ПОЛУЧЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКОЙ ДИКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2018 года по МПК C07C51/265 C07C51/44 C07C51/48 C07C63/26 B01D11/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения ароматической дикарбоновой кислоты.

Уровень техники

Ароматические дикарбоновые кислоты обычно получают посредством каталитического окисления углеводородного предшественника в органическом растворителе. Примером является терефталевая кислота (ТК), которую широко используют в производстве сложных полиэфиров, таких как поли(этилентерефталат) (ПЭТ). В качестве реагента для получения ПЭТ необходима ТК, известная как «очищенная терефталевая кислота» (ОТК) и обычно содержащая более 99,97 мас. %, предпочтительно более 99,99 мас. % терефталевой кислоты и менее чем 25 ppm 4-карбоксибензальдегида (4-КБА). В промышленном масштабе ОТК, подходящую для использования в производстве ПЭТ, обычно получают двухстадийным способом. На первой стадии п-ксилол окисляют (например, на воздухе) в присутствии металлосодержащего катализатора (например, соли или соединения кобальта и/или марганца) с получением «неочищенной терефталевой кислоты» (НТК), как описано, например, в патенте США №2833816. На второй стадии НТК, полученную посредством указанной реакции окисления, затем очищают, поскольку ее, как правило, загрязняют примеси, такие как 4-КБА, п-толуиловая кислота и разнообразные окрашенные примеси, которые придают ТК желтоватый цвет. Для очистки НТК обычно необходимо по меньшей мере одно химическое превращение (например, гидрирование) в дополнение по меньшей мере к одной физической процедуре (например, кристаллизации, промыванию и т.д.) для получения ОТК.

Как правило, ОТК рассматривают как товарный продукт, ежегодное производство которого составляет несколько миллионов тонн, и таким образом, производители желают сократить свои расходы, чтобы довести до максимума эффективность получения ОТК. Это можно обеспечить, одновременно сокращая капитальные затраты (например, затраты на оборудование) и переменные затраты (например, затраты, связанные с утилизацией отходов, использованием исходных материалов, органического растворителя, нагреванием топлива и деминерализованной воды).

Заявка на европейский патент № ЕР-А-0962442 раскрывает способ, в котором водный маточный раствор для очистки, от которого были отделены кристаллы ОТК, направляют в охлаждающий резервуар и охлаждают для осаждения органических соединений, таких как п-толуиловая кислота. Указанные органические соединения отделяют в сепараторе от маточного раствора, который затем подвергают экстракции п-ксилолом и используют в качестве суспендирующей воды и в качестве орошающей фракции для средней части дистилляционной колонны в целях разделения уксусной кислоты и воды. Однако указанный способ охлаждения и фильтрования приводит не только к потере тепла из водного маточного раствора для очистки и, таким образом, из дистилляционной колонны; он также приводит к удалению ценных органических соединений, включая соединения, которые могут быть окислены до ТК, а также небольших количеств самой ТК из реакционной системы.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить более экономичные и эффективные способ и устройство для получения ароматических дикарбоновых кислот и, в частности, обеспечить способ и устройство, которые преодолевают вышеупомянутые недостатки. Дополнительные задачи становятся очевидными из приведенного ниже описания.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предложен способ получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающий каталитическое окисление углеводородного предшественника в органическом растворителе, включающий следующие стадии:

i) разделение отходящего газа от стадии окисления на обогащенный органическим растворителем жидкий поток и обогащенный водой паровой поток на стадии дистилляции; и

ii) отделение водного маточного раствора для очистки, содержащего органические соединения, от кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты на стадии разделения,

характеризующийся тем, что он дополнительно включает следующие стадии:

iii) перенос водного маточного раствора для очистки от стадии разделения на стадию экстракции;

iv) экстрагирование указанных органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством приведения в контакт водного маточного раствора для очистки при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С, с органической жидкостью на стадии экстракции с образованием водной фазы и органической фазы, где концентрация указанных органических соединений в водной фазе меньше, чем концентрация указанных органических соединений в водном маточном растворе для очистки; и

v) перенос водной фазы на указанную стадию дистилляции.

