专利名称：结晶纯对苯二甲酸的改进方法
技术领域：
本发明涉及一种生产纯化对苯二甲酸的方法，更特别地，涉及一种从对苯二甲酸水溶液中结晶纯化对苯二甲酸结晶的改进方法。
纯化过程通常包括将CTA与一种水介质混合，在低温下形成一种CTA淤浆。该CTA淤浆通过多种方式加热使对苯二甲酸溶解于水介质中并由此得到一种对苯二甲酸水溶液，然后，该水溶液在高温高压下，优选在一种催化剂存在下与氢气接触，在还原条件下化学还原至少一部分杂质。氢气处理后，对苯二甲酸溶液进行晶化过程，在此过程中溶液的温度和压力降低，从而得到PTA结晶，之后回收之。
晶化过程的一个重要的特征是，PTA结晶与仍溶于液体中的杂质分离，以在下游工艺中回收纯PTA。美国专利3931305和WO9941225描述了制备高纯PTA结晶的每一个晶化容器的操作温度，但这些温度条件限制了能从晶化阶段回收的能量的量，因此增加了对苯二甲酸工艺的操作成本。
晶化过程的另一个重要的特征在于控制PTA结晶的颗粒大小。美国专利5567842描述了两级晶化中晶化容器操作温度范围和搅拌器设计详图，其特点在于控制PTA结晶的颗粒大小。该专利提出，一般用于PTA过程的下游晶化段的条件对于控制颗粒大小来说是不重要的，并只给出了搅拌器设计的一般信息。
日本专利11100350是典型的控制成品PTA颗粒大小的另一种方式。它描述了将一个侧线的PTA结晶磨成粉状之后与大块PTA结晶一起除去以得到理想范围的平均粒径的设备与一种方法。该方法成本高且难以始终一致地控制颗粒大小。
操作晶化部分的另一个问题是管线与容器的阻塞，这会依次导致PTA颗粒大小控制的失败、过程操作的不安全以及PTA操作过程的频繁中断。日本专利08-089706描述了一种控制PTA淤浆流经晶化部分的一种方法，目的是为了减少阻塞和延长在不得不对PTA过程停车进行设备清理之前的操作间隔。然而用这种方法并没有彻底地解决这个问题。
因此，本发明的一个目的在于提供一种能得到具有对于下游聚合过程合适粒径的高纯PTA结晶的方法，并且克服了能量回收与PTA生产过程中阻塞的问题。
PTA的晶化连续进行3-7级，优选为4-6级，而且，改进包括在如下条件下进行晶化(a)最后一级的晶化容器小于头两级的晶化容器，因此，第一和第二级晶化器的设计要使得停留时间(即，PTA浆在容器中消耗的平均时间)在10-20分钟范围内，优选12-17分钟，并且，第三级及之后级容器的设计要使得停留时间在5-15分钟，但优选6-13分钟；(b)选择第一级晶化中的操作压力为30-40barA，第二级晶化中的操作压力为18-26barA；(c)选择最后一级晶化中的操作压力为4-7barA；(d)为第一级晶化提供一个输入功率为0.1-0.7kw/m3，优选0.15-0.55kw/m3的搅拌器，为所有其他级晶化提供输入功率为0.2-0.7kw/m3的搅拌器。
本发明在于综合运用上述条件在晶化过程中出人意料地制得了具有用于下游聚合的所需颗粒大小的高纯PTA结晶，同时能够最大限度地从过程中回收能量，而使由于晶化部分的阻塞而中断PTA的生产最小化。
晶化是一个多级过程，在此过程中，降低PTA含水物流的压力和温度是在一些串连的晶化器中逐步进行的。在晶化过程中，晶化器的压力是一个重要的操作条件，而且它是通过工业上众所周知的方法进行控制的，这里不再阐述。PTA含水物流在晶化器单元或级之间通过通常维持于相邻级之间的压差来输送，而且温度和压力通过输送管线中的限制而降低，例如，限制由管线中控制阀的设置而产生。在每个晶化器中新生成和长大的PTA结晶部分情况下通过搅拌晶化器中的物料而悬浮于PTA含水物流中。搅拌不仅可以防止PTA结晶沉积于晶化器、输送管线及其它与这些设备相连的辅助设备的内表面，而且可更进一步地防止PTA结晶的结块，这两者是造成PTA生产中出现操作问题并导致生产由于清理和清除阻塞而受到中断的原因。
在每一级晶化中，水蒸汽从PTA含水物流中蒸发，并从晶化器中分离出来。该蒸汽可以被收集以从晶化过程中回收能量并用于，如加热PTA生产过程中起始阶段的CTA淤浆。或者，该蒸汽也可以全部或部分冷凝，冷凝物可用于PTA生产过程的其他部分或用于从晶化过程中回收能量。
在本发明中，上述多级晶化过程中，第一级晶化在压力为30-46barA范围内进行操作，该晶化器容器的大小要使停留时间(即PTA淤浆在容器中消耗的平均时间)在10-20分钟，但是优选12-17分钟。容器也装有一个气叶式(gasfoil)搅拌器，其输入功率为0.1-0.7kw/m3淤浆，优选为0.15-0.55kw/m3淤浆。第一级晶化优选一个单一晶化器容器，但如果使用了多于一个的容器，那么上述条件应该适用于所有的容器。更进一步地，第二级晶化应该在压力为18-26barA范围内进行，该晶化器容器的大小应使停留时间在10-20分钟，优选12-17分钟，并装有一个输入功率为0.2-0.7kw/m3淤浆的气叶式搅拌器。第二级晶化也优选一个单一晶化器容器，但如果使用了多于一个的容器，那么上述条件应该适用于所有的容器。此外，在第三级和之后的晶化中，容器的大小要使停留时间在5-15分钟，但是优选6-13分钟之内。另外，容器装有一个输入功率为0.2-0.7kw/m3淤浆的气叶式搅拌器。在最后一级晶化中，操作压力控制在4-7barA范围内。
