Данная заявка устанавливает приоритет предварительной заявки США 61/110245, поданной 31 октября 2008 г., содержание включено в настоящее описание полностью в качестве ссылки.
Уровень техники
Известно, как извлечь выгоду из испаренного растворителя из реакционного отходящего газа пропусканием его по меньшей мере через одну установку охлаждения, абсорбции и/или перегонки, чтобы получить жидкий регенерированный растворитель. Как правило, необходимо довести до максимума извлечение из реакционного отходящего газа испаренных соединений, содержащих по меньшей мере одну гидрокарбильную связь, называемых здесь как "гидрокарбильные соединения", "летучие органические соединения" и "VOC".
Известно применение по меньшей мере одной установки перегонки для удаления из регенерированного растворителя количества избыточной воды, которая одновременно образуется в больших количествах в качестве побочного продукта при частичном окислении рХ. Известны различные схемы утилизации энергии, выделяющейся при частичном окислении рХ, по меньшей мере как части подводимой энергии, необходимой для работы установки перегонки.
Термин "вода, образуемая при получении терефталевой кислоты (TPA)" определен здесь как 0,340 кг воды/кг подачи коммерчески чистого рХ. Это следует из предполагаемой реакции образования ТРА из рХ согласно стехиометрии: рХ + 3 О2 дает ТРА + 2 Н2О. Несмотря на то, что небольшие количества примесей присутствуют в рХ коммерческой чистоты и что небольшое количество рХ является недоокисленным или сверхокисленным, современное производственное оборудование позволяет получать рХ коммерческой чистоты, содержащий очень низкие количества примесей, и превращать такой материал в сырую и/или очищенную ТРА с очень высокими выходами. Предпочтительно, общий выход твердого продукта ТРА, сырого и/или очищенного, составляет по меньшей мере около 96, или 97, или 98, или 99% мол. на основе массы подаваемого материала рХ коммерческой чистоты, деленной на молекулярную массу 106,16 грамм на моль. Предпочтительно, подаваемый материал рХ коммерческой чистоты содержит по меньшей мере около 0,990, или 0,995, 0,997, или 0,998 массовой фракции рХ.
Известна также рекуперация энергии, как тепловой энергии, так и механической работы на муфте турбины, из части отходящего газа в различных сочетаниях наряду с извлечением испаренного растворителя. Одним известным способом рекуперации энергии является применение по меньшей мере части отходящего газа для кипячения рабочей жидкости, например, воды или пентана, чтобы получать пар. Этот пар используют для переноса тепла к другому пользователю или давление пара понижают в экспандере, обычно в турбоэкспандере, чтобы получить отдачу работы на муфте турбины. Энергия, извлеченная из турбоэкспандера, может быть превращена непосредственно в механическую работу, такую как приведение в действие подающего воздух компрессора или другого движущегося оборудования, или в электрическую энергию путем приведения в движение вращающегося электрического генератора, присоединенного к сети распределения и потребления энергии.
Другим известным способом рекуперации энергии является пропускание по меньшей мере части отходящего газа, содержащего динитроген, через турбоэкспандер. Энергия, извлеченная из турбоэкспандера, может быть превращена непосредственно в механическую работу, такую как приведение в действие подающего воздух компрессора или другого движущегося оборудования, или в электрическую энергию путем приведения в движение вращающегося электрического генератора, присоединенного к сети распределения и потребления энергии.
Известно также направление значительной части воды в виде пара в отходящем газе в установке термической окислительной деструкции (TOD), где вредные газообразные и VOC загрязняющие агенты, например, моноксид углерода, уксусная кислота, метилацетат, п-ксилол и метилбромид, превращают в более приемлемые для окружающей среды промышленные отходы, например, водяной пар и диоксид углерода. Некоторые традиционные системы предусматривают вытеснение "воды реакции" в виде пара из реактора окисления п-ксилола в установку термической деструкции для удаления вредных загрязняющих агентов.
Сущность изобретения
Раскрыты предпочтительные варианты осуществления, не рассматривавшиеся ранее. Варианты осуществления данного изобретения обеспечивают более значительное извлечение энергии работы на муфте турбины из реакционного отходящего газа конкретной окислительной реакционной среды либо для генерирования электрической энергии, либо непосредственно для механических применений, и/или вытеснение даже большего количества водяного пара, чем вода образования ТРА, и/или самоподдерживания (самообеспечения топливом) TOD. Конкретные варианты осуществления изобретения могут даже обеспечить комбинированное оборудование для рХ-TPA-PET, которое эффективно не образует никаких жидких отходов.
В предпочтительном варианте осуществления изобретение включает пропускание по существу всего отходящего газа окислительной реакции, включающего источники реакторов как первичного, так и вторичного окисления, с подаваемыми материалами и рХ, и mX, через общую перегонную систему извлечения растворителя, затем через стадию перегрева и затем через 2-ступенчатый турбоэкспандер, содержащий межкаскадное нагревание, чтобы получить большее количество работы на муфте турбины. Эта конфигурация дает возможность экспорта электрической энергии сверх потребления воздушными компрессорами способа и жидкостными и шламонасосами способа. Пар мгновенного испарения из конденсата в турбоэкспандерных нагревателях используют в другой части способа ТРА. После турбоэкспандера часть водяного пара конденсируют из отходящего газа окислительной реакции, чтобы обеспечить жидкую воду для различных технологических применений, и остальной водяной пар оставляют в отходящем газе, который направляют в установки TOD. Необязательно, непосредственное сжигание топлива используют для нагревания отходящего газа, а не для нагревания пара, чтобы обеспечить перегрев в турбоэкспандере. Необязательно, давление на выходе турбоэкспандера понижают путем рекомпрессии отходящего газа после того, как его пропускают через конденсаторные устройства и установки отделения жидкости (отбойные установки).
В более предпочтительном варианте осуществления изобретение включает
(а) окисление п-ксилола по меньшей мере в одном окислительном аппарате в указанном оборудовании производства, где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА п-ксилол подают в указанное оборудование производства ТРА со скоростью по меньшей мере 500 килограмм в час для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего терефталевую кислоту; и
(b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат, и где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА жидкие отходы выходят из указанного оборудования ТРА в оборудование для обработки жидкой сточной воды при соотношении менее чем 0,4 кг/кг п-ксилола, подаваемого в указанное оборудование производства ТРА.
Кроме того, следующие варианты осуществления предпочтительны для других аспектов способа по изобретению.
Предпочтительно, что достаточная величина горючего топлива остается в отходящем газе, так что его устранение для борьбы с загрязнением окружающей среды в TOD, предпочтительно в установке регенеративного термического окисления (RTO), является по существу, более предпочтительно, полностью, самонагреванием без добавления топлив, не присутствующих в реакционном отходящем газе. Еще более предпочтительно, что существенное количество этой величины горючего топлива поступает из метилацетата (МеОАс), известного побочного продукта окисления рХ в уксусной кислоте. Раскрыто, как поддерживать образование метилацетата на достаточно низком уровне, чтобы значительные капитальные и эксплуатационные затраты на изолирование метилацетата и извлечение путем гидролиза уксуснокислого содержимого были бы неоправданными при сопоставлении с добавлением в RTO закупаемого топлива.
Конденсированная вода часто образуется из водяного пара окружающей среды в компрессионных системах, доставляющих воздух окружающей среды в окислительные реакторы ТРА, и эта вода потенциально загрязнена смазками и жидкостями для гидравлического затвора. Предпочтительно, что эту конденсированную воду окружающей среды впускают в жидкости способа ТРА, например, в скрубберную воду, воду охлаждения, воду орошения, или ее используют как вспомогательную воду, например, как подпиточную воду для охлаждающей башни, а не отправляют непосредственно в оборудование для обработки жидких стоков.
После удаления и/или термической деструкции VOC в отходящем газе многие места действия требуют удаления бромида водорода из такого обработанного отходящего газа перед сбросом в окружающую среду. Эту промывку газа часто производят путем водной газопромывки с получением соли брома, например, используя водный раствор гидроксида натрия и бисульфита натрия для газопромывки и получения бромида натрия. Раскрыто, что выпускную воду, использованную для ограничения содержания растворенных твердых веществ в такой скрубберной воде, используют преимущественно в качестве вспомогательной воды, например, подпиточной воды охлаждающей башни, а не для образования сточных вод.
Способ РЕТ также производит воду из реакций образования РЕТ, и эта вода часто загрязнена различными VOC соединениями, например, этиленгликолем, ацетальдегидом и различными диоксоланами. Предпочтительно, что по меньшей мере часть загрязненной воды из способа РЕТ обрабатывают в совместном общем оборудовании наряду с водой образования ТРА из соседнего оборудования ТРА. Предпочтительно, указанную загрязненную воду от образования РЕТ или оставляют в виде пара, выходящего из указанного оборудования РЕТ, для обработки или ее превращают в пар, используя по меньшей мере часть тепловой энергии из указанного соседнего оборудования ТРА. Более предпочтительно, воду из реакций образования РЕТ обрабатывают в совместном общем TOD наряду с водой образования ТРА.
Отдельно или в различных сочетаниях раскрытые здесь изобретения могут обеспечить оборудование pX-TPA, производящее очень мало, даже ноль, жидких отходов, требующих обработки для защиты окружающей среды, на единицу продукции ТРА. Далее, изобретения могут обеспечить оборудование pX-TPA-PET, производящее очень мало, даже ноль, жидких отходов, требующих обработки для защиты окружающей среды, на единицу продукции РЕТ.
Краткое описание рисунков
Фигура 1 иллюстрирует типичные варианты осуществления данного изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Данные изобретения могут быть объединены с раскрытиями US 20070293699 и US 20060047158 (полное содержание которых приобщены ссылкой) в отношении предпочтительной первичной окислительной реакционной среды, способа и устройств для превращения рХ в ТРА. Эти приводимые в качестве ссылок раскрытия содержат многочисленные предпочтительные механические характерные особенности и условия способа первичного окисления, особенно с условиями способа, включающими температуры и градиенты, давления и градиенты, расходы, композиции и градиенты, перемешивание и периоды времени пребывания и распределения. Применение здесь терминов "окисляемое соединение", "растворитель", "окислитель", "реакционная среда" и "гидрокарбил" соответствуют указанным ссылкам.
Данные изобретения более предпочтительны, когда по меньшей мере часть отходящего газа из вторичной окислительной реакционной среды объединяют по меньшей мере с частью отходящего газа из первичной окислительной реакционной среды до обработки в установках извлечения растворителя и/или дегидратации. Вторичная реакционная среда является средой, получающей большую часть своего исходного ароматического субстрата из расположенного выше по потоку окислительного реактора, который может быть первичной окислительной реакционной средой и/или другой вторичной реакционной средой. См. в US 20070155985 и US 20070208191 описания вторичного окислительного реактора, оптимизированного в отношении дополнительной реакции поступающего жидкофазного ароматического субстрата, включая полезные эффекты эксплуатации в выбранных технологических диапазонах, содержащих температуры, давления, расходы, композиции, перемешивание и периоды времени пребывания и распределения, сбалансированные с различными затратами, особенно включая сверх-окисление субстрата, продукта и растворителя. Этот тип вторичного окислительного реактора упоминается здесь как "реактор пост-окисления". Также см. в US 20070208190 и US 20070219393 описания вторичного окислительного реактора, оптимизированного в отношении дополнительной реакции поступающего твердофазного ароматического субстрата, включая полезные эффекты эксплуатации в выбранных технологических диапазонах, содержащих температуры, давления, расходы, композиции, перемешивание и периоды времени пребывания и распределения, сбалансированные с различными затратами, особенно включая сверх-окисление субстрата, продукта и растворителя. Этот тип вторичного окислительного реактора упоминается здесь как "варочный реактор".
С целью получения мощности, особенно мощности на валу, путем сжигания (окислительного горения) соединений, в высокой степени содержащих гидрокарбильные связи, (топлив) температуру указанного сжигания часто поддерживают настолько высокой, как только это механически осуществимо на практике, чтобы довести до максимума рекуперацию энергии согласно известным принципам термодинамики. С другой стороны, когда проводят каталитическое частичное окисление для получения химического продукта, температуру и давление реакционной среды обычно устанавливают, чтобы регулировать получаемые выходы, превращения и степени чистоты продукта. Каталитические окисления по данному изобретению являются чрезвычайно быстрыми, поэтому необходимы особые меры, чтобы поддерживать соответствующие жидкофазные концентрации растворенного диоксигена, и по этой причине предпочтение отдают более высоким давлениям в системе, чтобы обеспечить более высокие парциальные давления газофазного диоксигена.
Несмотря на указанные общие преимущества более высокой температуры для рекуперации энергии и более высокого давления для чистоты продукта ТРА, раскрыто, что предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с последующими умеренными давлениями и температурами, даже извлекая в то же время усовершенствованное количество мощности на валу и даже вытесняя более значительные количества сточной воды в виде пара. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с давлением менее чем около 12, 10, 8, 7 бар абсолютного давления. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с давлением по меньшей мере около 2, или 3, или 4, или 5 бар абсолютного давления. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с температурой менее чем около 200, или 190, или 180, или 170°С. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около 120, или 130, или 140, или 150°С, или 155°С, или 160°С.
