Производство дикарбоновой кислоты с минимальным образованием сточных вод

Производство дикарбоновой кислоты с минимальным образованием сточных вод

Реферат

Данная заявка устанавливает приоритет предварительной заявки США 61/110245, поданной 31 октября 2008 г., содержание включено в настоящее описание полностью в качестве ссылки.

Уровень техники

Известно, как извлечь выгоду из испаренного растворителя из реакционного отходящего газа пропусканием его по меньшей мере через одну установку охлаждения, абсорбции и/или перегонки, чтобы получить жидкий регенерированный растворитель. Как правило, необходимо довести до максимума извлечение из реакционного отходящего газа испаренных соединений, содержащих по меньшей мере одну гидрокарбильную связь, называемых здесь как "гидрокарбильные соединения", "летучие органические соединения" и "VOC".

Известно применение по меньшей мере одной установки перегонки для удаления из регенерированного растворителя количества избыточной воды, которая одновременно образуется в больших количествах в качестве побочного продукта при частичном окислении рХ. Известны различные схемы утилизации энергии, выделяющейся при частичном окислении рХ, по меньшей мере как части подводимой энергии, необходимой для работы установки перегонки.

Термин "вода, образуемая при получении терефталевой кислоты (TPA)" определен здесь как 0,340 кг воды/кг подачи коммерчески чистого рХ. Это следует из предполагаемой реакции образования ТРА из рХ согласно стехиометрии: рХ + 3 О₂ дает ТРА + 2 Н₂О. Несмотря на то, что небольшие количества примесей присутствуют в рХ коммерческой чистоты и что небольшое количество рХ является недоокисленным или сверхокисленным, современное производственное оборудование позволяет получать рХ коммерческой чистоты, содержащий очень низкие количества примесей, и превращать такой материал в сырую и/или очищенную ТРА с очень высокими выходами. Предпочтительно, общий выход твердого продукта ТРА, сырого и/или очищенного, составляет по меньшей мере около 96, или 97, или 98, или 99% мол. на основе массы подаваемого материала рХ коммерческой чистоты, деленной на молекулярную массу 106,16 грамм на моль. Предпочтительно, подаваемый материал рХ коммерческой чистоты содержит по меньшей мере около 0,990, или 0,995, 0,997, или 0,998 массовой фракции рХ.

Известна также рекуперация энергии, как тепловой энергии, так и механической работы на муфте турбины, из части отходящего газа в различных сочетаниях наряду с извлечением испаренного растворителя. Одним известным способом рекуперации энергии является применение по меньшей мере части отходящего газа для кипячения рабочей жидкости, например, воды или пентана, чтобы получать пар. Этот пар используют для переноса тепла к другому пользователю или давление пара понижают в экспандере, обычно в турбоэкспандере, чтобы получить отдачу работы на муфте турбины. Энергия, извлеченная из турбоэкспандера, может быть превращена непосредственно в механическую работу, такую как приведение в действие подающего воздух компрессора или другого движущегося оборудования, или в электрическую энергию путем приведения в движение вращающегося электрического генератора, присоединенного к сети распределения и потребления энергии.

Другим известным способом рекуперации энергии является пропускание по меньшей мере части отходящего газа, содержащего динитроген, через турбоэкспандер. Энергия, извлеченная из турбоэкспандера, может быть превращена непосредственно в механическую работу, такую как приведение в действие подающего воздух компрессора или другого движущегося оборудования, или в электрическую энергию путем приведения в движение вращающегося электрического генератора, присоединенного к сети распределения и потребления энергии.

Известно также направление значительной части воды в виде пара в отходящем газе в установке термической окислительной деструкции (TOD), где вредные газообразные и VOC загрязняющие агенты, например, моноксид углерода, уксусная кислота, метилацетат, п-ксилол и метилбромид, превращают в более приемлемые для окружающей среды промышленные отходы, например, водяной пар и диоксид углерода. Некоторые традиционные системы предусматривают вытеснение "воды реакции" в виде пара из реактора окисления п-ксилола в установку термической деструкции для удаления вредных загрязняющих агентов.

