способы, процессы и системы для обработки и очистки сырой терефталевой кислоты и ассоциированные потоки процесса

Формула изобретения

1. Способ регенерации пара-толуиловой и терефталевой кислоты, включающий:

- получение потока маточного раствора, имеющего температуру от 140°С до 170°С под давлением от 3,5 бар до 8 бар, при этом поток маточного раствора представляет собой насыщенный раствор, включающий терефталевую кислоту и пара-толуиловую кислоту в воде и содержащий менее 1% вес./вес. мелких твердых частиц терефталевой кислоты;

- подачу потока маточного раствора в испарительный бак, давление в котором равно атмосферному давлению, и в котором из потока маточного раствора образуется пар, отводимый из испарительного бака;

- подачу потока маточного раствора в охлаждающее устройство по первой трубе, при этом в точке смешивания, до того как маточный раствор поступит в охлаждающее устройство, поток маточного раствора смешивают с вторичным потоком маточного раствора при температуре от 40°С до 60°С, в результате чего смесь потока маточного раствора и потока вторичного маточного раствора образует смесь маточного раствора, температура которой составляет от 60°С до 80°С после смешивания потока маточного раствора и потока вторичного маточного раствора, при этом до поступления в охлаждающее устройство часть терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты осаждается из смеси маточного раствора;

- охлаждение смеси маточного раствора до температуры от 40°С до 60°С в охлаждающем устройстве;

- выведение смеси маточного раствора из охлаждающего устройства по направлению к фильтру;

- подачу первой порции смеси маточного раствора в фильтр; и

- подачу второй порции смеси маточного раствора, называемую вторичным потоком маточного раствора, в циркуляционную трубу, при этом циркуляционная труба пересекает первую трубу в точке смешивания.

2. Способ по п.1, в котором скорость смеси маточного раствора в охлаждающем устройстве составляет от 1 м/с до 4 м/с.

3. Способ по п.1, в котором охлаждающее устройство представляет собой охлаждающее устройство с низким уровнем загрязнения и большими сдвиговыми усилиями.

4. Способ по п.3, в котором охлаждающее устройство представляет собой спиральный теплообменник.

5. Способ по п.4, в котором спиральный теплообменник включает по меньшей мере два отдельных и смежных подающих трубопровода в виде спирали, обычно разделенных одной стенкой.

6. Способ по п.3, в котором охлаждающее устройство представляет собой кожухотрубный теплообменник.

7. Способ по п.1, в котором первая часть смеси маточного раствора составляет от 35 до 45% вес./вес. от массы потока маточного раствора, а вторая часть смеси маточного раствора составляет от 55 до 65% вес./вес. от массы потока маточного раствора.

8. Способ по п.1, в котором количество твердых веществ в терефталевой кислоте и/или пара-толуиловой кислоте составляет от 75 до 85% вес./вес от общего количества терефталевой кислоты и/или пара-толуиловой кислоты в смеси маточного раствора после смешивания.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий:

- фильтрацию первой порции смеси маточного раствора при помощи фильтра, при этом осадки терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты удаляют из смеси маточного раствора;

- смешивание осадков терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты в уксусной кислоте для образования взвеси осадков в уксусной кислоте;

- введение взвеси осадков в уксусной кислоте в поток уксусной кислоты при температуре от 150°С до 170°С для формирования рециркуляционного потока, включающего растворенные осадки терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты; и

- введение рециркуляционного потока в поток окисляемого сырья или реактор для окисления.

10. Способ по п.9, в котором содержание воды в рециркуляционном потоке составляет от 10 до 20% вес./вес.

11. Способ по п.9, в котором концентрация терефталевой кислоты ниже предела растворимости терефталевой кислоты в рециркуляционном потоке.

12. Способ по п.9, в котором введение взвеси осадков в уксусной кислоте в поток уксусной кислоты при температуре от 150°С до 170°С осуществляют с такой скоростью, что концентрация терефталевой кислоты составляет менее 10000 м.д. в рециркуляционном потоке.

13. Способ регенерации пара-толуиловой и терефталевой кислоты, включающий:

- получение потока маточного раствора, имеющего температуру от 140°С до 170°С под давлением от 3,5 бар до 8 бар, при этом поток маточного раствора представляет собой насыщенный раствор, включающий терефталевую кислоту и пара-толуиловую кислоту в воде и содержащий менее 1% вес./вес. мелких твердых частиц терефталевой кислоты;

- подачу потока маточного раствора в испарительный бак, давление в котором составляет 1 бар, и в котором температуру потока маточного раствора снижают до 100°С, при этом из потока маточного раствора образуется пар, отводимый из испарительного бака;

