生产精制的芳族二羧酸的结晶方法技术

公开了通过如下方式回收结晶对苯二甲酸的方法，该对苯二甲酸包含小于１５０ｐｐｍｗ对甲苯甲酸：在包括多个串联结晶器的结晶区中，将包含少量对甲苯甲酸的对苯二甲酸溶液进行结晶，其中通过压力和温度的顺序降低，速控蒸发冷却溶液以使对苯二甲酸结晶，其中在结晶区末端的溶液压力为环境压力或更低。将从结晶器蒸发的溶剂进行收集和冷凝并在从其获得溶剂的结晶器之后的点，将冷凝器的溶剂返回到结晶区。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
对苯二甲酸(TPA)是一种制备用于制造聚酯薄膜、包装材料和瓶子的线型聚酯树脂的基本构件。用于制造这种聚酯树脂的TPA必须满足一定的最低纯度要求。对苯二甲酸的精制状况主要是指没有高浓度的4-对羧基苯甲醛(4-CBA)和对甲苯甲酸，所述这两种酸在粗制的市售等级的对苯二甲酸中大量存在。CBA和甲苯甲酸都是在催化氧化对二甲苯以制造TPA的过程中形成的部分氧化产物。被精制的形式也是指不存在使粗料呈现特有的黄色调的发色体。所述发色体是具有苯偶酰、芴酮和/或蒽醌结构的芳族化合物。4-CBA和对甲苯甲酸对聚合过程特别不利，因为它们在对苯二甲酸和乙二醇进行缩合反应以制备聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)的过程中起链终止剂的作用。为从粗制TPA获得精制的对苯二甲酸(PTA)，通过氢化4-CBA和发色体，将4-CBA变成对甲苯甲酸，将发色体变成为其为无色固体的化合物。一般在固定化或固定床催化剂存在下，将溶于溶剂如水中的粗制对苯二甲酸进行杂质的液相氢化。以高收率将4-CBA转化成对甲苯甲酸。氢化工艺采用0.5-20巴绝压-bara(0.05-2.0Mpa)的氢气分压，在250℃-280℃的高温下进行。在加入到氢化反应器中TPA水溶液中的TPA浓度一般为15-30wt％。通常地将氢化的产物流通入一系列结晶单元，其中将精制的对苯二甲酸(PTA)以易于过滤和干燥的结晶形式从溶液结晶出来。美国专利3,452,088描述了分段平衡结晶技术，该文献公开了在多段中由背压调节的溶剂受控蒸发或闪蒸，以控制结晶氢化产物流的速率。US3542088公开了应当避免将氢化后物流的温度降至低于165℃的骤冷，这是由于骤冷或突然冷却会促使其它杂质，特别是对甲苯甲酸的共沉淀，而该杂质污染精制的TPA产物。在美国专利3,931,305中，以更笼统的术语重复了此注意事项，该文献陈述的是“尽管保持了多于足够多的溶剂水以防止对甲苯甲酸的饱和或过饱和，然而对甲苯甲酸还是从溶液中析出，因此这样的污染现象在一定程度上是反常的”。美国专利3,452,088提出污染现象以某种方式取决于结晶速率以及结晶的最终温度和产物分离，并且不仅仅取决于溶液中对甲苯甲酸的浓度。美国专利3,931,305推断，决定最终TPA产物中对甲苯甲酸浓度的主要因素是对氢化后溶液进行闪蒸的最低温度。它与冷却到此温度下的速率关系不大。该专利测定，当粗制原料的浓度为500ppm-6,000ppm时，为在最终TPA产物中获得低于150ppm的对甲苯甲酸浓度，121至149℃之间的最终过滤温度是理想的。美国专利3,931,305公开了在一串串联的结晶器中结晶TPA的系统中，在低于160至182℃的温度下，TPA的温度关联沉淀成为关键。因此，’305专利推荐在达到阈值前使大部分TPA结晶出来，以使对甲苯甲酸的污染最小化。更具体地，’305专利公开了在前两个结晶区中，在160-182℃的温度下，75-95％原始溶解的TPA以基本相等的份量结晶，然后，其余5-25％原始溶解的TPA以降低增量的份量结晶。对于回收基本不含对甲苯甲酸的TPA所设的另一个限制是，从结晶母液分离TPA固体的最低操作温度。根据以上所引用的专利文献，此温度在水溶剂的正常沸腾温度以上。因此，任何从结晶母液分离TPA固体的方法都必须在超过大气压的压力下进行。这样的操作限制，要求分离设备具有比其在大气压下或接近大气压的相似设备更为坚固的构造。因此，从资金投资成本的观点来看，使用大气压或接近大气压的分离设备是理想的。专利技术概述本专利技术提供了使用串联结晶器序列，从氢化产物回收精制的TPA产物的方法，由粗制TPA溶液的氢化获得该氢化产物。