DE60017577T2

DE60017577T2 - Ein verfahren zur trennung von roher naphthalenedicarbonsäure mittels umkehrosmose

Info

Publication number: DE60017577T2
Application number: DE60017577T
Authority: DE
Inventors: Zaida Diaz; B. John RODDEN
Original assignee: Mossi and Ghisolfi International SA
Current assignee: Mossi and Ghisolfi International SA
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: EP1212278A2; WO2001016067A3; ES2233436T3; AU7055600A; CA2383232A1; ATE287388T1; WO2001016067A2; MXPA02002241A; DE60017577D1; EP1212278B1; JP2003508360A; KR20020048391A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren für die Produktion gereinigter 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure (im weiteren: 2,6– NDA) aus einem rohen 2,6-NDA-Disproportionierungsprodukt. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein neuartiges Verfahren für das Trennen und Rezyklieren von Nebenprodukten in einem Verfahren zur Produktion von 2,6-NDA aus einem Disproportionierungsprodukt, welches sich der Umkehrosmose bedient und industrielle Vorteile erbringt.
Stand der Technik
Aromatische Carbonsäuren sind höchst nützliche organische Verbindungen. Sie dienen als Zwischenprodukte für die Herstellung anderer organischer Verbindungen und als Monomere für die Herstellung polymerer Materialien. Insbesondere die Naphthalin-Carbonsäuren werden für die Herstellung photographischer Chemikalien und Färbemittel verwendet. Naphthalin-Dicarbonsäuren können auch für die Herstellung einer Reihe unterschiedlicher Polyester- und Polyamid-Zusammensetzungen verwendet werden. 2,6-NDA ist eine besonders nützliche aromatische Carbonsäure, die mit Ethylenglykol zur Reaktion gebracht werden kann, um Poly(ethylen-2,6-Naphthalat) herzustellen. Polyester, die aus 2,6-NDA hergestellt sind, besitzen ausgezeichnete Wärmeresistenz-, Gassperren- und mechanische Eigenschaften. Deshalb wurde in der Branche auf die Verfahren der Herstellung von 2,6-NDA viel Forschungsaufwand verwendet. Die Produktion von 2,6-NDA aus einem Disproportionierungsprodukt wird beispielsweise beschrieben in US-2,823,231 und US-2,849,482.
Die Produktion hochreiner 2,6-NDA aus einem Disproportionierungsprodukt erfordert zahlreiche Prozessschritte zur Trennung von Verunreinigungen vom Dikaliumsalz der 2,6-NDA, im weiteren als 2,6-K2NDA bezeichnet, bei dem es sich um den 2,6-NDA-Vorläufer handelt. Die Verunreinigungen umfassen Naphthalin, Zinkoxid und verschiedene Naphthalin-Mono- und Dicarbonsäuresalze. Diese Komplexität resultiert in zahlreichen Nebenproduktströmen, die rezykliert werden müssen, um das Verfahren weniger kostspielig zu machen.
Es hat unterschiedliche Ansätze zur Trennung der Dialkalimetallsalzprodukte von Disproportionierungsreaktionen und deren Konvertierung zu 2,6-NDA gegeben.
In US-2,823,231 umfasst das Verfahren zur Trennung der Dialkalimetallsalze von 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure das Auflösen der Disproportionierungs-Konvertierungsproduktmischung in Wasser, das Ausfiltern unlöslicher Verunreinigungen aus der resultierenden Lösung, das Ansäuern des Filtrats mit mineralischer oder organischer Säure, wie etwa Schwefel- oder Chlorwasserstoffsäure, und das Trennen der ausgefällten Naphthalin-2,6-Dicarbonsäure von der Säurelösung. In US-2,823,231 wird das Dialkalimetallsalz der gebildeten Naphthalin-2,6-Dicarbonsäure durch die Ansäuerung des Dialkalimetallsalzes mit einer starken mineralischen Säure in freie Naphthalin-2,6-Dicarbonsäure konvertiert.
In US-2,849,482 wird die Ansäuerung einer wässrigen Lösung des rohen Reaktionsprodukts der Disproportionierung oder die Konvertierung des rohen Alkalimetallsalzes unmittelbar in das Dichlorid oder in Ester der Naphthalin-2,6-Naphthalindicarbonsäure gemäß bekannten Verfahren gelehrt.
