способ получения очищенной терефталевой и изофталевой кислоты из смеси ксилолов

Формула изобретения

1. Способ очистки сырой терефталевой кислоты (ТФК) из жидкой дисперсии, содержащей терефталевую и изофталевую кислоты, получаемой в результате окисления смеси ксилолов, включающий (a) растворение сырой терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно 50 - 250^oС для получения раствора, (b) кристаллизацию очищенной кислоты из указанного раствора путем снижения его температуры и/или давления, (c) отделение указанной кристаллизованной очищенной терефталевой кислоты от указанного раствора, (d) повторное растворение указанной отделенной очищенной терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе для получения второго раствора, (e) кристаллизацию очищенной терефталевой кислоты со второй стадии из указанного второго раствора путем снижения температуры и давления, достаточных для быстрого выпаривания растворителя из указанной терефталевой кислоты указанного второго раствора, не охлаждая указанный раствор ниже 50^oС, (f) отделение указанной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии от указанного второго раствора, (g) промывание указанной отделенной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой, (h) пропитку указанной промытой отделенной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой при температуре приблизительно 150 - 300^oС, (i) фильтрацию и сушку указанной смоченной водой, очищенной терефталевой кислоты со второй стадии, (j) добавление антирастворителя к указанному отфильтрованному раствору в (с) для осаждения, по существу, всей терефталевой кислоты и (k) отделение указанной осажденной терефталевой кислоты из указанного раствора на стадии (j) и соединение указанной осажденной терефталевой кислоты с указанной исходной сырой терефталевой кислотой для обработки на стадии (а), (l) выпаривание растворителей из указанного отфильтрованного раствора, не содержащего терефталевой кислоты, на стадии (k) для кристаллизации изофталевой кислоты при температуре приблизительно 5 - 100^oС, (m) отделение указанной кристаллизованной сырой изофталевой кислоты от указанного раствора на стадии (1),(n) повторное растворение сырой изофталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно 50 - 250^oС для получения второго раствора, (о) кристаллизацию очищенной изофталевой кислоты из указанного второго раствора на стадии (n) путем снижения температуры и давления, достаточных для быстрого выпаривания растворителя из указанной изофталевой кислоты указанного второго раствора, не охлаждая указанный раствор ниже приблизительно 50^oС, и (р) отделение и сушку указанной очищенной изофталевой кислоты со второй стадии указанного второго раствора.

2. Способ по п.1, в котором указанная дисперсия содержит до 20% изофталевой кислоты (IPA), небольшие количества 4-карбоксиальдегида, 3-карбоксиальдегида и примеси, выбранные из непрореагировавших исходных материалов, растворителей, продуктов побочных реакций и/или других нежелательных материалов.

3. Способ по п.1, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из N-метилпирролидона (NMP), N,N-диметилацетамида, N,N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона, N-меркаптоалкил-2-пирролидона, N-алкил-2-тиопирролидона, N-оксиалкил-2-пирролидона, морфолинов, карбитолов, C₁-C₁₂ спиртов, простых эфиров, аминов, амидов и сложных эфиров, а также их смесей.

4. Способ по п. 3, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты представляет собой N-метилпирролидон или N,N-диметилацетамид.

5. Способ по п.4, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты представляет собой N-метилпирролидон.

6. Способ по п. 1, в котором указанный антирастворитель для осаждения терефталевой кислоты из раствора терефталевой и изофталевой кислот выбирают из группы, состоящей из метанола, воды, метилэтилкетона, ацетона, C₁-C₁₂ спиртов, карбитолов, сложных эфиров, простых эфиров, C₁-C₁₂ карбоновых кислот, а также их смесей.

7. Способ по п. 6, в котором указанный антирастворитель для осаждения терефталевой кислоты из раствора терефталевой и изофталевой кислот представляет собой метанол или воду.

8. Способ по п.7, в котором указанный антирастворитель для осаждения терефталевой кислоты из раствора терефталевой и изофталевой кислот представляет собой метанол.

9. Способ по п.1, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для повторной кристаллизации изофталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из метанола, воды, метилэтилкетона, ацетона, C₁-C₁₂ спиртов, карбитолов, сложных эфиров, простых эфиров, C₁-C₁₂ карбоновых кислот, а также их смесей.

10. Способ по п.9, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для повторной кристаллизации очищенной изофталевой кислоты представляет собой метанол или воду.

11. Способ по п. 1, в котором указанный антирастворитель содержится в отношении антирастворитель/раствор 0,1 - 10,0 для осаждения терефталевой кислоты.

12. Способ по п. 11, в котором указанное отношение антирастворитель/раствор предпочтительно составляет 0,5 - 3.

13. Способ очистки сырой терефталевой кислоты (ТФК) из жидкой дисперсии, содержащей терефталевую и изофталевую кислоты, получаемой в результате окисления смеси ксилолов, включающий: (a) растворение сырой терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно 50 - 250^oС для получения раствора, (b) кристаллизацию очищенной кислоты из указанного раствора путем снижения его температуры и/или давления, (c) отделение указанной кристаллизованной очищенной терефталевой кислоты от указанного раствора, (d) повторное растворение указанной отделенной очищенной терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе для получения второго раствора, (e) кристаллизацию очищенной терефталевой кислоты со второй стадии из указанного второго раствора путем снижения температуры и давления, достаточных для мгновенного испарения растворителя из указанной терефталевой кислоты указанного второго раствора, не охлаждая указанный раствор ниже 50^oС, (f) отделение указанной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии от указанного второго раствора, (g) промывание указанной отделенной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой, (h) пропитку указанной промытой отделенной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой при температуре приблизительно 50 - 300^oС, (i) фильтрацию и сушку указанной пропитанной водой очищенной терефталевой кислоты со второй стадии, (j) концентрирование указанного отфильтрованного раствора со стадии (с) путем выпаривания и охлаждения концентрированного раствора для кристаллизации терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты, (k) отделение указанной осажденной терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты от указанного раствора со стадии (j) и рециркулирование указанной твердой смеси для обработки на стадии (а),(l) концентрирование указанного отфильтрованного раствора со стадии (k) путем второго выпаривания и охлаждение концентрированного раствора для дальнейшей кристаллизации терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты, (m) отделение указанной кристаллизованной терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты от указанного раствора в (1) и рециркулирование твердой смеси для обработки на стадию (а) и (n) подачу указанного отфильтрованного раствора со стадии (m) в устройство для обработки отходов или для дальнейшей обработки.

