Получение дикарбоновой кислоты с непосредственным нагревом пламенем отходящего газа - RU2577244C2

Описание

Уровень техники

Известно выделение большей части испаренного растворителя из реакционного отходящего газа пропусканием его через по меньшей мере одно охлаждающее, абсорбирующее и/или дистилляционное устройство для получения сжиженного извлеченного растворителя. Обычно желательно довести до максимума степень извлечения из реакционного отходящего газа испаренных соединений, содержащих по меньшей мере одну гидрокарбильную связь, называемых в настоящем изобретении "гидрокарбильные соединения", "летучие органические вещества" и "VOC".

Известно применение по меньшей мере одного дистилляционного устройства для удаления из извлеченного растворителя некоторого количества избыточной воды, которая получается параллельно в больших количествах частичным окислением pX. Известны различные технические решения для применения энергии, генерируемой при частичном окислении pX, в качестве по меньшей мере части потребляемой энергии, требуемой для функционирования дистилляционного устройства.

Термин "вода TPA образования" определяют в настоящем изобретении как 0,340 килограмм воды на килограмм питающего потока pX технической чистоты. Данное определение основывается на предполагаемой реакции образования TPA из pX согласно стехиометрии: pX+3 O₂ дает TPA+2 H₂O. Несмотря на то что небольшие количества примесей присутствуют в pX технической чистоты и что небольшое количество pX недоокисляется и/или переокисляется, современные промышленные установки производят pX технической чистоты, содержащий очень небольшие количества примесей, и превращают данное исходное сырье в неочищенную и/или очищенную TPA с очень высокими выходами. Предпочтительно, чтобы суммарный выход TPA твердого продукта, неочищенного и/или очищенного, составлял по меньшей мере приблизительно 96 или 97, или 98, или 99 мольных процента относительно массы питающего потока pX технической чистоты, деленной на молекулярный вес 106,16 грамм на моль. Предпочтительно, чтобы питающий поток pX технической чистоты содержал по меньшей мере приблизительно 0,990 или 0,995, 0,997, или 0,998 массовых долей pX.

Также является известным извлечение энергии, и тепловой энергии и механической работы на валу, из части отходящего газа в различных комбинациях при извлечении испаренного растворителя. Один известный способ извлечения энергии заключается в применении по меньшей мере части отходящего газа для кипячения рабочей жидкости, например воды или пентана, для получения пара. Данный пар применяют для переноса теплоты к другому пользователю, или давление пара понижают в экспандере, обычно турбодетандере, для выработки работы на валу. Извлеченную в турбодетандере энергию можно превратить непосредственно в механическую работу, такую как приведение в движение компрессора для подачи воздуха или другого движущегося оборудования, или в электрическую энергию приведением в движение вращающегося электрогенератора, соединенного с распределителем энергии и сетью потребителей.

Другой известный способ извлечения энергии заключается в пропускании по меньшей мере части отходящего газа, содержащего молекулярный азот, через турбодетандер. Энергию, извлеченную в турбодетандере, можно превратить непосредственно в механическую работу, такую как движущую силу компрессора для подачи воздуха или другого движущегося оборудования, или в электрическую энергию приведением в движение вращающегося электрогенератора, соединенного с распределителем энергии и сетью потребителей.

Также является известным перенос существенной части воды в паровой форме в отходящем газе в устройство для окислительного разложения при нагревании (TOD), в котором вредные газообразные и VOC загрязнители, например монооксид углерода, уксусная кислота, метилацетат, пара-ксилол и метилбромид, превращают в более экологически приемлемые отходы, например водяной пар и диоксид углерода. Определенные общепринятые системы включают подачу "воды реакции" в паровой форме из реактора для окисления пара-ксилола в устройство для термического разложения для удаления вредных загрязнителей.

Сущность изобретения

Авторы разработали предпочтительные варианты осуществления, не предусмотренные в предшествующем уровне техники. Варианты осуществления настоящего изобретения могут обеспечивать большей степенью извлечения энергии работы на валу из реакционного отходящего газа определенной реакционной среды для окисления, в генератор ли электрической энергии или непосредственно для механического применения, и/или удалением некоторого количества водяного пара, даже большего чем количество воды TPA образования, и/или самообеспечивающийся (самозаправляемый) TOD. Определенные варианты осуществления настоящего изобретения могут даже обеспечивать комбинированной установкой для pX-в-TPA-в-PET превращения, которая фактически не производит жидкие сточные воды.

В предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение включает пропускание практически всего отходящего газа реакции окисления, включая и первичные и вторичные источники реактора для окисления и pX и mX питающими потоками, через дистилляционную систему для извлечения растворителя, затем через стадию перегрева, и затем через 2-ступенчатый турбодетандер, включающий промежуточное нагревание для того, чтобы получить большее количество работы на валу. Данная конфигурация позволяет экспортировать электрическую энергию сверх энергии, потребляемой компрессором рабочего воздуха и насосами для рабочей жидкости и шламовыми насосами. Выпар из конденсата в нагревательных устройствах турбодетандера применяют в другой части TPA способа. После турбодетандера часть водяного пара конденсируется из отходящего газа реакции окисления для получения жидкой воды для различных технологических применений; и остальная часть водяного пара остается в отходящем газе, который направляют в TOD устройство. Необязательно, применяют прямое сжигание топлива для нагревания отходящего газа, а не нагревание паром, для обеспечения перегрева в турбодетандере. Необязательно, давление на выходе турбодетандера понижают повторным сжатием отходящего газа после того, как он прошел через конденсаторное устройство и устройство для отделения жидкости.

Кроме того, следующие варианты осуществления являются предпочтительными для других аспектов способа изобретения.

1) Предпочтительно, чтобы достаточное количество горючего топлива оставалось в отходящем газе так, чтобы его отходы в окружающую среду в TOD, предпочтительно регенеративном термическом окислителе (RTO), в значительной степени, более предпочтительно полностью, самонагревались без добавления топлива, отсутствующего в отходящем газе реакции. Еще более предпочтительно, чтобы значительная часть данного количества горючего топлива была получена из метилацетата (MeOAc), известного побочного продукта окисления pX до уксусной кислоты. Авторы разработали способ, как сохранять образование метилацетата на достаточно низком уровне, так чтобы существенные капитальные и эксплуатационные расходы на выделение метилацетата и извлечение гидролизом уксусной кислоты были неоправданны по сравнению с добавлением покупного топлива в RTO.

2) Конденсированная вода часто образуется из окружающего водяного пара в компрессионных системах, подающих воздух из окружающей среды в реакторы TPA окисления, и данная вода потенциально загрязняется смазывающими веществами и жидкостями для герметизации. Предпочтительно, чтобы данная конденсированная из окружающей среды вода поступала в TPA технологические жидкости, например, в качестве воды для газоочистителя, в качестве охлаждающей воды, орошающей воды, или применялась в качестве технической воды, например, в качестве подпиточной воды для градирни, а не была направлена непосредственно в установку для очистки сточных вод.

3) После удаления и/или термического разрушения VOC в отходящем газе, многие регионы проведения работ требуют удаления бромида водорода из данного обработанного отходящего газа перед сбрасыванием в окружающую среду. Данную мокрую очистку часто осуществляют водной мокрой очисткой для получения соли брома, например, применяя водный раствор гидроксида натрия и бисульфита натрия для мокрой очистки и получения бромида натрия. Авторы обнаружили, что продувочную воду, применяемую для контролирования содержания растворенных твердых веществ в данной воде газопромывателя выгодно применять в качестве технической воды, например подпиточной воды для градирни, нежели превращать ее в жидкие сточные воды.

4) В PET способе также образуется вода в реакциях образования PET, и данная вода часто загрязняется различными VOC соединениями, например этиленгликолем, ацетальдегидом и различными диоксоланами. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть загрязненной воды из PET способа обрабатывалась в стандартной установке для разделения вместе с водой образования TPA из смежной TPA установки. Предпочтительно, указанная загрязненная вода при PET образовании или остается в паровой форме, покидая указанную PET установку для обработки, или ее превращают в паровую форму, применяя по меньшей мере часть тепловой энергии из указанной смежной TPA установки. Более предпочтительно воду из реакций образования PET обрабатывают в стандартной TOD для отделения вместе с водой TPA образования.

Отдельно, или в различных комбинациях, настоящее изобретение может обеспечить pX-в-TPA установкой, производящей очень низкие количества, даже ничтожные количества, жидких сточных вод, требующих экологической обработки, на единицу TPA получения. Кроме того, настоящее изобретение может обеспечить pX-в-TPA-в-PET установкой, производящей очень низкие количества, даже ничтожные количества, жидких сточных вод, требующих экологической обработки, на единицу TPA получения.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 иллюстрирует пример варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение можно комбинировать с описаниями US 20070293699 и US 20060047158 (полное описание которых вводят в настоящее изобретении с помощью ссылки), что касается предпочтительных сред и способов первичной реакции окисления и способов превращения pX в TPA. Данные описания, на которые ссылаются, включают многочисленные предпочтительные конструктивные особенности и условия способа для первичного окисления, причем условия способа, в частности, включают температуры и градиенты, давление и градиенты, расходы, составы и градиенты, смешивание, и время пребывания и распределение. Применимость в настоящем изобретении терминов "окисляемое соединение", "растворитель", "окислитель", "реакционная среда" и "гидрокарбил" соответствуют вышеуказанным ссылкам.

Настоящее изобретение является более предпочтительным, когда по меньшей мере часть отходящего газа из реакционной среды вторичного окисления объединяют по меньшей мере с частью отходящего газа из реакционной среды первичного окисления перед обработкой в устройстве для извлечения растворителя и/или дегидрирования. Вторичная реакционная среда представляет собой реакционную среду, получающую большую часть своего потока ароматического субстрата из реактора для окисления, находящегося вверх по потоку, которая может представлять собой реакционную среду первичного окисления и/или другую вторичную реакционную среду. См. US 20070155985 и US 20070208191 относительно описания реактора вторичного окисления, оптимизированного для дальнейшей реакции входящего ароматического субстрата в жидкой фазе, включающие преимущества функционирования в выбранных диапазонах функционирования, включающих температуры, давление, расходы, составы, смешивание, и время пребывания и распределение, сбалансированные с различными затратами, включающими, в частности, переокисление субстрата, продукта и растворителя. В настоящем изобретении, данный тип реактора вторичного окисления называют "реактор после окисления". Также см. US 20070208190 и US 20070219393 относительно описания реактора вторичного окисления, оптимизированного для дальнейшей реакции входящего ароматического субстрата в жидкой фазе, включающие преимущества функционирования в выбранных диапазонах функционирования, включающих температуры, давление, расходы, составы, смешение, и время пребывания и распределение, сбалансированные с различными затратами, включающими, в частности, переокисление субстрата, продукта и растворителя. В настоящем изобретении данный тип реактора вторичного окисления называют "реактор разложения".

При целенаправленном производстве энергии, особенно мощности на валу, сжиганием (окислительном сжиганием) соединений, в основном содержащих гидрокарбильные связи (топлива), температуру указанного сжигания часто устанавливают настолько высокой, насколько механически осуществимо для того, чтобы довести до максимума извлечение энергии согласно известным термодинамическим законам. С другой стороны, при проведении каталитического частичного окисления для получения химического продукта, температуру и давление реакционной среды обычно устанавливают для контроля полученных в результате выходов, конверсии и чистоты продукта. Каталитическое окисление настоящего изобретения является достаточно быстрым, поэтому требуется большая внимательность для поддержания подходящих концентраций в жидкой фазе растворенного кислорода, и это является причиной предпочтения более высокого давления в системе для обеспечения более высокого парциального давления кислорода в газовой фазе.

Несмотря на данные общие предпочтения в более высокой температуре для извлечения энергии и в более высоком давлении для чистоты получения TPA, авторы обнаружили, что предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления эксплуатировалась со следующими умеренными давлением и температурой, даже при извлечении повышенного количества мощности на валу и даже при удалении больших количеств сточных вод в паровой форме. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления эксплуатировалась при давлении, меньшем чем приблизительно 12, 10, 8, 7 бар. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления эксплуатировалась при давлении по меньшей мере приблизительно 2, или 3, или 4, или 5 бар. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления эксплуатировалась при температуре, меньшей чем приблизительно 200, или 190, или 180, или 170°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления эксплуатировалась при температуре по меньшей мере приблизительно 120, или 130, или 140, или 150°C, или 155°C, или 160°C. Авторы обнаружили, что предпочтительно генерировать наибольшие объемы и массы пара, возможные на выходе отходящего газа из реакционной среды, одновременно с поддержанием энергетического баланса, требуемого для получения предпочтительных температур и давлений реакции. Нежелательно, чтобы генерирование больших количеств пара увеличивало сложность отделения жидкостей и твердых веществ от отходящего газа, покидающего реакционную среду. Нежелательно, чтобы данное увеличение количества отходящего газа приводило к увеличению диаметров и объемов труб и оборудования для обработки отходящего газа реакции; это, в частности, включает устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Нежелательно, чтобы реакционная среда для окисления настоящего изобретения производила отходящий газ, который является достаточно коррозионным для того, чтобы требовались чрезмерно дорогие материалы для конструкции, часто содержащие титан. Нежелательно, чтобы повышенный поток пара, покидающий реакционную среду, значительно уменьшался и в массе, и в объеме в процессе обработки в устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, в котором извлекают большую часть гидрокарбильной составляющей растворителя. Однако авторы обнаружили, что повышенное количество пара растворителя, образованного в отходящем газе реакции, может поддерживаться отчасти в виде повышенного количества пара, содержащего в основном воду, покидающего устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя и входящего в турбодетандер для отходящего газа, часто обеспечивая суммарным экономическим преимуществом извлечения энергии на валу, которое неожиданно перевешивает увеличение других эксплуатационных расходов и увеличение капитальных затрат. В одном варианте осуществления настоящего изобретения обедненный гидрокарбилами отходящий газ, полученный из колонны для извлечения растворителя, содержит по меньшей мере 10, или 15, или 20, или 30, или 35, или 40, или 45, или 50% по весу водяного пара исходя из потока обедненного гидрокарбилами отходящего газа. В другом варианте осуществления настоящего изобретения обедненный гидрокарбилами отходящий газ, полученный из колонны для извлечения растворителя, содержит меньше чем 4, или 3, или 2, или 1% по весу уксусной кислоты исходя из потока обедненного гидрокарбилами отходящего газа.