Обнаружено, что предпочтительно генерировать наибольшие объемы и массы пара, возможные на выходе отходящего газа из реакционной среды, в то же время сохраняя энергетический баланс, который требуется для достижения предпочтительных реакционных температур и давлений. Нежелательно, что генерирование более значительных количеств пара затрудняет отделение жидкостей и твердых веществ от отходящего газа, покидающего реакционную среду. Нежелательно, что такое увеличение отходящего газа увеличивает диаметры и объемы трубопроводов и оборудования, обрабатывающего реакционный отходящий газ; особенно это касается установок извлечения растворителя и/или дегидратации. Нежелательно, окислительная реакционная среда по данному изобретению производит отходящий газ, который является достаточно коррозионным, чтобы требовать необычно дорогостоящие материалы конструкции, часто содержащие титан. Нежелательно, усиленный поток пара, покидающего реакционную среду, является сильно истощенным как по массе, так и по объему во время обработки в установках извлечения растворителя и/или дегидратации, где извлекают преобладающую часть гидрокарбильной части растворителя. Однако раскрыто, что увеличенное количество образующегося пара растворителя в реакционном отходящем газе может быть поддержано частично как увеличенное количество пара, в значительной степени содержащего воду, покидающего установки извлечения растворителя и/или дегидратации и поступающего в турбоэкспандер отходящего газа, часто обеспечивая общий экономический положительный эффект в рекуперации энергии на валу, что неожиданно перевешивает увеличения других эксплуатационных затрат и прирост капитальных затрат. В варианте осуществления данного изобретения гидрокарбил-обедненный отходящий газ, полученный из колонны извлечения растворителя, содержит по меньшей мере 10, или 15, или 20, или 30, или 35, или 40, или 45, или 50 мас.% водяного пара на основе потока гидрокарбил-обедненного отходящего газа. В другом варианте осуществления изобретения гидрокарбил-обедненный отходящий газ, полученный из колонны извлечения растворителя, содержит менее чем 4, или 3, или 2, или 1 мас.% уксусной кислоты на основе потока гидрокарбил-обедненного отходящего газа.
Парообразные соединения в реакционном отходящем газе содержат водяной пар плюс VOC. Неконденсируемые газообразные соединения в реакционном отходящем газе содержат динитроген, диоксиген, моноксид углерода, диоксид углерода и дигидроген. При применении различных аспектов данного изобретения раскрыто, что возможно и предпочтительно эксплуатировать способ частичного окисления рХ увеличенными количествами парообразных соединений в реакционном отходящем газе следующим образом. Предпочтительно, что парообразные соединения в реакционном отходящем газе присутствуют в количестве по меньшей мере около 0,67, или 0,72, или 0,75 или 0,77 кг/кг реакционного отходящего газа. Предпочтительно, что парообразные соединения в реакционном отходящем газе присутствуют в количестве по меньшей мере около 12,4, или 13,2, или 13,8, или 14,2 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Для достижения таких больших количеств пара в реакционном отходящем газе, как было обнаружено, предпочтительно сильно сокращать потери в окружающую среду и преднамеренное удаление тепла из окислительной реакционной среды по данному изобретению через проводящие, изолирующие, пограничные поверхности, несмотря на то, что такая окислительная реакция является высоко экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно изолировать так, чтобы по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности сосудов и/или трубопроводов, содержащих по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, было покрыто изоляционным материалом толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 м. Предпочтительно, чтобы потери тепловой энергии через открытую для доступа окружающей среды площадь поверхности трубопроводов и/или сосудов, содержащих по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, была бы менее чем 40, или 20, или 10, или 5 Ватт/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно ограничить охлаждение по меньшей мере части окислительной реакционной среды вспомогательными охлаждающими жидкостями, например, водой и воздухом, через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности так, чтобы удаляемая тепловая энергия была бы менее чем около 100, или 10, или 0,1, или 0,01 Ватт/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Для достижения таких больших количеств пара в реакционном отходящем газе, как было дополнительно обнаружено, предпочтительно чтобы материалы, подаваемые в окислительную реакционную среду, были бы такими горячими, как это достижимо на практике, несмотря на то, что такая окислительная реакция является высоко экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно, что окислителем, подаваемым по меньшей мере в одну окислительную реакционную среду, является сжатый воздух, где охлаждение сводят к минимуму после выхода с конечной ступени компрессии. Предпочтительно, что по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 99% массы указанного сжатого воздуха достигает окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около 60, 70, 80, 90°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 99% массы указанного сжатого воздуха достигает окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около температуры разгрузки соответствующего воздушного компрессора минус 40, или 20, или 10, или 5°С. Предпочтительно изолировать так, что по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 95% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности трубопроводов, сосудов и контрольного оборудования для доставки указанного сжатого воздуха покрыто изоляцией толщиной по меньшей мере около 0,005, или 0,01, или 0,02, или 0,04 м.
Предпочтительно, что растворитель извлекают из реакционного отходящего газа по меньшей мере в одной установке извлечения растворителя и/или дегидратации и затем возвращают в окислительную реакционную среду с температурой, которая выше температуры окружающей среды или близка к температуре соответствующей реакционной среды. То есть, предпочтительно, что гидрокарбильные соединения конденсируют из реакционного отходящего газа, соответствующим образом дегидратируют и возвращают в реакционную среду, пока они не намного холоднее, чем реакционный отходящий газ. Более предпочтительно, этот горячий регенерированный растворитель снабжают ограниченными количествами тепловой энергии, вводимой через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности. Как раскрыто где-либо еще здесь, этого результата достигают соответствующим ограничением количества тепловой энергии, удаляемой в указанных установках извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% указанного регенерированного растворителя подают в окислительную реакционную среду с температурой менее чем около 200, или 190, или 180, или 170°С, так как предпочтительно не переносить тепловую энергию в регенерированный растворитель при температуре выше чем температура первичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80 или 90% указанного регенерированного растворителя подают в окислительную реакционную среду с температурой по меньшей мере около температуры реакционного отходящего газа минус менее чем около 80, или 40, или 20, или 10°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80 или 90% указанного регенерированного растворителя подают в окислительную реакционную среду с температурой по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 80, или 90 или 98% суммарной тепловой энергии, подаваемой в установки извлечения растворителя и/или дегидратации, приходит непосредственно от поступающего потока реакционного отходящего газа без переноса тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80 или 90% масс. указанного регенерированного растворителя покидает установки извлечения растворителя и/или дегидратации с температурой по меньшей мере около температуры соответствующего реакционного отходящего газа минус менее чем около 80, или 40, или 20, или 10°С, тогда как при обработке там с применением тепловой энергии, подаваемой через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, менее чем около 100, или 30, или 10, или 3 ккал/кг регенерированного растворителя поступает в соответствующую реакционную среду с тепловой энергией, подаваемой через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, менее чем около 100, или 30, или 10, или 3 ккал/кг регенерированного растворителя. Предпочтительно изолировать так, что по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности сосудов и/или трубопроводов, содержащих по меньшей мере часть регенерированного растворителя, покрывают изоляционным материалом толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 м.
Предпочтительно, что фильтратный растворитель, извлеченный при фильтровании и промывке твердой ТРА, возвращают в окислительную реакционную среду с повышенной температурой, обеспечиваемой переносом тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности. Фильтратный растворитель является растворителем из механической сепарации и/или промывки твердого ТРА из суспензии. Одним средством получения фильтратного растворителя является фильтрование и промывка суспензии ТРА любыми способами, известными в технике фильтрования, но все другие механические сепарации, известные в технике, также рассматриваются для получения фильтратного растворителя, например, гравитационное осаждение, центрифуги, гидроциклоны и тому подобное.
Перед возвращением в окислительную реакционную среду предпочтительно охлаждать по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного фильтратного растворителя до температуры менее чем около 100, или 80, или 70, или 60°С. Это полезно уменьшает растворимость ТРА в суспензии и это полезно уменьшает коррозионное действие фильтратного растворителя настолько, что менее дорогостоящие материалы конструкции могут быть использованы для трубопроводов, сосудов, насосов и другого оборудования и регулирующих устройств, в которых хранят или обрабатывают фильтратный растворитель. Подходящие материалы конструкции для указанного охлажденного фильтратного растворителя содержат различные металлы и сплавы с умеренной коррозионной стойкостью, такие как нержавеющие стали или дуплексные стали, в качестве альтернатив титану и другим, более дорогостоящим металлам и сплавам с высокой коррозионной стойкостью.
Однако более предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного фильтратного растворителя доставляют в окислительную реакционную среду с температурой на входе по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно использовать солнечную энергию, тепловую энергию из отходящего газа и/или тепловую энергию из пара, конденсирующегося при давлении менее чем около 60, или 20, или 8, или 4 бар абсолютного давления, чтобы нагреть около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного фильтратного растворителя по меньшей мере на около 10, или 20, или 40, или 60°С перед подачей в окислительную реакционную среду. Предпочтительно переносить эту тепловую энергию в фильтратный растворитель через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности.
Предпочтительно, что рХ подают в окислительную реакционную среду с повышенной температурой. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного исходного материала рХ подают в реакционную среду с температурой на входе по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно использовать солнечную энергию, тепловую энергию из отходящего газа и/или тепловую энергию из пара, конденсирующегося при давлении менее чем около 60, или 20, или 8, или 4 бар абсолютного давления, чтобы нагреть около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного рХ по меньшей мере на около 10, или 20, или 40, или 60°С выше температуры хранения в массе и/или температуры окружающей среды перед подачей в окислительную реакционную среду. Предпочтительно переносить эту тепловую энергию в рХ через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности.
Отдельно или в сочетании, более высокие температуры подачи сжатого воздуха, регенерированного растворителя, фильтратного растворителя и/или рХ требуют подачи увеличенного жидкого потока в окислительный реактор, чтобы поддерживать его энергетический баланс для достижения предпочтительных рабочих температур и давлений. С более горячими подаваемыми материалами больше тепла реакции удаляют как латентное тепло испарения растворителя, а не как ощутимое нагревание подаваемых материалов, и увеличенное количество подаваемого жидкого растворителя покидает окислительный реактор в виде пара растворителя в реакционном отходящем газе. Нежелательно, введение увеличенных количеств подаваемого жидкого растворителя требует больше затрат на насосы, трубопроводы и регулирующие устройства наряду с увеличенными количествами энергии на перекачивание.
Что касается компрессии воздуха окружающей среды, повышение температур за счет подачи, минуя доохладитель, часто увеличивает количество водяного пара, поступающего на окислительный способ, если не предусмотрены осушающие средства, отличные от охлаждения. Такая дополнительная вода со временем должна быть отделена и выведена из окислительного способа наряду с водой образования ТРА, чтобы поддерживать желательный состав растворителя. Более того, когда такую дополнительную воду в конце концов удаляют, будь то в виде пара, жидкости или в твердом состоянии, часто происходят некоторые случайные потери приобретаемой углеродсодержащей массы, и в итоге появляются дополнительные проблемы со сточными водами, согласно предшествующему уровню техники. Таким образом, дополнительное поступление водяного пара в сжатом воздухе окружающей среды может рассматриваться как вдвойне нежелательное, создающее потенциальную потерю углерода и увеличение сточных вод.
Однако при применении раскрытых в данном описании изобретений для устранения увеличенных количеств воды в виде пара и использования ограниченных сопутствующих количеств VOC в качестве сжигаемого топлива в TOD был выявлен общий положительный полезный эффект оставления выбранных количеств водяного пара в сжатом воздухе окружающей среды, используемом для подачи окислителя. Соответственно, предпочтительно, что по меньшей мере около 70, или 80, или 90, или 95% масс. подачи окислителя в по меньшей мере одну окислительную реакционную среду по данному изобретению содержат по меньшей мере около 0,01, или 0,03, или 0,04, или 0,05 кг воды/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду, и менее чем около 0,12, или 0,10, или 0,08, или 0,07 кг воды/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
После выхода из окислительной реакционной среды, более предпочтительно, из первичной окислительной реакционной среды, предпочтительно использовать по меньшей мере часть отходящего газа для генерирования некоторого количества работы на валу, используя одну или несколько турбоэкспандерных установок. Турбоэкспандерные установки или просто турбоэкспандер - это одна или несколько турбоэкспандерных ступеней, составленных последовательно, возможно с одним или несколькими межкаскадными нагревательными установками. Отходящий газ, покидающий ступень наименьшего давления турбоэкспандера перед дополнительными стадиями способа, упоминается здесь как турбоэкспандерный отходящий газ. Предпочтительно размещать по меньшей мере одну турбоэкспандерную ступень так, чтобы она была механически связана по меньшей мере с одной компрессионной ступенью для подачи окислителя из окружающего воздуха. Такую связь легко обеспечивают вращающимся механическим валом и/или трансмиссией.
Чтобы довести до максимума мощность на валу, необходимо свести к минимуму потерю давления и тепловой энергии из отходящего газа перед поступлением в турбоэкспандер. Однако существуют параллельные потребности в энергии давления и температуры, чтобы извлекать растворитель и удалять соответствующие количества воды в установках извлечения растворителя и/или дегидратации. К тому же, требования капитальных затрат для установок извлечения растворителя и/или дегидратации сильно увеличиваются при пониженных давлениях, предпочтительных для выпускного отверстия турбоэкспандерных установок, ввиду того, что объемы отходящего газа становятся слишком большими.
Как раскрыто здесь, найдены сочетания характерных особенностей, которые дают возможность и уравновешивают потребление энергии давления и температуры из реакционного отходящего газа в установках извлечения растворителя и/или дегидратации против извлечения энергии на валу из отходящего газа в турбоэкспандерных установках. В данном описании раскрыты возможности предпочтительных установок извлечения растворителя и/или дегидратации. Прежде чем перейти к ним, рассматриваются предпочтительные аспекты, относящиеся к турбоэкспандерным установкам.
Внимание направлено на предпочтительные диапазоны давления, имеющие отношение к потокам на впусках в турбоэкспандерные ступени. Предпочтительно, что давление на выпуске отходящего газа из установок извлечения растворителя и/или дегидратации снижают менее чем на около 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар статического давления, определяемого там, где реакционный отходящий газ образуется вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, что фрикционная динамическая потеря давления через необязательные нагревательные устройства, предоставляющие тепловую энергию отходящему газу между выпуском из установки извлечения растворителя и/или дегидратации и впуском турбоэкспандера, менее чем около 32000, или 16000, или 8000, или 4000 Па. Предпочтительно, что давление отходящего газа на впуске на первую турбоэкспандерную ступень уменьшают на менее чем около 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар статического давления, определяемого там, где реакционный отходящий газ образуется вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, что давление на впуске на по меньшей мере одну турбоэкспандерную ступень по меньшей мере около 2, или 3, или 4, или 5 бар абсолютного давления. Предпочтительно, что давление на впуске на первую турбоэкспандерную ступень менее чем около 12, или 10, или 8, или 7 бар абсолютного давления. Предпочтительно, что динамическая фрикционная потеря давления в каком-либо из межкаскадных трубопроводов и на ступенях способа, таких как теплообменные устройства, суммированная между впуском на первую ступень турбоэкспандера и выпуском с последней ступени, менее чем около 64000, или 32000, или 16000, или 8000 Па.