- подачу потока маточного раствора в охлаждающее устройство по первой трубе, при этом в точке смешивания, до того как маточный раствор поступит в охлаждающее устройство, поток маточного раствора смешивают с вторичным потоком маточного раствора при температуре от 40°С до 60°С, в результате чего смесь потока маточного раствора и вторичного потока маточного раствора формирует смесь маточного раствора, температура которой составляет от 60°С до 80°С после смешивания потока маточного раствора и вторичного потока маточного раствора, при этом до поступления в охлаждающее устройство часть терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты осаждается из смеси маточного раствора;

- охлаждение смеси маточного раствора до температуры от 40°С до 60°С в охлаждающем устройстве;

- выведение смеси маточного раствора из охлаждающего устройства по направлению к фильтру;

- подачу первой порции смеси маточного раствора в фильтр;

- подачу второй порции смеси маточного раствора, называемую вторичным потоком маточного раствора, в циркуляционную трубу, при этом циркуляционная труба пересекает первую трубу в точке смешивания;

- фильтрацию первой порции смеси маточного раствора при помощи фильтра, при этом осадки терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты удаляют из смеси маточного раствора;

- смешивание осадков терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты в уксусной кислоте для образования взвеси осадков в уксусной кислоте;

- введение взвеси осадков в уксусной кислоте в поток уксусной кислоты при температуре от 150°С до 170°С для формирования рециркуляционного потока, включающего растворенные осадки терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты; и

- введение рециркуляционного потока в поток окисляемого сырья или реактор для окисления.

Описание изобретения к патенту

Данная заявка устанавливает приоритет предварительной заявки США № 61/172247, поданной 29 апреля 2004 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам рециркуляции химических веществ.

Уровень техники

Очищенную терефталевую кислоту получают двухстадийным способом. На первой стадии сырую терефталевую кислоту (СТА) получают на окислительной установке окислением кислородом воздуха n-ксилола в растворителе (например, уксусная кислота и вода) с использованием гомогенного катализатора. Катализатор может представлять собой одно или несколько соединений тяжелых металлов (например, соединений кобальта и/или марганца либо других тяжелых металлов, таких как ванадий, хром, железо, молибден; лантаноида, такого как церий, цирконий, гафний и/или никель, и промотора окисления). Металлическое соединение может иметь любые формы катализатора, используемые для жидкофазного окисления предшественника (предшественников) ароматической карбоновой кислоты в растворителе из алифатической карбоновой кислоты (например, бромид, бромалканоаты или алканоаты (как правило, С₁ -С₄ алканоаты, такие как ацетаты)). Промотор окисления, в случае его использовании, представляет собой элементарный бром, ионный бромид (например, HBr, NaBr, KBr, NH₄Br) и/или органический бромид (например, бромбензолы, бензилбромид, моно- и дибромуксуная кислота, бромацетилбромид, тетрабромэтан, этилендибромид и т.д.). В качестве альтернативы, промотор окисления может включать кетон (например, метилэтилкетон) или альдегид (например, ацетальдегид).

Температура реакции составляет около 150-210°С или около 160-200°С. Окисление обычно осуществляют в одном, двух или трех последовательных реакторах, при этом на каждой из стадий могут быть параллельно использованы несколько реакторов. Реакторы обычно представляют собой реакторы смешения, в которых перемешивание осуществляют посредством комбинации механического перемешивания и перемешивания под действием подаваемого воздуха.

Основной загрязняющей примесью в сырой терефталевой кислоте является 4-карбоксибензальдегид, реакционное промежуточное соединение и предшественник терефталевой кислоты. Он присутствует в СТА в количестве, составляющем около 1000-4000 м.д. или около 2500-3500 м.д. Другие промежуточные соединения и загрязняющие примеси, присутствующие в СТА, включают пара-толуиловую кислоту (РТА) и органические соединения, придающие цвет (цветные химические вещества), такие как 2,6-дикарбоксифторэнон. В следующих источниках подробно описаны цветные соединения, присутствующие в РТА и СТА: патент США 4626598, патент США 3850983 и патент США 4833269. Такие цветные соединения формируют в окислительном реакторе. Некоторые из цветных соединений остаются в растворе и удаляются из окислительного процесса в результате очищения от побочного продукта, однако существенная их часть оседает в кристаллах СТА и переходит вместе с СТА на стадию очистки общего процесса.

Вторая стадия производственного процесса включает очистку СТА посредством каталитического гидрирования в водном растворе. Обычно СТА растворяют в воде при высоком давлении (70-90 бар) и высокой температуре (275-290°С), и гидрируют над неподвижным слоем катализатора, представляющего собой палладий на угле. В процессе гидрирования основная загрязняющая примесь, 4-карбоксибензальдегид (4СВА), взаимодействует с пара-толуиловой кислотой. Также гидрируются многочисленные цветные соединения. Примером цветного соединения является 2,6-дикарбоксифторэнон, который превращается в 2,6-дикарбоксифлуорен. Несколько способствуя цвету РТА, он менее окрашен, чем 2,6-дикарбоксифлуорен, присутствующий в СТА.

