高纯度芳香多羧酸及其衍生物的纯化及制造方法技术

本发明专利技术提供芳香多羧酸或其衍生物的溶剂萃取纯化方法，其纯度能满足或超过聚合等级的规格。此方法包括将粗芳香多羧酸或其衍生物（如甲酯）溶解于一碱化合物中、除去杂质和过量的碱化合物、以及回收产物时亦除去残留碱化合物。此纯化方法不仅从粗酸或其衍生物中除去杂质，还同时自终产物中除去污染产物的残留碱化合物。过滤饼里的盐是以酸取代、热解、或电解方式转化为产物。此法使用碱萃取溶剂从盐中萃取碱化合物及杂质。而后，该回收产物中的残留碱化合物以沥滤、汽提、电磁波热搅动、或热解蒸发之方式除去。此纯化方法可免使用结晶器以及干燥及气体输送之设备。最后，将该纯化方法与目前已知技术的氧化和溶剂回收相结合，可将目前生产芳香多羧酸或衍生物的二套工艺步骤减为一套，从而显著降低生产成本。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术范围本项专利技术是有关高纯度芳香多羧酸及其衍生物，特别是有关于改良纯化及制造高纯度芳香多羧酸或其衍生物(例如酯)的方法。
技术介绍
芳香多羧酸是由氧化芳香化合物上对应的烷基而制得，此等酸的例子有纯对苯二酸(Pure Terephthalic Acid，PTA)、间苯二酸(IsophthalicAcid，IPA)、偏苯三酸(Trimellitic Acid，TMA)、2，6-萘二羧酸(2，6-Naphthalene Dicarboxylic Acid，，2，6-NDA)、2，7-萘二羧酸(2，7-NDA)等。因PTA为最典型的方法，所以它将被用以解说本专利技术。然而，本专利技术的纯化及制造方法也可适用于所有的芳香多羧酸及其衍生物。PTA的主要生产方法是以下列步骤生产粗对苯二酸(CrudeTerephthalic Acid，CTA)。1)氧化对二甲苯(PX)与空气在150-230℃和150-425 psia的液相中，以钴-锰-溴为催化剂及醋酸为溶剂氧化反应而成对苯二酸。2)结晶氧化反应器的流出物经由3到5个大结晶器于减压减温下结晶将对苯二酸从母液中沉淀出来。3)过滤经由离心/过滤将粗酸从母液分离。处理或未处理之母液循环至氧化步骤。4)干燥以惰性气体吹干粗酸，且该惰性气体所携带之醋酸则由涤气器回收。干燥后的粗对苯二酸由空气推动输送至储仓，因此需要大量的氮气，或空气分离设备。5)溶剂及催化剂回收溶剂及催化剂可经由许多不同的方法回收。含约0.5％杂质的CTA经由氢化反应以制成含有大约25PPM的4-对酸基苯甲醛(4-CBA)、150PPM的对甲苯酸及0-50PPM的苯甲酸的聚合等级的PTA。类似于上述的CTA工艺，经由氢化反应纯化后的PTA也必须再经过类似的结晶、过滤、干燥的程序步骤回收。因此，将反应器流出物约0.5％的杂质除去，纯化至约0.025％杂质的产物，目前工艺需要下列昂贵的步骤1)二套结晶、离心/过滤、干燥及气体输送的工艺步骤。2)以昂贵的化学反应的方法来纯化。除了昂贵的氢化单元的设备成本，因操作于高压高温及使用贵金属的催化剂也需要高额的生产成本。3)相当长的结晶驻留时间。CTA约需3-5个，而PTA约需5个大结晶器以将产物自母液中回收。此外，由于高腐蚀性的溴及醋酸环境，某些结晶器必须使用昂贵的抗腐蚀材料，例如钛衬的设备。4)干燥及气体输送的步骤程序以制造终产物。5)产物虽然合乎聚合等级的规格，但仍含有约0.01％的杂质。制造聚酯纤维、薄膜、和模制树脂必须使用高纯度的PTA及其衍生物。对苯二酸之所以难以纯化，主要是因为其在多数溶剂中溶解度低、高沸点、以及产物与杂质具有相似的物性及化性。另一种纯化的方法是以溶剂萃取来除去杂质。溶剂萃取吸引之处是成本较低，此法可追溯至1953年(美国专利2,664,440)，或可能更早。早期所建议的溶剂并不稳定、会与产物产生反应、有毒性、或无法将CTA纯化至所要求的程度。其后，Iwane(美国专利5,344,969)和Hirowatari(美国专利5,565,609)公开了使用更为稳定溶剂的方法。以下将概述这些方法。1)溶解粗酸芳香多羧酸与许多碱化合物会形成盐，此盐可溶于许多溶解溶剂中，诸如升温的水或醇。2)除去杂质某些杂质可轻易地经由溶液之前处理来分离，如以活性碳来吸附着色剂。但性质与酸接近的杂质则须冷却至少30℃，以结晶方式自母液分离出来。