Получение дикарбоновых кислот с повышенной регенерацией энергии

Получение дикарбоновых кислот с повышенной регенерацией энергии

Реферат

Уровень техники

Известно извлечение большей части испаренного растворителя из реакционных отходящих газов пропусканием их по меньшей мере через одно охлаждающее, поглотительное и/или дистилляционное устройство для получения сжиженного регенерированного растворителя. В основном является желательной максимальная степень извлечения из реакционных отходящих газов испаренных соединений, содержащих по меньшей мере одну углерод-водородную связь, называемых здесь «углеводородные соединения», «летучие органические соединения» и “VOC”.

Известно применение по меньшей мере одного дистилляционного устройства для удаления из регенерированного растворителя содержащейся избыточной воды, которая в больших количествах образуется в качестве побочного продукта при частичном окислении рХ (пара-ксилола). Известны разнообразные конструкции для использования энергии, выделяющейся при частичном окислении пара-ксилола (рХ), в качестве по меньшей мере части подводимой энергии, необходимой для работы дистилляционного устройства.

Термин «вода от образования ТРА (терефталевой кислоты)» определяется здесь как 0,340 килограмма воды на килограмм пара-ксилола (рХ) в качестве сырьевого материала категории «технически чистый». Это следует из предполагаемого уравнения реакции образования ТРА из рХ согласно стехиометрическим параметрам: рХ + 3 О₂ дают ТРА + 2 Н₂О. Несмотря на то, что в пара-ксилоле (рХ) технической чистоты присутствуют небольшие количества загрязняющих примесей и что небольшое количество рХ оказывается недоокисленным и/или переокисленным, современные производственные установки производят технически чистый рХ, включающий очень малые количества загрязняющих примесей, и преобразование такого сырьевого материала в сырую и/или очищенную ТРА происходит с очень высокими выходами. Общий выход ТРА в виде твердого продукта, сырого и/или очищенного, предпочтительно составляет по меньшей мере около 96, или 97, или 98, или 99 мольных процентов, в расчете на массу технически чистого сырьевого пара-ксилола (рХ), деленную на молекулярную массу 106,16 граммов на моль. Сырьевой рХ технической чистоты предпочтительно составляет по меньшей мере около 0,990, или 0,995, 0,997, или 0,998 массовой доли пара-ксилола (рХ).

Также известна регенерация энергии - как тепловой энергии, так и механической работы на валу - из части отходящих газов в различных комбинациях, наряду с регенерацией испаренного растворителя. Один известный способ регенерации энергии состоит в применении по меньшей мере части отходящих газов для кипячения технологической текучей среды, например воды или пентана, с образованием пара. Этот пар используют для теплопередачи еще одному пользователю или же давление пара снижают с помощью расширителя в типичном случае турбодетандера для получения выходной мощности на валу. Энергия, регенерированная из турбодетандера, может быть непосредственно преобразована в механическую работу, чтобы приводить в движение компрессор для подачи воздуха или другое движущееся оборудование или направлена на электростанцию для вращения электрогенератора, подключенного к сети для распределения и потребления электроэнергии.

Еще один известный способ регенерации энергии заключается в пропускании через турбодетандер по меньшей мере части отходящих газов, включающих молекулярный азот. Энергия, извлеченная из турбодетандера, может быть непосредственно преобразована в механическую работу для привода компрессора для подачи воздуха или другого движущегося оборудования или направлена на электростанцию для вращения электрогенератора, подключенного к сети для распределения и потребления электроэнергии.

Известно также направление значительной части воды, находящейся в отходящих газах в паровой форме, в устройство для термоокислительного разложения (TOD), в котором ядовитые газообразные загрязнители и летучие органические соединения (VOC), например монооксид углерода, уксусная кислота, метилацетат, пара-ксилол и метилбромид, преобразуются в более экологически приемлемые производственные отходы, например водяные пары и диоксид углерода. Определенные традиционные системы представляют выпуск «реакционной воды» в паровой форме из реактора для окисления пара-ксилола в устройство для термического разложения, чтобы удалять вредные загрязнители окружающей среды.

