專利名稱：純對苯二甲酸的制備方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備純對苯二甲酸的方法和設(shè)備。本發(fā)明還涉及純化粗對苯二甲酸，以制備可用作聚酯樹脂生產(chǎn)原料的純對苯二甲酸產(chǎn)品的方法和設(shè)備，聚酯樹脂本身可用于生產(chǎn)纖維、薄膜和塑料瓶，并經(jīng)常由諸如玻璃纖維之類的其他材料強化，用于生產(chǎn)聚酯樹脂裝備。
背景技術(shù)：
純對苯二甲酸(PTA)是生產(chǎn)聚酯樹脂的原料，聚酯樹脂本身可用來制造具有各種用途的許多商品的材料。純對苯二甲酸通常由若干純化方法從“粗”對苯二甲酸制成，并經(jīng)常借助于催化劑。無論從工藝技術(shù)的觀點還是從經(jīng)濟的觀點看，以前通用的純化粗對苯二甲酸的方法都不能完全令人滿意，而純對苯二甲酸的純度又是聚酯樹脂生產(chǎn)工藝達標的重要決定因素。
已知一些反應(yīng)體系用于從各種原料生產(chǎn)粗對苯二甲酸。本發(fā)明的純化部分可與基本上任何這類反應(yīng)體系一起使用，但根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選采用包括對二甲苯(p-二甲苯)氧化的反應(yīng)體系，這種合成體系的應(yīng)用構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
現(xiàn)存和原有的生產(chǎn)純對苯二甲酸的體系的問題集中在，很難控制反應(yīng)體系，以經(jīng)濟地生產(chǎn)高產(chǎn)率的粗對苯二甲酸，加之很難精制粗對苯二甲酸，以除去雜質(zhì)和不希望的組分，生產(chǎn)質(zhì)量適合于作聚酯生產(chǎn)原料的純對苯二甲酸。原有體系中伴隨的問題包括，為生產(chǎn)和純化粗對苯二甲酸，PTA工廠需要較高的基本投資，原有工藝的操作條件苛刻，而且需要以環(huán)境問題可減至最小，且材料損失又可控制的方式處理催化劑體系、反應(yīng)溶劑以及反應(yīng)副產(chǎn)物。
發(fā)明概述本發(fā)明提供生產(chǎn)純對苯二甲酸的方法和設(shè)備。一方面，該方法包括由p-二甲苯氧化生產(chǎn)粗對苯二甲酸。該氧化工序不僅產(chǎn)生對苯二甲酸，而且由副反應(yīng)產(chǎn)生p-甲苯甲酸和4-羧基苯甲醛(4-CBA)。氧化工序中產(chǎn)生的產(chǎn)物為含有未反應(yīng)原料、溶劑(如果使用)、副反應(yīng)產(chǎn)物，特別是剛剛提到的副反應(yīng)產(chǎn)物、以及試圖獲得的純對苯二甲酸中所不希望的其他物質(zhì)的液體分散體。實施本發(fā)明的氧化工序，使每通過一次p-二甲苯，應(yīng)當至少有約30％(重量)轉(zhuǎn)化為粗對苯二甲酸。
另根據(jù)本發(fā)明，氧化器排出的粗對苯二甲酸先與氧化器排出的其他物質(zhì)基本上分離，然后再溶入下文將討論的本發(fā)明的選擇性結(jié)晶溶劑和任選一種或一種以上助溶劑中。然后，再溶解的粗對苯二甲酸在一級，或優(yōu)選兩級結(jié)晶過程中從本發(fā)明的選擇性結(jié)晶溶劑和助溶劑中結(jié)晶出來。采取措施，從本發(fā)明溶劑中分離出結(jié)晶和逐漸純化的對苯二甲酸，最后得到的純對苯二甲酸濾餅用本發(fā)明的其他溶劑洗滌，最后干燥，以供貯存或用于其他工藝。
本發(fā)明還試圖包括在每級結(jié)晶和洗滌中回收和重復(fù)利用本發(fā)明溶劑的步驟，包括將一些回收物質(zhì)重復(fù)用于氧化器中。同時設(shè)法嚴密控制向環(huán)境排放任何有害物質(zhì)。
在一個重要方面，本發(fā)明的基礎(chǔ)是與溶劑相關(guān)的幾個發(fā)現(xiàn)，這些溶劑對由結(jié)晶和分離步驟完成粗對苯二甲酸的純化有效。這些發(fā)現(xiàn)可以幾種方式概括如下。
可用于實施本發(fā)明的選擇性結(jié)晶溶劑包括(a)在處理含有對苯二甲酸的溶劑所希望的基本上所有的溫度下，為純化而需要從對苯二甲酸中分離出去的雜質(zhì)比對苯二甲酸更能在其中溶解的溶劑，和(b)對苯二甲酸在高溫下較能溶解，而在低溫或降低的溫度下較不能溶解的溶劑。如上所述、如下文更為詳述、以及如圖2所示，可以理解，術(shù)語“選擇性結(jié)晶溶劑”意指可用于選擇性結(jié)晶對苯二甲酸的溶劑。
在這方面應(yīng)當提到的是，美國專利No.3,465,035提到某些有機溶劑(吡啶、二甲亞砜和二甲基甲酰胺等)已用于純化對苯二甲酸，但這些溶劑具有在空氣中不穩(wěn)定，且易于和對苯二甲酸形成副產(chǎn)物的缺點。該專利和其他幾篇專利還提出采用乙酸和水作為對苯二甲酸的純化溶劑。相反，本發(fā)明的選擇性結(jié)晶溶劑(a)無水，(b)無腐蝕性，和(c)基本上不與對苯二甲酸反應(yīng)，也不包括剛才介紹的那些原有做法。特別把水、乙酸(和其他烷基酸)和上述有機溶劑排除在本發(fā)明考慮的選擇性結(jié)晶溶劑之外。
根據(jù)本發(fā)明，最優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，這是由于下述幾種原因以及該溶劑的優(yōu)秀特性。
