CN1138745C - 制备高纯芳香羧酸的改进方法 - Google Patents

Abstract

一种改进的用不纯固体酸产品生产高纯芳香羧酸的方法；用此方法，即使存在固体团块，也可以在相对较低的温度下将固体酸产品高效地溶于适宜的溶剂中。

Description

制备高纯芳香羧酸的改进方法

发明背景

本发明涉及以不纯的固体酸产品制备高纯芳香羧酸的一种改进方法，特别是涉及一种方法的改进；该改进是即使在固体团块的存在下，将固体酸产品在相对较低的温度下高效率地溶于一种适宜的溶剂中。

在典型的工业化的生产高纯芳香羧酸(特别是间苯二甲酸和对苯二甲酸)的方法中，一种相当难溶、不纯的酸先被生产出来，并从氧化方法回收。就对苯二甲酸而言，氧化过程包括在乙酸溶剂中的对二甲苯催化空气氧化；不纯的酸通常以固态晶体形式，在为除去杂质而进行的进一步加工前从干燥器输送到收集料斗中；在此方法的纯化阶段，粗(即不纯)酸晶体在水中、循环母液中或其它适宜的溶剂中制成淤浆，这种淤浆用泵输送通过一系列的预热器以提高淤浆温度，从而溶解淤浆颗粒。由此而得的溶液在含有VIII族贵金属催化剂的存在下氢化，该氢化发生在较高的温度下，典型的温度在280℃至283℃之间，在液相条件下进行。该被纯化的酸是通过将氢化处理的溶液中的酸结晶的办法来回收的。主要的杂质(从4-羟基苯甲醛(4-CBA)(熔点258℃，沸点为升华)中获得的对甲基苯甲酸(熔点180℃，沸点275℃)和组成不明的发色体)以及一些其它的有机成分，例如苯甲酸(熔点122.5℃，沸点249℃)和一些残留的对苯二甲酸(在对苯二甲酸的情况下)仍溶于溶液中。

粗酸干燥时的条件，粗酸的含湿量，和酸在纯化前在收集料斗中停留的时间；在所有这些条件下，会产生大的酸产品的团块。这些团块的平径直径可大至10cm，由此它们很难加工，会阻塞甚至损坏阀门和输送设备；还很难溶于水和其它溶剂中，特别是在进一步加工的相对较低的起始温度下，即100℃下。本发明提供了一种处理背景方法中这些团块的方法，用于从粗的结晶的原材料生产高纯芳香羧酸。

发明概述

本发明是一项关于用不纯固体酸产品生产高纯芳香羧酸晶体的方法改进，它包括以下步骤：

(a)在高温下将不纯固体产品溶于溶剂中以形成溶液；

(b)在氢化催化剂催化下将溶液氢化；

(c)任选从催化剂中分离出溶液；和

(d)冷却溶液，使纯芳香羧酸晶体沉淀。该改进包括通过对反馈信号的响应，将不纯固体产品经过适宜的出料喷嘴从贮存料斗计量输入盛放溶剂的收集槽中，将不纯的固体产品溶于溶剂中。如此一来，可在较低的温度(温度范围为90℃至100℃)下形成浓度范围在28％(重量/重量)至30％(重量/重量)间的中间淤浆，在形成淤浆的同时连续搅拌。该淤浆随后被抽出收集槽，由不需要的尚未溶解的固体产品即颗粒组成的平均直径在24mm至28mm之间的大团块仍留在收集槽中。淤浆的密度在收集槽的下游处连续测量，该测量结果再转换成与计量装置相作用的反馈信号，以控制不纯固体产品与溶剂输入收集槽的速率。与将淤浆从收集槽中抽出的同时或此后通过一个或几个中间步骤，淤浆被加热至适当高的加工温度，约283℃，淤浆压力也升至一适当的水平，在此条件下，几乎所有的酸颗粒在氢化和纯化之前被溶解。

本发明的方法可连续或间歇操作；作为本发明的优先实施方案，将不纯固体产品从贮槽中输送入淤浆收集槽的计量是通过使用一台马达驱动的旋转阀来完成的，该阀有一响应反馈信号的控制装置。

附图简述

图1是本发明方法改进的简图。

详述

本发明特别适用于用粗固体酸产品生产高纯芳香酸晶体的方法。芳香羧酸中最有商业价值的是对苯二甲酸和间苯二甲酸，尽管本方法适于处理任何在溶液中经过类似氢化纯化的不纯固体酸产品。