Парообразные соединения в отходящем газе реакции содержат водяной пар плюс VOC. Неконденсируемые газообразные соединения в отходящем газе реакции содержат молекулярный азот, кислород, монооксид углерода, диоксид углерода и водород. Применяя различные аспекты настоящего изобретения, авторы обнаружили, что возможно и предпочтительно, чтобы способ частичного окисления pX функционировал с повышенными количествами парообразных соединений в отходящем газе реакции, как указано далее. Предпочтительно, чтобы парообразные соединения в отходящем газе реакции составляли по меньшей мере приблизительно 0,67, или 0,72, или 0,75, или 0,77 килограмм на килограмм отходящего газа реакции. Предпочтительно, чтобы парообразные соединения в отходящем газе реакции составляли по меньшей мере приблизительно 12,4, или 13,2, или 13,8, или 14,2 килограмм на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

Для достижения таких больших количеств пара в отходящем газе реакции авторы обнаружили, что предпочтительно подавлять потери в окружающую среду и преднамеренный отвод теплоты из реакционной среды для окисления настоящего изобретения через проводящие, изолирующие, поверхности раздела, несмотря на то что данная окислительная реакция является сильно экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно изолировать так, чтобы по меньшей мере приблизительно 70, или 90, или 95, или 99 процентов подвергаемой воздействию, внешней площади поверхности реакторов и/или труб, содержащих по меньшей мере часть реакционной среды для окисления, покрывали изолирующим материалом по меньшей мере с приблизительно 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 метровой толщиной. Предпочтительно, чтобы потери тепловой энергии через подвергающуюся воздействию, внешнюю площадь поверхности труб и/или реакторов, содержащих по меньшей мере часть реакционной среды для окисления, составляли меньше чем приблизительно 40, или 20, или 10, или 5 ватт на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно ограничивать охлаждение по меньшей мере части реакционной среды для окисления применением охлаждающих текучих жидкостей, например, воды и воздуха, через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхностях раздела, так чтобы потери тепловой энергии составляли меньше чем приблизительно 100, или 10, или 0,1, или 0,01 ватт на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

Кроме того, для того чтобы достичь данных больших количеств пара в отходящем газе реакции, авторы обнаружили, что предпочтительно, чтобы питающие потоки реакционной среды для окисления были такими горячими, как это возможно на практике, снова несмотря на то что данная реакция окисления является сильно экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно, чтобы питающий поток окислителя по меньшей мере в одну реакционную среду для окисления представлял собой сжатый воздух, в котором охлаждение снижалось до минимума после выхода из последнего блока сжатия. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 50, или 70, или 90, или 99 процентов массы указанного сжатого воздуха достигало реакционной среды для окисления с температурой по меньшей мере приблизительно 60, 70, 80, 90°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 50, или 70, или 90, или 99 процентов массы указанного сжатого воздуха достигало реакционной среды для окисления с температурой по меньшей мере приблизительно равной температуре на выходе соответствующего воздушного компрессора минус 40, или 20, или 10, или 5°C. Предпочтительно изолировать так, чтобы по меньшей мере приблизительно 50, или 70, или 90, или 95 процентов подвергаемой воздействию, внешней площади поверхности труб, реакторов и элементов управления для доставки указанного сжатого воздуха, покрывали изоляционным материалом по меньшей мере с приблизительно 0,005, или 0,01, или 0,02, или 0,04 метровой толщиной.

Предпочтительно, чтобы растворитель извлекали из отходящего газа реакции по меньшей мере в одном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя и, затем, возвращали в реакционную среду для окисления с температурой, которая является большей температуры окружающей среды и близкой температуре соответствующей реакционной среды. Т.е., предпочтительно, чтобы гидрокарбильные соединения конденсировались из отходящего газа реакции, соответствующим образом дегидрированного, и возвращались в реакционную среду, не будучи более сильно охлажденными, чем отходящий газ реакции. Более предпочтительно, чтобы данный горячий извлеченный растворитель предоставлялся с ограниченным количеством подводимой тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела. Как описано в другом месте настоящего изобретения, данный результат достигают, подходящим образом ограничивая количество тепловой энергии, удаляемой в указанном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу указанного извлеченного растворителя доставлялось в реакционную среду для окисления при температуре, меньшей чем приблизительно 200, или 190, или 180, или 170°C, т.к. предпочтительно не переносить тепловую энергию в извлеченный растворитель при температуре, большей чем температура реакционной среды для первичного окисления. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу указанного извлеченного растворителя доставлялось в реакционную среду для окисления при температуре по меньшей мере приблизительно равной температуре отходящего газа реакции минус меньше чем приблизительно 80, или 40, или 20, или 10°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу указанного извлеченного растворителя доставлялось в реакционную среду для окисления при температуре по меньшей мере приблизительно 60, или 90, или 120, или 140°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 80, или 90, или 98 процентов суммарной тепловой энергии, подводимой в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя поступала непосредственно из входящего потока отходящего газа реакции без переноса тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу указанного извлеченного растворителя покидало устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя при температуре по меньшей мере приблизительно равной температуре соответствующего отходящего газа реакции минус меньше чем приблизительно 80, или 40, или 20, или 10°C, тогда как при обработке в нем, тепловая энергия, подводимая через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела, меньшая чем приблизительно 100, или 30, или 10, или 3 килокалории на килограмм извлеченного растворителя подводится к соответствующей реакционной среде. Предпочтительно изолировать так, чтобы по меньшей мере приблизительно 70, или 90, или 95, или 99 процентов подвергаемой воздействию, внешней площади поверхности реактора и/или труб, содержащих по меньшей мере часть извлеченного растворителя, покрывали изолирующим материалом по меньшей мере с приблизительно 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 метровой толщиной.

Предпочтительно, чтобы отфильтрованный растворитель, извлеченный в результате фильтрации и промывки твердой TPA возвращали в реакционную среду для окисления при повышенной температуре, обеспечиваемой переносом тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела. Отфильтрованный растворитель представляет собой растворитель после механического разделения и/или промывочные воды твердой TPA из суспензии. Один способ для получения отфильтрованного растворителя заключается в фильтрации и промывки TPA суспензии любым способом, известным в области техники фильтрации, но все другие способы механического отделения, известные в данной области техники, предполагаются изобретателями для получения отфильтрованного растворителя; например, свободное осаждение, центрифуги, гидроциклоны и подобные.

Перед возвращением в реакционную среду для окисления, предпочтительно охлаждать по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу указанного отфильтрованного растворителя до температуры, меньшей чем приблизительно 100, или 80, или 70, или 60°C. Это эффективно снижает растворимость TPA в суспензии, и оно эффективно снижает коррозионную активность отфильтрованного растворителя так, что можно применять менее дорогие конструкционные материалы для труб, реакторов, насосов и другого оборудования и элементов управления, применяемых для хранения и обработки отфильтрованного растворителя. Подходящие конструкционные материалы для указанного охлажденного отфильтрованного растворителя включают различные металлы и сплавы со средней коррозионная стойкость, такие как нержавеющая сталь или двухфазная сталь, в качестве альтернативы титану и другим более дорогим металлам и сплавам с высокой коррозионной стойкостью.

Однако, более предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу указанного отфильтрованного растворителя подавали в реакционную среду для окисления при температуре на входе, равной по меньшей мере приблизительно 60, или 90, или 120, или 140°C. Предпочтительно применять солнечную энергию, тепловую энергию отходящего газа и/или тепловую энергию конденсации пара при давлении, меньшем чем приблизительно 60, или 20, или 8, или 4 бар для нагревания приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу указанного отфильтрованного растворителя по меньшей мере на приблизительно 10, или 20, или 40, или 60°C перед подачей в реакционную среду для окисления. Предпочтительно подводить данную тепловую энергию к отфильтрованному растворителю через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела.

Предпочтительно, чтобы pX подводился к реакционной среде для окисления при повышенной температуре. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу указанного pX питающего потока подавали в реакционную среду при температуре на входе, равной по меньшей мере приблизительно 60, или 90, или 120, или 140°C. Предпочтительно применять солнечную энергию, тепловую энергию отходящего газа и/или тепловую энергию конденсации пара при давлении, меньшем чем приблизительно 60, или 20, или 8, или 4 бар для нагревания приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу указанного pX по меньшей мере на приблизительно 10, или 20, или 40, или 60°C выше температуры бестарового хранения и/или температуры окружающей среды перед подачей в реакционную среду для окисления. Предпочтительно подводить данную тепловую энергию к pX через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела.

Отдельно или в совокупности, более высокие температуры сжатого воздуха, извлеченного растворителя, отфильтрованного растворителя и/или pX требуют подвода увеличенного потока жидкости в реактор для окисления для того, чтобы поддерживать его энергетический баланс для того, чтобы достичь предпочтительных температуры и давления функционирования. С более горячими питающими потоками, большая часть теплоты реакции удаляется в виде скрытой теплоты испарения растворителя, а не заметного нагрева питающих потоков, и повышенное количество питающего потока жидкого растворителя покидает реактор для окисления в виде пара растворителя в отходящем газе реакции. Нежелательно, чтобы, подача повышенных количеств питающего потока жидкого растворителя требовало более дорогих насосов, труб и элементов управления наряду с повышенным количеством мощности накачки.

Для сжатия атмосферного воздуха, повышение температур подачи за счет пропускания доохладителя часто увеличивает количество водяного пара, входящего в процесс окисления, если не применяют обезвоживающие средства, отличные от охлаждения. Данная дополнительная вода должна в конечном счете быть отделена и удалена из процесса окисления вместе с водой TPA образования для того, чтобы поддерживать требуемый состав растворителя. Кроме того, когда данную дополнительную воду в конечном счете удаляют, в виде пара ли или жидкости или твердого вещества, некоторая часть полученной, содержащей углерод массы часто теряется случайно, и в конечном счете создается дополнительное количество сточных вод согласно предыдущему уровню техники. Таким образом, данный дополнительный вводимый водяной пар в сжатом атмосферном воздухе можно рассматривать как дважды нежелательный, вызывающий потенциальную потерю углеродсодержащих соединений и увеличивающий количество сточных вод.

Однако, применяя изобретения, описанные в другом месте в настоящем изобретении для удаления повышенных количеств воды в виде пара и для применения ограниченных, соответствующих количеств VOC в качестве топлива для сжигания в TOD, авторы обнаружили чистую, несомненную пользу в оставлении подобранных количеств водяного пара в сжатом атмосферном воздухе, применяемом в питающем потоке окислителя. Соответственно, предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 70, или 80, или 90, или 95 процентов по весу потока окислителя, подаваемого в по меньшей мере одну реакционную среду для окисления настоящего изобретения содержало по меньшей мере приблизительно 0,01, или 0,03, или 0,04, или 0,05 килограмм воды на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления, и меньше чем приблизительно 0,12, или 0,10, или 0,08, или 0,07 килограмм воды на килограмм pX, в соответствующую реакционную среду для окисления.

После выхода реакционной среды для окисления, более предпочтительно реакционную среду для первичного окисления, предпочтительно применять по меньшей мере часть отходящего газа для генерирования некоторого количества работы на валу, применяя один или более турбодетандерных устройств. Турбодетандерные устройства или просто турбодетандер, представляет собой одну или более турбодетандерных стадий, размещенных последовательно, необязательно с одним или более нагревающими устройствами между стадиями. Отходящий газ, покидающий стадию турбодетандера с наименьшим давлением, перед следующими стадиями процесса, называют в настоящем изобретении отходящий газ турбодетандера. Предпочтительно размещать по меньшей мере одну стадию турбодетандера так, чтобы она механически соединялась по меньшей мере с одной стадией сжатия для подачи окислителя из атмосферного воздуха. Данное соединение удобно обеспечивать вращающимся механическим валом и/или редуктором.

Для того чтобы повысить до максимума мощность на валу, желательно довести до минимума потери давления и тепловой энергии отходящего газа перед попаданием в турбодетандер. Однако существуют разнонаправленные требования относительно потребления энергии давления и температуры для того, чтобы извлечь растворитель и удалить подходящие количества воды в устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Кроме того, капитальные затраты для устройства извлечения и/или дегидрирования растворителя значительно увеличиваются при пониженном давлении, предпочтительном на выходе из турбодетандерного устройства, поскольку объемы отходящего газа становятся крайне большими.

