减少生产纯对苯二甲酸中耗水量的系统和方法

专利名称：减少生产纯对苯二甲酸中耗水量的系统和方法
技术领域：
本发明基本涉及减少用于工业化学品蒸馏的化学过程中的耗水量并提高能源效率，特别是适合减少在生产纯对苯二甲酸中的耗水量。
背景技术：
对苯二甲酸在各种工业应用和化学过程中都是很有用的。例如，对苯二甲酸是生产包括用于纺织品和容器生产的塑料和达克纶TM的聚酯的原料。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是聚酯或迈拉TM的一种形式，它是非常强韧的树脂并可用于许多的工业和消费应用中。除了用于消费者良好运输和食品配送的塑料瓶和翻盖包之外，软饮料和矿泉水瓶也是由这种树脂制成。纯对苯二甲酸是用于更精细工业应用的等级更高的对苯二甲酸。对苯二甲酸通常是通过催化剂，由对二甲苯与分子氧反应制得的。在生产过程中，使用乙酸作为对苯二甲酸的溶剂。在生产周期中，在对苯二甲酸工厂中的反应器部分的氧化过程中，乙酸在水中稀释。然后，含乙酸和水的流的一部分被输送到脱水单元，以回收乙酸用于再循环回反应器，并除去在反应器中生成的水以用于压力过滤器中或废物处理。各种不同的方法已经用于对苯二甲酸工厂以分离乙酸和水。通常情况下，在现有技术的系统中，补充水和由反应生成的水最终被输送到废水处理设施进行安全处置。分离水和乙酸的一种方法是基于各组分沸点的差异通过常规的蒸馏进行。蒸馏已被广泛用作从水中回收乙酸的主要单元操作。在这样的过程中，利用一个或多个塔处理大量不同浓度的乙酸流。然而，由于乙酸/水系统的沸点相近的特性，所以乙酸和水的蒸馏效率非常低(即能源密集型)。一直在努力寻找替代工艺以尽量减少与乙酸和水分离的常规蒸馏相关的高昂运转成本。化学处理器和化学公司已经采用共沸蒸馏，共沸蒸馏涉及添加选择性乙酸烷基酯，如乙酸异丁酯、乙酸正丁酯、乙酸正丙酯等，作为共沸脱水塔的溶剂。另一种方法是共沸蒸馏，其中萃取溶剂(也称为夹带剂)用于形成具有乙酸和水的共沸物，改变用于处理的能源需求。更具体地，溶剂形成具有水的低沸点共沸物，并因此提高了含乙酸流和烷基乙酸酯/水共沸物之间分离的相对挥发度。这降低了用于相同分离的能量和理论级的要求。与常规蒸馏相比，共沸蒸馏的方法通常会在乙酸/水的脱水塔降低20%-40%的能量消耗(SP水蒸气)，同时在蒸馏水中给予相对低的乙酸浓度，为300-800ppm。共沸蒸馏塔通常用于所有现有技术系统的对苯二甲酸生产工厂中。然而，出水流清洁度不足以用于对苯二甲酸纯化单元，所以需要输送水以处理其中所含的有机物。液-液萃取与共沸蒸馏的组合是乙酸和水分离的另一种方法。特别地，一种在对苯二甲酸生产中使用的方法，包括使用具有萃取剂的液-液萃取，从该萃取剂从中萃取出乙酸从而大幅度降低含水流中的乙酸浓度。通常情况下，萃取剂是选自乙酸异丁酯、乙酸正丁酯、乙酸异丙酯和乙酸正丁酯的组中。得到的萃取物主要包括溶剂和乙酸，并且还含有较少量的水，所以这个流更容易在共沸蒸馏塔中分离。含有水和酯(也是蒸馏的萃取剂)的共沸混合物也是从共沸蒸馏塔的顶部蒸馏的，富含乙酸的液体流是从共沸蒸馏塔的底部回收的。这种从含水流回收乙酸的萃取和共沸蒸馏方法在，例如Othmer的美国专利2，395,010 (1946)和Sasaki等人的美国专利5,662, 780 (1997)中进行了描述，并已应用于从生产对苯二甲酸中回收乙酸，例如，在Ohkoshi等人的日本专利申请JP244196/95( 1995)和欧洲专利申请EP0764627 (1995)中所描述的。 更具体地，Ohkoshi等人的欧洲专利申请EP0764627A1 (也是日本专利申请JP244196/95)中还描述了从对苯二甲酸生产方法中的含水流回收乙酸的另一个系统。在此方法中，额外的液-液萃取塔使用从共沸蒸馏塔回收的萃取剂来处理对苯二甲酸母液。然后将有机萃取液直接输送到共沸蒸馏塔，含水残液输送到废水处理厂。然而，使用这些[3个]方法中的每一个进行的处理，仍需要相当多的能量。为了进一步降低从这样的流中回收乙酸的能耗，Jang等人在Jang等人的我们的共同申请中的美国专利申请12/382，801(2009)中描述了一种乙酸脱水的系统和方法，其中有液-液萃取塔，富含水的供应流被供应到此，具有在萃取塔内靠近顶端的保护床以通过混合物内的乙酸与醇的反应转换为相应酯；和共沸蒸馏塔，从乙酸中除去残留的水，贫水供应流被直接供应到其中的混合物具有相似的水浓度的共沸蒸馏塔的高度。液-液萃取塔产生的萃取物，包括萃取剂和乙酸，乙酸被输送到共沸蒸馏塔以除去残留的水。来自共沸蒸馏塔底部的乙酸的纯度可以在氧化反应器中重复使用，脱去溶剂后的水送去进行废水处理。然而，即使有这些最近的改进，但仍然要求大量的新鲜处理水，每生产I吨纯对苯二甲酸大约需2.1吨的补充水。因此，会排出相当数量的废水。因此，希望进一步改进上述方法，从而实现能耗和水耗降低，减少有机物质的损失，并减少水性流出物，这是本发明要解决的。