14. Способ по п. 13, в котором указанная дисперсия содержит до 20% изофталевой кислоты (IPA), небольшие количества 4-карбоксиальдегида (4-СВА), 3-карбоксиальдегида (3-СВА) и примеси, содержащиеся в непрореагировавших исходных материалах, растворителях, продуктах побочных реакций и/или других нежелательных материалах.

15. Способ по п.13, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из N-метилпирролидона (NMP), N, N-диметилацетамида, N,N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона, N-меркаптоалкил-2-пирролидона, N-алкил-2-тиопирролидона, N-оксиалкил-2-пирролидона, морфолинов, карбитолов, C₁-C₁₂ спиртов, простых эфиров, аминов, амидов и сложных эфиров, а также их смесей.

16. Способ по п.15, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты представляет собой N-метилпирролидон или N,N-диметилацетамид.

17. Способ по п.16, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты представляет собой N-метилпирролидон.

18. Способ очистки сырой терефталевой кислоты (ТФК) и изофталевой кислоты (ИФК) из жидкой дисперсии, содержащей терефталевую, изофталевую кислоту и другие примеси, получаемой в результате окисления смеси ксилолов, включающий (a) растворение сырой терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно 50 - 250^oС для получения раствора, (b) кристаллизацию очищенной кислоты из указанного раствора путем снижения его температуры и/или давления и отделение указанной кристаллизованной очищенной терефталевой кислоты от указанного раствора, (c) добавление антирастворителя к указанному раствору, от которого отделяют указанную кристаллизованную очищенную терефталевую кислоту для осаждения, по существу, всей терефталевой кислоты, остающейся в указанном растворе, (d) отделение указанной осажденной терефталевой кислоты, (e) выпаривание растворителей из раствора, получаемого в результате добавления антирастворителя и удаления осажденной терефталевой кислоты, для кристаллизации изофталевой кислоты, тем самым очищая и извлекая очищенную изофталевую кислоту.

19. Способ по п.18, дополнительно включающий растворение и кристаллизацию указанной очищенной изофталевой кислоты для получения изофталевой кислоты заданной чистоты.

20. Способ по п.18, в котором указанная дисперсия содержит до 20% изофталевой кислоты (ИФК), небольшие количества 4-карбоксиальдегида (4-СВА), 3-карбоксиальдегида (3-СВА) и примеси, содержащиеся в непрореагировавших исходных материалах, растворителях, продуктах побочных реакций и/или других нежелательных материалах.

21. Способ по п.18, в котором указанный селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из N-метилпирролидона (NMP), N, N-диметилацетамида, N,N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона, N-меркаптоалкил-2-пирролидона, N-алкил-2-тиопирролидона, N-оксиалкил-2-пирролидона, морфолинов, карбитолов, C₁-C₁₂ спиртов, простых эфиров, аминов, амидов и сложных эфиров, а также их смесей.

22. Способ по п.18, в котором указанный антирастворитель для осаждения терефталевой кислоты из раствора терефталевой и изофталевой кислот выбирают из группы, состоящей из метанола, воды, метилэтилкетона, ацетона, C₁-C₁₂ спиртов, карбитолов, сложных эфиров, простых эфиров, C₁-C₁₂ карбоновых кислот, а также их смесей.

23. Способ по п.18, который дополнительно включает повторение указанного растворения и кристаллизации терефталевой кислоты, если необходимо, для получения очищенной терефталевой кислоты заданной чистоты перед добавлением антирастворителя.

Описание изобретения к патенту

Данная заявка является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки США, серийный 09/074 251, поданной 7 мая 1998 г. под названием "Способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты", которая является выделенной заявкой одновременно рассматриваемой заявки США 08/477 898, поданной 7 июня 1995 г. под названием "Способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты", теперь патент США 5 767 311, а также является частичным продолжением заявки США, серийный 08/962 030, поданной 31 октября 1997 г. под названием "Способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты", которая является частичным продолжением заявки США, серийный 08/760 890, поданной 6 декабря 1996 г. под названием "Способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты", которая в свою очередь является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки США, серийный 08/477 898, поданной 7 июня 1995г. под названием "Способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты", теперь патент США 5 767 311; при этом все четыре заявки переданы тому же правопреемнику, что и данная заявка, и включены здесь во всей своей полноте путем ссылки для различных целей.

ВСТУПЛЕНИЕ

Данное изобретение относится к получению терефталевой и изофталевой кислот и более конкретно к способу очистки сырой терефталевой кислоты, а также к способу очистки сырой терефталевой и изофталевой кислоты из смеси ксилолов.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известные способы получения терефталевой кислоты (ТРА) требуют сравнительно высокой чистоты п-ксилола (99,7+%) для улучшения качества продукта и снижения стоимости производства. Это объясняется тем, что такие известные способы включают гидрогенизацию в качестве основного способа очистки сырой терефталевой кислоты, получаемой на стадии окисления указанных способов. Несмотря на то, что способ гидрогенизации весьма селективен для удаления основной примеси, 4-карбоксибензальдегида (4-СВА), путем превращения ее в п-толуиловую кислоту, этот способ может быть применен только при наличии очень малого количества 4-карбоксибензальдегида (предпочтительно менее 3 000 частей на млн. ) Известные способы получения терефталевой кислоты к тому же не включают отделения терефталевой кислоты от ее изомеров, таких как изофталевая кислота (IPA) и фталевая кислота (PA).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ производства чистой терефталевой кислоты перекристаллизацией (патенты GB 818211 и GB 848189), недостатком известных способов является отсутствие отделения изофталевой от терефталевой кислоты и от примесей.

