製備純化的對苯二甲酸的方法
2023-04-26 23:17:41
專利名稱：製備純化的對苯二甲酸的方法
技術領域：
本發明涉及通過使粗對苯二甲酸(下文中有時稱為CTA)進行氫化處理製備純化的對苯二甲酸(下文中有時稱為PTA)的方法，所述CTA通過對二甲苯與含有分子氧的氣體在液相中的多相氧化過程(下文簡稱為液相氧化)得到。
當對二甲苯在液體介質中通過含有分子氧的氣體氧化時，得到CTA，它除了含所需產物對苯二甲酸(下文中有時稱為TA)，還含有雜質，其包括作為主要雜質組分的4-羧基苯甲醛(下文中有時稱為4-CBA)。由於要求使用PTA作為製備聚酯織物產物的原料，該CTA應純化為PTA。
作為製備PTA的技術，其方法是已知的，其中CTA在氫化催化劑存在下進行氫化處理(參見例如日本專利公開平-4-66553)。該方法由通過氫化處理轉化4-CBA為即使在低溫下仍是水溶性的對甲苯甲酸和通過結晶、固/液分離等從對苯二甲酸中除去所形成的對甲苯甲酸以得到PTA的設計方案組成。
氫化處理是通過將CTA的水溶液通過氫化催化劑的固體床層而同時輸入氫氣進行。這裡CTA水溶液是通過首先在水中分散粉末CTA以形成CTA的含水漿狀物，然後加熱得到的含水漿狀物以溶解CTA而製備。為進行有效氫化處理。需要配製一種CTA的含水的漿狀物，其固體含量相當於在加熱含水漿狀物時的高溫下的對苯二甲酸的溶解度。
含水CTA漿狀物的形成通常通過將粉末CTA和水輸入裝備有旋轉攪拌推進器的含水漿狀物的製備罐和攪拌該混合物進行。在該方法中，粉末CTA和水連續輸入含水漿狀物製備罐中，同時連續攪拌其中的含水混合物以得到粉末CTA的均勻含水分散體。
然而，此時出現的問題是在輸入的CTA粉末物質中夾帶氣泡，該氣泡由於CTA粉末與水的低親和力不易從得到的漿狀物中除去。在製備罐中，輸入的CTA粉末量的團聚物流入罐中而沒有解體為分散相，在加熱混合物時不能溶解，因而該團聚物將包括在輸入氫化反應器的CTA的水溶液物流中，被氫化催化劑床層捕集而引起反應器的堵塞。
為處理該情況，常規實踐中使用較少量的粉末CTA輸入漿狀物製備罐以配製相對低CTA含量的漿狀物，以避免在漿狀物中空氣氣泡的夾帶和在加熱漿狀物時得到粉末CTA在水中的完全溶解。然而，較低濃度的CTA會導致氫化反應效率的降低。
本發明的目的是提供製備純化對苯二甲酸的方法，其中粉末CTA的分散在有利於除去空氣氣泡的條件下進行以製備具有較高CTA含量的含水漿狀物，從而達到CTA的氫化處理的較高效率以得到PTA。
上述目的可通過本發明達到，其要點由如下給出的特徵組成(1)一種製備純化的對苯二甲酸的方法，其包括，通過混合結晶粗對苯二甲酸和水製備對苯二甲酸結晶的含水漿狀物，所述粗對苯二甲酸是通過對二甲苯的氧化得到，加熱得到的漿狀物以溶解對苯二甲酸結晶以形成其含水溶液，和在氫化催化劑存在下對該溶液進行氫化處理，其中含水漿狀物的製備是通過在捏和機預混合結晶粗對苯二甲酸與部分量的水以形成結晶粗對苯二甲酸與水的初級混合物，其含有按重量計55-75％的結晶含量，然後混合該預混合物和其餘數量的水，以製備所述對苯二甲酸結晶的含水漿狀物。
(2)上述(1)中定義的方法，其中預混合過程在連續類型的捏和機中進行。
(3)上述(1)中定義的方法，其中預混合過程在旋轉盤類型的捏和機中進行，其中粗對苯二甲酸的結晶粉末輸入水平排列的旋轉盤中，以盤上徑向方向推進，同時在盤上輸入水以形成含水混合物，它隨後通過窄的曲折通道以達到混合物的均勻。
附
圖1是本發明方法的實施方案的流程的方框圖。
附圖2是用於本發明的旋轉盤類型的捏和機的實施方案的示意圖。
用於本發明方法的氫化處理的粗對苯二甲酸(CTA)通過液相氧化得到。該CTA通常含0.1-0.4％(重量)的4-CBA作為主要雜質。
對二甲苯的液相氧化在使用催化劑的反應溶劑中進行。用作對二甲苯液相氧化的反應溶劑的實例是脂族羧酸，例如乙酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、正戊酸、三甲基乙酸和已酸以及它們與水的混合物。其中優選乙酸以及如下所述的含水乙酸。