发明内容
本发明包括一种装置和方法，用于改善处理回收乙酸和反应副产物如对甲苯甲酸，以及减少或纯化在氢化反应阶段的纯水补充，例如在通过对二甲苯的氧化制造对苯二甲酸中。在现有技术的系统相比，本发明回收了反应中间体的有机物并消除了补充水。根据本发明的装置的新颖性特征包括溶剂汽提塔和依次串联连接的一对母液萃取塔。该溶剂汽提塔接收来自母液萃取器的含水残液流。它的主要功能是通过蒸馏从水中回收萃取剂和其它有机物。有两股来自这个额外汽提塔的输出流:包含用于再循环的溶剂和有机物的挥发物流，额外的那些来自分离塔，以及包含在加氢阶段，例如在对苯二甲酸的提纯和回收处理的过滤器中循环和重复使用的足够纯的水的含水流。本发明也适合数种现有技术的装置，以回收来自含水流的乙酸。特别是，它是非常适合与Jang等人在我们共同申请中的美国专利申请12/382,801 (2009)中所描述的装置中的组件使用，其公开内容在此通过引用纳入本文。根据本发明的一个方面，我们提供一种用于回收乙酸、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如来自对苯二甲酸生产过程中产生的含水流的对甲苯甲酸的方法，其中该方法不需要补充水，并使排放的废水量最小化；该方法包括:(a)提供一种装置，其包括共沸蒸馏塔；滗析器；共沸剂汽提塔；依次串联连接的一对母液萃取塔；以及溶剂汽提塔；(b)将包含有机物和水的液体乙酸的输入流和任选的含乙酸的蒸汽流供应给共沸蒸馏塔；(C)回收作为来自共沸蒸馏塔的塔底流的乙酸；(d)冷凝来自共沸蒸馏塔的顶部挥发物流并在滗析器内分离成水相和富含共沸剂的有机物流；(e)将来自滗析器的有机物流分离为返回共沸蒸馏塔的流和供应到所述成对的母液萃取塔中的第二个流；(f)将来自滗析器的水相输送到共沸剂汽提塔以进一步回收共沸剂；(g)将含对甲苯甲酸的母液流和例如基本上是纯的对二甲苯的溶剂流，供应到所述成对母液萃取塔中的第一个中以形成主要包含溶剂，例如含萃取的对甲苯甲酸的对二甲苯的有机物萃取流，并将回收的有机物流输送到氧化反应器，以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用；(h)将来自所述成对母液萃取塔中的第一个的水流和富含共沸物的有机物流供应到所述成对母液萃取塔中的第二个；(i)将从所述成对母液萃取塔中的第二个回收的有机物流返回到共沸蒸馏塔；(j)将从所述成对母液萃取塔中的第二个回收的含水流输送到溶剂汽提塔以回收作为顶部流的共沸剂，其被输送到滗析器，而来自溶剂汽提塔底部的基本上纯的水流被回收用于对苯二甲酸生产过程中重新使用；以及(k)回收来自共沸剂汽提塔的水流以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用。根据本发明的这一方面的另一实施例，我们提供一种用于回收乙酸、萃取剂、共沸齐U、可重复使用的水和其它反应产物，如来自对苯二甲酸生产过程中产生的含水流的对甲苯甲酸的方法，其中该方法不需要补充水，并使排放的废水量最小化；该方法包括:(a)提供一种装置，其包括共沸蒸馏塔；滗析器；共沸剂汽提塔；液/液萃取塔；依次串联连接的一对母液萃取塔；溶剂汽提塔；(b)将包含有机物和水的液体乙酸的输入流供应给液-液萃取塔，并将来自第一液-液萃取塔的挥发物顶部流供应到共沸蒸馏塔；(C)回收作为来自共沸蒸馏塔的塔底流的乙酸；