Сущность изобретения

Раскрыты предпочтительные варианты осуществления, не рассматривавшиеся ранее. Варианты осуществления данного изобретения обеспечивают более значительное извлечение энергии работы на муфте турбины из реакционного отходящего газа конкретной окислительной реакционной среды либо для генерирования электрической энергии, либо непосредственно для механических применений, и/или вытеснение даже большего количества водяного пара, чем вода образования ТРА, и/или самоподдерживания (самообеспечения топливом) TOD. Конкретные варианты осуществления изобретения могут даже обеспечить комбинированное оборудование для рХ-TPA-PET, которое эффективно не образует никаких жидких отходов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретение включает пропускание по существу всего отходящего газа окислительной реакции, включающего источники реакторов как первичного, так и вторичного окисления, с подаваемыми материалами и рХ, и mX, через общую перегонную систему извлечения растворителя, затем через стадию перегрева и затем через 2-ступенчатый турбоэкспандер, содержащий межкаскадное нагревание, чтобы получить большее количество работы на муфте турбины. Эта конфигурация дает возможность экспорта электрической энергии сверх потребления воздушными компрессорами способа и жидкостными и шламонасосами способа. Пар мгновенного испарения из конденсата в турбоэкспандерных нагревателях используют в другой части способа ТРА. После турбоэкспандера часть водяного пара конденсируют из отходящего газа окислительной реакции, чтобы обеспечить жидкую воду для различных технологических применений, и остальной водяной пар оставляют в отходящем газе, который направляют в установки TOD. Необязательно, непосредственное сжигание топлива используют для нагревания отходящего газа, а не для нагревания пара, чтобы обеспечить перегрев в турбоэкспандере. Необязательно, давление на выходе турбоэкспандера понижают путем рекомпрессии отходящего газа после того, как его пропускают через конденсаторные устройства и установки отделения жидкости (отбойные установки).

В более предпочтительном варианте осуществления изобретение включает

(а) окисление п-ксилола по меньшей мере в одном окислительном аппарате в указанном оборудовании производства, где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА п-ксилол подают в указанное оборудование производства ТРА со скоростью по меньшей мере 500 килограмм в час для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего терефталевую кислоту; и

(b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг пара-ксилола, подаваемого в указанный окислительный аппарат, и где во время работы в устойчивом режиме указанного оборудования производства ТРА жидкие отходы выходят из указанного оборудования ТРА в оборудование для обработки жидкой сточной воды при соотношении менее чем 0,4 кг/кг п-ксилола, подаваемого в указанное оборудование производства ТРА.

Кроме того, следующие варианты осуществления предпочтительны для других аспектов способа по изобретению.

Предпочтительно, что достаточная величина горючего топлива остается в отходящем газе, так что его устранение для борьбы с загрязнением окружающей среды в TOD, предпочтительно в установке регенеративного термического окисления (RTO), является по существу, более предпочтительно, полностью, самонагреванием без добавления топлив, не присутствующих в реакционном отходящем газе. Еще более предпочтительно, что существенное количество этой величины горючего топлива поступает из метилацетата (МеОАс), известного побочного продукта окисления рХ в уксусной кислоте. Раскрыто, как поддерживать образование метилацетата на достаточно низком уровне, чтобы значительные капитальные и эксплуатационные затраты на изолирование метилацетата и извлечение путем гидролиза уксуснокислого содержимого были бы неоправданными при сопоставлении с добавлением в RTO закупаемого топлива.

Конденсированная вода часто образуется из водяного пара окружающей среды в компрессионных системах, доставляющих воздух окружающей среды в окислительные реакторы ТРА, и эта вода потенциально загрязнена смазками и жидкостями для гидравлического затвора. Предпочтительно, что эту конденсированную воду окружающей среды впускают в жидкости способа ТРА, например, в скрубберную воду, воду охлаждения, воду орошения, или ее используют как вспомогательную воду, например, как подпиточную воду для охлаждающей башни, а не отправляют непосредственно в оборудование для обработки жидких стоков.

