專利名稱：連續(xù)生產(chǎn)聚酯或共聚酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在n個(gè)按序連接的反應(yīng)壓力階段中將二羧酸和二醇連續(xù)酯化反應(yīng)或?qū)⒍人狨ヅc二醇進(jìn)行連續(xù)酯交換反應(yīng)來生產(chǎn)聚酯或共聚酯的方法，其中存在于第一反應(yīng)壓力階段的壓力高于其他反應(yīng)壓力階段的壓力，各反應(yīng)壓力階段的壓力按順序降低，各個(gè)反應(yīng)壓力階段的組合的蒸汽流被導(dǎo)入精餾柱內(nèi)進(jìn)行精餾，以及二醇組分匯集到精餾柱的底部被再循環(huán)至少到第一反應(yīng)壓力階段。
為了實(shí)施這樣一個(gè)五段的方法，EP-B-0 244 546中闡述了用于蒸汽凝聚和真空發(fā)生的裝置，它采用了每一個(gè)都包含有前面的噴霧冷凝器和后續(xù)的直接接觸冷凝器的多級(jí)蒸汽噴射泵。該蒸汽噴射泵是用來自置于第一反應(yīng)階段之上的精餾柱的純化的工藝用水蒸汽來操作的，該工藝用水蒸汽壓力超過2-3巴，冷卻水從直接接觸冷凝器流向精餾柱以再循環(huán)利用。該方法的缺點(diǎn)基本存在于開放的工藝回路中廢水的高的有機(jī)污染及整體上設(shè)備費(fèi)用的數(shù)目巨大，因?yàn)槿缑總€(gè)反應(yīng)階段一樣，酯化作用的第二反應(yīng)階段也有一個(gè)單獨(dú)的冷凝系統(tǒng)。而且二甘醇(DEG)生成的提高是第一反應(yīng)壓力階段及精餾柱底部壓力升高的結(jié)果。
通常應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)精餾精餾柱內(nèi)初始過熱蒸汽流含有約50％重量的EG時(shí)，作為操作蒸汽的原料和能量有相當(dāng)一部分會(huì)被損失掉用于操作蒸汽噴射泵。
實(shí)現(xiàn)上述方法的改進(jìn)是將酯化作用的第一和第二反應(yīng)壓力階段的蒸汽一起供給精餾柱，并且使兩個(gè)真空階段結(jié)合為單一的預(yù)聚縮階段。
然而，單一的預(yù)聚縮階段的缺點(diǎn)是容量大小相關(guān)的限制，其結(jié)果是氣體發(fā)生的增大和液滴夾帶風(fēng)險(xiǎn)的增大，以及羧基在聚酯或共聚酯中的含量通常非期望地升高，其結(jié)果是在預(yù)聚縮過程中沒有壓力差導(dǎo)致EG蒸發(fā)較快。
USA-4,670,580的主題是一個(gè)四段的生產(chǎn)PET的完整的方法，其中第二反應(yīng)階段包含一個(gè)在真空條件下的酯化作用，并且其中典型酸的轉(zhuǎn)化率為97％。對(duì)于預(yù)聚縮階段的持久氣體排放來說該轉(zhuǎn)化率顯得太低，即提高轉(zhuǎn)化率需要延長(zhǎng)停留時(shí)間，這意味著需要更大和更昂貴的反應(yīng)設(shè)備。在任何情況下，帶有再循環(huán)EG的附加精餾柱或帶有后續(xù)回收EG的某個(gè)其他單獨(dú)的冷凝系統(tǒng)是必要的。
在真空條件下第二反應(yīng)壓力階段的酯化作用中，關(guān)于加入添加劑的相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量和靈活性也有明顯的保留；由于沒有正常壓力以及沒有熔融物的攪拌，特別是在PET織物的生產(chǎn)過程中要混合添加劑而不形成凝聚物并且沒有蒸發(fā)損失是很困難的。
該目的是通過以下辦法解決的；從上述過程出發(fā)，至少最后反應(yīng)壓力階段的壓力控制在低于1個(gè)大氣壓的100-900毫巴(絕對(duì)值)，精餾柱中的壓力高于最后反應(yīng)壓力階段的壓力，以及從最后反應(yīng)壓力階段放出的蒸汽被壓縮至精餾柱內(nèi)存在的壓力。