(d)冷凝来自共沸蒸馏塔的顶部挥发物流并在滗析器内分离为水相和富含共沸剂的有机物流，将有机物流分离为输送到共沸蒸馏塔的流，输送到所述成对母液萃取塔中的第二个流和输送到液-液萃取塔的流；(e)将来自滗析器的有机物流返回到共沸蒸馏塔；(f)将来自滗析器的水相输送到共沸剂汽提塔以进一步回收共沸剂；(g)回收来自第一液-液萃取塔的底部含水流内的萃取剂并将其输送到共沸剂汽提塔；(h)将含对甲苯甲酸的母液流和例如基本上是纯的对二甲苯的溶剂流，供应到所述成对母液萃取塔中的第一个以形成主要包含溶剂，例如含萃取的对甲苯甲酸的对二甲苯的有机物萃取流，并将回收的有机物流输送到氧化反应器以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用；(i)将来自所述成对母液萃取塔中的第一个的水流和富含共沸物的有机物流供应到所述成对母液萃取塔中的第二个；(j)将从第二个母液萃取塔中回收的有机物流返回到液-液萃取器；(k)将从所述成对母液萃取塔中的第二个中回收的含水流输送到溶剂汽提塔以回收作为顶部流的共沸剂，其被输送到滗析器，而来自溶剂汽提塔底部的基本上纯的水流被回收用于对苯二甲酸生产过程中重新使用；(I)回收来自共沸剂汽提塔的水流以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用。根据本发明的另一个方面，我们提供一种用于回收乙酸、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如来自对苯二甲酸生产过程中产生的含水流的对甲苯甲酸的装置，其中该处理不需要补充水，并使排放的废水量最小化；其包括共沸蒸馏塔，用于通过除去作为含共沸剂的共沸物的水来分离乙酸，滗析器，用于在冷凝来自共沸蒸馏塔的挥发物之后分离水相和富含共沸剂的有机相，蒸馏塔，是共沸剂汽提塔，用于通过蒸馏来自滗析器的水相来回收共沸剂，一对依次串联连接的母液萃取塔，用于从对苯二甲酸水溶液的母液中回收有机物，以及溶剂汽提塔，用于去除来自水底流的共沸剂并以此产生重新使用的基本上是干净的水，所述水底流来自所述成对母液萃取塔中的第二个。根据本发明这方面的一个实施例，我们提供一种用于回收乙酸、萃取剂、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如对甲苯甲酸的装置，其包括共沸蒸馏塔，用于通过除去作为含共沸剂的共沸物的水来分离乙酸，滗析器，用于在冷凝来自共沸蒸馏塔的挥发物之后分离水相和富含共沸剂的有机相，蒸馏塔，是共沸剂汽提塔，用于通过蒸馏来自滗析器的水相来回收共沸剂，液-液萃取塔，用于分离来自各种乙酸浓度的含水输入流的乙酸，使用共沸剂作为萃取剂，一对母液萃取塔，用于从对苯二甲酸水溶液的母液中回收有机物，以及溶剂汽提塔，用于去除来自水底流的共沸剂并以此产生重新使用的基本上是干净的流，所述水底流来自所述成对母液萃取塔中的第二个。此外，本文所描述的蒸馏系统和方法也与其他现有的对苯二甲酸生产系统相匹配，因此，本发明可容易地安装以提升现有的工厂而不用大量资本开支。结合下面的描述和附图，将更好地理解和了解本发明实施例的这些和其它目标。然而应当理解，以下的说明，表示本发明的一个特定实施例和它们的许多具体细节是以说明的方式给出，而不是限制性的。不脱离本发明精神的情况下，在本发明的范围内可以做出许多变化和修改，并且本发明包括所有这样的修改。


图1是显示用于通过对二甲苯的氧化来生产对苯二甲酸的现有技术装置的流程图。图2是显示用于从通过对二甲苯的氧化生产和纯化对苯二甲酸中使用的含水流中回收乙酸的典型的现有技术装置的流程图。图3，标记为现有技术，是根据Ohkoshi等人的第二方法的流程图，用于从生产对甲苯甲酸的氢化反应器中回收母液中的对甲苯甲酸。图4是流程图，示出了本发明用于回收乙酸和对甲苯甲酸，并减少或纯化在通过对二甲苯的氧化生产对苯二甲酸的加氢阶段中纯净水补充的工艺设置。图5是另一工艺流程设置，示出了本发明用于回收乙酸和对甲苯甲酸，并减少或纯化在通过对二甲苯的氧化生产对苯二甲酸的加氢阶段中纯净水补充的工艺流程。发明详述对苯二甲酸通常是在催化剂作用下，利用脱水系统通过对二甲苯与分子氧的反应所制得，例如为了说明的目的，那些如Jang等人在美国专利US 7048835B2 (2006 )中，如图2所述，方法如Ohkoshi等人在日本专利申请JP244196/95 (1995)和欧洲专利申请EP O764 627 (1996)中所述。还有几个这样的脱水工艺的其它不同例子，其重要的部件可能对不同的生产工厂是共同的。在生产对苯二甲酸的生产工艺中，使用乙酸作为对苯二甲酸的溶剂。乙酸在对苯二甲酸工厂的反应器中的氧化过程产生的水中稀释。然后所得的一部分乙酸含水流被输送到脱水单元以除去水。脱水的乙酸被回收以重新使用，水则被送去进行废水处理。参照图1，工业化学物质，如对苯二甲酸是在生产工厂10中生产的，工厂10具有氧化装置12，乙酸在多个冷凝阶段被回收，其中具有各种组合物的乙酸水溶液在装置14中分离。