Получение дикарбоновой кислоты с непосредственным нагревом пламенем отходящего газа

Получение дикарбоновой кислоты с непосредственным нагревом пламенем отходящего газа

Реферат

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,