[发明专利]从氧化剂清除物流中除去苯甲酸的工艺

说明书

发明领域

本发明涉及从在羧酸，通常是对苯二甲酸的合成中制得的母液中除去杂质，特别是苯甲酸。本发明还涉及从在羧酸的合成中制得的携带苯甲酸的物流中除去杂质，特别是苯甲酸。

发明背景

在商业上对苯二甲酸通过在催化剂例如Co、Mn、Br和溶剂的存在下对二甲苯的氧化而制得。用于生产聚酯纤维、薄膜和树脂的对苯二甲酸必须被进一步处理以除去由于对二甲苯氧化形成的杂质。

对苯二甲酸(TPA)是用于塑料和纤维应用的聚酯的生产中的中间物。用于生产TPA的商业工艺通常基于对-二甲苯的重金属催化氧化-其通常在乙酸溶剂中采用溴化物促进剂。由于在实际氧化条件下TPA在乙酸中有限的溶解度，因此在氧化反应器中通常形成TPA晶体的浆液。一般而言，将TPA氧化剂浆液从反应器中排出并且使用常规的固-液分离技术从氧化剂母液中分离TPA固体。将含有大部分在工艺中使用的催化剂和促进剂的氧化剂母液再循环到氧化反应器。除了催化剂和促进剂之外，该氧化剂母液流还含有溶解的TPA以及许多副产物和杂质。这些副产物和杂质部分来自于对-二甲苯进料流中存在的微量杂质。其他杂质出现归因于对-二甲苯不完全氧化而导致部分氧化的产品。仍然另一些副产物由作为对-二甲苯氧化成对苯二甲酸的结果形成的竞争副反应而产生。

TPA固体经历固-液分离，其中使用新鲜的溶剂置换氧化剂母液的大部分液体组分。在干燥后，TPA固体被氧化剂母液中存在的杂质污染，因为这些杂质可能被引入TPA固体。杂质还由于TPA晶体结构中的闭塞和由于氧化剂母液未被新鲜溶剂清洗的完全除去而因此存在。

对进一步氧化而言，再循环的氧化剂母液流中的许多杂质相对惰性。这些杂质包括例如间苯二甲酸、邻苯二甲酸和苯偏三酸。还存在可以进行进一步氧化的杂质，例如4-羧基苯甲醛、对-甲苯酸和对-甲苯醛。当再循环时，氧化惰性杂质容易积聚在氧化剂母液中。在氧化剂母液中，这些惰性杂质的浓度将增加直到达到平衡，由此通过TPA产品除去每一杂质的速率与形成速率和加入氧化工艺的速率平衡。商业粗制的TPA中正常的杂质水平使得其不适合于直接在大多数聚合物应用中使用。

传统上，通过二甲酯转化或者通过溶于水中、随后在标准氢化催化剂上氢化而将粗制TPA精制。更近年来，采用次级氧化处理制备聚合物级TPA。希望的是将母液中杂质的浓度最小化并且由此促进随后TPA的精制。在一些情形下，不可能制得精制的聚合物级TPA，除非采用一些用于从氧化剂母液流中除去杂质的方式。

在化学加工工业中普遍使用的用于从再循环物流中杂质除去的一种技术是将一部分再循环流排出或“清除”。一般而言，只将清除物流丢弃或者如果经济上合理的话，则将其进行各种处理以除去不希望的杂质同时回收有价值的组分。该工艺的一个例子是US#4,939,297，其的全部内容在此以不与本文中的论述矛盾的程度引入作为参考。控制杂质所需的清除量取决于工艺；然而，等于总的氧化剂母液流的10-40wt％的清除量通常足以制得足够作为用于商业聚合物生产的原料的TPA。在TPA的生产中，与氧化剂清除物流中金属催化剂和溶剂组分的经济价值相联系的保持可接受的杂质浓度所需的氧化剂母液流清除的百分比使得氧化剂清除物流的简单处理在经济上没有吸引力。因此，需要一种回收基本所有的含于氧化剂清除物流中的有价值的金属催化剂和乙酸同时除去存在于氧化剂清除物流中的大部分杂质的工艺。通过直接再循环到对-二甲苯氧化步骤，金属催化剂可以适合于重新使用的活性形式回收。

本发明的一个优点是与前面描述的基于萃取的清除工艺相比能量和资金成本节省。

本发明的另一个优点是其与萃取清除工艺相比，关于再循环到TPA工艺的溶剂流的可用性的功效。液体萃取工艺中的主要动机基于这样的假设：将任何芳族杂质引入用于制备对苯二甲酸的对-二甲苯氧化工艺中对对苯二甲酸粉末质量具有不利影响(例如黄色)。因此认为对于获得合适的对苯二甲酸粉末质量，例如通过液体萃取提供的宽范围的芳族杂质除去是必要的。

然而，在本发明的一个实施方案中采用了一种相对简单的从含水溶剂中分离苯甲酸的工艺。该工艺相对于苯甲酸的效率是高的，因为苯甲酸比在羧酸，通常是对苯二甲酸的生产中大多数确定的芳族杂质更有挥发性(更高蒸汽压)。这些芳族杂质包括，但不限于，苯偏三酸、间苯二甲酸、芪和蒽醌。因此，相当惊奇的是有利于其他本身有色的已知杂质的苯甲酸的除去将足以制得优良质量的羧酸，通常是对苯二甲酸。

发明概述

在本发明的第一实施方案中，提供了一种工艺。该工艺包括：