聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统

摘要

本发明涉及一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯（PTT）连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统，包括精制塔及与所述精制塔连接的精制PDO冷却器、塔顶蒸汽冷凝器、塔釜循环泵和真空泵，所述精制塔可为板式或板式/填料塔，所述精制塔的混合物料入口和精制PDO出口分别连接PTT连续生产系统的PDO混合物输出口和用于储存或应用精制后PDO的设备的输入口，所述塔釜循环泵设于所述精制塔的塔釜液出口和所述精制塔的再沸器的物料入口之间。本发明的精制系统精制后的PDO纯度高、含水量低，达到了PTT生产用PDO原料的质量要求，可在PTT连续生产中循环使用，并且，本发明可以实现精制的连续进行，适用于PTT连续生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种1,3-丙二醇精制系统，特别是聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中对1,3-丙二醇进行精制提纯以便将其循环利用的精制系统。

背景技术

在聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯（简称PTT）的连续生产工艺中，1,3-丙二醇（简称PDO）与对苯二甲酸经过酯化、缩聚反应制得对苯二甲酸1,3-丙二醇酯。通常反应中的1,3-丙二醇为过量的，而为了提高PTT最终产物的聚合度，过量的1,3-丙二醇通常于酯化后在真空状态下汽化除去。在除去过量的1,3-丙二醇的同时，反应体系中的水以及副反应产生的烯丙醇和丙烯醛等轻组份也被汽化，且一部分低聚物也被混合蒸汽带出反应器，形成了主要成分为1,3-丙二醇，同时含不超过5wt%的水、微量烯丙醇和丙烯醛以及少量低聚物的1,3-丙二醇混合物。

为了降低生产成本，通常期望能够在PTT连续生产中循环使用汽化了的PDO，而其中的杂质通常会带来种种不利影响，如，其中的轻组份会导致反应体系中副产物的积累，低聚物则影响PTT产品的质量，并且，其中的低聚物还可能造成管道或设备的堵塞，进而影响生产的安全和正常运行。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统（简称为PTT连续生产工艺中循环PDO的精制系统或精制系统），该精制系统能够有效去除1,3-丙二醇混合物中的杂质，且精制可以连续进行，使得精制后的1,3-丙二醇可以再次在PTT生产中使用，能够减少PTT连续生产工艺中PDO的消耗，能够在保证PTT连续生产顺利进行的同时降低生产成本。

本发明采用的技术方案是：

一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统，包括精制塔、塔顶蒸汽冷凝器和真空泵，所述精制塔包括塔釜、塔体和再沸器，所述再沸器的物料出口与所述塔釜的一个顶部开口直接连接或通过管路连接，所述塔釜的底部设有塔釜液采出口，所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口相连，所述塔釜的另一个顶部开口与所述塔体的底部开口连接，所述塔体上还设有塔顶蒸汽出口、冷凝液入口、待精制物料入口和精制后物料出口，所述塔顶蒸汽出口与所述塔顶蒸汽冷凝器的蒸汽入口相连，所述真空泵的抽真空口连接所述塔顶蒸汽冷凝器的不凝气体出口使所述塔体的内部空间处于负压状态，所述待精制物料入口可以直接或间接连接PTT连续生产系统中的PDO混合物输出口，以接收PTT连续生产中输出的待精制的PDO混合物，所述精制后物料出口则连接储存或利用已精制PDO的相关设备的输入口，相当于将精制后的PDO回送至PTT连续生产系统中实现了循环使用。

所述再沸器和塔体均可以设于所述塔釜上方，所述塔顶蒸汽出口设于所述塔体的顶部，所述冷凝液入口、待精制物料入口和精制后物料出口自上而下依次设置于所述塔体的侧壁上。

所述再沸器可以为立式再沸器，所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口之间可以设有塔釜液循环泵，所述塔釜液循环泵的入口和出口可以分别与所述塔釜液采出口和管程进液口相连，所述塔釜液循环泵的出口还连接或不连接排废槽的入口。

