聚酯的制备
【专利摘要】本发明提供了一种用于在集成式对苯二甲酸-聚酯装置中制备纯化的对苯二甲酸晶体的方法，所述方法包括以下步骤：i)提供含水介质中的纯化的对苯二甲酸晶体的流；ii)将所述纯化的对苯二甲酸晶体在过滤区中从所述含水介质分离；以及iii)使用含水洗涤液洗涤所述纯化的对苯二甲酸晶体，其特征在于，所述含水洗涤液的至少一部分源于来自所述聚酯装置的含水冷凝液。
【专利说明】
聚酯的制备
技术领域
[0001]本发明涉及组合的对苯二甲酸-聚酯装置的操作。
【背景技术】
[0002]芳族二羧酸通常通过烃前体在有机溶剂中的催化氧化制造。实例是对苯二甲酸(TA)，其广泛用于制备聚酯，如聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)。作为用于PET制备的反应物所需的TA被称为“纯化的对苯二甲酸”(PTA)，并且通常含有超过99.97重量％、优选地超过99.99重量％的对苯二甲酸，以及少于25ppm 4-羧基苯甲醛(4-CBA)。在工业规模上，适于在PET制备中使用的PTA通常以两段方法制备。首先，将对二甲苯在金属催化剂(例如，钴和/或锰盐或化合物)的存在下氧化(例如，使用空气)以提供“粗对苯二甲酸”(CTA)，如在例如US 2，833，816中所述。然后，将通过该氧化反应制备的CTA纯化，因为其通常被杂质如4-CBA、对甲基苯甲酸，以及赋予TA淡黄色的各种有色杂质所污染。CTA的纯化除了需要至少一个物理过程(例如，结晶、洗涤等)之外，通常还需要至少一种化学转化(例如，氢化)以产生PTA。PET从而通过乙二醇与PTA之间的酯化反应形成。
[0003]PET通常被视为批量商品项，其年产量有数千万吨，并且因此制造商期望降低其成本以使PET制备的经济性和效率最大化。这可通过降低资本成本(例如，设备成本)和可变成本(例如，与废弃物处置、起始物质使用、有机溶剂、加热燃料和去离子水相关的成本)实现。
[0004]组合的PTA-PET装置可以在包括上述用于制备PTA的洗涤过程的多个方法步骤中使用去离子水。此外，组合的PTA-PET装置生成大量含水废物流，该含水废物流不仅需要高昂的成本来处理和处置，还可能对环境有害。USSN 61/984,598(其全文通过引用结合在此)公开了用于纯化来自集成式PTA-PET装置的含水废物流并将纯化水再循环返回集成式PTA-PET装置，尤其是在其纯化之前形成CTA浆液的方法。
[0005]本发明的目的是提供一种组合的制造对苯二甲酸和聚酯的更经济并且更有效的方法，具体地，最小化组合的对苯二甲酸-聚酯装置的去离子水用量和/或由组合的对苯二甲酸-聚酯装置产生的含水废物，从而降低可变成本和对环境的影响。进一步的目的将从以下说明书易见。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种用于在集成式对苯二甲酸-聚酯装置中制备纯化的对苯二甲酸晶体的方法，所述方法包括以下步骤:
[0007]i)提供处于含水介质中的纯化的对苯二甲酸晶体的流；
[0008]ii)将所述纯化的对苯二甲酸晶体在过滤区中从所述含水介质分离；以及
[0009]iii)使用含水洗涤液洗涤所述纯化的对苯二甲酸晶体，
[0010]其特征在于，所述含水洗涤液的至少一部分源于来自所述聚酯装置的含水冷凝液。
[0011]本发明的发明人已经发现，其至少一部分直接或间接地源于来自聚酯装置的含水冷凝液的含水洗涤液适用于洗涤纯化的对苯二甲酸晶体，即，在该含水洗涤液中洗涤的纯化的对苯二甲酸晶体适于在PET装置上使用。因此，由于将含水冷凝液回收利用而不是被排放，所以由集成式PTA-PET装置生成的含水流出物减少，并且在配制含水洗涤液过程中使用的去离子水可以减少，从而降低了可变成本。此外，含水冷凝液通常以约120°C的温度离开聚酯装置，因此可以用作对苯二甲酸装置上的热源，从而进一步降低可变成本。
【具体实施方式】
[0012]本文描述了本发明的多个实施方案。应当认识到，每个实施方案中指定的特征可以与其他指定特征结合以提供另外的实施方案。