Образующийся раствор охлаждается по мере его прохождения через ряд из четырех-шести кристаллизаторов, при этом большая часть пара-толуиловой кислоты остается в растворе, а очищенная терефталевая кислота (РТА) кристаллизуется. Полученную взвесь (при температуре 140-160°С) затем подают в устройство (устройства) для разделения твердых веществ и жидкости, такое как декантирующая центрифуга или ротационный напорный фильтр. РТА отделяют от потока маточного раствора. Поток маточного раствора включает 4-карбоксибензальдегид и пара-толуиловую кислоту. Поток маточного раствора также содержит тонкую фракцию РТА, проскальзывающую через устройство для разделения. Данные компоненты составляют существенную долю потери выхода процесса, поэтому предпочтительно рециркулировать данные компоненты на стадию окисления общего процесса. Маточный раствор также включает гидрированные цветные соединения. Приблизительно 50% гидрированных цветных соединений остаются в РТА, в результате чего остальные 50% остаются в маточном растворе. Соответственно, способы рециркуляции 4-карбоксибензальдегида и пара-толуиловой кислоты, и тонкой фракции РТА были описаны ранее (например, U.S. 5304676 и JP 52-128344), однако они не решили поставленных здесь задач.

Для того чтобы регенерировать пара-толуиловую и терефталевую кислоты, маточный раствор должен быть охлажден с целью осаждения органических кислот, которые затем отделяют от маточного раствора. Способ осуществления такого разделения включает мгновенное охлаждение потока в результате снижения давления до атмосферного давления, при этом температура маточного раствора снижается приблизительно до 100°С. Затем предпочтительно продолжить охлаждение с целью дальнейшей регенерации пара-толуиловой и терефталевой кислот.

Раскрытие изобретения

Как упомянуто выше, предпринимались попытки использования ряда способов, которые не являются предпочтительными, потому что они сложны в техническом или химическом отношении, являются дорогостоящими, поскольку требуют больших капитальных затрат, высоких эксплуатационных расходов, или из-за сочетания данных недостатков. Следовательно, существует потребность в преодолении упомянутых и/или других недостатков существующих способов.

Один из иллюстративных способов охлаждения потока маточного раствора включает, среди прочих: получение потока маточного раствора, имеющего температуру приблизительно от 140 до 170°С под давлением приблизительно от 3,5 до 8 бар, при этом поток маточного раствора представляет собой насыщенный раствор, включающий терефталевую кислоту и пара-толуиловую кислоту в воде и содержащий менее приблизительно 1% вес./вес. мелких твердых частиц терефталевой кислоты; подачу потока маточного раствора в испарительный бак, давление в котором приблизительно равно атмосферному давлению, например, 1 бар, и в котором из потока маточного раствора образуется пар, отводимый из испарительного бака; подачу потока маточного раствора в охлаждающее устройство по первой трубе, при этом в точке смешивания, до того как маточный раствор поступит в охлаждающее устройство, поток маточного раствора смешивают с вторичным потоком маточного раствора при температуре приблизительно от 40 до 60°С, в результате чего смесь потока маточного раствора и вторичного потока маточного раствора формирует смесь маточного раствора, температура которой составляет приблизительно от 60 до 80°С после смешивания потока маточного раствора и вторичного потока маточного раствора, при этом до поступления в охлаждающее устройство часть терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты осаждается из смеси маточного раствора; охлаждение смеси маточного раствора до температуры, составляющей приблизительно от 40 до 60°С, в охлаждающем устройстве; выведение смеси маточного раствора из охлаждающего устройства по направлению к фильтру; подачу первой порции смеси маточного раствора в фильтр; и подачу второй порции смеси маточного раствора, называемую вторичным потоком маточного раствора, в циркуляционную трубу, при этом циркуляционная труба пересекает первую трубу в точке смешивания.