Стадия iii) может включать разбавление водного маточного раствора для очистки водной жидкостью (например, водой). Стадия iii) может включать нагревание водного маточного раствора для очистки. Указанные стадии могут быть включены, чтобы растворять любые твердые органические соединения, присутствующие в водном маточном растворе для очистки, которые могли бы не только вызывать закупоривание на стадии экстракции, но могли бы также вызывать потерю регулирования поверхности раздела между водной фазой и органической фазой на стадии экстракции, приводя к перемещению органической жидкости в водную фазу или наоборот. Следующая возможность предотвращения присутствия небольших количеств твердых органических соединений в водном маточном растворе для очистки, поступающем на стадию экстракции, заключается в том, что стадия iii) включает фильтрование водного маточного раствора для очистки. Однако эта возможность является менее предпочтительной, потому что она приводит к удалению органических соединений из водного маточного раствора для очистки, предотвращая извлечение указанных органических соединений в органическую фазу. Соответственно, водный маточный раствор для очистки можно переносить на стадии iii) от стадии разделения на стадию экстракции, не подвергая его промежуточной стадии охлаждения с последующей промежуточной стадией разделения, таким образом, предотвращая удаление органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством указанного механизма.

Кроме того, в настоящем изобретении предложено устройство для получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающее:

a) стадию дистилляции, выполненную с возможностью разделения отходящего газа от стадии окисления на обогащенный органическим растворителем жидкий поток и обогащенный водой паровой поток; и

b) стадию разделения, выполненную с возможностью отделения водного маточного раствора для очистки, включающего органические соединения, от кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты;

характеризующееся тем, что оно дополнительно включает:

с) стадию экстракции, выполненную с возможностью приема водного маточного раствора для очистки от стадии разделения и экстракции указанных органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством приведения в контакт водного маточного раствора для очистки при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С, с органической жидкостью с образованием водной фазы и органической фазы, где концентрация указанных органических соединений в водной фазе меньше, чем концентрация указанных органических соединений в водном маточном растворе для очистки; причем стадия экстракции выполнена с дополнительной возможностью переноса водной фазы на указанную стадию дистилляции.

Устройство может дополнительно включать средства для разбавления водной жидкостью водного маточного раствора для очистки перед его приемом на стадии экстракции. Устройство может дополнительно включать средства для нагревания водного маточного раствора для очистки перед его приемом на стадии экстракции. Указанные признаки могут быть включены для растворения любых твердых органических соединений, присутствующих в водном маточном растворе для очистки, которые могли бы не только вызывать закупоривание на стадии экстракции, но могли бы также вызывать потерю регулирования поверхности раздела между водной фазой и органической фазой на стадии экстракции, приводя к перемещению органической жидкости в водную фазу или наоборот. Следующую возможность предотвращения присутствия небольших количеств твердых органических соединений в водном маточном растворе для очистки, поступающего на стадию экстракции, представляет собой устройство, дополнительно включающее средства для фильтрования водного маточного раствор для очистки. Однако указанная возможность является менее предпочтительной, потому что она приводит к удалению органических соединений из водного маточного раствора для очистки, предотвращая возвращение указанных органических соединений в органическую фазу. Соответственно, стадия экстракции может быть выполнена с возможностью приема водного маточного раствора для очистки от стадии разделения без промежуточной стадии охлаждения с последующей промежуточной стадией разделения, таким образом, предотвращая удаление органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством указанного механизма.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что водная фаза, подходящая для возврата на стадию дистилляции, может быть экстрагирована из водного маточного раствора для очистки при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С. Настоящие способ и устройство обеспечивают повторное использование водной фазы, таким образом, уменьшая потребление воды и устраняя потенциальный выходящий поток и в то же время предотвращая капитальные и переменные затраты на осуществление промежуточных стадий охлаждения и разделения водного маточного раствора для очистки.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически представляет способ и устройство согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

В данном документе описаны разнообразные варианты реализации настоящего изобретения. Следует понимать, что признаки, описанные в каждом варианте реализации, можно сочетать с другими указанными признаками, чтобы обеспечивать дополнительные варианты реализации.

Следует понимать, что общая работа способа и устройства для получения ароматической дикарбоновой кислоты посредством каталитического окисления углеводородного предшественника в органическом растворителе хорошо известна. Например, как обсуждается выше, терефталевую кислоту, подходящую для использования в производстве ПЭТ (т.е. очищенную терефталевую кислоту) обычно получают двухстадийным способом. На первой стадии п-ксилол окисляют (например, на воздухе) в присутствии металлосодержащего катализатора (например, соли или соединения кобальта и/или марганца) с получением неочищенной терефталевой кислоты (описанные выше стадия i) и стадия а) составляют часть первой стадии). На второй стадии неочищенную терефталевую кислоту, полученную посредством указанной реакции окисления, затем очищают, чтобы удалить примеси, такие как 4-КБА и п-толуиловая кислота, и получают очищенную терефталевую кислоту (описанные выше стадия ii) и стадия b) составляют часть второй стадии). Для очистки неочищенной терефталевой кислоты обычно необходимо по меньшей мере одно химическое превращение (например, гидрирование) в дополнение по меньшей мере к одной физической процедуре (например, кристаллизации, промыванию и т.д.).