Как описано в настоящем изобретении, авторы обнаружили комбинации характерных черт, которые делают возможным и приводят в равновесие потребление энергии давления и температуры из реакции отходящих газов в устройствах для извлечения и/или дегидрирования растворителя относительно извлечения мощности на валу из отходящего газа в турбодетандерном устройстве. Находки и достаточное описание предпочтительного устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя содержатся в другом месте в настоящем изобретении. Перед переходом к ним, описываются предпочтительные аспекты, относящиеся к турбодетандерному устройству.

Внимание направлено на предпочтительные диапазоны давлений, относящихся к входящим потокам на турбодетандерные стадии. Предпочтительно, чтобы давление на выходе отходящего газа из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя снижалось меньше чем до приблизительно 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар статического давления, как определено относительно места образования отходящего газа вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, чтобы потеря давления в результате трения в необязательном устройстве для нагревания, подающем тепловую энергию к отходящему газу, между выходом из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя и входом в турбодетандер составляла меньше чем приблизительно 32000, или 16000, или 8000, или 4000 Паскаль. Предпочтительно, чтобы давление отходящего газа на входе в первую стадию турбодетандера снижалось на меньше чем приблизительно 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар статического давления, как определено относительно места образования отходящего газа вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, чтобы давление на входе по меньшей мере в одну стадию турбодетандера составляло по меньшей мере приблизительно 2, или 3, или 4, или 5 бар. Предпочтительно, чтобы давление на входе в первую стадию турбодетандера составляло меньше чем приблизительно 12, или 10, или 8, или 7 бар. Предпочтительно, чтобы потеря давления в результате трения в любой промежуточной трубе или на стадии процесса, такой как теплообменное устройство, суммированная между входом в турбодетандер первой стадии и выходом из последней стадии, составляла меньше чем приблизительно 64000, или 32000 или 16000, или 8000 Паскаль.

Хотя желательно снизить до минимума расстояние от выхода отходящего газа из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя до входа в турбодетандер для того, чтобы снизить до минимума потерю тепловой энергии во внешнюю среду посредством изоляции и потерю энергии давления при трении в процессе движения, авторы обнаружили, что предпочтительно размещать впускное отверстие отходящего газа в турбодетандер в пределах меньше чем приблизительно 40, или 30, или 20, или 10 метров, измеренных вверх от окружающего уровня. Это повысит до максимума преобразование гидростатического напора отходящего газа в статическое давление при впускном отверстии турбодетандера, т.к. перепад высот отходящего газа, покидающего устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя может быть большим, чем 50 метров выше уровня земли.

Для большего извлечения мощности на валу, предпочтительно снизить до минимума встречное давление на турбодетандер. Пониженное встречное давление помогает повысить до максимума извлечение мощности на валу с помощью турбодетандера за счет увеличения до максимума отношение декомпрессии и объема выходящего газа. Однако отходящий газ турбодетандера настоящего изобретения обладает другими конкурирующими требованиями. По крайней мере, давление должно обеспечиваться для течения через трубы, элементы управления и различное оборудование, часто включающие конденсирующее устройство и устройство для экологической обработки, перед высвобождением в окружающую среду. Получение отходящего газа турбодетандера при более низком давлении вызывает заметные трудности с конструктивным оформлением и капитальными затратами в данных процессах ниже по потоку. Большее давление отходящего газа турбодетандера требуется для облегчения конденсации предпочтительных количеств воды и VOC, особенно в тех конструктивных оформлениях способа, в которых предпочтительно конденсировать (практически) "весь" водяной пар в отходящем газе турбодетандера. При более низком давлении, конденсация подходящей части водяного пара и VOC из отходящего газа турбодетандера является сложной или невозможной для достижения, применяя вспомогательные охлаждающие жидкости при температуре, близкой к температуре окружающей среды, и охлаждение вспомогательных охлаждающих жидкостей является нежелательным для таких больших тепловых нагрузок. Кроме того, требуемый физический размер для теплообменного устройства снижается, если большее давление сохраняется в отходящем газе турбодетандера, вследствие повышенных коэффициентов теплообмена, большего перепада температуры относительно любой заданной температуры подачи вспомогательной охлаждающей жидкости, и контроля вязкости, перепада давления, и распределения потока в указанном теплообменном устройстве. Даже после конденсации большей части или даже подавляющей части водяного пара и VOC, меньшее давление отходящего газа турбодетандера продолжает подразумевать большие размеры труб, элементов управления и оборудования далее вниз по потоку. Кроме того, при некоторых конструктивных оформлениях способа предпочтительно применять отходящий газ экспандера или отходящий газ конденсатора для транспортировки порошка TPA продукта, и это может вызвать другую потребность в повышенном встречном давлении турбодетандера.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, авторы обнаружили, что описанные конструктивные оформления труб для отходящего газа, элементов управления, теплообменного устройства, TOD устройства и газоочистительного устройства делают возможным следующие предпочтительные режимы давления на выходе турбодетандера отходящего газа. Предпочтительно, чтобы давление отходящего газа турбодетандера было меньшим чем приблизительно 0,9, или 0,6, или 0,4, или 0,3 бар избыточного давления. Предпочтительно, чтобы давление отходящего газа турбодетандера равнялось по меньшей мере приблизительно 0,05, или 0,10, или 0,15, или 0,20 бар избыточного давления, причем данный аспект обеспечивает достаточной энергией давления для течения отходящего газа турбодетандера через описанные трубы, элементы управления и оборудование и включает конденсатор отходящего газа, систему для предохранения от запотевания конденсата и систему для предохранения от запотевания, TOD и газоочиститель, в то же время не включает стадию повторного сжатия, перед высвобождением в окружающую среду.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предпочтительно дополнительно снизить до минимума встречное давление турбодетандера снижением до минимума используемого вниз по потоку давления, как выше, и также обеспечивая стадией повторного сжатия отходящего газа, размещенной после конденсаторного теплообменного устройства, в котором по меньшей мере приблизительно 10, или 20, или 40, или 80 процентов по весу водяного пара, присутствующего в отходящем газе турбодетандера, удаляется в виде жидкой воды. Авторы обнаружили, что, даже при выбросе водяного пара в окружающую среду согласно настоящему изобретению, эффективное удаление водяного пара из отходящего газа согласно настоящему изобретению делает возможным стадию повторного сжатия для оставшегося отходящего газа, которая требует эффективно меньше энергии, чем увеличение энергии, обеспечиваемое большим сжатием в турбодетандере вверх по потоку. Кроме того, более предпочтительно размещать сепараторное устройство между конденсаторным устройством для отходящего газа и входом в устройство повторного сжатия (См. в другом месте в настоящем изобретении относительно описания и обозначений отходящего газа конденсатора и отходящего газа сепаратора). При применении повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно повторно сжимать отходящий газ конденсатора, более предпочтительно отходящий газ сепаратора по меньшей мере до приблизительно 0,05, или 0,1, или 0,2, или 0,3 бар. При применении повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно повторно сжимать отходящий газ конденсатора, более предпочтительно отходящий газ сепаратора меньше чем до приблизительно 0,9, или 0,8, или 0,7, или 0,6 бар. При применении повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно, чтобы давление отходящего газа, покидающего блок с наименьшим давлением турбодетандера, было меньше чем приблизительно 0,3, или 0,2, или 0,1, или 0,0 бар избыточного давления. При применении повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно, чтобы давление отходящего газа, покидающего блок с наименьшим давлением турбодетандера, было меньше чем приблизительно -0,9, или -0,6, или -0,4, или -0,3 бар избыточного давления. При применении повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно размещать по меньшей мере одну стадию повторного сжатия так, чтобы она была механически соединена по меньшей мере с одной стадией турбодетандера и/или по меньшей мере одной стадией сжатия для подачи окислителя из атмосферного воздуха. Данное соединение удобно обеспечивать вращающимся механическим валом и/или редуктором.

В настоящее время внимание будет направлено на предпочтительные температуры для впускного отверстия отходящего газа в турбодетандерное устройство или, если необязательно предусмотрено, для впускного отверстия устройства для предварительного нагрева отходящего газа, помещенного после устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя и перед указанным турбодетандерным устройством. Предпочтительно, чтобы температура при впускном отверстии на первой стадии турбодетандера была равной по меньшей мере приблизительно 110, или 120, или 130, или 135°C, определенной перед любым устройством для предварительного нагрева отходящего газа, необязательно помещенным перед первым турбодетандерным устройством. Предпочтительно, чтобы температура при впускном отверстии в первую стадию турбодетандера была равной меньше чем приблизительно 190, или 175, или 165, или 155°C, определенной перед любым устройством для предварительного нагрева отходящего газа, помещенным перед первым турбодетандерным устройством. Предпочтительно, чтобы падение температуры, определенное от точки образования отходящего газа реакции вблизи верхней поверхности реакционной среды до точки, в которой отходящий газ входит в первое турбодетандерное устройство, было меньшим чем приблизительно 50, или 40, или 30, или 25°C падение, определенное перед любым устройством для предварительного нагрева отходящего газа, необязательно помещенным перед первым турбодетандерным устройством.

Хотя конденсирующие турбодетандеры, функционирующие при или ниже температуры конденсации рабочей жидкости, являются хорошо известными в данной области техники, некоторые компоненты отходящего газа настоящего изобретения вызывают избыточную степень эрозии и коррозии многих материалов конструкции при применении в турбодетандере, функционирующем при температуре, слишком близкой к температуре конденсации отходящего газа. Считают, что коррозионные компоненты содержат карбоновые кислоты и/или бром в сочетании с водой и/или кислородом.

Соответственно, предпочтительно функционировать при температуре при выпускном отверстии по меньшей мере одного блока турбодетандера по меньшей мере приблизительно на 5, или 10, или 20, или 25°C выше локальной температуры конденсации отходящего газа. Более предпочтительно, данные температурные отличия от температуры конденсации поддерживают при выпускном отверстии относительно всех блоков турбодетандера. Данные температуры достигаются различными способами, включающими ограничение механической эффективности турбодетандера, подведение тепловой энергии к отходящему газу между выходом из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя и выходом из турбодетандера, и/или ограничение падения давления в турбодетандере.

Однако, при достаточном отклонении от температуры конденсации авторы обнаружили, что часто нежелательно относительно капитальных затрат и эксплуатационных расходов эксплуатировать настоящее изобретение со слишком большим перегревом отходящего газа турбодетандера. Соответственно, предпочтительно функционировать при температуре при выпускном отверстии по меньшей мере одного блока турбодетандера и при впускном отверстии конденсатора для отходящего газа меньше чем приблизительно на 150, или 120, или 90, или 60°C выше локальной температуры конденсации.

Менее эффективный турбодетандер требует меньше дополнительной тепловой энергии для обеспечения того, чтобы температура при выпускном отверстии турбодетандера оставалась в предпочтительном диапазоне температур конденсации. При удалении меньшей энтальпии из рабочей жидкости и превращение ее в механическую энергию, температура на выходе из турбодетандера по определению более высокая. В зависимости от относительной стоимости тепловой энергии и стоимости электрической энергии, повышенная механическая эффективность турбины может быть вредной или выгодной для оптимизированной стоимости. Авторы обнаружили, что если стоимость единицы доставляемой тепловой энергии является приблизительно в 0,3 раза меньшей чем стоимость электрической энергии, выраженной в тех же единицах, то предпочтительно снизить до максимума механическую эффективность турбодетандера и применять дополнительную подачу тепловой энергии для получения требуемого диапазона температур конденсации при выпускном отверстии турбодетандера. Это менее эффективно, чем можно достичь с электрическим генерирующим силовым циклом, например по меньшей мере приблизительно с 0,5 отношением выработки механической энергии относительно ввода тепловой энергии, поэтому применение тепловой энергии, подводимой к отходящему газу, может показаться неблагоразумным по сравнению с достигаемой работой на валу. Однако результат отклонения температуры конденсации подразумевает, что увеличивающийся ввод тепловой энергии может быть связан с повышенной эффективностью в турбодетандере и/или повышенной декомпрессией в нем для достижения заметного суммарного улучшения извлечения энергии. Таким образом, предпочтительно, чтобы механическая эффективность турбодетандера, применяемого в настоящем изобретении, составляла по меньшей мере приблизительно 65, или 75, или 80, или 85 процентов максимальной выработки работы на валу, возможной для достижения с помощью идеального, адиабатического расширения рабочей жидкости отходящего газа.

Для того чтобы повысить выработку механической энергии в турбодетандере, в частности, относительно поддержания температуры при выпускном отверстии в предпочтительном диапазоне относительно температуры конденсации при применении турбодетандера с высокой эффективностью, предпочтительно обеспечение следующих количеств тепловой энергии к отходящему газу между выходом из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя и входом в турбодетандер и/или в положении между блоками многоступенчатого турбодетандера: по меньшей мере, приблизительно 100, или 200, или 300, или 350 ватт на килограмм pX, подводимого к соответствующей реакционной среде для окисления; меньше чем приблизительно 1000, или 800, или 600, или 500 ватт на килограмм pX, подводимого к соответствующей реакционной среде для окисления; по меньшей мере, приблизительно 10, или 20, или 30, или 40 ватт на килограмм отходящего газа турбодетандера; меньше чем приблизительно 100, или 90, или 80, или 70 ватт на килограмм отходящего газа турбодетандера; повышение температуры отходящего газа в результате подвода тепловой энергии по меньшей мере приблизительно 10, или 20, или 40, или 60°C; и повышение температуры отходящего газа в результате подвода тепловой энергии, меньшее чем приблизительно 250, или 200, или 150, или 100°C.