Один из иллюстративных способов охлаждения потока маточного раствора включает, среди прочих: получение потока маточного раствора, имеющего температуру приблизительно от 140 до 170°С под давлением приблизительно от 3,5 до 8 бар, при этом поток маточного раствора представляет собой насыщенный раствор, включающий терефталевую и пара-толуиловую кислоты в воде и содержащий менее приблизительно 1% вес./вес. мелких твердых частиц терефталевой кислоты; подачу потока маточного раствора в испарительный бак, давление в котором составляет приблизительно 1 бар и в котором температуру потока маточного раствора снижают приблизительно до 100°С, при этом из потока маточного раствора образуется пар, отводимый из испарительного бака; подачу потока маточного раствора в охлаждающее устройство по первой трубе, при этом в точке смешивания до того, как маточный раствор поступит в охлаждающее устройство, поток маточного раствора смешивают с вторичным потоком маточного раствора при температуре приблизительно от 40 до 60°С, в результате чего смесь потока маточного раствора и вторичного потока маточного раствора формирует смесь маточного раствора, температура которой составляет приблизительно от 60 до 80°С после смешивания потока маточного раствора и вторичного потока маточного раствора, при этом до поступления в охлаждающее устройство часть терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты осаждается из смеси маточного раствора; охлаждение смеси маточного раствора до температуры, составляющей приблизительно от 40 до 60°С, в охлаждающем устройстве; выведение смеси маточного раствора из охлаждающего устройства по направлению к фильтру; подачу первой порции смеси маточного раствора в фильтр; подачу второй порции смеси маточного раствора, называемую вторичным потоком маточного раствора, в циркуляционную трубу, при этом циркуляционная труба пересекает первую трубу в точке смешивания; фильтрация первой порции смеси маточного раствора при помощи фильтра, при этом осадки терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты удаляют из смеси маточного раствора; смешивание осадков терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты в уксусной кислоте для образования взвеси осадков в уксусной кислоте; введение взвеси осадков уксусной кислоты в поток уксусной кислоты при температуре, составляющей приблизительно от 150 до 170°C, для формирования рециркуляционного потока, включающего растворенные осадки терефталевой кислоты и пара-толуиловой кислоты; и введение рециркуляционного потока в поток окисляемого сырья или реактор для окисления.

Краткое описание чертежей

Многие аспекты настоящего изобретения станут более понятными из ссылок на следующие чертежи. Масштаб элементов на чертежах необязательно является определенным.

На фиг.1 проиллюстрирована схематическая блок-схема процесса получения очищенной терефталевой кислоты (РТА).

На фиг.2 проиллюстрирована схема производственного процесса одного варианта способа обработки потоков маточных растворов.

На фиг.3 проиллюстрирована схематическая диаграмма способа обработки потоков маточных растворов.

На фиг.4 проиллюстрирована схема производственного процесса одного варианта способа обработки твердых веществ (например, осадков), отделенных от потока смеси маточного раствора.

Подробное описание

Прежде чем настоящее изобретение будет описано более подробно, следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными вариантами его осуществления, поскольку они, безусловно, могут изменяться. Следует также отметить, что используемая здесь терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не является ограничивающей, поскольку объем настоящего изобретения ограничен прилагаемой формулой изобретения.

Если не имеется иных указаний, все используемые здесь технические и научные термины имеют значение, обычно вкладываемое в них рядовым специалистом в той области техники, к которой относится настоящее изобретение. Несмотря на то, что при осуществлении или проверке настоящего изобретения могут быть также использованы любые способы и материалы, подобные или равнозначные описанным здесь способам и материалам, далее описаны предпочтительные способы и материалы.

Все публикации и патенты, упомянутые в данном описании, приведены здесь в качестве ссылки, как если бы каждая отдельная публикация или патент были конкретно и отдельно указаны в качестве ссылок; они упомянуты здесь в качестве ссылок с целью раскрытия и описания способов и/или материалов, в связи с которыми приводится ссылка на них. Упоминание любой публикации предназначено для ее раскрытия до даты подачи и не должно рассматриваться как допущение, утверждающее, что настоящее изобретение не имеет права предвосхищать такую публикацию на основании предыдущего раскрытия. Кроме того, указанные даты публикации могут отличаться от действительных дат публикации, что может потребовать отдельного подтверждения.

Варианты осуществления настоящего изобретения могут включать, при отсутствии иных указаний, методы химии, химической инженерии, химической рециркуляции и т.п., известные специалистам в данной области техники. Такие методы полностью описаны в соответствующей литературе.

Приведенные примеры описаны таким образом, чтобы обеспечить специалистам в данной области техники полное раскрытие и описание того, как осуществлять такие методы и использовать описанные и заявленные здесь составы и соединения. Особое внимание уделялось точности цифровых обозначений (например, количества, температура и т.д.), однако возможны некоторые ошибки и отклонения. Если не оговорено особо, все части приведены в расчете на массу, температура приведена в °С, а давление обозначено в барах.

Следует отметить, что в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, при отсутствии конкретных указаний в контексте, формы единственного числа включают объекты во множественном числе. Так, например, ссылка на «подложку» включает ряд подложек. В данном описании и прилагаемой формуле изобретения при очевидности противоположного намерения упоминается ряд терминов, имеющих следующие значения.

Определения

Термин «твердые вещества маточного раствора» относится к твердым веществам, собранным после их осаждения из остаточного маточного раствора, получаемого в результате отделения очищенной терефталевой кислоты от взвеси, образовавшейся во время стадии кристаллизации процесса очистки терефталевой кислоты.