С целью устранения указанного недостатка разработаны способы очистки сырой терефталевой кислоты и сырой терефталевой и изофталевой кислоты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В отличие от вышеописанных известных способов получения терефталевой кислоты данное изобретение предусматривает способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты и необязательно изофталевой кислоты из смеси ксилолов. Что важнее всего, что оно включает очистку выходящего из окислительного реактора потока, содержащего смесь терефталевой и изофталевой кислот, а также небольшого количества изомеров 4-карбоксибензальдегида (4-СВА), 3-карбоксибензальдегида (3-СВА) и толуиловой кислоты для получения очищенной терефталевой кислоты и необязательно очищенной изофталевой кислоты в результате единого процесса. Эти продукты могут быть использованы для получения волокон, пленок, пластиковых бутылок и структур полиэфирных смол, часто усиленных другими материалами, такими как стекловолокно.

В соответствии с данным изобретением предусматривается способ и устройство для получения очищенной терефталевой кислоты и необязательно очищенной изофталевой кислоты из смеси ксилолов в результате единого процесса. В соответствии с одним из вариантов способ по данному изобретению включает получение сырых смешанных кислот (включая терефталевую и изофталевую кислоты) в результате окисления смеси ксилолов, содержащих главным образом п-ксилол, а также небольшое количество м-ксилола и других изомеров. Стадия окисления приводит к получению не только терефталевой и изофталевой кислот, но и в результате неполного окисления к получению 4-карбоксибензальдегида, 3-карбоксибензальдегида, п-толуиловой кислоты, м-толуиловой кислоты, а также других следов кислотных и альдегидных изомеров. Продукт, получаемый в результате стадии окисления, представляет собой жидкую дисперсию, содержащую непрореагировавшие исходные материалы, растворители, если таковые применялись, продукты побочных реакций, в частности вышеупомянутые продукты, и другие материалы, присутствие которых нежелательно в очищенной терефталевой и изофталевой кислотах.

Поток, выходящий из реактора, подают в серию кристаллизаторов, увеличивающих объем твердых веществ в результате выпаривания реакционного растворителя, предпочтительно уксусной кислоты, путем снижения давления. Шлам из последнего кристаллизатора фильтруют и промывают. Затем отфильтрованные кристаллы сушат для удаления растворителя до уровня, составляющего менее 0,25% в получаемых сырых, смешанных кислотных кристаллах. Маточный раствор с фильтрации подают на установку для обезвоживания растворителя для извлечения растворителя (уксусная кислота) из воды, чтобы рециркулировать его в окислительный аппарат.

В дальнейшем соответствии с данным изобретением сырые смешанные кислоты из сушилки участка окисления вновь растворяют в селективном кристаллизационном растворителе, а затем терефталевую кислоту (ТРА) выкристаллизовывают из селективного кристаллизационного растворителя в ходе одной или предпочтительно двух стадий кристаллизации. Предусматривается отделение кристаллизующейся и постепенно очищаемой терефталевой кислоты от растворителя (вместе с сорастворителями или без них) в соответствии с данным изобретением. Получаемый в конечном итоге отжатый осадок терефталевой кислоты промывают и пропитывают водой, удаляя окраску и окончательные следы селективного кристаллизационного растворителя из готовой терефталевой кислоты.

Для извлечения изофталевой кислоты (IPA) из маточного раствора кристаллизатора (после удаления твердых веществ терефталевой кислоты фильтрацией) добавляют антирастворитель, вызывая по существу полное осаждение терефталевой кислоты из маточного раствора. Свободный от терефталевой кислоты маточный раствор концентрируют, выпаривая из него селективный кристаллизационный растворитель и антирастворитель, и охлаждают, вызывая кристаллизацию сырой изофталевой кислоты. Сырую изофталевую кислоту затем очищают перекристаллизацией в другом селективном кристаллизационном растворителе.

Данное изобретение также предусматривает процессы регенерации и рециркуляции растворителей в соответствии с настоящим изобретением на каждой стадии кристаллизации и промывания, а также конечную пропитку. Также принимаются меры для тщательного контроля за выделением каких-либо нежелательных материалов в окружающую среду.

Одним из важных аспектов данного изобретения является обнаружение растворителей, эффективных для осуществления очистки терефталевой кислоты, а также изофталевой кислоты из сырой смеси, содержащей терефталевую кислоту, до 20% изофталевой кислоты, небольшое количество 3-карбоксибензальдегида, 4-карбоксибензальдегида, м-толуиловой кислоты, п-толуиловой кислоты и пр., в результате проведения стадий кристаллизации и разделения. Эти растворители могут быть суммированы следующим образом.

Селективные кристаллизационные растворители, применимые в практике данного изобретения для очистки терефталевой кислоты, включают такие растворители, в которых (а) примеси (включая изофталевую кислоту), подлежащие отделению от терефталевой кислоты, относительно более растворимы в растворителе, чем терефталевая кислота по существу при любой температуре, входящей в заданный интервал температур, при которых обрабатывают растворитель, содержащий терефталевую кислоту, и (b) терефталевая кислота более растворима при повышенной температуре и менее растворима при более низкой или пониженной температуре. В данном описании термин "селективный кристаллизационный растворитель" подразумевает любые растворители, пригодные для селективной кристаллизации терефталевой кислоты, как описано выше.

