生成水蒸气的设备、加热气体流的设备和用于制备芳族二羧酸的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种生成水蒸气的设备，所述设备在用于制备芳族二羧酸的系统中使用；一种加热气体流的设备，所述设备在用于制备芳族二羧酸的系统中使用；以及一种用于制备芳族二羧酸的系统。
【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备。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制造中使用的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。
[0003]PTA通常被视为批量商品项，其年产量有数百万吨，并且因此制造商期望降低其成本以使PTA制造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]通常将热引入至芳族二羧酸制造厂中并在其中使用水蒸气作载体传送热。具体地，通过燃烧加热燃料以加热水(例如在化石燃料锅炉中)，可在设备区外生成温度为例如约300°C的高压水蒸气，然后将该高压水蒸气导向一个或多个热交换器，以将热传送到具有最高温度需求的工艺流。可以对所得的高压冷凝物进行闪蒸以制备温度为例如约220°C的中高压水蒸气(intermediate-pressure steam)，然后该中高压水蒸气可用于加热具有较低热需求的工艺流形成中高压冷凝物(intermediate-pressure condensate)，可以对该中高压冷凝物进行闪蒸以制备中压水蒸气，然后如此往复直到所述水蒸气的能量耗尽为止。
[0005]生成高压水蒸气所需的加热燃料构成芳族二羧酸制造方法的显著可变成本。本公开的目的是提供一种用于制造芳族二羧酸的更加经济且更有效的方法和设备并且，具体地，将用于芳族二羧酸制造方法的高压水蒸气需求最小化。进一步的目的将从以下说明书易见。
【实用新型内容】
[0006]本公开提供一种生成水蒸气的设备，所述设备在用于制备芳族二羧酸的系统中使用，所述设备包括:
[0007]a)接收粗芳族二羧酸浆液的第一浆液热交换器；
[0008]b)接收来自所述第一浆液热交换器的粗芳族二羧酸溶液的氢化反应器；
[0009]c)接收来自所述氢化反应器的纯化的芳族二羧酸溶液的一系列的一个或多个结晶器；以及
[0010]d)将热从来自所述系列的一个或多个结晶器的结晶器排放流传送至水流以生成水蒸气的水蒸气生成器。
[0011]本公开还提供一种加热气体流的设备，所述设备在用于制备芳族二羧酸的系统中使用，所述设备包括:
[0012]A)根据本公开的用于生成水蒸气的设备；以及
[0013]B)将热从所述水蒸气传送至所述气体流的第一气体热交换器。
[0014]本公开还提供一种用于制备芳族二羧酸的系统，所述系统包括根据本公开的设备。
[0015]本公开还提供一种用于制备芳族二羧酸的系统，所述系统包括
[0016]氧化段，
[0017]结晶段，所述结晶段包括一个或多个结晶器；
[0018]处理来自所述氧化段的排放气体的蒸馏段；
[0019]冷凝段，所述冷凝段连接至所述蒸馏段；
[0020]在将来自冷凝段的塔顶气体释放至大气环境之前对其进行处理的加压洗涤器；和
[0021]根据本公开的设备。
[0022]本公开的目的可以通过在所述方法中生成较低压的水蒸气(例如中高压水蒸气)实现，而不是通过直接从高压水蒸气中获得这些水蒸气。因此本公开的第一方面提供了一种用于在制备芳族二羧酸的方法中生成水蒸气的方法，所述制备芳族二羧酸的方法包括烃前体在有机溶剂中的催化氧化，所述生成水蒸气的方法包括以下步骤:
[0023]i)加热粗芳族二羧酸浆液以形成粗芳族二羧酸溶液；
[0024]ii)将所述粗芳族二羧酸溶液传送至氢化反应器；
[0025]iii)将纯化的芳族二羧酸溶液从所述氢化反应器传送至一系列的一个或多个结晶器；以及
[0026]iv)将热从来自所述系列的一个或多个结晶器的结晶器排放流传送至水蒸气生成器中的水流以生成水蒸气。