3)产物回收Hirowatari通过热处理将前处理溶液加热分解，或在乙二醇的存在下，将蒸气与该浓缩溶液接触而加热分解。Iwane则将盐沉淀并洗涤之，然后通过加热分解，或添加一种酸取代性溶剂以取代盐中的产物酸，而将其转变为纯化的产物。Iwane还通过将酸取代性溶剂直接加至溶液中以回收产物。Iwane和Hirowatari皆使用只含氮为杂原子的胺化合物，例如脂族、脂环族、芳香族、或杂环的胺。Iwane以醇为溶解溶剂来纯化源自氧化的粗NDA。Hirowatari则以水为溶解溶剂，将芳香二羧酸自水解的聚酯树脂回收。因所含杂质仅为添加剂和着色剂，其可容易地被活性碳回收分离，所以此法并未以结晶分离纯化的盐。因此，此法仅适用于纯化已高度纯化PTA(其只含容易分离之添加剂及着色剂)，而不适用于纯化含有难以分离的氧化杂质的粗芳香二羧酸。至于热解，Iwane将盐加于链烷烃、烷基苯、烷基萘、或烷基联苯中并加热，而未使用蒸气来加热。但所选的高沸点溶剂将残留于产物中而成为另一种污染物。Hirowatari则将前处理溶液加热及回流以分解胺盐，或以蒸馏法来浓缩该溶液后，再与蒸气接触以分解并除去该胺化合物。乙二醇主要是用以提升回流温度，但回流将增加产物中碱化合物的残留量，且蒸馏法还必须蒸发超过50％的水，因此需要大量能源。Iwane能将97.2％的2，6-NDA纯度改良至约99.8％的程度，而Hirowatari则能从水解的聚酯树脂中回收纯度约为99.9％的PTA。Iwane利用其方法仅能将来自反应器流出物的纯度低于CTA的粗NDA纯化至接近于CTA的程度。虽然以上两个方法均能改良产物的纯度，但仍无法达到聚合等级PTA的规格(＞99.98％)。另一个方法是Lee(美国专利第5767311号)，其将CTA直接溶于140-190℃的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，而未使用溶解溶剂。该溶液冷却至5-50℃后使之结晶沉淀。过滤及洗涤该沉淀物以使PTA达聚合等级。然而使用该方法的实验显示，仍有相当多的盐污染产物。此污染的形成可能是由于其未能了解于此方法中，PTA与NMP会形成盐。Lee认为溶液的沉淀物是PTA，但事实上它还是盐。在洗涤期间，盐被洗涤溶剂，如甲醇或水，转化成产物。但仍有大量盐未被转化，因为仅有洗涤是无法将所有的盐转化为产物。此溶解及溶剂回收的方法是很昂贵的。若与胺化合物或吗啉比较，NMP价格贵约2-3倍，而且需要使用3-5倍的量来溶解粗酸。且溶剂沸点高，必需花费大量热能回收。另外，Lee错误地认为CTA可溶于不含水的吗啉溶液中。不管溶液温度如何，除非水存在，否则其溶解度是小至可以忽略的。即使吗啉能够溶解CTA，其终产物将不是PTA而是盐，因为甲醇无法将吗啉盐的沉淀物转化成PTA。以后将更详尽地讨论NMP与吗啉盐的区别，且本专利技术将发挥其优点。本专利技术将使用新的结晶方法和洗涤溶剂以改良此方法产物的品质。即使有上述这么多的优点，但仍未发现有溶剂萃取纯化的商业利用。其中一个主要的问题是由于残留于终产物中的残余碱化合物却反变成一种污染物。所有提议使用的有机碱化合物皆含有氮，其将在制造聚酯时引起颜色及一些其它问题，目前并无现有技术揭露该项问题，以及如何自产物中除去该碱化合物。结晶体于结晶时通常包含残留溶液。使用一些已知结晶方法，其可能包含多于0.1％的残留碱液，其程度很接近CTA中的杂质含量。为了能适用于制造聚酯，残留碱化合物必须除至约为百万之几的程度，其已接近PTA杂质程度。因此，已知的溶剂萃取技术可除去粗酸里的杂质，但却使残留碱化合物污染于产物中，使其无法适用于制造聚酯。所有已知的方法皆未尝试从终产物中除去残留碱。Iwane教示使用酸溶剂，Hirowatari教示使用水来洗涤过滤器终产物饼中的碱化合物，而Lee则教示使用NMP、对二甲苯、丙酮、甲基乙基酮、或甲醇来洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造纯有机酸或其衍生物的方法，其包括： 将粗有机酸或其衍生物溶于碱化合物中； 除去杂质；以及 在回收该纯有机酸或该衍生物时，除去残留碱化合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：文森特TD林，
申请(专利权)人：文森特TD林，
类型：发明
国别省市：US[美国]