参照分别示于图2和3的两个现有技术示例，附加装置15是用于在部分16中对苯二甲酸的氢化和纯化，并用于在另一部分18中脱水以循环回收乙酸。部分16是用于粗对苯二甲酸加氢、结晶和过滤的一系列部件，以为生产工厂生产纯化的对苯二甲酸(PTA)。在部分18中，回收乙酸20以再循环到图1所示的氧化装置12，水被分离作为废水22排出。整体生产和分离过程的效率取决于使材料成本和能量消耗最小化。为此，有必要从氧化部分12回收乙酸以在粗对苯二甲酸的生产中重新使用。人们还希望最小化该工艺所需的补充水70的量，特别是在加氢部分16中，并减少处理废水22的支出。将粗对苯二甲酸60输送到加氢反应器62，然后输送到图2所示的结晶单元64。然后将对苯二甲酸浆液203输送到离心机66和真空过滤器68。需要补充水70在真空过滤器68洗涤对苯二甲酸。洗涤后的(提纯的)对苯二甲酸被输送到干燥器通孔206，将来自真空过滤器68的母液输送到真空闪蒸槽73，然后在过滤器75中过滤以从母液水212中分离浆液213中的对甲苯甲酸和其他有机物。参照图2，从含液体乙酸供应流220和含蒸汽乙酸供应流221中回收乙酸20的典型现有技术的方法包括共沸蒸馏塔24和共沸剂汽提塔29。回收的乙酸20作为来自共沸蒸馏塔24的底流219。蒸汽流218被冷凝，并在滗析器50中分离成水相流216和富含共沸剂的有机物流217。来自滗析器50的一部分共沸剂作为回流返回到共沸蒸馏塔24。平衡的共沸剂222和水相217被输送到共沸剂汽提塔29，用于回收反应副产物乙酸甲酯40，并进一步回收共沸剂223。一个示例性的用于生产对苯二甲酸的方法如Jang等人在美国专利US 7, 048, 835B2 (2006)中所述。参照图3，除如图2所示的部件外，一个修改的现有技术方法，包括纯对苯二甲酸母液液-液萃取塔32。有机物流321从塔32中回收，并输送到共沸蒸馏塔24。水残液流318作为废水22排放至废水处理厂(图中未示出)。相当数量的补充水70供应到图2和3所示的加氢部分(也参见表I)。最后大量的废水22在水释放到环境中去之前被排放到处理厂以破坏或去除杂质。因此，除了需要补充水70之外，有大量的能源需求。虽然有可能单独使用共沸蒸馏塔24，来部分地分离水和乙酸，例如通过使用乙酸甲酯形成的酯-水共沸物，但是这种方法比期望的效率低。需要的是一种用于从含水流324,325中回收乙酸20的方法，还包括回收水以在对苯二甲酸生产工厂10的其他地方使用，特别是在对苯二甲酸加氢部分16使用，从而减少了补充水70的需求，并比现有技术的系统产生更少的废物和不想要的副产品。优选地，该系统和方法应与现有的对苯二甲酸生产系统兼容，以便它可以很容易地安装以提升或适应现有工厂而没有大的资本支出。为了这些目的，本发明是一种新的装置和方法(图4)，其已经开发出来，已被发现比现有技术系统(图2和图3)有更高的用水效率。新的装置也适用于改善几种其他类型的用于生产对苯二甲酸并从其回收和循环乙酸和水的设备和方法的操作。特别是，它最适合改进Jang等人在我们共同申请中的美国专利申请12/382,801 (2009)中所描述的设备和方法，所以包括通过引用并入包括三大创新特征在内的选项，其可以单独使用，或者最有利的是与本发明组合使用:即，(I)在供应到液-液萃取塔和共沸脱水塔之前能预浓缩乙酸水溶液流，从而提高分离效率；(2)将具有不同水浓度的多股流供应到液-液萃取塔和共沸蒸馏塔的不同供应点，从而减少整体的能源消耗；以及(3)包括在萃取塔内的酯化反应催化剂保护床以便将醇转换为酯和水，从而减少系统内的有害循环的醇的量。在现有技术的系统相比，在本发明中的酯化反应产生的水可被重新使用。现在参见图3所示的例子，用于从来自对苯二甲酸工厂的水溶液中回收乙酸的[现有技术]萃取共沸蒸馏系统包括母液萃取塔32和共沸蒸馏塔24。来自加氢段的含水母液312主要含具有少量溶解的反应副产品有机物，如对甲苯甲酸和苯甲酸(882ppm和125ppm，分别引用自Ohkoshi等)的水，其被供应到萃取塔32内的靠近其顶部的位置。至少一股流326供应萃取剂到萃取塔32的底部附近，使萃取剂326和至少一种含水供应流317在以逆流方式移动通过所述塔32时紧密接触。Ohkoshi等在日本专利申请JP244196/95(1995)中已声明在对甲苯甲酸和苯甲酸的萃取过程中，乙酸正丁酯作为萃取剂是有效的。在萃取塔32内重新使用的进一步处理过程中，萃取剂326是可回收的。对甲苯甲酸和其他有机物从供应流317被萃取到萃取剂326中，从而大大降低有机物、对甲苯甲酸的浓度，特别是在萃取塔32底部的混合物中的水相组分。