После удаления и/или термической деструкции VOC в отходящем газе многие места действия требуют удаления бромида водорода из такого обработанного отходящего газа перед сбросом в окружающую среду. Эту промывку газа часто производят путем водной газопромывки с получением соли брома, например, используя водный раствор гидроксида натрия и бисульфита натрия для газопромывки и получения бромида натрия. Раскрыто, что выпускную воду, использованную для ограничения содержания растворенных твердых веществ в такой скрубберной воде, используют преимущественно в качестве вспомогательной воды, например, подпиточной воды охлаждающей башни, а не для образования сточных вод.

Способ РЕТ также производит воду из реакций образования РЕТ, и эта вода часто загрязнена различными VOC соединениями, например, этиленгликолем, ацетальдегидом и различными диоксоланами. Предпочтительно, что по меньшей мере часть загрязненной воды из способа РЕТ обрабатывают в совместном общем оборудовании наряду с водой образования ТРА из соседнего оборудования ТРА. Предпочтительно, указанную загрязненную воду от образования РЕТ или оставляют в виде пара, выходящего из указанного оборудования РЕТ, для обработки или ее превращают в пар, используя по меньшей мере часть тепловой энергии из указанного соседнего оборудования ТРА. Более предпочтительно, воду из реакций образования РЕТ обрабатывают в совместном общем TOD наряду с водой образования ТРА.

Отдельно или в различных сочетаниях раскрытые здесь изобретения могут обеспечить оборудование pX-TPA, производящее очень мало, даже ноль, жидких отходов, требующих обработки для защиты окружающей среды, на единицу продукции ТРА. Далее, изобретения могут обеспечить оборудование pX-TPA-PET, производящее очень мало, даже ноль, жидких отходов, требующих обработки для защиты окружающей среды, на единицу продукции РЕТ.

Краткое описание рисунков

Фигура 1 иллюстрирует типичные варианты осуществления данного изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Данные изобретения могут быть объединены с раскрытиями US 20070293699 и US 20060047158 (полное содержание которых приобщены ссылкой) в отношении предпочтительной первичной окислительной реакционной среды, способа и устройств для превращения рХ в ТРА. Эти приводимые в качестве ссылок раскрытия содержат многочисленные предпочтительные механические характерные особенности и условия способа первичного окисления, особенно с условиями способа, включающими температуры и градиенты, давления и градиенты, расходы, композиции и градиенты, перемешивание и периоды времени пребывания и распределения. Применение здесь терминов "окисляемое соединение", "растворитель", "окислитель", "реакционная среда" и "гидрокарбил" соответствуют указанным ссылкам.

Данные изобретения более предпочтительны, когда по меньшей мере часть отходящего газа из вторичной окислительной реакционной среды объединяют по меньшей мере с частью отходящего газа из первичной окислительной реакционной среды до обработки в установках извлечения растворителя и/или дегидратации. Вторичная реакционная среда является средой, получающей большую часть своего исходного ароматического субстрата из расположенного выше по потоку окислительного реактора, который может быть первичной окислительной реакционной средой и/или другой вторичной реакционной средой. См. в US 20070155985 и US 20070208191 описания вторичного окислительного реактора, оптимизированного в отношении дополнительной реакции поступающего жидкофазного ароматического субстрата, включая полезные эффекты эксплуатации в выбранных технологических диапазонах, содержащих температуры, давления, расходы, композиции, перемешивание и периоды времени пребывания и распределения, сбалансированные с различными затратами, особенно включая сверх-окисление субстрата, продукта и растворителя. Этот тип вторичного окислительного реактора упоминается здесь как "реактор пост-окисления". Также см. в US 20070208190 и US 20070219393 описания вторичного окислительного реактора, оптимизированного в отношении дополнительной реакции поступающего твердофазного ароматического субстрата, включая полезные эффекты эксплуатации в выбранных технологических диапазонах, содержащих температуры, давления, расходы, композиции, перемешивание и периоды времени пребывания и распределения, сбалансированные с различными затратами, особенно включая сверх-окисление субстрата, продукта и растворителя. Этот тип вторичного окислительного реактора упоминается здесь как "варочный реактор".