Обсуждение

Варианты осуществления настоящего изобретения включают способы или процессы очистки СТА, системы для очистки СТА, способы или процессы охлаждения потоков маточного раствора, способы или процессы обработки твердых веществ маточного раствора, системы для обработки твердых веществ маточного раствора и т.п.

Фиг.1 представляет собой блок-схему способа или процесса получения очищенной терефталевой кислоты. Сырую терефталевую кислоту (РТА) получают окислением пара-ксилола кислородом воздуха с использованием гомогенного катализатора в водном растворителе уксусной кислоты. Воздух, используемый для окисления, содержит молекулярный кислород, который может быть обогащен или обеднен по сравнению с атмосферным воздухом до его подачи в реактор для окисления. Полученную взвесь СТА из реактора (реакторов) для окисления, содержащую СТА, окислительный катализатор, реакционные промежуточные соединения и побочные продукты, обычно подают в одну или более емкостей для снижения давления и температуры технологического потока. Содержащиеся в СТА твердые вещества отделяют от маточного раствора окислительного процесса и, необязательно, сушат, избавляя их от окисляющего растворителя. Затем содержащиеся в СТА твердые вещества смешивают с водой, получая исходный поток для очистки СТА, до очистки СТА на второй стадии процесса производства РТА. Способ, система для очистки СТА может включать ряд стадий, включающих, но не ограничивающихся ими, стадию повторного суспендирования СТА, стадию нагревания взвеси и растворения СТА, стадию каталитической гидрогенизации, стадию кристаллизации, стадию фильтрации, стадию извлечения растворителя, стадию сушки, стадию обработки потока маточного раствора, стадию обработки твердых веществ маточного раствора и т.п.

В результате осуществления данного процесса получают очищенную терефталевую кислоту в кристаллическом виде и поток маточного раствора. Поток маточного раствора включает пара-толуиловую кислоту, а также мелкие частицы РТА (называемые также «тонкой фракцией») и гидрированные цветные соединения. Согласно одному варианту осуществления поток маточного раствора представляет собой насыщенный раствор, включающий терефталевую кислоту и пара-толуиловую кислоту в воде и содержащий менее приблизительно 1% вес./вес. мелких твердых частиц терефталевой кислоты. Как упомянуто выше, данный процесс включает способ обработки потока маточного раствора для извлечения пара-толуиловой и терефталевой кислот (осадки пара-толуиловой и терефталевой кислот). После извлечения и отделения твердых веществ (твердые вещества или осадки маточного раствора) от полученного маточного раствора, твердые вещества могут быть рециркулированы и смешаны с окисляющим исходным потоком и/или непосредственно поданы на первую стадию очистки РТА. Поток маточного раствора (обедненный), остающийся после извлечения твердых веществ маточного раствора, может быть обработан соответствующим образом (вытекающий поток).

Как упомянуто выше, данный процесс включает способы обработки потока маточного раствора для извлечения пара-толуиловой и терефталевой кислот. Как обозначено в схеме производственного процесса, проиллюстрированном на фиг.2, и на схематической диаграмме, проиллюстрированной на фиг.3, поток (100) маточного раствора получают после отделения очищенной терефталевой кислоты (РТА) в процессе очистки. Согласно одному варианту осуществления поток (100) маточного раствора может иметь температуру, составляющую приблизительно от 140 до 170°С или приблизительно от 145 до 155°С. Согласно одному варианту осуществления поток (100) маточного раствора может иметь давление, составляющее приблизительно от 3,5 до 8 бар или приблизительно от 4 до 5,5 бар. Поток (100) маточного раствора подают в испарительный бак (122), в котором давление обычно равно атмосферному давлению, составляющему приблизительно 1 бар, и/или в котором температуру потока (100) маточного раствора снижают приблизительно до 100°С. В результате существенное количество потока (102) испаряется благодаря мгновенному изоэнтальпическому парообразованию, после чего поток покидает испарительный бак (122) или удаляется из него. Затем поток (104) маточного раствора подают в охлаждающее устройство (124) по первой трубе или иной проточной конструкции.