In US-3,631,096 an Phillips können durch die Reaktion gebildete Salze in die entsprechenden freien Säuren übergeführt werden, indem die Lösung mit organischen oder anorganischen Säuren angesäuert oder indem bei atmosphärischem oder erhöhtem Druck Kohlendioxid in die Lösung eingeführt wird und die freien Säuren anschließend von der angesäuerten Lösung getrennt werden. Die einzelnen Reaktionsprodukte können mit Hilfe von Methoden, die auf ihren unterschiedlichen Löslichkeiten oder Volatilitäten basieren, voneinander getrennt und in reiner Form isoliert werden, und können danach auf Wunsch in ihre Derivate umgewandelt werden. Die von der Reaktion erzeugte Salzmischung kann ebenfalls direkt in Derivate der Säuren gewandelt werden, beispielsweise in deren Ester oder Halide, und diese Derivate können auf Wunsch durch fraktionierte Destillation gereinigt werden.
In US-3,671,578 an Teijin wird offenbart, dass das Monoalkalisalz der 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure leicht disproportioniert werden kann, wenn es in Wasser oder wasserhaltigen organischen Lösemitteln erhitzt wird, um freie Dicarbonsäure und das Nebenprodukt Dialkalisalz zu bilden, und die obenstehende Säure wird ausgefällt.
In US-3,888,921 an Teijin Ltd. wird ein Verfahren zur Reinigung eines Dialkalisalzes von roher 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure offenbart, umfassend die Ausfällung von 40 bis 97 Molprozent des Dialkali-2,6-Naphthalin-Dicarboxylats, das in einer wässrigen Lösung im wesentlichen als Monoalkalisalz der 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure gelöst ist, während der pH-Wert der wässrigen Lösung nicht unter 6,3 gehalten wird, und das Trennen des Niederschlags und das Konvertieren des getrennten Niederschlags in eine 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure.
Im kanadischen Patent 864587 wird ein Verfahren zur Herstellung von 2,6-NDA offenbart, welches das Erhitzen eines Monoalkalisalzes von 2,6-NDA in Wasser oder wasserhältigem organischen Lösemittel umfasst, wodurch eine Disproportionierung desselben in 2,6-NDA und ein Dialkalisalz ausgelöst wird, und die Trennung des 2,6-NDA durch ein Verfahren, das die Lösung eines Umlagerungs-Reaktionsprodukts umfasst, welches Dialkalisalz von 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure enthält, in warmem Wasser, des weiteren das Abfiltern der unlöslichen Materie hiervon, die Konzentration der restlichen Lösung, wodurch das Filtrat in einem Ausmaß konzentriert wird, dass der Ausfällungsertrag des Dialkalisalzes, das ausgefällt wird, wenn die konzentrierte Flüssigkeit auf Raumtemperatur abkühlt, mindestens 70% erreicht und die Reinheit des Niederschlags 99% übertrifft, des weiteren das Durchführen von gasförmigem Kohlendioxid durch die wässrige Lösung des aus der konzentrierten Flüssigkeit gewonnenen Niederschlags und das Gewinnen des resultierenden Niederschlags, und die Mutterlauge, welche das Nebenprodukt Dialkalisalz der 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure enthält, wird in den Kohlendioxid-Reaktionsschritt rezykliert.
In US-5,175,354 wird ein Reaktionsschritt offenbart, bei dem 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure-Kaliumsalze in Anwesenheit von Wasser mit Benzoesäuren reagieren können, um 2,6-NDA und Benzoesäure-Kaliumsalze zu ergeben, und ein Trennungsschritt, bei dem die kristallisierte 2,6-NDA von den in der wässrigen Lösung gelösten Benzoesäure-Kaliumsalzen getrennt wird und 2,6-NDA ergibt.
In keiner dieser Referenzen wird die Idee eines Einbezugs von Umkehrosmosemembranen in ein Verfahren zur Reinigung von 2,6-NDA vorgeschlagen.
Im Abstract von JP-A-53007633 wird die Verwendung einer Umkehrosmose in einem Verfahren zur Konzentration einer Lösung von Terephthalsäure offenbart.
