热虹吸酯化器蒸汽再利用
【专利说明】热虹吸酯化器蒸汽再利用 发明领域
[0001] 本发明涉及一种用于从一种新颖的热虹吸酯化器设计回收废热的方法以及可以 实施该方法的系统。
【背景技术】
[0002] 例如纤维的形式和以瓶子树脂的形式的聚（对苯二甲酸乙二醇酯）（PET)树脂被 广泛地生产和使用。PET通常用于制造饮料和食品容器、热成型应用、纺织品，并作为工程树 月旨。PET是基于单体单元双-β -羟基对苯二甲酸的聚合物，所述单体单元通常由乙二醇和 对苯二甲酸（或对苯二甲酸二甲酯）形成。
[0003] 用于PET的制造过程通常在一系列熔融相反应器中进行，所述反应器可包括酯化 器、向上流动的预聚合反应器（UFPP)和修整器。这些反应器通常以高于270Γ的温度操作， 而操作压力从第一个反应器（酯化器）中的超大气压力降低到在最终反应器（修整器）中 的接近全真空。
[0004] 用于PET生产的原料是乙二醇和邻苯二甲酸。邻苯二甲酸通常是用于生产聚酯纤 维的100%对苯二甲酸，但对于瓶子树脂可含有多达5%的间苯二甲酸。催化剂和其它添加 剂可以在任一位置添加到该过程中，但是通常在UFPP的第一托盘之前的某个位置注入。在 酯化器中，乙二醇通过酯化反应与对苯二甲酸反应以形成低聚物和作为副产品的水蒸气。 然后将低聚物在UFPP和修整器中聚合而形成PET聚合物产品，其中乙二醇和水作为副产 品。
[0005] 虽然在每个反应器中都可以发生一定程度的酯化和聚合两者，但是通常地， 85-95%的酯化反应在酯化器内完成。对于给定的设备生产能力来说，酯化器的大小（即驻 留时间）和成本由在所需的酯化反应条件（即温度和乙二醇与邻苯二甲酸的进料摩尔比） 下完成充分的酯化的需要来确定。酯化器通常可消耗比输入到该系统的能量的70%更多 (的能量），因为酯化器必须将进入的反应物加热至酯化反应所需的温度，并且此反应需要 气化用以驱动反应向如的过量的乙^醇和副广品水。
[0006] 已经在PET生产系统内实施了各种酯化器设计，包括热虹吸酯化器。热虹吸酯化 器通常包括与热交换器组合的蒸气分离器。热交换器可以具有：用于流体的竖直延伸通道 以及上流体出口和下流体入口，通过导管环路，上出口与热虹吸系统的侧部连通，并且下入 口与热虹吸系统的底部连接；在容器中用于以维持恒定液位的速率连续提取酯化产品的溢 流装置；在容器的上部部分中用于提取蒸气的装置；以及用于将冷的反应物进料混合物注 射到热交换器的下流体入口中的装置。这样的酯化器设计例如在授予Chapman和Temple 的美国专利No. 3927982中提供，该专利通过参考并入本文。
【发明内容】
[0007] 虽然与其他类型的酯化器相比，热虹吸酯化器提供了有力的混合和增强的热传 递，但是他们可能经常经历不稳定的再循环速率。这样的不稳定性可能引起在酯化器内维 持库存控制的操作困难性。因此，将会有利的是，提供修改的酯化器设计以提供提高的再循 环速率稳定性和总的能量节省。
[0008] 此外，由于这样的系统可以在升高的温度下稳定地操作，所以有利的是，利用由此 产生的所得到的气化副产品以提供使用该系统的进一步的效率和成本效益。
[0009] 本发明提供了用于回收在本文所述的热虹吸酯化器中产生的副产品（例如热量 和蒸汽）的系统和方法。这样的方法可以应用到用于聚（对苯二甲酸乙二醇酯）生产的热 虹吸酯化器，该方法能够提供更有效的PET生产工艺。发明人已经发现与本文描述的新颖 的热虹吸酯化器被操作时所处的升高的温度相关的令人惊讶的经济效益。
[0010] 蒸汽回收过程所用的新颖的热虹吸酯化器设计总体包括：热交换构件、与热交换 构件流体连通的交叉管、蒸气分离构件以及定位在所述蒸气分离器内并与交叉管流体连通 的提升管挡板构件。提升管挡板、蒸气分离器和热虹吸酯化器的余下的部件的具体参数和 特征可以如本文更详细地变化。
[0011] 与从传统的热虹吸酯化器释放的温度相比，由于使用这样的热虹吸酯化器（例如 在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)的制造过程的第一阶段）而产生的副产品蒸汽在一些实施 例中能够以更高的温度从热虹吸酯化器释放。与从传统的热虹吸酯化器释放的压力相比， 由于使用这样的热虹吸酯化器而产生的副产品蒸汽在一些实施例中能够以更高的压力从 热虹吸酯化器额外地释放。因此，能够从用于其他用途的工艺提取高值加热产品。