所述塔釜液采出口至所述管程进液口之间的塔釜液输送管道优选采用夹套管，所述夹套管由用于输送经所述塔釜液采出口流出的塔釜液的内管和用于通入其温度高于内管中的塔釜液温度并对内管中的塔釜液进行加热的热媒的外管构成。

所述再沸器优选为降膜式再沸器，所述再沸器内优选设有分布器和换热器成膜装置，所述分布器位于所述再沸器的管程进液口处，所述换热器成膜装置位于所述分布器的下方，所述分布器可以为包括锯齿形结构的锯齿形溢流分布器，所述换热器成膜装置可以为锯齿形结构的换热器成膜装置。

上述任一一种所述精制系统，优选地，所述塔顶蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述冷凝液入口相连。所述塔顶蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述冷凝液入口之间还可以设置或不设置塔顶回流罐，当设置有所述塔顶回流罐时，所述塔顶蒸汽冷凝器的凝结水出口可以与所述塔顶回流罐的入口相连，所述塔顶回流罐的液体出口可以与所述冷凝液入口相连，所述塔顶回流罐的排气口连接或不连接所述真空泵的抽真空口。

优选地，还可以包括一个或顺序串联的若干个精制PDO冷却器，所述精制PDO冷却器的高温PDO入口可以连接所述精制后物料出口。

所述精制PDO冷却器和塔顶蒸汽冷凝器的换热器的类型可以相同也可以不同，所述换热器可以为列管式换热器、板式换热器和空冷器中的一种或几种。

优选为，所述精制塔内的蒸馏压力为10KPa(A)～100KPa(A)，蒸馏温度为100℃～200℃。

所述塔体可以为板式或板式/填料复合塔的塔体，所述真空泵的气体出口可以连接尾气焚烧炉，所述塔顶回流罐的液体出口至少包括两路，一路可以连接所述冷凝液入口，另外至少一路可以连接废水处理系统的进水口。

所述真空泵可以为真空喷射泵或液环泵或两者的组合。

本发明的有益效果是：

由于精制塔中采用了再沸器对塔釜液进行循环加热，使其中的PDO和轻组份不断地被加热蒸发，蒸发出的PDO和轻组份均进入塔体中完成精制提纯，相当于对含杂质的PDO混合物中的PDO进行反复精制提纯，因此，提高了PDO的提纯效率和回收率，减少了最终排放的混合物中的PDO的残留，实现了对PTT连续生产中产生的含杂质的PDO混合物的高效回收再利用，相当于减少了PTT连续生产中的PDO的消耗量，降低了PTT的生产成本；

由于利用了上述特定结构的精制塔对PTT连续生产中产生的含杂质的PDO进行反复的精制提纯，使精制后的PDO的纯度显著提高，达到了PTT生产用原料的纯度要求，因此可以回收再用于PTT生产中，并且只需将本发明的精制系统接入PTT连续生产系统即可实现连续接收PTT连续生产系统中产生的含杂质的PDO并进行连续的精制和精制后的连续输出，可以与PTT连续生产系统完美结合，保证PTT连续生产的正常连续运行；

另外，真空泵的设置，既便于维持塔体内的负压蒸馏环境，还有利于轻组份杂质中的不凝气体的排除，并且，由于塔体内的蒸馏环境处于负压状态，还降低了各成分的沸点，既有利于各成分的蒸发，还降低了蒸馏所需要的加热温度，减少了能源的消耗。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便更好的理解，下面结合附图通过具体实施方式对本发明进行更详细的描述。