作為液相氧化的催化劑，通常使用重金屬化合物和/或溴化合物，其中前者包括鎳、鈷、鐵、鉻和錳，其中兩者均優選以在反應體系中可溶解的形式使用。有利的實施方案由採用鈷和錳化合物與溴化合物組成。相對於反應溶劑的量，鈷化合物的用量以鈷金屬計算通常可以在10-10000ppm，優選100-3000ppm的範圍內。錳化合物相對於鈷化合物的比例以原子比計算通常有利地是在0.001-2的範圍內。溴化合物與鈷化合物的原子比率優選可以在0.1-5的範圍內。
對二甲苯的液相氧化是使用含有分子氧的氣體進行。對於含有分子氧的氣體，通常可採用用惰性氣體稀釋的氧氣，例如空氣或富氧空氣。氧化溫度通常在150-270℃，優選170-220℃的範圍內，而壓力可以是至少使反應混合物在該溫度下保持液相，通常為0.5-4MPa表壓的範圍內。反應器中的反應持續時間，即在反應器中反應混合物的停留時間通常可以在20-180分鐘內，儘管它取決於各種因素，包括反應器的大小。在反應混合物中水的濃度通常可以是3-30％(重量)，優選5-15％(重量)。
通過上述的液相氧化，得到CTA，將其輸入氫化器(氫化反應器)中在氫化催化劑存在下進行氫化處理以得到PTA，其中從液相氧化的母液分離的CTA在水中重新製漿以製備CTA的含水漿狀物，所得到的含水漿狀物通過在輸入氫化反應器進行CTA的氫化處理之前對其進行在加壓條件下加熱轉化為CTA的水溶液。此時，有利的是製備CTA含量為10-40％(重量)，優選20-30％(重量)的含水漿狀物，其中優選CTA的含量相應於對苯二甲酸在加壓下加熱漿狀物所達的高溫下在漿狀物含水介質中的溶解度。
在本發明的方法中，含水漿狀物的製備是通過在捏和機預混合粉末CTA與部分量的水以形成結晶CTA與水的初級混合物，其含有55-75％(重量)，優選60-70％(重量)的CTA，然後混合該預混合物和其餘數量的水以將CTA結晶均勻分散在水中，以製備CTA的含水漿狀物，其中幾乎不含有空氣氣泡和團聚的粉末CTA。
粉末CTA與部分水的預混合在捏和機中進行。捏和機是在水存在下用於研磨粉末CTA的裝置，對此可使用通常使用的捏和機。對於該捏和機，其實例可以是套旋轉類型的，例如球磨；靜止外殼類型的，例如具有圍繞水平旋轉軸旋轉的旋轉裝置，例如旋轉槳葉、滾柱、螺杆和盤，和具有圍繞垂直旋轉軸旋轉的旋轉裝置，例如槳葉、輪、高速流動、旋轉盤和搖動旋轉裝置；以及振蕩外殼類型，例如振蕩研磨機，其中優選連續類型的。
作為尤其優選的捏和機，可採用具有旋轉盤的裝置，其中CTA粉末輸入在水平排列的旋轉盤上並以盤上徑向方向推進，同時在盤上輸入水以形成含水混合物，隨後通過窄的曲折通道以得到混合物的均勻。
通過粉末CTA與水在如上所述的捏和機上預混合得到CTA含量為55-75％(重量)，優選60-70％(重量)範圍內的混合物，並形成均勻預混合物，其中CTA和水均勻混合，除去了粘附在CTA結晶表面上的空氣氣泡。
所形成的預混合物以其中空氣氣泡已被除去和CTA與水均勻混合的狀態存在，因而，通過將預混合物輸入漿狀物製備轉筒並在攪拌下與其餘部分的水混合可得到CTA結晶顆粒均勻分散的均勻漿狀物。對於用於混合預混合物和水的裝置，可採用通常用於製備CTA含水漿狀物的裝置，例如具有用於漿狀物製備轉筒的旋轉葉片的攪拌器。
在含水漿狀物中CTA的濃度可以是如上所述的，其中由於除去了預混合物中的空氣氣泡和團聚物，所以可以增加CTA的含量，並在含水漿狀物中固體物質的濃度可達到高的數值，其相應於在加熱含水漿狀物時達到的溫度下漿狀物的含水介質中對苯二甲酸的溶解度。
隨後加熱得到的含水漿狀物以溶解CTA結晶以形成對苯二甲酸的水溶液，將其引入氫化器以進行CTA的氫化處理。氫化器的形狀、結構等沒有限制，只要在允許催化劑組件在其中的排列和輸入氫氣的同時能使催化劑與CTA溶液接觸即可。