N-甲基吡咯烷酮(NMP)為實施本發(fā)明的最優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑。該溶劑無水、熱穩(wěn)定、無毒(對環(huán)境安全)、無腐蝕性、且可在市場上購得到。NMP為實施本發(fā)明的優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑，因為對苯二甲酸在該溶劑中的溶解度與溫度的關(guān)系曲線向右上方傾斜，這表示對苯二甲酸可在高溫下溶入其中，而在低溫下從其中沉淀或結(jié)晶出來。
雖然NMP為最優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑，但應(yīng)當理解，根據(jù)本發(fā)明，用于純化粗對苯二甲酸的其他優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑可選自各種極性有機溶劑，包括(但并非用來限制)N-烷基-2-吡咯烷酮(例如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(例如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(例如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、和N-羥烷基-2-吡咯烷酮(例如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)等、以及它們的混合物。本發(fā)明考慮的再其他的選擇性結(jié)晶溶劑包括(但并非用來限制)環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、砜類、嗎啉類(例如嗎啉和N-甲酰嗎啉)、卡必醇類、C1-C12醇類、醚類、胺類、酰胺類、和酯類等、以及它們的混合物。
特別在粗對苯二甲酸的純度低于約98％時，優(yōu)選理想的選擇性結(jié)晶溶劑與一種或一種以上助溶劑，優(yōu)選與兩種這種助溶劑配合用于多級結(jié)晶工藝。優(yōu)選洗滌溶劑，例如(但并非用來限制)p-二甲苯、丙酮、甲基乙基酮(MEK)或甲醇等，用于洗滌由氧化器排出的粗對苯二甲酸與其他物質(zhì)第一次分離得到的初始濾餅。此外，可采用低沸點置換溶劑，例如(但并非用來限制)甲醇、丙酮、MEK等。在優(yōu)選方法中，優(yōu)選甲醇與第二級結(jié)晶后產(chǎn)生的第三次濾液結(jié)合用作置換溶劑。理想的置換溶劑從所得濾餅中置換選擇性結(jié)晶溶劑，因此在干燥過程中基本上僅存在置換溶劑。可以理解，低沸點置換溶劑有助于濾餅的干燥。
如上所述，NMP為實施本發(fā)明的最優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑。該溶劑無水、熱穩(wěn)定、無毒(對環(huán)境安全)、無腐蝕性、且可在市場上購得到。NMP為實施本發(fā)明的優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑，因為對苯二甲酸在該溶劑連同其他溶劑中的溶解度與溫度的關(guān)系曲線向右上方傾斜，這表示對苯二甲酸可在高溫下溶入其中，而在低溫下從其中沉淀或結(jié)晶出來。但是，對苯二甲酸的溶解度與溫度的關(guān)系曲線的斜率比試圖從粗對苯二甲酸中分離出的其他物質(zhì)，例如苯甲酸、4-羧基苯甲醛(4-CBA)和p-甲苯甲酸，在NMP中的溶解度曲線緩和得多。因此，當含有或伴隨有未反應(yīng)原料、溶劑(若有的話)和如上所述副反應(yīng)產(chǎn)物、或其他不希望物質(zhì)的粗對苯二甲酸在高溫下溶入NMP中時，基本上所有物質(zhì)均被溶解或至少被高度分散。所以，當上述溶解有各種物質(zhì)的NMP溶液散熱并冷卻之后，純凈的對苯二甲酸優(yōu)先結(jié)晶出來，而可被認為是本場合雜質(zhì)的其他更能溶解的物質(zhì)則保留在NMP溶液中。因此，純對苯二甲酸與伴隨它的雜質(zhì)之間的分離是有效的。NMP可在回收塔中除雜，然后重復(fù)用于本工藝，而雜質(zhì)可重復(fù)用于氧化工序或作其他處理。
由上述可見，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供由粗對苯二甲酸生產(chǎn)純對苯二甲酸的方法，其中在高溫下將粗對苯二甲酸溶入理想的結(jié)晶溶劑中，形成溶液，然后在低溫下使純對苯二甲酸從該溶液中結(jié)晶出來。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供從粗對苯二甲酸的液體分散體中純化粗對苯二甲酸的方法和設(shè)備，該粗對苯二甲酸的液體分散體還含有未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望的物質(zhì)，其中經(jīng)過濾從上述分散體中過濾出粗對苯二甲酸，使它與其中所含的其他物質(zhì)部分分離，制成粗對苯二甲酸濾餅，然后在高溫下將該濾餅溶入理想的選擇性結(jié)晶溶劑中，形成溶液。通過降低該溶液的溫度使純對苯二甲酸從其中結(jié)晶出來，并在結(jié)晶之后與溶劑分離。