[0013]应当理解，集成式对苯二甲酸-聚酯装置和方法的一般操作是众所周知的。例如，如上所述，适于在聚(对苯二甲酸乙二酯)制备中使用的对苯二甲酸(即，纯化的对苯二甲酸)通常以两段方法制备。首先，将对二甲苯在金属催化剂(例如，钴和/或锰盐或化合物)的存在下氧化(例如，使用空气)以提供粗对苯二甲酸。然后，将通过该氧化反应制备的粗对苯二甲酸纯化以去除杂质，如4-CBA和对甲基苯甲酸，以生成纯化的对苯二甲酸。粗对苯二甲酸的纯化除了需要至少一个物理过程(例如，结晶、洗涤等)之外，通常还需要至少一种化学转化(例如，氢化)。聚(对苯二甲酸乙二酯)通过乙二醇与纯化的对苯二甲酸之间的酯化反应形成。
[0014]对苯二甲酸的制备
[0015]对苯二甲酸通常通过包括烃前体在有机溶剂中的催化氧化的方法制备。烃前体为可氧化形成对苯二甲酸的化合物。因此，烃前体通常为在对苯二甲酸中的羧酸取代基的位置被如C1 6烷基、甲酰基或乙酰基取代的苯。优选的烃前体为C1 6烷基取代的苯，具体地，为对二甲苯。有机溶剂通常为脂族羧酸，如乙酸，或一种或多种此类脂族羧酸与水的混合物。氧化反应可在其中有氧气的任何条件下进行，例如，该反应可在空气中进行。反应催化剂通常包含可溶形式的钴和/或锰(例如，它们的乙酸盐)，使用溴源(如溴化氢)作为促进剂。氧化反应的温度通常在约100-250°C的范围内，优选地为约150-220°C。任何常规的压力都可用于该反应，以适当地将该反应混合物保持在液态下。
[0016]氧化段执行将烃前体在有机溶剂中催化氧化的功能，从而形成产物流和排放气体。通常将产物流传送到结晶段以形成粗对苯二甲酸晶体的第一浆液与塔顶蒸气。通常将粗对苯二甲酸晶体的第一浆液传送至分离段，其中将母液与粗对苯二甲酸晶体相分离，然后可以与含水液体混合以形成粗对苯二甲酸晶体的第二浆液。通常将粗对苯二甲酸晶体的该第二浆液传送至纯化装置，加热并且进行氢化，之后冷却以形成纯化的对苯二甲酸晶体的浆液。
[0017]在蒸馏段中，通常将来自氧化段的排放气体分离到富含有机溶剂的流和富含水的蒸气流中。来自蒸馏段的富含有机溶剂的流通常包含80-95%重量/重量的有机溶剂，并且通常返回氧化段。来自蒸馏段的富含水的蒸气流通常包含0.1-5.0%重量/重量的有机溶剂，并且通常在冷凝段中冷凝以形成冷凝物流和塔顶气体。冷凝物流的一部分通常用作用于形成上述粗对苯二甲酸晶体的第二浆液的含水液体源。在本发明中，冷凝物流优选形成用于来自纯化装置的纯化的对苯二甲酸晶体的洗涤流体的一部分。
[0018]聚酯的制备
[0019]聚酯优选为聚(对苯二甲酸乙二酯)。聚(对苯二甲酸乙二酯)通常通过乙二醇和纯化的对苯二甲酸在约2-6barA的压力和约200_300°C的温度下的酯化制备。通常将来自酯化反应的一个副产物流(或多个副产物流，取决于装置配置)给料至蒸馏塔，以将可以回收并重新使用的过量的乙二醇与水和副产物有机化合物分离。还可以将来自蒸馏塔顶部的含水流送至气提塔，以减少其中的副产物有机化合物的水平。因此，来自PET装置的所得含水冷凝液可包含选自以下各项的一种或多种有机化合物:乙醛；2_甲基-1，3-二氧戊环；1,4- 二氧六环；乙二醇；和乙酸。更具体地，含水冷凝液可以包含0.01-3重量％的乙醛；
0.01-3重量％的2-甲基-1，3-二氧戊环；0.01-0.5重量％的1，4_ 二氧六环；0.01-2重量％的乙二醇；和/或0.01-1重量％的乙酸。甚至更具体地，含水冷凝液可以包含0.5-2重量％的乙醛；0.5-2重量％的2-甲基-1，3-二氧戊环；0.1-0.25重量％的I，4-二氧六环；0.1-1重量％的乙二醇；和/或0.1-0.75重量％的乙酸。含水冷凝液的余量通常为水，即，含水冷凝液可以包含至少90.5重量％的水、或至少92重量％的水、或至少95重量％的水。在常规的集成式对苯二甲酸-聚酯装置中，将该含水冷凝液独立于对苯二甲酸工艺废水处理、回收利用和排放。
[0020]含水洗涤液