各種酯化或酯交換作用的方法都是通過按順序連接的n個(gè)反應(yīng)壓力階段實(shí)現(xiàn)的，隨著單體轉(zhuǎn)化率的升高或反應(yīng)壓力階段的次序的推進(jìn)，壓力持續(xù)下降。
在生產(chǎn)聚丁烯對(duì)苯二酸酯(PBT)的酯化過程中，反應(yīng)壓力階段是唯一的在真空狀態(tài)下操作的，然而在生產(chǎn)PET和聚三甲基對(duì)苯二酸酯(PTT)的酯化過程中第一反應(yīng)壓力階段是在超高壓力下操作的，并且最后反應(yīng)壓力階段是在真空條件下操作的。在酯交換過程中，從二甲基對(duì)苯二酸酯(DMT)和1，4-丁二醇(BDO)出發(fā)，第一反應(yīng)壓力階段基本上是在正常壓力下操作的。
該發(fā)明方法的技術(shù)效果與其各個(gè)反應(yīng)壓力階段是在單個(gè)裝置還是在單獨(dú)反應(yīng)器組合裝置中進(jìn)行無關(guān)。
圖2示出根據(jù)

圖1工藝圖解的一個(gè)方面；以及圖3示出采用三個(gè)反應(yīng)階段生產(chǎn)PET酯化產(chǎn)品的工藝圖解。
將蒸汽壓縮至相對(duì)較高的壓力，避免了最后反應(yīng)壓力階段蒸汽的壓縮和使用相稱的較大的精餾柱。在使用兩個(gè)反應(yīng)壓力階段來實(shí)施這一過程時(shí)，精餾柱內(nèi)的壓力介于第一反應(yīng)壓力階段壓力和第二反應(yīng)壓力階段的壓力之間。當(dāng)使用多于兩個(gè)反應(yīng)壓力階段時(shí)，精餾柱內(nèi)的壓力不高于倒數(shù)第二個(gè)反應(yīng)壓力階段的壓力。
蒸汽壓縮可以通過壓縮機(jī)、吹風(fēng)機(jī)以及通風(fēng)設(shè)備來完成。但是特別有利的蒸汽壓縮辦法是通過氣體噴射泵用來自第一反應(yīng)壓力階段的超熱蒸汽作為操作蒸汽，因?yàn)榈谝环磻?yīng)壓力階段的蒸汽可以免費(fèi)足量地獲得，因此使用壓縮機(jī)、吹風(fēng)機(jī)和通風(fēng)設(shè)備壓縮空氣僅作為第二位來考慮。
應(yīng)當(dāng)看到本發(fā)明方法的一個(gè)特殊方面是在于精餾柱內(nèi)存在的壓力可以通過殘留氣體的排放來控制，這是由置于精餾柱頭部的冷凝器后的如液體噴射泵、液體環(huán)形泵或吹風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。
特別是在PET的酯化過程中，本發(fā)明方法的其他方面是在部分負(fù)荷下的真空酯化階段的壓力控制，由于壓力降低伴有較小的流率，例如從100％流率的約1750毫巴到50％流率的約1250毫巴，同時(shí)伴隨著第一反應(yīng)壓力階段恒定的加料水平和仍然較低的DEG生成。在部分負(fù)荷下降低氣體噴射泵的操作蒸汽壓力的結(jié)果是真空階段的壓力從滿負(fù)荷的約500毫巴提高到50％流率時(shí)的約800毫巴，每個(gè)都伴有精餾柱內(nèi)恒定的約1000毫巴的反壓。
然而，為了質(zhì)量的緣故，要求在真空酯化階段保持不依賴于流率的恒定的真空度。
根據(jù)本發(fā)明，這一恒定壓力的實(shí)現(xiàn)是在不增大精餾柱尺寸的情況下，通過控制降低精餾柱內(nèi)壓力至流率50％時(shí)的640-700毫巴來實(shí)現(xiàn)的。
精餾柱內(nèi)相應(yīng)的前級(jí)真空狀態(tài)的發(fā)生和控制是通過安放在柱頭冷凝器后的氣體排放器來實(shí)現(xiàn)的，或者通過液體噴射泵或液體環(huán)形泵來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)PET酯化產(chǎn)品，可以優(yōu)選采用參數(shù)如表一示例的三段方法。
表1