[0027]所生成的水蒸气通常为饱和水蒸气。优选地，在步骤iv)中生成的水蒸气为中压水蒸气或中高压水蒸气。更优选地，在步骤iv)中生成的水蒸气为中高压水蒸气。
[0028]如本文所使用，“高压水蒸气”是指压力为约50-150barA、或约75_125barA、或约10barA的饱和水蒸气。相似地，“高压冷凝物”是指压力为约50_150barA、或约75-125barA、或约10barA的冷凝物。如本文所使用，“中高压水蒸气”是指压力为约10-50barA、或约 12.5_40barA、或约 15_35barA、或约 17.5_30barA、或约 20barA 的饱和水蒸气。如本文所使用，“中压水蒸气”是指压力为约5-10barA、或约6_9barA、或约8barA的饱和水蒸气。如本文所使用，“低压水蒸气”是指压力小于约5barA的饱和水蒸气。
[0029]粗芳族二羧酸浆液可以使用高压水蒸气加热。因此，步骤i)可包括步骤V):将热从高压水蒸气传送至第一浆液热交换器中的粗芳族二羧酸浆液。高压冷凝物可以在步骤V)中生成。高压冷凝物通常处于与高压水蒸气基本上相同的温度下，例如高压冷凝物可处于比高压水蒸气低10°c，或低5°C的温度下。例如，如果高压水蒸气处于290-320°C的温度下，则高压冷凝物可处于280-310°C，或285-315?的温度下。因此，步骤i)还可包括步骤vi):在第二浆液热交换器中将热从所述高压冷凝物传送至所述粗芳族二羧酸浆液，所述第二浆液热交换器相对于所述粗芳族二羧酸浆液的流向布置在所述第一浆液热交换器的上游。在相对于所述粗芳族二羧酸浆液的流向的所述第二浆液热交换器的上游，可以将粗芳族二羧酸浆液加热至至少250°C，优选地，不直接将热从所述高压水蒸气或所述高压冷凝物传送至所述粗芳族二羧酸浆液。因此，在将来自所述高压冷凝物和所述高压水蒸气的热施加至所述粗芳族二羧酸浆液之前，就可将所述粗芳族二羧酸浆液加热至高温。然后，在所述流抵达所述氢化反应器之前，所述高压冷凝物和所述高压水蒸气提供所需的温度上的最后增加。因此，与之前的制造方法和制造厂比较，本公开以更加经济、有效和有利的方式使用高压水蒸气。
[0030]本公开的该方面还提供了一种用于在制备芳族二羧酸的方法中生成水蒸气的设备，所述制备芳族二羧酸的方法包括烃前体在有机溶剂中的催化氧化，所述设备包括:
[0031]a)第一浆液热交换器，所述第一浆液热交换器配置为接收粗芳族二羧酸浆液；
[0032]b)氢化反应器，所述氢化反应器配置为接收来自所述第一浆液热交换器的粗芳族二羧酸溶液；
[0033]c) 一系列的一个或多个结晶器，所述一个或多个结晶器配置为接收来自所述氢化反应器的纯化的芳族二羧酸溶液；以及
[0034]d)水蒸气生成器，所述水蒸气生成器配置为将热从来自所述系列的一个或多个结晶器的结晶器排放流传送至水流以生成水蒸气。
[0035]所生成的水蒸气通常为饱和水蒸气。优选地，由水蒸气生成器d)生成的水蒸气为中压水蒸气或中高压水蒸气。更优选地，由水蒸气生成器d)生成的水蒸气为中高压水蒸气。
[0036]可以使用高压水蒸气加热粗芳族二羧酸浆液。因此，第一浆液热交换器可以配置为将热从高压水蒸气传送至粗芳族二羧酸浆液。所述设备还可包括e)第二浆液热交换器，所述第二浆液热交换器配置为将热从由高压水蒸气生成的高压冷凝物传送至粗芳族二羧酸浆液，并且相对于粗芳族二羧酸浆液的流向布置在第一浆液热交换器的上游。所述设备可以配置为在相对于粗芳族二羧酸浆液的流向的所述第二浆液热交换器的上游将所述粗芳族二羧酸浆液加热至至少250°C，优选地，不直接将热从高压水蒸气或高压冷凝物传送至粗芳族二羧酸浆液。因此，在将来自高压冷凝物和高压水蒸气的热施加至粗芳族二羧酸浆液之前，可以将粗芳族二羧酸浆液加热至高温。然后，在所述流抵达氢化反应器前，高压冷凝物和高压水蒸气提供所需温度的最后增加。
[0037]发明人已惊奇地发现，可使用来自结晶器排放流的热生成水蒸气(具体地中高压水蒸气)，而不增加该方法中其他地方的高压水蒸气需求，例如不需要另