本发明采用的典型纯化方法包括以下步骤：

(a)将不纯固体产品溶于高温的溶剂中以形成溶液；

(b)在氢化催化剂存在的条件下，将溶液氢化；

(c)任选将溶液从催化剂中分离；并

(d)冷却溶液，使纯芳香羧酸晶体析出。就对苯二甲酸和间苯二甲酸而言，可能含有循环含水母液的水是较为适宜的溶剂，它将在说明发明后的讨论中提到。

按照本发明，改进包括在溶剂如水中溶解不纯固体产品，其通过以下方法进行：

(e)用响应反馈信号的马达驱动的计量装置将不纯固体产品计量输入含所述溶剂的收集槽中，由此形成温度相对较低(90℃至100℃)，浓度在28％(重量/重量)至30％(重量/重量)之间的不纯酸晶体淤浆，在形成淤浆时连续搅拌；

(f)通过阻滞筛从收集槽排出淤浆，由此粒子尺寸大于筛开口的未溶解的固体产品的颗粒存留于收集槽中。

(g)测量从收集槽流出的淤浆的密度，并转换成反馈信号；

(h)将反馈信号传输至步骤(e)的计量装置中；与此同时或此后

(i)加热淤浆。

在工业化生产规模的实际操作中，粗对苯二甲酸或间苯二甲酸以晶体粉末状用氧化方法回收，并输送至贮存料斗以等下一步加工。贮存料斗和相关加工设备、罐等以及在随后的纯化方法中使用的管道常用不锈钢或防腐蚀、防反应物污染的合金制造。固态晶体粉末带有在氧化反应中生成的化学杂质，也可能含有先前在加工和洗涤中残留的溶剂，它可能含有某一浓度的水，所有这些都使得晶体颗粒在经过一段时间后易于粘在一起形成大而硬的团块。

要纯化粗的(即不纯的)酸产品要求先将晶体产品溶于溶剂中，象软化或循环水(即母液)，或是二者的混合物中。酸晶体溶解的速率受许多因素影响，如颗粒(团块)尺寸、浓度、温度、压力和搅拌。为了加工的方便，发现的最方便的方法是先在一中间的“淤浆收集槽”中在相对较低的温度下即90℃至100℃间形成含水的粗酸淤浆，该淤浆收集槽配有一台连续搅拌的搅拌器以提高溶解速度。

现在参照图1，粗酸晶体通过两个排放喷嘴或排放管中的一个由贮存料斗10计量输入淤浆收集槽11中。在图1中画出的是一条主排放管12，它直接从贮存料斗的锥形底部出来；辅助排放管12A由所示的锥形部分的侧面出来。每一条排放管中装有一台马达驱动的计量装置，作为本发明优选的实施方案，该装置是一台有合适直径如不超过20cm的马达驱动的旋转阀13。旋转阀13的速度由淤浆密度控制器控制。控制器的输出量是通过一台变压器来将旋转阀驱动马达转速控制在0-22rpm范围内。

如图很简单地显示的贮存料斗10通常位于淤浆收集槽11的正上方，淤浆收集槽11装有一台搅拌器14以在淤浆形成过程中连续搅拌淤浆。图示的垂直安装的单叶轮下流搅拌器14通常操作转速约为68rpm，然而，可以使用任何合适的搅拌装置，只要可应用于连续操作中。

在管道12和12A上的马达驱动旋转阀13是用来计量从贮存料斗10输入淤浆收集槽11中的不纯酸产品。粉末的流速可用市售的粉末流量计测量，该流量计可同时测量密度和速度，并将这些测量结果转换成质量流速。淤浆强度可由将流入淤浆收集槽11的粉末质量流速和总溶剂流速的比率控制在一固定值来控制。在图1所示的实施方案中，图示的一种可供选择的控制方案是使用淤浆密度测量法。反馈信号由密度测量装置15之一或两个来产生，该密度测量装置位于图示的淤浆收集槽11的下游部分。淤浆密度通常控制在约1085kg/m³。密度测量与淤浆强度有直接关系(即密度)，并按预先的设定点，用来调节流入淤浆收集槽11的粗酸流速。将测得的密度值转换成反馈信号，经虚线的管线16传输至马达控制装置17中的任一台；依次马达控制装置控制着驱动各自的旋转阀13的马达转速。实际上，在同一时刻，在生产过程中管12或12A中仅有一台在使用。循环水经由管18和控制阀19送入淤浆收集槽11中，新鲜水经由管20加入淤浆收集槽11。此外，溶剂，较有代表性的是冷的软化水，经过冲洗水喷通过淤浆收集槽排放管(未标出)注入淤浆收集槽11中。进入淤浆收集槽11的溶剂的总流量用市售的高和低液位控制器来控制。