До поступления в охлаждающее устройство (124) поток (104) маточного раствора смешивают с потоком (110) вторичного маточного раствора. Температура потока (110) вторичного маточного раствора составляет приблизительно от 40 до 60°С или приблизительно от 45 до 55°С. Вторичный поток (110) маточного раствора вводят в поток (104) маточного раствора в точке смешивания. Точка смешивания находится в месте пересечения первой трубы и рециркуляционной трубы и может имеет различные формы, такие как пересечение в виде Y, L или Т, с дополнительным перемешиванием или без него. Смесь двух потоков формирует смесь маточного раствора, имеющую температуру, составляющую приблизительно от 60 до 80°С или приблизительно от 65 до 75°С. Для упрощения понимания смесь маточного раствора не имеет цифрового обозначения на фиг.3. Скорость подачи потока вторичного маточного раствора может быть отрегулирована таким образом, чтобы температура смеси маточного раствора составляла приблизительно от 60 до 80°С или приблизительно от 65 до 75°С. Согласно одному варианту осуществления скорость движения потока вторичного маточного раствора составляет около 60% от скорости подачи смешанного и маточного растворов. В результате смешивания и снижения температуры часть терефталевой кислоты и/или пара-толуиловой кислоты осаждается из смеси маточного раствора перед поступлением в охлаждающее устройство (124). Согласно одному варианту осуществления количество твердых веществ в терефталевой кислоте и/или пара-толуиловой кислоте может составлять приблизительно от 75 до 85% или приблизительно от 79 до 83% от общего количества терефталевой кислоты и/или пара-толуиловой кислоты в смеси маточного раствора после смешивания.

Затем смесь маточного раствора, включающая осадки, поступает в охлаждающее устройство (124) и охлаждается до температуры, составляющей приблизительно от 40 до 60°С или приблизительно от 45 до 55°С. Не выпавшая ранее в осадок терефталевая кислота и/или пара-толуиловая кислота может выпасть в осадок во время данной процедуры охлаждения. Охлаждающее устройство (124) может представлять собой теплообменник с низким уровнем загрязнения и большими сдвиговыми усилиями, такой как, но не ограничиваясь ими, спиральный теплообменник (такой как теплообменник, выпускаемый Alfa-Laval), теплообменник со спиральной трубой (такой как теплообменник, выпускаемый HRS Spiratube), кожухотрубный теплообменник или их комбинация. Преимущество использования охлаждающего устройства (124) заключается в том, что осадки не загрязняют или по существу не загрязняют содержимое охлаждающего устройства (124). Это можно объяснить тем, что поток движется с высокой скоростью, и любые осажденные вещества, которые могут сформироваться и/или осесть на содержимом, самоочищаются под действием высокой скорости потока. Кроме того, поскольку часть осажденных веществ формируется до поступления в охлаждающее устройство (124), уровень загрязнения снижается, поскольку уровень осаждения в охлаждающем устройстве (124) снижается, и/или осажденные вещества, двигающиеся с высокой скоростью, могут содрать покрытия на содержимом охлаждающего устройства (124). Согласно одному варианту осуществления скорость движения составляет приблизительно от 1 до 4 м/сек или приблизительно от 1 до 3 м/сек.

Согласно одному варианту осуществления спиральный теплообменник включает, по меньшей мере, два отдельных и смежных подающих трубопровода в виде спирали, обычно разделенных одной стенкой. Хладагент протекает по одному трубопроводу, а смесь маточного раствора, включая осадки, протекает через другой трубопровод и охлаждается в результате передачи тепла хладагенту через разделительную стенку между протоками. Хладагент обычно представляет собой воду, при этом скорость его течения может быть проконтролирована таким образом, чтобы регулировать температуру выхода смеси маточного раствора. Степень охлаждения также регулирует дополнительные осадки, образующиеся в охлаждающем устройстве (124). Проток для смеси маточного раствора в спиральном теплообменнике имеет такую форму, чтобы весь поступающий объем пересекал трубопровод по существу с одинаковой скоростью, без существенных горизонтальных участков течения или существенных застойных участков. Кроме того, минимальные размеры протоков таковы, чтобы избежать осадков, препятствующих прохождению смеси маточного раствора при ее охлаждении. Скорость прохождения смеси маточного раствора через трубопроводы поддерживают на таком уровне, что осадки, сформировавшиеся до поступления в охлаждающее устройство или образовавшиеся в нем, увлекаются движущейся смесью маточного раствора и выходят из охлаждающего устройства вместе с охлажденной смесью маточного раствора. Согласно одному варианту осуществления кожухотрубный теплообменник включает ряд по существу параллельных труб, через которые смесь маточного раствора, включая осадки, протекает и охлаждается в результате передачи тепла хладагенту, протекающему вне данных труб. Несмотря на то, что площадь поперечного сечения внутри труб часто является круглой, другие конфигурации могут быть также использованы для улучшения теплообмена, повышения уровня сдвига проточной среды или иного параметра, улучшающего работу или производительность охлаждающего устройства (124). Изменения поперечного сечения потока также могут непрерывно или беспорядочно варьироваться по длине трубы и могут включать изменения площади поверхности стенки трубы, количества каналов или выступов в протоке для смеси маточного раствора. Головки теплообменника, впускное и выпускное отверстия спроектированы таким образом, чтобы предотвращать оседание или накопление выпавших в осадок твердых веществ, препятствующих прохождению смеси маточного раствора и даже распределению смеси маточного раствора в каждую из труб теплообменника, невзирая на количество боковых проходов трубы. Согласно одному варианту осуществления в трубах кожухотрубного теплообменника может быть дополнительно использовано механическое перемешивание с целью предотвращения накопления твердых веществ, сформировавшихся до поступления в охлаждающее устройство (124) или образовавшихся внутри охлаждающего устройства (124) из смеси маточного раствора.