在Ohkoshi的设计中，有机物贫化的水溶液含水流318离开萃取塔32的底部以在处理前做进一步的处理，而不进行循环。所得含有萃取剂326、对甲苯甲酸和其他有机副产品的混合物流321离开萃取塔32的顶部去往共沸蒸馏塔24。溶液流321被送入共沸蒸馏塔24，在那里它被蒸馏以分离大部分来自萃取有机物的剩余水。萃取剂326形成与水的共沸混合物，使所述的共沸混合物从所述塔24的顶部蒸馏成为挥发性物323。根据Ohkoshi，选择乙酸正丁酯作为萃取剂326，它也可以用于在共沸蒸馏塔24中与水形成共沸物。从共沸蒸馏塔24的底部回收含有回收的对甲苯甲酸和其他反应副产品的富含乙酸而贫水的液体流322并再循环到氧化部分10。回收的对甲苯甲酸和其他反应有机副产品提高了对苯二甲酸的产率。冷凝共沸混合物323并形成两个液相，其可在滗析器50中分离成在处置前进一步处理的富含水相320和主要包括萃取剂的贫水有机相319，其可以在萃取塔32和共沸蒸馏塔24中回收和重新使用。 如上所讨论的，现有技术中的乙酸回收的固有缺陷已通过结合由Jang等人在美国专利申请12/382,801 (2009)中描述和示出的创新工艺装置而解决。在这些当中，保护床靠近萃取塔内的顶部，其含有酯化反应催化剂，通过酯化反应催化剂存在于反应混合物中的乙酸和醇发生反应以形成相应的酯和水，如在等式I中示出的乙酸正丁酯。所述保护床的实现了在系统中减少循环的醇量。通过使用酸性催化剂，如HZSM5氧化铝或酸性形式的离子交换树脂，例如Amberlyst 36 β加速反应I。n-C4H90H+H0Ac <- n_C4H90Ac+H20(I)参照本发明，如图4所示，现在已经发现，使用根据本发明的装置100降低了从含水流分离乙酸的所需能耗和粗对苯二甲酸加氢阶段的水需求。虽然新的装置和方法包括某些组件/部件，其与并入现有技术中的类似组件/部件执行相类似的功能，但本领域技术人员会清楚地认识到，现有技术中找不到这样的组件/部件与几个新组件/部件的组合，例如溶剂汽提塔102和依次串联连接的成对母液萃取塔105、106能同时实现省水和节约能源，这具有新颖性和创造性。值得注意的是，成对母液萃取器105、106与来自在图3的现有技术中的母液萃取器32的结构和功能是完全不同的。在图4中可以看出，新装置包括萃取乙酸的共沸蒸馏塔24和液-液萃取塔107，其包含在装置100的脱水部分18中。此外，还包括回收共沸剂423的溶剂气提蒸馏塔102，以依次串联连接的成对母液萃取器105、106形式的纯对苯二甲酸母液萃取器和分离来自水流418和420的残余共沸剂的共沸剂汽提塔29。还提供了一个滗析器50。主要含有水和来自过滤器75 (对苯二甲酸生产装置的一部分)的少量的通常500-1000ppm的对甲苯甲酸和其 他有机反应副产品的母液流413被供应到母液萃取塔105的顶部附近。在图1中作为氧化原料通常被供应到氧化反应器12的纯对二甲苯流433，被供应到塔105的底部附近。这两股流以逆流方式流动，并且包括对甲苯甲酸和对二甲苯的有机物从流413被萃取以形成有机物萃取流434。然后将主要含对二甲苯和萃取的对甲苯甲酸的萃取物流434供应到氧化反应器12 (对苯二甲酸的生产装置)。来自萃取塔105的底部的水流435供应到萃取塔106的顶部附近。还可以设想，如果所涉及的生产方法是生产异丙醇(IPA)，使用的溶剂会是间二甲苯。富含共沸剂的有机物流436 (来自滗析器50中的一部分流419)被供应到塔106的底部附近。这两股流435和436以逆流方式流动，并且有机物通过有机物流436萃取而形成了有机物萃取流421，该有机物包括不是从萃取器105中萃取并留在水流435中的对甲苯甲酸。来自萃取器106底部的水流431被供应至溶剂汽提塔102以回收来自汽提塔102顶部的溶解的有机物作为流423。来自溶剂汽提塔102底部的水流424在有机物中被耗尽，并可以再循环到旋转式过滤器168 (在对苯二甲酸的生产装置中)并在如图4所示的本发明中重复使用。再次参照图4，有机物萃取流421从萃取塔106输送到共沸蒸馏塔24上游的乙酸萃取器107。来自共沸剂汽提塔29的一部分水流432作为流425 (2吨/小时)被再循环到旋转过滤器168，另一部分作为流405 (12吨/小时)被再循环到母液罐72，其它部分是作为废水22排放的流415 (18吨/小时)。含有回收溶剂的来自溶剂汽提塔29的上部输出流被输送到滗析器50。蒸馏塔102是用于分离来自母液萃取塔106底部的富含水的底流431。