Хотя необходимо довести до минимума расстояние между выходом отходящего газа из установки извлечения растворителя и/или дегидратации до впускного отверстия турбоэкспандера, чтобы свести к минимуму потерю тепловой энергии через изоляцию и потерю энергии давления за счет динамической фрикционной потери, обнаружено, что предпочтительно располагать впуск отходящего газа в турбоэкспандер в менее чем около 40, или 30, или 20, или 10 м выше по потоку от окружающей отметки. Это доводит до максимума реконверсию повышенного напора отходящего газа в статическое давление на впуске в турбоэкспандер, так как повышение отходящего газа, покидающего установку извлечения растворителя и/или дегидратации, может быть более чем 50 м выше отметки.
Для увеличенной рекуперации энергии на валу предпочтительно свести к минимуму противодавление на турбоэкспандере. Пониженное противодавление помогает довести до максимума рекуперацию энергии на валу с турбоэкспандером путем доведения до максимума декомпрессионного отношения и объема выходящего газа. Однако турбоэкспандерный отходящий газ по данному изобретению имеет другие конкурирующие надобности. По меньшей мере давление должно быть обеспечено для потока через трубопроводы, регулирующие устройства и различное оборудование, часто содержащее конденсирующие средства и средства обработки для защиты окружающей среды, перед сбросом в окружающую среду. Производимый турбоэкспандерный отходящий газ при более низких давлениях является причиной существенных трудностей с конструкциями и капитальными затратами в таких расположенных ниже по потоку способах. Более высокое давление турбоэкспандерного газа показано для облегчения конденсации предпочтительных количеств воды и VOC, особенно в тех проектах технологических способов, где предпочтительна конденсация (по существу) "всего" водяного пара в экспандерном отходящем газе. При более низких давлениях конденсации соответствующих порций водяного пара и VOC из турбоэкспандерного газа трудно или невозможно достичь, используя вспомогательные охлаждающие жидкости с температурами близкими к температурам окружающей среды, а более глубоко охлаждающие вспомогательные охлаждающие жидкости нежелательны при режиме работы с такими большими количествами тепла. Кроме того, необходимый физический размер теплообменных устройств уменьшается, если сохраняется более высокое давление турбоэкспандерного газа, благодаря усовершенствованным коэффициентам теплообмена, усовершенствованной температурной разнице с температурой подачи любой применяемой вспомогательной охлаждающей жидкости и расчетливо регулируемым скоростям, перепаду давления и распределению потока в указанных теплообменных устройствах. Даже после конденсации большей части или даже почти всего водяного пара и VOC более низкие давления турбоэкспандерного отходящего газа продолжают означать более значительные размеры для дальнейших расположенных ниже по потоку трубопроводов, регулирующих устройств и оборудования. Более того, в некоторых разработках технологических способов предпочтение отдают использованию экспандерного отходящего газа или конденсаторного отходящего газа для транспортировки продуктового порошка ТРА, и это может служить причиной другой потребности в увеличенном турбоэкспандерном противодавлении.
Согласно одному аспекту данного изобретения, обнаружено, что раскрытые схемы трубопроводов отходящего газа, регулирующих устройств, теплообменных устройств, устройств TOD и скрубберных устройств дают возможность создания следующих условий предпочтительного давления на выпуске турбоэкспандера отходящего газа. Предпочтительно, что давление турбоэкспандерного отходящего газа менее чем около 0,9, или 0,6, или 0,4, или 0,3 бар избыточного давления. Предпочтительно, что давление турбоэкспандерного отходящего газа по меньшей мере около 0,05, или 0,10, или 0,15, или 0,20 бар избыточного давления, с этим аспектом, обеспечивающим достаточную энергию давления для протекания турбоэкспандерного отходящего газа через раскрытые трубопроводы, регулирующие устройства и оборудование и содержащим конденсатор отходящего газа, улавливание тумана конденсата и туманоулавливание, TOD и скруббер, в то же время не содержащим ступени рекомпрессии перед сбросом в окружающую среду.
Согласно другому аспекту данного изобретения, предпочтительно свести к минимуму дополнительно турбоэкспандерное противодавление путем минимизации применения давления ниже по потоку, как выше, и также путем обеспечения ступени рекомпрессии отходящего газа, расположенной после конденсаторных теплообменных устройств, где по меньшей мере 10, или 20, или 40, или 80% масс. водяного пара, присутствующего в турбоэкспандерном отходящем газе, удаляют как жидкую воду. Раскрыто, что даже при выпуске водяного пара в окружающую среду, согласно изобретению, достаточное удаление водяного пара из отходящего газа по изобретению делает возможной ступень рекомпрессии остального отходящего газа, что требует меньше энергии, чем увеличение энергии, обеспечиваемое более значительной декомпрессией в расположенном выше по потоку турбоэкспандере. Кроме того, более предпочтительным является размещение устройства для отделения конденсата между конденсатором для отходящего газа и входом в установку рекомпрессии. (См. приведенное здесь описание и обозначения для отходящего газа после конденсатора и отходящего газа ловушки конденсата). При использовании рекомпрессии отходящего газа предпочтительно рекомпрессировать конденсаторный отходящий газ, более предпочтительно, отходящий газ ловушки конденсата, на по меньшей мере около 0,05, или 0,1, или 0,2, или 0,3 бар. При использовании рекомпрессии отходящего газа предпочтительно рекомпрессировать конденсаторный отходящий газ, более предпочтительно, отходящий газ ловушки конденсата, на менее чем около 0,9, или 0,8, или 0,7, или 0,6 бар. При использовании рекомпрессии отходящего газа предпочтительно, что давление отходящего газа, покидающего ступень наименьшего давления турбоэкспандера, менее чем около 0,3, или 0,2, или 0,1, или 0,0 бар избыточного давления. При использовании рекомпрессии отходящего газа предпочтительно, что давление отходящего газа, покидающего ступень наименьшего давления турбоэкспандера, по меньшей мере около -0,9, или -0,6, или -0,4, или -0,3 бар избыточного давления. При использовании рекомпрессии отходящего газа предпочтительно размещать по меньшей мере одну рекомпрессионную ступень так, чтобы она была механически связана по меньшей мере с одной турбоэкспандерной ступенью и/или по меньшей мере одной компрессионной ступенью для подачи окислителя из воздуха окружающей среды. Такую связь легко обеспечивают вращающимся механическим валом и/или трансмиссией.
Внимание теперь направлено на предпочтительные температуры для впуска отходящего газа в турбоэкспандерные устройства, или, если необязательно обеспечены, на впускном отверстии устройств предварительного нагревания отходящего газа, размещенных после установок извлечения растворителя и/или дегидратации и перед указанными турбоэкспандерными устройствами. Предпочтительно, что температура на впуске на первую турбоэкспандерную ступень по меньшей мере около 110, или 120, или 130, или 135°С, измеренная до каких-либо устройств предварительного нагревания отходящего газа, необязательно размещенных впереди первых турбоэкспандерных устройств. Предпочтительно, что температура на впуске на первую турбоэкспандерную ступень менее чем около 190, или 175, или 165, или 155°С, измеренная до каких-либо устройств предварительного нагревания отходящего газа, необязательно размещенных впереди первых турбоэкспандерных устройств. Предпочтительно, что снижение температуры, измеренное от места, где образуется реакционный отходящий газ вблизи верхней поверхности реакционной среды, до места, где отходящий газ поступает в первые турбоэкспандерные устройства, менее чем около 50, или 40, или 30, или 25°С, измеренное до каких-либо устройств предварительного нагревания отходящего газа, необязательно размещенных впереди первых турбоэкспандерных устройств.
Хотя конденсирующие турбоэкспандеры, работающие при точке росы проточной среды или ниже нее, хорошо известны в технике, некоторые составляющие отходящего газа по данному изобретению способствуют избыточной эрозии и коррозии многих материалов конструкции, когда используются в турбоэкспандере, работающем слишком близко к точке росы отходящего газа. Коррозионные составляющие, вероятно, содержат карбоновые кислоты и/или бром в сочетании с водой и/или диоксигеном.
Соответственно, предпочтительно работать с температурой на выпуске из по меньшей мере одной ступени турбоэкспандера по меньшей мере на около 5, или 10, или 20, или 25°С выше локальной температуры выпадения росы отходящего газа. Более предпочтительно, указанные температурные допустимые отклонения от точки росы поддерживают на выпуске со всех ступеней турбоэкспандера. Таких температур добиваются различными средствами, содержащими ограничение механической эффективности турбоэкспандера, добавление тепловой энергии отходящему газу между выходом из установок извлечения растворителя и/или дегидратации и выходом из турбоэкспандера и/или ограничение падения давления через турбоэкспандер.
Однако, как только удается по существу избегать точки росы, обнаруживается, что часто это нежелательно в отношении капитальных затрат и эксплуатационных расходов на осуществление данного изобретения со слишком сильным перегревом турбоэкспандерного отходящего газа. Следовательно, предпочтительно работать с температурой на выпуске по меньшей мере с одной ступени турбоэкспандера и на впуске конденсатора отходящего газа менее чем на около 150, или 120, или 90, или 60°С выше локальной точки росы.
Менее эффективный турбоэкспандер требует меньше дополнительной тепловой энергии для гарантии того, что температура на выходе из турбоэкспандера установится в предпочтительном диапазоне точки росы. Когда меньше энтальпии удаляют из проточной среды и превращают в механическую энергию, температура на выходе турбоэкспандера в действительности выше. В зависимости от относительных затрат на нагревание и затрат на электрическую энергию усовершенствованная механическая эффективность турбины может быть нежелательной или полезной для оптимизированных затрат. Обнаружено что, когда издержки производства на единицу продукции высвобождаемой тепловой энергии составляют менее чем около 0,3 стоимости электрической энергии, выраженной в тех же единицах, тогда предпочтительно доводить до максимума механическую эффективность турбоэкспандера и использовать дополнительное введение тепловой энергии, чтобы достичь необходимого диапазона точки росы на выходе экспандера. Это меньшая эффективность, чем может быть достигнута в цикле генерирования электрической энергии, например, отношение отдачи механической энергии к вводу тепловой энергии по меньшей мере около 0,5, так что применение ввода тепловой энергии в отходящий газ может выглядеть неблагоразумным по сравнению с достигнутой работой на валу. Однако результат избежания точки росы означает, что возрастающий ввод тепловой энергии может быть связанным с усовершенствованной эффективностью в экспандере и/или усиленной декомпрессией в нем, чтобы достичь заметного общего усовершенствования в рекуперации энергии. Таким образом, предпочтительно, что механическая эффективность турбоэкспандера, используемого по данному изобретению, по меньшей мере около 65, или 75, или 80, или 85% максимальной отдачи работы на валу, возможной для достижения путем идеального изоэнтропического расширения проточной среды отходящего газа.
Чтобы повысить отдачу механической энергии турбоэкспандера, особенно, что касается поддержания температуры на выпуске в предпочтительном диапазоне относительно точки росы при использовании высокоэффективного турбоэкспандера, предпочтительно доставлять следующие количества тепловой энергии в отходящий газ между выходом из установок извлечения растворителя и/или дегидратации и вхождением в турбоэкспандер и/или при межкаскадном положении в многоступенчатом турбоэкспандере: по меньшей мере около 100, или 200, или 300, или 350 Ватт/кг рХ, вводимого в соответствующую окислительную реакционную среду; менее чем около 1000, или 600, или 500 Ватт/кг рХ, вводимого в соответствующую окислительную реакционную среду; по меньшей мере около 10, или 20, или 30, или 40 Ватт/кг турбоэкспандерного отходящего газа; менее чем около 100, или 90, или 70 Ватт/кг турбоэкспандерного отходящего газа; рост температуры отходящего газа от введения тепловой энергии по меньшей мере около 10, или 20, или 40, или 60°С, и рост температуры отходящего газа от введения тепловой энергии менее чем около 250, или 200, или 150, или 100°С.
Такие количества тепловой энергии поставляют через теплообменные устройства, содержащие проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, предпочтительно содержащие различные коррозионностойкие металлы и сплавы металлов, которые известны в технике. Предпочтительно, тепловую энергию поставляют посредством горячей проточной среды, более предпочтительно, пара, конденсирующегося с образованием части жидкого водного конденсата. Кроме того, раскрыто, что предпочтительно формировать по меньшей мере часть флаш-пара низкого давления из конденсата, образовавшегося в теплообменных устройствах отходящего газа и использовать по меньшей мере часть указанного флаш-пара по меньшей мере в одном из теплообменных устройств где-либо в способе производства ТРА, например, нагревание части ксилола, регенерированного растворителя, фильтратного растворителя, твердой ТРА и/или отходящего газа.
Необязательно, такие количества тепловой энергии поставляют путем окисления топлива диоксигеном и непосредственно объединением полученных горячих продуктов реакции в отходящий газ. Указанные горячие продукты реакции впускают на участке между выходом из установок извлечения растворителя и/или дегидратации и вхождением в турбоэкспандер и/или в межкаскадном положении в многоступенчатом турбоэкспандере. Предпочтительно, указанное топливо содержит гидрокарбильные связи. Более предпочтительно, указанное топливо содержит спирт, ацетат и/или углеводород. Еще более предпочтительно, указанное топливо преимущественно содержит метанол, этанол, метан, пропан, бутан и/или горючее. Наиболее предпочтительно, указанное топливо содержит по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 95% масс. метана.