Данное количество тепловой энергии подводится через теплообменное устройство, содержащее проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела, предпочтительно содержащие различные устойчивые к коррозии металлы и сплавы металлов, как известно в данной области техники. Предпочтительно тепловую энергию подводят горячей рабочей жидкостью, более предпочтительно паром, который конденсируется с образованием части жидкого водного конденсата. Кроме того, авторы сообщают, что предпочтительно образовывать по меньшей мере часть выпара низкого давления из конденсата, образованного в теплообменном устройстве для отходящего газа, и применять по меньшей мере часть указанного выпара по меньшей мере в одном теплообменном устройстве в другом месте в способе получения TPA, например, нагревая часть ксилола, извлеченного растворителя, отфильтрованного растворителя, TPA твердого остатка, и/или отходящего газа.

Необязательно, данное количество тепловой энергии подводят окислением топлива кислородом и прямым объединением полученных в результате горячих продуктов реакции в отходящем газе. Указанные горячие продукты реакции поступают в месте между выходом из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя и входом в турбодетандер и/или в положении между блоками многоступенчатого турбодетандера. Предпочтительно указанное топливо содержит гидрокарбильные связи. Более предпочтительно, указанное топливо содержит спирт, ацетат и/или углеводород. Еще более предпочтительно, указанное топливо преимущественно содержит метанол, этанол, метан, пропан, бутан, и/или нефтяное топливо. Самое предпочтительное указанное топливо содержит по меньшей мере приблизительно 50, или 70, или 90, или 95 процентов по весу метана.

Предпочтительно часть сжатого атмосферного воздуха подают для окисления указанного топлива, т.к. отходящий газ из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя часто содержит относительно низкое количество кислорода и обогащен водяным паром. Более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 50, или 70, или 90, или 100 процентов по весу стехиометрического количества кислорода подают из сжатого атмосферного воздуха, подведенного в зону реакции окисления указанного топлива. Стехиометрическое количество кислорода представляет собой минимальное количество, требуемое для полного превращения подведенного топлива в воду и диоксид углерода. Еще более предпочтительно меньше чем приблизительно 300, или 200, или 150, или 120 процентов по весу стехиометрического количества кислорода подают из сжатого атмосферного воздуха, подведенного в зону реакции окисления указанного топлива. Предпочтительно, чтобы максимальная температура для окисления указанного топлива составляла по меньшей мере приблизительно 300, или 400, или 600, или 800°C. Предпочтительно не применять катализатор окисления для ускорения окисления по меньшей мере приблизительно 10, или 50, или 80, или 95 процентов по весу указанного топлива. Предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10, или 50, или 80, или 95 процентов по весу VOC в отходящем газе, покидающем устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя, не сгорают до входа в последний блок турбодетандера.

Помимо повышения температуры и давления при впускном отверстии турбодетандера, авторы обнаружили, что описание настоящего изобретения является также предпочтительным для увеличения массы водяного пара, достигающего впускное отверстие по меньшей мере одного турбодетандерного устройства. Данные составы становятся возможными благодаря описанию настоящего изобретения, относящемуся к дизайну и эксплуатации реакционной среды для первичного окисления, устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя, и соединяющих труб. Предпочтительно, чтобы состав отходящего газа, текущего по меньшей мере в одну стадию турбодетандера содержала по меньшей мере приблизительно 3,0, или 3,3, или 3,5, или 3,6 килограмм воды на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы состав отходящего газа, текущего по меньшей мере в одну стадию турбодетандера содержала по меньшей мере приблизительно 0,38, или 0,42, или 0,44, или 0,46 килограмм воды на килограмм отходящего газа в том же месте. Предпочтительно, чтобы массовый поток отходящего газа во впускное отверстие по меньшей мере одной стадии турбодетандера составлял по меньшей мере приблизительно 6,9, или 7,3, или 7,6, или 7,8 килограмм на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

В настоящее время внимание снова будет сосредоточено на устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Обычно желательно довести до максимума извлечение из отходящих газов реакции испаренных соединений, содержащих по меньшей мере одну гидрокарбильную связь, в настоящем изобретении называемых "летучие органические соединения" и "VOC". Если не извлекать их из отходящего газа, данные соединения выбрасываются в окружающую среду, что является нежелательным, и более предпочтительно, чтобы они в основном превращались в водяной пар и диоксид углерода в TOD. Хотя TOD истекающий поток является более экологически приемлемым, выделение VOC в устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя сохраняет эксплуатационные расходы.

Более конкретно, обычно желательно ограничить потери pX, уксусной кислоты и метилацетата в отходящем газе, входящем в TOD. На данную минимизацию потерь воздействуют различные механические способы в устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, но разделение в конечном счете контролируется термодинамикой и потреблением энергии в устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Обычно, большее потребление энергии может давать меньшие степени извлечения VOC. Данное потребление энергии приводит в результате к более низким температурам и/или большим коэффициентам противотока в устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя.

Однако авторы обнаружили, что целенаправленное увеличение степени извлечения летучих органических соединений выше их абсолютного минимума приводит в результате к улучшенной общей экономичности способа при объединении с потребностями в топливе TOD и извлечением мощности на валу в турбодетандере.

Соответственно, предпочтительно контролировать удаление энергии и потери энергии по меньшей мере в одном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, обрабатывающем отходящий газ, как описано в настоящем изобретении. Предпочтительно, чтобы температура по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу отходящего газа, выходящего из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя, была снижена меньше чем приблизительно на 50, или 40, или 30, или 25°C, как измерено в месте, в котором образуется отходящий газ реакции вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно изолировать по меньшей мере приблизительно 70, или 90, или 95, или 99 процентов подвергаемой воздействию, внешней площади поверхности труб, реакторов и элементов управления, включающих устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя, изолирующим материалом по меньшей мере с приблизительно 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 метровой толщиной, несмотря на то что огромные количества тепловой энергии в конечном счете высвобождаются в окружающую среду перед турбодетандером. Предпочтительно, чтобы потери тепловой энергии через подвергаемую воздействию, внешнюю площадь поверхности труб и/или реакторов, включающих устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя, составляли меньше чем приблизительно 40, или 20, или 10, или 5 ватт на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

Предпочтительно ограничивать извлечение тепловой энергии так, чтобы меньше чем приблизительно 1000, или 100, или 1, или 0,1 ватт тепловой энергии на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления, удалялось из рабочих жидкостей через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела, расположенные между местом образования отходящего газа реакции вблизи верхней поверхности реакционной среды и местом, в котором по меньшей мере приблизительно 80, или 90, или 95, или 99 процентов по весу молекулярного азота в нем пропустили через турбодетандерное устройство. Некоторые конструктивные оформления, известные для извлечения энергии из отходящих газов реакции, включают конденсацию и извлечение растворителя извлечением тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела для нагревания и/или испарения вспомогательных жидкостей перед тем, как отходящий газ проходит через турбодетандер. Затем, вспомогательные жидкости применяют для генерирования мощности на валу и/или для переноса тепловой энергии на другие стадии. Примеры вспомогательных жидкостей для переноса тепла и/или охлаждающих жидкостей включают жидкую воду и/или водяной пар, жидкие летучие алифатические углеводороды и/или их пары, и/или воздух.

Предпочтительно, чтобы устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя функционировало без добавления соединений для азеотропного разделения. Примеры соединений для азеотропной перегонки включают н-бутилацетат и/или н-пропилацетат. Предпочтительно, чтобы устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя функционировало с чистым приростом, меньшим чем приблизительно 0,1, или 0,01, или 0,001, или 0,0001 килограмм соединений для азеотропной перегонки на килограмм растворителя, извлеченного из отходящего газа реакции.

Предпочтительно, чтобы устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя настоящего изобретения включало высокоэффективное дистилляционное устройство, обрабатывающее по меньшей мере приблизительно 80, или 90, или 95, или 99 процентов по весу неконденсирующихся газов и/или молекулярного азота, присутствующих в отходящем газе реакции. Предпочтительно, чтобы указанное дистилляционное устройство содержало по меньшей мере приблизительно 20, или 25, или 30, или 35 идеальных ступеней разделения. Предпочтительно, чтобы потери давления на трение при течении отходящего газа через указанное дистилляционное устройство составляли меньше чем приблизительно 60, или 40, или 20, или 10 килопаскаль. Предпочтительно, чтобы любые перегонные тарелки имели перепад давления меньший чем приблизительно 1200, или 900, или 700, или 500 паскаль на тарелку, несмотря на то что это нежелательно ограничивает рабочий диапазон данных тарелок. Более предпочтительно применять структурированную упаковку, как это известно в данной области техники, несмотря на необходимость дорогих, устойчивых к коррозии металлов и также потенциальную воспламеняемость некоторых металлов, включая титан. Предпочтительно конструировать указанное дистилляционное устройство, применяя по меньшей мере два различных диаметра реактора, в котором максимальный горизонтальный диаметр верхней секции меньше чем приблизительно в 1,0, или 0,96, или 0,92, или 0,90 раз максимального горизонтального диаметра, который находится на по меньшей мере приблизительно 4 метровой высоте в нижней секции, и которое обрабатывает по меньшей мере приблизительно 80, или 90, или 95, или 99 процентов по весу молекулярного азота в отходящем газе реакции.

После выхода из турбодетандера, предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа охлаждалась по меньшей мере в одном теплообменном устройстве, называемом в настоящем изобретении конденсатором для отходящего газа, посредством чего получают жидкость, в настоящем изобретении называемую флегмой и в основном содержащую воду по меньшей мере часть которой подают в указанное устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Предпочтительно, чтобы различные предпочтительные диапазоны температур, давления и/или состава при впускном отверстии конденсатора для отходящего газа были такими же, как при выпускном отверстии конечного блока турбодетандера. Предпочтительно, чтобы падение давления на трение при течении отходящего газа составляло меньше чем приблизительно 16, или 12, или 8, или 4 килопаскаль в указанном конденсаторе для отходящего газа. При функционировании без стадии повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно, чтобы давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, составляло по меньшей мере приблизительно 0,02, или 0,08, или 0,12, или 0,16 бар избыточного давления. При функционировании без стадии повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно, чтобы давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, было меньшим чем приблизительно 0,6, или 0,5, или 0,4, или 0,3 бар избыточного давления. При функционировании без стадии повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно, чтобы давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, было по меньшей мере приблизительно -0,8, или -0,7, или -0,6, или -0,5 бар избыточного давления. При функционировании без стадии повторного сжатия отходящего газа, предпочтительно, чтобы давление отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, было меньшим чем приблизительно 0,1, или 0,0, или -0,1, или -0,2 бар избыточного давления. Предпочтительно, чтобы температура отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, была равной по меньшей мере приблизительно 30, или 40, или 50, или 60°C. Предпочтительно, чтобы температура отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, была меньшей чем приблизительно 110, или 100, или 90, или 80°C. Предпочтительно, чтобы температуру отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, снижали по меньшей мере приблизительно на 10, или 20, или 30, или 35°C ниже температура выпускного отверстия турбодетандера. Предпочтительно, чтобы температуру отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа, снижали меньше чем приблизительно на 100, или 80, или 70, или 60°C ниже температуры выпускного отверстия турбодетандера. Предпочтительно, чтобы тепловая энергия меньшая чем приблизительно 3100, или 2900, или 2700, или 2500 ватт удалялась в указанном конденсаторе для отходящего газа на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы тепловая энергия по меньшей мере приблизительно 1600, или 1800, или 2000, или 2100 ватт удалялась в указанном конденсаторе для отходящего газа на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

Количество флегмы и температуру выбирают и контролируют для того, чтобы получить максимальное количество водяного пара, входящего в турбодетандер, в балансе со сведением до минимума потери VOC в отходящем газе, покидающим конденсатор. Предпочтительно, чтобы поток флегмы в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя содержал по меньшей мере приблизительно 7,0, или 8,0, или 8,5, или 9,0 килограмм жидкой воды на килограмм воды TPA образования, полученной в реакторах для окисления, обслуживаемых указанным устройством для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Предпочтительно, чтобы поток флегмы в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя содержал меньше чем приблизительно 12,0, или 11,0, или 10,5, или 10,0 килограмм жидкой воды на килограмм воды TPA образования, полученной в реакторах для окисления, обслуживаемых указанным устройством для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Предпочтительно, чтобы поток флегмы в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя содержал по меньшей мере приблизительно 0,70, или 0,75, или 0,79, или 0,82 килограмм жидкой воды на килограмм водяного пара, выходящего из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Предпочтительно, чтобы поток флегмы в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя содержал меньше чем приблизительно 0,98*, или 0,96, или 0,92, или 0,90 килограмм жидкой воды на килограмм водяного пара, выходящего из устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя (*при функционировании с необязательным прямым сжиганием топлива, большая масса воды образуется при сгорании топлива). Предпочтительно, чтобы температура флегмы, подводимой в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя, была равной по меньшей мере приблизительно 40, или 50, или 55, или 60°C. Предпочтительно, чтобы температуру флегмы, подводимой в устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя понижали меньше чем на 40, или 30, или 20, или 10°C ниже температуры водяного пара, покидающего конденсатор в отходящем газе.