挥发物流423从塔102的顶部离开。挥发物流423主要包括有机物和最初在供应流431内的大约3%的水。包括大部分的最初在供应流431内水的流424离开塔102的底部。挥发物流423作为冷凝物返回到滗析器50，在那里它被分离成水相流420和富含萃取剂的有机相流419。液体流424是足够清洁的水，它可以与水流425进行再循环，作为回收水流422，不用进一步处理而在装置100的粗对苯二甲酸的加氢部分16中使用。从挥发物流423回收的萃取剂在共沸蒸馏塔24中再循环使用。本发明中的另一种设置，也如图5所示，新装置包括共沸蒸馏塔24，包含在装置100的脱水部分18中，但没有用于萃取乙酸的液-液萃取塔107。还包括用于回收共沸剂523的溶剂汽提蒸馏塔102、以依次串联连接的成对母液萃取器105和106形式的纯对苯二甲酸母液萃取器和用于分离来自水流520的残余共沸剂的共沸剂汽提塔29。还提供了滗析器50。主要含有水和来自过滤器75 (对苯二甲酸生产装置的一部分)的少量的通常500-1000ppm的对甲苯甲酸和其他有机反应副产品的母液流513被供应到母液萃取塔105的顶部附近。在图1中作为氧化原料通常是供应到氧化反应器12的纯对二甲苯流533，被供应到塔105的底部附近。这两股流以逆流方式流动，并且有机物被从流513萃取而形成一个有机物萃取流534，该有机物包括对甲苯甲酸和对二甲苯。然后将主要含对二甲苯和萃取的对甲苯甲酸的萃取物流534供应到氧化反应器12 (对苯二甲酸的生产装置)。来自萃取塔105底部的水流535供应到萃取塔106的顶部附近。还可以设想，如果所涉及的生产方法是生产异丙醇(IPA)，使用的溶剂会是间二甲苯。富含共沸剂的有机物流536 (来自滗析器50中的一部分流519)被供应到塔106的底部附近。这两股流535和536以逆流方式流动，并且有机物通过有机物流536萃取形成了有机物萃取流521，该有机物包括不是从萃取器105中萃取并留在水流535中的对甲苯甲酸。来自萃取器106底部的水流531被供应至溶剂汽提塔102以回收来自汽提塔102顶部的溶解的有机物作为流523。来自溶剂汽提塔102底部的水流524在有机物中被耗尽，并可以再循环到旋转式过滤器168 (在对苯二甲酸的生产装置中)并在如图5所示的本发明
中重复使用。再次参照图5，有机物萃取流521从萃取塔106输送到共沸蒸馏塔24。来自共沸剂汽提塔29的一部分水流532作为流525 (2吨/小时)被再循环到旋转过滤器168，另一部分作为流505 (12吨/小时)被再循环到母液罐72，其它部分是作为废水22排放的流515(18吨/小时)。含有回收溶剂的来自溶剂汽提塔29的上部输出流被输送到滗析器50。蒸馏塔102是用于分离来自母液萃取塔106底部的富含水的底流531。挥发物流523从塔102的顶部离开。挥发物流523主要包括有机物和最初是在供应流531内的大约3%的水。包括最初在供应流531内的大部分的水的流524离开塔102的底部。挥发物流523作为冷凝物返回到滗析器50，在那里它被分离成水相流520和富含萃取剂的有机相流519。液体流524是足够清洁的水，它可以与水流525进行再循环，作为回收水流522，不用进一步处理而在装置100的粗对苯二甲酸的加氢部分16中使用。从挥发物流523回收的萃取剂在共沸蒸馏塔24中再循环使用。下面的表I列出了来自利用回收的乙酸生产每小时120吨对苯二甲酸的工艺的输入和输出水。为了示例的目的并为了对本发明与现有技术进行更详细的比较，不同工艺中的各股流的性质和含量作为实施例在下面呈现。来自共沸蒸馏塔24的输出包括被供应到滗析器50d的含挥发物的顶部流428，和包含被回收重新循环的基本上纯乙酸的底流427。表I现有技术和本发明的乙酸回收系统的供应水和排出水的比较
权利要求