In der Branche besteht ein Bedarf an alternativen Methoden der Trennung des gewünschten Produkts und einem effizienten Recycling der Nebenprodukte. Das Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung schafft eine effiziente Möglichkeit der Trennung und des Recyclings von Nebenprodukten, die vorteilhaft ist.
Offenbarung der Erfindung
Im Einklang mit dem obenstehenden umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung einer durch Disproportionierung geschaffenen 2,6-Naphtalin-Dicarbonsäure und für das effizientere Recycling von Dikaliumsalzen als Nebenprodukt, umfassend:

a) Lösen des Disproportionierungsprodukts von Kaliumnaphthoat, umfassend das Dikaliumsalz von 2,6-NDA (K2NDA), in Wasser, Entfernen restlicher Disproportionierungsreaktionsmedien, Zentrifugieren der Lösung zur Entfernung des Disproportionierungskatalysators und Entfernen von Säuresalzen ausgenommen 2,6-NDA durch Kristallisation und/oder Kohlenstoffadsorption;
b) Kontaktieren der wässrigen Lösung von 2,6-K2NDA mit Kohlendioxid zur Bildung des Monokaliumsalzes von 2,6-NDA (KHNDA) als Niederschlag und einer wässrigen Lösung, die 2,3-KHNDA, K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält;
c) Trennen des Monokaliumsalzes als Feststoff von dem Strom, der 2,3-KHNDA, K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält;
d) Disproportionieren des Monokaliumsalzes (KHNDA) zur Bildung von festem 2,6-NDA und einer wässrigen Lösung, die K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält;
e) Trennen des 2,6-NDA;
f) Konzentrieren der wässrigen Lösung, die aus Schritt (d) K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält, durch Umkehrosmose; und
g) Rezyklieren von konzentriertem K2NDA zu Schritt (b) und reinem Wasser zu Schritt (d).

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Zeichnung ist ein Prozess-Fließdiagramm, in dem die Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung als Teil eines integrierten Verfahrens zur Produktion von 2,6-Naphthalin-Dicarbonsäure dargestellt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das neuartige Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Produktion hochreiner 2,6-NDA beginnt mit einem Disproportionierungsreaktionsprodukt. Diese Art von Reaktion ist beispielsweise in US-2,823,231 und in US-2,849,428 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wird zweckmäßiger Weise verwendet in Verbindung mit einem Verfahren für die Produktion von 2,6-NDA durch die Disproportionierung von Kaliumnaphthoat, wie im gleichzeitig eingereichten US-Patentantrag Ser. Nr. 60/151,577 beschrieben, der dieser Beschreibung durch Bezugnahme vollumfänglich einverleibt ist. In diesem Patentantrag bestehen die Abfall-Feststoffe der Disproportionierung (in Naphthalin) hauptsächlich aus 2,6 K2NDA, 2,3 K2NDA (Isomer-Zwischenprodukt), unreagiertem KNA, Katalysator und Koksspuren. Nach Verlassen des Disproportionierungsreaktors wird das Lösemittel geflashed.
Als nächstes geht das feste Produkt, bestehend aus Dikaliumsalzen von 2,6-NDA, K2NDA (2,6- und 2,3-Isomere), unreagiertem KNA, Katalysator, schweren Nebenprodukten, allfälligem restlichem Lösemittel und Koksspuren, in eine Wasserwäsche. Die organischen Salze werden gelöst, und die Flüssigkeit in einen Dekantierapparat und eine Zentrifuge geleitet, um restliches Lösemittel, Katalysator und Kokspartikel zu entfernen. Der ZnO-Katalysator wird regeneriert und rezykliert.
Der nächste Schritt im Verfahren ist die Kristallisation des Dikaliumsalzes. Das Dikaliumsalz der Naphthalindicarbonsäure aus der Disproportionierungsreaktion enthält mindestens 15% unkonvertierte Chargen und Zwischenprodukte. Die Flüssigkeit, die die Dikaliumsalze von NDA, K2NDA (2,6- und 2,3-Isomere), KHCO₃ und unreagiertem KNA enthält, fließt in einen Zweiphasen-Verdampfungskristallisationsabschnitt, wo das Disalz von 2,6-NDA (2,6 K2NDA) selektiv ausgefällt wird.