С целью получения мощности, особенно мощности на валу, путем сжигания (окислительного горения) соединений, в высокой степени содержащих гидрокарбильные связи, (топлив) температуру указанного сжигания часто поддерживают настолько высокой, как только это механически осуществимо на практике, чтобы довести до максимума рекуперацию энергии согласно известным принципам термодинамики. С другой стороны, когда проводят каталитическое частичное окисление для получения химического продукта, температуру и давление реакционной среды обычно устанавливают, чтобы регулировать получаемые выходы, превращения и степени чистоты продукта. Каталитические окисления по данному изобретению являются чрезвычайно быстрыми, поэтому необходимы особые меры, чтобы поддерживать соответствующие жидкофазные концентрации растворенного диоксигена, и по этой причине предпочтение отдают более высоким давлениям в системе, чтобы обеспечить более высокие парциальные давления газофазного диоксигена.

Несмотря на указанные общие преимущества более высокой температуры для рекуперации энергии и более высокого давления для чистоты продукта ТРА, раскрыто, что предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с последующими умеренными давлениями и температурами, даже извлекая в то же время усовершенствованное количество мощности на валу и даже вытесняя более значительные количества сточной воды в виде пара. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с давлением менее чем около 12, 10, 8, 7 бар абсолютного давления. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с давлением по меньшей мере около 2, или 3, или 4, или 5 бар абсолютного давления. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с температурой менее чем около 200, или 190, или 180, или 170°С. Предпочтительно эксплуатировать по меньшей мере часть первичной окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около 120, или 130, или 140, или 150°С, или 155°С, или 160°С.

Обнаружено, что предпочтительно генерировать наибольшие объемы и массы пара, возможные на выходе отходящего газа из реакционной среды, в то же время сохраняя энергетический баланс, который требуется для достижения предпочтительных реакционных температур и давлений. Нежелательно, что генерирование более значительных количеств пара затрудняет отделение жидкостей и твердых веществ от отходящего газа, покидающего реакционную среду. Нежелательно, что такое увеличение отходящего газа увеличивает диаметры и объемы трубопроводов и оборудования, обрабатывающего реакционный отходящий газ; особенно это касается установок извлечения растворителя и/или дегидратации. Нежелательно, окислительная реакционная среда по данному изобретению производит отходящий газ, который является достаточно коррозионным, чтобы требовать необычно дорогостоящие материалы конструкции, часто содержащие титан. Нежелательно, усиленный поток пара, покидающего реакционную среду, является сильно истощенным как по массе, так и по объему во время обработки в установках извлечения растворителя и/или дегидратации, где извлекают преобладающую часть гидрокарбильной части растворителя. Однако раскрыто, что увеличенное количество образующегося пара растворителя в реакционном отходящем газе может быть поддержано частично как увеличенное количество пара, в значительной степени содержащего воду, покидающего установки извлечения растворителя и/или дегидратации и поступающего в турбоэкспандер отходящего газа, часто обеспечивая общий экономический положительный эффект в рекуперации энергии на валу, что неожиданно перевешивает увеличения других эксплуатационных затрат и прирост капитальных затрат. В варианте осуществления данного изобретения гидрокарбил-обедненный отходящий газ, полученный из колонны извлечения растворителя, содержит по меньшей мере 10, или 15, или 20, или 30, или 35, или 40, или 45, или 50 мас.% водяного пара на основе потока гидрокарбил-обедненного отходящего газа. В другом варианте осуществления изобретения гидрокарбил-обедненный отходящий газ, полученный из колонны извлечения растворителя, содержит менее чем 4, или 3, или 2, или 1 мас.% уксусной кислоты на основе потока гидрокарбил-обедненного отходящего газа.