Ароматическая дикарбоновая кислота

В качестве ароматической дикарбоновой кислоты, получаемой с помощью способа и устройства согласно настоящему изобретению, предпочтительно выбирают терефталевую кислоту, ортофталевую кислоту и изофталевую кислоту. Ароматическая дикарбоновая кислота предпочтительно представляет собой терефталевую кислоту. Углеводородный предшественник представляет собой соединение, которое может быть окислено с образованием ароматической дикарбоновой кислоты. Таким образом, углеводородный предшественник, как правило, представляет собой бензол или нафталин, замещенный такими группами, как C_1-6-алкил, формил или ацетил, занимающие такие положения в замещенной карбоновой кислоте, чтобы получился желательный конечный продукт. Предпочтительный углеводородный предшественник представляет собой C_1-6-алкилзамещенный бензол, в частности, п-ксилол. Органический растворитель, как правило, представляет собой алифатическую карбоновую кислоту, такую как уксусная кислота, или смесь одной или нескольких таких алифатических карбоновых кислот и воды. Реакцию окисления можно осуществлять в любых условиях, в которых является доступным кислород; например, реакцию можно осуществлять на воздухе. Катализатор реакции, как правило, включает растворимые формы кобальта и/или марганца (например, их ацетаты), и присутствует источник брома, такой как бромистый водород, используемый в качестве промотора. Температура реакции окисления, как правило, находится в интервале примерно от 100 до 250°С, предпочтительно примерно от 150 до 220°С. Для реакции можно использовать любое традиционное давление, подходящее для поддержания реакционной смеси в жидком состоянии.

Органические соединения, которые экстрагируют из водного маточного раствора для очистки, как правило, включают собственно терефталевую кислоту, п-толуиловую кислоту, бензойную кислоту или их смесь. Каждое органическое соединение частично или полностью можно экстрагировать из водного маточного раствора для очистки. Предпочтительно органические соединения включают п-толуиловую кислоту, бензойную кислоту или их смесь.

Стадия окисления

Стадия окисления, как правило, включает окислительный реактор и осуществляет функцию каталитического окисления углеводородного предшественника в органическом растворителе, с получением, таким образом, потока продукта и отходящего газа. Поток продукта, как правило, переносят на стадию кристаллизации с образованием первой суспензии кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты и отводимого сверху пара. Первая суспензия кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, как правило, проходит на стадию разделения, где маточный раствор отделяют от кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, которые может затем смешивать с водной жидкостью с образованием второй суспензии кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты. Указанную вторую суспензию кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, как правило, переносят на установку для очистки, нагревают и подвергают гидрированию перед охлаждением с образованием суспензии кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты.

Отходящий газ от стадии окисления разделяют на стадии дистилляции на обогащенный органическим растворителем жидкий поток и обогащенный водой паровой поток. Обогащенный органическим растворителем жидкий поток от стадии дистилляции, как правило, содержит от 80 до 95 мас. % органического растворителя, и его, как правило, возвращают на стадию окисления. Обогащенный водой паровой поток от стадии дистилляции, как правило, содержит от 0,1 до 5,0 мас. % органического растворителя, и его обычно конденсируют с образованием потока конденсата и отводимого сверху газа на стадии конденсации. Часть конденсатного потока, как правило, используют в качестве источника водной жидкости, используемой для образования второй суспензии кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, упомянутой выше. Часть конденсатного потока также обычно образует источник промывочной жидкости для кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты из установки для очистки.

Стадия дистилляции

Стадия дистилляции, как правило, включает первую дистилляционную колонну. Стадия дистилляции может дополнительно включать вторую дистилляционную колонну. Предпочтительно первая и вторая дистилляционные колонны соединены последовательно. Стадия дистилляции может включать дополнительные дистилляционные колонны. Снова дополнительные дистилляционные колонны предпочтительно присоединены последовательно к первой и второй дистилляционным колоннам.