Der Kristallisationsabschnitt wirft einen Mutterlaugenstrom aus, der KHCO₃, unreagiertes KNA und 2,3-K2NDA enthält. Die Ausbeute an 2,6-K2NDA liegt bei annähernd 90%, und die Reinheit des K2NDA, das den zweiten Kristallisationsapparat verlässt, beträgt 99,8%+.
Der gereinigte K2NDA-Schlamm wird dann mit zusätzlichem reinem Wasser neu gelöst und optional mit einem feststoffadsorbierenden Mittel behandelt. Beispiele feststoffadsorbierender Mittel umfassen Aktivkohle, Tonerde, Magnesium- oder Eisenaustauschharze. Die Verwendung von Aktivkohle ist besonders bevorzugt. Die Menge des zu verwendenden Feststoffadsorbens hängt von den Mengen der darin enthaltenen Verunreinigungen ab. Eine geeignete Menge Adsorbens wäre im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gewichtsprozent auf Basis des K2NDA. Indem eine wässrige Lösung des Dikaliumsalzes einem Feststoffadsorbens ausgesetzt wird, können die meisten restlichen Verunreinigungsspuren, welche die Farbe des Endprodukts beeinträchtigen könnten, entfernt werden.
Als nächstes wird das Monokaliumsalz der 2,6-NDA (KHNDA) selektiv von einer wässrigen Lösung von K2NDA (etwa 20%) ausgefällt, indem die wässrige Lösung bei 0 – 1.379 kPa (0 – 200 psi) CO₂-Druck und 0 – 50°C etwa 30 Minuten lang reagiert wird. Die Reaktion produziert das feste Monokaliumsalz von 2,6-NDA, 2,6-KHNDA und auch 2,3-KHNDA und Kaliumbicarbonat. 2,3-KHNDA wird von den 2,6-KHNDA-Kristallen ausgeworfen.
Der CO₂-Ausfällungsschritt trennt 2,6-KHNDA effektiv von 2,3-KHNDA, das aufgrund seiner höheren Löslichkeit in Lösung bleibt. In den Beispielen 1 – 8 wird diese Trennung demonstriert. Der Auswurf von 2,3-KHNDA ist insofern zweckmäßig, als 2,3-KHNDA infolgedessen nicht in die Trennung der 2,6-NDA vom K2NDA und die Umkehrosmose der vorliegenden Erfindung eingreift, die nach der Disproportionierung des 2,6-KHNDA stattfindet.
2,6-K2NDA-Ausbeuten von mehr als 80% wurden bei einem CO₂-Druck von nur 1 atm nachgewiesen. Die Tatsache, dass die Ausfällung bei moderatem Druck effektiv erfolgen kann, ermöglicht die Zentrifugierung des Produkts ohne Druckabgabe.
Das Zentrat enthält ebenfalls gelöstes Kaliumbicarbonat und 2,3-KHNDA.
KHNDA-Feststoffe werden sodann auf 5 – 10% verdünnt und durch Reaktion über weniger als eine Stunde, vorzugsweise etwa 20 bis 30 Minuten, bei 150°C unter 344, 75 kPa g (50 psi) CO₂-Druck disproportioniert. Der Reaktor-Abfall aus diesem Schritt wird getrennt, um einen 2,6-NDA-Feststoff und ein Zentrat mit vorherrschend 2,6-K2NDA und KHCO₃ zu ergeben.
Dieser Zentratstrom von der Disproportionierung des Monosalzes, KHNDA, ist der primäre Fokus der vorliegenden Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wäre das K2NDA im Zentratstrom sehr nützlich, wenn es zum CO₂-Ausfällungsschritt rezykliert würde, es muss aber konzentriert werden, weil die optimale Salzkonzentration im CO₂-Ausfällungsschritt bei etwa 20 Gewichtsprozent liegt, im Unterschied zu weniger als 10 Gewichtsprozent im KHNDA-Disproportionierungsschritt. Die Konzentrierung dieser Lösung durch Abdampfen von Wasser ist sehr energie- und kostenintensiv.