Авторы отмечают, что помещение конденсатора для отходящего газа при таком низком давлении согласно настоящему изобретению значительно увеличивает объем отходящего газа на входе и выходе из конденсатора. Если не применять трубы необычайно большого диаметра, скорости потока и потеря давления на трение будут устрашающими. Соответственно, предпочтительно, чтобы трубы для отходящего газа между выпускным отверстием турбодетандера и впускным отверстием конденсатора для отходящего газа имели диаметры по меньшей мере приблизительно 1,2, или 1,5, или 1,8, или 2,1 метра, которые являются достаточно большими для труб в способе под давлением, полученных из различных дорогих, устойчивых к коррозии металлов и сплавов металлов. Для уменьшения диаметра и стоимости труб, предпочтительно, чтобы приведенная скорость отходящего газа в трубах между выпускным отверстием турбодетандера и впускным отверстием конденсатора для отходящего газа равнялась по меньшей мере приблизительно 30, или 40, или 50, или 60 метров в секунду. Это представляет собой необычайно высокую скорость в трубах, особенно для коррозионного технологического газа вблизи его температуры конденсации, и требуется тщательный контроль в зависимости от температуры конденсации. При выпускном отверстии конденсатора отходящего газа, присутствие определенного количества жидких капель увеличивает вероятность эрозии и коррозии, и предпочтительно ограничивать приведенные скорости в данных трубах до меньше чем приблизительно 30, или 25, или 20, или 15 метров в секунду до входа в сепараторное устройство для удаления жидкости, как это описано в другом месте в настоящем изобретении.

Авторы также отмечают, что функционирование конденсатора для отходящего газа при низком давлении согласно настоящему изобретению заставляет применять более низкую температуру процесса для того, чтобы конденсировать требуемое количество флегмы. Более низкая температура процесса сдвигается в сторону температуры охлаждающей жидкости, и более низкое давление процесса вызывает снижение пленочного коэффициента теплообмена в технологической части. Все факторы принуждают увеличивать площадь проводящих, изолирующих, теплообменных поверхностей раздела, которые обычно содержат различные дорогие, устойчивые к коррозии металлы и сплавы металлов.

Проблемы конструктивного оформления и стоимости конденсатора для отходящего газа настоящего изобретения еще дополнительно усложняются при удалении предпочтительных количеств водяного пара в окружающую среду согласно некоторым аспектам настоящего изобретения. Удаление выбранного количества водяного пара приводит к требованию целенаправленно контролировать количество энергии, удаляемой в конденсаторе для отходящего газа, даже при функционировании с новыми или незагрязненными проводящими, изолирующими, теплообменными поверхностями раздела, с более низкими расходом массового потока и/или энергетическими затратами при получении TPA при сниженной производительности, и с изменяющимися температурами охлаждающей среды, как это часто случается, например, в результате суточных и сезонных изменений окружающей среды.

Отдельной проблемой для контроля конденсаторного устройства для отходящего газа является то, что большинство градирных систем содержат количества растворенных твердых веществ, которые значительно концентрируются при испарительном охлаждении с помощью атмосферного воздуха. При дросселировании потока данной охлаждающей воды для контроля технологической температуры конденсатора для отходящего газа, температура выходящей охлаждающей воды повышается. Если температура данной охлаждающей жидкости повышается слишком сильно, выпадает некоторое количество растворенных твердых веществ. К сожалению, многие высокоустойчивые к коррозии сплавы металлов быстро подвергаются воздействию разъедающих веществ и перфорируются при питтинговой коррозии под данными отложениями в виде бугорков. Соответственно, авторы описывают следующие предпочтительные варианты осуществления для конденсатора для отходящего газа согласно настоящему изобретению. Как применяют в настоящем изобретении, "конденсатор для отходящего газа" содержит отходящий газ по меньшей мере часть которого обрабатывается по меньшей мере в одном конденсаторе для отходящего газа.

Предпочтительно, чтобы указанный конденсатор для отходящего газа, производящий жидкую воду, включал охлаждение воздухом, при котором атмосферный воздух находился в контакте с проводящими, изолирующими, теплообменными поверхностями раздела, содержащими указанный отходящий газ. Предпочтительно применять тягодутьевую установку для движения потока воздуха через проводящие, изолирующие, теплообменные поверхность раздела, содержащие указанный отходящий газ. Предпочтительно применять скорость вентилятора, наклон лопастей вентилятора, жалюзи для контроля подачи воздуха, и/или другие устройства для контроля потока воздуха и/или температуры воздуха применяют для регулирования степени охлаждения отходящего газа под влиянием по меньшей мере одного технологического параметра; например температуры и/или давления конденсатора для отходящего газа; температуры и/или скорость потока жидкости конденсатора; химического состава или отходящего газа конденсатора и/или конденсата любым методом измерения в реальном времени, например, композиционным анализом с помощью ИК-спектроскопии.

Более предпочтительно, чтобы указанный конденсатор для отходящего газа, производящий жидкую воду, содержал охлаждающую воду в контакте с проводящими, изолирующими, теплообменными поверхностями раздела, содержащие указанный отходящий газ. Предпочтительно применять скорость потока охлаждающей воды, температуру впускного отверстия для охлаждающей воды, и/или температуру выпускного отверстия для охлаждающей воды для регулирования степени охлаждения отходящего газа, под влиянием по меньшей мере одного технологического параметра, например температуры и/или давления конденсатора для отходящего газа; температуры и/или скорость потока жидкости конденсатора; химического состава или отходящего газа конденсатора и/или конденсата любым методом измерения в реальном времени, например, композиционным анализом с помощью ИК-спектроскопии. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть охлаждающей воды, покидающей указанное охлажденное водой теплообменное устройство, имела температуру равную по меньшей мере приблизительно 50, или 60, или 70, или 80°C. Предпочтительно, чтобы указанная охлаждающая вода содержала воду, охлажденную прямым контактом с атмосферным воздухом. Более предпочтительно, чтобы указанная охлаждающая вода представляла собой "охлаждающую воду в замкнутом цикле". Предпочтительно, чтобы указанная охлаждающая вода в замкнутом цикле содержала пониженное количество растворенных в воде твердых веществ (TDS), например, деионизированную воду или конденсат пара. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть тепла удалялась из указанной охлаждающей воды в замкнутом цикле в теплообменном устройстве, содержащем вспомогательную охлаждающую воду, охлажденную прямым контактом с атмосферным воздухом. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть тепла удалялась из указанной охлаждающей воды в замкнутом цикле в пластинчатом и стержневом теплообменном устройстве.

Необязательно, предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть проводящей, изолирующей, теплообменной поверхности раздела удаляли из рабочего цикла в определенные моменты времени под влиянием по меньшей мере одного технологического параметра, например температуры и/или давления конденсатора для отходящего газа; температуры и/или скорость потока жидкости конденсатора; химического состава или отходящего газа конденсатора и/или конденсата любым методом измерения в реальном времени, например, композиционным анализом с помощью ИК-спектроскопии. Указанную часть поверхности удаляют из рабочего цикла удалением ее из контакта с текущим отходящим газом и/или текущей вспомогательной охлаждающей жидкости.

Необязательным способом контролирования количества энергии, удаляемой в конденсаторе для отходящего газа, является байпассирование части отходящего газа турбодетандера через указанный конденсаторов, как описано в US 6504051, полное описание которого вводится в настоящее изобретение с помощью ссылки. Однако данное байпассирование газа создает новые проблемы даже при удовлетворении потребности в регулировании и контролировании удаление энергии. Во-первых, данное байпассирование непосредственно влияет на баланс массы, также как на энергетический баланс, т.к. пар растворителя сложно конденсировать из отведенного отходящего газа. Если отводится слишком большое или слишком маленькое количество газа, при стремлении сохранить баланс, водный баланс нарушается для системы для извлечения растворителя, делая извлеченный растворитель слишком влажным или слишком сухим; и имеется также нарушение количества VOC, направленных на высвобождение в окружающую среду и/или TOD. Во-вторых, желательно объединять снова отходящий газ конденсатора и отведенный отходящий газ для обработки в стандартном устройстве для экологической обработки. Однако данное повторное объединение является проблематичным, т.к. обычно образуется аэрозольная пыль, когда более холодный, насыщенный жидкостью поток газа объединяют с более теплым, насыщенным жидкостью газом. Данный аэрозоль оказался опасным за счет питтинговой коррозии труб и оборудования, поскольку аэрозоль склонен образовывать капли на более холодной и/или менее турбулентной поверхностях. Быстрое удаление данного аэрозоля из высокоскоростного технологического потока трудно достичь при ограничении перепада давления и/или подвода тепловой энергии, несмотря на то что данная пыль может легко коалисцировать и выпадать в виде жидких капель, при обеспечении более длительным временем разделения.

Соответственно, авторы разработали следующие предпочтительные варианты осуществления для настоящего изобретения. После выхода из турбодетандера по меньшей мере часть отходящего газа обходит по меньшей мере один конденсатор для отходящего газа, образуя "отведенный отходящий газ", применяя один или более из следующих предпочтительных аспектов. Предпочтительно, чтобы указанный отведенный отходящий газ охлаждали меньше чем приблизительно 60, или 50, или 30, или 10°C в теплообменном устройстве, содержащем проводящие, изолирующие, теплообменные поверхности раздела, перед объединением с отходящим газом, покидающим конденсатор для отходящего газа, входящим в TOD, и/или сбросом в окружающую среду. Предпочтительно, чтобы указанный отведенный отходящий газ составлял по меньшей мере приблизительно 1, или 2, или 4, или 8 процентов по весу всего отходящего газа, покидающего турбодетандер. Предпочтительно, чтобы указанный отведенный отходящий газ составлял меньше чем приблизительно 50, или 40, или 30, или 20 процентов по весу всего отходящего газа, покидающего турбодетандер. Предпочтительно применять скорость потока указанного отведенного отходящего газа для регулирования степени охлаждения отходящего газа под влиянием по меньшей мере одного технологического параметра, например температуры и/или давления конденсатора для отходящего газа; температуры и/или скорость потока жидкости конденсатора; химического состава или отходящего газа конденсатора и/или конденсата любым методом измерения в реальном времени, например, композиционным анализом с помощью ИК-спектроскопии. Предпочтительно, чтобы указанный отведенный отходящий газ объединяли по меньшей мере с частью отходящего газа, который покинул конденсатор для отходящего газа, для получения "смешанного отходящего газа" перед выбросом его в окружающую среду. Предпочтительно, чтобы "сепараторное устройство", применяющее по меньшей мере один из следующих характерных признаков обрабатывало по меньшей мере часть отходящего газа конденсатора, посредством чего производится "отсепарированный отходящий газ". Предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10, 50, 98, 99,9 процентов по весу жидкости, входящей в указанное сепараторное устройство, отделялись и покидали смешанными с меньше чем приблизительно 50, или 95, или 99, или 99,8 процентов по весу молекулярного азота отходящего газа из отверстия ниже на 80, или 60, или 40, или 10 процентов высоты указанного сепараторного устройства. Предпочтительно по меньшей мере часть указанного сепараторного устройства располагают на более низкой высоте, чем по меньшей мере один конденсатор для отходящего газа, обеспечивая газ-плюс-жидкость многофазовый поток в указанное сепараторное устройство. Предпочтительно, жидкая вода покидает указанное сепараторное устройство через отверстие, расположенное ниже впускного отверстия для потока из конденсатора для отходящего газа. Предпочтительно, вертикальная составляющая приведенной скорости отходящего газа в указанном сепараторном устройстве составляет меньше чем приблизительно 4, или 3, или 2, или 1 метров в секунду в плоскости наибольшего горизонтального диаметра. Предпочтительно, вертикальная составляющая приведенной скорости отходящего газа в указанном сепараторном устройстве составляет меньше чем приблизительно 6, или 5, или 4, или 3 метров в секунду в плоскости наибольшего горизонтального диаметра. Предпочтительно, среднее время пребывания отходящего газа в указанном сепараторном устройстве составляет меньше чем приблизительно 20, или 13, или 8, или 5 секунд. Предпочтительно, среднее время пребывания отходящего газа в указанном сепараторном устройстве составляет по меньшей мере приблизительно 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0 секунд. Предпочтительно, среднее время пребывания жидкости в указанном сепараторном устройстве составляет по меньшей мере приблизительно 0,5, или 2, или 4, или 8 минут. Предпочтительно, среднее время пребывания жидкости в указанном сепараторном устройстве составляет меньше чем приблизительно 60, или 48, или 24, или 12 минут. Предпочтительно по меньшей мере одна ударная поверхность для удаления воды, отличная от поверхности раздела под давлением, включена в указанное сепараторное устройство. Предпочтительно, площадь твердой поверхности, находящейся в контакте с отходящим газом, проходящем через сепараторное устройство, равна по меньшей мере приблизительно 0,0005, или 0,001, или 0,002, или 0,004 квадратных метров на килограмм отходящего газа, покидающего указанное сепараторное устройство. Предпочтительно по меньшей мере часть отходящего газа, проходящего через указанное сепараторное устройство, контактирует по меньшей мере с приблизительно 0,001, или 0,005, или 0,01, или 0,02 квадратными метрами площади изолирующей твердой поверхности не под давление на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно по меньшей мере приблизительно 70, или 80, или 90 процентов капель жидкости с размером, меньшим чем по меньшей мере приблизительно 500, или 200, или 75, или 25 микрон, присутствующих в отходящем газе, входящем в сепараторное устройство, удаляют из отсепарированного отходящего газа. Авторы сообщают, что различные предпочтительные характерные черты для сепараторного устройства являются предпочтительными для сепараторного устройства, обрабатывающего отходящий газ конденсатора, или с или без отведенного отходящего газа.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отведенного отходящего газа обрабатывали в TOD, который также обрабатывает по меньшей мере часть отходящего газа, который покинул конденсатор для отходящего газа. Более предпочтительно по меньшей мере часть отведенного отходящего газа объединяют по меньшей мере с частью отходящего газа конденсатора, получая смешанный отходящий газ перед введением его в TOD. Самое предпочтительное, тепловую энергию подводят для повышения температуры указанного смешанного отходящего газа перед введением его в TOD устройство. Данное нагревание ослабляет конденсацию в трубах, реакторах и других камерах для отходящего газа и, таким образом, доводит до минимума стоимость материалов конструкции. Данную тепловую энергию можно подводить полностью или частями к указанному потоку смешанного отходящего газа, к указанному потоку отведенного отходящего газа, или к указанному потоку отходящего газа, покидающего конденсатор. Предпочтительно, чтобы температура указанного смешанного отходящего газа была по меньшей мере на приблизительно 10, или 20, или 40, или 60°C выше температуры отходящего газа, покидающего указанный конденсатор для отходящего газа.

