制备纯化对苯二甲酸的方法和设备技术

本发明专利技术提供从粗对苯二甲酸的液体分散体中纯化粗对苯二甲酸的方法和设备，该粗对苯二甲酸的液体分散体还含有选自未反应原料、溶剂、副反应产物和／或其他不希望物质的杂质。该方法包括过滤上述分散体，形成粗对苯二甲酸滤饼，高温下将该滤饼溶入选择性结晶溶剂，形成溶液，通过降低溶液的压力和温度从该结晶溶剂溶液中结晶出纯化对苯二甲酸，和从溶液中分离出结晶的纯化对苯二甲酸的步骤。根据本发明专利技术，上述选择性结晶溶剂无水，无腐蚀性，基本上不与对苯二甲酸反应。优选该选择性结晶溶剂为Ｎ－甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺。该方法和设备以经济上具有吸引力的速度和只需较低基本投资及简易工艺的不苛刻的实施条件来制备具有用于生产聚酯树脂和其他产品所需纯度的纯化对苯二甲酸。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是1996年12月6日申请的待审序列号08/760,890的名称为“制备纯对苯二甲酸的方法和设备”的部分继续申请，其本身又是1995年6月7日申请的待审序列号08/477,898的名称为“制备纯对苯二甲酸的方法和设备”的部分继续申请，这两者都指定了与本申请相同的代理人，且其全部内容都引入本文供参考。本专利技术涉及制备纯对苯二甲酸的方法和设备。本专利技术还涉及纯化粗对苯二甲酸，以制备可用作聚酯树脂生产原料的纯对苯二甲酸产品的方法和设备，聚酯树脂本身可用于生产纤维、薄膜和塑料瓶，并经常由诸如玻璃纤维之类的其他材料增强的聚酯树脂结构体。
技术介绍
纯化对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯树脂的原料，聚酯树脂本身可用来制造具有各种用途的许多商品的材料。纯对苯二甲酸通常由若干纯化方法并经常借助于催化剂从“粗”对苯二甲酸制成。无论从工艺技术的观点还是从经济的观点看，以前通用的纯化粗对苯二甲酸的方法都不能完全令人满意，而纯化对苯二甲酸的纯度又是聚酯树脂生产工艺达标的重要决定因素。已知一些反应体系用于从各种原料生产粗对苯二甲酸。本专利技术的纯化部分基本上可与这类反应体系的任何一个一起使用，但根据本专利技术，优选采用牵涉到对二甲苯(p-二甲苯)的氧化的反应体系，这种合成体系的应用构成本专利技术的一部分。现存和原有的生产纯化对苯二甲酸的体系的问题集中在，很难控制反应体系来经济地生产高产率的粗对苯二甲酸，加之很难精制粗对苯二甲酸以除去杂质和不希望的组分而生产质量适合于作为聚酯生产原料的纯化对苯二甲酸。原有体系中伴随的问题包括，为生产和纯化粗对苯二甲酸，PTA设备需要较高的基本投资，原有工艺的操作条件苛刻，而且需要以环境问题可减至最小，且材料损失又可控制的方式处理催化剂体系、反应溶剂以及反应副产物。纯化对苯二甲酸生产中的一个重要因素是具有一定尺寸和形状的晶体的形成，该尺寸和形状给予晶体在PTA生产工艺中的良好后处理特性、可洗性和可滤性和在聚酯工艺中的处理简便性和良好加工性。专利技术概述本专利技术提供生产纯对苯二甲酸的方法和设备。一方面，该方法包括由p-二甲苯的氧化生产粗对苯二甲酸。该氧化工序不仅产生对苯二甲酸，而且由副反应产生作为氧化中间体和其它杂质的p-甲苯甲酸和4-羧基苯甲醛(4-CBA)。氧化工序中产生的产物是含有未反应的起始原料、溶剂(如果使用)、氧化中间体产物(特别是刚刚提到的那些)以及在试图获得的纯化对苯二甲酸中所不希望的其他物质的一种液体分散体。实施本专利技术的氧化工序，使每通过一次p-二甲苯，应当至少有约30％(重量)转化为粗对苯二甲酸。另根据本专利技术，氧化器排出的粗对苯二甲酸先与氧化器排出的其他物质基本上分离，然后再溶入下文将讨论的本专利技术的选择性结晶溶剂和视需要一种或多种附加溶剂中。然后，再溶解的粗对苯二甲酸在一级，或优选两级结晶过程中从本专利技术的选择性结晶溶剂和附加溶剂中结晶出来。采取措施，从本专利技术溶剂中分离出结晶和逐渐纯化的对苯二甲酸，最后得到的纯对苯二甲酸滤饼用本专利技术的其他溶剂洗涤和干燥，或者干燥(例如使用真空干燥器)，放入浸洗剂(soaker)中以除去残留溶剂，并最终过滤和干燥以供贮存或用于其他工艺。也根据本专利技术，可以提纯由存在的和已有的氧化体系产生的任何粗TA。本专利技术的一个主要好处是，它能够处理较高含量的氧化中间体，如4CBA，使得有可能放宽氧化条件，这降低了p-二甲苯和乙酸的燃烧损失。也根据本专利技术，提供了刚才概述的结晶工艺中的改进，其产生较大的球状晶体，当选择性结晶溶剂是有机碱时，该晶体被认为是含有很少或没有形成盐的趋势。较大的非盐晶体具有的优点是，它们能抵抗由水漂洗造成的破坏，并且易于回收溶剂，以及易于漂洗以除去残留杂质。结晶工艺的改进包括，优选既在饱和酸溶液的冷却之前和在冷却过程中通过降低压力从结晶酸中闪蒸出溶剂。