In der vorliegenden Erfindung wurde entdeckt, dass wenn die in der Disproportionierung von KHNDA produzierte feste 2,6-NDA ausgesondert wird, die restliche Lösung, welche K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält, via Umkehrosmose konzentriert und sehr effizient und wirtschaftlich in den CO₂-Ausfällungsschritt rezykliert werden kann. Der Umkehrosmoseschritt produziert einen Reinwasserstrom, der in den Disproportionierungsschritt rezykliert werden kann, und eine konzentrierte K2NDA-Lösung, die in den CO₂-Ausfällungsschritt rezykliert werden kann. Jegliches Kalium, das in Formen wie Kaliumcarbonat oder Kaliumbicarbonat vorhanden ist, wird durch die Membran ebenfalls zur Rezyklierung getrennt.
Das Dikaliumsalz sollte auf einen Gewichtsprozentwert im Bereich von 10 – 30 Gewichtsprozent Salz konzentriert werden. In den Beispielen der vorliegenden Erfindung war das Ziel 20 Gewichtsprozent Salz.
Die Umkehrosmosemembranen, die sich zur Verwendung im Verfahren eignen, sind jene, die durch hohen Durchfluss und hohen Salzauswurf, Hydrolysebeständigkeit, Widerstand gegen Verdichtung unter Druck und Widerstand gegen chemischen Angriff gekennzeichnet sind.
Die in den Beispielen verwendeten Membranen waren Dünnverbundfolien-Membranen. Diese Membranen bestehen aus drei Schichten: einem Stützgewebe, einer mikroporösen Polysulfonschicht mit kontrollierten Porendurchmessern und einer ultradünnen Polyamid-Deckschicht, bei der es sich um die selektive Schicht handelt. Das Stützgewebe schafft den wichtigsten strukturellen Halt; die Zwischenschicht schafft eine glatte Oberfläche für die selektive Schicht. Die selektive Schicht ist in der Größenordnung von 0,2 Mikron und kann dank dem von der Zwischenschicht gebotenen Halt hohen Drücken standhalten. Beispiele geeigneter Membranen sind FT-30 und HP-31, im kommerziellen Maßstab erhältlich bei Rochem Environmental Inc.
In der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, den Druck im Zusammenhang mit der Verwendung der Membranen zu erhöhen, um die gewünschte Konzentration des K2NDA zu erreichen. Unter einem geeigneten Druck ist ein Druck zu verstehen, der höher ist als der osmotische Druck der Lösung. Gute Ergebnisse wurden beobachtet, wenn ein Druck in der Größenordnung von 5.516 bis 13.790 kPa g (800 bis 2000 psi) aufgebracht wurde. In einem Fällen ist es zweckmäßig, einen Druck am unteren Ende des Bereichs zu verwenden, bis der Großteil des Wassers gewonnen ist, etwa 60 – 80%, und dann einen höheren Druck anzuwenden. In den Beispielen 9 – 13 und 14 – 19 sind Daten aufgelistet, die für Tests bei niedrigem Druck bzw. Zweistufendruck (niedrig bis hoch) gewonnen wurden.
Es hat sich herausgestellt, dass die in diesem Verfahren produzierte 2,6-NDA von hoher Reinheit ist und nur niedrige Kaliumgehalte aufweist. Es hat sich auch herausgestellt, dass durch Waschen der 2,6-NDA mit Wasser das Kalium auf noch tiefere Werte entfernt werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Die Zeichnung ist ein Fließdiagramm, in dem ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung als Teil eines Reinigungsabschnitts zur Produktion von 2,6-NDA dargestellt ist. Es versteht sich, dass die Zeichnung lediglich illustrativen Charakter hat.
Bezug nehmend auf die Figur, geht ein festes Produkt, das Dikaliumsalze von NDA, K2NDA (2,6- und 2,3-Isomere), unreagiertes KNA, Katalysator, schwere Nebenprodukte und Koksspuren enthält, von dem der Großteil des Reaktionsmediums aus der Disproportionierungsreaktion entfernt worden ist, und das mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist, in die Wasserwäsche 2, wo die organischen Salze gelöst werden. Dampf und 25% Naphthalin können über 3 von einem anderen Abschnitt des Verfahrens in die Wasserwäsche gelangen. Das gesamte integrierte Verfahren wird detailliert im gleichzeitig eingereichten Patentantrag mit der Ser. Nr. 60/151,577 diskutiert. Die Flüssigkeit wird sodann in den Dekantierapparat 4 geleitet, um alles restliche Lösemittel, Katalysator und Kokspartikel zu entfernen. Naphthalin und einige Feststoffe verlassen das Verfahren an 5, während eine wässrige Lösung des rohen K2NDA, die auch festen ZnO-Katalysator enthält, in eine Zentrifuge 6 geleitet wird. Der ZnO-Katalysator verlässt die Zentrifuge durch 7 und wird rezykliert. Die Flüssigkeit, welche die gemischten organischen Salze mitführt, einschließlich des rohen K2NDA, wird durch 8 in einen zweistufigen Verdampfungskristallisationsabschnitt 9 und 10 geleitet.