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供從粗對苯二甲酸生產(chǎn)純對苯二甲酸的方法和設(shè)備，該方法包括在高溫下將粗對苯二甲酸溶入理想的選擇性結(jié)晶溶劑中，形成第一種溶液。在低溫下使第一級純化對苯二甲酸從第一種溶液中結(jié)晶出來。第一級純化對苯二甲酸與含其他雜質(zhì)的溶液分離，然后在高溫下再溶入理想的選擇性結(jié)晶溶劑中，形成第二種溶液。第二種溶液在低溫下結(jié)晶，產(chǎn)生第二級純化對苯二甲酸，然后將第二級純化對苯二甲酸與第二種溶液分離。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，粗對苯二甲酸由對二甲苯與氧在氧化反應(yīng)器中接觸合成。粗對苯二甲酸從氧化器中排出，并與反應(yīng)副產(chǎn)物以及未反應(yīng)原料大體上分離。然后，在高溫下將分離出的粗對苯二甲酸溶入理想的選擇性結(jié)晶溶劑中，再于低溫下作為純對苯二甲酸從其中結(jié)晶出來?？蛇M行一級以上的高溫下在理想的選擇性結(jié)晶溶劑中溶解和隨后于低溫下結(jié)晶，并伴隨分離和洗滌結(jié)晶的純對苯二甲酸。
由上述可見，本發(fā)明的目的是，提供以經(jīng)濟上具有吸引力的速度和只需較低基本投資及簡易工藝的不苛刻的實施條件來制備用于生產(chǎn)聚酯樹脂和其他產(chǎn)品所需純度的純對苯二甲酸的改進的方法和設(shè)備。實現(xiàn)本發(fā)明種種目的的方法可通過研究下列本發(fā)明詳述和附圖來了解。
附圖簡述通過參考以下詳述，同時結(jié)合本發(fā)明附圖，可以更完全地理解本發(fā)明的方法和設(shè)備。


圖1A和圖1B為可實施本發(fā)明方法的設(shè)備的流程簡圖，其中圖1A為進行第一級結(jié)晶工序的設(shè)備部分，圖1B為進行第二級結(jié)晶工序的設(shè)備部分；和圖2為對苯二甲酸和通常伴隨粗對苯二甲酸的雜質(zhì)或副反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度與溫度的關(guān)系曲線。
實施方案詳述I.方法描述本發(fā)明涉及開發(fā)新型PTA生產(chǎn)技術(shù)。與目前廣泛采用的PTA技術(shù)相比，本技術(shù)提供相當?shù)偷男翽TA廠建廠基本投資，以及較低的工廠運轉(zhuǎn)費用。本技術(shù)還為副產(chǎn)PTA的通用DMT工廠提供措施，以強化這類工廠對新型PTA廠的競爭性。方法概述本方法的成功基于開發(fā)低壓、低溫、無水和高選擇性的結(jié)晶技術(shù)。該結(jié)晶技術(shù)可純化純度低至從約70％(氧化器排出)的粗對苯二甲酸(TA)至第一級結(jié)晶器中的純度約98+％，和第二級結(jié)晶器中的純度為約9.99+％。該方法允許TA氧化器運轉(zhuǎn)的嚴格程度比廣泛采用的原有技術(shù)大為降低。無論乙酸(作為溶劑/稀釋劑)還是溴-催化引發(fā)劑，在本發(fā)明氧化器中均不需要。用于結(jié)晶工序的選擇性結(jié)晶溶劑無水、熱穩(wěn)定、無毒(對環(huán)境安全)、無腐蝕性、且可在市場上購得到。
當采用NMP作為選擇性結(jié)晶溶劑，用圖1A和圖1B所示設(shè)備實施本發(fā)明的方法時，本發(fā)明表明，第一次結(jié)晶工序后TPA純度高達99.9+％(重量)，第二次結(jié)晶工序后TPA純度高達99.99+％(重量)。表1特別說明從粗TPA[89.98％(重量)TPA]經(jīng)第一次結(jié)晶工序后回收純度為99.95％(重量)的TPA，第二次結(jié)晶工序后回收度純度為99.997％(重量)的TPA。
表1第一次結(jié)晶第二次結(jié)晶(a)TPA重量 56.34克 31.81克(b)結(jié)晶溶劑重量 400.02克 248.38克(c)飽和溫度 60℃(d)結(jié)晶溫度 15℃(一小時)(1)粗TPA產(chǎn)物組成苯甲酸 p-甲苯甲酸4-CBA TPA 其余部分0.39％(重量) 4.49％(重量) 2.49％(重量) 89.89％(重量) 2.74％(重量)(2)第一次結(jié)晶產(chǎn)物35ppm 143ppm359ppm 99.95％(重量) 未檢測出(3)第二次結(jié)晶產(chǎn)物＜20ppm＜20ppm ＜10ppm99.997+％(重量)
表2說明通過提高飽和溫度和結(jié)晶溫度，從粗TPA[89.98％(重量)TPA]經(jīng)第一次結(jié)晶工序后回收純度為99.90％(重量)的TPA，第二次結(jié)晶工序后回收度純度為99.9933％(重量)的TPA。表2第一次結(jié)晶 第二次結(jié)晶(a)TPA重量 138.08克 70.15克(b)結(jié)晶溶劑重量 685.30克 247.46克(c)飽和溫度 110℃ 105℃(d)結(jié)晶溫度 40℃ 40℃(1)粗TPA產(chǎn)物組成苯甲酸 p-甲苯甲酸4-CBA TPA 其余部分0.39％(重量) 4.49％(重量) 2.49％(重量) 89.89％(重量) 2.74％(重量)(2)第一次結(jié)晶產(chǎn)物[回收56.5％(重量)]苯甲酸 p-甲苯甲酸4-CBA TPA 其余部分28ppm 367ppm390ppm99.90％(重量)229ppm(3)第二次結(jié)晶產(chǎn)物[回收47.5％(重量)]＜10ppm＜19ppm 25ppm 99.9933％(重量) 13ppm