Сущность изобретения

Авторы настоящего изобретения исследовали предпочтительные варианты исполнения, которые не рассматривались в прототипе. Варианты осуществления настоящего изобретения могут обеспечивать более высокую степень регенерации энергии в виде мощности на выходном валу из реакционных отходящих газов определенной окислительной реакционной среды, будь то для производства электрической энергии или же непосредственно для применения в механических установках, и/или выпуска водяных паров в количестве, даже превосходящем количество воды, образующейся при формировании ТРА, и/или для самоподдерживающего (самопитающегося) термоокислительного разложения (TOD). Определенные варианты осуществления изобретения даже могут представлять объединенную установку для цикла переработки «пара-ксилол (рХ) в терефталевую кислоту (ТРА) и в полиэтилентерефталат (РЕТ)», которая практически не создает жидких водных стоков.

В предпочтительном варианте осуществления изобретение включает пропускание по существу всего количества отходящих из реакции окисления газов, включающих в качестве источников реакторы как первичного, так и вторичного окисления таких сырьевых материалов, как пара-ксилол (рХ) и мета-ксилол (mX), через совместную дистилляционную систему для регенерации растворителя, затем через стадию перегрева и затем через двухступенчатый турбодетандер, включающий промежуточную стадию нагревания, чтобы получить большее количество мощности на валу. Эта компоновка позволяет выдавать электрическую энергию сверх потребляемой для работы воздушных компрессоров и насосов для перекачки технологических жидкостей и суспензий. Флэш-пар (пар повторного парообразования) из конденсата в нагревателях турбодетандера используют в еще одной части процесса получения ТРА. После турбодетандера часть водяного пара конденсируют из отходящих из реакции окисления газов, чтобы получить жидкую воду для различных производственных нужд; а остальной водяной пар оставляют в отходящих газах, которые направляют в TOD-установку. Необязательно, для нагревания отходящих газов используют прямое сжигание топлива, а не нагревание водяным паром, чтобы обеспечить перегрев внутри турбодетандера. Необязательно, давление на выходе из турбодетандера снижают повторным сжатием отходящих газов после того, как они были пропущены через конденсационное устройство и газожидкостный сепаратор.

Кроме того, для других аспектов соответствующего изобретению способа являются предпочтительными следующие варианты исполнения:

• предпочтительно, чтобы в отходящих газах оставалось топливо, теплотворная способность которого достаточна, чтобы его экологически приемлемое устранение в TOD, предпочтительно в регенеративном термическом окислителе (RTO), было значительным, а лучше полным, в условиях саморазогревания без добавления топлив, не присутствующих в реакционных отходящих газах. Еще более предпочтительно, чтобы в значительной степени калорийность этого топлива обеспечивалась метилацетатом (МеОАс), известным побочным продуктом окисления рХ в уксусную кислоту. Авторы настоящего изобретения выяснили, как поддерживать образование метилацетата на достаточно низком уровне, чтобы значительные капиталовложения и эксплуатационные расходы на выделение метилацетата и его утилизацию гидролизом до уксусной кислоты не оправдывали бы введение закупаемого топлива в процесс RTO.

• Водный конденсат часто образуется из водяных паров окружающей среды в компрессорных системах, подающих окружающий воздух в окислительные реакторы для получения ТРА, и эта вода потенциально загрязнена смазочными средствами и материалами гидравлических затворов. Предпочтительно, чтобы этот водный конденсат из окружающей среды подавали в технологические жидкости для ТРА, например, в качестве промывочной воды, охлаждающей воды, водной флегмы или использовали скорее как хозяйственную воду, например, для пополнения системы водяной градирни, нежели для направления непосредственно в установку для обработки жидких сточных вод.