[0012] 在本发明的一个方面中，提供一种方法，包括:A.从热虹吸酯化器提取蒸汽，所述 热虹吸酯化器包括热交换构件、与热交换构件流体连通的交叉管、蒸气分离构件以及定位 在所述蒸气分离器内并与交叉管流体连通的提升管挡板构件；和B.在需要能量输入的工 艺中利用蒸汽。所提取的蒸汽副产品例如可以从蒸气分离构件提取。在某些实施例中，在 这样的工艺中采用蒸汽可以用于降低（例如在PET生产过程中）操作热虹吸酯化器所需的 能量，因为由于使用蒸汽导致的能量节省可以补偿必须被添加至系统的能量。
[0013] 在一些实施例中，所提取的蒸汽处于约105°C或更高的温度，包括约110°C或更 高、约120°C或更高、约130°C或更高、约140°C、从约105°C到130°C、从约105°C到120°C、或 者从约120°C到140°C的温度。在一些实施例中，所提取的蒸汽处于约1. 2巴绝压值（barA) 或更高的压力，包括约I. 5barA或更高的压力、包括约2. ObarA或更高、约3. ObarA或更高、 约4barA、从约I. 2barA到约3. ObarA、从约I. 2barA到约2. ObarA或者从约2. ObarA到约 4. ObarA的压力。
[0014] 本文所述的方法在一些实施例中还可以包括通过设置在热交换器上游的进料浆 料注射端口来添加反应物。在某些实施例中，反应物中的一种或多种可以在被添加之前通 过与蒸汽的热交换而被加热。例如，反应物可以包括乙二醇和邻苯二甲酸，其中乙二醇和邻 苯二甲酸在热虹吸酯化器内反应以产生低聚物。
[0015] 与采用蒸汽相关的能量节省可以变化，并且例如对于由酯化器制得的低聚物为从 约5kJ/kg至约100kJ/kg，对于由酯化器制得的低聚物为从约10kJ/kg至约90kJ/kg，或对 于由酯化器制得的低聚物为从约20kJ/kg至约80kJ/kg，或者对于由酯化器制得的低聚物 为约50kJ/kg或更大。在一些实施例中，该工艺可降低从系统产生的废水的量，因为来自酯 化（例如来自PET酯化）的水副产品可以以蒸汽的形式用于多种目的。
[0016] 在本公开的另一方面中，提供一种用于降低工业过程所需的能量输入的方法，所 述方法包括：A.在一定条件下操作热虹吸酯化器，以便提供处于约105°C或更高的温度和 约I. 5barA或更高的压力下的蒸汽副产品；B.提取蒸汽副产品；和C.利用蒸汽副产品来提 供工业过程所需的能量输入的一部分。在一些实施例中，热虹吸酯化器包括热交换构件、与 热交换构件流体连通的交叉管、蒸气分离构件以及定位在所述蒸气分离器内并与交叉管流 体连通的提升管挡板构件。蒸汽副产品例如可以从蒸气分离构件提取。
[0017] 在一些这样的实施例中，所述蒸汽副产品在约115°C或更高的温度下被提供，并且 在这样的一些实施例中，所述蒸汽副产品在约2bar或更高的压力下被提供。蒸汽副产品在 其中被使用的工业过程可以变化；在某些实施例中，工业过程是结合了热虹吸酯化器的过 程。总之，工业过程所需的能量输入可以降低不同的量，例如在一些实施例中降低约5%或 更多。
【附图说明】
[0018] 至此已经总体上描述了本发明，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其 中：
[0019] 图1是具有灯泡形状的蒸气分离器的热虹吸酯化器的示意图，所述蒸气分离器具 有与其相关联的提升管挡板；
[0020] 图2是图1的热虹吸酯化器的示意图，其中示出了部件的各种参数；
[0021] 图3是具有与其相关联的提升管挡板的示例性灯泡形蒸气分离器的示意性横截 面图；
[0022] 图4是具有直侧边蒸气分离器的热虹吸酯化器的示意图，所述蒸气分离器具有与 其相关联的提升管挡板；
[0023] 图5是图4的热虹吸酯化器的示意图，其中示出了部件的各种参数；
[0024] 图6是具有与其相关联的提升管挡板的示例性直侧边蒸气分离器的示意性横截 面图；
[0025] 图7是具有灯泡形状的蒸气分离器并且具有在热虹吸管中的凸起的热虹吸酯化 器的示意图，所述蒸气分离器具有与其