Producción de ácido dicarboxílico con recuperación de energía potenciada.

Un proceso para formar un ácido dicarboxílico aromático, comprendiendo dicho proceso:

(a) oxidar un compuesto aromático en al menos un oxidante, produciendo así un efluente gaseoso de oxidante y una suspensión densa de oxidante que comprende un ácido dicarboxílico aromático, en el que dicho efluente gaseoso de oxidante contiene al menos 12,4 kg de vapor por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante;

(b) recuperar los compuestos de hidrocarbilo de dicho efluente gaseoso de oxidante en un sistema de recuperación de disolvente, produciendo así un efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo que comprende al menos 3 kg de vapor de agua por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante; y

(c) pasar al menos una porción de dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo a través de al menos un turboexpansor, generando así trabajo, en el que dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo alimentado a dicho turboexpansor comprende al menos 3 kg de vapor de agua por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante.

Producción de ácido dicarboxílico con recuperación de energía potenciada

Antecedentes Es conocido recuperar la mayor parte del disolvente vaporizado de un efluente gaseoso de reacción pasándolo a través de al menos un medio de refrigeración, absorción y/o destilación, produciendo un disolvente recuperado licuado. Es generalmente deseable maximizar la recuperación del efluente gaseoso de la reacción de compuestos vaporizados que contienen al menos un enlace hidrocarbilo, denominados en la presente memoria “compuestos de hidrocarbilo”, “compuestos orgánicos volátiles” y “COV”.

Es conocido usar al menos un medio de destilación para eliminar del disolvente recuperado una cantidad de agua en exceso, que se coproduce en grandes cantidades por la oxidación parcial de pX. Son conocidos diversos diseños para usar energía derivada de la oxidación parcial de pX para al menos una parte del aporte de energía requerido para hacer funcionar un medio de destilación.

El término “agua de formación de TPA” se define en la presente memoria como 0, 340 kg de agua por kg de alimentación de pX de pureza comercial. Esta proviene de la reacción pretendida de formación de TPA a partir de pX 20 según la estequiometría: pX + 3 O2 proporciona TPA + 2 H2O. A pesar de que existen pequeñas cantidades de impurezas en el pX de pureza comercial y de que una pequeña cantidad de pX está suboxidado y/o sobreoxidado, las instalaciones de fabricación modernas producen pX de pureza comercial que comprende cantidades muy pequeñas de impurezas y que convierten dicha alimentación en TPA bruto y/o purificado con muy altos rendimientos. Preferiblemente, el rendimiento global del producto sólido de TPA, bruto y/o purificado, es de al menos 96 o 97 o 98 o 99 % en moles basado en la masa de alimentación de pX de pureza comercial dividida entre el peso molecular de 106, 16 g/mol. Preferiblemente, la alimentación de pX de pureza comercial comprende al menos una fracción de masa de pX de 0, 990 o 0, 995, 0, 997 o 0, 998.

Es también conocido recuperar energía, tanto energía térmica como trabajo de eje mecánico, de una porción del

efluente gaseoso en diversas combinaciones junto con la recuperación de disolvente vaporizado. Un procedimiento conocido de recuperación de energía es usar al menos una porción del efluente gaseoso para hervir un fluido de trabajo, por ejemplo agua o pentano, produciendo un vapor. Este vapor se usa para transferir calor a otro usuario, o se reduce la presión del vapor mediante un expansor, típicamente un turboexpansor, produciendo la provisión de trabajo de eje. La recuperación de energía de un turboexpansor puede convertirse directamente en trabajo mecánico, tal como accionando un compresor de suministro de aire u otra maquinaria móvil, o en energía eléctrica accionando un generador eléctrico giratorio conectado a una red de distribución y consumo de energía.

Otro procedimiento conocido de recuperación de energía es pasar al menos una porción del efluente gaseoso que comprende dinitrógeno a través de un turboexpansor. La recuperación de energía de un turboexpansor puede convertirse directamente en trabajo mecánico, tal como accionando un compresor de suministro de aire u otra maquinaria móvil, o en energía eléctrica accionando un generador eléctrico giratorio conectado a una red de distribución y consumo de energía.

Es también conocido enviar una porción significativa de agua en forma de vapor del efluente gaseoso a un medio de 45 descomposición térmica oxidativa (DTO) , en el que los contaminantes gaseosos y COV nocivos, por ejemplo, monóxido de carbono, ácido acético, acetato de metilo, para-xileno y bromuro de metilo, se convierten en vertidos más aceptables ambientalmente, por ejemplo vapor de agua y dióxido de carbono. Ciertos sistemas convencionales dan a conocer expulsar “el agua de reacción” en forma de vapor de un reactor de oxidación de para-xileno a un dispositivo de descomposición térmica para la eliminación de contaminantes nocivos.