表3說明從粗TPA[98.99％(重量)TPA]回收純度為99.9960％(重量)的TPA(單級結(jié)晶工序)。此外，苯甲酸、p-甲苯甲酸、4-CBA、MMT、以及其他雜質(zhì)各低于10ppm。表3(a)TPA重量152.67克(b)結(jié)晶溶劑重量 786.19克(c)飽和溫度 100℃(d)結(jié)晶溫度40℃(1)粗TPA產(chǎn)物組組成苯甲酸p-甲苯甲酸 4-CBA TPA MMT其余部分＜10ppm ＜10ppm 18ppm 98.99％(重量) 303ppm 0.98％(重量)(2)結(jié)晶產(chǎn)物[回收50.2％(重量)]＜10ppm ＜10ppm ＜10ppm ＞99.9960％(重量) ＜10ppm ＜10ppm表4說明在大規(guī)?；A(chǔ)上從粗TPA[83.91％(重量)TPA]回收純度為99.63％(重量)的TPA(單級結(jié)晶工序)。表4(a)TPA重量 1760克(b)結(jié)晶溶劑重量 6162克(c)飽和溫度 160(d)結(jié)晶溫度 50℃(1)粗TPA輸入產(chǎn)物組成苯甲酸p-甲苯甲酸 4-CBA TPA 其余部分1.03％(重量) 4.79％(重量) 5.03％(重量) 83.91％(重量) 5.24％(重量)(2)結(jié)晶產(chǎn)物[回收24.3％(重量)]38ppm 852ppm0.23％(重量) 99.63％(重量) 500ppm表5說明在大規(guī)?；A(chǔ)上從粗TPA[79.79％(重量)TPA]回收純度為99.92％(重量)的TPA(單級結(jié)晶工序)。表5(a)TPA重量 1700克(b)結(jié)晶溶劑重量 5928克(c)飽和溫度 160℃(d)結(jié)晶溫度 45℃(1)粗TPA輸入產(chǎn)物組成苯甲酸p-甲苯甲酸4-CBA TPA其余部分1.59％(重量) 5.19％(重量) 7.61％(重量) 79.79％(重量) 5.81％(重量)(2)結(jié)晶產(chǎn)物[回收31.5％(重量)]10ppm 203ppm446ppm99.92％(重量) 184ppm表6說明在190℃的較高飽和溫度下，在大規(guī)?；A(chǔ)上從粗TPA[83.90％(重量)TPA]回收純度為99.15％(重量)的TPA(單級結(jié)晶工序)。表6(a)TPA重量 1965克(b)結(jié)晶溶劑重量 5684克(c)飽和溫度 190(d)結(jié)晶溫度 40℃(1)粗TPA輸入產(chǎn)物組成苯甲酸p-甲苯甲酸4-CBATPA 其余部分1.23％(重量) 5.25％(重量) 6.34％(重量) 83.90％(重量) 3.28％(重量)(2)結(jié)晶產(chǎn)物[回收48.9％(重量)]------ 0.14％(重量) 0.61％(重量) 99.15％(重量) 0.1％(重量)表7說明在大規(guī)?；A(chǔ)上從粗TPA[98.50％(重量)TPA]回收純度為99.9915％(重量)的TPA。過飽和結(jié)晶混合物導(dǎo)致形成的TPA結(jié)晶明顯大于由上文簡述方法所得TPA結(jié)晶。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，TPA結(jié)晶的粒徑對于該結(jié)晶與溶劑及雜質(zhì)的分離是重要的因素。表7(a)TPA重量 2333克(b)結(jié)晶溶劑重量5698克(c)飽和溫度160℃(d)結(jié)晶溫度45℃(1)粗TPA輸入產(chǎn)物組成苯甲酸p-甲苯甲酸4-CBA TPA 其余部分198ppm0.15％(重量) 1.23％(重量) 98.50％(重量) 989ppm(2)結(jié)晶產(chǎn)物[回收69.7％(重量)]＜10ppm 26ppm 38ppm 99.9915％(重量) 11ppm根據(jù)本發(fā)明，如在圖1A和圖2B工藝流程圖中可見，本方法的優(yōu)選實施方案分為五部分(1)氧化部分在該部分，p-二甲苯按以下主要反應(yīng)氧化(a)p-二甲苯+氧------>對苯二甲酸(b)p-二甲苯+氧------>p-甲苯甲酸(c)p-二甲苯+氧------>4-羧基苯甲醛(4-CBA)在氧化器中的保留時間為約五小時。由于氧化器排出物將含有高達約30％的TA，為保持產(chǎn)率和選擇性，以及為防止堵塞和淤塞，在氧化器中的混合非常重要。原料流的初始混合可在固定混合器(在氧化器外)中完成。進一步的混合可通過空氣分布器和外部循環(huán)來提供。取決于過濾器(下面討論)中p-二甲苯洗滌工序的徹底性，固體中對苯二甲酸(TA)的含量可在約55％-約90+％之間變化。
(2)結(jié)晶部分(A)第一級結(jié)晶過濾后，氧化器排出物中的固體與來自第二級結(jié)晶器的母液和溶劑洗滌液以及添加的結(jié)晶溶劑混合?；旌蠞{液在漿液罐中在預(yù)定溫度，優(yōu)選在約140℃-約190℃下溶解。將飽和溶液輸入接受罐，蒸除p-二甲苯。然后將飽和溶液輸入第一級間歇式結(jié)晶器，回收純化的TA。結(jié)晶工序之后，將結(jié)晶器中的混合物注入產(chǎn)品接受罐，并連續(xù)泵入過濾器(或離心機)中，以收集準備在第二級結(jié)晶器中重結(jié)晶的固體，供進一步純化。