Антирастворитель, добавляемый к маточному раствору (из кристаллизационного потока терефталевой кислоты), для очистки изофталевой кислоты должен вызывать по существу полное осаждение (или кристаллизацию) терефталевой кислоты из маточного раствора и тем не менее удерживать основную часть изофталевой кислоты в маточном растворе. По существу свободный от терефталевой кислоты маточный раствор концентрируют выпариванием (или дистилляцией), кристаллизуя сырую изофталевую кислоту, которую затем отделяют фильтрацией и вновь растворяют в процессе второй селективной кристаллизации, получая очищенную изофталевую кислоту.

В соответствии с данным изобретением основным предпочтительным селективным кристаллизационным растворителем для очистки терефталевой кислоты является N-метилпирролидон (NMP) по нескольким причинам, описываемым ниже, и благодаря своим превосходным свойствам. Он не содержит воды, термоустойчив, нетоксичен (безопасен для окружающей среды), коррозионностоек и выпускается для промышленных целей. Терефталевая кислота может быть растворена в N-метилпирролидоне при повышенной температуре и осаждена или кристаллизована из N-метилпирролидона при пониженной температуре. Основные примеси, такие как 4-карбоксибензальдегид, 3-карбоксибензальдегид, п-толуиловая кислота, м-толуиловая кислота, а также изофталевая кислота, обладают сравнительно более высокой растворимостью в N-метилпирролидоне, чем терефталевая кислота при любой температуре. Поэтому при понижении температуры только терефталевая кислота проявляет тенденцию к кристаллизации или осаждению из раствора, образуя кристаллы очищенной терефталевой кислоты.

Несмотря на то, что N-метилпирролидон является наиболее предпочтительным селективным кристаллизационным растворителем, подразумевается, что в соответствии с данным изобретением могут быть выбраны другие предпочтительные селективные кристаллизационные растворители из различных полярных органических растворителей, включающих, но не ограничивающихся ими, N,N-диметилацетамид, N, N-диметилформамид, N-формилпиперидин, N-алкил-2-пирролидон (такой как N-этилпирролидон), N-меркаптоалкил-2-пирролидон (такой как N-меркаптоэтил-2-пирролидон), N-алкил-2-тиопирролидон (такой как N-метил-2-тиопирролидон), N-оксиалкил-2-пирролидон (такой как N-оксиэтил-2-пирролидон), морфолины (такие как морфолин и N-формилморфолин), карбитолы, C₁-C₁₂ спирты, простые эфиры, амины, амиды и сложные эфиры, а также их смеси.

Основным предпочтительным антирастворителем является метанол несмотря на то, что антирастворитель для по существу полного осаждения терефталевой кислоты из маточного раствора также может быть выбран из различных полярных органических растворителей, включающих, но не ограничивающихся ими, метилэтилкетон, ацетон, C₁-C₁₂ спирты, карбитолы, сложные эфиры, простые эфиры, C₁-C₁₂ карбоновые кислоты, воду, а также их смеси.

Основным предпочтительным селективным кристаллизационным растворителем для очистки изофталевой кислоты является метанол, несмотря на то, что растворитель также может быть выбран из группы, включающей, но не ограничивающейся ими, метилэтилкетон, ацетон, C₁-C₁₂ спирты, карбитолы, сложные эфиры, простые эфиры, C₁-C₁₂ карбоновые кислоты, воду, а также их смеси.

Для удаления остаточного растворителя (например, N-метилпирролидона), содержащегося в кристаллах конечной терефталевой кислоты, промытые кристаллы этой кислоты предпочтительно подают в высокотемпературную реакционную камеру, где применяют воду для частичного или полного растворения указанных кристаллов. Остаточный растворитель (метанол), содержащийся в кристаллах конечной изофталевой кислоты, может быть удален сушкой до уровня, составляющего менее 0,25%.

В соответствии с одним из вариантов способ по данному изобретению очистки сырой терефталевой кислоты (ТРА) из жидкой дисперсии, содержащей терефталевую и изофталевую кислоту, получаемой в результате окисления смеси ксилолов, включает следующие стадии: (а) растворение сырой терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно от 50 до 250^oС для получения раствора; (b) кристаллизация очищенной кислоты из указанного раствора путем снижения его температуры и/или давления; (с) отделение указанной кристаллизованной очищенной терефталевой кислоты от указанного раствора; (d) повторное растворение указанной отделенной очищенной терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе для получения второго раствора; (е) кристаллизация очищенной терефталевой кислоты со второй стадии из указанного второго раствора путем снижения температуры и давления, достаточных для мгновенного выпаривания растворителя из указанной терефталевой кислоты указанного второго раствора, не охлаждая указанный раствор ниже 50^oС; (f) отделение указанной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии от указанного второго раствора; (g) промывание указанной отделенной, очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой; (h) пропитка указанной промытой, отделенной, очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой при температуре, составляющей приблизительно от 150 до 300^oС; (i) фильтрация и сушка указанной пропитанной водой очищенной терефталевой кислоты со второй стадии; (j) добавление антирастворителя к указанному отфильтрованному раствору в (с), для осаждения по существу всей терефталевой кислоты; (k) отделение указанной осажденной терефталевой кислоты из указанного раствора на стадии (j) и соединение указанной осажденной терефталевой кислоты с указанной исходной сырой терефталевой кислотой для обработки на стадии (а); (1) выпаривание растворителей из указанного отфильтрованного раствора, свободного от терефталевой кислоты, на стадии (k), для кристаллизации изофталевой кислоты при температуре приблизительно от 5 до 100^oС, (m) отделение указанной кристаллизованной сырой изофталевой кислоты от указанного раствора на стадии (1), (n) повторное растворение сырой изофталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно от 50 до 250^oС для получения второго раствора; (о) кристаллизация очищенной изофталевой кислоты из указанного второго раствора на стадии (n) путем снижения температуры и давления, достаточных для мгновенного выпаривания растворителя из указанной изофталевой кислоты указанного второго раствора, не охлаждая указанный раствор ниже приблизительно 50^oС, и (р) отделение и сушка указанной очищенной изофталевой кислоты со второй стадии из указанного второго раствора.