Los documentos WO 99/41221, WO 97/27168 y US 5.723.656 dan a conocer un proceso para formar un ácido dicarboxílico aromático. No está presente una gran cantidad de vapor en el efluente gaseoso de oxidante.

Sumario 55 Los inventores han descubierto realizaciones preferidas no contempladas en la técnica anterior. Las realizaciones de la presente invención pueden proporcionar una mayor cantidad de recuperación de potencia de trabajo de eje del efluente gaseoso de reacción de ciertos medios de reacción de oxidación, tanto para la generación de energía eléctrica como directamente para usos mecánicos, y/o expulsar una cantidad de vapor de agua aún mayor que el agua de formación de TPA y/o una DTO automantenida (autoalimentada) . Ciertas realizaciones de la invención pueden incluso proporcionar una instalación combinada de pX a TPA a PET que efectivamente no produce agua residual líquida.

En realizaciones preferidas, la invención comprende pasar sustancialmente todo el efluente gaseoso de la reacción de oxidación, incluyendo tanto las fuentes del reactor de oxidación primarias como secundarias con las alimentaciones tanto de pX como de mX, a través de un sistema de recuperación de disolvente y destilación compartido, después a través de una etapa de sobrecalentamiento y después a través de un turboexpansor de 2 etapas, que comprende calentamiento entre etapas para producir una mayor cantidad de trabajo de eje. Esta configuración permite exportar energía eléctrica más allá del consumo de los compresores de aire del proceso y las bombas de líquido y suspensión densa del proceso. Se usa vapor reevaporado del condensado en los calentadores del turboexpansor en otra porción del proceso de TPA. Después del turboexpansor, se condensa una porción del vapor de agua del efluente gaseoso de la reacción de oxidación, proporcionando agua líquida para diversos usos del proceso; y se deja el resto del vapor de agua en el efluente gaseoso, que se envía a un medio de DTO.

Opcionalmente, se usa combustión directa para calentar el efluente gaseoso, en lugar de calentamiento con vapor, proporcionando supercalentamiento en un turboexpansor. Opcionalmente, se reduce la presión de salida de un turboexpansor recomprimiendo el efluente gaseoso después de pasar a través de un medio condensador y un medio separador de vapor-líquido.

Además, se prefieren las siguientes realizaciones para otros aspectos del proceso de la invención:

• Se prefiere dejar suficiente valor de combustible en el efluente gaseoso de tal modo que su reducción ambiental en una DTO, preferiblemente un oxidante térmico regenerativo (OTR) , sea sustancialmente, más preferiblemente completamente, autocalentable sin adición de combustibles no presentes en el efluente gaseoso de reacción. Es aún más preferido que una cantidad sustancial de este valor de combustible proceda del acetato de metilo (AcOMe) , un subproducto conocido de oxidación de pX a ácido acético. Los inventores han descubierto cómo mantener la formación de acetato de metilo suficientemente baja de tal modo que el considerable coste de capital y operativo de aislar el acetato de metilo y recuperar por hidrólisis el contenido de ácido acético no esté justificado cuando se considera frente a añadir combustible adquirido a un OTR.

• Se forma a menudo agua condensada del vapor de agua ambiental en sistemas de compresión que proporcionan aire ambiental a reactores de oxidación de TPA, y esta agua está potencialmente contaminada con lubricantes y fluidos de sellado. Se prefiere que esta agua ambiental condensada se reciba en los líquidos de proceso de TPA, por ejemplo, como agua de lavado, agua de inactivación, agua de reflujo, o se use como agua de uso general, por

ejemplo como agua de relleno de torre de refrigeración, en lugar de enviarse directamente a una instalación de tratamiento de agua residual líquida.

• Después de la eliminación y/o descomposición térmica de los COV del efluente gaseoso, muchos escenarios requieren la eliminación del bromuro de hidrógeno de dicho efluente gaseoso tratado antes de liberar al medio ambiente. Este lavado se realiza a menudo mediante lavado acuoso produciendo una sal de bromo, por ejemplo, usando una disolución acuosa de hidróxido de sodio y bisulfito de sodio para lavar y producir bromuro de sodio. Los inventores han descubierto que el agua de purgado usada para controlar el contenido de sólidos disueltos en dicha agua de lavado se usa ventajosamente como agua de uso general, por ejemplo, agua de relleno de torre de refrigeración, en lugar de formar agua residual líquida.

