CN102933539A - 从浆中分离羧酸(比如对苯二酸)的方法和系统 - Google Patents

Abstract

描述了用于从溶剂中的浆分离羧酸的方法，包括以下步骤：将包含羧酸晶体的浆供给至过滤器，其在压力下和高于溶剂常压沸点的温度下操作；将惰性气体与溶剂混合；将所述惰性气体和溶剂混合物供给至所述过滤器；以及去除经分离的晶体的滤饼；其中，不将从过滤器去除的惰性气体再循环。也描述了用于从溶剂中的浆分离羧酸晶体的系统，包括：压滤装置，具有用于羧酸晶体滤饼的浆入口和出口的；将惰性气体和溶剂混合的工具；向压滤器供给所述惰性气体和溶剂混合物的工具；其中，所述压滤装置配置为在压力下和高于溶剂常压沸点的温度下操作；并且其中，所述系统不包括使从所述过滤器中去除的惰性气体再循环的工具。

Description

从浆中分离羧酸(比如对苯二酸)的方法和系统

本发明涉及从溶剂中分离羧酸晶体，优选地分离芳香族羧酸晶体的方法和用于所述分离的系统。更具体地，本发明涉及从溶剂中分离对苯二酸晶体的方法和用于所述分离的系统。如果对苯二酸晶体为粗对苯二酸晶体，则它们通常从乙酸中分离。如果对苯二酸晶体为纯对苯二酸晶体，则它们通常从水中分离。本发明还涉及从溶剂中分离间苯二酸晶体的方法和用于所述分离的系统。

典型地，通过氧化对-二甲苯以生产粗对苯二酸。在催化剂存在下，利用乙酸作为溶剂进行氧化。溶液以逐步冷却方式使对苯二酸结晶。对苯二酸必须从乙酸溶剂中去除，这通常利用旋转真空过滤器进行，随后通过干燥步骤去除残留水分。US2002/0003117描述了旋转真空过滤器的实例。如以下更详细的讨论，在真空过滤器中气体吹过滤饼，气体和滤液一同离开过滤器。

为避免滤液闪蒸(flash)，在其通过滤饼和滤布时，过滤器在相对低的温度下运行。对于粗对苯二酸，温度约为90°C。

典型地，离开过滤器的气体首先被冷却以使从滤液蒸发成气体的乙酸蒸气冷凝。之后，气体从冷凝的乙酸中分离。过滤器和相关气体的流程图在图1所示。

在图示的设备中，粗对苯二酸在乙酸中的浆在管线1中被供给至旋转真空过滤器2。分别在管线3和4中将逆吹(blowback)气体和套管气体(casing gas)供给至旋转真空过滤器2。湿滤饼在管线5中去除。

滤液和气体在管线6中去除并被传送至气/液分离器7。分离的滤液经泵9在管线8中去除。气体在管线10中去除，在经真空泵13传送至第二气/液分离器12之前在冷凝器11中冷却。从第二气/液分离器12去除的液体在管线14中经泵15抽吸，一部分经管线20与离开系统的滤液在管线8中结合，并且结合流在管线21中去除。残留物经液环式冷却器17和真空泵13在管线16中循环至第二气/液分离器12。来自第二气/液分离器12的气体经管线18返回至旋转真空过滤器2，在管线18中部分气体被分开在管线4中作为套管气体供给和剩余的部分在管线3中作为逆吹气体供给。在管线19中增加补充气(make up gas)并在管线22中排出弛放气(purge)。循环系统的动力驱动力通常由液环式真空泵13提供。

通常系统中所用的气体为惰性气体且通常包括氮气。其它成分，比如氧气和二氧化碳也可存在。

可用类似的方法从水中分离纯对苯二酸。分离通常在两个阶段发生，第一阶段在离心机发生，第二阶段在旋转真空过滤器发生。在第二阶段，旋转真空过滤器与上述具有相同的气体循环模式。