参见图1，本发明提供了一种对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统，包括精制塔1、塔顶蒸汽冷凝器4和真空泵9，所述精制塔包括塔釜、塔体和再沸器12，所述再沸器的物料出口与所述塔釜的一个顶部开口直接连接或通过管路连接，所述塔釜的底部设有塔釜液采出口，所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口相连，所述塔釜的另一个顶部开口与所述塔体的底部开口连接，所述塔体上还设有塔顶蒸汽出口、冷凝液入口、待精制物料入口和精制后物料出口，所述塔顶蒸汽出口与所述塔顶蒸汽冷凝器的蒸汽入口相连，所述真空泵的抽真空口连接所述塔顶蒸汽冷凝器的不凝气体出口使所述塔体的内部空间处于负压状态，所述待精制物料入口可以直接或间接连接PTT连续生产系统中的PDO混合物输出口，以接收PTT连续生产中输出的待精制的PDO混合物，所述精制后物料出口则连接储存或利用已精制PDO的相关设备的输入口，相当于将精制后的PDO回送至PTT连续生产系统中实现了循环使用。

还可以包括精制塔进料系统，所述PDO混合物可以经所述精制塔进料系统引入本发明的精制系统，例如可以先输出并储存于收集罐6中，在生产时可以通过进料泵11泵入所述精制塔中，以保证输入精制塔中的待精制物料的连续、稳定的输入，保证精制系统的连续运行。所述的利用已精制PDO的相关设备可以为PTT连续生产系统的PDO供给装置或喷淋冷却系统，所述的储存已精制PDO的相关设备可以为PDO储存罐8。

优选地，所述再沸器和塔体均设于所述塔釜上方，所述塔顶蒸汽出口设于所述塔体的顶部，所述冷凝液入口、待精制物料入口和精制后物料出口自上而下依次设置于所述塔体的侧壁上。

优选地，所述塔顶蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述冷凝液入口相连，以将精制塔中通过塔顶蒸汽出口排出的汽相杂质中的水蒸汽回收为凝结水，并可以再次作为冷凝液回用于精制塔。所述塔顶蒸汽冷凝器的数量可以为一个或若干个。必要时可以为若干个所述塔顶蒸汽冷凝器顺序串联构成多级塔顶蒸汽冷凝器，以提高回收速率。

当需要对回收的凝结水进行分流时，所述塔顶蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述冷凝液入口之间还可以设置塔顶回流罐5，所述塔顶蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述塔顶回流罐的入口相连，所述塔顶回流罐可以设有两路液体出口，其中的一路液体出口可以连接所述精制塔的冷凝液入口，以利于控制凝结水的回用量，提高精制塔的提纯效率，所述塔顶回流罐的另一路液体出口可以连接废水处理系统的进水口，以便在需要时将冷凝水排出，所述塔顶回流罐的排气口可以连接或不连接所述真空泵的抽真空口。优选为塔顶回流罐中的至少一部分冷凝液回用于精制塔。

优选地，所述精制系统还包括与所述精制塔连接的精制PDO冷却器7，所述精制PDO冷却器的高温PDO入口连接所述精制后物料出口，用于接收所述精制后物料出口输出的高温PDO，冷却后的PDO通过所述精制PDO冷却器的低温PDO出口回送给PTT连续生产系统循环利用，例如，回送给PDO供给装置。所述精制PDO冷却器的数量可以为一个或若干个，必要时可以为若干个所述精制PDO冷却器顺序串联构成多级精制PDO冷却器使用。

所述精制PDO冷却器和塔顶蒸汽冷凝器的换热器的结构型式可以相同也可以不同，所述换热器可以为列管式换热器、板式换热器和空冷器中的任意一种或几种。当所述精制PDO冷却器或塔顶蒸汽冷凝器需要若干个串联时，优选为采用同一种类的换热器，以便于安装、维护和使用，提高运行的效率。

为了提高精制效率，所述精制塔内的压力通常为负压，以免压力过高导致物料沸点升高，引发PDO热裂解或自聚从而影响生产性能，不利于蒸馏的进行，例如，所述精制塔内的蒸馏压力可以为10KPa(A)～100KPa(A)。

为了维持精制塔内的压力符合负压要求，所述精制系统优选为还采用真空泵抽吸精制塔内部的不凝气体以维持其内部的压力稳定，所述真空泵的抽真空口可以与所述塔顶蒸汽冷凝器的不凝气体出口或所述塔顶回流罐的排气口连接，以抽取精制塔内的不凝气体制造并维持所述精制塔内部的持续负压状态，以利于蒸馏的进行。所述真空泵的气体出口可以连接尾气焚烧炉，以将除水蒸汽以外的轻组份杂质（主要为烯丙醇和丙烯醛）送入尾气焚烧炉进行焚烧，实现回收利用。