В соответствии с данным вариантом дисперсия содержит до 20% изофталевой кислоты (IPA), небольшие количества 4-карбоксиальдегида (4-СВА), 3-карбоксиальдегида (3-СВА) и примеси, выбранные из непрореагировавших исходных материалов, растворителей, продуктов побочных реакций и/или других нежелательных материалов. Селективный кристаллизационный растворитель для очистки терефталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из N-метилпирролидона (NMP), N,N-диметилацетамида N,N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона (такого как N-этилпирролидон), N-меркаптоалкил-2-пирролидона (такого как N-меркаптоэтил-2-пирролидон), N-алкил-2-тиопирролидона (такого как N-метил-2-тиопирролидон), N-оксиалкил-2-пирролидона (такого как N-оксиэтил-2-пирролидон), морфолинов (таких как морфолин и N-формилморфолин), карбитолов, C₂-C₁₂ спиртов, простых эфиров, аминов, амидов, сложных эфиров, а также их смесей. Селективным кристаллизационным растворителем для очистки терефталевой кислоты в соответствии с данным вариантом является N-метилпирролидон или N,N-диметилацетамид, или N-метилпирролидон. Антирастворитель для осаждения терефталевой кислоты из раствора терефталевой и изофталевой кислот выбирают из группы, состоящей из метанола, воды, метилэтилкетона, ацетона, C₁-C₁₂ спиртов, карбитолов, сложных эфиров, простых эфиров, C₁-C₁₂ карбоновых кислот, а также их смесей. Селективный кристаллизационный растворитель для повторной кристаллизации изофталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из метанола, воды, метилэтилкетона, ацетона, C₁-C₁₂ спиртов, карбитолов, сложных и простых эфиров, C₁-C₁₂ карбоновых кислот, а также их смесей. Антирастворитель предпочтительно содержится в отношении антирастворитель/раствор, составляющем от 0,1 до 10, более предпочтительно в отношении от 0,5 до 3, чтобы вызвать осаждение терефталевой кислоты.

В соответствии с другим аспектом изобретение относится к способу очистки сырой терефталевой кислоты (ТФК) из жидкой дисперсии, содержащей терефталевую и изофталевую кислоты, получаемой в результате окисления смеси ксилолов, включающему:

(a) растворение сырой терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе при температуре приблизительно от 50^oС до 250^oС для получения раствора;

(b) кристаллизация очищенной кислоты из указанного раствора путем снижения его температуры и/или давления;

(с) отделение указанной кристаллизованной, очищенной терефталевой кислоты от указанного раствора;

(d) повторное растворение указанной отделенной, очищенной терефталевой кислоты в селективном кристаллизационном растворителе для получения второго раствора;

(e) кристаллизация очищенной терефталевой кислоты со второй стадии из указанного второго раствора путем снижения температуры и давления, достаточных для мгновенного испарения растворителя из указанной терефталевой кислоты указанного второго раствора, не охлаждая указанный раствор ниже 50^oС;

(f) отделение указанной очищенной терефталевой кислоты со второй стадии от указанного второго раствора;

(g) промывание указанной отделенной, очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водо;,

(h) пропитка указанной промытой, отделенной, очищенной терефталевой кислоты со второй стадии водой при температуре, составляющей приблизительно от 150 до 300^oС;

(i) фильтрация и сушка указанной пропитанной водой, очищенной терефталевой кислоты со второй стадии;

(j) концентрирование указанного отфильтрованного раствора со стадии (с) путем выпаривания и охлаждения концентрированного раствора для кристаллизации терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты;

(k) отделение указанной осажденной терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты от указанного раствора со стадии (j) и рециркулирование указанной твердой смеси для обработки на стадии (а);

(l) концентрирование указанного отфильтрованного раствора со стадии (k) путем второго выпаривания и охлаждение концентрированного раствора для дальнейшей кристаллизации терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты;

(m) отделение указанной кристаллизованной терефталевой кислоты и небольшой части изофталевой кислоты от указанного раствора в (l) и рециркулирование твердой смеси для обработки на стадию (а);

(n) подача указанного отфильтрованного раствора со стадии (m) в устройство для обработки отходов или для дальнейшей обработки.

В соответствии с этим вариантом дисперсия содержит до 20% изофталевой кислоты, небольшие количества 4-карбоксиальдегида, 3-карбоксиальдегида и примеси, содержащиеся в непрореагировавших исходных материалах, растворителях, продуктах побочных реакций и/или других нежелательных материалах.

Селективный кристаллизационный растворитель для очитки терефталевой кислоты выбирают из группы, состоящей из N-метилпирролидона (NMP), N,N-диметилацетамида, N, N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона (такого как N-этилпирролидон), N-меркаптоалкил-2-пирролидона (такого как N-меркаптоэтил-2-пирролидон), N-алкил-2-тиопирролидона (такого как N-метил-2-тиопирролидон), N-оксиалкил-2-пирролидона (такого как N-оксиэтил-2-пирролидон), морфолинов (таких как морфолин и N-формилморфолин), карбитолов, C₁-C₁₂ спиртов, простых эфиров, аминов, амидов, сложных эфиров, а также их смесей. Селективным кристаллизационным растворителем для очистки терефталевой кислоты является N-метилпирролидон или N,N-диметилацетамид.

Следующие примеры иллюстрируют эффективность селективного кристаллизационного растворителя при отделении терефталевой и изофталевой кислот, что составляет принцип и признак данного изобретения.