1.用于从对苯二甲酸生产过程中产生的水流回收乙酸、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如对甲苯甲酸的方法，其中该方法不需要补充水，并使排放的废水量最小化； 该方法包括: Ca)提供一种装置，其包括共沸蒸馏塔； 滗析器； 共沸剂汽提塔； 依次串联连接的一对母液萃取塔；和 溶剂汽提塔； (b)将包含有机物和水的液体乙酸的输入流和任选的含乙酸的蒸汽流供应给共沸蒸馏塔； (c)回收作为来自共沸蒸馏塔的塔底流的乙酸； (d)冷凝来自共沸蒸馏塔的顶部挥发物流并在滗析器内分离成水相和富含共沸剂的有机物流； (e)将来自滗析器的有机物流分离为返回共沸蒸馏塔的流和供应到所述成对母液萃取塔中的第二个的流； (f)将来自滗析器的水相输送到共沸剂汽提塔以进一步回收共沸剂； (g)将含对甲苯甲酸的母液流和例如基本上是纯对二甲苯的溶剂流，供应到所述成对母液萃取塔中的第一个以形成主要包含溶剂，例如含萃取的对甲苯甲酸的对二甲苯的有机物萃取流，并将回收的有机 物流输送到氧化反应器以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用； (h)将来自所述成对母液萃取塔中的第一个的水流和富含共沸剂有机物流供应到所述成对母液萃取塔中的第二个； (i )将从所述成对母液萃取塔中的第二个回收的有机物流返回到共沸蒸馏塔； (j)将从所述成对母液萃取塔中的第二个回收的含水流输送到溶剂汽提塔以回收作为顶部流的共沸剂，其被输送到滗析器，而来自溶剂汽提塔底部的基本上纯的水流被回收用于对苯二甲酸生产过程中重新使用；以及 (k)回收来自共沸剂汽提塔的水流以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用。
2.用于从对苯二甲酸生产过程中产生的含水流回收乙酸、萃取剂、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如来对甲苯甲酸的方法，其中该方法不需要补充水，并使排放的废水量最小化； 该方法包括: Ca)提供一种装置，其包括共沸蒸馏塔； 滗析器； 共沸剂汽提塔； 液/液萃取塔； 依次串联连接的一对母液萃取塔；和 溶剂汽提塔; (b)将包含有机物和水的液体乙酸的输入流供应给液-液萃取塔，并将来自第一液-液萃取塔的挥发物顶部流供应到共沸蒸馏塔； (c)回收作为来自共沸蒸馏塔的底流的乙酸；(d)冷凝来自共沸蒸馏塔的顶部挥发物流并在滗析器内分离成水相和富含共沸剂的有机物流，将有机物流分离为输送到共沸蒸馏塔的流，输送到所述成对母液萃取塔中的第二个的流和输送到液-液萃取塔的流； (e)将来自滗析器的有机物流返回到共沸蒸馏塔； Cf)将来自滗析器的水相输送到共沸剂汽提塔以进一步回收共沸剂； (g)回收来自第一液-液萃取塔的底部含水流内的萃取剂并将其输送到共沸剂汽提塔； (h)将含对甲苯甲酸的母液流和例如基本上是纯对二甲苯的溶剂流，供应到所述成对母液萃取塔中的第一个以形成主要包含溶剂，例如含萃取的对甲苯甲酸的对二甲苯的有机物萃取流，并将回收的有机物输送到氧化反应器以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用； (i )将来自所述成对母液萃取塔中的第一个的水流和富含共沸剂有机物流供应到所述成对母液萃取塔中的第二个； (j)将从第二个母液萃取塔中回收的有机物流返回到液-液萃取器； (k)将从所述成对母液萃取塔中的第二个回收的含水流输送到溶剂汽提塔以回收作为顶部流的共沸剂，其被输送到滗析器，而来自溶剂汽提塔底部的基本上纯的水流被回收用于对苯二甲酸生产过程中重新使用； (I)回收来自共沸剂汽提塔的水流以在对苯二甲酸纯化过程中重新使用。
3.—种从对苯二甲酸生产过程中产生的水流回收乙酸、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如对甲苯甲酸的装置，其包括 共沸蒸馏塔，用于通过除去作为含共沸剂的共沸物的水来分离乙酸， 滗析器，用于在冷凝来自共沸蒸馏塔的挥发物之后分离水相和富含共沸剂的有机相， 蒸馏塔，是共沸剂汽提塔，用于通过蒸馏来自滗析器的水相来回收共沸剂， 依次串联连接的一对母液萃取塔，用于从对苯二甲酸水溶液的母液中回收有机物，以及 溶剂汽提塔，用于去除来自水底流的共沸剂并以此产生重新使用的基本上是干净的水流，所述水底流来自所述成对母液萃取塔中的第二个。