Предпочтительно, часть сжатого воздуха окружающей среды поставляют для окисления указанного топлива, так как отходящий газ из установок извлечения растворителя и/или дегидратации часто относительно беден диоксигеном и обогащен водяным паром. Более предпочтительно, по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 100% масс. стехиометрического количества диоксигена обеспечивают из сжатого воздуха окружающей среды, подаваемого в окислительную реакционную зону для указанного топлива. Стехиометрическое количество диоксигена является минимальным количеством, необходимым для полного превращения поставляемого топлива в воду и диоксид углерода. Еще более предпочтительно, менее чем по меньшей мере около 300, или 200, или 150, или 120% масс. стехиометрического количества диоксигена обеспечивают из сжатого воздуха окружающей среды, подаваемого в окислительную реакционную зону для указанного топлива. Предпочтительно, пиковая температура для окисления указанного топлива по меньшей мере около 300, или 400, или 600, или 800°С. Предпочтительно, катализатор окисления не применяют для промотирования окисления по меньшей мере около 10, или 50, или 80, или 95% масс. указанного топлива. Предпочтительно. по меньшей мере 10, или 50, или 80, или 95% масс. VOC в отходящем газе, покидающем установки извлечения растворителя и/или дегидратации, не сжигают до выхода с последней ступени турбоэкспандера.
Помимо увеличения температуры и давления на впуске в турбоэкспандер, как было раскрыто, приведенные здесь раскрытия также предпочтительны для увеличения массы водяного пара, достигающего впускного отверстия по меньшей мере одного турбоэкспандерного устройства. Эти композиции стали возможными, благодаря раскрытиям здесь, относящимся к конструкции и работе первичной окислительной реакционной среды, установок извлечения растворителя и/или дегидратации и соединительных трубопроводов. Предпочтительно, что композиция отходящего газа, втекающего по меньшей мере в одну турбоэкспандерную ступень, содержит по меньшей мере около 3,0, или 3,3, или 3,5, или 3,6 кг воды/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что композиция отходящего газа, втекающего по меньшей мере в одну турбоэкспандерную ступень, содержит по меньшей мере около 0,38 или 0,42, или 0,44, или 0,46 кг воды/кг отходящего газа при том же местоположении. Предпочтительно, поток массы отходящего газа во впускное отверстие по меньшей мере одной турбоэкспандерной ступени по меньшей мере около 6,9, или 7,3, или 7,6, или 7,8 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Теперь обратим внимание на установки извлечения растворителя и/или дегидратации. Как правило, необходимо довести до максимума извлечение из отходящего газа испаренных соединений, содержащих по меньшей мере одну гидрокарбильную связь, называемых здесь как "летучие органические соединения" и "VOC". Если они не извлечены из отходящего газа, эти соединения, что нежелательно, выпускают в окружающую среду или, более предпочтительно, главным образом, превращают в водяной пар и диоксид углерода в TOD. Хотя отходящий поток TOD более благоприятен для окружающей среды, потеря VOC из установок извлечения растворителя и/или дегидратации остается издержками производства.
Более конкретно, как правило, необходимо ограничивать потери рХ, уксусной кислоты и метилацетата в отходящем газе, поступающем на TOD. На минимизацию таких потерь влияют различные механические способы в установках извлечения растворителя и/или дегидратации, но сепарация в конечном счете ограничена термодинамикой и расходованием энергии в установках извлечения растворителя и/или дегидратации. Как правило, увеличенные расходы энергии могут обеспечить более низкие потери VOC. Такие расходы энергии имеют результатом более низкие температуры и/или более высокие флегмовые числа в установках извлечения растворителя и/или дегидратации.
Однако раскрыто, что умышленно увеличенные потери летучих органических веществ выше их абсолютного минимума имеют результатом усовершенствованные экономические показатели способа в целом с учетом потребностей в топливе TOD и рекуперации энергии на валу турбоэкспандера.
Следовательно, предпочтительно контролировать удаление энергии и потери энергии в по меньшей мере одной установке извлечения растворителя и/или дегидратации, обрабатывающей реакционный отходящий газ, как раскрыто здесь. Предпочтительно, что температура по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% масс. отходящего газа, покидающего установку извлечения растворителя и/или дегидратации, снижается на менее чем около 50, или 40, или 30, или 25°С от измеренной там, где реакционный отходящий газ образуется вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно изолировать по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности трубопроводов, сосудов и регулирующих устройств, содержащих установки извлечения растворителя и/или дегидратации, изоляционным материалом толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 м, несмотря на то, что значительные количества тепловой энергии в конце концов выделяются в окружающую среду после турбоэкспандера. Предпочтительно, что потери тепловой энергии через открытую для доступа окружающей среды площадь поверхности трубопроводов и/или сосудов, содержащих установки извлечения растворителя и/или дегидратации, менее чем около 40, или 20, или 10, или 5 Ватт/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Предпочтительно ограничить извлечение тепловой энергии так, чтобы менее чем около 1000, или 100, или 10, или 0,1, Ватт тепловой энергии на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду, удалялось из технологических жидкостей через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, расположенные от того места, где отходящий газ образуется вблизи верхней поверхности реакционной среды, и пока по меньшей мере около 80, или 90, или 95 или 99% масс. динитрогена в ней проходит через турбоэкспандерные устройства. Некоторые известные схемы извлечения энергии из реакционного отходящего газа содержат конденсацию и извлечение растворителя путем извлечения тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности для нагревания и/или испарения вспомогательных жидкостей перед пропусканием отходящего газа через турбоэкспандер. Вспомогательные жидкости затем используют для генерирования энергии на валу и/или переноса тепловой энергии на другие ступени. Типичные вспомогательные переносящие тепло и/или охлаждающие жидкости содержат воду в жидком и/или парообразном состоянии, легкие алифатические углеводороды в жидком и/или парообразном состоянии, и/или воздух.
Предпочтительно, что установки извлечения растворителя и/или дегидратации работают без добавления соединения азеотропной сепарации. Типичные соединения азеотропной перегонки содержат н-бутилацетат и/или н-пропилацетат. Предпочтительно, что установки извлечения растворителя и/или дегидратации работают с нетто добавлением менее чем около 0,1, или 0,01, или 0,001, или 0,0001 килограмма соединений азеотропной перегонки на килограмм растворителя, извлеченного из реакционного отходящего газа.
Предпочтительно, что установки извлечения растворителя и/или дегидратации по данному изобретению содержат высокоэффективные устройства перегонки, обрабатывающие по меньшей мере около 80, или 90, или 95, или 99% масс. неконденсируемых газов и/или динитрогена, присутствующих в реакционном отходящем газе. Предпочтительно, что указанные устройства перегонки содержат по меньшей мере около 20, или 25, или 30, или 35 идеальных ступеней сепарации. Предпочтительно, что динамическая фрикционная потеря давления отходящего газа через указанные устройства перегонки менее чем около 60, или 40, или 20, или 10 килоПа. Предпочтительно, что какие бы то ни было перегонные лотки представляют схему небольшого понижения давления менее чем около 1200, или 900, или 700, или 500 Па на лоток, несмотря на то, что это нежелательно ограничивает рабочий возврат вниз таких лотков. Более предпочтительно, применять структурированную насадку, которая известна в технике, несмотря на необходимость дорогостоящей коррозионностойкой металлургии и также потенциальную воспламеняемость некоторых металлов, содержащих титан. Предпочтительно конструировать указанные устройства перегонки, использующие по меньшей мере два разных диаметра сосудов, где максимальный горизонтальный диаметр верхней секции является менее чем около 1,0, или 0,96, или 0,92, или 0,90 кратным максимальному горизонтальному диаметру, который присутствует на высоте по меньшей мере около 4 м в нижней секции, и обрабатывающие по меньшей мере около 80, или 90, или 95, или 99% масс. динитрогена в реакционном отходящем газе.
После выхода из турбоэкспандера предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа охлаждают в по меньшей мере одном теплообменном устройстве, называемом здесь как конденсатор отходящего газа, получая таким образом жидкость, называемую здесь флегмой и по существу содержащую воду, по меньшей мере часть которой подают в указанные установки извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что различные предпочтительные диапазоны температуры, давления и/или композиции на впуске в конденсатор отходящего газа являются теми же, что и на выпуске конечной ступени турбоэкспандера. Предпочтительно, что динамическая фрикционная потеря давления отходящего газа менее чем около 16, или 12, или 8, или 4 килоПа в указанном конденсаторе отходящего газа. Когда работа происходит без ступени рекомпрессии отходящего газа, предпочтительно, что давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, по меньшей мере около 0,02, или 0,08, или 0,12, или 0,16 бара. Когда работа происходит без ступени рекомпрессии отходящего газа, предпочтительно, что давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, менее чем около 0,6, или 0,5, или 0,4, или 0,3 бара. Когда работа происходит с необязательной ступенью рекомпрессии отходящего газа, предпочтительно, что давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, по меньшей мере около -0,8, или -0,7, или -0,6, или -0,5 бара. Когда работа происходит с необязательной ступенью рекомпрессии отходящего газа, предпочтительно, что давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, менее чем около 0,1, или 0,00, или -0,1, или -0,2 бара. Предпочтительно, что температура отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, по меньшей мере около 30, или 40, или 50, или 60°С. Предпочтительно, что температура отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, менее чем около 110, или 100, или 90, или 80°С. Предпочтительно, что температура отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, понижена по меньшей мере на около 10, или 20, или 30, или 35°С ниже температуры на выпуске из турбоэкспандера. Предпочтительно, что температура отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа, понижена менее чем на около 100, или 80, или 70, или 60°С ниже температуры на выпуске из турбоэкспандера. Предпочтительно, что тепловую энергию менее чем около 3100, или 2900, или 2700, или 2500 Ватт удаляют в указанном конденсаторе отходящего газа на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что тепловую энергию по меньшей мере около 1600, или 1800, или 2000, или 2100 Ватт удаляют в указанном конденсаторе отходящего газа на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Флегмовое число и температуру выбирают и регулируют, чтобы свести к максимуму водяной пар, поступающий в турбоэкспандер, в балансе с минимизацией потери VOC в отходящем газе, покидающем конденсатор. Предпочтительно, что поток флегмы в установки извлечения растворителя и/или дегидратации содержит по меньшей мере около 7,0, или 8,0, или 8,5, или 9,0 килограмм жидкой воды на килограмм воды образования ТРА, получаемой в окислительных реакторах, обслуживаемых указанными установками извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что поток флегмы в установки извлечения растворителя и/или дегидратации содержит менее чем около 12,0, или 11,0, или 10,5, или 10,0 килограмм жидкой воды на килограмм воды образования ТРА, получаемой в окислительных реакторах, обслуживаемых указанными установками извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что поток флегмы в установки извлечения растворителя и/или дегидратации содержит по меньшей мере около 0,70, или 0,75, или 0,79, или 0,82 килограмма жидкой воды на килограмм водяного пара, выходящего из установок извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что поток флегмы в установки извлечения растворителя и/или дегидратации содержит менее чем около 0,98*, или 0,96, или 0,92, или 0,90 килограмма жидкой воды на килограмм водяного пара, выходящего из установок извлечения растворителя и/или дегидратации. (*Когда работа идет с необязательным прямым сжиганием топлива, большая масса воды образуется за счет горения топлива.) Предпочтительно, что температура флегмы, подаваемой в установки извлечения растворителя и/или дегидратации, по меньшей мере около 40, или 50, или 55, или 60°С. Предпочтительно, что температуру флегмы, подаваемой в установки извлечения растворителя и/или дегидратации, снижают менее чем на 40, или 30, или 20, или 10°С ниже температуры водяного пара, покидающего конденсатор в отходящем газе.
Следует отметить, что использование конденсатора отходящего газа при таком низком давлении, согласно данному изобретению, значительно увеличивает объем отходящего газа на входе и выходе конденсатора. Если не используют трубопроводы необычно большого диаметра, падения скоростей течения и фрикционного давления являются обидными. Соответственно, предпочтительно, что трубопроводы отходящего газа между выпуском турбоэкспандера и впуском конденсатора отходящего газа имеют диаметры по меньшей мере около 1,2, или 1,5, или 1,8, или 2,1 м, которые являются довольно большими для работающих под давлением технологических трубопроводов, изготовленных из различных дорогостоящих коррозионностойких металлов или сплавов металлов. Чтобы уменьшить диаметр и стоимость, предпочтительно, что расход на единицу сечения потока отходящего газа в трубопроводах между выпуском турбоэкспандера и впуском конденсатора отходящего газа по меньшей мере около 30, или 40, или 50, или 60 м в секунду. Это необычно быстрые расходы в трубопроводах, что касается эрозии, особенно для коррозионного технологического газа вблизи его точки росы, и требуется тщательное регулирование против точки росы. На выпуске конденсатора отходящего газа некоторое наличие капелек жидкости увеличивает возможность эрозии и коррозии, и предпочтительно ограничивать расход на единицу сечения потока в указанных трубопроводах до менее чем около 30, или 25, или 20, или 15 м в секунду до вхождения в отбойные устройства для удаления жидкости, как раскрыто в данном описании.
Следует также отметить, что эксплуатация конденсатора отходящего газа при низком давлении по данному изобретению побуждает использовать более низкую температуру способа, чтобы конденсировать необходимое количество флегмы. Более низкая температура способа приближается к температуре охлаждающей жидкости, и более низкое давление способа является причиной пониженного пленочного коэффициента теплопереноса на стороне способа. Все факторы вынуждают увеличивать площадь проводящих, изолирующих, теплообменных пограничных поверхностей, которые обычно содержат различные дорогостоящие коррозионностойкие металлы и сплавы металлов.
Проблемы разработки и затраты на конденсатор отходящего газа по данному изобретению еще дополнительно увеличиваются при сбросе предпочтительных количеств водяного пара в окружающую среду согласно некоторым аспектам данного изобретения. Выброс выбранных количеств водяного пара вносит требование намеренно контролировать количество энергии, удаляемой в конденсаторе отходящего газа даже при работе с новыми или незагрязненными проводящими, изолирующими, теплообменными пограничными поверхностями, с более низкими массовыми количествами материала, пропускаемого через систему и/или энергетическими нагрузками при получении ТРА при пониженной производительности, и с переменными температурами охлаждающей среды, что является частым случаем, например, из-за ежедневных и сезонных изменений окружающих условий.