• После удаления и/или термического разложения VOC в отходящих газах во многих случаях требуется удаление бромоводорода из таких обработанных отходящих газов перед выпуском их в окружающую среду. Эту очистку часто выполняют путем водной промывки для получения соли брома, например, с использованием водного раствора гидроксида натрия и бисульфита натрия для промывания и образования бромида натрия. Авторы настоящего изобретения выяснили, что оборотную воду, использованную для регулирования содержания растворенных твердых веществ в такой промывочной воде, преимущественно применять скорее в качестве хозяйственной воды, например, для пополнения системы водяной градирни, нежели создавать жидкие сточные воды.

• В процессе получения полиэтилентерефталата (РЕТ) также образуется вода в результате реакций образования РЕТ, и эта вода часто загрязнена разнообразными VOC-соединениями, например этиленгликолем, ацетальдегидом и различными диоксоланами. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть загрязненной воды из процесса получения РЕТ обрабатывали в совместной, общей установке вместе с водой, образовавшейся при получении ТРА, из смежной ТРА-установки. Предпочтительно указанную загрязненную воду из процесса получения РЕТ либо оставляют для обработки в паровой форме, выходящей из указанной РЕТ-установки, либо переводят ее в паровую форму с использованием по меньшей мере части тепловой энергии из указанной смежной ТРА-установки. Более предпочтительно воду из реакций образования РЕТ обрабатывают в совместном, общем TOD-процессе вместе с водой от образования ТРА.

По отдельности или в любых сочетаниях раскрытые здесь изобретения могут представлять установку для преобразования рХ в ТРА, создающую очень мало или даже вообще не создающую жидких сточных вод, требующих обработки до экологически приемлемого состояния, в расчете на единицу производства ТРА. Кроме того, изобретения могут представлять установку для преобразования рХ в ТРА и в РЕТ, создающую очень мало или же вообще не создающую жидких сточных вод, требующих обработки до экологически приемлемого состояния, в расчете на единицу производства РЕТ.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 иллюстрирует примерные варианты осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов исполнения

Приведенные здесь изобретения могут быть скомбинированы с описаниями изобретений патентных документов US 20070293699 и US 20060047158 (полное содержание которых включено сюда ссылкой) в части предпочтительной реакционной среды в процессе первичного окисления, способа и средств для преобразования пара-ксилола (рХ) в терефталевую кислоту (ТРА). Эти цитированные изобретения включают многочисленные предпочтительные механические признаки и технологические условия для первичного окисления с технологическими условиями, в особенности включающими температуры и градиенты, давления и градиенты, величины расхода потоков, составы и градиенты, условия перемешивания и времена пребывания и их распределения. Применение здесь терминов «окисляемое соединение», «растворитель», «окислитель», «реакционная среда» и «углеводородный остаток» согласуется с вышеуказанными ссылками.

Приведенные здесь изобретения являются более предпочтительными, когда по меньшей мере часть отходящих газов из реакционной среды вторичного окисления комбинируют по меньшей мере с частью отходящих газов из реакционной среды первичного окисления перед обработкой в устройстве для регенерации растворителя и/или дегидратации. Вторичная реакционная среда представляет собой среду, получающую в качестве большей части своего сырьевого материала ароматическое вещество из находящегося выше по потоку окислительного реактора, который может представлять собой реакционную среду первичного окисления и/или еще одну вторичную реакционную среду. См. патентные документы US 20070155985 и US 20070208191 для описаний реактора вторичного окисления, оптимизированного в отношении дополнительной реакции поступающего жидкофазного ароматического материала, включая преимущественное проведение процесса в выбранных технологических пределах, включающих температуры, давления, величины расхода потоков, составы, условия перемешивания и времена пребывания и их распределения, сбалансированные в плане различных расходов, в особенности включающих переокисление материала, продукта и растворителя. Здесь этот тип реактора для вторичного окисления называется «реактор дополнительного окисления». Также см. патентные документы US 20070208190 и US 20070219393 для описаний реактора для вторичного окисления, оптимизированного в отношении дополнительного реагирования поступающего твердофазного ароматического материала, включая преимущественное проведение процесса в выбранных технологических пределах, включающих температуры, давления, величины расхода потоков, составы, условия перемешивания и времена пребывания и их распределения, сбалансированные в плане различных расходов, в особенности включающих переокисление материала, продукта и растворителя. Здесь этот тип реактора вторичного окисления называется «выпарной реактор».

