CN102803197B - 制备己二酸晶体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备己二酸晶体的方法。本发明更特别涉及回收具有低杂质含量的晶体形式的己二酸的方法，所述晶体形式的己二酸特别是用合成己二酸的反应介质通过结晶步骤获得的。根据本发明，纯化方法包括研磨晶体的步骤以便容易地除去或置换包含在晶体内的杂质。

Description

制备己二酸晶体的方法

本发明涉及制备己二酸晶体的方法。

其更特别涉及回收具有低杂质含量的晶体形式的己二酸的方法，所述晶体形式的己二酸特别是从己二酸合成反应介质中通过结晶步骤获得的。表述“杂质含量”应被理解为是指除了水之外的杂质的浓度。

己二酸是作为中间体化合物或作为用于改进某些产品的性质的添加剂的用于许多应用的重要化学品。

在这些应用中，作为单体的己二酸在制备聚合物中的用途是最重要的。因此，己二酸是制备聚酰胺，尤其是聚酰胺6，6的主要单体之一。其还用于制备聚酯、聚酯酚和制备聚氨酯。

在这些应用中，尤其是在作为制备聚酰胺的单体的用途中，己二酸必须具有非常高的纯度，也就是说该纯度至少等于用作药物的活性化合物所需的纯度。此外，己二酸晶体必须具有某些物理性质，尤其是尺寸和外形性质，以便在将己二酸供给反应器或储存罐期间获得良好的流动性，并且也在储存和运输期间具有低的结块倾向。此外，在处理己二酸期间，出于卫生学原因，必须最小化非常小尺寸的(通常称为“细粉”的)晶体的存在。

特别地，通过直接或两步法氧化烃(例如环己烷)来合成己二酸。

工业上最多使用的方法是经两步氧化环己烷的方法，其包括用氧将环己烷氧化为环己醇/环己酮混合物的第一步，然后用硝酸将该混合物氧化为己二酸。将环己烷氧化为环己醇/环己酮的第一步可通过单一步骤或以两个阶段进行，该两个阶段为：在第一阶段，在没有催化剂的情况下制备环己基过氧化氢，然后在第二阶段，在催化剂的存在下将环己基过氧化氢分解为环己醇/环己酮。

己二酸通过硝酸氧化环己醇来制备，该环己醇由苯氢化至环己烯，再水合至环己醇制备。

在这些合成方法中，己二酸以溶解形式存在于反应介质中，所述反应介质通常包含水、硝酸和许多合成副产物，该副产物诸如除了己二酸之外的二酸(例如戊二酸和琥珀酸)和化合物、尤其是源自所用的催化剂和设备腐蚀的金属化合物。

通常通过在冷却和/或浓缩反应介质之后进行结晶来从该反应介质回收己二酸。优选在水中通过连续结晶来纯化该己二酸，然后干燥以便降低水含量，并由此避免在储存和运输晶体期间的结块或聚集的问题。

为了获得该高纯度，所用方法包括消耗能量和投资成本的包括大量的洗涤和干燥阶段的许多结晶步骤。

然而，为了达到需要的己二酸纯度质量，这些方法包括例如因产生“细粉”而负面影响方法的经济性和晶体的物理质量的许多步骤。

仍然亟需更好的进行己二酸纯化的方法，其使获得具有高纯度的化合物和具有与其储存、运输和处理相匹配的物理性质的晶体成为可能。

为了该目的，本发明提供通过结晶制备己二酸晶体的方法，其使更容易和更经济地获得高纯度的和/或具有与其储存、运输和处理相匹配的物理性质的晶体成为可能。

本发明提供从己二酸溶液制备己二酸晶体的方法，其包括至少一个结晶纯化步骤和一个晶体的分离和回收步骤。

根据本发明，制备己二酸晶体的方法包括在晶体的分离和回收步骤之前研磨晶体的阶段。

本发明的方法通常包括在结晶步骤和分离和回收步骤之间的若干中间步骤，例如过滤、再浆化、洗涤。在本发明的含义内，应当理解，表述“结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤”既包括结晶阶段和分离和回收阶段，也包括所有中间阶段。