Если стадию дистилляции составляет одна дистилляционная колонна, первая дистилляционная колонна может быть выполнена с возможностью приема отходящего газа от стадии окисления и направления обогащенного органическим растворителем жидкого поток на стадию окисления и обогащенного водой парового потока на стадию конденсации. Если стадию дистилляции составляют две дистилляционные колонны, вторая дистилляционная колонна предпочтительно выполнена с возможностью приема отходящего газа от стадии окисления и направления обогащенного органическим растворителем жидкого потока на стадию окисления и обогащенного водой парового потока в первую дистилляционную колонну, которая предпочтительно выполнена с возможностью направления обогащенного водой жидкого потока во вторую дистилляционную колонну и обогащенного водой парового потока на стадию конденсации (т.е. обогащенный водой паровой поток перемещается из второй дистилляционной колонны в первую дистилляционную колонну, а затем из первой дистилляционной колонны на стадию конденсации). Если стадия дистилляции включает одну или более каких-либо дополнительных дистилляционных колонн, то одна или более дополнительных дистилляционных колонн предпочтительно выполнены с возможностью приема отходящего газа от стадии окисления и направления обогащенного органическим растворителем жидкого потока на стадию окисления и парового потока во вторую дистилляционную колонну, которая предпочтительно выполнена с возможностью направления жидкого потока в одну или более дополнительных дистилляционных колонн и обогащенного водой парового потока в первую дистилляционную колонну, которая предпочтительно выполнена с возможностью направления обогащенного водой жидкого потока во вторую дистилляционную колонну и обогащенного водой парового потока на стадию конденсации (т.е. обогащенный водой паровой поток перемещается из одной или более дополнительных дистилляционных колонн во вторую дистилляционную колонну, а затем из второй дистилляционной колонны в первую дистилляционную колонну, а затем из первой дистилляционной колонны на стадию конденсации).

Одна или более дистилляционных колонн, как правило, представляют собой работающие при повышенном давлении дистилляционные колонны, которые также известны как ректификационные колонны. Одна или более дистилляционных колонн, как правило, включают множество ступеней, известных в технике как теоретические ступени, в качестве которых могут присутствовать тарелки, такой как ситовые, клапанные или колпачковые тарелки, структурированные насадки или другие подходящие структуры, которые обеспечивают поверхности для массопереноса между газовой и жидкой фазами внутри одной или более колонн.

Водную фазу от стадии экстракции можно переносить в верхнюю часть первой дистилляционной колонны. Таким образом, если первая дистилляционная колонна включает множество теоретических ступеней, водную фазу можно переносить на верхнюю теоретическая ступень первой дистилляционной колонны. Соответственно, если первая дистилляционная колонна включает по меньшей мере 10 теоретических ступеней, по меньшей мере 20 теоретических ступеней, по меньшей мере 30 теоретических ступеней или по меньшей мере 40 теоретических ступеней, водную фазу можно переносить на одну из верхних 8 теоретических ступеней, или на одну из верхних 5 теоретических ступеней, или на одну из верхних 2 теоретических ступеней первой дистилляционной колонны. Предпочтительно водную фазу переносят на верхнюю теоретическую ступень первой дистилляционной колонны. Аналогично, если первая дистилляционная колонна включает множество тарелок, водную фазу можно переносить на верхнюю тарелку первой дистилляционной колонны. Соответственно, если первая дистилляционная колонна включает по меньшей мере 20, по меньшей мере 30, по меньшей мере 40, по меньшей мере 50 тарелок, по меньшей мере 60 тарелок или по меньшей мере 70 тарелок, водную фазу можно переносить на одну из верхних 10 тарелок, или на одну из верхних 5 тарелок, или на одну из верхних 2 тарелок первой дистилляционной колонны. Предпочтительно водную фазу переносят на верхнюю тарелку первой дистилляционной колонны. Осуществляемая экстракция водного маточного раствора для очистки уменьшает или устраняет присутствие твердых органических соединений в водной фазе, допуская, таким образом, ее перенос на верхнюю ступень и/или тарелку первой дистилляционной колонны. Соответственно, необязательным является включение дополнительных ступеней и/или тарелок в первую дистилляционную колонну для удаления указанных твердых веществ в целях предотвращения загрязнения обогащенного водой парового потока. Таким образом, предотвращаются капитальные затраты, связанные с такими дополнительными ступенями и/или тарелками.

Стадия разделения

Стадия разделения может включать сепаратор, такой как центрифуга или фильтр. Предпочтительный фильтр представляет собой ротационный фильтр, который обеспечивает преимущество возможного осуществления ряда технологических стадий внутри единственного предмета оборудования. В частности, ротационный фильтр можно использовать, чтобы отделять суспензию кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты от водного маточного раствора для очистки перед тем, как подвергнуть кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты последующей обработке (например, промыванию и высушиванию), а затем выпустить их.

Как правило, фильтр используют на стадии разделения, и кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты промывают на фильтре промывочной жидкостью, которая может быть получена из конденсатного потока от стадии конденсации (т.е., промывочную жидкость, в конечном счете, получают из обогащенного водой парового потока от стадии дистилляции). Промывочную жидкость можно затем объединять с водным маточным раствором для очистки, который переносят на стадию экстракции. Как упомянуто выше, водный маточный раствор для очистки можно разбавлять, используя другие водные жидкие потоки (например, водные потоки) перед поступлением на стадию экстракции, например, посредством объединения водного маточного раствора для очистки с указанными потоками в сборном барабане.