Когда предполагается генерирование энергии, в частности мощности на валу, сжиганием (оксидативным сожжением) соединений, главным образом включающих углерод-водородные связи (топлив), температуру указанного сжигания часто повышают настолько высоко, насколько это механически осуществимо, чтобы максимизировать извлечение энергии согласно известным термодинамическим принципам. С другой стороны, когда проводят каталитическое частичное окисление с образованием химического продукта, температуру и давление реакционной среды обычно настраивают на регулирование получаемых выходов, степеней конверсии и уровней чистоты продуктов. Процессы каталитического окисления согласно настоящему изобретению являются достаточно быстрыми, так что требуется особое внимание для поддержания надлежащих концентраций растворенного в жидкостной фазе молекулярного кислорода, и этим обусловливается преимущество более высоких давлений в системе для создания более высоких парциальных давлений газофазного молекулярного кислорода.

Несмотря на эти общие предпочтения в отношении более высоких температур для получения энергии и более высоких давлений для чистоты ТРА как продукта, авторы настоящего изобретения обнаружили, что предпочтительно работать по меньшей мере с частью реакционной среды первичного окисления при следующих умеренных давлениях и температурах, даже при извлечении повышенного количества мощности на валу и даже при выделении повышенных количеств водных отходов в паровой форме. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления работала при давлении менее чем около 12, 10, 8, 7 бар (абсолютных) (1,2, 1,0, 0,8, 0,7 МПа, абсолютных). Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления работала при давлении по меньшей мере около 2, или 3, или 4, или 5 бар (абсолютных) (0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5 МПа, абсолютных). Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления работала при температуре менее чем около 200, или 190, или 180, или 170°С. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть реакционной среды первичного окисления работала при температуре по меньшей мере около 120, или 130, или 140, или 150°С, или 155°С, или 160°С. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что предпочтительно генерировать наибольшие объемы и массы пара, возможные на выходе отходящих газов из реакционной среды, в то же время при удовлетворительном энергетическом балансе, как требуется для получения предпочтительных реакционных температур и давлений. Нежелательным является то, что генерирование увеличенных количеств пара значительно усложняет отделение жидкостей и твердых веществ из отходящих газов, покидающих реакционную среду. Нежелательным является то, что такое возрастание количества отходящих газов увеличивает диаметры и объемы трубопроводов и оборудования для обработки реакционных отходящих газов; это в особенности включает устройство для регенерации растворителя и/или дегидратации. Нежелательным является то, что окислительная реакционная среда согласно настоящему изобретению создает отходящие газы, которые являются коррозионно-агрессивными в достаточной мере, чтобы потребовались особо дорогостоящие конструкционные материалы, часто включающие титан. Нежелательным является то, что повышенный расход потока пара, выходящего из реакционной среды, является в значительной степени разбавленным как по массе, так и по объему, во время обработки в устройстве для регенерации растворителя и/или дегидратации, в котором извлекают большую часть углеводородной части растворителя. Однако авторы настоящего изобретения нашли, что увеличенное количество паров растворителя, образующихся в реакционных отходящих газах, может отчасти поддерживаться как повышенное количество паров, главным образом включающих воду, выходящих из устройства для регенерации растворителя и/или дегидратации и поступающих в турбодетандер для отходящих газов, часто обеспечивая общее экономическое преимущество в виде извлечения мощности на валу, что неожиданно перевешивает возрастание других эксплуатационных расходов и увеличение капиталовложений. В одном варианте осуществления настоящего изобретения обедненные углеводородами отходящие газы, полученные из колонны для регенерации растворителя, включают по меньшей мере 10, или 15, или 20, или 30, или 35, или 40, или 45, или 50% по весу водяных паров, в расчете на поток обедненных углеводородами отходящих газов. В еще одном варианте осуществления изобретения обедненные углеводородами отходящие газы, полученные из колонны для регенерации растворителя, включают менее 4, или 3, или 2, или 1% по весу уксусной кислоты, в расчете на поток обедненных углеводородами отходящих газов.