После охлаждения смеси маточного раствора в охлаждающем устройстве (124) смесь (106) маточного раствора подают по проточной трубе по направлению к системе (126) фильтров. Температура смеси (106) маточного раствора составляет приблизительно от 40 до 60°С или приблизительно от 45 до 55°С. До поступления в систему (126) фильтров циркуляционная труба пересекает проточную трубу. Первая порция смеси (106) маточного раствора попадает в систему (126) фильтров, а вторая порция смеси (106) маточного раствора попадает в циркуляционную трубу. После попадания второй порции в циркуляционную трубу поток называют «вторичным потоком (110) маточного раствора». Как упомянуто выше, циркуляционная труба пересекает первую трубу в точке смешивания. Таким образом, вторую порцию смеси (110) маточного раствора подают по циркуляционной трубе для смешивания с потоком (104) маточного раствора в точке смешивания. Первая порция составляет приблизительно от 35 до 45% вес./вес. или приблизительно от 38 до 42% вес./вес. от массы смеси (106) маточного раствора. Второй поток составляет приблизительно от 55 до 65% вес./вес. или приблизительно от 58 до 62% вес./вес. от массы смеси (106) маточного раствора.

Как показано на фиг.4 и в целом на фиг.1, первая порция смеси маточного раствора может быть профильтрована системой (126) фильтров. Осадки твердых веществ маточного раствора, включающие терефталевую кислоту и/или пара-толуиловую кислоту (а также другие осадки), захватываются фильтром и отделяются от остальной смеси маточного раствора. Остальная смесь маточного раствора может быть дополнительно соответственно обработана или подвергнута очистке. Система фильтров (126) включает напорный фильтр, в котором накопление осадка на фильтровальной среде происходит таким образом, что сам осадок на фильтре способствует фильтрованию содержащей твердые вещества жидкости. Могут быть использованы различные виды фильтровальных процессов, например, камера давления, оборудованная свечевым фильтром или фильтрами (например, фильтр, выпускаемый Dr. Muller AG). Система фильтров также включает приемную камеру, в которой осадки, выгруженные из фильтра, повторно суспендируют в уксусной кислоте, и систему контроля. Такая система может необязательно включать ряд буферных камер, обеспечивающих правильную работу системы.

Согласно одному варианту осуществления осадки смешивают с уксусной кислотой, получая взвесь осадков в уксусной кислоте. Скорость подачи уксусной кислоты регулируют таким образом, чтобы взвесь осадков в уксусной кислоте содержала приблизительно от 10 до 20% вес./вес. твердых веществ. Затем взвесь осадков в уксусной кислоте вводят в поток уксусной кислоты при температуре, составляющей приблизительно от 150 до 170°С или приблизительно от 155 до 165°С, формируя рециркуляционный поток. Скорость введения взвеси осадков регулируют таким образом, чтобы обеспечить концентрацию компонентов, таких как терефталевая кислота и пара-толуиловая кислота, а также других компонентов (например, гидрированные цветные соединения), на уровне ниже предела их растворимости в рециркуляционном потоке. Согласно одному варианту осуществления скорость введения взвеси осадков регулируют таким образом, чтобы обеспечить уровень концентрации данных компонентов ниже предела их растворимости в водном уксуснокислом растворителе при температуре, составляющей приблизительно от 150 до 170°С. Согласно одному варианту осуществления концентрация взвеси осадков в рециркуляционном потоке может быть ниже предела растворимости осадков. Согласно одному варианту осуществления концентрация взвеси осадков в рециркуляционном потоке может составлять около 10000 м.д. вес./вес. осадков в рециркуляционном потоке. Согласно одному варианту осуществления концентрация взвеси осадков в рециркуляционном потоке может составлять около 2000 м.д. вес./вес. осадков в рециркуляционном потоке.

Согласно одному варианту осуществления содержание воды в рециркуляционном потоке составляет приблизительно от 10 до 20% вес./вес. воды или приблизительно от 10 до 15% вес./вес. воды. Согласно одному варианту осуществления введение взвеси осадков в уксусной кислоте в поток уксусной кислоты при температуре, составляющей приблизительно от 150 до 170°C, осуществляют с такой скоростью, чтобы концентрация терефталевой кислоты составляла от менее чем 2000 м.д. вес./вес. в рециркуляционном потоке до около 10000 м.д. вес./вес. приблизительно в 20% воды.