Парообразные соединения в реакционном отходящем газе содержат водяной пар плюс VOC. Неконденсируемые газообразные соединения в реакционном отходящем газе содержат динитроген, диоксиген, моноксид углерода, диоксид углерода и дигидроген. При применении различных аспектов данного изобретения раскрыто, что возможно и предпочтительно эксплуатировать способ частичного окисления рХ увеличенными количествами парообразных соединений в реакционном отходящем газе следующим образом. Предпочтительно, что парообразные соединения в реакционном отходящем газе присутствуют в количестве по меньшей мере около 0,67, или 0,72, или 0,75 или 0,77 кг/кг реакционного отходящего газа. Предпочтительно, что парообразные соединения в реакционном отходящем газе присутствуют в количестве по меньшей мере около 12,4, или 13,2, или 13,8, или 14,2 кг/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.

Для достижения таких больших количеств пара в реакционном отходящем газе, как было обнаружено, предпочтительно сильно сокращать потери в окружающую среду и преднамеренное удаление тепла из окислительной реакционной среды по данному изобретению через проводящие, изолирующие, пограничные поверхности, несмотря на то, что такая окислительная реакция является высоко экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно изолировать так, чтобы по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности сосудов и/или трубопроводов, содержащих по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, было покрыто изоляционным материалом толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 м. Предпочтительно, чтобы потери тепловой энергии через открытую для доступа окружающей среды площадь поверхности трубопроводов и/или сосудов, содержащих по меньшей мере часть окислительной реакционной среды, была бы менее чем 40, или 20, или 10, или 5 Ватт/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду. Предпочтительно ограничить охлаждение по меньшей мере части окислительной реакционной среды вспомогательными охлаждающими жидкостями, например, водой и воздухом, через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности так, чтобы удаляемая тепловая энергия была бы менее чем около 100, или 10, или 0,1, или 0,01 Ватт/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.

Для достижения таких больших количеств пара в реакционном отходящем газе, как было дополнительно обнаружено, предпочтительно чтобы материалы, подаваемые в окислительную реакционную среду, были бы такими горячими, как это достижимо на практике, несмотря на то, что такая окислительная реакция является высоко экзотермической и требует сильного охлаждения. Предпочтительно, что окислителем, подаваемым по меньшей мере в одну окислительную реакционную среду, является сжатый воздух, где охлаждение сводят к минимуму после выхода с конечной ступени компрессии. Предпочтительно, что по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 99% массы указанного сжатого воздуха достигает окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около 60, 70, 80, 90°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 99% массы указанного сжатого воздуха достигает окислительной реакционной среды с температурой по меньшей мере около температуры разгрузки соответствующего воздушного компрессора минус 40, или 20, или 10, или 5°С. Предпочтительно изолировать так, что по меньшей мере около 50, или 70, или 90, или 95% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности трубопроводов, сосудов и контрольного оборудования для доставки указанного сжатого воздуха покрыто изоляцией толщиной по меньшей мере около 0,005, или 0,01, или 0,02, или 0,04 м.