Парообразные соединения в реакционных отходящих газах включают водяной пар плюс летучие органические соединения (VOC). Неконденсируемые газообразные соединения в реакционных отходящих газах включают молекулярный азот, молекулярный кислород, монооксид углерода, диоксид углерода и молекулярный водород. С применением различных аспектов настоящего изобретения авторы настоящего изобретения нашли, что возможно и предпочтительно проводить процесс частичного окисления пара-ксилола (рХ) с повышенными количествами парообразных соединений в реакционных отходящих газах следующим образом. Предпочтительно, чтобы парообразные соединения в реакционных отходящих газах составляли по меньшей мере около 0,67, или 0,72, или 0,75, или 0,77 килограмма на килограмм реакционных отходящих газов. Предпочтительно, чтобы парообразные соединения в реакционных отходящих газах составляли по меньшей мере около 12,4, или 13,2, или 13,8, или 14,2 килограмма на килограмм рХ, подводимого в соответствующую окислительную реакционную среду.

Для достижения таких больших количеств паров в реакционных отходящих газах авторы настоящего изобретения обнаружили, что предпочтительно в значительной мере подавлять потери в окружающую среду и предполагаемое отведение тепла от окислительной реакционной среды согласно настоящему изобретению через проводящие, разделительные поверхности раздела, несмотря на то, что такая окислительная реакция является в высокой степени экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно изолировать ее так, чтобы по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99 процентов открытой в окружающую среду площади поверхности резервуаров и/или трубопроводов, содержащих по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, были покрыты изоляционным материалом с толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 метра. Предпочтительно, чтобы потери тепловой энергии через открытые в окружающую среду площади поверхности трубопроводов и/или резервуаров, содержащих по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, составляли менее чем около 40, или 20, или 10, или 5 Ватт на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно ограничивать охлаждение по меньшей мере части окислительной реакционной среды с применением технологических охлаждающих текучих сред, например воды и воздуха, через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела таким образом, чтобы отведение тепловой энергии составляло менее чем около 100, или 10, или 0,1, или 0,01 Ватта на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.

Для достижения таких больших количеств паров в реакционных отходящих газах авторы настоящего изобретения дополнительно обнаружили, что предпочтительно, чтобы сырьевые материалы, подаваемые в такую окислительную реакционную среду, были настолько горячими, насколько это возможно, опять же несмотря на то, что такая окислительная реакция является высокоэкзотермической и требует интенсивного охлаждения. Предпочтительно, чтобы окислитель, подаваемый по меньшей мере в одну окислительную реакционную среду, представлял собой сжатый воздух, в котором охлаждение сведено к минимуму после выхода из конечной стадии сжатия. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 99 процентов массы указанного сжатого воздуха достигали окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около 60, 70, 80, 90°С. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 99 процентов от массы указанного сжатого воздуха достигали окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около температуры на выходе соответствующего воздушного компрессора за вычетом 40, или 20, или 10, или 5°С. Предпочтительно проводить изоляцию так, чтобы по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 95 процентов открытой в окружающую среду площади поверхности трубопроводов, резервуаров и регуляторов для подачи указанного сжатого воздуха были покрыты изоляцией с толщиной по меньшей мере около 0,005, или 0,01, или 0,02, или 0,04 метра.