Пример 1

Этот пример описывает экспериментальные данные по растворимости терефталевой кислоты, а также изофталевой кислоты в N-метилпирролидоне в качестве селективного кристаллизационного растворителя при трех различных температурах и атмосферном давлении. Эксперименты проводят в лабораторной колбе, погруженной в ванну с постоянной температурой, поддерживаемой на заданном уровне. Температуру жидкой фазы в колбе измеряют термометром. Для точного измерения температуры используют весь дефлегматор, чтобы восстановить потери растворителя из-за выпаривания. В ходе эксперимента к постоянно перемешиваемому раствору в колбе добавляют небольшое, постепенно увеличиваемое количество твердых веществ до прекращения их растворения; при наличии твердых веществ при такой температуре раствор считается насыщенным. Растворимость определяют, исходя из массы растворителя и общей массы добавляемых твердых веществ. таблица 1 суммирует растворимость терефталевой и изофталевой кислот в N-метилпирролидоне при 15, 40, 70 и 160^oС.

Данные по растворимости, представленные в таблице 1, показывают, что терефталевая кислота может быть очищена от смеси терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и 4-карбоксибензальдегида (3-карбоксибензальдегида) путем кристаллизации, поскольку как изофталевая кислота, так и оба карбоксибензальдегида имеют тенденцию оставаться в маточном растворе благодаря своей более высокой растворимости. Кристаллы терефталевой кислоты, получаемые из маточного раствора, должны содержать существенно большее количество терефталевой кислоты по сравнению с другими компонентами, содержащимися в маточном растворе.

Пример 2

Твердую смесь, содержащую приблизительно 95 мас.% терефталевой кислоты и 5 мас.% изофталевой кислоты, добавляют к N-метилпирролидону в соответствии с растворимостью терефталевой кислоты в N-метилпирролидоне при 160^oС. Затем смесь переносят в охлаждающий кристаллизатор, оборудованный специально сконструированным миксером, сводящим к минимуму повреждение кристаллов, нагревающей рубашкой и паровым конденсатором. Кристаллизатор медленно нагревают до 160^oС и поддерживают при этой температуре в течение часа, чтобы обеспечить растворение всех твердых веществ. Затем кристаллизатор охлаждают до 45^oС в течение 90 мин, чтобы вызвать рост кристаллов терефталевой кислоты. Содержимое кристаллизатора переносят в фильтр с обшивкой и быстро фильтруют, поддерживая температуру от 40 до 45^oС. Для промывания осадка используют соответствующее количество теплого растворителя (имеющего температуру от 50 до 70^oС). В некоторых случаях после промывания теплым растворителем осадок промывают горячей водой, имеющей температуру 95^oС. Промытый осадок сушат и подвергают анализу с помощью газовой хроматографии, чтобы определить состав продукта. Результаты суммированы в таблице 2.

Данные в таблице 2 показывают, что содержание изофталевой кислоты в терефталевой кислоте резко снижается (в 23-39 раз) в зависимости от условий промывания. Когда осадок терефталевой кислоты после кристаллизации промывают растворителем при 70^oС с последующим промыванием водой при 95^oС (партия 2В), то содержание изофталевой кислоты в самом деле снижается в 39 раз после одностадийной кристаллизации. После проведения такой же процедуры содержание изофталевой кислоты в смеси терефталевой кислоты может быть снижено с 5 мас. % до 33 частей на млн. мас. в результате двухстадийной кристаллизации.

Пример 3

Этот пример предоставляет экспериментальные данные по растворимости терефталевой кислоты, а также изофталевой кислоты в метаноле, после селективной кристаллизации при различных температурах и атмосферном давлении. Экспериментальное устройство и процедуры такие же, как описано выше в примере 1, за исключением того, что давление пара превышает атмосферное давление. Растворимость определяют, исходя из массы растворителя и общей массы добавляемых твердых веществ. Таблица 3 суммирует растворимость терефталевой и изофталевой кислот в метаноле при различных температурах.

Из таблицы 3 следует, что растворимость изофталевой кислоты в метаноле приблизительно в 8-20 раз больше растворимости терефталевой кислоты при температуре от 25 до 50^oС. Растворимость терефталевой кислоты в метаноле становится существенной только при более высоких температурах, таких как 160-200^oС под давлением.

Пример 4

На основании примера 3 было установлено, что растворимость изофталевой кислоты в метаноле по существу выше, чем растворимость терефталевой кислоты при комнатной температуре (от 25 до 50^oС). Соответственно были проведены эксперименты, чтобы определить, может ли осаждение терефталевой кислоты из раствора терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и небольшого количества 4-карбоксибензальдегида быть вызвано добавлением к раствору необходимого количества метанола. Таким раствором может быть маточный раствор из кристаллизатора терефталевой кислоты после удаления кристаллов этой кислоты с помощью фильтра. Маточный раствор может иметь следующий состав: 100 г N-метилпирролидона, 20 г терефталевой кислоты, 10 г изофталевой кислоты, а также небольшое количество 4-карбоксибензальдегида (и 3-карбоксибензальдегида).

Этот пример показывает, что добавление метанола к маточному раствору может вызвать по существу полное осаждение терефталевой кислоты, но всего лишь незначительное осаждение изофталевой кислоты. К смеси 100 г N-метилпирролидона, 4 г терефталевой кислоты и 1,5 г изофталевой кислоты, имеющей комнатную температуру, добавляют приблизительно 210 г метанола. Всю смесь перемешивают на протяжении около 90 мин, обеспечивая кристаллизацию и осаждение твердых веществ из смеси. Кристаллы фильтруют, промывают и сушат для анализа. Было определено, что извлечено 47,5% терефталевой кислоты в маточном растворе, при этом кристаллы содержат приблизительно 99,0 мас.% терефталевой кислоты и 1,0 мас.% изофталевой кислоты.