[0021]在本发明中，含水洗涤液的至少一部分源于含水冷凝液。例如，至少I重量％、至少2重量％、至少5重量％、至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％或至少40重量％的含水洗涤液源于含水冷凝液。例如，1-75重量％、2-50重量％、5-40重量％、10-30重量％或约15重量％的含水洗涤液源于含水冷凝液。洗涤流体的剩余部分通常源于来自冷凝段的冷凝物流，但如果需要，可以使用其他含水工艺流和(如果需要)去离子水配制含水洗涤液。因此，由含水冷凝液得到含水洗涤液可以减少或消除配制含水洗涤液的过程中对去离子水的使用。
[0022]含水洗涤液的源于含水冷凝液的部分可直接或间接地源于含水冷凝液。如本文所用，“直接地”意指含水冷凝液在用于配制含水洗涤液之前不经受任何中间处理以改变其组成。应当理解，由于含水洗涤液还可由(并且，优选地由)冷凝物流(也可能是其他流)配制，所以其组成不同于含水冷凝液。因此，在该实施方案中，含水洗涤液包含存在于含水冷凝液中的有机化合物，即，含水洗涤液包含选自以下各项的一种或多种有机化合物:乙醛；
2-甲基-1，3-二氧戊环山4-二氧六环；乙二醇；和乙酸。直接由含水冷凝液得到含水洗涤液是有益的，因为这避免了与处理含水冷凝液以除去上述有机组分有关的资本成本和可变成本。本发明的发明人意外地发现包含上述有机化合物的含水洗涤液适用于洗涤PTA晶体。
[0023]如本文所用，“间接地”意指含用于配制含水洗涤液之前对水冷凝液在进行中间处理以改变其组成，例如，可以处理含水冷凝液以除去上述有机化合物中的一些或全部。例如，可以对含水冷凝液进行一种或多种处理过程，如全文通过引用结合在此的WO2014/070766 Al中所述的“萃取过程”和/或“反渗透”。还可以将含水冷凝液与来自组合装置别处的其他流，如纯化装置母液(PPML)混合。PPML可以包括从中分离出PTA晶体的母液以及，任选地，已被用于洗涤PTA晶体的含水洗涤流体。因此，在该实施方案中，将含水冷凝液传送至萃取段以形成含水流和有机流。因此，在该实施方案中，含水洗涤液的至少一部分源于含水流。任选地，将含水冷凝液在将其传送至萃取段之前与PPML合并。备选地，不将含水冷凝液与PPML合并。萃取段可包括以下步骤:将含水冷凝液(以及，任选地，PPML)与包含有机夹带剂的溶液合并以形成混合物，该混合物的温度比该混合物的共沸温度低至少约20°C;以及将该混合物分离为有机流(其可以包含残余的芳族羧酸)和含水流。萃取段还可以包括如下步骤:将含水流任选地经由与来自回收塔的流出物热交换而加热，以形成加热的含水流；以及将加热的含水流的至少一部分进料至回收塔。回收塔设计用于从含水流气提出残余的有机化合物(例如，其可以为包括多个塔板的气提塔，所述塔板在本领域中被称为理论平衡塔板)。萃取段还可包括如下步骤:将有机流任选地经由与来自蒸馏塔的流出物的热交换而加热，以形成加热的有机流；以及将加热的有机流进料至蒸馏塔。从萃取段(即，从回收塔)移除的含水流可经受另外的处理步骤，包括使含水流与碱接触以形成经pH调节的流；使经pH调节的流与过滤器接触，以形成经处理的流；以及使经处理的流与反渗透装置接触，以形成可以用于配制含水洗涤液的含水液体。因此，在该实施方案中，含水洗涤液的至少一部分源于含水液体。
[0024]过滤区
[0025]过滤区可以包括至少一个过滤装置，如旋转过滤器。旋转过滤器通常包括可在外壳内旋转的转筒，该外壳围绕其周长被分成一系列区域，在这些区域的每一个中可将一个处理段(例如，分离段、洗涤段等)施加至滤饼。因此，旋转过滤器可以包括用于将PTA晶体从PTA晶体悬浮于其中的含水介质通过以下方式分离的第一区:使浆液在第一区中过滤穿过过滤器表面以移除含水介质，从而获得PTA晶体的湿团块。旋转过滤器随后的操作可以为将PTA晶体的湿团块传送至第二区(无需重新浆化PTA晶体的湿团块)，并在将含水洗涤液供应至PTA晶体的湿团块的同时实现过滤。因此，含水洗涤液可在第二区中移动穿过PTA晶体的湿团块并穿过过滤器表面，从而洗涤PTA晶体的湿团块。因此，使用含水洗涤液洗涤纯化的对苯二甲酸晶体可以在过滤区中进行。
[0026]根据本公开的实施方案，提供以下方案。
[0027]方案I
[0028]—种用于在集成式对苯二甲酸-聚酯装置中制备纯化的对苯二甲酸晶体的方法，所述方法包括以下步骤:
[0029]i)提供含水介质中的纯化的对苯二甲酸晶体的流；
[0030]ii)将所述纯化的对苯二甲酸晶体在过滤区中从所述含水介质分离；以及
[0031]iii)使用含水洗涤液洗涤所述纯化的对苯二甲酸晶体，
[0032]其特征在于，所述含水洗涤液的至少一部分源于来自所述聚酯装置的含水冷凝液。
[0033]方案2
[0034]根据方案I所述的方法，其中所述含水冷凝液包含选自以下各项的一种或多种有机化合物:乙醛；2-甲基-1，3- 二氧戊环；1，4_ 二氧六环；乙二醇；和乙酸。
[0035]方案3
[0036]根据方案2所述的方法，其中所述含水冷凝液包含0.01-3重量％的乙醛；0.01-3重量％的2_甲基-1，3-二氧戊环；0.01-0.5重量％的1，4-二氧六环；0.01-2重量％的乙二醇；和/或0.01-1重量％的乙酸。
[0037]方案4
[0038]根据在前方案中的任一项所述的方法，其中所述含水洗涤液的至少一部分直接源于所述含水冷凝液。
[0039]方案5
[0040]根据方案1-3中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤:
[0041]iv)将所述含水冷凝液传送至萃取段以形成含水流和有机流，
[0042]其中所述含水洗涤液的至少一部分源于所述含水流。
[0043]方案6
[0044]根据方案5所述的方法，其中在将所述含水冷凝液在步骤iv)中传送至所述萃取段之前与纯化装置母液合并。
[0045]方案7
[0046]根据方案5或方案6所述的方法，所述方法还包括以下步骤:
[0047]V)使所述含水流与碱接触以形成经pH调节的流；
[0048]vi)使所述经pH调节的流与过滤器接触以形成经处理的流；以及
[0049]vii)使所述经处理的流与反渗透装置接触以形成含水液体，
[0050]其中所述含水洗涤液的至少一部分源于所述含水液体。
[0051 ] 此外，在一些实施方案中，本公开还包括以下附加方案。
[0052]附加方案I
[0053]—种集成式对苯二甲酸-聚酯装置，所述集成式对苯二甲酸-聚酯装置包括
[0054]对苯二甲酸制备装置，所述对苯二甲酸制备装置包括
[0055]氧化段；
[0056]结晶段；和
[0057]分离段，
[0058]聚酯制备装置，所述聚酯制备装置包括
[0059]酯化段，
[0060]产生含水冷凝液的气提塔；并且
[0061]所述对苯二甲酸制备装置还包括
[0062]使用所述含水冷凝液的对苯二甲酸晶体洗涤装置。
[0063]附加方案2
[0064]根据附加方案I所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述对苯二甲酸制备装置还包括所述对苯二甲酸晶体洗涤装置之前的一个或多个纯化装置。
[0065]附加方案3
[0066]根据附加方案2所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述一个或多个纯化装置包括，
[0067]加热装置，
[0068]氢化装置，和
[0069]冷却装置。
[0070]附加方案4
[0071]根据附加方案3所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述冷却装置包括降低浆液的压力的一系列结晶器。
[0072]附加方案5
[0073]根据附加方案I所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，所述装置还包括处理所述含水冷凝液的萃取段。
[0074]附加方案6
[0075]根据附加方案5所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述萃取段包括
[0076]加热所述含水冷凝液的加热器；和
[0077]回收塔。
[0078]附加方案7
[0079]根据附加方案5所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述萃取段包括
[0080]在有机液体与来自蒸馏塔的流出物之间交换热的热交换器。