也优选或是在间歇式或是在连续式结晶器中逐步将压力降低到较低水平，且这可逐步或连续地完成。而且，在减压过程中也可以将结晶酸加热，以提高溶剂去除的速率和量，然而应该小心避免显著增加结晶酸的温度，否则会引起酸的再溶解和由此的能量浪费。如上所述，根据本专利技术，可以多步完成结晶；当使用此形式的本专利技术时，优选将刚刚讨论的一些或所有结晶改进技术用于第二或最后步骤，虽然也可以使用所述技术以有利于第一步骤。还根据本专利技术，可以使用助溶剂以通过快速结晶提纯对苯二甲酸。能够使用比溶剂具有更低沸点的助溶剂，以降低结晶的闪蒸温度和溶解温度。在较低闪蒸温度条件下，能够在较低真空度下进行结晶。助溶剂包括水、C1～C5醇类，例如甲醇或乙醇，C5～C10烃类，例如p-二甲苯，和C1～C10有机酸，例如甲酸或乙酸等。有可能包括约1～约50％的沸点为25～200℃的惰性溶剂作为助溶剂。本专利技术还试图包括在每级结晶和洗涤中回收和重复利用本专利技术溶剂的步骤，包括将一些回收物质重复用于氧化器中。同时设法严密控制向环境排放任何有害物质。在一个重要方面，本专利技术的基础是与溶剂相关的几个发现，这些溶剂可有效地由结晶和分离步骤完成粗对苯二甲酸的纯化。这些发现可以概括为如下的几种方式。可用于实施本专利技术的选择性结晶溶剂包括这样一些溶剂，其中(a)在处理含有对苯二甲酸的溶剂时所希望的温度范围内基本上每一温度下，为纯化而需要从对苯二甲酸中分离出去的杂质比对苯二甲酸更能溶解在该溶剂中，和(b)对苯二甲酸在高温下较能溶解，而在低温或降低的温度下不太能溶解。如上所述、如下文更为详述、以及如附图说明图1和2所示，可以理解，术语“选择性结晶溶剂”意指可用于选择性结晶对苯二甲酸的溶剂。在这方面应当指出的是，美国专利No.3,465,035提到某些有机溶剂(吡啶、二甲亚砜和二甲基甲酰胺等)已用于纯化对苯二甲酸，但这些溶剂具有在空气中不稳定，且易于和对苯二甲酸形成副产物的缺点。该专利和其他几篇专利还提出采用乙酸和水作为对苯二甲酸的纯化溶剂。相反，本专利技术的选择性结晶溶剂是(a)无水，(b)无腐蚀性，和(c)基本上不与对苯二甲酸反应，也不包括刚才介绍的那些以往的惯例。特别是把水、乙酸(和其他烷基酸)和上述有机溶剂排除在本专利技术考虑的选择性结晶溶剂之外。根据本专利技术，最优选的选择性结晶溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)，这是由于下述几种原因以及这些溶剂的优秀特性。授权予Ham的日期为1960年8月16日的美国专利US2,949,483公开了用于结晶对苯二甲酸的NMP，但是没有使用与本专利技术中优选的相同的温度范围。它也没有暗示闪蒸结晶或其理想结果。Tr.Vses.Nauch.-Issled.Proekt.Inst.Monomerov(1970)，2(2)，26-32；来自Ref.Zh.，Khim.1971文摘号为1N166；V.N.Kulakov等人；标题为“由芳香烃的二烷基衍生物的液相氧化获得的芳香二羧酸的提纯”，非常简单地描述了NMP用作溶剂，但是没有提到溶解或结晶温度或闪蒸结晶。N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)是实施本专利技术的最优选的选择性结晶溶剂。这些溶剂无水、热稳定、无毒(对环境安全)、无腐蚀性、且可在市场上购得到。NMP是实施本专利技术的最优选的选择性结晶溶剂，因为对苯二甲酸在该溶剂中的溶解度与温度的关系曲线向右上方倾斜，这表示对苯二甲酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从粗对苯二甲酸的液体分散体中纯化粗对苯二甲酸的方法，该粗对苯二甲酸的液体分散体还含有选自未反应原料、溶剂、副反应产物和／或其他不希望物质的杂质，该方法包括： 过滤所述分散体，形成粗对苯二甲酸滤饼； 在约５０℃－约２５０℃的温度下将该滤饼溶入选择性结晶溶剂，形成溶液； 通过降低其温度和／或压力，从该溶液中结晶出纯化对苯二甲酸； 从该溶液中分离出该结晶的纯化对苯二甲酸； 将该分离的纯化对苯二甲酸再溶解于选择性结晶溶剂，形成第二溶液； 通过将温度和压力降低到足以从该第二溶液的所述对苯二甲酸中闪蒸出溶剂而不会将该溶液冷却到低于约５０℃，从该第二溶液中结晶出第二级纯化对苯二甲酸； 由该第二溶液中分离所述第二级纯化对苯二甲酸； 用水洗涤该分离的第二级纯化对苯二甲酸； 在约１５０℃～约３００℃的温度下用水浸洗该洗涤且分离的第二级纯化对苯二甲酸；和 过滤并干燥该水浸洗的第二级纯化对苯二甲酸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李福民，W拉姆兴，
申请(专利权)人：HFM国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]