根据本发明的方法的一个有利实施方案，结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤包括下列步骤：

-在任选包括结晶介质的外部循环回路的结晶器中，通过冷却和/或通过浓缩己二酸溶液来进行的结晶阶段；

-任选的分离所形成的晶体的阶段，例如通过过滤；

-任选的在用己二酸饱和的液体介质中再浆化晶体的阶段；

-晶体的分离和回收阶段，任选包括晶体的洗涤。

表述“晶体的分离和回收步骤(或阶段)”应当理解为是指在将己二酸晶体供给新的纯化步骤或干燥步骤之前使己二酸晶体的回收成为可能的方法的步骤(或阶段)。换言之，如果该方法使用单一的结晶纯化步骤和单一的己二酸晶体的分离和回收步骤，则晶体的分离和回收步骤(或阶段)将是干燥前的最后步骤。如果该方法使用几个依次的结晶纯化步骤和几个依次的己二酸晶体的分离和回收步骤，则“晶体的分离和回收步骤(或阶段)”可以是指干燥前的最后步骤(用于最后一次纯化)，或者是在新的结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤之前的中间步骤(用于最后一次纯化之前的纯化)。

可以在结晶器中进行结晶阶段，或者在串联安装的若干结晶器中进行结晶阶段。

在本发明的上下文中，表述“再浆化阶段”应被理解为是指将晶体悬浮或分散在诸如用己二酸饱和的溶液的液体介质中。

表述“晶体研磨阶段”应被理解为是指将己二酸晶体破碎为或大或小程度的阶段。研磨具有释放或置换被限制在晶体内的杂质的作用，该杂质例如包封在晶体内的结晶液体或结晶原液，其通过例如洗涤或再浆化或过滤阶段不可能被除去或置换(为更清楚起见，结晶液体或结晶原液指结晶水或结晶母液，但并不意图限制本专利的范围为使用水作为用于进行己二酸结晶的液体)。

由于这些结晶母液或结晶水包含在结晶介质中存在的副产物或杂质，研磨晶体使在己二酸纯化步骤结束时获得较低浓度的这些杂质成为可能。

通常通过直接对湿晶体施加机械力，或对悬浮在有利地用己二酸饱和的液体(诸如水)中的晶体施加机械力，来获得晶体的研磨。适于获得这种研磨的方法是用于研磨固体产品的任何标准方法，例如搅动、重击、压碎。

有利地，可以通过任何适当的方法进行晶体的分离和回收步骤(或阶段)，所述方法例如沉淀、过滤、离心。通常使用的方法是旋转过滤器，和在被称为离心干燥器的装置中进行的离心。在分离和回收步骤中，使晶体进行或多或少有效的洗涤操作。这些洗涤操作的目的尤其是除去存在于晶体表面的母液。

可以分批方式或连续方式进行己二酸晶体的制备方法。

根据本发明的一个优选实施方案，己二酸溶液是己二酸的水溶液。

根据一个实施方案，当使用单一的结晶纯化步骤和单一的己二酸晶体的分离和回收步骤时，在晶体的分离和回收阶段之前，对至少一个下列介质进行研磨阶段：

ο晶体悬浮液，该晶体悬浮液包含在所述结晶器中，并在所述结晶器外部的任选回路中循环，包含研磨的晶体的该悬浮液被再循环到所述结晶器中；

ο包含在任选再浆化阶段的介质中的晶体；

ο在任选的再浆化阶段之后的湿晶体。

根据另一实施方案，当进行至少两个依次的结晶纯化步骤和至少两个依次的己二酸晶体的分离和回收步骤时，

-在最后一次结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤之前的至少任何一个步骤中，和/或

-在最后一次结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤的期间，

在晶体的分离和回收阶段之前，对至少一个下列介质进行研磨阶段：

ο晶体悬浮液，该晶体悬浮液包含在所述结晶器中，并在所述结晶器外部的任选回路中循环，包含研磨的晶体的该悬浮液被再循环到所述结晶器中；

ο包含在任选再浆化阶段的介质中的晶体；

ο在任选的再浆化阶段之后的湿晶体。

根据本发明的一个优选实施方案，用于制备己二酸晶体的方法包括至少两个依次的结晶纯化步骤。

从合成反应介质中存在的己二酸开始进行第一结晶纯化步骤。因此，可以任选通过蒸发水分来浓缩反应介质，然后冷却以便获得己二酸的结晶。可以在以连续模式或分批模式操作的结晶器中进行这种结晶。