Предпочтительно, что растворитель извлекают из реакционного отходящего газа по меньшей мере в одной установке извлечения растворителя и/или дегидратации и затем возвращают в окислительную реакционную среду с температурой, которая выше температуры окружающей среды или близка к температуре соответствующей реакционной среды. То есть, предпочтительно, что гидрокарбильные соединения конденсируют из реакционного отходящего газа, соответствующим образом дегидратируют и возвращают в реакционную среду, пока они не намного холоднее, чем реакционный отходящий газ. Более предпочтительно, этот горячий регенерированный растворитель снабжают ограниченными количествами тепловой энергии, вводимой через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности. Как раскрыто где-либо еще здесь, этого результата достигают соответствующим ограничением количества тепловой энергии, удаляемой в указанных установках извлечения растворителя и/или дегидратации. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80, или 90% указанного регенерированного растворителя подают в окислительную реакционную среду с температурой менее чем около 200, или 190, или 180, или 170°С, так как предпочтительно не переносить тепловую энергию в регенерированный растворитель при температуре выше чем температура первичной окислительной реакционной среды. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80 или 90% указанного регенерированного растворителя подают в окислительную реакционную среду с температурой по меньшей мере около температуры реакционного отходящего газа минус менее чем около 80, или 40, или 20, или 10°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80 или 90% указанного регенерированного растворителя подают в окислительную реакционную среду с температурой по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 80, или 90 или 98% суммарной тепловой энергии, подаваемой в установки извлечения растворителя и/или дегидратации, приходит непосредственно от поступающего потока реакционного отходящего газа без переноса тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 80 или 90% масс. указанного регенерированного растворителя покидает установки извлечения растворителя и/или дегидратации с температурой по меньшей мере около температуры соответствующего реакционного отходящего газа минус менее чем около 80, или 40, или 20, или 10°С, тогда как при обработке там с применением тепловой энергии, подаваемой через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, менее чем около 100, или 30, или 10, или 3 ккал/кг регенерированного растворителя поступает в соответствующую реакционную среду с тепловой энергией, подаваемой через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности, менее чем около 100, или 30, или 10, или 3 ккал/кг регенерированного растворителя. Предпочтительно изолировать так, что по меньшей мере около 70, или 90, или 95, или 99% площади открытой для доступа окружающей среды поверхности сосудов и/или трубопроводов, содержащих по меньшей мере часть регенерированного растворителя, покрывают изоляционным материалом толщиной по меньшей мере около 0,01, или 0,02, или 0,04, или 0,08 м.

Предпочтительно, что фильтратный растворитель, извлеченный при фильтровании и промывке твердой ТРА, возвращают в окислительную реакционную среду с повышенной температурой, обеспечиваемой переносом тепловой энергии через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности. Фильтратный растворитель является растворителем из механической сепарации и/или промывки твердого ТРА из суспензии. Одним средством получения фильтратного растворителя является фильтрование и промывка суспензии ТРА любыми способами, известными в технике фильтрования, но все другие механические сепарации, известные в технике, также рассматриваются для получения фильтратного растворителя, например, гравитационное осаждение, центрифуги, гидроциклоны и тому подобное.

Перед возвращением в окислительную реакционную среду предпочтительно охлаждать по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного фильтратного растворителя до температуры менее чем около 100, или 80, или 70, или 60°С. Это полезно уменьшает растворимость ТРА в суспензии и это полезно уменьшает коррозионное действие фильтратного растворителя настолько, что менее дорогостоящие материалы конструкции могут быть использованы для трубопроводов, сосудов, насосов и другого оборудования и регулирующих устройств, в которых хранят или обрабатывают фильтратный растворитель. Подходящие материалы конструкции для указанного охлажденного фильтратного растворителя содержат различные металлы и сплавы с умеренной коррозионной стойкостью, такие как нержавеющие стали или дуплексные стали, в качестве альтернатив титану и другим, более дорогостоящим металлам и сплавам с высокой коррозионной стойкостью.

Однако более предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного фильтратного растворителя доставляют в окислительную реакционную среду с температурой на входе по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно использовать солнечную энергию, тепловую энергию из отходящего газа и/или тепловую энергию из пара, конденсирующегося при давлении менее чем около 60, или 20, или 8, или 4 бар абсолютного давления, чтобы нагреть около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного фильтратного растворителя по меньшей мере на около 10, или 20, или 40, или 60°С перед подачей в окислительную реакционную среду. Предпочтительно переносить эту тепловую энергию в фильтратный растворитель через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности.