4.一种回收乙酸、萃取剂、共沸剂、可重复使用的水和其它反应产物，如对甲苯甲酸的装置，其包括 共沸蒸馏塔，用于通过除去作为含共沸剂的共沸物的水来分离乙酸， 滗析器，用于在冷凝来自共沸蒸馏塔的挥发物之后分离水相和富含共沸剂的有机相， 蒸馏塔，是共沸剂汽提塔，用于通过蒸馏来自滗析器的水相来回收共沸剂， 液-液萃取塔，用于分离来自各种乙酸浓度的水溶液输入流的乙酸，使用共沸剂作为萃取剂， 一对母液萃取塔，用于从对苯二甲酸水溶液的母液中回收有机物，以及溶剂汽提塔，用于去除来自水底流的共沸剂并以此产生重新使用的基本上是干净的水流，所述水底流来自所述成对母液萃取塔中的第二个。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，用于液-液萃取塔和成对母液萃取塔中的第一个的所述萃取剂是共沸萃取剂，其中所述萃取剂是选自由乙酸异丁酯、乙酸正丁酯、乙酸异丙酯和乙酸正丙酯构成的组的低烷基酯，并且其中用于所述成对母液萃取塔中的第二个的溶剂是对二甲苯。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，用于液-液萃取塔和成对母液萃取塔中的第一个的所述萃取剂是共沸蒸馏剂；并且其中用于所述成对母液萃取塔中的第二个的溶剂是间二甲苯。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，来自共沸剂汽提塔的一部分水流循环再用于对苯二甲酸生产过程中，重新循环到母液源容器中的另一部分水流用于对苯二甲酸生产过程中，而其余部分作为废水排出。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，来自共沸剂汽提塔的一部分水流循环再用于对苯二甲酸生产过程中，重新循环到母液源容器中的另一部分水流用于对苯二甲酸生产过程中，而其余部分作为废水排出。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，含乙酸的蒸气流输入到共沸蒸馏塔。
10.根据权利要 求2所述的方法，其中，所述含乙酸的蒸气流输入到共沸蒸馏塔。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含液体乙酸的输入流包括多个含有不同的水浓度、乙酸和有机物的液流。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述含液体乙酸的输入流包括多个含有不同的水浓度、乙酸和有机物的液流。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(g)中，在所述成对母液萃取塔中的第一个内的工艺流在塔内逆向流动，并且步骤(h)中，在所述成对母液萃取塔中的第二个内的工艺流在塔内逆向流动。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个液体流被供应到液-液萃取塔和共沸蒸馏塔的不同供应点。
15.根据权利要求14所述的方法，包括在供应到液-液萃取塔和共沸蒸馏塔之前，预浓缩液体流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在液-液萃取塔顶部内和附近提供保护床，其含有酯化催化剂，将醇转换为酯和水，所述水被再循环以重新使用。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述酯化催化剂是选自由酸形式的硅铝酸盐和酸形式的离子交换树脂组成的组中的酸性催化剂。
18.根据权利要求4所述的装置，其中，在液-液萃取塔顶部内和附近提供保护床，其含有酯化催化剂，将醇转换为酯和水，所述水被再循环以重新使用。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括一个预浓缩器，用于在供应到液-液萃取塔和共沸蒸馏塔之前预浓缩液体流。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述酯化催化剂是选自由酸形式的硅铝酸盐和酸形式的离子交换树脂组成的组中的酸性催化剂。
全文摘要
从对苯二甲酸生产过程中生成的含水流回收乙酸、共沸剂、萃取剂、可重复使用的水和其他的反应产物，如对甲苯甲酸的装置和方法，其具有优异的能源效率和减少的耗水量。所述装置包括从乙酸中除水的共沸蒸馏塔，用于一次回收萃取剂和其它有机物的依次串联连接的一对母液萃取塔，回收共沸剂的共沸剂汽提塔和分离后溶剂汽提蒸馏塔，其进一步从所述萃取塔中分离水底流，将其分离成包括具有很少量水的主要有机物的挥发物流和包括含有很少量有机物的水的液体流，每条流是足够纯的，可以被回收以在粗对苯二甲酸的纯化中重复使用。
文档编号B01D3/36GK103140266SQ201180028209
公开日2013年6月5日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年6月7日
发明者张智英, 吴匡宇, 杨明谋 申请人:Amt国际有限公司