通过例如过滤从母液分离在第一结晶阶段期间获得的晶体。在这种实施方案中，然后在将其供给过滤/离心干燥步骤之前的再浆化步骤中，将晶体分散在诸如用己二酸饱和的水溶液的液体中，以失去尽可能多的水，最后的过滤/离心干燥步骤相当于上述分离和回收步骤。在该最后的过滤/离心干燥步骤期间或该步骤之前，洗涤晶体，以除去或置换尽可能多的存在于晶体表面的母液或结晶水，并用不包含杂质的水置换它们。

在该第一纯化步骤中获得的己二酸被冷却为“工业级己二酸”。这是因为这些晶体仍然包含被限制在晶体中的一定量的杂质，尤其是母液内容物。这些内容物不能通过洗涤或再浆化操作被减少或置换。

根据本发明的一个实施方案，在第一结晶纯化和晶体的分离和回收步骤期间，通过研磨晶体或在晶体悬浮液(例如在再浆化操作期间的晶体悬浮液中)中施加机械力(强力搅拌)来研磨晶体。也能够通过在晶体悬浮液的外部环路中放置诸如泵的研磨装置进行这种研磨。可以在将晶体供给再浆化步骤之前的分离步骤中进行研磨。

根据本发明的另一实施方案，结晶器包括其中放置研磨装置的结晶介质的外部循环回路。在该实施方案中，将研磨的晶体再循环到结晶器中使得结晶介质的引晶(seeding)成为可能。已知在结晶领域中，引晶使控制和改良所获得的晶体的形状成为可能。

还可能在再浆化和离心干燥之后回收的晶体的处理步骤中提供这种结晶研磨阶段。在该实施方案中，将已经再浆化、离心干燥一次并任选洗涤的晶体分散在用己二酸饱和的液体中，有利地为用己二酸饱和的水。对这种分散液进行晶体研磨。在通过任何已知方法的最后的分离和回收步骤中回收由此研磨的己二酸晶体，所述方法例如过滤，优选伴随这些晶体的洗涤。因此，对在第一再浆化阶段然后第一过滤分离阶段之后回收的晶体进行晶体研磨阶段，然后在分离和回收阶段被回收之前使所述研磨的晶体进行新的再浆化阶段。

有利地，在第一结晶纯化和晶体的分离和回收步骤中进行己二酸晶体的研磨，以便获得确定纯度的己二酸晶体。然而，根据与上述的那些类似的实施方案，尤其是在使获得高纯度己二酸成为可能的结晶步骤中，有可能提供在其他接下来的结晶步骤中的晶体研磨阶段。

有利地，尤其为了制备工业级己二酸，在第一纯化步骤中包括研磨步骤的本发明的方法的实施方案，使获得与没有研磨步骤的方法相比具有更高纯度的己二酸成为可能。因此，如果期望获得与用标准方法获得的己二酸纯度相当的己二酸，则制备高纯度己二酸(通常被称为“纯化级己二酸”)的第二或最终步骤可以是对高效率要求较低时使用的纯化方法。同样地，这种纯化方法使较少损坏晶体的形状和尺寸成为可能。因此，本发明的方法能够制备具有非常高纯度的己二酸，或制备具有与用标准方法获得的纯度相当但特别具有较低含量的细粉(这使得降低晶体的结团能力成为可能)的己二酸。

为了确定杂质浓度或己二酸的纯度，检测戊二酸和琥珀酸的浓度和硝酸根离子的浓度。

根据下面仅通过示例和表明的方式给出的实施例，本发明的其他细节和优势将变得更加明白。

实施例1：比较

源自硝酸氧化环己醇/环己酮混合物的方法的反应介质包含约24重量％的己二酸。这种介质包含水、硝酸、源自氧化反应的各种化合物、源自所用催化剂和设备腐蚀的硝酸根离子和金属离子。

将这种介质供给结晶器。通过冷却至约25℃的温度获得己二酸的结晶。通过过滤从结晶母液分离结晶固体。

在25℃的温度下，在称为“再浆化”的步骤中，将由此回收的晶体悬浮在用己二酸饱和的水中。将由此处理的晶体供给过滤器。回收的晶体的平均大小为437μm。

通过供应用己二酸饱和的水彻底洗涤由此过滤的晶体，以便完全置换存在于晶体周围的结晶水。这种洗涤方法使除去不包含在晶体中存在的内容物中的任何杂质成为可能。

分析回收的晶体以便确定戊二酸、琥珀酸和硝酸根离子的浓度。

在通过用水稀释制备样品和在相同条件下与外标比较之后，通过液相色谱获得戊二酸和琥珀酸的含量和硝酸根离子的含量。所用设备包括C18ODS2型柱，特别是对于硝酸根离子用热导检测或分光光度检测或UV检测。洗脱液为无机酸或有机酸的稀释水溶液。