(B)第二級結(jié)晶從第一級結(jié)晶器和過濾器產(chǎn)生的固體在物料溶解罐中在預(yù)定溫度，例如在約140℃-約190℃下用結(jié)晶溶劑再溶解，供輸入第二級結(jié)晶器。將飽和溶液泵入第二級結(jié)晶器，供結(jié)晶生長和回收。然后，將結(jié)晶器中的混合物注入接收罐，供進行最后的過濾工序和干燥工序。在過濾工序中，先用結(jié)晶溶劑洗滌固體(濾餅)，置換出殘存于濾餅中的母液。然后用低沸點溶劑洗滌固體，置換出濾餅中的結(jié)晶溶劑。將濕濾餅送入干燥器中，從PTA產(chǎn)物中除去最后的液體。
(3)母液/溶劑回收部分將第一級結(jié)晶器和過濾器產(chǎn)生的母液輸入溶劑回收塔，從塔頂回收結(jié)晶溶劑。雜質(zhì)，例如(但并非用來限制)p-甲苯甲酸、苯甲酸和4-羧基苯甲醛(4-CBA)等，從塔底回收。為確保塔底漿液可返回氧化器，優(yōu)選在再沸騰器中加入高沸點稀釋劑。II.方法詳述和實施例在苯二甲酸二甲酯(DMT)或苯甲酸-水溶劑體系中的催化劑組分溶液的存在下，由空氣氧化p-二甲苯生產(chǎn)和回收65公斤/小時對苯二甲酸(TA)，將就此說明圖1A和圖1B工藝流程圖。氧化器溫度優(yōu)選為約150℃-約250℃，壓力為約5-約10kg/cm2。由于氧化器排出物將含有高達30％的TA，為保持產(chǎn)率和選擇性，以及為防止堵塞和淤塞，在氧化器中的混合非常重要。原料流的初始混合可在固定混合器(在氧化器外)中完成。進一步的混合可通過空氣分布器和外部循環(huán)來提供。在優(yōu)選型方法中，將約0.001-0.05公斤/小時乙酸錳和約0.003-0.010公斤/小時乙酸鈷以水溶液的形式加入氧化器中，以催化氧化反應(yīng)。
氧化器流出物(483.7公斤/小時)在約160℃下經(jīng)管道1輸入過濾器F-1，分離固體和母液(濾液)。在過濾器F-1中，用加熱器E-1從30加熱到100-150℃的p-二甲苯(250.0公斤/小時)洗滌固體濾餅。從過濾器F-1流出的母液(281.4公斤/小時)經(jīng)管道3輸入罐T-1。從過濾器F-1流出的濾餅洗滌液(306.9公斤/小時)從該過濾器經(jīng)管道4單獨移入罐T-2。
洗滌后的濾餅從過濾器F-1經(jīng)管道8注入漿液罐T-3，與下列液流混合液流19來自過濾器F-3的67.9公斤/小時NMP(選擇性結(jié)晶溶劑)洗滌液(由加熱器E-5從45加熱至100-150℃)液流9來自罐T-17的329.3公斤/小時母液(由加熱器E-2從50加熱至100-150℃)液流37來自罐T-19的43.5公斤/小時NMP(由加熱器E-4從45加熱至100-150℃)然后，上述罐T-3的混合物(586.1公斤/小時)從罐底經(jīng)管道10輸入溶解罐T-4。罐T-4中的混合物由罐內(nèi)的熱油加熱盤管從100-150℃間接加熱至140-190℃。該混合物中約75％的p-二甲苯(32.8公斤/小時)和100％的噴霧氮(10公斤/小時)從溶解罐中蒸發(fā)，經(jīng)管道11排出。噴霧氮經(jīng)管道47通入罐T-4中，以加速去除p-二甲苯。氣流11和13混合成氣流5(51.6公斤/小時)，經(jīng)冷卻器E-3冷凝，送入PX儲罐T-5。溶解罐T-4底部流出物分批輸入粗結(jié)晶器S-1。
粗結(jié)晶器S-1中分批輸入的混合物通過外冷卻器E-6從140-190℃冷卻至10-20℃，形成TA結(jié)晶生長所需過飽和溶液。晶種可能對提高結(jié)晶的粒徑分布和固體的回收有幫助。在分批結(jié)晶循環(huán)結(jié)束時，漿液注入罐T-6，并以544.6公斤/小時的速度經(jīng)管道15連續(xù)輸入過濾器F-2。
在過濾器F-2中，采用42.7公斤/小時NMP(從管道38)洗滌濾餅。母液和NMP洗滌液混合成即將進入NMP回收塔D-1的液流16(432.6公斤/小時)。洗滌后的濾餅(154.7公斤/小時)注入溶解罐T-8，在其中與241.3公斤/小時NMP混合，形成純化結(jié)晶器S-2的過飽和進料。NMP由加熱器E-7從45℃加熱至140-190℃，然后經(jīng)管道18輸入罐T-8。
罐T-8中的混合物分批輸入純化結(jié)晶器S-2，其中溫度由140-190℃降至30-60℃，以促使TA結(jié)晶生長。結(jié)晶器中的混合物通過外冷卻器E-8循環(huán)提供制冷。此外，晶種可能對提高結(jié)晶的粒徑分布和結(jié)晶的回收有幫助。在分批結(jié)晶循環(huán)結(jié)束時，漿液從結(jié)晶器S-2注入罐T-10(過濾器F-3的進料罐)。
漿液以395.9公斤/小時的速度經(jīng)管道22連續(xù)輸入過濾器F-3。過濾器排出的母液(301.8公斤/小時)經(jīng)管道23輸入罐T-17。濾餅最初在45℃下用NMP洗滌，從其中置換出殘存母液，然后用低沸點置換溶劑，例如用甲醇洗滌濾餅，從其中置換出NMP。NMP洗滌液從T-19經(jīng)管道24加入F-3，而置換溶劑從T-18經(jīng)管道25加入F-3(二者流速均為64公斤/小時)。NMP洗滌液(67.9公斤/小時)經(jīng)管道19送入罐T-3(F-1的漿液罐)，而置換溶劑(64.1公斤/小時)經(jīng)管道26輸入罐T-13。