流经滤饼和滤布的气体量是显著的。利用纯氮气是非常昂贵的，因此典型地从形成粗对苯二酸的反应器中提供气体。在传送至旋转真空过滤器之前，净化（clean up）从反应器中去除的气体以去除一氧化碳和有机化合物。如果不以该方式利用反应器尾气，通常它会在尾气膨化机中膨胀以此产生能量。因此，用于旋转真空过滤器的去除的尾气量表示产生的能量损耗，会影响系统的效率。因此有一种经济驱动器将惰性气体的消耗减至最小以使可用于产生能量的气体量最大化。

为了满足减少所需气体量最小化的要求，利用上述再循环系统。为部分干燥洗涤后的湿滤饼，这是提供所需惰性气流的最经济的方式。

然而，这种再循环气体系统需要提供几项设备，包括分离器容器、冷凝器、真空泵和附属管道。因为工厂通常包括一个以上旋转真空过滤器(在典型的纯对苯二酸工厂通常有两个)，必须将用于再循环系统的设备提供给每个旋转真空过滤器。因此传统再循环系统的存在显著增加了工厂的资金成本。

由于真空泵非常昂贵，使问题加剧。另外，因为真空泵消耗大量电能，所以操作真空过滤器和气体再循环系统具有高的操作成本。

另一个问题是真空泵往往不可靠。因为每次洗涤过滤器时必须将泵停止和重新启动，每天至少一至两次，使问题加剧。

在WO 93/24440中描述了生产纯化对苯二酸的另一方法。在此方法中粗对苯二酸的水溶液进行加氢以减少杂质。将得到的溶液结晶以在水溶液中生产纯化的对苯二酸浆。之后通过带式过滤系统，在加压下进行分离和洗涤对苯二酸的集成方法。然而，该设备仍然需要惰性气体的再循环系统；因此很明显地需要可观的气体体积。

因此希望减少过滤器的气体消耗，从而不需要再循环气体系统。

本发明提供用于从溶剂中的浆分离羧酸的方法，包括以下步骤：

将包含羧酸晶体的浆供给至过滤器，其在压力下和高于所述溶剂常压沸点的温度下操作；

将惰性气体与溶剂混合；

将所述惰性气体和溶剂供给至所述过滤器；以及

去除经分离的晶体的滤饼；

其中，不将从所述过滤器去除的惰性气体再循环。

根据本发明的第二方面，提供用于从溶剂中的浆分离羧酸晶体的系统，包括：

压滤装置，具有用于羧酸晶体滤饼的浆入口和出口；

将惰性气体和溶剂混合的工具；

向压滤器供给所述惰性气体和溶剂的工具；

其中，所述压滤装置配置为在压力下和高于溶剂常压沸点的温度下操作；并且

其中，系统不包括使从所述过滤器中去除的惰性气体再循环的工具。

本发明的方法和系统适用于任何结晶的羧酸。它尤其适用于芳香族羧酸。尤其是，适用于从乙酸中浆分离粗对苯二酸或从水中浆分离纯对苯二酸。对于“纯对苯二酸”，我们是指对苯二酸经过至少进行一种纯化方法且因此比从在其中形成的反应器中去除的粗对苯二酸更纯化。它也适用于分离包括纯间苯二酸或粗间苯二酸的浆。

可应用任何适合的压滤器，特别优选的是旋转压滤器。

与过滤浆需要冷却的真空系统不同，由于应用压滤器，压滤器在高于溶剂常压沸点的温度和压力下操作。比如，该方法涉及从乙酸中分离粗对苯二酸，过滤器在高于乙酸大气压沸点的温度下操作。类似地，该方法涉及从水中分离纯对苯二酸，过滤器在高于水在大气压下的沸点的温度下操作。

过滤器操作的温度和压力取决于待分离的晶体。在一个设备中，其特别适用于那些粗对苯二酸晶体，过滤器的温度可为110°C至约160°C且压力为2bara至5bara(绝压)。特别优选温度在约135°C至约145°C区间。在一个设备中，预分离的是那些纯对苯二酸晶体，过滤器的温度可从125°C至约160°C且压力从2bara至5bara。特别优选温度在约145°C至约150°C区间。