Авторы описывают, что предпочтительно подводить тепловую энергию к отсепарированному отходящему газу согласно данному аспекту даже без отведенного отходящего газа. Предпочтительно размещать конденсатор для отходящего газа и сепараторное устройство следующим образом, для того чтобы найти одновременно оптимальное сочетание стоимости перекачки охлаждающей воды на высокий уровень, стоимости высотных сооружений и опор, и обеспечения уровня для возможности безнапорного течения конденсированной жидкости в и/или через конденсатор для отходящего газа и/или сепараторное устройство. Предпочтительно, чтобы уровень самой нижней охлажденной поверхности по меньшей мере в одном конденсаторе для отходящего газа, был меньше чем приблизительно на 50, или 30, или 20, или 10 метров выше уровня поверхности земли. Предпочтительно, чтобы уровень самой высокой охлажденной поверхности по меньшей мере в одном конденсаторе для отходящего газа был по меньшей мере на приблизительно 6, или 9, или 12, или 15 метров выше уровня поверхности земли. Предпочтительно, чтобы уровень жидкого содержимого в сепараторном устройстве был по меньшей мере на приблизительно 0,5, или 1, или 2, или 3 метра выше уровня окружающей поверхности. Предпочтительно, чтобы уровень жидкого содержимого в сепараторном устройстве был меньше чем приблизительно на 20, или 15, или 10, или 5 метров выше уровня поверхности земли.

В комбинации с улучшенным извлечением энергии в турбодетандере для отходящего газа и/или самонагревом TOD согласно описанию настоящего изобретения, авторы обнаружили неожиданную выгоду от оставления повышенного количества водяного пара в удаляемом отходящем газе, несмотря на большие потери VOC, которые обычно сопутствуют данным повышенным количествам водяного пара. Соответственно, авторы описывают следующие предпочтительные варианты осуществления для "удаляемого водяного пара", присутствующего в отходящем газе конденсатора, отсепарированном отходящем газе, и/или отходящем газе при TOD впускном отверстии. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар составлял меньше чем приблизительно 400, или 300, или 250, или 200 процентов по весу воды TPA образования. Это позволяет избежать расхода слишком большого количества теплоты реакции окисления на испарение водной жидкости за раз в турбодетандерном силовом цикле с последующими капитальными и эксплуатационными расходами для обработки в TOD и без сопутствующего увеличения подвода флегмы для устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар составлял по меньшей мере приблизительно 100, или 110, или 130, или 150 процентов по весу воды TPA образования. Для избегания чрезмерной дегидратации системы извлеченного растворителя и посредством этого нарушения условий реакции окисления, предпочтительные источники количества воды, превышающего количество воды TPA образования, описывают в настоящем изобретении.

Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал по меньшей мере часть воды, которая поступила в процесс с источником окислителя, более предпочтительно сжатым атмосферным воздухом. Предпочтительное количество водяного пара, поступающего в сжатом воздухе, описывают в другом месте в настоящем изобретении. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал по меньшей мере часть воды, образовавшейся в результате переокисления ароматических веществ и растворителя. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар содержал по меньшей мере приблизительно 0,05, или 0,10, или 0,15 килограмм воды, образовавшейся в результате переокисления ароматических веществ и растворителя, на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар содержал меньше чем приблизительно 0,05, или 0,04, или 0,03 килограмм воды, образовавшейся в результате переокисления ароматических веществ и растворителя, на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал воду, образовавшуюся в результате введения находящегося под давлением пара (по меньшей мере приблизительно 50, 90, 95, 99 процентов по весу воды по меньшей мере приблизительно 110, или 140, или 180, или 220°C) в технологический поток, содержащий жидкий растворитель. Предпочтительные способы применения включают пар в качестве источника тепловой энергии и в качестве промывочной среды для труб, насадок и оборудование. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал по меньшей мере часть воды, применяемой в чистки выпускных отверстий, которые впоследствии сбрасывают газ в окружающую среду. Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал по меньшей мере часть воды, применяемой в качестве вспомогательного вещества для азеотропного разделения в способе очистки растворителя и/или регенерации катализатора, включая описание в патентах США No. 4939297, US 7351396, и опубликованной патентной заявке США. No. 2005-0038288.

Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал по меньшей мере часть воды, образовавшейся в результате окисления топлива при необязательном применении для нагрева отходящего газа между выпускным отверстием устройства для извлечения и/или дегидрирования растворителя и выпускным отверстием турбодетандера.

Предпочтительно, чтобы удаляемый водяной пар сверх воды TPA образования содержал по меньшей мере часть воды, покидающей смежный PET способ и входящей в TPA способ перед выпускным отверстием TOD, более предпочтительно перед впускным отверстием TOD. Предпочтительно, чтобы указанный PET способ располагали так, чтобы минимальное расстояние по горизонтали от указанного TPA способа составляло меньше чем приблизительно 1800, 900, 300, 100 метров. Предпочтительно, чтобы указанный PET способ образовывал по меньшей мере часть PET, применяя TPA продукт указанного TPA способа. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть указанного TPA продукта подавалась в реакционную среду указанного смежного PET способа в течение меньше чем приблизительно 72, или 24, или 12, или 4 часов после его образования из пара-ксилола, пара-толуилового альдегида и/или пара-толуиловой кислоты. Предпочтительно, чтобы вода, поступающая из указанного PET способа, составляла по меньшей мере приблизительно 0,02, или 0,2, или 0,3, или 0,4 килограмм на килограмм воды образования TPA. Предпочтительно, чтобы вода, поступающая из указанного PET способа, составляла меньше чем приблизительно 1,1, или 0,9, или 0,7, или 0,6 килограмм на килограмм воды образования TPA.

Предпочтительно, чтобы TOD сам снабжал себя топливом за счет окисления соединений отходящего газа, включая монооксид углерода и VOC, особенно за счет окисления метилацетата. Предпочтительно, чтобы количество топлива в отходящем газе составляло по меньшей мере приблизительно 60, 70, 80, 90 процентов общего содержания топлива, поступающего в TOD. Количество топлива определяют как теплота реакций окисления, приводящая к образованию продуктов в паровой фазе, содержащих водяной пар и газообразный диоксид углерода. Предпочтительно, чтобы количество топлива в отходящем газе составляло меньше чем приблизительно 160, или 140, или 120, или 110 процентов минимального количества топлива, требуемого для функционирования TOD без охлаждающей средства, например, физической теплоты воздуха или другого газа/пара и/или физической или скрытой теплоты воды или другой жидкости, прямым ли объединением масс или опосредованно через изолирующие проводящие теплообменные поверхности.

Предпочтительно, чтобы в TOD эффективно, даже преимущественно, применялся в качестве топлива метилацетат в отходящем газе согласно следующему описанию. Метилацетат представляет собой известный побочный продукт жидкофазного окисления pX до TPA в уксусной кислоте. В данной области техники являются известными технологии выделения метилацетата и, затем, гидролиза его водой для извлечения растворителя, являющегося уксусной кислотой, и потока побочного продукта, являющегося метанолом. Авторы обнаружили, что эффективная система для синтеза TPA, например, US 20070293699 и US 20070208191 (полное описание которых вводится в настоящее изобретение с помощью ссылки), обеспечивает пригодным снижением чистой скорости образования метилацетата. CO компонент в отходящем газе имеет относительно низкую теплоту сгорания, и отходящий газ часто содержит относительно небольшое количество MeBr и уксусной кислоты. Метилацетат обеспечивает пригодным количеством топлива TOD для того, чтобы достигнуть требуемой температуры и эффективности разложения загрязнителей, включая сам метилацетат. Если количество топлива в отходящем газе будет слишком низкое, затем дополнительное топливо, например, метан, метанол, нефтяное топливо, должно быть подведено в TOD для того, чтобы достигнуть требуемой температуры и эффективности разложения загрязнителей.

Авторы обнаружили следующие предпочтительные диапазоны количеств метилацетата в отсепарированном отходящем газе, диапазоны, которые эффективно соответствуют оптимальным соотношениям количества метилацетата в качестве топлива в TOD относительно капитальных и эксплуатационных расходов на дальнейшее подавление образования метилацетата и/или извлечение количества получающейся из него уксусной кислоты отделением и гидролизом. Предпочтительно, чтобы количество метилацетата в отсепарированном отходящем газе и/или отходящем газе, поступающем в TOD, составляло по меньшей мере приблизительно 0,003, или 0,005, или 0,007, или 0,008 килограмм на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы количество метилацетата в отсепарированном отходящем газе и/или отходящем газе, поступающем в TOD, составляло меньше чем приблизительно 0,030, или 0,025, или 0,020, или 0,015 килограмм на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы метилацетат обеспечивал по меньшей мере приблизительно 20, или 30, или 40, или 50 процентов всего количества топлива, поступающего в TOD. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы количество метилацетата и/или метанола в отсепарированном отходящем газе и/или отходящем газе, поступающем в TOD, было меньше чем приблизительно 0,030, или 0,025, или 0,020, или 0,015 килограмм на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы метилацетат обеспечивал по меньшей мере приблизительно 20, или 30, или 40, или 50 процентами всего количества топлива, поступающего в TOD.

Предпочтительно, чтобы количество уксусной кислоты в отсепарированном отходящем газе и/или отходящем газе, поступающем в TOD, было меньше чем приблизительно 0,005, или 0,004, или 0,003, или 0,002 килограмм на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Предпочтительно, чтобы количество монооксида углерода в отсепарированном отходящем газе и/или отходящем газе, поступающем в TOD, было меньше чем приблизительно 0,45, или 0,40, или 0,35, или 0,30 мольных процентов, определенных на сухой вес с только неконденсирующимися газообразными соединениями.

Однако нежелательно бесполезно тратить слишком много энергии, собственное горючее топливо в отходящем газе или дополнительное топливо, в TOD. Следовательно, предпочтительно, чтобы суммарная энергия сгорания, высвобождаемая TOD, была меньше чем 600, или 500, или 450, или 400 килоджоуль на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления. Данное малое количество требуемой теплоты сгорания достигают обеспечением эффективной тепловой интеграцией между горячим, обработанным отходящим газом вблизи выхода из TOD и необработанным отходящим газом вблизи входа в указанный TOD, как является известным в данной области техники различными способами.

Подвод теплоты сгорания соответствующим образом контролируют способами эксплуатации и составами отходящего газа, как описано в настоящем изобретении. Предпочтительно, чтобы TOD функционировал с предельной внутренней температурой равной по меньшей мере приблизительно 200, или 400, или 600, или 800°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 94, или 96, или 98, или 99 мольных процентов углеродных соединений в отходящем газе, поступающем в TOD, окислялись до CO₂ перед тем, как покинуть TOD. Самое предпочтительное, TOD устройство во всем описании настоящего изобретения представляет собой устройство для регенеративного окисления при нагревании (RTO).

После удаления и/или разложения монооксида углерода и VOC загрязнителей в отходящем газе реакции окисления, многие районы проведения работ требуют основательного удаления брома из обработанного отходящего газа. Данное снижение количества брома часто осуществляется водной мокрой очисткой обработанного отходящего газа из TOD, например, жидкостной мокрой очисткой отходящего газа, применяя водный раствор гидроксида натрия и бисульфита натрия для получения бромидной соли натрия. С течением времени концентрация различных солей увеличивается в воде газоочистителя, и нужно обеспечить сбросом истекающего потока вместе с подпиткой более чистой водой. Предпочтительно, указанная добавляемая вода для газоочистителя отходящего газа представляет собой профильтрованную воду. Более предпочтительно, указанная добавляемая вода для газоочистителя представляет собой деминерализованную воду, деионизированную воду и/или конденсат пара.