洗滌后的濾餅(90.2公斤/小時)從過濾器F-3經(jīng)管道27注入產(chǎn)品干燥器DR-1，其中通過加熱和用逆流熱氮氣流清洗除去濾餅中的置換溶劑。干燥后的PTA產(chǎn)品(65.2公斤/小時)經(jīng)管道28從干燥器中排出，儲存在產(chǎn)品庫中。
置換溶劑被產(chǎn)品干燥器DR-1中的氮(76.4公斤/小時)飽和，從干燥器經(jīng)管道29流入冷凝器T-15，其中氣體混合物經(jīng)冷卻器E-12循環(huán)冷卻至25-45℃。冷凝的置換溶劑(21.2公斤/小時)輸入置換溶劑罐T-18，而未冷凝的氣體(55.2公斤/小時)從T-15經(jīng)管道30排入排放罐T-16。約2.4公斤/小時NMP經(jīng)管道39進入排放罐T-16，將置換溶劑凝聚在液流30(3.8公斤/小時)中。凝聚的置換溶劑加上NMP(6.1公斤/小時)經(jīng)管道33輸入罐T-13。用鼓風(fēng)機將T-16排出的氮(51.4公斤/小時)經(jīng)管道32和加熱器E-11(將氣流從25℃加熱至80-120℃)送回干燥器。
罐T-13底部流出物(70.2公斤/小時-NMP與置換溶劑的混合物)經(jīng)管道34和加熱器E-9(將液流從25℃加熱至80-120℃)輸入置換溶劑蒸發(fā)器T-14。從T-14頂部排出的置換溶劑蒸氣(42.7公斤/小時)經(jīng)冷凝器E-10冷凝，然后經(jīng)管道35送入置換溶劑罐T-18。T-14底部流出物(27.5公斤/小時)一分為二液流39(2.4公斤/小時)進入排放罐T-16；液流40(25.1公斤/小時)進入過濾器F-3的母液罐T-17。
從過濾器F-2排出的母液和NMP洗滌液經(jīng)管道16輸入罐T-7，然后進入NMP回收塔D-1。該液流(432.6公斤/小時)在進入塔D-1之前由加熱器E-13從15-25℃加熱至130-170℃。頂部餾出蒸氣(433.3公斤/小時)經(jīng)冷凝器E-15冷凝，然后經(jīng)管道41送入冷凝物儲罐T-20。在160-220℃下，一部分冷凝物(39.4公斤/小時)作為回流液經(jīng)管道42返回塔中。塔D-1頂部餾出產(chǎn)物的其余部分(393.9公斤/小時)經(jīng)管道43送入NMP檢驗罐T-21?；厥盏腘MP從罐T-21泵入NMP儲罐T-19。
為保證塔D-1再沸騰器中的漿液可返回氧化器，將20-60公斤/小時的高沸點稀釋劑，例如苯甲酸或DMT，經(jīng)管道45加入再沸騰器中。漿液和高沸點稀釋劑(78.8公斤/小時)從塔D-1底部排出，經(jīng)管道49返回氧化器。
雖然已在附圖中說明，并在以上詳述中描述了本發(fā)明方法和設(shè)備的優(yōu)選實施方案，但是可以理解，本發(fā)明并不局限于已公開的實施方案，在不違背如上所述以及由下面權(quán)利要求所述的本發(fā)明精神的情況下，本發(fā)明能夠進行多次調(diào)整、改進和變更。
權(quán)利要求
1.一種從粗對苯二甲酸的液體分散體中純化粗對苯二甲酸的方法，該粗對苯二甲酸的液體分散體還含有選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)，該方法包括過濾所述分散體，形成粗對苯二甲酸濾餅；在約140℃-約190℃的高溫下將濾餅溶入選擇性結(jié)晶溶劑，形成溶液；通過降低結(jié)晶溶劑溶液的溫度從該溶液中結(jié)晶純對苯二甲酸；和從溶液中分離出結(jié)晶的純對苯二甲酸。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述分散體含有4-羧基苯甲醛(4-CBA)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中將所述溶液的溫度降低到約5℃-約50℃。
4.權(quán)利要求3的方法，其中將所述溶液的溫度降低到約10℃-約20℃。
5.權(quán)利要求1的方法，其中通過在高溫下將結(jié)晶的純對苯二甲酸再溶入選擇性結(jié)晶溶劑以形成再溶解溶液，來重復(fù)從選擇性結(jié)晶溶劑的溶液中結(jié)晶純對苯二甲酸，和通過降低選擇性結(jié)晶溶劑的再溶解溶液的溫度從該溶液中結(jié)晶純對苯二甲酸。6.權(quán)利要求1的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮。7.權(quán)利要求1的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N-烷基-2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮、N-巰基乙基-2-吡咯烷酮、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮、N-甲基-2-硫代吡咯烷酮、N-羥烷基-2-吡咯烷酮和N-羥乙基-2-吡咯烷酮。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、砜類、嗎啉、N-甲酰嗎啉、卡必醇類、C1-C12醇類、乙腈、己二腈、丁腈、醚類、胺類、酰胺類、和酯類。
9.權(quán)利要求1的方法，該方法還包括用選自P-二甲苯、丙酮、甲基乙基酮和甲醇的洗滌溶劑洗滌濾餅的工序。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述洗滌溶劑為P-二甲苯。