本发明的方法和系统中，惰性气体和溶剂的混合可减少所需惰性气体的量从而不再需要再循环系统。因此可以理解本发明的方法允许气体用于“一过式”（once pass）设备中。因此减少了本方法和系统的资金和操作成本，解决了现有技术设备的问题。

另外，因所需的惰性气体的量实质性被减少，反应器中用于过滤器的尾气量减到最小，因此使传送至膨化机以产生能量的气体量最大化，进一步增加了系统的经济性。

可应用任何适合的惰性气体。通常，氮气为优选的惰性气体。其可作为从产生羧酸的反应器中的一部分尾气，或从不同来源中提供。

对于“混合”，我们是指在气体通过滤饼前，将气体和溶剂混合。混合可发生在过滤器外壳外或过滤器外壳内。在另外的设备中，所需溶剂总量的一部分可在过滤器外壳外与惰性气体混合。所需溶剂的残留物可添加到过滤器外壳内。

可将任何合适量的溶剂与惰性气体混合。在一设备中，惰性气体以溶剂饱和。在一可选设备中，得到的混合物包括约50%惰性气体和约50%溶剂至约10%惰性气体和约90%溶剂。在一优选设备中，向过滤器供给的混合物将包括约20%惰性气体和约80%溶剂。

溶剂可以气体形式提供并与惰性气体混合。在一可选设备中，溶剂以液体形式提供，并在与惰性气体混合时蒸发，从而向过滤器供给气体混合物。其中溶剂作为液体添加，加热惰性气体会引起溶剂蒸发。然而，如需要可提供其它的加热方法。

与惰性气体混合的溶剂取决于添加到过滤器上的形成羧酸晶体浆的溶剂。通常溶剂与其中形成晶体浆的溶剂相同。可选的，溶剂可以不同，但通常互溶。因此，其中浆是乙酸中的粗对苯二酸，与惰性气体混合的溶剂优选为乙酸。类似地，其中浆是水中的纯对苯二酸，与惰性气体混合的溶剂优选为水。

在该方法中，所供给的惰性气体是可其它地方回收，在某些情况下，其也包括一些所需的溶剂蒸气。

以下将结合附图以实施例方式对本发明进行描述：

图1为现有技术中方法和系统的示意图；

图2为本发明中方法和系统的一个设备的示意图；

图3为本发明中方法和系统的一个可选设备的示意图；以及

图4为说明从上游过程提供气体的示意图。

本领域技术人员应当理解该图为示意性的，商业化工厂进一步需要其它设备如回流鼓、泵、真空泵、压缩机、循环气体压缩机、温度传感器、压力传感器、泄压阀、控制阀、流量控制器、液位控制器、收集槽、储槽等。提供这些辅助设备不构成本发明的一部分，而且与传统的化学工程实践一致。

例如，本发明方法和系统将参照从乙酸中分离对苯二酸来描述。如图2所示，乙酸中的对苯二酸浆在管线30中传送至旋转压滤器31，其中在压力下从乙酸中分离对苯二酸晶体。在管线32中引入逆吹气体并在管线33中引入套管气体。在管线34中去除滤液和气体。在管线35中去除对苯二酸晶体滤饼，并继续进行处理。滤饼的运行方向如箭头T所示。管线32中的逆吹气体和管线33中的套管气体由管线36供给的惰性气体形成，其与管线37供给的溶剂混合。通常将溶剂加热并在添加到惰性气体前蒸发。可选地，在加热至高于溶剂沸点的所需温度前，将气体和溶剂混合。