На чистоту кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты, полученной на стадии разделения, влияют содержание органических соединений в конденсатном потоке от стадии конденсации (поскольку указанный конденсатный поток, как правило, используют в качестве источника водной жидкости, используемой для образования второй суспензии кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, упомянутой выше, и/или в качестве источника промывочной жидкости для кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты), а также чистота первой суспензии кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, упомянутой выше, на которую, в свою очередь, влияют условия на стадии окисления. Например, п-толуиловая кислота представляет собой обычную примесь в кристаллах ОТК. П-толуиловую кислоту непосредственно получают путем окисления п-ксилола на стадии окисления, а также ее получают путем гидрирования еще одной примеси, которая присутствует в НТК, а именно 4-КБА, в установке для очистки. Уровень 4-КБА в НТК и, таким образом, уровень п-толуиловой кислоты в ОТК можно снижать посредством осуществления реакции окисления в более жестких условиях (например, при повышенной температуре). Однако указанные условия приводят к повышенному разложению п-ксилола, представляющего собой исходное вещество, и уксусной кислоты, представляющей собой растворитель, и, таким образом, увеличиваются переменные затраты, связанные с исходными веществами.

Способ и устройство согласно настоящему изобретению осуществляют экстракцию водного маточного раствора для очистки, который поступает на стадию дистилляции, чтобы снижать уровни органических соединений (таких как п-толуиловая кислота) в обогащенном водой паровом потоке, который проходит от стадии дистилляции на стадию конденсации, и, таким образом, снижать уровни указанных органических соединений в конденсатном потоке от стадии конденсации. Часть конденсатного потока, как правило, используют в качестве источника водной жидкости, используемой для образования второй суспензии кристаллов неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты, упомянутой выше, и часть конденсатного потока также обычно образует источник промывочной жидкости для кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты из установки для очистки. Соответственно, можно повышать чистоту кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты, получаемой из установки для очистки, и/или можно повышать эффективность промывочной жидкости в отделении нежелательных органических соединений (таких как п-толуиловая кислота) от кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты. Таким образом, способ и устройство согласно настоящему изобретению обеспечивают достижение заданных характеристик чистоты кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты (например, ОТК, содержащей менее чем 200 ppm п-толуиловой кислоты) в более мягких условиях реакции окисления, например, повышенное содержание 4-КБА в НТК может быть допустимо в случае способа и устройства согласно настоящему изобретению.

Стадия экстракции

Стадия экстракции может включать экстрактор, такой как экстракционная колонна. Аналогично одной или более дистилляционным колоннам, экстракционная колонна включает множество теоретических ступеней, в качестве которых могут присутствовать тарелки, такие как ситовые, клапанные или колпачковые тарелки, неупорядоченные или структурированные насадки или другие подходящие структуры, которые обеспечивают поверхности для массопереноса между двумя жидкими фазами внутри колонны. Являются предпочтительными структурированные насадки, которые могут присутствовать в форме тонких гофрированных металлических листов, имеющих перекрестное расположение для создания проточных каналов, таким образом, что их пересечения создают точки смешивания двух жидких фаз.

Водный маточный раствор для очистки, как правило, поступает в верхнюю часть экстракционной колонны, в то время как органическая жидкость, используемая на стадии экстракции, как правило, поступает в нижнюю часть экстракционной колонны. Водную фаза, как правило, выводят из нижней части экстракционной колонны, в частности, со дна колонны. Органическую фазу, как правило, выводят из верхней части экстракционной колонны, в частности, из верха колонны.

Органическую жидкость можно нагревать перед ее контактом с водным маточным раствором для очистки. Это уменьшает или устраняет осаждение органических соединений из водного маточного раствора для очистки и увеличивает разность плотностей между органической фазой и водной фазой и тем самым уменьшает площадь поперечного сечения, требуемую для работы экстракционной колонны. Нагревание органической жидкости, как правило, осуществляют посредством переноса тепла от других технологических потоков (например, водных потоков) к органической жидкости в одном или более теплообменниках. Органическую жидкость можно нагревать до точно или приблизительно такой же температуры, как температура водного маточного раствора для очистки. Соответственно, органическую жидкость можно нагревать до температуры, составляющей по меньшей мере 90°С, по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 110°С, по меньшей мере 120°С, по меньшей мере 130°С, по меньшей мере 140°С или по меньшей мере 150°С и, как правило, менее 200°С, перед ее контактом с водным маточным раствором для очистки. Органическая жидкость предпочтительно содержит углеводородный предшественник. Например, если ароматическая дикарбоновая кислота представляет собой терефталевую кислоту, органическая жидкость может содержать п-ксилол. Предпочтительно органическую фазу переносят соответствующим образом от стадии экстракции на стадию окисления, без прохождения какой-либо из других стадий, таких как стадия дистилляции, обсуждаемых в настоящем документе; например, органическую фазу не переносят на стадию окисления через стадию дистилляции. Соответственно, органическую фазу можно переносить непосредственно от стадии экстракции на стадию окисления. Таким образом, ценные органические соединения, включая соединения, которые могут быть окислены до ароматической дикарбоновой кислоты, а также небольшие количества самой ароматической дикарбоновой кислоты не теряют из реакционной системы, но возвращают на стадию окисления, уменьшая переменные затраты.