11.權(quán)利要求1的方法，該方法還包括在結(jié)晶工序之后用選自甲醇、甲基乙基酮和丙酮的置換溶劑置換選擇性結(jié)晶溶劑的工序。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述置換溶劑為甲醇。
13.一種從粗對苯二甲酸生產(chǎn)純對苯二甲酸的方法，該方法包括在約140℃-約190℃的高溫下將粗對苯二甲酸溶入選擇性結(jié)晶溶劑以形成溶液；和在低溫下從該溶液中結(jié)晶純對苯二甲酸。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
15.權(quán)利要求13的方法，該方法還包括從所述溶液中分離純對苯二甲酸的工序。
16.權(quán)利要求15的方法，其中分離工序的實施包括從溶液中過濾或離心純對苯二甲酸，該純對苯二甲酸用選擇性結(jié)晶溶劑洗滌，再用置換溶劑洗滌，然后干燥。
17.權(quán)利要求13的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N-烷基-2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮、N-巰基乙基-2-吡咯烷酮、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮、N-甲基-2-硫代吡咯烷酮、N-羥烷基-2-吡咯烷酮和N-羥乙基-2-吡咯烷酮。
18.權(quán)利要求13的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、砜類，嗎啉、N-甲酰嗎啉、卡必醇類、C1-C12醇類、乙腈、己二腈、丁腈、醚類、胺類、酰胺類、和酯類。
19.權(quán)利要求13的方法，其中粗對苯二甲酸用選自P-二甲苯、甲醇、丙酮和甲基乙基酮的洗滌溶劑洗滌。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述洗滌溶劑為P-二甲苯。
21.權(quán)利要求13的方法，該方法包括在結(jié)晶工序之后用選自甲醇、甲基乙基酮和丙酮的置換溶劑置換選擇性結(jié)晶溶劑的工序。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述置換溶劑為甲醇。
23.一種從粗對苯二甲酸生產(chǎn)純對苯二甲酸的方法，該方法包括在約140℃-約190℃的高溫下將粗對苯二甲酸溶入選擇性結(jié)晶溶劑以形成第一種溶液；在低溫下從第一種溶液中結(jié)晶第一級純化對苯二甲酸；從上述溶液中分離出結(jié)晶的第一級純化對苯二甲酸；在高溫下將分離出的第一級純化對苯二甲酸再溶入選擇性結(jié)晶溶劑以形成第二種溶液；在低溫下從第二種溶液中結(jié)晶第二級純化對苯二甲酸；和從第二種溶液中分離出結(jié)晶的第二級純化對苯二甲酸。
24.權(quán)利要求23的方法，其中分離工序的實施包括從溶液中過濾或離心純對苯二甲酸，該純對苯二甲酸用選擇性結(jié)晶溶劑洗滌，再用置換溶劑洗滌，然后干燥。
25.權(quán)利要求23的方法，其中所述結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
26.權(quán)利要求23的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N-烷基-2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮、N-巰基乙基-2-吡咯烷酮、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮、N-甲基-2-硫代吡咯烷酮、N-羥烷基-2-吡咯烷酮和N-羥乙基-2-吡咯烷酮。
27.權(quán)利要求23的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、砜類、嗎啉、N-甲酰嗎啉、卡必醇類、C1-C12醇類、乙腈、己二腈、丁腈、醚類、胺類、酰胺類、和酯類。
28.權(quán)利要求23的方法，其中粗對苯二甲酸用選自P-二甲苯、甲醇、丙酮和甲基乙基酮的洗滌溶劑洗滌。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述洗滌溶劑為P-二甲苯。
30.權(quán)利要求23的方法，該方法包括在第二級結(jié)晶工序之后用選自甲醇、甲基乙基酮和丙酮的置換溶劑置換選擇性結(jié)晶溶劑的工序。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述置換溶劑為甲醇。