對於氫化器，優選固定層的固體催化劑床在其中排列的設備，它提供用於輸入CTA溶液的入口和將所生成的處理後溶液排出氫化器的出口以及用於向其中輸入氫氣的氫氣輸入通道。CTA溶液可優選通過安置在氫化器頂部的入口和在底部的出口以向下流動的方式流過氫化器，同時通過排列在氫化器上部的氫氣輸入通道將氫氣以向下流動的方式流過，儘管它們也可以向上流動的方式流過氫化器。
對於氫化催化劑，可使用常規使用的催化劑，例如鈀、釕、銠、鋨、銥、鉑、鉑黑、鈀黑、鐵和鈷鎳等固體催化劑，其中優選所選擇的催化劑是載於載體上的固體催化劑，優選吸附在載體上，例如活性碳，因而可以構成固定式催化劑床。
氫化處理是通過在230℃或以上，優選在240-300℃的溫度下，在1-11MPa，優選3-9MPa表壓下以加熱CTA的含水漿狀物呈穩態進行，以溶解對苯二甲酸和將生成的CTA水溶液通過催化劑床層，同時以CTA水溶液中存在的4-CBA的摩爾量的至少1.5倍，優選至少2倍的輸入比率輸入氫氣。氫化可在230℃或以上，優選在255-300℃的溫度下，在1-11MPa，優選3-9MPa表壓下和氫氣分壓為0.05MPa，優選0.05-2MPa下有利地進行。
通過氫化處理，在CTA中存在的4-CBA還原成水溶性的對甲基苯甲酸，因此，通過使TA在300℃或以下，優選100-280℃的溫度下從溶液中結晶出TA，然後通過固/液分離從TA中除去生成的對甲苯甲酸以得到純對苯二甲酸。純化的結晶對苯二甲酸隨後在水中重新成漿以便將粘附於TA結晶表面的汙染物質轉移至水相中，然後漿狀物再次進行固/液分離並隨後乾燥分離的結晶以得到高純對苯二甲酸的結晶產物(PTA)。
根據本發明，通過首先將粉末CTA與部分數量的水用捏和機混合以形成初級混合物和隨後將所形成的預混合物與其餘量的水以配製CTA的含水漿狀物而得到含有均勻分散的高含量的CTA和避免空氣氣泡和固體CTA團聚物形成的含水漿狀物，從而氫化處理可有效地進行以較高生產效率得到PTA。
如下，參考附圖由實施方案進一步描述本發明。
附圖1用方框圖顯示了通過本發明的實施方案製備PTA的流程圖。
在示於附圖1的實施方案中，粉末粗對苯二甲酸(CTA)1與部分數量的水2a一起輸入捏和機3中進行初級混合以形成CTA含量為55-75％(重量)的預混合物4，隨後將其與其餘數量的水2b和根據需要另外數量的水(補充)2c一起引入漿狀物製備轉筒5中，混合物在其中攪拌以形成含水漿狀物。加熱和加壓生成的含水漿狀物使CTA結晶溶解於水中，隨後生成的CTA水溶液6與氫氣7一起輸入氫化器8以進行溶液的氫化處理。所處理的溶液9送入結晶轉筒10，隨後被冷卻和釋放壓力，從而使對苯二甲酸結晶。
將生成的結晶TA漿狀物輸入固/液分離器12中以進行固/液分離。固/液分離通過用多級步驟進行，其中作為廢液棄去由上一級得到的物流13a，從上一級分離的固體通過向其中輸入洗滌水2d進行重新成漿操作的後一級的物流13b被循環用作水2a和2b。
分離的結晶14在乾燥器15中乾燥從而得到純化的結晶對苯二甲酸(PTA)。
附圖2說明捏和機3的示意截面圖，其中使用帶有垂直旋轉軸的旋轉盤捏和機。捏和機3在外殼30內有通過垂直旋轉軸21旋轉的水平安裝的旋轉盤22，在旋轉盤22的敞口面裝有CTA輸入管23，它的開口相對著旋轉盤22的中心，CTA輸入管23周圍有水輸入喇叭角29，從而面對環形盤25的正面。用於輸入CTA的輸入管23的末端被環形分配盤25圍繞，分配盤25帶有周邊突起部分，與輸入管23形成縫隙24，並以幾乎平行於旋轉盤22延伸。在圍繞和覆蓋這些盤的周邊的前後側安裝兩個引導板26和27，在其圍繞旋轉盤22和環形盤25的周邊區域的內側以鏤蝕形成其間的窄曲折通道28。