Предпочтительно, чтобы растворитель извлекали из реакционных отходящих газов по меньшей мере в одном устройстве для регенерации растворителя и/или дегидратации и затем возвращали в окислительную реакционную среду с температурой, которая превышает температуру окружающей среды и близка к температуре соответствующей реакционной среды. То есть предпочтительно, чтобы углеводородные соединения были сконденсированы из реакционных отходящих газов, надлежащим образом дегидратированы и возвращены в реакционную среду, не будучи охлажденными сильнее, чем реакционные отходящие газы. Более предпочтительно, чтобы этот горячий регенерированный растворитель получал ограниченные количества тепловой энергии, поступающей через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела. Как раскрыто здесь в других местах, этого результата достигают надлежащим ограничением количества тепловой энергии, отводимой в указанном устройстве для регенерации растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90 весовых процентов указанного регенерированного растворителя подводили в окислительную реакционную среду с температурой менее чем около 200, или 190, или 180, или 170°С, поскольку является предпочтительным не передавать тепловую энергию в регенерированный растворитель до температуры, которая превышает температуру первичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90 весовых процентов указанного регенерированного растворителя подавали в окислительную реакционную среду с температурой по меньшей мере около температуры реакционных отходящих газов за вычетом менее чем примерно 80, или 40, или 20, или 10°С. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90 весовых процентов указанного регенерированного растворителя подавали в окислительную реакционную среду с температурой по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 80, или 90, или 98 процентов результирующей тепловой энергии, поступающей в устройство для регенерации растворителя и/или дегидратации, имели происхождение непосредственно от входящего потока реакционных отходящих газов, без теплопереноса через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90 весовых процентов указанного регенерированного растворителя выходили из устройства для регенерации растворителя и/или дегидратации с температурой, по меньшей мере близкой к температуре соответствующих реакционных отходящих газов за вычетом менее чем примерно 80, или 40, или 20, или 10°С, в то же время, будучи обработанными в ней с использованием тепловой энергии, поступающей через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела на уровне менее чем около 100, или 30, или 10, или 3 килокалорий (419, 125,7, 41,9, 12,6 кДж) на килограмм регенерированного растворителя, поступали в соответствующую реакционную среду с подведением тепловой энергии через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела на уровне менее чем около 100, или 30, или 10, или 3 килокалорий (419, 125,7, 41,9, 12,6 кДж) на килограмм регенерированного растворителя. Предпочтительно так выполнять изоляцию, чтобы по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99 процентов открытой в окружающую среду площади поверхности резервуаров и/или трубопроводов, содержащих по меньшей мере часть регенерированного растворителя, были покрыты изоляционным материалом с толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 метра.

Предпочтительно, чтобы отфильтрованный растворитель, извлеченный при фильтровании и промывке твердой терефталевой кислоты (ТРА), возвращали в окислительную реакционную среду с повышенной температурой, обеспеченной переносом тепловой энергии через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела. Отфильтрованный растворитель представляет собой растворитель, полученный механическим отделением и/или вымыванием твердой ТРА из суспензии. Один путь получения отфильтрованного растворителя представляет собой фильтрование и промывание суспензии ТРА с использованием любого устройства, известного в технологии фильтрования, но авторами настоящего изобретения рассматриваются и все прочие варианты механического отделения, известные в технологии, для получения отфильтрованного растворителя; например, установки для гравитационного осаждения, центрифуги, гидроциклоны и тому подобные.