32.一種從粗對苯二甲酸的液體分散體中純化粗對苯二甲酸的方法，該粗對苯二甲酸的液體分散體還含有選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)，該方法包括工序在約140℃-約190℃下將粗對苯二甲酸溶入N-甲基吡咯烷酮以形成第一種溶液；在約5℃-約50℃下從第一種溶液中結(jié)晶溶解的粗對苯二甲酸以形成第一級純化對苯二甲酸；通過過濾從第一種溶液中分離出第一級純化對苯二甲酸以形成第一級純化對苯二甲酸濾餅；用N-甲基吡咯烷酮洗滌分離出的第一級純化對苯二甲酸濾餅；在約140℃-約190℃下將第一級純化對苯二甲酸濾餅再溶入NMP以形成第二種溶液；在約5℃-約50℃下從第二種溶液中結(jié)晶再溶解的第一級純化對苯二甲酸以形成第二級純化對苯二甲酸；通過過濾從第二種溶液中分離出第二級純化對苯二甲酸以形成第二級純化對苯二甲酸濾餅；用N-甲基吡咯烷酮洗滌第二級純化對苯二甲酸濾餅；用甲醇洗滌經(jīng)N-甲基吡咯烷酮洗滌的濾餅；和干燥第二級純化對苯二甲酸濾餅，得到第二級純化對苯二甲酸。
33.一種制備純對苯二甲酸的方法，該方法包括工序P-二甲苯與氧接觸，形成粗對苯二甲酸分散體形式的粗對苯二甲酸，該分散體還含有選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)；在約140℃-約190℃下將粗對苯二甲酸溶入N-甲基吡咯烷酮，形成第一種溶液；在約5℃-約50℃下從第一種溶液中結(jié)晶溶解的粗對苯二甲酸，形成第一級純化對苯二甲酸；通過過濾從第一種溶液中分離出第一級純化對苯二甲酸，形成第一級純化對苯二甲酸濾餅；用N-甲基吡咯烷酮洗滌分離出的第一級純化對苯二甲酸濾餅；在約140℃-約190℃下將第一級純化對苯二甲酸濾餅再溶入N-甲基吡咯烷酮，形成第二種溶液；在約5℃-約50℃下從第二種溶液中結(jié)晶再溶解的第一級純化對苯二甲酸，形成第二級純化對苯二甲酸；通過過濾從第二種溶液中分離出第二級純化對苯二甲酸，形成第二級純化對苯二甲酸濾餅；用N-甲基吡咯烷酮洗滌第二級純化對苯二甲酸濾餅；用甲醇洗滌經(jīng)N-甲基吡咯烷酮洗滌的濾餅；和干燥第二級純化對苯二甲酸濾餅，得到第二級純化對苯二甲酸。
34.一種從粗對苯二甲酸的液體分散體中純化粗對苯二甲酸的設(shè)備，該粗對苯二甲酸的液體分散體還含有選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)，該設(shè)備包括過濾所述分散體，形成粗對苯二甲酸濾餅的裝置；在約140℃-約190℃的高溫下將濾餅溶入選擇性結(jié)晶溶劑，形成溶液的裝置；通過降低結(jié)晶溶劑溶液的溫度從該溶液中結(jié)晶純對苯二甲酸的裝置；和從溶液中分離出結(jié)晶的純對苯二甲酸的裝置。
35.一種從粗對苯二甲酸生產(chǎn)純對苯二甲酸的設(shè)備，該設(shè)備包括在約140℃-約190℃的高溫下將粗對苯二甲酸溶入選擇性結(jié)晶溶劑形成第一種溶液的裝置；在低溫下從第一種溶液中結(jié)晶第一級純化對苯二甲酸的裝置；從上述溶液中分離出結(jié)晶的第一級純化對苯二甲酸的裝置；在高溫下將分離出的第一級純化對苯二甲酸再溶入選擇性結(jié)晶溶劑形成第二種溶液的裝置；在低溫下從第二種溶液中結(jié)晶第二級純化對苯二甲酸的裝置；和從第二種溶液中分離出結(jié)晶的第二級純化對苯二甲酸的裝置。
36.一種從粗對苯二甲酸的液體分散體中純化粗對苯二甲酸的設(shè)備，該粗對苯二甲酸的液體分散體還含有選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)，該設(shè)備包括在約140℃-約190℃下將粗對苯二甲酸溶入NMP形成第一種溶液的裝置；在約5℃-約50℃下從第一種溶液中結(jié)晶溶解的粗對苯二甲酸形成第一級純化對苯二甲酸的裝置；通過過濾從第一種溶液中分離出第一級純化對苯二甲酸形成第一級純化對苯二甲酸濾餅的裝置；用N-甲基吡咯烷酮洗滌分離出的第一級純化對苯二甲酸濾餅的裝置；在約140℃-約190℃下將第一級純化對苯二甲酸濾餅再溶入NMP形成第二種溶液的裝置；在約5℃-約50℃下從第二種溶液中結(jié)晶再溶解的第一級純化對苯二甲酸形成第二級純化對苯二甲酸的裝置；通過過濾從第二種溶液中分離出第二級純化對苯二甲酸形成第二級純化對苯二甲酸濾餅的裝置；用N-甲基吡咯烷酮洗滌第二級純化對苯二甲酸濾餅的裝置；用甲醇洗滌經(jīng)N-甲基吡咯烷酮洗滌的濾餅的裝置；和干燥第二級純化對苯二甲酸濾餅得到第二級純化對苯二甲酸的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供從粗對苯二甲酸的液體分散體中純化粗對苯二酸的方法和設(shè)備,該粗對苯二酸的液體分散體還含有選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)。該方法包括過濾上述分散體,形成粗對苯二酸濾餅(F－1),高溫下將該濾餅溶入選擇性結(jié)晶溶劑,形成溶液(T－3,T－4),通過降低結(jié)晶溶劑溶液的溫度從該溶液中結(jié)晶純對苯二酸(S－1),和從溶液中分離出結(jié)晶的純對苯二酸(F－2)等步驟。根據(jù)本發(fā)明,上述選擇性結(jié)晶溶劑無水,無腐蝕性,基本上不與對苯二酸反應(yīng)。優(yōu)選該選擇性結(jié)晶溶劑為N－甲基吡咯烷酮。該方法和設(shè)備以經(jīng)濟上具有吸引力的速度和只需較低基本投資及簡易工藝的不苛刻的實施條件來制備用于生產(chǎn)聚酯樹脂和其他產(chǎn)品所需純度的純對苯二酸。
文檔編號C07C51/43GK1192198SQ96195921
公開日1998年9月2日 申請日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者李福民, 尚衛(wèi)德 申請人:Hfm國際公司