對(duì)于在過壓條件下進(jìn)行的第一反應(yīng)壓力階段(I)，EG和TPA以膏體形式按摩爾比小于2，優(yōu)選≤1.2的比率被同時(shí)加入，這樣TPA的轉(zhuǎn)化率為88-93％。第二反應(yīng)壓力階段(II)是在常壓下進(jìn)行的，轉(zhuǎn)化率達(dá)到94-97.4％，優(yōu)選為95.5-96.7％。反應(yīng)壓力階段II用于混合添加劑和調(diào)整EG在終產(chǎn)物中的摩爾含量。在真空狀態(tài)下操作的第三反應(yīng)階段(III)，轉(zhuǎn)化率被提高至大于97％-99％，優(yōu)選至97.9％-98.5％之間。
通過使用氣體噴射泵，從第三反應(yīng)壓力階段(III)出來的蒸汽被壓縮至精餾柱的壓力。該操作蒸汽是由第一反應(yīng)壓力階段(I)的蒸汽回收的。在額定負(fù)荷下，來自最后階段的蒸汽在壓縮過程中蒸汽壓力提高1.6-2.6倍。
按照表2示例的參數(shù)，采用兩段方法，以1，3-丙二醇(PDO)和TPA按1.15-2.20摩爾比，優(yōu)選≤1.40摩爾比的膏體為原料，可以方便地實(shí)現(xiàn)PTT酯化產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)。
表2
用兩段的方法生產(chǎn)PBT的酯交換產(chǎn)品時(shí)，丁二醇(BDO)和液體DMT以摩爾比1.2-1.4的比例被分別加入到第一反應(yīng)壓力階段。工藝參數(shù)示例于表3。
表3
如圖1所示，預(yù)制的二醇/二羧酸的膏體通過管線(1)加入到第一反應(yīng)器(2)。產(chǎn)物流從第一反應(yīng)器(2)排出通過管線(3)供給第二反應(yīng)器(4)。酯化成品通過管線(5)排出第二反應(yīng)器(4)。從第一反應(yīng)器(2)排出的蒸汽，減掉一小的通過管線(7)排放以調(diào)節(jié)第一反應(yīng)階段壓力的旁路氣流，通過管線(6)供給加熱的氣體噴射泵(8)，經(jīng)過此氣體噴射泵，氣流通過管線(9)加入，該氣流包含由第二反應(yīng)器(4)通過管線(10)排出的蒸汽和用于控制第二反應(yīng)器(4)壓力并且通過管線(11)流動(dòng)的壓載氣流(ballast stream)，它被壓縮至精餾柱(12)的壓力。通過管線(6)從第一反應(yīng)器排出的蒸汽和通過管線(10，9)從第二反應(yīng)器排出的蒸汽被充到氣體噴射泵(8)。在管線(14)中，通過管線(13)從氣體噴射泵(8)中放出的蒸汽流與通過管線(7)供給的旁路蒸汽流合并并且充入精餾柱(12)的進(jìn)氣口，在精餾柱中低沸點(diǎn)的組分會(huì)與高沸點(diǎn)的二醇組分分開。低沸點(diǎn)組分從精餾柱(12)的頭部通過管線(15)放出被冷凝器(16)冷卻。冷凝物通過管線(17)流出被分為回流流和經(jīng)過回流槽的產(chǎn)品流?；亓髁魍ㄟ^管線(19)輸送至精餾柱(12)的頭部，而產(chǎn)品流經(jīng)過管線(20)被回收。富集于精餾柱(12)底部的二醇絕大部分經(jīng)過管線(21，22)供給第一反應(yīng)器(2)，只有一小部分經(jīng)過管線(23)分流至第二反應(yīng)器(4)。通過管線(24)可以向第二反應(yīng)器(4)投放添加劑和/或共聚單體。此外，流經(jīng)管線(22)的二醇的部分可以經(jīng)過管線(22a)分流用于制備膏體。
當(dāng)圖1所示的方法用于酯交換目的時(shí)，二醇經(jīng)過管線(1)投料到第一反應(yīng)器(2)，以及DMT經(jīng)過管線(25)投料到第一反應(yīng)器(2)。
倘若根據(jù)圖2在冷凝器(16)后面用泵(27)對(duì)殘留氣體進(jìn)行壓縮通過管線(26)排出回流槽(18)中的多余氣體，圖1所示的方法也可以在真空條件下進(jìn)行。通過管線(28)流出回流槽(18)的冷凝物通過浸漬槽(29)的方法回到常壓，之后冷凝物經(jīng)過管線(30)移出這一過程。