Предпочтительно, что рХ подают в окислительную реакционную среду с повышенной температурой. Предпочтительно, что по меньшей мере около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного исходного материала рХ подают в реакционную среду с температурой на входе по меньшей мере около 60, или 90, или 120, или 140°С. Предпочтительно использовать солнечную энергию, тепловую энергию из отходящего газа и/или тепловую энергию из пара, конденсирующегося при давлении менее чем около 60, или 20, или 8, или 4 бар абсолютного давления, чтобы нагреть около 40, или 60, или 70, или 80% масс. указанного рХ по меньшей мере на около 10, или 20, или 40, или 60°С выше температуры хранения в массе и/или температуры окружающей среды перед подачей в окислительную реакционную среду. Предпочтительно переносить эту тепловую энергию в рХ через проводящие, изолирующие, теплообменные пограничные поверхности.

Отдельно или в сочетании, более высокие температуры подачи сжатого воздуха, регенерированного растворителя, фильтратного растворителя и/или рХ требуют подачи увеличенного жидкого потока в окислительный реактор, чтобы поддерживать его энергетический баланс для достижения предпочтительных рабочих температур и давлений. С более горячими подаваемыми материалами больше тепла реакции удаляют как латентное тепло испарения растворителя, а не как ощутимое нагревание подаваемых материалов, и увеличенное количество подаваемого жидкого растворителя покидает окислительный реактор в виде пара растворителя в реакционном отходящем газе. Нежелательно, введение увеличенных количеств подаваемого жидкого растворителя требует больше затрат на насосы, трубопроводы и регулирующие устройства наряду с увеличенными количествами энергии на перекачивание.

Что касается компрессии воздуха окружающей среды, повышение температур за счет подачи, минуя доохладитель, часто увеличивает количество водяного пара, поступающего на окислительный способ, если не предусмотрены осушающие средства, отличные от охлаждения. Такая дополнительная вода со временем должна быть отделена и выведена из окислительного способа наряду с водой образования ТРА, чтобы поддерживать желательный состав растворителя. Более того, когда такую дополнительную воду в конце концов удаляют, будь то в виде пара, жидкости или в твердом состоянии, часто происходят некоторые случайные потери приобретаемой углеродсодержащей массы, и в итоге появляются дополнительные проблемы со сточными водами, согласно предшествующему уровню техники. Таким образом, дополнительное поступление водяного пара в сжатом воздухе окружающей среды может рассматриваться как вдвойне нежелательное, создающее потенциальную потерю углерода и увеличение сточных вод.

Однако при применении раскрытых в данном описании изобретений для устранения увеличенных количеств воды в виде пара и использования ограниченных сопутствующих количеств VOC в качестве сжигаемого топлива в TOD был выявлен общий положительный полезный эффект оставления выбранных количеств водяного пара в сжатом воздухе окружающей среды, используемом для подачи окислителя. Соответственно, предпочтительно, что по меньшей мере около 70, или 80, или 90, или 95% масс. подачи окислителя в по меньшей мере одну окислительную реакционную среду по данному изобретению содержат по меньшей мере около 0,01, или 0,03, или 0,04, или 0,05 кг воды/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду, и менее чем около 0,12, или 0,10, или 0,08, или 0,07 кг воды/кг рХ, подаваемого в соответствующую окислительную реакционную среду.

После выхода из окислительной реакционной среды, более предпочтительно, из первичной окислительной реакционной среды, предпочтительно использовать по меньшей мере часть отходящего газа для генерирования некоторого количества работы на валу, используя одну или несколько турбоэкспандерных установок. Турбоэкспандерные установки или просто турбоэкспандер - это одна или несколько турбоэкспандерных ступеней, составленных последовательно, возможно с одним или несколькими межкаскадными нагревательными установками. Отходящий газ, покидающий ступень наименьшего давления турбоэкспандера перед дополнительными стадиями способа, упоминается здесь как турбоэкспандерный отходящий газ. Предпочтительно размещать по меньшей мере одну турбоэкспандерную ступень так, чтобы она была механически связана по меньшей мере с одной компрессионной ступенью для подачи окислителя из окружающего воздуха. Такую связь легко обеспечивают вращающимся механическим валом и/или трансмиссией.