Авторы обнаружили, что указанный сбрасываемый истекающий поток из газоочистителя, в основном содержащий воду, выгодно применять в качестве технической воды, например, подпиточной воды для градирни. Соответственно, предпочтительно применять по меньшей мере приблизительно 0,01, или 0,05 килограмм воды, являющейся жидким стоком из газоочистителя для отходящего газа, на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления в качестве технической воды, а не подавать указанную воду газоочистителя в блок для очистки сточных вод и/или сбрасывать непосредственно в окружающую среду. В другом варианте осуществления настоящего изобретения любую сточную воду, полученную из производственного оборудования, содержащего реакционную среду для окисления, можно применять при отношении 0,01-0,05 килограмм сточной воды на килограмм pX, подаваемого в соответствующую реакционную среду для окисления в качестве технической воды, а не подавать указанную воду газоочистителя в блок для очистки сточных вод и/или сбрасывать непосредственно в окружающую среду.

В необязательном и более предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение включает объединение отходящего газа реакции окисления, включая источники и первичного и вторичного реактора окисления, для обработки в объединенном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, турбодетандерном устройстве, конденсаторном устройстве, сепараторном устройстве, TOD и/или газоочистителе брома.

Нежелательно в отношении извлечения энергии, что рабочие давление и температуры вторичных реакционных сред часто значительно отличаются, иногда значительно выше, от давления и температуры первичной реакционной среды и/или друг от друга. Простое расширение отходящих газов реакции, находящихся под более высоким давлением, в редукционном отверстии до отходящего газа, находящегося под более низким давлением, обычно рассеивает значительное количество энергии, вызывая тем самым потери в последующей способности производить работу на валу. Однако настоящее изобретение эффективно сохраняет энтальпию в объединенных отходящих газах при впускном отверстии в турбодетандер, и объединенные потоки отходящего газа эффективно смешивают CO и VOC энергетические потенциалы перед TOD.

Предпочтительно обрабатывать отходящий газ по меньшей мере из двух отличающихся реакционных сред в стандартном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, турбодетандерном устройстве, конденсаторном устройстве, сепараторном устройстве, TOD и/или газоочистителе брома. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть указанных отличных реакционных сред отделялись горизонтально друг от друга меньше чем приблизительно на 1000, или 500, или 300, или 150 метров. Устройства "интегрирования процесса", которые подают или объединяют потоки из двух различных процессов/технических устройств, объединяют и эксплуатируют, применяя по меньшей мере одну единицу стандартного оборудования, выбранного из группы, состоящей из турбодетандерного устройства, конденсаторного устройства, сепараторного устройства, TOD и/или газоочистителя брома.

При образовании смеси отходящих газов, предпочтительно, чтобы количество всего отходящего газа в смеси, которая поставляется из реакционной среды вторичного окисления, было много меньшим чем количество всего отходящего газа в смеси, которая поставляется из реакционной среды первичного окисления. В смесях первичного и вторичного отходящего газа, предпочтительно, чтобы отходящий газ, полученный в реакционных средах вторичного окисление, содержал меньше чем приблизительно 20, или 10, или 5, или 2 процентов по весу массы объединенного отходящего газа и меньше чем приблизительно 20, или 10, или 5, или 2 процентов по весу массы молекулярного азота в объединенном отходящем газе. В смесях первичного и вторичного отходящего газа, предпочтительно, чтобы отходящий газ, полученный в реакционных средах вторичного окисление, содержал по меньшей мере приблизительно 0,1, или 0,2, или 0,4, или 0,8 процентов по весу массы объединенного отходящего газа и меньше чем приблизительно 0,1, или 0,2, или 0,4, или 0,8 процентов по весу массы молекулярного азота объединенного отходящего газа.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу отходящего газа реакции из по меньшей мере одной реакционной среды вторичного окисления объединяли по меньшей мере с приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентами по весу отходящего газа реакции из реакционной среды первичного окисления для обработки в стандартном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, турбодетандерном устройстве, конденсаторном устройстве, сепараторном устройстве, TOD, и/или газоочистителе брома. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды образовывалась при температуре по меньшей мере приблизительно 160, или 175, или 190, или 200°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды образовывалась при температуре, меньшей чем приблизительно 250, или 240, или 230, или 220°C. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды образовывалась при давлении равном по меньшей мере приблизительно 7, или 10, или 13, или 16 бар. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа из указанной вторичной среды образовывалась при давлении, меньшем чем приблизительно 40, или 34, или 28, или 24 бар.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа реакции из по меньшей мере двух различных реакционных сред вторичного окисления объединяли друг с другом и по меньшей мере с частью отходящего газа реакции из реакционной среды для первичного окисления для обработки в стандартном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, турбодетандерном устройстве, конденсаторном устройстве, сепараторном устройстве, TOD, и/или газоочистителе брома. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа по меньшей мере из одной вторичной среды образовывалась при температуре меньше чем на приблизительно 20, или 15, или 10, или 5°C большей, чем часть указанного отходящего газа из указанной реакционной среды первичного окисления. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть отходящего газа из одной вторичной среды образовывалась при температуре по меньшей мере на приблизительно 10, или 15, или 25, или 35°C большей, чем часть указанного отходящего газа из указанной реакционной среды первичного окисления и/или часть указанного отходящего газа из отличной реакционной среды вторичного окисления. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть указанного отходящего газа из одной вторичной среды образовывалась при температуре меньше чем приблизительно 20, или 15, или 10, или 5°C отличной от температуры части указанного отходящего газа из отличной реакционной среды вторичного окисления. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один поток из указанных реакционных отходящих газов образовывался в реакционной среде вторичного окисления, отделенной горизонтально от части указанной первичной реакционной среды на меньше чем приблизительно 60, или 20, или 8, или 2 метра. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один поток из указанных реакционных отходящих газов образовывался в реакционной среде вторичного окисления, отделенной горизонтально от части указанной первичной реакционной среды на 4, или 8, или 16, или 32 метра.

Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентов по весу молекулярного азота в отходящем газе реакции из по меньшей мере одной реакционной среды вторичного окисления, объединенных по меньшей мере с приблизительно 40, или 60, или 80, или 90 процентами по весу молекулярного азота в отходящем газе реакции из реакционной среды первичного окисления в стандартном турбодетандерном устройстве, конденсаторном устройстве, сепараторном устройстве, TOD, и/или газоочистителе брома.

Настоящее изобретение является предпочтительным для способа получения неочищенной TPA, в котором содержится суммарное количество примесей монокарбоновых кислот по меньшей мере приблизительно 1000, или 2000, или 4000, или 6000 весовых частей на миллион; для способа получения очищенной TPA, в котором содержится суммарное количество примесей монокарбоновых кислот меньше чем приблизительно 1000, или 500, или 300, или 200 весовых частей на миллион; и способа получения и неочищенной и очищенной TPA одновременно при любом относительном соотношении. Примеси монокарбоновых кислот в особенности включают бензойную кислоту, пара-толуиловую кислоту и 4-карбоксибензальдегид.

Настоящее изобретение является более предпочтительным для получения очищенной TPA с b* цветом, меньшим чем приблизительно 4,0, или 3,5, или 3,0, или 2,5 b* единиц. Величина b*, как применяют в настоящем изобретении, представляет собой одну цветовую характеристику, измеренную спектроскопическим устройством, таким как Hunter Ultrascan XE прибор (Hunter Associates Laboratory, Inc., 11491 Sunset Hills Road, Reston, VA 20190-5280, www.hunterlab.com), применяя режим отражения. Показания с положительным знаком показывают степень желтизны (или поглощения голубого), тогда как показания с отрицательным знаком показывают степень голубизны (или поглощения желтого).

Настоящее изобретение применяют для способа превращения м-ксилола (mX) в изофталевую кислоту (IPA) во всех аспектах описания, при замене молекулы с пара-заместителем на молекулу с мета-заместителем, например, pX на mX, TPA на IPA, пара-толуиловой кислоты на мета-толуиловую кислоту, и 4-карбоксибензальдегида на 3-карбоксибензальдегид. Данное обобщение применяют для способа получения IPA отдельно. Данное обобщение также применяют в частично и/или полностью комбинированных способах получения и TPA и IPA.

Аспекты настоящего изобретения, относящиеся к объединению реакционного отходящего газа из различных реакционных сред для обработки по меньшей мере в одном устройстве для извлечения и/или дегидрирования растворителя, турбодетандере, конденсаторе, сепараторном устройстве, TOD, и/или газоочистителе брома применяются во всех отношениях, когда преимущественно ароматическое соединение по меньшей мере в одной реакционной среде является пара-замещенным и преимущественно ароматическое соединение по меньшей мере в одной реакционной среде является мета-замещенным. Все аспекты настоящего изобретения, относящиеся к извлеченному растворителю, применяются также, когда по меньшей мере часть растворителя, извлеченного из отходящих газов реакции в результате окисления одного ксилола, впоследствии применяют в пределах 72, или 48, или 24, или 12 часов в реакционной среде для окисления другого ксилола. Все аспекты настоящего изобретения, относящиеся к отфильтрованному растворителю, применяются также, когда по меньшей мере часть отфильтрованного растворителя, полученного отделением от твердого продукта, который представляет собой преимущественно одну ароматическую дикарбоновую кислоту, впоследствии применяют в пределах 72, 48, 24, 12 часов в реакционной среде для окисления другого ксилола. (несмотря на то что возможно, и часто предпочтительно хранить Co/Mn/Br, даже ароматические примеси с большим молекулярным весом, из одного фильтрата, отделенного от другого, непредпочтительно хранить воду, уксусную кислоту и бензойную кислоту отделенными).

Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере часть отфильтрованного растворителя (пара-фильтрат) из способа, в котором преимущественно ароматическое соединение является пара-замещенным и часть отфильтрованного растворителя (мета-фильтрат) из способа, в котором преимущественно ароматическое соединение является мета-замещенным в способе очистки растворителя и/или регенерации катализатора, включающем по меньшей мере один трубопровод, реактор под давлением и/или вращающееся оборудование. Подходящие блоки для очистки фильтрата включены в описания в патентах США No. 4939297, US 7351396 и опубликованной патентной заявке США No. 2005-0038288 (полное описание которых вводится в настоящее изобретение с помощью ссылки). Более предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть пара-фильтрата и мета-фильтрата подавалась одновременно по сравнению с последовательной подачей. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть очищенного фильтрата и/или по меньшей мере часть регенерированного катализатора из указанного способа впоследствии применяли для получения по меньшей мере части реакционной среды для окисления и впоследствии для получения части пара-фильтрата или мета-фильтрата, более предпочтительно образуя часть обоих фильтратов. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно 10, или 40, или 80, или 98 процентов по весу ароматических примесей, удаленных из пара-фильтрата указанным способом очистки отфильтрованного растворителя и/или регенерации катализатора, физически смешивали по меньшей мере с приблизительно 10, или 40, или 80, или 98 процентами по весу ароматических примесей, удаленных из мета-фильтрата указанным способом.

Все аспекты настоящего изобретения, относящиеся к сжатому воздуху из подвода окислителя применяются, когда часть сжатого воздуха из устройства для сжатия разделяют для обеспечения подвода окислителя по меньшей мере в одну реакционную среду для окисления, в которой преимущественно ароматическое соединение является пара-замещенным и по меньшей мере в одну другую реакционную среду для окисления, в которой преимущественно ароматическое соединение является мета-замещенным.

Все аспекты настоящего изобретения, относящиеся к конденсату, образованному в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, применяют, когда по меньшей мере часть конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, разделяют, причем часть применяют по меньшей мере на одной стадии способа, в которой преимущественно ароматическое соединение является пара-замещенным и другую часть применяют по меньшей мере на одной другой стадии способа, в которой преимущественно ароматическое соединение является мета-замещенным.

В одном варианте осуществления, предпочтительно, чтобы меньший способ получения IPA располагали совместно вместе с большим способом получения TPA. Когда отходящий газ по меньшей мере из одной реакционной среды, содержащий преимущественно мета-замещенное соединение, объединяют с отходящим газом по меньшей мере из одной реакционной среды, содержащий преимущественно пара-замещенное соединение, предпочтительно, чтобы отходящий газ, полученный из среды, содержащей преимущественно мета-замещенное соединение, содержал меньше чем приблизительно 50, или 40, или 30, или 20 массовых процентов от массы объединенного отходящего газа и меньше чем приблизительно 50, или 40, или 30, или 20 процентов по весу от массы молекулярного азота в объединенном отходящем газе.

Когда отходящий газ по меньшей мере из одной реакционной среды, содержащей преимущественно мета-замещенное соединение, объединяют с отходящим газом по меньшей мере из одной реакционной среды, содержащей преимущественно пара-замещенное соединение, предпочтительно, чтобы отходящий газ, полученный из сред, содержащих преимущественно мета-замещенное соединение, содержал по меньшей мере приблизительно 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0 процентов по весу от массы объединенного отходящего газа и меньше чем приблизительно 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0 процентов по весу от массы молекулярного азота в объединенном отходящем газе.