本专利技术提供了一种对苯二甲酸结晶的回收方法，基于对苯二甲酸的重量计，该对苯二甲酸包含低于每一百万重量份之150份(ppmw)的对甲苯甲酸，所述方法包括如下步骤(1)在足以使溶剂保持在液相的压力下，提供包含10-35wt％溶解的对苯二甲酸的溶液，基于存在的对苯二甲酸重量计，该对苯二甲酸含有溶于其中的150-1100ppmw对甲苯甲酸，该溶液的温度为260-320℃；(2)将步骤(1)的溶液加入到包括多个串联结晶器的结晶区中，其中通过顺次降低压力和温度，速控蒸发冷却溶液以使对苯二甲酸结晶，其中在结晶区末端的溶液压力为环境压力或更低；(3)将从结晶器蒸发的溶剂冷凝，在从其获得溶剂的结晶器之后的点，将被冷凝的溶剂返回到结晶区；以及(4)通过在环境压力下液体固体分离来回收固体结晶对苯二甲酸，基于对苯二甲酸的重量计，其包含小于150份ppmw的对甲苯甲酸。根据本专利技术，将从构成结晶区的至少一个结晶器蒸发的溶剂冷凝和循环到一个后续的结晶器段。由我们的新颖方法提供的优点包括以具有较少“细粒”(即TPA小晶体或粒子)的改进结晶形式回收对苯二甲酸，该细粒可在TPA的处理和输送中引起问题。另一个优点是在环境或近似为环境压力下回收产物。为获得与美国专利3,931,305所示的各段TPA的相同回收率，在本专利技术的方法中可以将温度彼此更接近地分段，由此使得氢化后物流的骤冷在绝大部分TPA从溶液中结晶出来的温度下最小化。此叙述的必然结果也是真实的在美国专利3,931,305中所示的温度下，当系统如本专利技术中所述操作时，更多TPA会在所述单元温度下从溶液中结晶。对于给定的停留时间和生产率，由于溶液中的初始TPA浓度远为更高，同时仍要求最终产物流中相同的悬浮固体含量，由在此所述方法要求的结晶器容积远小于由已知方法要求的容积。所需的更小体积的结晶器导致成本大幅度节约。根据报导，在更高的温度下结晶TPA导致与TPA共结晶的对甲苯甲酸更少。从在美国专利3,931,305中描述的方法和临界温度范围来看，这进一步和本专利技术方法形成对比。冷凝溶剂直接回到它从其蒸发的结晶器段的循环，通常已知为总回流，并不满足本专利技术的要求，这是由于这样的回流物流的作用是作为稀释充满TPA进料物流的另外进料物流。这一总进料材料的增加要求容器体积的变大，以维持可能不是需要的给定停留时间。附图简述附图是说明采用本专利技术原理的结晶对苯二甲酸回收方法的工艺流程图。在图中显示和以下更详细地描述本专利技术的优选实施方案，尽管本专利技术易受各种形式实施方案的影响，然而，应认为本公开内容作为本专利技术的例示而不是对说明的具体实施方案的限制。详细描述粗制芳族二羧酸如TPA可以由各种已知氧化方法制备。例如，可以在氧化催化剂和脂族羧酸溶剂存在下，在第一反应器中将对二甲苯与氧气或含氧气体接触。在第一反应器中，在第一温度下发生对二甲苯的催化氧化，以生产中间体产物。将中间体产物加入到第二反应器中，其中将第一反应器产物与氧气接触，在等于3％或小于第一反应器体积流量的第二体积流量下，将氧气加入到第二反应器中。在第二反应器中蒸煮中间体产物以生产精制产物。或者，可以在循环流反应器中生产TPA，其中在溶剂和氧化催化剂存在下，使对二甲苯与氧气接触。根据这一另外的方法，将包含至少50％氧气的气体引入循环流反应器。将反应器保持在100-200℃的温度和6.9-13.8巴表压-barg(100-200磅每平方英寸-psig)的压力下。将内容物在反应器中保持30-90分钟的停留时间。粗制TPA的另一种制备方法包括在连续平推流反应区中氧化30∶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结晶对苯二甲酸的回收方法，基于对苯二甲酸的重量计，该对苯二甲酸包含低于每一百万重量份之１５０份（ｐｐｍｗ）对甲苯甲酸，所述方法包括如下步骤：　　　　（１）在足以使溶剂保持在液相的压力下，提供包含１０－３５ｗｔ％溶解的对苯二甲酸的溶液，基于存在的对苯二甲酸重量计，该对苯二甲酸含有溶于其中的１５０－１１００ｐｐｍｗ对甲苯甲酸，该溶液的温度为２６０－３２０℃；　　　　（２）将步骤（１）的溶液加入到包括多个串联结晶器的结晶区中，其中通过顺次降低压力和温度，速控蒸发冷却溶液以使对苯二甲酸结晶，其中在结晶区末端的溶液压力为环境压力或更低；　　　　（３）将从结晶器蒸发的溶剂冷凝，在从其获得溶剂的结晶器之后的点，将被冷凝的溶剂返回到结晶区；以及　　　　（４）在环境压力下，通过液体固体分离回收基于对苯二甲酸的重量计包含小于１５０份ｐｐｍｗ对甲苯甲酸的固体结晶对苯二甲酸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RS奥梅德拉，R林，SK柯克，BD麦克默里，
申请(专利权)人：伊斯曼化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]