Чтобы довести до максимума мощность на валу, необходимо свести к минимуму потерю давления и тепловой энергии из отходящего газа перед поступлением в турбоэкспандер. Однако существуют параллельные потребности в энергии давления и температуры, чтобы извлекать растворитель и удалять соответствующие количества воды в установках извлечения растворителя и/или дегидратации. К тому же, требования капитальных затрат для установок извлечения растворителя и/или дегидратации сильно увеличиваются при пониженных давлениях, предпочтительных для выпускного отверстия турбоэкспандерных установок, ввиду того, что объемы отходящего газа становятся слишком большими.

Как раскрыто здесь, найдены сочетания характерных особенностей, которые дают возможность и уравновешивают потребление энергии давления и температуры из реакционного отходящего газа в установках извлечения растворителя и/или дегидратации против извлечения энергии на валу из отходящего газа в турбоэкспандерных установках. В данном описании раскрыты возможности предпочтительных установок извлечения растворителя и/или дегидратации. Прежде чем перейти к ним, рассматриваются предпочтительные аспекты, относящиеся к турбоэкспандерным установкам.

Внимание направлено на предпочтительные диапазоны давления, имеющие отношение к потокам на впусках в турбоэкспандерные ступени. Предпочтительно, что давление на выпуске отходящего газа из установок извлечения растворителя и/или дегидратации снижают менее чем на около 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар статического давления, определяемого там, где реакционный отходящий газ образуется вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, что фрикционная динамическая потеря давления через необязательные нагревательные устройства, предоставляющие тепловую энергию отходящему газу между выпуском из установки извлечения растворителя и/или дегидратации и впуском турбоэкспандера, менее чем около 32000, или 16000, или 8000, или 4000 Па. Предпочтительно, что давление отходящего газа на впуске на первую турбоэкспандерную ступень уменьшают на менее чем около 2, или 1, или 0,5, или 0,2 бар статического давления, определяемого там, где реакционный отходящий газ образуется вблизи верхней поверхности реакционной среды. Предпочтительно, что давление на впуске на по меньшей мере одну турбоэкспандерную ступень по меньшей мере около 2, или 3, или 4, или 5 бар абсолютного давления. Предпочтительно, что давление на впуске на первую турбоэкспандерную ступень менее чем около 12, или 10, или 8, или 7 бар абсолютного давления. Предпочтительно, что динамическая фрикционная потеря давления в каком-либо из межкаскадных трубопроводов и на ступенях способа, таких как теплообменные устройства, суммированная между впуском на первую ступень турбоэкспандера и выпуском с последней ступени, менее чем около 64000, или 32000, или 16000, или 8000 Па.

Хотя необходимо довести до минимума расстояние между выходом отходящего газа из установки извлечения растворителя и/или дегидратации до впускного отверстия турбоэкспандера, чтобы свести к минимуму потерю тепловой энергии через изоляцию и потерю энергии давления за счет динамической фрикционной потери, обнаружено, что предпочтительно располагать впуск отходящего газа в турбоэкспандер в менее чем около 40, или 30, или 20, или 10 м выше по потоку от окружающей отметки. Это доводит до максимума реконверсию повышенного напора отходящего газа в статическое давление на впуске в турбоэкспандер, так как повышение отходящего газа, покидающего установку извлечения растворителя и/или дегидратации, может быть более чем 50 м выше отметки.

Для увеличенной рекуперации энергии на валу предпочтительно свести к минимуму противодавление на турбоэкспандере. Пониженное противодавление помогает довести до максимума рекуперацию энергии на валу с турбоэкспандером путем доведения до максимума декомпрессионного отношения и объема выходящего газа. Однако турбоэкспандерный отходящий га