在圖3所示的方法中，EG/TPA膏體通過管線(31)導(dǎo)入第一反應(yīng)器(32)，所述反應(yīng)器的出口通過管線(33)提料入第二反應(yīng)器(34)。離開第二反應(yīng)器(34)的產(chǎn)品流經(jīng)過管線(35)供給第三反應(yīng)器(36)，酯化成品從第三反應(yīng)器(36)通過管線(37)排出。經(jīng)過管線(38)，從第一反應(yīng)器放出的蒸汽，減去一個(gè)流經(jīng)管線(39)用于第一反應(yīng)壓力階段(32)壓力控制的小的旁路氣流，供給至加熱的氣體噴射泵(40)。經(jīng)過管線(43)，來自第二反應(yīng)器(34)的蒸汽的壓載氣流通過管線(42)被加入到經(jīng)過管線(41)從第三反應(yīng)器(36)排出的蒸汽中，使用氣體噴射泵(40)壓縮第三反應(yīng)器(36)的蒸汽至精餾柱的壓力。如果需要，通過管線(42)從第二反應(yīng)器(34)排出的蒸汽與通過管線(45)從氣體噴射泵(40)排出的蒸汽以及與通過管線(39)供給的旁路氣流相結(jié)合，向上流經(jīng)保壓閥(44)，以便第二反應(yīng)器(34)的壓力大于或等于精餾柱內(nèi)的壓力。經(jīng)過管線(46)，這組合蒸汽被加入精餾柱(47)，在精餾柱內(nèi)低沸點(diǎn)組分與高沸點(diǎn)二醇組分分開。低沸點(diǎn)組分從精餾柱(47)的頭部經(jīng)過管線(48)排出，在冷凝器(49)中被冷卻。經(jīng)過管線(50)，冷卻物流入回流槽(51)，從這里部分通過管線(52)被重新充入到精餾柱(47)的頭部。為了在部分負(fù)荷下真空操作精餾柱(47)，回流槽(51)通過管線(53)與抽氣泵(54)相連接?；亓鞑?51)排出的冷凝物通過管線(55)被帶入浸漬槽(56)的常壓并通過管線(57)移出以進(jìn)一步加工。精餾柱(47)底部含有少量高沸點(diǎn)組分的乙二醇大部分通過管線(58，59)再循環(huán)至第一反應(yīng)器(32)，而小部分通過管線(60)再循環(huán)至第二反應(yīng)器(34)。流經(jīng)管線(59)的二醇，部分會(huì)通過管線(59a)分流用于制備膏體。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)聚酯和共聚酯的方法，該方法在n個(gè)按順序連接的反應(yīng)壓力階段(2，4，32，34，36)中將二羧酸和二醇連續(xù)酯化反應(yīng)或?qū)⒍人狨ヅc二醇連續(xù)酯交換反應(yīng)，其中第一反應(yīng)壓力階段(2，32)的壓力比其余的反應(yīng)壓力階段(4，34，36)的壓力高，它從一個(gè)反應(yīng)壓力階段到另一個(gè)反應(yīng)壓力階段連續(xù)下降，各個(gè)反應(yīng)壓力階段的混合蒸汽流被導(dǎo)入精餾柱(12，47)中加以精餾，并且二醇組分匯聚于精餾柱底部被再循環(huán)至少至第一個(gè)反應(yīng)壓力階段，其特征在于至少最后一個(gè)反應(yīng)壓力階段是真空的，精餾柱(12，47)內(nèi)的壓力大于最后反應(yīng)壓力階段壓力，以及最后反應(yīng)壓力階段排放出的蒸汽被壓縮至精餾柱內(nèi)存在的壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于按順序連接2-4個(gè)反應(yīng)壓力階段(2，4，32，34，36)。
3.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在生產(chǎn)PET酯化產(chǎn)品過程中，將物料混合物供給操作壓為1.1-5.0巴的第一反應(yīng)壓力階段(32)，接著供給操作壓為0.5-1.5巴的第二反應(yīng)壓力階段(34)，其后供給操作真空度為0.1-0.9巴的第三反應(yīng)壓力階段(36)。