Водный маточный раствор для очистки находится при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С, когда он вступает в контакт с органической жидкостью на стадии экстракции. Водный маточный раствор для очистки может находиться при температуре, составляющей по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 110°С, по меньшей мере 120°С, по меньшей мере 130°С, по меньшей мере 140°С или по меньшей мере 150°С и, как правило, менее 200°С, когда он вступает в контакт с органической жидкостью на стадии экстракции. Как правило, водный маточный раствор для очистки находится при температуре, составляющей приблизительно 150°С, когда он вступает в контакт с органической жидкостью на стадии экстракции. Как упомянуто выше, водный маточный раствор для очистки можно переносить от стадии разделения на стадию экстракции, не подвергая его промежуточной стадии охлаждения с последующей промежуточный стадией разделения (т.е., отсутствует предусмотренное охлаждение водного маточного раствора для очистки с использованием предмета оборудования, предназначенного для этой цели). Тем не менее, температура водного маточного раствора для очистки может снижаться (снижение составляет, например, до 5°С) между стадией разделения и стадией экстракции посредством обычных процессов потери тепла (например, из соединительных трубопроводов). Как упомянуто выше, водный маточный раствор для очистки можно нагревать перед поступлением на стадию экстракции, например, посредством переноса тепла к водному маточному раствору для очистки в одном или более теплообменниках. Как упомянуто выше, водный маточный раствор для очистки можно разбавлять водной жидкостью (например, водой) перед поступлением на стадию экстракции.

В настоящем документе термин «кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты» означает кристаллы ароматической дикарбоновой кислоты, которая была подвергнута процессу очистки, который, как упомянуто выше, как правило, включает по меньшей мере одно химическое превращение (например, гидрирование) в дополнение по меньшей мере к одной физической процедуре (например, кристаллизации, промыванию и т.д.). Соответственно, кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты (например, кристаллы ОТК) предпочтительно содержат менее 200 ppm п-толуиловой кислоты, менее 190 ppm п-толуиловой кислоты, менее 180 ppm п-толуиловой кислоты, менее 170 ppm п-толуиловой кислоты, менее 160 ppm п-толуиловой кислоты или менее 150 ppm п-толуиловой кислоты.

Настоящее изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на чертеж.

Фиг. 1 схематически представляет способ и устройство согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. В окислительный реактор 10 загружают водный органический растворитель (предпочтительно водный раствор уксусной кислоты), катализатор реакции и воздух (впуски не показаны на чертеже), а также углеводородный предшественник (предпочтительно п-ксилол) из органического потока 70с. Отходящий газ 10а проходит из окислительного реактора 10 во вторую дистилляционную колонну 24, которая совместно с первой дистилляционной колонной 22 образует стадию дистилляции 20. Обогащенный органическим растворителем жидкий поток 24а проходит из второй дистилляционной колонны 24 в окислительный реактор 10. Обогащенный водой паровой поток 24b проходит из второй дистилляционной колонны 24 в первую дистилляционную колонну 22. Обогащенный водой жидкий поток 22а проходит из первой дистилляционной колонны 22 во вторую дистилляционную колонну 24. Обогащенный водой паровой поток 22b проходит из первой дистилляционной колонны 22 на стадию конденсации 30, которая включает один или более конденсаторов.

Поток продукта 10b проходит из окислительного реактора 10 на стадию кристаллизации 40, которая включает один или более кристаллизаторов. Поток суспензии неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты 40а проходит от стадии кристаллизации 40 до установки для очистки 50, в который кристаллы неочищенной ароматической дикарбоновой кислоты отделяют от полученного при окислении маточного раствора, повторно суспендируют в конденсатном потоке 30а от стадии конденсации 30 и направляют в реактор гидрирования и один или более кристаллизаторов. Поток суспензии очищенной ароматической дикарбоновой кислоты 50а проходит из установки для очистки 50 в сепаратор 60, в котором кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты промывают конденсатным потоком 30b от стадии конденсации 30. Получают поток кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты 60а.