在管线34中去除的滤液和气体传送至气/液分离器38。气体作为弛放气在管线39中去除且滤液经泵41在管线40中去除。

由此可见从图1所示的现有技术设备中，设备要求实质性降低。

如图3所示的可选设备。对应设备用相同的数字表示。在此设备中，溶剂未在管线36中添加至惰性气体中，但在管线42中向过滤器外壳供给，从而溶剂蒸气和惰性气体的混合在外壳内发生。

应当理解此方法包括图2和3所示的设备的结合，其中溶剂蒸气添加至管线37和管线42中。

惰性气体和/或蒸气可在反应流程图的上游供给。如图4所示的实施例。对二甲苯在反应器50中氧化生成粗对苯二酸，其在管线51中传送至结晶区52。晶体经泵54在管线52中去除并传送至滤料桶(filter feeddrum)55。其从那里经泵56在管线1中传送至旋转压滤器2。作为套管气体的惰性气体可在管线57中引入至结晶区52，在那里其载入乙酸蒸气。合并的惰性气体和乙酸蒸气在管线58中传送至过滤器2。应当理解另选地或可选的，该气流可作为逆吹气体。类似地，另外的蒸气和/或惰性气体可根据需要供给。

实施例1和对比实施例2

制备对苯二酸的制备方法，在实施例1中，粗酸作为乙酸中的浆传送至本发明使用旋转压滤器的系统，以及在对比例2中传送至现有技术中使用旋转真空过滤器的系统。

在实施例1中，过滤器在有0.5压差的3.5bara下操作。135°C下气体流速为7835kg/hr。气体组成为25%氮气和75%乙酸。所需氮气流速为1950kg/hr。

在对比实施例2中，过滤器在0.5压差的1.1bara下操作。在55°C下气体流速为7200kg/hr。气体组成为75%氮气和25%乙酸。所需氮气流速为5400kg/hr。

由此可看出，本发明使所需惰性气体流速减少了64%。

Claims (13)

1.用于从溶剂中的浆分离羧酸的方法，包括以下步骤：

将包含羧酸晶体的浆供给至过滤器，其在压力下和高于所述溶剂常压沸点的温度下操作；

将惰性气体与溶剂混合；

将所述惰性气体和溶剂混合物供给至所述过滤器；以及

去除经分离的晶体的滤饼；

其中，不将从所述过滤器去除的惰性气体再循环。

2.用于从溶剂中的浆分离羧酸晶体的系统，包括：

压滤装置，具有用于羧酸晶体滤饼的浆入口和出口；

将惰性气体和溶剂混合的工具；

向压滤器供给所述惰性气体和溶剂混合物的工具；

其中，所述压滤装置配置为在压力下和高于所述溶剂常压沸点的温度下操作；并且

其中，所述系统不包括使从所述过滤器中去除的惰性气体再循环的工具。

3.如权利要求1所述的方法或权利要求2所述的系统，其中所述羧酸为芳香族羧酸。

4.如权利要求3所述的方法或系统，其用于从其浆中分离粗对苯二酸或纯对苯二酸。

5.如权利要求3所述的方法或系统，其用于从其浆中分离粗间苯二酸或纯间苯二酸。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的方法或系统，其中所述压滤器为旋转压滤器。

7.如权利要求1-6任一权利要求所述的方法或系统，其中所述惰性气体包括氮气。

8.如权利要求1-7任一权利要求所述的方法或系统，其中所述惰性气体从所述羧酸的生产方法中提供。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的方法或系统，其中所述气体在所述过滤器外壳外和/或所述过滤器外壳内与所述溶剂混合。

10.如权利要求1-9任一权利要求所述的方法或系统，其中所述惰性气体以溶剂饱和。

11.如权利要求1-10任一权利要求所述的方法或系统，其中所述混合物包含约50%惰性气体和约50%溶剂至约10%惰性气体和约90%溶剂。

12.如权利要求1-10任一权利要求所述的方法或系统，其中所述混合物包含约20%惰性气体和约80%溶剂。

13.如权利要求1-12任一权利要求所述的方法或系统，其中所述溶剂为气体形式。

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