所述真空泵用于对精制塔内部的不凝气体进行连续抽吸，以持续维持塔内压力的稳定，其可以为液环真空泵或真空喷射泵，也可以是液环真空泵和真空喷射泵组成的组合系统，还可以是其他形式的抽真空系统，如附图1所示，本发明的真空泵的具体设置方式可以为：液环泵901、气液分离器902和换热器903组成的液环真空泵闭路循环系统。

通常，所述塔釜可以设有用于加热塔釜液的加热装置，以便在需要时对塔釜液进行加热或起到一定的保温功能。例如可用在如下情况下：当塔釜液的温度过低蒸发效率较低时，或者，当环境温度较低造成塔釜液的能量损失过大影响精制时。

所述塔釜可以为夹套式塔釜或半管式夹套塔釜，可以在夹套中通入热媒，其温度至少应高于塔釜液温度。

为了保证精制塔内的蒸馏的正常进行，所述精制塔内的蒸馏温度可以为100℃～200℃，以实现PDO的高效、高速回收。

为了实现各种成分在塔体内的有效分离，通常将塔体内的温度设置成由下至上逐渐降低，例如，其精制后物料出口以下的温度可以为200°左右；其精制后物料出口至待精制物料入口之间的一段的温度可以为200°以下，并且为了易于PDO蒸汽的凝结，优选将该段的温度也设置成自下而上逐渐降低，即经所述待精制物料入口落下的PDO混合物与经塔体的底部开口上升的含有轻组份杂质和PDO蒸汽的混合蒸汽在此部分进行汽液热交换，一方面利于PDO蒸汽的凝结，另一方面还可以对PDO混合物进行预热，其中的部分轻组份杂质可以直接蒸发，甚至还可以有部分PDO也同时蒸发，相当于对PDO混合物进行了初步精制提纯；所述待精制物料入口至所述冷凝液入口段的温度通常高于100℃，并采用冷水喷淋以防止PDO蒸汽自塔顶的水蒸汽出口采出造成损失及一系列不利影响，所述待精制物料入口以上段的温度可以略高于100°，以保持轻组份杂质为汽相，进而从塔顶的水蒸汽出口处采出，实现对该部分杂质的分离。

为了提高精制塔的精制效率，优选为所述精制塔还采用再沸器对塔釜中的塔釜液进行循环加热，以对塔釜液中的PDO和轻组份杂质进行反复蒸发，提高精制塔的精制效率。

在本发明的一个实施例中，所述再沸器的管程进液口与所述精制塔底部的塔釜液出口相连，以将塔釜中的塔釜液采出至所述再沸器中再次加热，通过加热将其中的轻组份杂质和PDO蒸发，蒸发后的汽相物料经再沸器的物料出口输出并进入精制塔的塔体中，实现分离后其中的各种成分分别经由相应的采出口采出（杂质经所述水蒸汽出口采出，精制后PDO经所述精制后物料出口采出），经过进一步精制提纯，可以提高精制塔的精制效率，未蒸发的液相物料经再沸器的物料出口落入塔釜中汇集，并继续循环或予以排放，如可以排放至排废槽10中。

所述再沸器优选为位于所述塔釜顶部的立式再沸器，所述再沸器的物料出口与所述精制塔的塔釜顶部的顶部开口可以直接连接或通过管路连接，优选为直接连接，以免塔釜液中的低聚物等频繁堵塞再沸器的物料出口，有利于降低再沸器的维护频率和成本，并且，还可以避免再沸器产生过大的压降而导致其蒸发出的汽相较难进入塔体中，提高了再沸器的蒸发效率，有利于进一步精制提纯，相当于提高了精制塔的效率。