获得的结果为：

●硝酸根离子：723ppm

●琥珀酸：159ppm

●戊二酸：202ppm

实施例2：本发明

重复实施例1。使用置于再浆化分散液中的ULTRA-TURRAX设备，对在再浆化步骤中存在的晶体进行研磨操作。

根据实施例1中描述的方法，在过滤和洗涤操作后回收的晶体具有下列杂质浓度：

●硝酸根离子：283ppm

●琥珀酸：70ppm

●戊二酸：82ppm

回收的晶体的平均尺寸为120μm。

Claims (14)

1.从己二酸溶液制备己二酸晶体的方法，其包括至少一个结晶纯化步骤以及至少一个己二酸晶体的分离和回收步骤，其特征在于在所述分离和回收步骤之前使所述己二酸晶体经过研磨阶段，所述研磨阶段是指将己二酸晶体破碎的阶段；

其进一步的特征在于所述结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤包括下列步骤：

-在包括或不包括结晶介质的外部循环回路的结晶器中，通过冷却和/或通过浓缩己二酸溶液来进行的结晶阶段；

-任选的分离所形成的晶体的阶段；

-任选的在用己二酸饱和的液体介质中再浆化晶体的阶段，所述再浆化阶段是指将晶体分散在用己二酸饱和的液体介质中的阶段；

-晶体的分离和回收阶段，任选包括晶体的洗涤；

以及在于

-当使用单一的结晶纯化步骤和单一的己二酸晶体的分离和回收步骤时，在晶体的分离和回收阶段之前，对至少一个下列介质进行研磨阶段：

o晶体悬浮液，该晶体悬浮液包含在所述结晶器中，并在所述结晶器外部的任选回路中循环，包含研磨的晶体的该悬浮液被再循环到所述结晶器中；

o包含在任选再浆化阶段的介质中的晶体；

o在任选的再浆化阶段之后的湿晶体；

-当进行至少两个依次的结晶纯化步骤和至少两个依次的己二酸晶体的分离和回收步骤时，在最后一次结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤之前的至少任何一个步骤中，和/或在最后一次结晶纯化步骤和己二酸晶体的分离和回收步骤的期间，在晶体的分离和回收阶段之前，对至少一个下列介质进行研磨阶段：

o晶体悬浮液，该晶体悬浮液包含在所述结晶器中，并在所述结晶器外部的任选回路中循环，包含研磨的晶体的该悬浮液被再循环到所述结晶器中；

o包含在任选再浆化阶段的介质中的晶体；

o在任选的再浆化阶段之后的湿晶体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过直接对湿晶体施加机械力，或对悬浮在有利地用己二酸饱和的液体中的晶体施加机械力，来获得晶体的研磨。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述己二酸溶液为己二酸水溶液。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过硝酸氧化环己醇/环己酮混合物或环己醇来合成所述己二酸。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过用分子氧氧化环己烷来合成所述己二酸。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于其包括至少两个依次的己二酸的结晶纯化步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于第一结晶纯化步骤包括：

·在结晶器中通过冷却和/或浓缩己二酸溶液来结晶的阶段：

·分离所形成的晶体的阶段；

·在用己二酸饱和的液体介质中再浆化所述晶体的阶段；

·晶体的分离和回收阶段，任选包括晶体的洗涤；以及

·在晶体的分离和回收阶段之前，对所述晶体上进行研磨阶段。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于对包含在再浆化介质中的晶体进行晶体的研磨阶段。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于在所述再浆化阶段之前或之后，对湿晶体进行晶体的研磨阶段。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于对晶体悬浮液进行己二酸晶体的研磨，该晶体悬浮液包含在所述结晶器中，并在所述结晶器外部的回路中循环，包含研磨的晶体的该悬浮液被再循环到所述结晶器中。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于在第一再浆化阶段和随后的第一过滤分离阶段后，对回收的晶体进行晶体的研磨阶段，然后在分离和回收阶段中被回收之前，对研磨的晶体进行新的再浆化阶段。

12.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于通过过滤或离心干燥进行结晶的分离和回收。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于对分离的晶体进行一个或多个洗涤操作。

14.如权利要求1-11任一项所述的方法，其特征在于通过机械搅动、重击和压碎进行晶体的研磨。