晶化器容器的大小以及PTA淤浆的装料量控制着容器的停留时间，该停留时间在决定PTA结晶颗粒大小及蒸发的蒸汽分离方面是很重要的。根据本发明，在第三级和之后的晶化中使用较小的容器也会降低过程的投资费用。
搅拌器及其输入功率对于控制PTA颗粒大小和防止结晶结块或不希望出现的结晶沉积是很重要的。上文专门对输入功率进行了要求，为了得到最好的结果，应该使用一个气叶式搅拌器，它具有椭圆形桨叶，该桨叶具有对称且平行于运行方向的平面。根据本发明，操作参数适当的组合会使PTA结晶悬浮于水介质中而不含明显地影响或产生颗粒大小超出下游聚合所要求范围的PTA结晶。同时发现这种组合可部分地防止常规的PTA生产装置中冲洗的要求，而这在PTA工业化生产过程中通常是需要的。
晶化级压力的特殊要求对于从PTA淤浆水流中分离高纯PTA结晶是最重要的。在每一级晶化中，压力和与此相应的温度决定了与PTA一起结晶的杂质量和仍保持溶于水介质中杂质的量，因此，在实际操作中，晶化级的组合决定了所回收的PTA结晶的总纯度。此外，特殊要求的压力，尤其是第一级和第二级晶化中的压力，决定了PTA结晶的颗粒大小。PTA结晶的颗粒大小对于下游聚合工艺是很重要的，并且会影响PTA结晶的沉积和形成结块，这两者是造成PTA生产中操作上的问题并导致因清理和清除设备中发现的阻塞而中断过程的原因。另外，每一级晶化的压力决定了蒸发出的蒸汽的量，并且特殊条件的组合使得从晶化部分高效地回收能量成为可能，这对于PTA生产过程具有很高的价值。
现在将参照
图1，PTA生产过程的相关部分的简要流程图，阐述本发明方法一个实施方案。
CTA淤浆流3由多种方式加热，图示为单一热交换器4，但它可能包括用由公用工程供应或由对苯二甲酸过程其它部分的物流产生的蒸汽或液流加热的多个热交换器。另外，加热也可以包括直接在CTA淤浆流3中注入蒸汽和/或液体，采用的蒸汽和液体来源于上述渠道。
在如图1所示的实施方案中，描述了5级晶化，但实际过程中可以用3-7级晶化。
第一级晶化7在压力为30-46barA范围内进行，其容器的大小要使停留时间(即，PTA淤浆在容器中消耗的平均时间)为10-20分钟，并装有一个输入功率为0.1-0.7kw/m3，优选为0.15-0.55kw/m3的气叶式搅拌器。PTA淤浆通过管线9输送，它包括一种使下一晶化级前的淤浆压力减低的设备。各种工业上众所周知的使压力减低的方法均可使用，这里不再描述。
第二级晶化10在压力为18-26barA范围内进行，其容器的大小要使停留时间为10-20分钟，但优选12-17分钟。容器装有一个输入功率为0.2-0.7kw/m3的气叶式搅拌器。PTA淤浆通过包括如上所述使压力减低的设备的管线12输送。
在第三级(13)和之后级(16和19)的晶化中，容器的大小要使停留时间在5-15分钟，但优选为6-13分钟，并且每一个容器均装有一个输入功率为0.2-0.7kw/m3淤浆的气叶式搅拌器。
在最后一级晶化19中，操作压力控制在4-7barA范围内。
在每一级晶化中，蒸汽都分别通过管线8、11、14、17、20蒸发并收集作进一步的应用。来自前三级晶化的蒸汽优选以如前所述的各种方式用于加热CTA淤浆流3，而来自最后两级晶化的蒸汽用于加热PTA生产过程中其它部分的流体，以获得高效的能量回收。
权利要求
1.一种纯对苯二甲酸PTA的生产方法，其包括下列步骤(i)将粗对苯二甲酸CTA与水介质混合形成一种CTA水淤浆；(ii)加热该淤浆使所有的CTA基本上溶于水介质中，并由此生成一种CTA溶液；(iii)氢化该CTA水溶液以化学还原至少一部分原存在于CTA中的有机杂质并形成一种PTA含水物流；以及(iv)降低PTA含水物流的压力和温度，以使PTA在多个晶化级中晶化，其改进包括在如下条件下进行晶化(a)最后一级晶化在小于头两级晶化的容器中进行，在第一和第二级晶化中的容器的设计要使停留时间在10-20分钟范围内，而在第三和之后级晶化中的容器的设计要使停留时间为5-15分钟；(b)选择第一级晶化中的操作压力为30-46barA，在第二级晶化中的操作压力为18-26barA；(c)选择最后一级晶化中的操作压力为4-7barA；(d)为第一级晶化提供一个输入功率为0.1-0.7kw/m3淤浆的气叶式搅拌器，为所有其它级晶化提供输入功率为0.2-0.7kw/m3淤浆的气叶式搅拌器。
全文摘要
一种生产纯对苯二甲酸的改进方法，通过该方法可以得到适于下游聚合工艺颗粒大小的高纯PTA结晶，其克服了PTA生产过程中能量回收和阻塞的问题。
文档编号C07C63/26GK1406923SQ0112582
公开日2003年4月2日 申请日期2001年8月29日 优先权日2001年8月29日
发明者D·帕克, I·T·伍德科克, D·R·比克哈姆 申请人:纳幕尔杜邦公司