Чтобы повысить извлечение терефталевой кислоты, маточный раствор концентрируют, удаляя часть N-метилпирролидона, после чего смесь содержит 100 г N-метилпирролидона, 20 г терефталевой кислоты и 10 г изофталевой кислоты. Чтобы вызвать кристаллизацию терефталевой кислоты из смеси при комнатной температуре, к ней добавляют приблизительно 260 г метанола. После добавления метанола смесь перемешивают в течение 90 мин перед отфильтровыванием кристаллов терефталевой кислоты из шлама. Было установлено, что до 97,5% терефталевой кислоты извлечено из маточного раствора, а кристаллы терефталевой кислоты содержат 97,3 мас.% терефталевой кислоты и 2,7 мас.% изофталевой кислоты. Данные показывают, что 100% извлеченной терефталевой кислоты может быть достигнуто в результате удаления большего количества N-метилпирролидона из маточного раствора (более высокая концентрация) или в результате добавления большего количества метанола к маточному раствору, либо того и другого вместе.

В типичном маточном растворе содержание 4-карбоксибензальдегида должно составлять около 0,01 г на 100 г N-метилпирролидона (0,01%). Поскольку содержание 4-карбоксибензальдегида в маточном растворе весьма невелико и его растворимость в N-метилпирролидоне очень высока приблизительно при комнатной температуре (указанной в таблице 1), то добавление метанола не должно вызывать осаждение 4-карбоксибензальдегида из маточного раствора.

После извлечения 100% терефталевой кислоты из маточного раствора и ее рециркулирования в результате добавления метанола маточный раствор, свободный от терефталевой кислоты, может быть подвергнут дальнейшей обработке для извлечения изофталевой кислоты. Подробности схемы процесса представлены на фиг.1 и описаны ниже в следующем разделе.

Описание чертежей:

фиг. 1 - схематическая технологическая карта установки для осуществления предпочтительного варианта данного изобретения, относящегося к получению как терефталевой, так и изофталевой кислоты;

фиг. 2 - схематическая технологическая карта установки для осуществления другого предпочтительного варианта данного изобретения, относящегося к получению только терефталевой кислоты;

фиг.3 - зависимость растворимости ТРА, IРA, и 4-СВА от температуры и растворителя.

Описание предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения

Один из предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения, относящийся к получению как терефталевой, так и изофталевой кислоты, представлен на фиг.1.

Что касается фиг.1, сырую терефталевую кислоту с участка окисления реактора (не показано), содержащую приблизительно 95% терефталевой кислоты, 5% изофталевой кислоты и небольшое количество других примесей (4-карбоксибензальдегид, 3-карбоксибензальдегид, п-толуиловую кислоту, м-толуиловую кислоту и т.д.), подают в первый чан для растворения 100 по трубопроводу 1 для смешивания с маточным раствором из фильтра II 105 (по трубопроводу 7) и шламом из фильтра IV 113 (по трубопроводу 19). Температуру в первом чане для растворения 100 поддерживают на уровне от 160 до 180^oС для полного растворения твердых веществ и выпаривания по существу всего метанола, поступающего по трубопроводу 19.

Затем насыщенный раствор из первого чана для растворения 100 непрерывно подают в первый охлаждающий кристаллизатор 101 по трубопроводу 2 для получения кристаллов соли терефталевой кислоты при температуре от 30 до 50^oС. Шлам, содержащий кристаллы соли терефталевой кислоты, покидает первый охлаждающий кристаллизатор 101 по трубопроводу 3 в фильтр I 102, где сырой кристаллический осадок удаляют и подают во второй чан для растворения 103 по трубопроводу 4. Во втором чане для растворения 103 осадок вновь растворяют в чистом N-метилпирролидоне, рециркулированном по трубопроводу 35 из системы по восстановлению растворителя. Температуру во втором чане для растворения 103 вновь поддерживают на уровне от 160 до 180^oС, чтобы полностью растворить кристаллы соли терефталевой кислоты. Насыщенный раствор из второго чана для растворения 103 непрерывно подают по трубопроводу 5 во второй флэш-кристаллизатор 104, где температуру поддерживают на уровне как минимум 60^oС, чтобы предотвратить образование кристаллов соли терефталевой кислоты. Степень снижения температуры в кристаллизаторе контролируют количеством N-метилпирролидона, быстро испаряемого из кристаллизатора в результате снижения давления. Выпаренный N-метилпирролидон ре циркулируют в первый чан для растворения 100 по трубопроводу 36.

Шлам из второго кристаллизатора 104 подают в фильтр II 105 по трубопроводу 6, где очищенный твердый осадок терефталевой кислоты восстанавливают и подают на установку для промывания осадка 106, в то время как маточный раствор рециркулируют в первый чан для растворения 100 по трубопроводу 7. В установке для промывания осадка 106 общую массу остаточного N-метилпирролидона удаляют противоточным промыванием водой, а промытый осадок подают по трубопроводу 10 в сокинг (камеру) 107 для удаления окончательных следов N-метилпирролидона в твердых веществах терефталевой кислоты вымачиванием водой при температуре от 160 до 280^oС. Осадок, не содержащий N-метилпирролидона, фильтруют в фильтре III 108 и сушат в сушилке I 109, получая конечную терефталевую кислоту.

Маточный раствор из фильтра I 102 подают по трубопроводу 15 в аппарат для осаждения 112, при этом маточный раствор проходит через окислительный аппарат 111, применяемый для осуществления родственного изобретения, описанного и заявленного в одновременно рассматриваемой заявке США, серийный 09/098 060, под названием "Способ снижения содержания изомеров карбоксибензальдегида в терефталевой или изофталевой кислоте", принадлежащей тому же правопреемнику, что и данная заявка, и приводимой в данном описании в качестве ссылки для различных целей. Метанол подают в аппарат для осаждения по трубопроводу 16, вызывая полное осаждение (или кристаллизацию) терефталевой кислоты и незначительное осаждение изофталевой кислоты из маточного раствора. Шлам из аппарата для осаждения 112 подают в фильтр IV 113 по трубопроводу 18 для удаления основной части маточного раствора из шлама перед его рециркулированием в первый чан для растворения 100 по трубопроводу 19.