Особая трудность контроля устройств конденсации отходящего газа заключается в том, что большинство охлаждающих башенных водных систем содержат количества растворенных твердых веществ, которые сильно концентрируются путем испарительного охлаждения окружающим воздухом. Когда поток такой охлаждающей воды ускоряют, чтобы ограничить технологическую температуру конденсатора отходящего газа, температура выходящей охлаждающей воды увеличивается. Если температура такой охлаждающей воды слишком возрастает, некоторые растворенные твердые вещества осаждаются. К несчастью, многие высоко коррозионностойкие сплавы металлов быстро разрушаются и перфорируются точечной коррозией под такими бугорковыми отложениями. Соответственно раскрыты следующие предпочтительные варианты осуществления конденсатора отходящего газа по данному изобретению. Используемый здесь "конденсаторный отходящий газ" содержит отходящий газ, по меньшей мере часть которого была обработана в по меньшей мере одном конденсаторе отходящего газа.
Предпочтительно, что указанный конденсатор отходящего газа, производящий жидкую воду, содержит воздушное охлаждение, где окружающий воздух находится в контакте с проводящими, изолирующими, теплообменными пограничными поверхностями, заключающими указанный отходящий газ. Предпочтительно, что дутьевые вентиляторы используют для движения воздушного потока поперек проводящих, изолирующих, теплообменных пограничных поверхностей, заключающих указанный отходящий газ. Предпочтительно, что быстродействие вентилятора, наклон лопастей вентилятора, жалюзийные отверстия для регулирования воздушного потока и/или другие устройства для регулирования воздушного потока и/или температуры воздуха используют для регулирования степени охлаждения отходящего газа в ответ на по меньшей мере одну переменную способа, например температуру и/или давление конденсаторного отходящего газа, температуру и/или расход конденсаторной жидкости, химический состав или конденсаторного отходящего газа и/или конденсата, путем какого-нибудь измерения в режиме онлайн, например, путем инфракрасного композиционного анализа.
Более предпочтительно, что указанный конденсатор отходящего газа, производящий жидкую воду, содержит охлаждающую воду в контакте с проводящими, изолирующими, теплообменными пограничными поверхностями, заключающими указанный отходящий газ. Предпочтительно, что расход охлаждающей воды, температуру на впуске охлаждающей воды и/или температуру на выпуске охлаждающей воды используют для регулирования степени охлаждения отходящего газа в ответ на по меньшей мере одну переменную способа, например температуру и/или давление конденсаторного отходящего газа, температуру и/или расход конденсаторной жидкости, химический состав или конденсаторного отходящего газа и/или конденсата, путем какого-нибудь измерения в режиме онлайн, например, путем инфракрасного композиционного анализа. Предпочтительно, что по меньшей мере часть охлаждающей воды, покидающей указанные теплообменные устройства с водяным охлаждением имеет температуру по меньшей мере около 50, или 60, или 70, или 80°С. Предпочтительно, что указанная охлаждающая вода содержит воду, охлажденную в непосредственном контакте с окружающим воздухом. Более предпочтительно, что указанная охлаждающая вода является "охлаждающей водой замкнутой системы". Предпочтительно, что указанная охлаждающая вода замкнутой системы, например, деионизированная вода или конденсат пара, содержит уменьшенное количество всех растворенных твердых веществ (TDS). Предпочтительно, что по меньшей мере часть тепла удаляют из указанной охлаждающей воды замкнутой системы в теплообменных устройствах, содержащих охлаждающую вспомогательную воду, охлажденную в непосредственном контакте с окружающим воздухом. Предпочтительно, что по меньшей мере часть тепла удаляют из указанной охлаждающей воды замкнутой системы в теплообменных устройствах типа "плита-рама".
Необязательно, предпочтительно, что по меньшей мере часть проводящей, изолирующей теплообменной пограничной поверхности время от времени прекращают эксплуатировать в ответ на по меньшей мере одну переменную способа, например, температуру и/или давление конденсаторного отходящего газа, температуру и/или расход конденсаторной жидкости, химический состав или конденсаторного отходящего газа и/или конденсата, путем какого-нибудь измерения в режиме онлайн, например, путем инфракрасного композиционного анализа. Указанную часть поверхности исключают из эксплуатации путем устранения ее контакта с текущим отходящим газом и/или текущей охлаждающей вспомогательной жидкостью.
Необязательным путем регулирования количества энергии, удаляемой в конденсаторе отходящего газа, является направление части турбоэкспандерного отходящего газа в обход указанного конденсатора, как раскрыто в патенте США 6504051, полное содержание которого приобщено ссылкой. Однако, такое параллельное пропускание газа, хотя и разрешая проблему регулирования и ограничения удаления энергии, создает даже новые проблемы. Во-первых, такое параллельное пропускание тесно связано с массовым балансом, а также энергетическим балансом, потому что пар растворителя не так уж легко конденсируется из перепущенного в обход отходящего газа. Если слишком много или слишком мало газа пропускают в обход, стремясь сохранить энергетический баланс, водный баланс нарушается для системы извлечения растворителя, что делает регенерированный растворитель слишком влажным или слишком сухим, и наблюдается также нарушение в количестве VOC, направляемых в окружающую среду или в TOD. Во-вторых, необходимо воссоединять конденсаторный отходящий газ и перепущенный в обход отходящий газ для обработки в общих традиционных средствах обработки, относящихся к борьбе с загрязнением окружающей среды. Однако такое воссоединение проблематично, так как обычно образуется аэрозольный туман, когда более холодный, насыщенный жидкостью газовый поток объединяют с более теплым, насыщенным жидкостью газом. Так, аэрозоль создает опасность в отношении точечной коррозии в трубопроводах и оборудовании, для аэрозоля характерно собираться в капельки на более холодных и/или менее турбулентных поверхностях. Быстрое удаление такого аэрозоля из высокоскоростного технологического способа трудно осуществить, ограничивая в то же время давление и/или подачу тепловой энергии, тем не менее туман может легко образовывать дождевые жидкие капельки, когда обеспечивают более продолжительные периоды сепарации.
Соответственно, предложены следующие предпочтительные варианты осуществления данного изобретения. После выхода из турбоэкспандера по меньшей мере часть отходящего газа пропускают в обход по меньшей мере одного конденсатора отходящего газа, чтобы сформировать "перепущенный в обход отходящий газ", используя один или несколько из следующих предпочтительных аспектов. Предпочтительно, что указанный перепущенный в обход отходящий газ охлаждают менее чем на около 60, или 50, или 30, или 10°С в теплообменных устройствах, содержащих проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, перед объединением с отходящим газом, покидающим конденсатор отходящего газа, поступающим в TOD и/или сбрасываемым в окружающую среду. Предпочтительно, что указанный перепущенный в обход отходящий газ составляет по меньшей мере около 1, или 2, или 4, или 8% масс. всего отходящего газа, покидающего турбоэкспандер. Предпочтительно, что указанный перепущенный в обход отходящий газ составляет менее чем около 50, или 40, или 30, или 20% масс. всего отходящего газа, покидающего турбоэкспандер. Предпочтительно, что расход указанного перепущенного в обход отходящего газа используют для регулирования степени охлаждения отходящего газа в ответ на по меньшей мере одну переменную способа, например температуру и/или давление конденсаторного отходящего газа, температуру и/или расход конденсаторной жидкости, химический состав или конденсаторного отходящего газа и/или конденсата, путем какого-нибудь измерения в режиме онлайн, например, путем инфракрасного композиционного анализа. Предпочтительно, что указанный перепущенный в обход отходящий газ объединяют с по меньшей мере частью отходящего газа, который вышел из конденсатора отходящего газа, чтобы сформировать "смешанный отходящий газ" перед сбросом в окружающую среду. Предпочтительно, что "отбойные устройства", использующие по меньшей мере одну из следующих характерных особенностей, обрабатывают по меньшей мере часть конденсаторного отходящего газа, образуя таким образом "отходящий газ ловушки конденсата". Предпочтительно, по меньшей мере около 10, 50, 98, 99,9% масс. жидкости, поступающей в указанные отбойные устройства, отделяется, и она выходит смешанной с менее чем около 50, или 95, или 99, или 99,8% масс. динитрогена отходящего газа из отверстия в более нижней 80, или, 60, или 40, или 10% доле высоты указанных отбойных устройств. Предпочтительно, по меньшей мере часть указанных отбойных устройств размещают при более низкой высоте, чем по меньшей мере один конденсатор отходящего газа, обеспечивающий мультифазный поток газ плюс жидкость в указанные отбойные устройства. Предпочтительно, жидкая вода выходит из указанных отбойных устройств из отверстия, размещенного ниже впуска потока из конденсатора отходящего газа. Предпочтительно, расход на единицу вертикального сечения потока отходящего газа в указанных отбойных устройствах менее чем около 4, или 3, или 2, или 1 м в секунду в плоскости наибольшего горизонтального диаметра. Предпочтительно, расход на единицу горизонтального сечения потока отходящего газа в указанных отбойных устройствах менее чем около 6, или 5, или 4, или 3 м в секунду в плоскости наибольшего вертикального диаметра. Предпочтительно, среднее время пребывания отходящего газа в указанных отбойных устройствах менее чем около 20, или 13, или 8, или 5 секунд. Предпочтительно, среднее время пребывания отходящего газа в указанных отбойных устройствах по меньшей мере около 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0 секунды. Предпочтительно, среднее время пребывания жидкости в указанных отбойных устройствах по меньшей мере около 0,5, или 2, или 4, или 8 минут. Предпочтительно, среднее время пребывания жидкости в указанных отбойных устройствах менее чем около 60, или 48, или 24, или 12 минут. Предпочтительно, по меньшей мере одна отбойная поверхность, удаляющая жидкость, иная чем работающие под давлением изолирующие пограничные поверхности, включена в указанные отбойные устройства. Предпочтительно, площадь твердой поверхности в контакте с отходящим газом, пропускаемым через отбойные устройства, по меньшей мере около 0,0005, или 0,001, или 0,002, или 0,004 м2/кг отходящего газа, покидающего указанные отбойные устройства. Предпочтительно, по меньшей мере часть отходящего газа, пропускаемого через указанные отбойные устройства, контактирует по меньшей мере с около 0,001, или 0,005, или 0,01, или 0,02 м2 площади безнапорной изолирующей твердой поверхности на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, по меньшей мере около 70, или 80, или 90% жидких капелек менее чем по меньшей мере около 500, или 200, или 75, или 25 микрометров, присутствующих в отходящем газе, поступающем в отбойные устройства, удаляют из отходящего газа ловушки конденсата. Раскрыто, что эти различные предпочтительные характерные особенности отбойных устройств предпочтительны в отбойных устройствах, обрабатывающих конденсаторный отходящий газ с перепущенным в обход отходящим газом или без него.
Предпочтительно, что по меньшей мере часть перепущенного в обход отходящего газа обрабатывают в TOD, который также обрабатывает по меньшей мере часть отходящего газа, который вышел из конденсатора отходящего газа. Более предпочтительно, по меньшей мере часть перепущенного в обход отходящего газа объединяют с по меньшей мере частью конденсаторного отходящего газа, чтобы сформировать смешанный отходящий газ перед поступлением в TOD. Наиболее предпочтительно, тепловую энергию добавляют, чтобы повысить температуру указанного смешанного отходящего газа перед поступлением в устройства TOD. Это нагревание уменьшает конденсацию в трубопроводах, сосудах и других емкостях отходящего газа и таким образом минимизирует затраты на материалы конструкции. Тепловая энергия может быть добавлена полностью или частично в весь поток указанного смешанного отходящего газа, в поток указанного перепущенного в обход отходящего газа, в поток указанного покидающего конденсатор отходящего газа. Предпочтительно, что температура указанного смешанного отходящего газа по меньшей мере на около 10, или 20, или 40, или 60°С выше температуры отходящего газа, покидающего указанный конденсатор отходящего газа.
Раскрыто, что предпочтительно добавлять тепловую энергию к отходящему газу ловушки конденсата, согласно этому аспекту, даже без перепущенного в обход отходящего газа. Предпочтительно размещать конденсатор отходящего газа и отбойные устройства следующим образом, для того чтобы сбалансировать одновременно стоимость нагнетания охлаждающей воды на большую высоту, стоимость высоких структур и опор и высотные меры предосторожности, чтобы сделать возможным гравитационный поток конденсированной жидкости в и/или через конденсатор отходящего газа и/или отбойные устройства. Предпочтительно, что высота самой низкой охлаждаемой поверхности в по меньшей мере одном конденсаторе отходящего газа менее чем около 50, или 30, или 20, или 10 м над уровнем поверхности земли. Предпочтительно, что высота самой высокой охлаждаемой поверхности в по меньшей мере одном конденсаторе отходящего газа по меньшей мере около 6, или 9, или 12, или 15 м над уровнем поверхности земли. Предпочтительно, что высота проверки жидкости в отбойных устройствах по меньшей мере около 0,5, или 1, или 2, или 3 м над уровнем поверхности окружающей земли. Предпочтительно, что высота проверки жидкости в отбойных устройствах менее чем около 20, или 15, или 10, или 5 м над уровнем поверхности земли.
В сочетании с усовершенствованной рекуперацией энергии из турбоэкспандера отходящего газа и/или саморазогревом TOD, согласно раскрытиям здесь, обнаружен неожиданный полезный эффект в результате оставления повышенных количеств водяного пара в вентилируемом отходящем газе, несмотря на более высокие потери VOC, которые часто сопровождают такие увеличенные количества водяного пара. Раскрыты следующие предпочтительные варианты для "вентилируемого водяного пара", присутствующего в конденсаторном отходящем газе, отходящем газе ловушки конденсата и/или отходящем газе на впуске в TOD. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар составляет менее чем около 400, или 300, или 250, или 200% масс. воды образования ТРА. Это исключает расходование слишком больших количеств тепла реакции окисления в испаряющейся водной жидкости в однократном турбоэкспандерном энергетическом цикле с последующими капитальными и эксплуатационными затратами на обработку в TOD и без сопутствующего увеличения подачи флегмы для установок извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар составляет по меньшей мере около 100, или 110, или 130, или 150% масс. воды образования ТРА. Чтобы избежать чрезмерной дегидратации системы регенерированного растворителя и тем самым нарушения условий реакции окисления, здесь раскрыты предпочтительные источники количества воды, превышающего воду образования ТРА.
Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит по меньшей мере часть воды, которая поступила в способ с подачей окислителя, более предпочтительно, сжатого воздуха окружающей среды. Предпочтительное количество водяного пара, поступающего в сжатом воздухе, раскрыто в данном описании. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит по меньшей мере часть воды, образовавшейся при сверх-окислении ароматических веществ и растворителя. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар содержит по меньшей мере около 0,05, или 0,10, или 0,15 килограмма воды, образовавшейся при сверх-окислении ароматических веществ и растворителя на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар содержит менее чем около 0,05, или 0,04, или 0,03 килограмма воды, образовавшейся при сверх-окислении ароматических веществ и растворителя на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит воду, образовавшуюся от впрыска сжатого пара, (по меньшей мере около 50, 90, 95, 99% масс. воды, по меньшей мере при около 110, или 140, или 180, или 220°С) в технологический поток, содержащий жидкий растворитель. Предпочтительные применения содержат пар в качестве источника тепловой энергии и в качестве продувочной среды для трубопроводов, отверстий и оборудования. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит по меньшей мере часть воды, использованной для промывки технологических вентиляционных клапанов, которые впоследствии выпускают газ в окружающую среду. Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит по меньшей мере часть воды, использованной в качестве вспомогательного вещества азеотропной сепарации в способе очистки растворителя и/или извлечения катализатора, включая раскрытия в патентах США № 4939297, № 7351396 и опубликованной патентной заявке США № 2005-0038288.
Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит по меньшей мере часть воды, образовавшейся при окислении топлива, когда его необязательно используют для нагревания отходящего газа между выпуском из установок извлечения растворителя и/или дегидратации и выпуском из турбоэкспандера.
Предпочтительно, что вентилируемый водяной пар сверх воды образования ТРА содержит по меньшей мере часть воды, поступающей из соседнего РЕТ способа и поступающей в ТРА способ до выпуска TOD, более предпочтительно, до впуска TOD. Предпочтительно, что указанный РЕТ способ размещают так, что минимальное горизонтальное расстояние от указанного ТРА способа менее чем около 1800, 900, 300, 100 м. Предпочтительно, что указанный РЕТ способ образует по меньшей мере часть РЕТ, утилизируя ТРА продукт из указанного ТРА способа. Предпочтительно, что по меньшей мере часть указанного ТРА продукта подают в реакционную среду указанного соседнего РЕТ способа в пределах менее чем около 72, или 24, или 12, или 4 часов после его образования из п-ксилола, п-толуальдегида и/или п-толуиловой кислоты. Предпочтительно, что поступление воды из указанного РЕТ способа по меньшей мере около 0,02, или 0,2, или 0,3, или 0,4 кг/кг воды образования ТРА. Предпочтительно, что поступление воды из указанного РЕТ способа менее чем около 1,1, или 0,9, или 0,7, или 0,6 кг/кг воды образования ТРА.
Предпочтительно, что TOD саморазогревается путем окисления соединений отходящего газа, содержащих моноксид углерода и VOC, особенно путем окисления метилацетата. Предпочтительно, что топливное содержимое отходящего газа по меньшей мере около 60, 70, 80, 90% всего объема топлива, поступающего в TOD. Топливное содержимое оценивают как тепло реакций окисления, дающих парофазные продукты, содержащие водяной пар и газ диоксид углерода. Предпочтительно, что топливное содержимое отходящего газа менее чем около 160, или 140, или 120, или 110% от минимального объема топлива, необходимого для осуществления TOD без охлаждающих устройств, например, заметного нагревания воздуха и/или другого газа/пара и/или заметного или скрытого нагревания воды или другой жидкости будь-то непосредственно смешивающейся массой или через изолирующие, проводящие теплообменные поверхности.
Предпочтительно, что TOD обычно, даже преимущественно, отапливают метилацетатом в отходящем газе согласно следующим раскрытиям. Метилацетат является известным побочным продуктом жидкофазного окисления рХ до ТРА в уксусной кислоте. Известны технологии изолирования метилацетата и затем гидролиза его водой для извлечения растворителя уксусной кислоты и побочного продукта метанольного отходящего потока. Авторами данного изобретения раскрыто, что эффективная система синтеза ТРА, например, US 20070293699 и US 20070208191 (полные раскрытия которых приобщены ссылкой) обеспечивает полезное уменьшение степени образования метилацетата. СО компонент отходящего газа имеет относительно низкую теплотворную способность, и отходящий газ часто содержит относительно небольшие количества MeBr и уксусной кислоты. Метилацетат обеспечивает полезное топливное содержимое в TOD, чтобы достичь необходимых температур и эффективностей деструкции загрязняющих примесей, включая сам метилацетат. Если топливное содержимое отходящего газа слишком мало, тогда добавочные топлива, например, метан, метанол, горючее, должны быть добавлены в TOD, чтобы достичь необходимых температур и эффективностей деструкции загрязняющих примесей.
Раскрыты следующие предпочтительные пределы метилацетата в отходящем газе ловушки конденсата, пределы, которые полезно уравновешивают топливный показатель метилацетата в TOD против капитальных и эксплуатационных затрат на дополнительное подавление образования метилацетата и/или извлечение его уксуснокислого содержимого путем сепарации и гидролиза. Предпочтительно, что содержание метилацетата в отходящем газе ловушки конденсата и/или отходящем газе, поступающем в TOD, по меньшей мере около 0,003, или 0,005, или 0,007, или 0,008 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что содержание метилацетата в отходящем газе ловушки конденсата и/или отходящем газе, поступающем в TOD, менее чем около 0,030, или 0,025, или 0,020, или 0,015 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что метилацетат обеспечивает по меньшей мере около 20, или 30, или 40, или 50% всего объема топлива, поступающего в TOD. В другом варианте осуществления изобретения, предпочтительно, что содержание метилацетата и/или метанола в отходящем газе ловушки конденсата и/или отходящем газе, поступающем в TOD, менее чем около 0,030, или 0,025, или 0,020, или 0,015 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что метилацетат обеспечивает по меньшей мере около 20, или 30, или 40, или 50% всего объема топлива, поступающего в TOD.
Предпочтительно, что содержание уксусной кислоты в отходящем газе ловушки конденсата и/или отходящем газе, поступающем в TOD, менее чем около 0,005, или 0,004, или 0,003, или 0,002 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно, что содержание моноксида углерода в отходящем газе ловушки конденсата и/или отходящем газе, поступающем в TOD, менее чем около 0,45, или 0,40, или 0,35, или 0,30% мол., как определено на сухой основе только с неконденсируемыми газообразными соединениями.
Однако нежелательно тратить впустую слишком много энергии, будь то внутреннее горючее топливо в отходящем газе или дополнительное топливо, в TOD. Поэтому предпочтительно, что общая энергия горения, высвобождаемая TOD, менее чем 600, или 500, или 450, или 400 ккал/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Такой малой величины необходимой теплоты сгорания достигают обеспечением эффективного объединения теплоты горячего обработанного отходящего газа вблизи выхода TOD и необработанного отходящего газа вблизи входа в указанный TOD различными устройствами, как известно в технике.
Подачу теплоты горения соответствующим образом регулируют рабочими методами и составами отходящего газа, как раскрыто здесь. Предпочтительно, что TOD работает с пиковой внутренней температурой по меньшей мере около 200, или 400, или 600, или 800°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 94, или 96, или 98, или 99% мол. углерода в отходящем газе, поступающем в TOD, окисляют до СО2 до выхода из TOD. Наиболее предпочтительно, устройства TOD во всех раскрытиях здесь являются устройствами регенеративного термического окисления (RTO).
После удаления и/или деструкции моноксида углерода и загрязняющих примесей VOC в отходящем газе реакции окисления многие места действия требуют существенного удаления брома из обработанного отходящего газа. Такое изменение состояния брома часто осуществляют водным промыванием обработанного отходящего газа из TOD, например, жидкостным промыванием отходящего газа с использованием водного раствора гидроксида натрия и бисульфита натрия с образованием соли бромида натрия. Со временем концентрация различных солей нарастает в скрубберной воде, и должен быть обеспечен выпуск отходящего потока наряду с пополнением более чистой водой. Предпочтительно, указанная пополняющая скруббер отходящего газа вода является фильтрованной водой. Более предпочтительно, указанная пополняющая скруббер отходящего газа вода является деминерализованной водой, деионизированной водой и/или конденсатом пара.
Раскрыто, что указанный скрубберный жидкий выпускаемый поток, по существу содержащий воду, выгодно используют в качестве вспомогательной воды, например, воды для пополнения охлаждающей башни. Соответственно, предпочтительно использовать по меньшей мере около 0,01, или 0,05 килограмма жидкой сточной воды скруббера отходящего газа на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду, в качестве вспомогательной воды, а не для сброса указанной скрубберной воды в установку обработки сточных вод и/или непосредственно в окружающую среду. В другом варианте осуществления изобретения какая-либо сточная вода, полученная из производственного оборудования, содержащего окислительную реакционную среду, может быть использована в отношении от 0,01 до 0,05 килограмма сточной воды на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду, в качестве вспомогательной воды, а не для сброса вспомогательной воды в установку обработки сточных вод и/или непосредственно в окружающую среду.
В необязательном и более предпочтительном варианте осуществления изобретение содержит объединение отходящего газа реакции окисления, включая источники реакторов как первичного, так и вторичного окисления, для обработки в общих комбинированных установках извлечения растворителя и/или дегидратации, турбоэкспандерных устройствах, конденсаторных устройствах, отбойных устройствах, TOD и/или скруббере брома.
Нежелательно в отношении рекуперации энергии, рабочие давления и температуры вторичных реакционных сред часто существенно отличаются, иногда значительно выше, от первичной реакционной среды и/или друг от друга. Простое расширение реакционных отходящих газов более высокого давления через клапан сброса давления в отходящий газ более низкого давления обычно растрачивает значительную энтропию, вызывая потерю существенной возможности производить работу на валу. Однако данное изобретение полезно сохраняет энтальпию в объединенных отходящих газах на впуске в турбоэкспандер, и объединенные потоки отходящего газа полезно смешивают топливные показатели СО и VOC перед TOD.
Предпочтительно обрабатывать отходящий газ из по меньшей мере двух различных реакционных сред в общих объединенных установках извлечения растворителя и/или дегидратации, турбоэкспандерных устройствах, конденсаторных устройствах, отбойных устройствах, TOD и/или скруббере брома. Предпочтительно, что по меньшей мере часть указанных различных реакционных сред отделяют горизонтально друг от друга по меньшей мере около 1000, или 500, или 300, или 150 м. "Интегрированный способ" означает, что потоки подаваемого материала или продукта из двух различных способов/аппаратов объединяют и обрабатывают, используя по меньшей мере один участок общего оборудования, выбранный из группы, состоящей из турбоэкспандерных устройств, конденсаторных устройств, отбойных устройств, TOD и/или скруббера брома.
При формировании смеси отходящего газа предпочтительно, что количество всего отходящего газа в смеси, которая происходит из вторичной окислительной реакционной среды, значительно меньше, чем количество всего отходящего газа в смеси, которая происходит из первичной окислительной реакционной среды. В смесях первичного и вторичного отходящего газа предпочтительно, что отходящий газ, возникающий из вторичных окислительных реакционных сред, содержит менее чем около 20, или 10, или 5, или 2% масс. массы объединенного отходящего газа и менее чем около 20, или 10, или 5, или 2% масс. массы динитрогена объединенного отходящего газа. В смесях первичного и вторичного отходящего газа предпочтительно, что отходящий газ, возникающий из вторичных окислительных реакционных сред, содержит по меньшей мере около 0,1, или 0,2, или 0,4, или 0,8% масс. массы объединенного отходящего газа и менее чем около 0,1, или 0,2, или 0,4, или 0,8% масс. массы динитрогена объединенного отходящего газа.
Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% масс. реакционного отходящего газа из по меньшей мере одной вторичной окислительной реакционной среды объединяют с по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% масс. реакционного отходящего газа из первичной окислительной реакционной среды для обработки в объединенных общих установках извлечения растворителя и/или дегидратации, турбоэкспандерных устройствах, конденсаторных устройствах, отбойных устройствах, TOD и/или скруббере брома. Предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды получают при температуре по меньшей мере около 160, или 175, или 190, или 200°С. Предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды получают при температуре менее чем около 250, или 240, или 230, или 220°С. Предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды получают при давлении по меньшей мере около 7, или 10, или 13, или 16 бар абсолютного давления. Предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды получают при давлении по менее чем около 40, или 34, или 28, или 24 бар абсолютного давления.
Предпочтительно, что по меньшей мере часть реакционного отходящего газа из по меньшей мере двух различных вторичных окислительных реакционных среды объединяют друг с другом и с по меньшей мере частью реакционного отходящего газа из первичной окислительной реакционной среды для обработки в объединенных общих установках извлечения растворителя и/или дегидратации, турбоэкспандерных устройствах, конденсаторных устройствах, отбойных устройствах, TOD и/или скруббере брома. Предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа из по меньшей мере одной вторичной реакционной среды получают при температуре менее чем на около 20, или 15, или 10, или 5°С выше чем части указанного отходящего газа из указанной первичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, что по меньшей мере часть отходящего газа из по одной вторичной среды получают при температуре по меньшей мере на около 10, или 15, или 25, или 35°С выше чем у части указанного отходящего газа из указанной первичной окислительной реакционной среды и/или части отходящего газа из другой вторичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, что по меньшей мере часть указанного отходящего газа из одной вторичной реакционной среды получают при температуре менее чем на около 20, или 15, или 10, или 5°С отличающейся от (температуры) части указанного отходящего газа из другой вторичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, что по меньшей мере один из указанных реакционных отходящих газов поступает из вторичной окислительной реакционной среды, отделенной горизонтально от части указанной первичной реакционной среды на менее чем около 60, или 20, или 8, или 2 м. Предпочтительно, что по меньшей мере один из указанных реакционных отходящих газов поступает из вторичной окислительной реакционной среды, отделенной горизонтально от части указанной первичной реакционной среды по меньшей мере на около 4, или 8, или 16, или 32 м.
Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% масс. динитрогена в реакционном отходящем газе из по меньшей мере одной вторичной окислительной реакционной среды вместе с по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% масс. динитрогена в реакционном отходящем газе из первичной окислительной реакционной среды в объединенных общих турбоэкспандерных устройствах, конденсаторных устройствах, отбойных устройствах, TOD и/или скруббере брома.
Данные изобретения предпочтительны для способа, производящего сырую ТРА, в которой суммарные примеси монокарбоновой кислоты составляют по меньшей мере около 1000, или 2000, или 4000, или 6000 мас. м.д., производящего очищенную ТРА, в которой суммарные примеси монокарбоновой кислоты составляют менее чем около 1000, или 500, или 300, или 200 мас. м.д., и производящего как сырую, так и очищенную ТРА одновременно в любом соотношении. Примеси монокарбоновой кислоты больше всего содержат бензойной кислоты, п-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида.
Данные изобретения более предпочтительны для получения очищенной ТРА с b* цветом менее чем около 4,0, или 3,5, или 3,0, или 2,5 b* единицы. Используемая здесь величина b* относится к цвету, измеренному на спектроскопическом приборе, таком как Hunter Ultrascan XE instrument (Hunter Associates Laboratory, Inc., 11491 Sunset Hills Road, Reston, VA 20190-5280, www.hunterlab.com), использующем режим отражения. Позитивные данные означают степень желтого (или поглощательность синего), тогда как негативные данные означают степень синего (или поглощательность желтого).
Данные изобретения применимы для способов превращения м-ксилола (mX) в изофталевую кислоту (IPA) во всех аспектах раскрытий путем замещения мета-разновидностей на пара-разновидности, например, mX на рХ, IPA на ТРА, м-толуиловой кислоты на п-толуиловую кислоту и 3-карбоксибензальдегида на 4-карбоксибензальдегид. Это расширение применяется для способа получения IPA отдельно. Это расширение также применяется в частично и/или полностью объединенных способах получения и ТРА, и IPA.
Аспекты изобретения, имеющие отношение к объединению реакционного отходящего газа из различных реакционных сред для обработки в по меньшей мере одной из установки извлечения растворителя и/или дегидратации, турбоэкспандера, конденсатора, отбойных устройств, TOD и/или скруббера брома, применяются во всех аспектах к тому же, когда преобладающие ароматические разновидности в по меньшей мере одной реакционной среде являются пара-замещенными и преобладающие ароматические разновидности в по меньшей мере одной другой реакционной среде являются мета-замещенными. Все аспекты изобретения, имеющие отношение к регенерированному растворителю, применяются также, когда по меньшей мере часть растворителя, извлеченного из реакционного отходящего газа из окисления одного ксилола, впоследствии используют в пределах 72, или 48, или 24, или 12 часов в реакционной среде, окисляющей другой ксилол. Все аспекты изобретения, имеющие отношение к фильтратному растворителю, применяются также, когда по меньшей мере часть фильтратного растворителя, образовавшегося путем отделения от твердого продукта, то есть преимущественно одну ароматическую дикарбоновую кислоту, затем используют в пределах 72, или 48, или 24, или 12 часов в реакционной среде, окисляющей другой ксилол. (Даже хотя возможно и часто предпочтительно удерживать Co/Mn/Br однородные тяжелые ароматические примеси из одного фильтрата изолированно от другого; нежелательно удерживать раздельно такие компоненты как вода, уксусная кислота и бензойная кислота).
Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере часть фильтратного растворителя (пара-фильтрат) из способа, где преобладающие ароматические разновидности являются пара-замещенными, и часть фильтратного растворителя (мета-фильтрат) из способа, где преобладающие ароматические разновидности являются мета-замещенными, в способе очистки растворителя и/или извлечения катализатора с участием по меньшей мере одного трубопровода, сосуда, работающего под давлением, и/или вращающегося оборудования также. Подходящие установки очистки фильтрата раскрыты в пат. США № 4939297, 7351396 и опубликованной патентной заявке США № 2005-0038288 (содержание которых приобщено ссылкой во всей полноте). Более предпочтительно, что по меньшей мере часть пара-фильтрата и мета-фильтрата подают совместно одновременно, по сравнению с последовательным участием в способе. Предпочтительно, что по меньшей мере часть очищенного фильтрата и/или по меньшей мере часть извлеченного катализатора из указанного способа впоследствии используют для образования по меньшей мере части окислительной реакционной среды и потом образования части пара-фильтрата или мета-фильтрата, более предпочтительно, образования части обоих фильтратов. Предпочтительно, что по меньшей мере около 10, или 40, или 80, или 98% масс. ароматических примесей, удаленных из пара-фильтрата путем указанного способа очистки фильтратного растворителя и/или извлечения катализатора, физически объединяют с по меньшей мере около 10, или 40, или 80, или 98% масс. ароматических примесей, удаленных из мета-фильтрата путем указанного способа.
Все аспекты изобретения, имеющие отношение к сжатому воздуху для подачи окислителя, применяют, когда часть сжатого воздуха из компрессионных устройств разделяют, чтобы обеспечить подачу окислителя в по меньшей мере одну окислительную реакционную среду, где преобладающие ароматические разновидности являются пара-замещенными, и по меньшей мере в одну другую окислительную реакционную среду, где преобладающие ароматические разновидности являются мета-замещенными.
Все аспекты изобретения, имеющие отношение к конденсату из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя, применяют, когда по меньшей мере часть конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя разделяют, причем часть используют по меньшей мере на одной ступени способа, где преобладающие ароматические разновидности являются пара-замещенными, и другую часть используют на по меньшей мере одной другой ступени способа, где преобладающие ароматические разновидности являются мета-замещенными.
В одном варианте осуществления, предпочтительно, что меньший способ производства IPA размещают совместно с большим способом производства ТРА. Когда отходящий газ из по меньшей мере одной преимущественно мета-замещенной реакционной среды объединяют с отходящим газом из по меньшей мере одной преимущественно пара-замещенной реакционной среды, предпочтительно, что отходящий газ, возникающий из преимущественно мета-замещенной среды, содержит менее чем около 50, или 40, или 30, или 20% масс. массы объединенного отходящего газа и менее чем около 50, или 40, или 30, или 20% масс. массы динитрогена в объединенном отходящем газе.
Когда отходящий газ из по меньшей мере одной преимущественно мета-замещенной реакционной среды объединяют с отходящим газом из по меньшей мере одной преимущественно пара-замещенной реакционной среды, предпочтительно, что отходящий газ, возникающий из преимущественно мета-замещенных сред содержит по меньшей мере около 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0% масс. массы объединенного отходящего газа и менее чем около 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0% масс. массы динитрогена в объединенном отходящем газе.
Когда устройства для компрессии окружающего воздуха подают окислитель в по меньшей мере одну преимущественно мета-замещенную реакционную среду и в по меньшей мере одну преимущественно пара-замещенную реакционную среду, предпочтительно, что преимущественно мета-замещенные реакционные среды получают менее чем около 50, или 40, или 30, или 20% масс. общей массы потока окислителя из указанных устройств для компрессии воздуха. Когда устройства для компрессии окружающего воздуха подают окислитель в по меньшей мере одну преимущественно мета-замещенную реакционную среду и в по меньшей мере одну преимущественно пара-замещенную реакционную среду, предпочтительно, что преимущественно мета-замещенные реакционные среды получают по меньшей мере около 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0% масс. потока общей массы окислителя из указанных устройств для компрессии воздуха.
Более предпочтительно, что указанные способы производства IPA и ТРА размещают совместно с по меньшей мере одним совместно размещенным способом производств РЕТ. Предпочтительно, что IPA, произведенная в указанном совместно размещенном способе, содержит по меньшей мере около 0,5, или 1,0, или 1,5, и 2,0% масс. всей дикарбоновой кислоты, подаваемой в совместно размещенный способ производства РЕТ. Также предпочтительно, что IPA, произведенная в указанном совместно размещенном способе, содержит менее чем около 16, или 12, или 8, и 4% масс. всей дикарбоновой кислоты, подаваемой в совместно размещенный способ производства РЕТ.
В другом варианте осуществления, с совместным размещением IPA и ТРА или без, более предпочтительно, что по меньшей мере часть IPA, подаваемой из первичной реакционной среды, содержащей преимущественно мета-замещенные разновидности, подают в реакционную среду РЕТ без очистки указанной IPA путем растворения, селективной гидрообработки и повторного осаждения для удаления 3-СВА и/или окрашенных примесей.
В одном варианте осуществления предпочтительно, что указанная IPA, подаваемая в реакционную среду РЕТ, является или сырой IPA непосредственно из первичной окислительной реакционной среды, которая является преимущественно мета-замещенной, или является пост-окисленной IPA, образовавшейся во вторичной реакционной среде, средняя реакционная температура которой менее чем на около 24, 16, 12, 8°С выше, чем у указанной первичной реакционной среды. Предпочтительно, что указанная сырая IPA и/или пост-окисленная IPA содержат по меньшей мере около 20, или 80, или 160, или 320 мас. м.д. 3-СВА; менее чем около 3000, или 2400, или 1800, или 1200 мас. м.д. 3-СВА; по меньшей мере около 2, или 4, или 8, или 16 мас. м.д. 2,6-DGF и менее чем около 160, или 120, или 80, или 60 мас. м.д. 2,6-DGF.
В другом варианте осуществления предпочтительно, что указанная IPA, подаваемая в РЕТ, является дегенерированной IPA, образовавшейся во вторичной реакционной среде, чья средняя реакционная температура по меньшей мере на около 16, или 24, или 30, или 36°С выше, чем у указанной первичной реакционной среды, и менее чем на около 80, или 70, или 60, или 50°С выше, чем у указанной первичной реакционной среды. Предпочтительно, что указанная дегенерированная IPA содержит по меньшей мере около 10, или 40, или 60, или 80 мас. м.д. 3-СВА; менее чем около 1000, или 800, или 500, или 300 мас. м.д. 3-СВА; по меньшей мере около 2, или 4, или 6, или 8 мас. м.д. 2,6-DGF и менее чем около 120, или 80, или 60, или 40 мас. м.д. 2,6-DGF.
Другой аспект данного изобретения относится к усовершенствованной возможности обращения с конденсированной и удаленной водой окружающей среды, а не остающейся в виде пара, во время компрессии воздуха окружающей среды для подачи окислителя. Компрессионные устройства для подачи воздуха окружающей среды под давлением часто содержат многоступенчатые компрессионные системы, использующие по меньшей мере один промежуточный холодильник для удаления тепла компрессии, чтобы сделать способ более эффективным термодинамически и механически. Такие системы обычно производят конденсированную воду в межкаскадных холодильниках, и эту воду обычно отделяют от воздуха перед впуском на следующую ступень компрессии. Так как такой конденсат из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя может быть загрязнен смазками и/или жидкостями для гидравлического затвора, указанный конденсат просто направляют в оборудование для обработки сточных вод, возможно только в нефтемусоросборщик, хотя иногда содержащее технологии биологической или другой обработки.
Раскрыты следующие усовершенствованные применения конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя, одновременно снижающие затраты на обработку сточных вод и снижающие затраты на приобретение и/или очистку вспомогательной воды. Предпочтительно подавать по меньшей мере часть конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя в способ ТРА и/или соседний способ РЕТ, более предпочтительно, по меньшей мере на одну из следующих ступеней способа. Установки извлечения растворителя ТРА и/или дегидратации, особенно как флегмы, как определено здесь. Система очистки фильтратного растворителя ТРА, особенно как азеотропная сепарация, способствующая извлечению компонентов катализатора ТРА, более предпочтительно, содержащая изопропилацетат, согласно приведенным здесь ссылкам. Способ очистки ТРА селективным каталитическим гидрированием сырой ТРА. Скруббер на выходе в окружающую среду либо из ТРА, либо из РЕТ способа или контейнера для хранения отходов.
Предпочтительно подавать по меньшей мере часть конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя по меньшей мере в одну вспомогательную водную систему, более предпочтительно, содержащую следующие системы и наиболее предпочтительно, для утилизации в способе ТРА и/или в соседнем способе РЕТ. Охлаждающая водная система, более предпочтительно, охлаждающая башенная водная система, где воду охлаждают непосредственным контактом с воздухом. Система фильтрованной воды. Система деионизированной и/или деминерализованной воды. Пожарная водная система.
Количество конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя изменяется с окружающей влажностью, с температурой охлаждающей среды, со скоростью подачи рХ и с избытком диоксигена в реакционном отходящем газе, как кратковременно, так и в среднем. Следовательно, предпочтительно, что предпочтительные раскрытые применения содержат по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 килограмма конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.
Как правило, предпочтительно выпускать водяной пар приблизительно в постоянном равновесии с его введением через различные ступени способа; но тем не менее, неизбежно, что существуют производственные срывы и эксплуатационная деятельность, которые создают временный избыток жидких стоков. Например, открывание технологического сосуда для осмотра или ремонта во время приостановки способа часто происходит путем тщательного промывания водой или паром для удаления по существу всего растворителя, субстрата и продукта, и количество такой нарушающей порядок воды может быть большим для основной эксплуатационной деятельности. Предпочтительно обеспечивать по меньшей мере один резервуар для хранения жидких отходов, и эти жидкие отходы впоследствии возвращают по меньшей мере на одну ступень способа и впоследствии выпускают в виде водяного пара, согласно другим раскрытиям здесь. Предпочтительно, что такие резервуары для хранения жидких отходов обеспечивают эффективную изоляцию для ограничения выделения VOC в окружающую среду. Предпочтительно, что объем таких резервуаров для хранения по меньшей мере около 50, или 100, или 200, или 400 м3. Предпочтительно, что объем таких резервуаров для хранения менее чем около 12000, или 9000, или 6000, или 3000 м3.