Когда устройство для сжатия атмосферного воздуха подводит окислитель по меньшей мере к одной реакционной среде, содержащей преимущественно мета-замещенное соединение, и по меньшей мере к одной реакционной среде, содержащей преимущественно пара-замещенное соединение, предпочтительно, чтобы реакционная среда, содержащая преимущественно мета-замещенное соединение, получала меньше чем приблизительно 50, или 40, или 30, или 20 процентов по весу общего потока массы окислителя из указанного устройства для сжатия воздуха. Когда устройство для сжатия атмосферного воздуха подводит окислитель по меньшей мере к одной среде, содержащей преимущественно мета-замещенное соединение, и по меньшей мере к одной реакционной среде, содержащей преимущественно пара-замещенное соединение, предпочтительно, чтобы реакционная среда, содержащая преимущественно мета-замещенное соединение получали по меньшей мере приблизительно 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0 процентов по весу от общего массового потока окислителя из указанного устройства для сжатия воздуха.

Более предпочтительно, чтобы указанные способы получения IPA и TPA совместно располагали по меньшей мере с одним совместно расположенным способом получения PET. Предпочтительно, чтобы IPA, полученная в указанном совмещенном способе, содержала по меньшей мере приблизительно 0,5, или 1,0, или 1,5, или 2,0 процентов по весу от всей дикарбоновой кислоты, подводимой в совмещенный способ получения PET. Также предпочтительно, чтобы IPA, полученная в указанном совмещенном способе, содержала меньше чем приблизительно 16, или 12, или 8, или 4 процентов по весу от всей карбоновой кислоты, подводимой в совмещенный способ получения PET.

В другом варианте осуществления, с или без совмещением IPA и TPA, более предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть IPA, подводимой из первичной реакционной среды, содержащей преимущественно мета-замещенное соединение, подводили к PET реакционной среде, без очистки указанной IPA растворением, избирательным гидроочищением, и повторным осаждением для удаления 3-CBA и/или имеющих окраску молекул.

В одном варианте осуществления, предпочтительно, чтобы указанная IPA, подводимая к PET реакционной среде, представляла собой или неочищенную IPA, непосредственно из реакционной среды для первичного окисления, которая является преимущественно мета-замещенной или IPA после окисления, полученную во вторичной реакционной среде, чья средняя температура реакции является меньше чем приблизительно на 24, 16, 12, 8 градусов выше, чем температура указанной первичной реакционной среды. Предпочтительно, чтобы указанная неочищенная IPA и/или IPA после окисления содержала по меньшей мере приблизительно 20, или 80, или 160, или 320 весовых частей на миллион 3-CBA; меньше чем приблизительно 3000, или 2400, или 1800, или 1200 весовых частей на миллион 3-CBA; по меньшей мере приблизительно 2, или 4, или 8, или 16 весовых частей на миллион 2,6-DCF; и меньше чем приблизительно 160, или 120, или 80, или 60 весовых частей на миллион 2,6-DCF.

В другом варианте осуществления, предпочтительно, чтобы указанная IPA, подводимая в PET, поглощала IPA, полученную во второй реакционной среде, чья средняя температура реакции является по меньшей мере приблизительно на 16, или 24, или 30, или 36°C выше температуры указанной первичной реакционной среды и меньше чем приблизительно на 80, или 70, или 60, или 50°C выше, чем температура указанной первичной реакционной среды. Предпочтительно, чтобы указанная поглощенная IPA содержала по меньшей мере приблизительно 10, или 40, или 60, или 80 весовых частей на миллион 3-CBA; меньше чем приблизительно 1000, или 800, или 500, или 300 весовых частей на миллион 3-CBA; по меньшей мере, приблизительно 2, или 4, или 6, или 8 весовых частей на миллион 2,6-DCF; и меньше чем приблизительно 120, или 80, или 60, или 40 весовых частей на миллион 2,6-DCF.

Другой аспект настоящего изобретения относится к улучшенному удалению воды источников, конденсированной и удаленной, а не сохранению в виде пара, в процессе сжатия атмосферного воздуха для подвода окислителя. Устройство для сжатия для подвода атмосферного воздуха под давлением часто содержит многоступенчатую компрессионную систему, применяющую по меньшей мере один промежуточный холодильник для удаления теплоты сжатия для того, чтобы сделать способ более термодинамически и механически эффективным. Данные системы обычно производят конденсированную воду в межступенчатых холодильниках, и данную воду обычно отделяют от воздуха перед впускным отверстием на последующую ступень сжатия. Т.к. данный конденсат, образованный в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, может быть загрязнен смазочными веществами и/или жидкостями для герметизации, указанный конденсат обычно направляют в установку для очистки сточных вод, вероятно только в маслоотделитель, хотя иногда также включены биологические или другие технологии очистки.

Авторы обнаружили следующее улучшенное применение конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, одновременно снижающее стоимость обработки сточных вод и снижающее стоимость снабжения и/или очистки технической воды. Предпочтительно подводить по меньшей мере часть конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, в TPA способ и/или смежный PET способ, более предпочтительно по меньшей мере в одну из следующих стадий способа. TPA устройство для извлечения и/или дегидрирования растворителя, особенно в качестве флегмы, как определено в настоящем изобретении. Система очистки TPA отфильтрованного растворителя, особенно в качестве средства для азеотропного разделения для извлечения или TPA каталитических компонентов, более предпочтительно содержащая изопропилацетат согласно ссылкам, содержащимся в настоящем изобретении. Способ для очистки TPA селективным, каталитическим гидрированием неочищенной TPA. Газоочиститель с отводом в окружающую среду или из TPA или PET способа или резервуар для хранения.

Предпочтительно подавать по меньшей мере часть конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя по меньшей мере в одну систему для утилизации воды, более предпочтительно включающую следующие системы, и самое предпочтительное для применения в TPA способе и/или смежном PET способе. Система для охлаждения воды, более предпочтительно система для охлаждения воды в градирне, в которой воду охлаждают прямым контактом с воздухом. Система фильтрования воды. Система деионизации и/или деминерализации воды. Система пожарного водоснабжения.

Количество конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, варьируется в зависимости от влажности окружающей среды, температуры охлаждающей среды, скорости подачи pX, и избытка кислорода в отходящем газе реакции, и временно и в среднем. Соответственно, предпочтительно, чтобы предпочтительное, описанное применение включало по меньшей мере приблизительно 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 килограмм конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, на килограмм pX, подводимого в соответствующую реакционную среду для окисления.

Обычно, предпочтительно удалять водяной пар в приблизительно постоянном равновесии с его введением на различных стадиях способа; но тем не менее, неизбежно имеются технологические сбои и техническое обслуживание, которые приводят к временному избытку жидкой сточной воды. Например, открытию технологической камеры для осмотра или починки при остановке процесса часто предшествует тщательная промывка водой или паром для удаления практически всего растворителя, субстрата и продукта; и количество данной приводящей к нарушению баланса воды может быть увеличено для капитального ремонта. Предпочтительно обеспечивать по меньшей мере одним резервуаром для хранения жидких сточных вод и предпочтительно, чтобы данные жидкие сточные воды впоследствии возвращали по меньшей мере на одну технологическую стадию и впоследствии удалялись в виде водяного пара согласно другому описанию в настоящем изобретении. Предпочтительно, чтобы данные резервуары для хранения жидких сточных вод обеспечивали эффективную изоляцию для контроля высвобождения VOC в окружающую среду. Предпочтительно, чтобы объем данных резервуаров для хранения составлял по меньшей мере приблизительно 50, или 100, или 200, или 400 кубических метров. Предпочтительно, чтобы объем данных резервуаров для хранения составлял меньше чем приблизительно 12000, или 9000, или 6000, или 3000 кубических метров.

Объединяя различные аспекты, относящиеся к выбросу воды в паровой форме в окружающую среду, более предпочтительно после обработки в TOD, вместе с применением конденсата, образованного в промежуточном холодильнике при подводе окислителя, и/или воды газоочистителя для удаления брома в описанных заявках вместо технической и/или отработанной воды, предпочтительно получать меньше чем приблизительно 400, или 350, или 300, или 250, или 200, или 100, или 50, или 20 грамм истекающего потока жидких сточных вод на килограмм образовавшегося твердого TPA продукта. Предпочтительно, чтобы данные рабочие параметры поддерживались практически непрерывно в течение продолжительных периодов времени. Предпочтительно получать данные низкие количества истекающего потока жидких сточных в течение по меньшей мере приблизительно 60, или 80, или 90, или 95 процентов времени в непрерывном 24 часовом периоде. Предпочтительно получать данные низкие количества истекающего потока жидких сточных вод, усредненных для периодов равных по меньшей мере приблизительно 4, или 16, или 64, или 254 дням. Устройство для синтеза PET также производит воду в результате реакции превращения по меньшей мере части TPA в PET, и данная вода часто загрязняется различными VOC соединениями, например, этиленгликолем, ацетальдегидом и различными диоксоланами. Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере часть загрязненной воды PET образования в стандартном устройстве вместе с водой TPA образования из смежного TPA устройства. Предпочтительно, указанная загрязненная вода в результате PET образования остается в паровой форме, выходящей из указанной PET установки для обработки, или она превращается в пар, применяя по меньшей мере часть тепловой энергии из указанной смежной TPA установки.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, количество воды, образовавшейся в качестве побочного продукта или добавленной в реакцию окисления, которое выбрасывается из производственной установки в окружающую среду в виде пара, составляет по меньшей мере 0,3, или 0,4, или 0,49 килограмм на килограмм ароматического соединения. Как применяют в настоящем изобретении, производственное оборудование может включать обработку сточных вод.

Более предпочтительно по меньшей мере часть испаренной воды PET образования из реакций в смежной установке для получения PET обрабатывают вместе по меньшей мере с частью испаренной воды TPA образования в стандартном TOD, еще более предпочтительно RTO, согласно любому и/или всем описаниям в настоящем изобретении, относящимся к обработке отходящего газа реакции из реакционной среды для окисления.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды для окисления для получения TPA располагалась так, чтобы минимальное расстояние по горизонтали от указанной установки для получения PET составляло меньше чем приблизительно 1800, или 900, или 300, или 100 метров. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть TPA подавали в реакционную среду указанной смежной установки для получения PET в пределах меньше чем приблизительно 72, или 24, или 12, или 4 часов после ее образования из пара-ксилола. Предпочтительно обрабатывать по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу отходящего газа из указанной смежной установки для получения PET в стандартном TOD, более предпочтительно RTO по меньшей мере с приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентами по весу отходящего газа реакции по меньшей мере из одной реакционной среды первичного окисления. Предпочтительно по меньшей мере приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентов по весу воды TPA образования из установки для получения TPA обрабатывать в стандартном TOD, более предпочтительно RTO по меньшей мере с приблизительно 40, или 60, или 70, или 80 процентами по весу воды образования PET в указанной смежной установке для получения PET.

Предпочтительно, чтобы средний расход истекающего потока технологических сточных вод из указанной смежной установки для получения PET, объединенный со средним расходом истекающего потока технологических сточных вод из указанной смежной установки для получения TPA, составлял меньше чем приблизительно 400, или 200, или 100, или 50 грамм истекающего потока жидких сточных вод на килограмм образовавшегося PET. Если количество TPA, полученной в указанной установке для получения TPA, отличается от количества TPA, израсходованного в указанной смежной установке для получения PET более чем на 10 процентов по весу, затем истекающий поток жидких сточных вод из указанной TPA установки распределяется в соотношении его применения в указанной PET установке, данная величина суммируется с истекающим потоком жидких сточных вод из указанной PET установки, и делится на количество полученного PET.

Реферат

Настоящее изобретение относится к cпособу получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающему (a) окисление ароматического соединения по меньшей мере в одном окислителе, посредством чего получают окисленный отходящий газ и окисленный продукт, содержащий ароматическую дикарбоновую кислоту; (b) введение по меньшей мере части указанного окисленного отходящего газа в систему для извлечения растворителя, посредством чего получают обедненный растворителем отходящий газ и извлеченный растворитель; (c) добавление горячих продуктов сгорания в указанный обедненный растворителем отходящий газ, посредством чего получают нагретый отходящий газ, содержащий летучее органическое соединение (VOC); и (d) пропускание, по меньшей мере, части указанного нагретого отходящего газа через турбодетандер, в котором, по меньшей мере, 50 мольных процентов гидрокарбильных соединений, присутствующих в указанном обедненном растворителем отходящем газе, покидающем указанную систему для извлечения растворителя, пропускают через указанный турбодетандер. Изобретение относится также к способу получения терефталевой кислоты, включающему (a) окисление пара-ксилола по меньшей мере в одном окислителе, посредством чего получают окисленный отходящий газ и окисленный продукт, содержащий терефталевую кислоту; (b) введение по меньшей мере части указанного окисленного отходящего газа в систему для извлечения растворителя, посредством чего получают обедненный растворителем отходящий газ и извлеченный растворитель; (c) добавление горячих продуктов сгорания в указанный обедненный растворителем отходящий газ, посредством чего получают нагретый отходящий га

Формула