纯化阶段以综合的工艺设计为基础，该设计对在淤浆收集槽11中的含水淤浆的精心控制使固体强度保持在28％至30％(重量/重量)范围内，该控制基于55tes/hr粗酸设计流速和128.3tes/hr的溶剂设计流速。淤浆浓度可变得更高或更低，但这种变化通常会对总的生产效率带来相应的经济上的不良影响。淤浆收集槽11的温度控制在95℃至100℃范围内，尽量这一温度范围并是关键，并且压力为大气压。

为了达到氢化所需的较高的温度和压力，含水淤浆被泵送通过一预定系列的预热器，即热交换器。象经过大大的简化后在图1显示的那样，淤浆通过环绕压力控制回路的管21送出淤浆收集槽11，而该压力控制回路经过一台低压溶解器进料泵22。低压溶解器进料泵是一台具有适宜容量和排出压力的卧式离心泵。控制回路的压力通常保持在约10巴(1000kPa)，两台工艺可操作的过滤器23A和23B与低压溶解器进料泵22的排放端并联，以除去可能进入系统的碎屑。任何时刻，只使用过滤器23A和23B中的一台。淤浆在去高压溶解器进料泵24的吸入端路上流经一台冷凝注射加热器(未标出)，然后再流入一台将淤浆温度升至150℃中间温度的第一预热器25。在操作中，一系列高压溶解进料泵将淤浆压力由10巴(1000kPa)升至110巴(11,000kPa)，然后通过一列预热器将淤浆送至纯化反应段。这些附加的预热器排成一列(未标出)，将淤浆温度升至约283℃的纯化反应温度。高压溶解器进料泵通常是单级立式的高速离心泵。

淤浆通过位于收集槽侧壁的喷嘴26从淤浆收集槽11排出。喷嘴26的尺寸是为适合工艺设计流速而制造的。有了这种结构，不需要的未溶解的粗酸颗粒组成的大团块被多孔筛阻滞在收集槽中；多孔筛或是如图所示安装在喷嘴26的开口里面，或是安装在外面；借助此多孔筛，平均粒径大于24mm的即不能通过筛孔的固体颗粒被阻滞在淤浆收集槽11中，直至它们得到充分溶解从而通过筛孔，其目的是为阻止大颗粒进入该方法的下游部分。尽管此描述指的是“筛”27，但任何适合过滤的设备如可装在喷嘴出口上端以暂时将不需要的大的固体颗粒留在淤浆收集槽中的网形铁、钻孔或冲孔的金属片都能应用于本发明的实施中。

加入预热器中的进料中的淤浆强度决定氢化反应器中的对苯二甲酸/间苯二甲酸的强度。因此溶液强度对于反应器中的操作成功与否很关键，并且进料淤浆强度的控制很重量。

因为在不违反本发明的精神和范围的情况下，可能出现许多相差很大的实施方案，故须知晓本发明不限于其特定的实施方案(除如附加权利要求所限定的以外)，且所有产生于相等物的含意和范围内的变化都应包含在其中。

Claims (4)

1.由不纯固体酸产品生产高纯芳香羧酸晶体的方法，包括以下步骤：

(a)在较高的温度和压力下，将不纯固体产品溶于溶剂形成溶液；

(b)在氢化催化剂的存在下，氢化所述溶液；

(c)任选将溶液同催化剂分离；并

(d)冷却溶液，沉淀出纯芳香羧酸晶体；改进为在溶剂中溶解不纯固体产品，该溶解采用以下方法：

(e)响应反馈信号，将不纯固体产品计量输入含上述溶剂的收集槽中；由此形成温度范围为95℃-100℃、浓度范围为28％-30％重量/重量的不纯酸晶体淤浆，在形成淤浆时连续搅拌之；

(f)经过阻滞筛将淤浆从收集槽中排出；由此，太大而无法通过上述筛的不溶的不纯产品的固体颗粒被阻滞在上述收集槽中；

(g)测量从收集槽流出的淤浆密度，并将此测量结果转换成反馈信号；

(h)将反馈信号传输至(e)步骤；与此同时或此后

(i)加热淤浆。

2.权利要求1的方法，其中不纯固体产品被一台马达驱动的旋转阀计量输入收集槽中。

3.权利要求2的方法，其中淤浆通过一安装在收集槽侧壁内的喷嘴排出收集槽，上述喷嘴上端安装一个筛以将太大而不能通过上述筛的不溶固体产品颗粒阻滞在收集槽中。

4.权利要求3的方法，其中高纯羧酸为对苯二甲酸。