Водный маточный раствор для очистки поток 60b проходит из сепаратора 60 в верхнюю часть экстракционной колонны 70. Поток органической жидкости (предпочтительно п-ксилол) 70а направляют в нижнюю часть экстракционной колонны 70. Водный поток 70b выпускают из нижней части экстракционной колонны 70 и направляют на верхнюю ступень первой дистилляционной колонны 22. Органический поток 70с выпускают из верхней части экстракционной колонны 70 и направляют в окислительный реактор 10.

Настоящее изобретение дополнительно иллюстрирует следующий иллюстративный пример, который не предназначен для ограничения объема изобретения, описанного и заявленного в настоящем документе.

Примеры

Пример 1

Колонну, имеющую диаметр 2 дюйма (примерно 50 мм) и содержащую структурированную насадку из нержавеющей стали длиной 4 м, использовали, чтобы моделировать экстракционную колонну, используемую согласно настоящему изобретению. Водный исходный поток, представляющий собой водный маточный раствор для очистки, направляли в верхнюю часть колонны, и исходный поток п-ксилол направляли в нижнюю часть колонны, оба посредством соответствующих распределителей. Потоки внутри колонны имели противоположные направления. Колонна работала при атмосферном давлении. Поток водного продукта выводили из нижней части колонны. Измеренные составы, скорости потоков и температуры каждого потока представлены в таблице 1.

Изобретение относится к способу получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающему каталитическое окисление углеводородного предшественника в органическом растворителе, включающему следующие стадии: i) разделение отходящего газа от стадии окисления на обогащенный органическим растворителем жидкий поток и обогащенный водой паровой поток на стадии дистилляции; и ii) отделение водного маточного раствора для очистки, содержащего органические соединения, от кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты на стадии разделения, характеризующемуся тем, что способ дополнительно включает следующие стадии: iii) перенос водного маточного раствора для очистки от стадии разделения на стадию экстракции; iv) экстрагирование указанных органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством приведения в контакт водного маточного раствора для очистки при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С, с органической жидкостью на стадии экстракции с образованием водной фазы и органической фазы, где концентрация указанных органических соединений в водной фазе меньше, чем концентрация указанных органических соединений в водном маточном растворе для очистки; и v) перенос водной фазы на указанную стадию дистилляции. Кроме того, в настоящем изобретении предложено устройство для осуществления указанного способа. Способ позволяет экстрагировать дополнительные химические соединения. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр., 1 ил.

1. Способ получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающий каталитическое окисление углеводородного предшественника в органическом растворителе, включающий следующие стадии:

i) разделение отходящего газа от стадии окисления на обогащенный органическим растворителем жидкий поток и обогащенный водой паровой поток на стадии дистилляции; и

ii) отделение водного маточного раствора для очистки, содержащего органические соединения, от кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты на стадии разделения,

характеризующийся тем, что способ дополнительно включает следующие стадии:

iii) перенос водного маточного раствора для очистки от стадии разделения на стадию экстракции;

iv) экстрагирование указанных органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством приведения в контакт водного маточного раствора для очистки при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С, с органической жидкостью на стадии экстракции с образованием водной фазы и органической фазы, где концентрация указанных органических соединений в водной фазе меньше, чем концентрация указанных органических соединений в водном маточном растворе для очистки; и

v) перенос водной фазы на указанную стадию дистилляции.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий нагревание органической жидкости перед ее контактом с водным маточным раствором для очистки.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором стадия iii) дополнительно включает разбавление водного маточного раствора для очистки водной жидкостью.

4. Способ по любому предшествующему пункту, в котором стадия iii) дополнительно включает нагревание водного маточного раствора для очистки.

5. Способ по любому предшествующему пункту, в котором водный маточный раствор для очистки переносят на стадии iii) от стадии разделения на стадию экстракции без осуществления промежуточной стадии охлаждения с последующей промежуточной стадией разделения.

6. Способ по любому предшествующему пункту, в котором стадия дистилляции включает первую дистилляционную колонну.

7. Способ по п. 6, в котором стадия дистилляции дополнительно включает вторую дистилляционную колонну, причем первая и вторая дистилляционные колонны соединены последовательно.

8. Способ по п. 6 или 7, в котором водную фазу переносят на стадии v) в верхнюю часть первой дистилляционной колонны.

9. Способ по п. 8, в котором первая дистилляционная колонна включает множество теоретических ступеней и водную фазу переносят на стадии v) на верхнюю теоретическую ступень первой дистилляционной колонны.