4.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在生產(chǎn)PTT酯化產(chǎn)品過程中，將物料混合物供給操作壓為1.0-5.0巴的第一反應(yīng)壓力階段(2)，接著供給操作壓為0.5-1.3巴的第二反應(yīng)壓力階段。
5.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在生產(chǎn)PBT酯交換產(chǎn)品過程中，將起始物料供給操作壓為0.8-1.2巴的反應(yīng)壓力階段(2)，接著供給操作壓為0.2-0.8巴的第二反應(yīng)壓力階段(4)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于從最終壓力階段(4，36)排放出的蒸汽通過壓縮機(jī)、吹風(fēng)機(jī)或通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行壓縮。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于從最終壓力階段(4，36)排放出的蒸汽通過氣體噴射泵(8，40)進(jìn)行壓縮。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于第一反應(yīng)壓力階段(2，32)的蒸汽被用作氣體噴射泵(8，40)的操作流體。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于精餾柱(12，47)存在的壓力是由安置在精餾柱頭部的冷凝器(16，49)后的殘留氣體排放來控制的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于殘留氣體排放(27，54)是通過液體噴射泵、液體環(huán)形泵或吹風(fēng)機(jī)來完成的。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于酯化產(chǎn)品或酯交換產(chǎn)品要經(jīng)過預(yù)聚縮和聚縮作用。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過管線(22，59)被再循環(huán)至第一反應(yīng)壓力階段的二醇的部分通過管線(22a，59a)分流用于制備膏體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)聚酯或共聚酯的方法，其中在一個(gè)接一個(gè)的n個(gè)反應(yīng)壓力階段中將二羧酸和二醇進(jìn)行連續(xù)酯化反應(yīng)或?qū)⒍人狨ヅc二醇進(jìn)行連續(xù)酯交換反應(yīng)，其中第一反應(yīng)壓力階段的壓力相對(duì)高于其他反應(yīng)壓力階段的壓力，從一個(gè)反應(yīng)壓力階段到另一個(gè)反應(yīng)壓力階段壓力連續(xù)降低，各個(gè)反應(yīng)壓力階段的蒸汽流在精餾柱內(nèi)進(jìn)行共同精餾，二醇組分匯聚于精餾柱的底部被再加料至少返回到第一個(gè)反應(yīng)壓力階段。為了減少技術(shù)難度，該方法中至少最后反應(yīng)壓力階段有負(fù)壓，精餾柱的壓力大于最終反應(yīng)壓力階段的壓力，以及從最終反應(yīng)壓力階段排放出的蒸汽被壓縮至精餾柱內(nèi)存在的壓力。
文檔編號(hào)C08G63/78GK1478115SQ01819779
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者邁克爾·賴森, 弗里茨·威廉, 威廉, 邁克爾 賴森 申請(qǐng)人:齊默爾股份公司