[发明专利]纯对苯二甲酸的制备方法和设备

说明书

本发明涉及制备纯对苯二甲酸的方法和设备。本发明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强化，用于生产聚酯树脂装备。

发明背景

纯对苯二甲酸(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从“粗”对苯二甲酸制成，并经常借助于催化剂。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。本发明的纯化部分可与基本上任何这类反应体系一起使用，但根据本发明，优选采用包括对二甲苯(p-二甲苯)氧化的反应体系，这种合成体系的应用构成本发明的一部分。

现存和原有的生产纯对苯二甲酸的体系的问题集中在，很难控制反应体系，以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，生产质量适合于作聚酯生产原料的纯对苯二甲酸。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工厂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。

发明概述

本发明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p-甲苯甲酸和4-羧基苯甲醛(4-CBA)。氧化工序中产生的产物为含有未反应原料、溶剂(如果使用)、副反应产物，特别是刚刚提到的副反应产物、以及试图获得的纯对苯二甲酸中所不希望的其他物质的液体分散体。实施本发明的氧化工序，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。

另根据本发明，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发明的选择性结晶溶剂和任选一种或一种以上助溶剂中。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发明的选择性结晶溶剂和助溶剂中结晶出来。采取措施，从本发明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发明的其他溶剂洗涤，最后干燥，以供贮存或用于其他工艺。

本发明还试图包括在每级结晶和洗涤中回收和重复利用本发明溶剂的步骤，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，本发明的基础是与溶剂相关的几个发现，这些溶剂对由结晶和分离步骤完成粗对苯二甲酸的纯化有效。这些发现可以几种方式概括如下。

可用于实施本发明的选择性结晶溶剂包括(a)在处理含有对苯二甲酸的溶剂所希望的基本上所有的温度下，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在其中溶解的溶剂，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较不能溶解的溶剂。如上所述、如下文更为详述、以及如图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。

在这方面应当提到的是，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，本发明的选择性结晶溶剂(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原有做法。特别把水、乙酸(和其他烷基酸)和上述有机溶剂排除在本发明考虑的选择性结晶溶剂之外。

根据本发明，最优选的选择性结晶溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，这是由于下述几种原因以及该溶剂的优秀特性。

N-甲基吡咯烷酮(NMP)为实施本发明的最优选的选择性结晶溶剂。该溶剂无水、热稳定、无毒(对环境安全)、无腐蚀性、且可在市场上购得到。NMP为实施本发明的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，这表示对苯二甲酸可在高温下溶入其中，而在低温下从其中沉淀或结晶出来。