在捏和機3中，通過以下方式形成均勻預混合物4，經CTA輸入管23輸入粉末CTA1和經水輸入喇叭筒29輸入水，並同時通過旋轉軸21旋轉旋轉盤22，由CTA輸入管23噴入的粉末CTA1撞擊在旋轉盤22的敞口面，以徑向方向向周邊移動，同時通過縫隙24輸入的水2a到盤22上，與粉末CTA混合，粉末CTA與水的混合物在盤上以螺旋方式向盤22的周邊流動，進一步與通過來自環形盤25的周邊和引導板27的內側之間的外部空間的水混合，隨後得到的含水混合物通過曲折通道28從而得到粉末CTA和水的預混合物，同時排除流動混合物中的空氣泡夾帶而形成預混合物4。
所得到的預混合物4輸入漿狀物製備轉筒5，其中預混合物與水2b和2c攪拌和混合構成均勻的含水漿狀物，其中粉末CTA均勻分散在水中而不形成任何團聚物，從而增加了氫化器中的氫化反應效率。
雖然上述實施方案採用旋轉盤類型的裝置作為捏和機，但也可以採用其它類型的裝置。同樣，可以通過再次加入水使分離的結晶14重新成漿和重複固/液分離以進一步純化結晶，而在固/液分離器12中分離的結晶14如上所述進行乾燥。
以下通過實施例和比較實施例進一步描述本發明。參考實施例1在裝備有旋轉葉片類型的攪拌器的附圖1的漿狀物製備轉筒5中加入200kg粉末CTA和800kg水，通過攪拌混合製備固體含量為20％(重量)的含水漿狀物，隨後靜置漿狀物30分鐘，同時觀察相分離狀態。實施例1和2和參考實施例2和3在如附圖2中所示的旋轉盤類型的捏和機3中加入粉末CTA和一部分水以進行捏和，隨後得到的預混合物在附圖1中所示的漿狀物製備轉筒5中以參考實施例1中相同的方法在攪拌下與其餘數量的水混合，製備固體含量為20％(重量)的含水漿狀物，在靜置30分離後觀察漿狀物的相分離狀態。
參考實施例1-3和實施例1和2的結果概括在表1中。
表1
附註1)首先製備70％(重量)的預混合物，隨後由其製備20％(重量)的漿狀物。
2)首先製備60％(重量)的預混合物，隨後由其製備20％(重量)的漿狀物。
3)直接製備固體含量為20％(重量)的漿狀物。
4)首先製備80％(重量)的預混合物，隨後由其製備20％(重量)的漿狀物。
5)首先製備50％(重量)的預混合物，隨後由其製備20％(重量)的漿狀物。
6)在靜置30分鐘後每相的比例。
7)80％(重量)的預混合物以半粉末狀態存在，由此難以製備漿狀物。
從上述結果可明顯看出通過首先混合粉末CTA與一部分數量的水以製備固體含量為55-75％(重量)，尤其是60-70％(重量)的預混合物，然後將預混合物與其餘數量的水混合以製備含水漿狀物可得到沒有空氣氣泡和CTA結晶團聚物的均勻含水漿狀物。
權利要求
1.一種製備純化的對苯二甲酸的方法，其包括，通過混合粗對苯二甲酸結晶和水製備對苯二甲酸結晶的含水漿狀物，所述粗對苯二甲酸是通過對二甲苯的氧化得到，加熱得到的漿狀物以溶解對苯二甲酸結晶以形成其含水溶液，和在氫化催化劑存在下對該溶液進行氫化處理，其中含水漿狀物的製備是通過在捏和機預混合粗對苯二甲酸結晶與部分量的水以形成粗對苯二甲酸結晶與水的初級混合物，其結晶含量為55-75％(重量)，然後混合該預混合物和其餘數量的水，以製備所述對苯二甲酸結晶的含水漿狀物。
2.權利要求1的方法，其中預混合過程在連續式的捏和機中進行。
3.權利要求1的方法，其中預混合過程在旋轉盤型的捏和機中進行，其中粗對苯二甲酸的結晶粉末輸入到水平排列的旋轉盤中，並以徑向方向在盤上推進，同時在盤上輸入水以形成含水混合物，隨後通過窄的曲折通道達到混合物的均勻。
全文摘要
本發明公開了一種以有效方式製備純化的對苯二甲酸的方法，其中使由對二甲苯和含有分子氧氣在液相中的液相氧化得到的粗對苯二甲酸(CTA)經氫化處理，其中含水漿狀物的製備是通過在捏和機中預混合粗對苯二甲酸結晶與部分量的水以形成粗對苯二甲酸結晶與水的初級混合物，其結晶含量為55—75%(重量)，然後混合該預混合物和其餘數量的水，以製備所述對苯二甲酸結晶的含水漿狀物。
文檔編號C07C231/24GK1239090SQ9910844
公開日1999年12月22日 申請日期1999年6月11日 優先權日1998年6月11日
發明者鈴木弘, 丸山大輔 申請人:三井化學株式會社