Следует отметить, что смешивание взвеси осадков в уксусной кислоте с потоком уксусной кислоты приводит, по меньшей мере, к двум удивительным и неожиданным результатам по сравнению с простой подачей отфильтрованных осадков непосредственно в окисляющий реактор и/или через основной окисляющий исходный поток. Во-первых, рециркулированные твердые вещества, включая пара-толуиловую кислоту, растворяются в нагретой уксусной кислоте и могут быть полностью окислены до терефталевой кислоты в окисляющем реакторе. В результате предотвращается загрязнение СТА рециркулированной пара-толуиловой кислотой в окисляющем реакторе, благодаря чему может быть достигнута полная выгода рециркулирования рециркулированных твердых веществ для улучшения общего превращения n-ксилола в желаемую терефталевую кислоту. Данное улучшение эквивалентно экономии приблизительно 1-2 кг пара-ксилола на тонну (метрическая тонна) получаемой РТА.

Во-вторых, гидрированные цветные компоненты в рециркулированных твердых веществах также растворяются в растворителе из горячей уксусной кислоты и окисляются, формируя окисленные цветные соединения в окисляющем реакторе. Например, 2,6-дикарбоксифлуорен окисляется до 2,6-дикарбоксифторэнона. Окисленные цветные компоненты являются более цветными, чем гидрированные цветные компоненты, однако их пропорция, достигаемая в СТА, намного меньше пропорции гидрированных цветных компонентов, достигаемой в СТА в таком же процессе, не включающем описанные здесь варианты осуществления. Удивительный положительный результат настоящего изобретения заключается в том, что, несмотря на окисленные цветные соединения, присутствующие в реакторе для окисления, общий цвет СТА улучшается приблизительно на 1-4 единицы DMCY по сравнению с таким же процессом, не включающем описанные здесь варианты осуществления. На очистительной установке улучшенный цвет СТА позволяет реактору для гидрирования работать при более низком давлении и использовать меньшее количество водорода.

Следует отметить, что фиг.1-4 могут не включать все различные компоненты, используемые в каждой системе, способе или процессе. Например, один или более жидкостных насосов могут быть использованы для того, чтобы обеспечить движение потоков через систему или процесс при одной или более скоростях подачи и при одной или более величинах давления.

Примеры

Отбирают образцы СТА с работающей установки, на которой осуществляют описанный здесь вариант изобретения, и с работающей установки, в которую отфильтрованные осадки были поданы вместе с основным сырьем для окисляющего реактора. Были получены следующие значения средней концентрации 2,6-дикарбоксифлуорена и 2,6-дикарбоксифторэнона в образцах СТА и их соответствующий DCMY цвет:

Образцы СТА
	2,6-дикарбоксифлуорен (м.д. вес./вес.)	2,6-дикарбоксифторэнон (м.д. вес./вес.)	Цвет согласно DCMY
Установка, на которой используют вариант осуществления настоящего изобретения
	<2	52	28,0
Установка, на которой не используют вариант осуществления настоящего изобретения
	9	134	31,9

Полученные данные показывают, что меньшее количество 2,6-дикарбоксифлуорена и 2,6-дикарбоксифторэнона было введено в СТА на установке с использованием варианта осуществления настоящего изобретения, и был получен лучший цвет согласно DCMY.

Следует отметить, что соотношения, концентрации, количества и другие цифровые данные могут быть выражены здесь в виде диапазонов. Подразумевается, что подобные диапазоны используются для удобства и краткости, поэтому они должны гибко трактоваться не только как цифровые величины, эксплицитно представленные в виде предельных значений диапазона, но и включать все отдельные цифровые величины или поддиапазоны, охватываемые таким диапазоном, как если бы каждая цифровая величина и поддиапазон были представлены эксплицитно. В качестве иллюстрации, диапазон концентрации, составляющий «приблизительно от 0,1% до 5%», должен трактоваться не только как эксплицитно указанная концентрация, составляющая приблизительно от 0,1% вес. до 5% вес., но и как отдельные концентрации (например, 1%, 2%, 3% и 4%) и поддиапазоны (например, 0,5, 1,1%, 2,2%, 3,3% и 4,4%) в рамках указанного диапазона. Термин «приблизительно» может включать ±1%, ±2%, ±3%, ±4%, ±5%, ±8% или ±10% от модифицируемой цифровой величины (величин). Кроме того, фраза «приблизительно от 'x' до 'y'» включает «от приблизительно 'x' до приблизительно 'y'».

Описанные выше варианты осуществления могут быть подвергнуты многим изменениям и модификациям. Предполагается, что все такие модификации и изменения входят в объем настоящего изобретения и защищены формулой изобретения.