为了提高塔釜液在塔釜和再沸器中的循环效率，所述精制系统优选为还采用塔釜液循环泵3进行外部强制循环，所述塔釜液循环泵的入口与所述精制塔底部的塔釜液出口相连，所述塔釜液循环泵的出口与所述再沸器的管程进液口相连，利用塔釜循环泵将塔釜液通过回流管道2输入再沸器中实现回流，以对塔釜液进行反复的蒸馏。

塔釜中的塔釜液通过再沸器进行循环加热，每次循环均可以将其中的轻组份杂质和PDO蒸出一部分，每次循环蒸发出的汽相物料再进入精制塔的塔体中进行分离提纯，其中的轻组份杂质经塔顶蒸汽出口排出，精制PDO经精制后物料出口予以回收。同时，经待精制物料入口进入精制塔中的含杂质的PDO不断补充至塔体中，在塔体中经初步蒸馏提纯后再进入精制塔的塔釜（此时称为塔釜液），并再次进入再沸器中循环加热，实现对含杂质的PDO的反复精制提纯。不仅有利于提高对PDO的提纯效率，还有利于提高PDO的回收率，并且，塔釜液由塔体的底部开口不断补充，如此往复循环，能够实现对连续输入的待精制物料进行连续精制提纯，还能够连续输出提纯后的精制PDO，实现PDO在PTT连续生产中的循环利用。

为了提高精制效率，减少塔釜液在回流管道中的热量损失，较优地，所述精制塔底部的塔釜液出口至所述再沸器的管程进液口之间的回流管道为夹套管，经所述夹套管的内管输送的介质为由所述塔釜液出口流出的塔釜液，所述夹套管的外管中通入的介质为温度高于内管中的塔釜液温度的热媒。以起到对回流中的塔釜液的保温效果，避免管道堵塞。

为了提高精制塔的精制效率，优选为，所述再沸器内设有分布器和换热器成膜装置，所述分布器位于所述再沸器的管程进液口处，所述换热器成膜装置位于所述分布器的下方。优选地，所述分布器为包括锯齿形结构的锯齿形溢流分布器，所述换热器成膜装置为锯齿形结构的换热器成膜装置，以获得较好的成膜效果，提高塔釜液中的轻组份杂质在再沸器中的蒸发效率。

所述锯齿形结构包括齿牙和齿牙间的锯齿口，所述锯齿口可以采用下窄上宽的开口设计，以使其能够适用较宽的流量范围，在流量较大、较小、增大或减少各种情况下均能够保证有效均流。

塔釜液经再沸器的管程进液口进入再沸器后，经所述分布器和换热器成膜装置后在再沸器的成膜换热管的内表面形成膜状下流，传热效率大大提高，膜状沸腾需要的传热温差小，加热介质的温度要求降低，降低了塔的能耗。下流过程中还被反向流经壳程热媒通道的热媒加热，PDO与轻组份在管内蒸发，并通过再沸器的物料出口直接进入塔体，PDO在塔体中进一步与轻组份分离后经精制后物料出口采出，而低聚物则通过再沸器的物料出口进入塔釜，并在塔釜的底部塔釜液汇集区汇集。

在本发明的一个实施例中，所述换热器成膜装置可以是所述上管板，所述锯齿形结构可以设于所述上管板的上表面，优选为沿所述成膜换热管的上端的入口的四周分布，例如，可以为呈环形分布于所述成膜换热管的上端的入口的四周的锯齿形溢流堰，经所述溢流分布器落下的塔釜液可以经所述锯齿形溢流堰的锯齿形开口处溢流进入所述成膜换热管的内部，沿其管内壁下流成膜。所述锯齿形溢流堰优选为与所述成膜换热管的管壁呈一定的角度，优选为所述锯齿形溢流堰的底部的直径与所述成膜换热管的上端的入口处直径相同，所述锯齿形溢流堰的上端朝外侧倾斜一定角度，如可以向外倾斜5°、8°、10°等，以利于进一步均流，提高塔釜液在成膜换热管内的成膜效果。