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1. Un proceso para formar un ácido dicarboxílico aromático, comprendiendo dicho proceso:

(a) oxidar un compuesto aromático en al menos un oxidante, produciendo así un efluente gaseoso de oxidante y una suspensión densa de oxidante que comprende un ácido dicarboxílico aromático, en el que dicho efluente gaseoso de oxidante contiene al menos 12, 4 kg de vapor por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante;

(b) recuperar los compuestos de hidrocarbilo de dicho efluente gaseoso de oxidante en un sistema de recuperación de disolvente, produciendo así un efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo que comprende al menos 3 kg de vapor de agua por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante; y

(c) pasar al menos una porción de dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo a través de al menos un turboexpansor, generando así trabajo, en el que dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo alimentado a dicho turboexpansor comprende al menos 3 kg de vapor de agua por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante.

2. El proceso según la reivindicación 1, en el que dicho efluente gaseoso de oxidante comprende al

menos 13, 2 kg de vapor por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante. 20

3. El proceso según la reivindicación 1, en el que dicho efluente gaseoso de oxidante comprende compuestos en vapor que incluyen agua vaporizada y compuestos de hidrocarbilo vaporizados.

4. El proceso según la reivindicación 3, en el que dicho efluente gaseoso de oxidante comprende dichos 25 compuestos en vapor en una cantidad de al menos 50 % en peso.

5. El proceso según la reivindicación 1, en el que la masa de vapor de agua pasada a través de dicho turboexpansor es al menos un 50 % de la cantidad de masa de agua que sale de dicho sistema de recuperación de disolvente en dicha corriente de efluente gaseoso desprovista de hidrocarbilo.

6. El proceso según la reivindicación 5, en el que dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo no se somete a descomposición térmica oxidativa (DTO) antes de entrar a dicho turboexpansor.

7. El proceso según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente devolver al menos una porción 35 de los compuestos de hidrocarbilo a dicho oxidante como disolvente recuperado.

8. El proceso según la reivindicación 7, en el que al menos un 40 % en peso de dicho disolvente recuperado se suministra a dicho oxidante a una temperatura en el intervalo de 80 ºC de la temperatura de dicho efluente gaseoso de oxidante.

9. El proceso según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente someter una suspensión densa que comprende partículas sólidas de dicho ácido dicarboxílico aromático y disolvente líquido a una separación sólido/líquido y/o lavado, que comprende adicionalmente recuperar un disolvente filtrado de dicha etapa de separación sólido/líquido y/o lavado y devolver al menos una porción de dicho disolvente filtrado a dicho oxidante.

10. El proceso según la reivindicación 9, en el que al menos un 40 % en peso de dicho disolvente filtrado suministrado a dicho oxidante entra en dicho oxidante a una temperatura de al menos 60 ºC.

11. El proceso según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente comprimir aire en un compresor 50 de aire y alimentar el aire comprimido resultante a dicho oxidante.

12. El proceso según la reivindicación 11, en el que dicho compresor de aire está al menos parcialmente accionado por dicho turboexpansor.

13. El proceso según la reivindicación 12, en el que se descarga el efluente gaseoso de turboexpansor de dicho turboexpansor, en el que la presión de descarga de dicho efluente gaseoso de turboexpansor es de al menos 5 kPa relativos y menor de 90 kPa relativos.

14. El proceso según la reivindicación 1, en el que dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo alimentado a dicho al menos un turboexpansor comprende al menos 3, 3 kg de vapor de agua por kg de dicho compuesto aromático alimentado a dicho oxidante.

15. El proceso según la reivindicación 1, en el que dicho efluente gaseoso desprovisto de hidrocarbilo 5 alimentado a dicho al menos un turboexpansor comprende al menos un 40 % en moles de agua.

16. El proceso según la reivindicación 15, que comprende adicionalmente eliminar al menos un 10 % del vapor de agua presente en dicho efluente gaseoso de turboexpansor como agua líquida, proporcionando así un efluente gaseoso de condensador.

17. El proceso según la reivindicación 16, en el que la presión de descarga de dicho efluente gaseoso de turboexpansor es de al menos -90 kPa relativos y de menos de 30 kPa relativos.

18. El proceso según la reivindicación 16, en el que dicho sistema de recuperación de disolvente no 15 emplea un compuesto de destilación azeotrópica.

19. El proceso según la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo a una temperatura de al menos 120 ºC y de menos de 200 ºC.

20. El proceso según la reivindicación 1, en el que dicho compuesto aromático es para-xileno.