[0081]附加方案8
[0082]根据附加方案6或7所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述萃取段还包括PH调节装置。
[0083]附加方案9
[0084]根据附加方案8所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述萃取段还包括过滤器。
[0085]附加方案10
[0086]根据附加方案9所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述萃取段还包括反渗透装置。
[0087]附加方案11
[0088]根据附加方案I所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述对苯二甲酸晶体洗涤装置是过滤区。
[0089]附加方案12
[0090]根据附加方案11所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述过滤区包括至少一个过滤装置。
[0091]附加方案13
[0092]根据附加方案12所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述过滤装置是旋转过滤器。
[0093]附加方案14
[0094]根据附加方案13所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述旋转过滤器包括在外壳内旋转的转筒，所述外壳绕其周长被分成一系列区域，在这些区域的每一个中将一个处理段施加至滤饼。
[0095]附加方案15
[0096]根据附加方案13所述的集成式对苯二甲酸-聚酯装置，其中所述旋转过滤器包括使用所述含水冷凝液的洗涤区。
【主权项】
1.一种用于在集成式对苯二甲酸-聚酯装置中制备纯化的对苯二甲酸晶体的方法，所述方法包括以下步骤: i)提供含水介质中的纯化的对苯二甲酸晶体的流； ii)将所述纯化的对苯二甲酸晶体在过滤区中从所述含水介质分离；以及 iii)使用含水洗涤液洗涤所述纯化的对苯二甲酸晶体， 其特征在于，所述含水洗涤液的至少一部分源于来自所述聚酯装置的含水冷凝液。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水冷凝液包含选自以下各项的一种或多种有机化合物:乙醛；2-甲基-1，3- 二氧戊环；1，4_ 二氧六环；乙二醇；和乙酸。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述含水冷凝液包含0.01-3重量％的乙醛；0.01-3重量％的2-甲基-1，3-二氧戊环；0.01-0.5重量％的1，4_ 二氧六环；0.01-2重量％的乙二醇；和/或0.01-1重量％的乙酸。4.根据在前权利要求中的任一项所述的方法，其中所述含水洗涤液的至少一部分直接源于所述含水冷凝液。5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤: iv)将所述含水冷凝液传送至萃取段以形成含水流和有机流， 其中所述含水洗涤液的至少一部分源于所述含水流。6.根据权利要求5所述的方法，其中在将所述含水冷凝液在步骤iv)中传送至所述萃取段之前与纯化装置母液合并。7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，所述方法还包括以下步骤: V)使所述含水流与碱接触以形成经pH调节的流； vi)使所述经pH调节的流与过滤器接触以形成经处理的流；以及 vii)使所述经处理的流与反渗透装置接触以形成含水液体， 其中所述含水洗涤液的至少一部分源于所述含水液体。
【文档编号】C07C51/43GK105985515SQ201510079073
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】亚历山大·斯图尔特·库特, 罗伯特·爱德华·尼特
【申请人】因温斯特技术公司