Перед возвращением в окислительную реакционную среду предпочтительно охлаждать по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80 весовых процентов указанного отфильтрованного растворителя до температуры менее чем около 100, или 80, или 70, или 60°С. Это надлежащим образом снижает растворимость ТРА в суспензии, и должным образом уменьшает коррозионную активность отфильтрованного растворителя, так что для трубопроводов, резервуаров, насосов и другого оборудования и регуляторов, включающих хранение и обработку отфильтрованного растворителя, могут быть использованы менее дорогостоящие конструкционные материалы. Пригодные конструкционные материалы для указанного охлажденного отфильтрованного растворителя включают разнообразные металлы и сплавы с умеренной устойчивостью к коррозии, такие как нержавеющие стали или дуплексные стали, в качестве альтернативы титану и другим более дорогостоящим металлам и сплавам с высокой коррозионной устойчивостью.

Однако более предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80 весовых процентов указанного отфильтрованного растворителя подавали в окислительную реакционную среду с входной температурой по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно использовать солнечную энергию, тепловую энергию отходящих газов и/или тепловую энергию пара, сконденсированного при давлении менее чем около 60, или 20, или 8, или 4 бар (абсолютных) (6,0, 2,0, 0,8, 0,4 МПа, абсолютных), для нагревания около 40, или 60, или 70, или 80 весовых процентов указанного отфильтрованного растворителя по меньшей мере на величину около 10, или 20, или 40, или 60°С, перед подачей в окислительную реакционную среду. Предпочтительно передавать эту тепловую энергию в отфильтрованный растворитель через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела.

Предпочтительно, чтобы пара-ксилол (рХ) подавали в окислительную реакционную среду с повышенной температурой. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80 весовых процентов указанного рХ подавали в реакционную среду с входной температурой по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно использовать солнечную энергию, тепловую энергию отходящих газов и/или тепловую энергию пара, сконденсированного при давлении менее чем около 60, или 20, или 8, или 4 бар (абсолютных) (6,0, 2,0, 0,8, 0,4 МПа, абсолютных), для нагревания около 40, или 60, или 70, или 80 весовых процентов указанного рХ на величину по меньшей мере около 10, или 20, или 40, или 60°С сверх температуры хранения в резервуаре и/или температуры окружающей среды, перед подачей в окислительную реакционную среду. Предпочтительно передавать эту тепловую энергию в рХ через проводящие, разделительные, теплообменные поверхности раздела.

По отдельности или в комбинации, более горячие температуры подводимых сжатого воздуха, регенерированного растворителя, отфильтрованного растворителя и/или рХ требуют подачи с повышенным значением расхода потока в окислительный реактор, чтобы поддерживать его энергетический баланс для достижения предпочтительных рабочих температур и давлений. При более горячих подводимых сырьевых материалах большая часть теплоты реакции отводится в виде скрытой теплоты испарения растворителя, а не теплосодержания сырьевых материалов и увеличенное количество жидкого сырьевого растворителя выходит из окислительного реактора в виде паров растворителя в реакционных отходящих газах. Нежелательно, чтобы подведение увеличенных количеств жидкого сырьевого растворителя требовало большего числа дорогостоящих насосов, трубопроводов и регуляторов, наряду с повышенными количествами мощности, затрачиваемой на перекачивание.

Что касается сжатия воздуха из окружающей среды, повышение температур подводимых материалов за счет исключения последующего охлаждения часто увеличивает количество водяного пара, поступающего в окислительный процесс, если только не предусматривается осушающее средство, отличное от охлаждения. Такая дополнительная вода должна быть в конечном итоге отделена и выведена из окислительного процесса вместе с водой от образования ТРА, чтобы поддерживать желательный состав растворителя. Кроме того, когда такую дополнительную воду в конце концов выводят, будь то в виде пара, или жидкости, или твердого вещества, то одновременно часто теряется некоторая приобретенная на рынке масса, содержащая углерод, и согласно прототипу в конечном итоге создаются дополнительные сточные воды. Таким образом, такую дополнительную воду, поступающую в сжатом окружающем воздухе, можно рассматривать как вдвойне нежелательную, создающую потенциальные потери углерода и увеличивающие количество сточных вод.

