, причем указанный вход для текучей среды расположен на более низкой высоте, чем выход для жидкости, и причем указанный реактор для эстерификации обеспечивает теплом реакционную среду внутри себя; и
(b) указанную реакционную среду в указанном реакторе для эстерификации механически не перемешивают, или, если механически перемешивают, то менее, чем около 50% указанного перемешивания реакционной среды обеспечивается механическим перемешиванием.

2. Способ по п.1, в котором реакционная среда, поступающая на вход для текучей среды, имеет начальную конверсию по меньшей мере около 70%.

3. Способ по п.2, в котором реакционная среда, выводимая через выход для жидкости, имеет конечную конверсию по меньшей мере около 80%.

4. Способ по п.3, в котором указанная начальная конверсия составляет, по меньшей мере, около 75% и указанная конечная конверсия составляет, по меньшей мере, около 85%.

5. Способ по п.1, в котором указанный реактор для эстерификации имеет отношение высоты к диаметру в диапазоне от около 1,15:1 до около 10:1.

6. Способ по п.1, в котором указанный реактор для эстерификации обеспечивает вход для текучей среды и выход для жидкости, при этом, по меньшей мере, первая часть указанной реакционной среды поступает в указанный реактор для эстерификации через указанный вход для текучей среды и, по меньшей мере, вторая часть указанной реакционной среды выводится из указанного реактора для эстерификации через указанный выход для жидкости, причем указанный вход для текучей среды расположен на меньшей высоте, чем указанный выход для жидкости.

7. Способ по п.6, в котором указанный вход для текучей среды расположен на нижней одной трети указанного реактора для эстерификации, а указанный выход для жидкости расположен в верхних двух третях указанного реактора для эстерификации.

8. Способ по п.6, в котором указанный реактор для эстерификации определяет вертикальную центральную ось удлинения, при этом указанный выход для жидкости радиально отстоит от указанной центральной оси.

9. Способ по п.1, в котором указанный реактор для эстерификации обеспечивает вход для текучей среды и множество вертикально разнесенных выходов для жидкости, при этом, по меньшей мере, первая часть указанной реакционной среды поступает в указанный реактор для эстерификации через указанный вход для текучей среды, причем, по меньшей мере, вторая часть указанной реакционной среды выводится из указанного реактора для эстерификации через один или более указанных выходов для жидкости, причем указанный вход для текучей среды расположен на меньшей высоте, чем указанные выходы для жидкости.

10. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя нагревание указанной реакционной среды в указанном реакторе для эстерификации во время указанной эстерификации, при этом указанное нагревание обеспечивается множеством вертикально разнесенных теплопередающих элементов и указанные вертикально разнесенные теплопередающие элементы выполнены с возможностью независимо управляться таким образом, что один или более из указанных теплообменных элементов может обеспечивать нагревание указанной реакционной среды, в то время как один или более других из указанных теплообменных элементов могут не обеспечивать нагревание указанной реакционной среды.

11. Способ по п.1, в котором указанная реакционная среда по существу не получает механического перемешивания во время указанной эстерификации.

12. Способ по п.1, в котором время пребывания указанной реакционной среды в указанном реакторе для эстерификации больше около 45 мин и он проводится при температуре в диапазоне от около 200 до около 300°С.

13. Способ эстерификации реакционной среды при производстве сложных полиэфиров в расплавленной фазе, включающий этапы, на которых:
(a) подвергают первую реакционную среду эстерификации в первой зоне эстерификации, образованной первым реактором для эстерификации, имеющим вход для текучей среды, выход для жидкости и выход для пара, тем самым получая первый продукт, имеющий конверсию, по меньшей мере, около 70%, и парообразный побочный продукт, выходящий из первого реактора для эстерификации через выход для пара на указанном первом реакторе для эстерификации; и
(b) подвергают, по меньшей мере, часть указанного первого продукта дальнейшей эстерификации во второй вертикально удлиненной зоне эстерификации, образованной вторым реактором для эстерификации, имеющим вход для текучей среды и, по меньшей мере, два отдельных выхода, содержащих выход для жидкости и выход для пара, тем самым получая второй продукт, имеющий конверсию, по меньшей мере, около 80 процентов, выводимый из указанного второго реактора для эстерификации через выход для жидкости на втором реакторе для эстерификации, который расположен на большей высоте, чем вход для текучей среды, и парообразный побочный продукт, выводимый из второго реактора для эстерификации через выход для пара на втором реакторе для эстерификации, причем указанный второй реактор для эстерификации обеспечивает теплом реакционную среду, причем указанную реакционную среду в указанном втором реакторе для эстерификации или механически не перемешивают, или, если механически перемешивают, то меньше, чем около 50% указанного перемешивания реакционной среды обеспечивается механическим перемешиванием.

14. Способ по п.13, в котором указанный второй реактор эстерификации определяет вертикальную центральную ось, при этом указанный второй реактор для эстерификации имеет максимальный горизонтальный диаметр (D), причем выход для жидкости указанного второго реактора для эстерификации радиально отстоит на, по меньшей мере, 0,4D от указанной центральной оси и вход для текучей среды указанного второго реактора для эстерификации радиально отстоит на, по меньшей мере, 0,15D от указанной центральной оси, причем вход для текучей среды указанного второго реактора для эстерификации и выход для жидкости указанного второго реактора для эстерификации по окружности отстоят один от другого на, по меньшей мере, около 90°.

15. Способ по п.13, в котором указанный второй реактор для эстерификации обеспечивает множество вертикально разнесенных выходов для жидкости для вывода, по меньшей мере, части указанного второго продукта, при этом вход для текучей среды указанного второго реактора для эстерификации расположен на меньшей высоте, чем выходы для жидкости указанного второго реактора для эстерификации.

16. Способ по п.13, в котором указанная реакционная среда по существу не получает механического перемешивания в указанном втором реакторе для эстерификации.

17. Аппарат для эстерификации реакционной среды при производстве сложных полиэфиров в расплавленной фазе, включающий в себя: реакционную емкость и множество вертикально разнесенных теплообменных труб, расположенных в указанной реакционной емкости, при этом указанная реакционная емкость удлинена вдоль вертикальной центральной оси удлинения и обеспечивает вход для текучей среды, множество вертикально разнесенных выходов для жидкости и выход для пара, причем указанный вход для текучей среды расположен на меньшей высоте, чем указанный выход для пара, и указанные выходы для жидкости расположены на высоте, которая выше входа для текучей среды и ниже выхода для пара, и указанная реакционная емкость не снабжена механической мешалкой.

18. Аппарат по п.17, дополнительно включающий в себя расположенный выше по потоку теплообменник и расположенную выше по потоку отделяющую емкость, при этом указанный расположенный выше по потоку теплообменник образует вход теплообменника и выход теплообменника, причем расположенная выше по потоку указанная отделяющая емкость образует отделяющий вход для текучей среды, отделенный выход для пара и отделенный выход для жидкости, причем указанный выход теплообменника и указанный отделяющий вход для текучей среды сообщаются между собой по текучей среде, причем указанный отделенный выход для жидкости и указанный вход для текучей среды указанной реакционной емкости сообщаются по текучей среде, причем указанный отделенный выход для жидкости и указанный вход теплообменника сообщаются по текучей среде друг с другом.

19. Аппарат по п.18, в котором указанная отделяющая емкость горизонтально удлинена.