10. Способ по п. 8 или 9, в котором первая дистилляционная колонна включает множество тарелок и водную фазу переносят на стадии v) на верхнюю тарелку первой дистилляционной колонны.

11. Способ по любому предшествующему пункту, в котором стадия экстракции включает экстракционную колонну.

12. Способ по п. 11, в котором экстракционная колонна содержит структурированную насадку.

13. Способ по любому предшествующему пункту, в котором органическая жидкость содержит углеводородный предшественник.

14. Способ по любому предшествующему пункту, дополнительно включающий следующую стадию:

vi) перенос органической фазы на стадию окисления.

15. Способ по любому предшествующему пункту, в котором органическая жидкость содержит п-ксилол.

16. Способ по любому предшествующему пункту, в котором ароматическая дикарбоновая кислота представляет собой терефталевую кислоту.

17. Способ по любому предшествующему пункту, в котором указанные органические соединения включают п-толуиловую кислоту, терефталевую кислоту, бензойную кислоту или их смесь.

18. Способ по п. 17, в котором кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты включают 200 ppm или менее п-толуиловой кислоты.

19. Устройство для получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающее:

а) стадию дистилляции, выполненную с возможностью разделения отходящего газа от стадии окисления на обогащенный органическим растворителем жидкий поток и обогащенный водой паровой поток; и b) стадию разделения, выполненную с возможностью отделения водного маточного раствора для очистки, содержащего органические соединения, от кристаллов очищенной ароматической дикарбоновой кислоты;

характеризующееся тем, что устройство дополнительно включает:

c) стадию экстракции, выполненную с возможностью приема водного маточного раствора для очистки от стадии разделения и экстракции указанных органических соединений из водного маточного раствора для очистки посредством приведения в контакт водного маточного раствора для очистки при температуре, составляющей по меньшей мере 90°С, с органической жидкостью с образованием водной фазы и органической фазы, где концентрация указанных органических соединений в водной фазе меньше, чем концентрация указанных органических соединений в водном маточном растворе для очистки; где стадия экстракции выполнена с дополнительной возможностью переноса водной фазы на указанную стадию дистилляции.

20. Устройство по п. 19, дополнительно включающее средства для нагревания органической жидкости перед ее контактом с водным маточным раствором для очистки.

21. Устройство по п. 19 или 20, дополнительно включающее средства для разбавления водной жидкостью водного маточного раствора для очистки перед его приемом на стадию экстракции.

22. Устройство по любому из пп. 19-21, дополнительно включающее средства для нагревания водного маточного раствора для очистки перед его приемом на стадию экстракции.

23. Устройство по любому из пп. 19-22, в котором стадия экстракции выполнена с возможностью приема водного маточного раствора для очистки от стадии разделения без промежуточной стадии охлаждения с последующей промежуточной стадией разделения.

24. Устройство по любому из пп. 19-23, в котором стадия дистилляции включает первую дистилляционную колонну.

25. Устройство по п. 24, в котором стадия дистилляции включает вторую дистилляционную колонну, причем первая и вторая дистилляционные колонны соединены последовательно.

26. Устройство по п. 24 или 25, в котором стадия экстракции выполнена с возможностью переноса водной фазы в верхнюю часть первой дистилляционной колонны.

27. Устройство по п. 26, в котором первая дистилляционная колонна включает множество теоретических ступеней и стадия экстракции выполнена с возможностью переноса водной фазы на верхнюю теоретическую ступень первой дистилляционной колонны.

28. Устройство по п. 26 или 27, в котором первая дистилляционная колонна включает множество тарелок и стадия экстракции выполнена с возможностью переноса водной фазы на верхнюю тарелку первой дистилляционной колонны.

29. Устройство по любому из пп. 19-28, в котором стадия экстракции включает экстракционную колонну.

30. Устройство по п. 29, в котором экстракционная колонна содержит структурированную насадку.

31. Устройство по любому из пп. 19-30, в котором органическая жидкость содержит углеводородный предшественник для образования ароматической дикарбоновой кислоты.

32. Устройство по любому из пп. 19-31, в котором стадия экстракции выполнена с возможностью переноса органической фазы на стадию окисления.

33. Устройство по любому из пп. 19-32, в котором органическая жидкость содержит п-ксилол.

34. Устройство по любому из пп. 19-33, в котором ароматическая дикарбоновая кислота представляет собой терефталевую кислоту.

35. Устройство по любому из пп. 19-34, в котором указанные органические соединения включают п-толуиловую кислоту, терефталевую кислота, бензойную кислоту или их смесь.

36. Устройство по п. 35, в котором кристаллы очищенной ароматической дикарбоновой кислоты содержат 200 ppm или менее п-толуиловой кислоты.