Однако при использовании изобретений, раскрытых в данном описании, для исключения повышенных количеств воды в виде паров и для применения ограниченных, сопутствующих количеств VOC в качестве сжигаемого топлива в TOD, авторы настоящего изобретения обнаружили результирующее позитивное преимущество от оставления избранных количеств водяного пара в сжатом окружающем воздухе, используемом для подачи окислителя. Соответственно этому предпочтительно, чтобы по меньшей мере около 70, или 80, или 90, или 95 весовых процентов окислителя, подводимого по меньшей мере в одну окислительную реакционную среду согласно настоящему изобретению, включали по меньшей мере около 0,01, или 0,03, или 0,04, или 0,05 килограмма воды на килограмм рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду, и менее чем около 0,12, или 0,10, или 0,08, или 0,07 килограмма воды на килограмм рХ, подводимого в соответствующую окислительную реакционную среду.

После выхода из окислительной реакционной среды более предпочтительно реакционной среды первичного окисления, является предпочтительным использование по меньшей мере части отходящих газов для генерирования некоторого количества мощности на валу с использованием одного или нескольких турбодетандерных устройств. Турбодетандерное устройство, или просто турбодетандер, представляет собой одну или несколько турбодетандерных ступеней, размещенных последовательно, необязательно с одним или несколькими межстадийными нагревательными устройствами. Отходящие газы, выходящие из ступени турбодетандера с наименьшим давлением, перед дополнительными стадиями обработки, называются здесь «турбодетандерные отходящие газы». Предпочтительно размещать по меньшей мере одну турбодетандерную ступень таким образом, чтобы она была механически соединена по меньшей мере с одной компрессорной ступенью для подачи окислителя из окружающего воздуха. Такое соединение без труда создают с помощью вращающегося механического вала и/или шестеренчатой коробки передач.

Чтобы максимизировать мощность на валу, желательно сводить к минимуму падение давления и потери тепловой энергии из отходящих газов до их поступления в турбодетандер. Однако существуют конкурирующие требования в отношении потребления энергии давления и температуры для извлечения растворителя и удаления надлежащих количеств воды в устройстве для регенерации растворителя и/или дегидратации. Кроме того, капиталовложения, необходимые для сооружения устройства для регенерации растворителя и/или дегидратации, значительно возрастают при пониженных давлениях, предпочтительных на выходе из турбодетандерного устройства, так как объемы отходящих газов становятся чрезмерно большими.

Как здесь раскрыто, авторы настоящего изобретения нашли комбинации признаков, которые позволяют сбалансировать потребление энергии давления и температуры из реакционных отходящих газов в устройстве для регенерации растворителя и/или дегидратации с получением мощности на валу из отходящих газов в турбодетандерном устройстве. Обнаруженные факты и описания возможностей создания предпочтительного устройства для регенерации растворителя и/или дегидратации приведены здесь в другом месте. Перед их рассмотрением будут представлены предпочтительные аспекты относительно турбодетандерного устройства.

Обсуждение сосредоточено на предпочтительных диапазонах давления, касающихся поступающих в турбодетандерные ступени потоков. Предпочтительно, чтобы давление отходящих газов на выходе из устройства для регенерации растворителя и/или дегидратации снижалось на величину менее чем около 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар (0,2, 0,1, 0,05, 0,02 МПа) статического давления, оцениваемого там, где реакционные отходящие газы образуются вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, чтобы падение давления, обусловленное вязким течением через необязательные нагревательные устройства, сообщающие тепловую энергию отходящих газов между выходом из устройства для регенерации растворителя и/или дегидратации и входом в турбодетандер, составляло менее чем около 32000, или 16000, или 8000, или 4000 Па. Предпочтительно, чтобы давление отходящих газов на входе в первую турбодетандерную ступень снижалось на величину менее чем около 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар (0,2, 0,1, 0,05, 0,02 МПа) статического давления, оцениваемого там, где реакционные отходящие газы