Маточный раствор из фильтра IV 113 подают в выпарной аппарат 114 для удаления N-метилпирролидона и метанола путем теплового и вакуумного выпаривания таким образом, что концентрированный маточный раствор становится насыщенным раствором изофталевой кислоты, который подают в первый кристаллизатор 115 изофталевой кислоты для ее кристаллизации при температуре от 30 до 50^oС в результате охлаждения или быстрого испарения. Испаренный N-метилпирролидон и метанол из выпарного аппарата 114 подают в дистилляционную колонну 110, получая N-метилпирролидон из нижней части, а метанол из верхней части колонны. Поток метанола рециркулируют в аппарат для осаждения 112 по трубопроводу 16, в то время как поток N-метилпирролидона подают во второй чан для растворения 103 по трубопроводу 35. Шлам из первого кристаллизатора 115 изофталевой кислоты подают в фильтр V 116, получая сырой осадок изофталевой кислоты и маточный раствор. Маточный раствор подают в аппарат для осаждения 112 по трубопроводу 17, однако часть потока 17 продувают через трубопровод 37 для предотвращения накопления примесей и красящих веществ.

Осадок из фильтра V 116 затем подают по трубопроводу 25 в чан для растворения 117 изофталевой кислоты, где ее сырой осадок растворяют метанолом при подходящей температуре и давлении. Насыщенный раствор изофталевой кислоты фильтруют в фильтре VI 118, чтобы удалить следы нерастворимых веществ для продувания трубопровода 28. Свободный от твердых веществ раствор подают по трубопроводу 29 во второй кристаллизатор 119 для изофталевой кислоты, получая ее кристаллы путем быстрого испарения метанола из кристаллизатора в результате снижения давления. Шлам из второго кристаллизатора 119 изофталевой кислоты подают по трубопроводу 30 в фильтр VII 120, чтобы восстановить и промыть кристаллы очищенной изофталевой кислоты для окончательной сушки в сушилке II 121. получая конечную изофталевую кислоту, в то время как маточный раствор из фильтра VII 120 рециркулируют в выпарной аппарат 114 по трубопроводу 31.

Другой предпочтительный вариант осуществления данного изобретения, относящийся к получению только терефталевой кислоты, проиллюстрирован на фиг. 2. Сырую терефталевую кислоту (содержащую приблизительно от 90 до 99% терефталевой кислоты и от 1 до 10% изофталевой кислоты) подают в чан для растворения I 200 по трубопроводу 201 для смешивания с маточным раствором M/L-2 из фильтра II 206 (рециркулированного по трубопроводу 220) и рециркулированным осадком из фильтра V 215 (рециркулированного по трубопроводу 221). Температуру в чане для растворения поддерживают на уровне от 140 до 200^oС, чтобы растворить по существу все твердые вещества. Насыщенный раствор затем подают по трубопроводу 222 в первый кристаллизатор 202, где температуру снижают до уровня, составляющего от 30 до 60^oС, путем охлаждения или выпаривания растворителя (с понижением давления), чтобы обеспечить рост кристаллов терефталевой кислоты.

Шлам из первого кристаллизатора 202 подают непрерывно или периодически по трубопроводу 223 в фильтр I 203 для извлечения твердого осадка. Фильтр I 203 необходим для промывания тощего или насыщенного N-метилпирролидона, чтобы удалить маточный раствор из осадка перед его подачей по трубопроводу 224 в чан для растворения II 204, где осадок смешивают с быстро выпаренным N-метилпирролидоном из трубопровода 225 и выпаренным N-метилпирролидоном из трубопроводов 226 и 227. Температуру в чане для растворения II 204 вновь поддерживают на уровне от 140 до 200^oС, чтобы растворить по существу все твердые вещества. Насыщенный раствор подают по трубопроводу 228 во второй кристаллизатор 205, где температуру снижают до уровня, составляющего от 30 до 60^oС, путем охлаждения или выпаривания растворителя (с понижением давления), чтобы обеспечить рост кристаллов терефталевой кислоты.

Шлам из второго кристаллизатора 205 вновь подают по трубопроводу 229 в фильтр II 206 для восстановления осадка, который затем подают по трубопроводу 230 в противоточный контактор 207 для промывания водой с целью удаления общей массы свободного N-метилпирролидона из осадка. Промытые водой твердые вещества подают по трубопроводу 231 в сокинг (камеру) 208 для удаления следов остаточного N-метилпирролидона из очищенной твердой терефталевой кислоты в результате частичного или полного растворения твердых веществ в реакционной камере 208 при температуре от 150 до 280^oС. Свободные от N-метилпирролидона твердые вещества подают по трубопроводу 233 в фильтр III 209, где воду удаляют по трубопроводу 232, а осадок терефталевой кислоты подают по трубопроводу 234 на сушку в сушилке, получая конечную очищенную терефталевую кислоту.

Маточный раствор M/L-1 из фильтра I 203 направляют по трубопроводу 235 в выпарной аппарат I 210 для удаления существенного количества N-метилпирролидона. Концентрированный раствор подают по трубопроводу 236 в кристаллизатор III 211, чтобы вызвать рост кристаллов терефталевой кислоты низкой чистоты. Кристаллы затем регенерируют из фильтра IV 212 и рециркулируют в чан для растворения I 200 по трубопроводу 237. Маточный раствор M/L-3 из фильтра IV 212 подают по трубопроводу 238 в выпарной аппарат II 213, затем в кристаллизатор IV 214 и фильтр V 215 для регенерации остаточной терефталевой кислоты низкой чистоты, направляемой в чан для растворения I 200 по трубопроводу 239. Конечный маточный раствор M/L-4 из фильтра V 215, содержащий в основном изофталевую кислоту, N-метилпирролидон и небольшое количество терефталевой кислоты, проходит по трубопроводу 240 и подлежит дальнейшей регенерации N-метилпирролидона в результате смешивания с водой перед утилизированием.