Комбинированием различных аспектов, имеющих отношение к вытеснению воды в виде пара в окружающую среду, более предпочтительно, после обработки в TOD, наряду с использованием конденсата из промежуточного холодильника для подаваемого окислителя и/или воды скруббера брома в раскрытых применениях для технологической и/или вспомогательной воды, предпочтительно производить менее чем около 400, или 350, или 300, или 250, или 100, или 50, или 20 грамм эффлюента жидких отходов на килограмм образующегося твердого продукта ТРА. Предпочтительно, что такую производительность поддерживают по существу непрерывно в течение продолжительных периодов. Предпочтительно производить такие низкие уровни эффлюента жидких отходов в течение по меньшей мере около 60, или 80, или 90, или 95% времени непрерывного 24 часового периода. Предпочтительно производить такие низкие уровни усредненного эффлюента жидких отходов в течение периода по меньшей мере около 4, или 16, или 64, или 254 дней. Оборудование синтеза РЕТ также производит воду из реакций превращения по меньшей мере части ТРА в РЕТ, и эта вода часто загрязнена различными соединениями VOC, например, этиленгликолем, ацетальдегидом и различными диоксоланами. Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере часть загрязненной воды образования РЕТ в общем объединенном оборудовании наряду с водой образования ТРА из соседнего оборудования ТРА. Предпочтительно, указанную загрязненную воду от образования РЕТ оставляют в виде пара, покидающего указанное оборудование РЕТ, для обработки или ее превращают в пар, используя по меньшей мере часть тепловой энергии из указанного соседнего оборудования ТРА.
В другом варианте осуществления изобретения количество воды, образующейся в качестве побочного продукта или добавленной к окислению, которая выходит из указанного производственного оборудования во внешнюю окружающую среду в виде пара, по меньшей мере 0,3, или 0,4, или 0,49 кг/кг ароматического соединения. Используемое здесь производственное оборудование может включать обработку сточных вод.
Более предпочтительно, по меньшей мере часть испаренной воды образования РЕТ из реакций в соседнем оборудовании синтеза РЕТ обрабатывают наряду с по меньшей мере частью испаренной воды образования ТРА в совместном общем TOD, еще более предпочтительно, RTO, согласно какому-либо и/или всем раскрытиям здесь, имеющим отношение к обработке реакционного отходящего газа из окислительной реакционной среды. Предпочтительно, что по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, образующей ТРА, размещают так, что минимальное горизонтальное расстояние от указанного оборудования синтеза РЕТ менее чем около 1800, или 900, или 300, или 100 м. Предпочтительно, что по меньшей мере часть ТРА подают в реакционную среду соседнего оборудования синтеза РЕТ в пределах менее чем около 72, или 24, или 12, или 4 часов после образования из п-ксилола. Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. отходящего газа из указанного соседнего оборудования синтеза РЕТ в совместном общем TOD, более предпочтительно, RTO, с по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. реакционного отходящего газа из по меньшей мере одной первичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. воды образования ТРА из оборудования производства ТРА обрабатывают в совместном общем TOD, более предпочтительно, RTO, с по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. воды образования РЕТ в указанном соседнем оборудовании производства РЕТ.
Предпочтительно, что нормальный поток сточных вод способа из указанного соседнего оборудования производства РЕТ, объединенный с нормальным потоком сточных вод способа из указанного оборудования производства ТРА, меньше чем около 400, или 200, или 100, или 50 грамм жидких сточных вод на килограмм полученного РЕТ. Если количество полученной ТРА в указанном оборудовании производства ТРА отличается от количества ТРА, потребленной в указанном соседнем оборудовании производства РЕТ, более чем на 10% масс., тогда жидкий поток сточных вод из указанного оборудования ТРА распределяют пропорционально по соотношению ее использования в указанном оборудовании РЕТ, эту величину суммируют с жидким потоком сточных вод из указанного оборудования РЕТ и делят на количество полученного РЕТ.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПОЛУЧЕНИЕ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ С ПОВЫШЕННОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ | 2009 |
|
RU2538488C2 |
| ПОЛУЧЕНИЕ ДИКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ МЕТОДОМ САМОАКТИВИРОВАННОЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ | 2009 |
|
RU2575118C2 |
| ПОЛУЧЕНИЕ ДИКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ НАГРЕВОМ ПЛАМЕНЕМ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА | 2009 |
|
RU2577244C2 |
| ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ЖИДКОФАЗНОЕ ОКИСЛЕНИЕ | 2006 |
|
RU2435753C2 |
| ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ЖИДКОФАЗНОЕ ОКИСЛЕНИЕ | 2005 |
|
RU2388745C2 |
| ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ЖИДКОФАЗНОЕ ОКИСЛЕНИЕ В БАРБОТАЖНОЙ КОЛОННЕ РЕАКТОРНОГО ТИПА | 2005 |
|
RU2363534C2 |
| ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ЖИДКОФАЗНОЕ ОКИСЛЕНИЕ | 2005 |
|
RU2381212C2 |
| СИСТЕМА ОКИСЛЕНИЯ С ВНУТРЕННИМ ВТОРИЧНЫМ РЕАКТОРОМ | 2006 |
|
RU2448766C2 |
| ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ЖИДКОФАЗНОЕ ОКИСЛЕНИЕ | 2005 |
|
RU2382759C2 |
| СИСТЕМА ОКИСЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ВНУТРЕННЮЮ КОНСТРУКЦИЮ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ | 2006 |
|
RU2418629C2 |
Изобретение относится к способу получения ароматической дикарбоновой кислоты в оборудовании для производства ароматической дикарбоновой кислоты, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающему (a) окисление ароматического соединения в по меньшей мере одном окислительном аппарате указанного производственного оборудования для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего ароматическую дикарбоновую кислоту; и (b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат. Изобретение также относится к способу, содержащему получение терефталевой кислоты (ТРА) в оборудовании производства ТРА, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающему (a) окисление п-ксилола по меньшей мере в одном окислительном аппарате в указанном оборудовании производства, где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА п-ксилол подают в указанное оборудование производства ТРА со скоростью по меньшей мере 500 килограмм в час для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего терефталевую кислоту; и (b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат, и где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА жидкие отходы выходят из указанного оборудования ТРА в оборудование для обработки жидкой сточной воды при соотношении менее чем 0,4 кг/кг п-ксилола, подаваемого в указанное оборудование производства ТРА. Изобретение обеспечивает усовершенствованный запас энергии в извлечении мощности на валу из отходящего газа из реакций окисления ксилола, в то же время сводя к минимуму затраты на обработку сточных вод. Используя отходящий газ, получают большую мощность на валу, чем требуется для приведения в действие главного воздушного компрессора, даже с предпочтительными относительно низкими температурами окисления. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 1 ил.
1. Способ получения ароматической дикарбоновой кислоты в оборудовании для производства ароматической дикарбоновой кислоты, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающий
(a) окисление ароматического соединения в по меньшей мере одном окислительном аппарате указанного производственного оборудования для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего ароматическую дикарбоновую кислоту; и
(b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
2. Способ по п. 1, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,4 кг/кг ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
3. Способ по п. 1, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,49 кг/кг ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
4. Способ по п. 1, 2 или 3, где по меньшей мере около 0,01 килограмма жидкой сточной воды на килограмм ароматического соединения (рХ), подаваемого в окислительную реакционную среду, подают в указанную окислительную реакционную среду как вспомогательную воду.
5. Способ по п. 4, где по меньшей мере около 0,05 килограмма жидкой сточной воды на килограмм ароматического соединения, подаваемого в окислительную реакционную среду, подают в указанную окислительную реакционную среду как вспомогательную воду.
6. Способ по п. 4 или 5, где количество сточной воды составляет не более чем 200 грамм жидкого потока сточных вод на килограмм полученной твердой ароматической дикарбоновой кислоты.
7. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий извлечение гидрокарбильных соединений из указанного отходящего газа окислительного аппарата в системе извлечения растворителя для получения тем самым гидрокарбил-обедненного отходящего газа.
8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий пропускание по меньшей мере части указанного гидрокарбил-обедненного отходящего газа через по меньшей мере один турбоэкспандер для получения тем самым работы и обеспечения турбоэкспандерного отходящего газа.
9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий охлаждение указанного турбоэкспандерного отходящего газа в конденсаторе отходящего газа, чтобы тем самым конденсировать водяной пар, присутствующий в указанном турбоэкспандерном отходящем газе, чтобы тем самым обеспечить конденсаторный отходящий газ, содержащий жидкую воду.
10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий пропускание по меньшей мере части указанного конденсаторного отходящего газа через отбойный сосуд, чтобы тем самым разделить указанный конденсаторный отходящий газ на отходящий газ ловушки конденсата и жидкость ловушки конденсата.
11. Способ по п. 10, где указанный отходящий газ ловушки конденсата содержит, по существу, всю воду, выходящую в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду.
12. Способ по п. 11, где количество воды в указанном отходящем газе ловушки конденсата более чем 0,340 кг воды/кг указанного ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
13. Способ по п. 10, где среднее время пребывания газовой фазы в указанном отбойном сосуде менее чем 20 секунд и более чем 0,5 секунды.
14. Способ по п. 10, дополнительно содержащий подвергание по меньшей мере части указанного отходящего газа ловушки конденсата термической окислительной деструкции (TOD) в устройстве TOD, чтобы тем самым получить отходящий газ TOD.
15. Способ по п. 14, где указанный TOD представляет собой регенеративный термический окислительный аппарат.
16. Способ по п. 11, где указанный отходящий газ ловушки конденсата содержит метилацетат в количестве по меньшей мере 0,003 кг/кг указанного ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат, и менее чем 0,030 кг/кг указанного ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
17. Способ по п. 1, где указанным ароматическим соединением является п-ксилол.
18. Способ по п. 1, где указанная ароматическая дикарбоновая кислота содержит терефталевую кислоту и/или изофталевую кислоту.
19. Способ, содержащий получение терефталевой кислоты (ТРА) в оборудовании производства ТРА, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающий
(a) окисление п-ксилола по меньшей мере в одном окислительном аппарате в указанном оборудовании производства, где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА п-ксилол подают в указанное оборудование производства ТРА со скоростью по меньшей мере 500 килограмм в час для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего терефталевую кислоту; и
(b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат, и где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА жидкие отходы выходят из указанного оборудования ТРА в оборудование для обработки жидкой сточной воды при соотношении менее чем 0,4 кг/кг п-ксилола, подаваемого в указанное оборудование производства ТРА.
20. Способ получения терефталевой кислоты в оборудовании, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающий
(a) окисление пара-ксилола соединения в по меньшей мере одном окислительном аппарате указанного производственного оборудования для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего терефталевую кислоту; и
(b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,49 кг/кг пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат, где по меньшей мере около 0,05 килограмма жидкой сточной воды на килограмм пара-ксилола, подаваемого в окислительную реакционную среду, подают в указанную окислительную реакционную среду как вспомогательную воду, причем терефталевая кислота образуется в твердом виде и количество водного эффлюента не более чем 200 грамм жидкого потока сточных вод на килограмм полученной твердой терефталевой кислоты.
21. Способ по п. 20, дополнительно содержащий извлечение гидрокарбильных соединений из указанного отходящего газа окислительного аппарата в системе извлечения растворителя для получения тем самым гидрокарбил-обедненного отходящего газа.
22. Способ по п. 20, дополнительно содержащий пропускание по меньшей мере части указанного гидрокарбил-обедненного отходящего газа через по меньшей мере один турбоэкспандер для получения тем самым работы и обеспечения турбоэкспандерного отходящего газа.
23. Способ по п. 20, дополнительно содержащий охлаждение указанного турбоэкспандерного отходящего газа в конденсаторе отходящего газа, чтобы тем самым конденсировать водяной пар, присутствующий в указанном турбоэкспандерном отходящем газе, чтобы тем самым обеспечить конденсаторный отходящий газ, содержащий жидкую воду.
24. Способ по п. 20, дополнительно содержащий пропускание по меньшей мере части указанного конденсаторного отходящего газа через отбойный сосуд, чтобы тем самым разделить указанный конденсаторный отходящий газ на отходящий газ ловушки конденсата и жидкость ловушки конденсата.
25. Способ по п. 24, где указанный отходящий газ ловушки конденсата содержит, по существу, всю воду, выходящую в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду.
26. Способ по п. 25, где количество воды в указанном отходящем газе ловушки конденсата более чем 0,340 кг воды/кг указанного пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
27. Способ по п. 24, где среднее время пребывания газовой фазы в указанном отбойном сосуде менее чем 20 секунд и более чем 0,5 секунды.
28. Способ по п. 24, дополнительно содержащий подвергание по меньшей мере части указанного отходящего газа ловушки конденсата термической окислительной деструкции (TOD) в устройстве TOD, чтобы тем самым получить отходящий газ TOD.
29. Способ по п. 28, где указанный TOD представляет собой регенеративный термический окислительный аппарат.
30. Способ по п. 25, где указанный отходящий газ ловушки конденсата содержит метилацетат в количестве по меньшей мере 0,003 кг/кг указанного пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат, и менее чем 0,030 кг/кг указанного пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат.
| US 20020193629 A1, 19.12.2002 | |||
| US 5961942 A, 05.10.1999 | |||
| US 20060046217 А, 02.03.2006 | |||
| US 5723656 A, 03.03.1998 | |||
| WO 2006102137 A1, 28.09.2006 | |||
| RU 2007111928 A, 10.10.2008 | |||
| Прибор, замыкающий сигнальную цепь при повышении температуры | 1918 |
|
SU99A1 |
| Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
| US 5614159 A, 25.03.1997 | |||
| Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок | 1923 |
|
SU2008A1 |