所述锯齿形结构可以分布于所述盘式分布器的四周，其设置方式可以与所述换热器成膜装置的锯齿形结构相同或不同，优选为所述锯齿形溢流分布器上的溢流口（即锯齿口或筛孔）不位于所述成膜换热管的上端的入口的正上方，以免经所述锯齿形溢流分布器落下的塔釜液直接落入所述成膜换热管中，影响成膜质量。

所述塔釜循环泵的出口还可以连接排废槽10的入口，以便在需要时将塔釜液排出至排废槽中，例如可以采用间歇排出塔釜中含高浓低聚物的塔釜液的方法，以减少精制塔的负荷，尤其是再沸器的负荷，并且，将PDO含量低的塔釜液排出还可以避免其对精制效率带来的负面影响，提高精制效率，减少不必要的能耗。

在本发明的一个实施例中，其主要工作过程可以为：

来自所述PTT连续生产中酯化后分离出的含杂质的PDO混合物首先输入收集装置，再由进料泵经所述待精制物料入口输入精制塔中，精制塔在负压条件下操作，可以通过所述真空泵抽吸并维持塔内的压力处于适于蒸馏的压力条件下，将塔釜温度维持在足够高的温度水平，待精制的PDO混合物中有一部分的轻组份和PDO蒸发，再以所述塔釜液循环泵作为动力强制循环经回流管道和所述管程进液口输入所述再沸器中，并在再沸器中被加热，其中的至少一部分成分被汽化为汽相，聚集在塔釜顶部的顶部蒸汽汇集区后再由所述塔体的底部开口进入塔体中或直接由所述塔体的底部开口进入塔体中，然后在塔体中上升，与从待精制物料入口输入的待精制的PDO混合物及回流液（塔顶的冷凝回流液）进行传质并实现汽液分离，其中的各种成分分别经塔体上的相应采出口采出（轻组份杂质经所述水蒸汽出口采出，PDO冷凝液经所述精制后物料出口采出），物料出口采出的即为经过提纯精制的PDO，可根据需要输送至储存或回用设备，为了回收使用方便，此处将回收的高温PDO首先输入精制PDO冷却器中冷却之后再回送至PTT连续生产中。余料落入塔釜在塔釜的塔釜液汇集区汇集，同时，再沸器中未被汽化的部分经再沸器的物料出口落入塔釜中，并于塔釜液汇集区汇集，在塔釜液汇集区汇集的塔釜液再经所述管程进液口进入所述再沸器中，同时由于塔釜处于保温状态，其中的塔釜液不断地有成分蒸发，蒸发后进入塔体中被采出，如此往复循环到一定时间后，当塔釜液中的低聚物含量过高或塔釜液温度过高时，全部或部分塔釜液可以经所述塔釜液循环泵输送至排废槽，予以排除，以提高后续精制的效率。

其中，经所述水蒸汽出口采出的杂质中通常包括水蒸汽、烯丙醇和丙烯醛等轻组份。其中的水蒸汽经所述塔顶蒸汽冷凝器凝结为冷凝水后回用于精制塔，或者一部分回用于精制塔，另一部分送至废水处理系统进行处理，其中除水蒸汽以外的其他轻组份杂质（烯丙醇和丙烯醛等）通过真空泵送入尾气焚烧炉进行焚烧，可以很大程度减小有害气体的排放，并可以实现对不凝气体的回收利用。

待精制的PDO混合物在本发明的精制系统中按上述流程连续运行，实现了对待精制的PDO混合物的连续精制。

上述任一一种所述精制系统中，所述精制塔可以为板式或板式/填料复合塔，即其塔体为板式结构或板式/填料结构的塔体。

本发明的精制系统精制后的PDO纯度高、含水量低（不高于0.5%），可以用于PTT的连续生产，因此可以实现PDO的循环使用。例如，可以将其加入新的PDO原料中作为PTT生产的原料，以减少PDO原料的消耗，也可以将其用于喷淋冷却系统。并且，本发明的精制系统可以实现精制的连续运行，保证PTT连续生产的正常运行。