Im Verdampfungskristallisationsabschnitt wird 2,6-K2NDA selektiv vom rohen K2NDA-Produkt ausgefällt, wobei KNA, 2,3-K2NDA und KHCO₃ ausgeworfen werden. Zuerst werden der rohe K2NDA-Strom 8 und ein Rezyklierungsstrom 11, der KHCO₃ enthält, dem Verdampfungskristallisator 9 zugeführt. Im Verdampfungskristallisator 9 wird 2,6-K2NDA selektiv ausgefällt, während Wasser verdampft. Der Wasserdampf verlässt den Kristallisator und wird durch den Overhead-Austauscher 12 kondensiert. Das Wasser wird dann durch die Leitung 13 zu anderen Teilen des Fertigstellungsabschnitts geleitet, um ein Verdünnungsmedium zu schaffen. Der Inhalt des ersten Verdampfungskristallisators 9 dringt über 14 aus zur Zentrifuge 15. In der Zentrifuge 15 wird Mutterlauge, die KNA, 2,3-K2NDA und KHCO₃ enthält, ausgeworfen, dringt an 16 aus und wird zurück rezykliert in den Salzbildungsreaktor in einem anderen Abschnitt des integrierten Verfahrens. Die K2NDA-Feststoffe werden mit dem Rezyklierungsstrom 17 kombiniert, der KHCO₃ und 2,6-K2NDA enthält, und der zweiten Stufe des Verdampfungskristallisators 10 hinzugefügt. In 10 wird 2,6-K2NDA erneut selektiv ausgefällt, während Wasser verdampft und den Kristallisator verlässt. Das Wasser wird mit dem Overhead-Austauscher 18 kondensiert und in die Leitung 13 geleitet. Der gereinigte K2NDA-Schlamm verlässt den Verdampfungskristallisator der zweiten Stufe durch 19 und wird in die Zentrifuge 20 geleitet. In der Zentrifuge 20 wird Mutterlauge, die KHCO₃ enthält, vom gereinigten 2,6-K2NDA getrennt und durch 11 zurück rezykliert in die erste Stufe des Verdampfungskristallisators 9.
Der gereinigte Feststoff 2,6-K2NDA wird mit Wasser von der Overhead-Leitung 13 gelöst und durch die Leitung 21 in ein Aktivkohlebett 22 transportiert. Die 2,6-K2NDA-Lösung geht dann durch das Aktivkohlebett 22, um die restlichen Verunreinigungsspuren zu entfernen, die die Farbe des Endprodukts beeinträchtigen könnten.
Die 2,6-K2NDA-Lösung verlässt das Aktivkohlebett 22 über die Leitung 23 und wird in den CO₂-Ausfällreaktor 24 geleitet. CO₂ wird dem Reaktor 24 über die Leitung 25 zugeführt. Im Reaktor 24 wird das Monokaliumsalz von 2,6-NDA, KHNDA, selektiv von der 2,6-K2NDA-Lösung ausgefällt. Das KHNDA wird dann durch die Leitung 26 aus dem Reaktor hinaus in die Zentrifuge 27 geleitet. Die Mutterlauge, welche KHCO₃ und unreagiertes 2,6-K2NDA enthält, wird vom festen KHNDA getrennt und über die Leitung 17 zurück zur zweiten Stufe des Verdampfungskristallisators 10 rezykliert. Das feste KHNDA wird mit Wasser von der Recycle-Leitung 28 geschlämmt und durch die Leitung 29 zum Disproportionierungsreaktor 30 geleitet. CO₂ wird dem Reaktor 30 durch die Leitung 31 zugeführt. Das KHNDA wird bei einem CO₂-Druck von 344,75 kPa g (50 psi) bei etwa 150°C im Disproportionierungsreaktor 30 reagiert, um feste 2,6-NDA und 2,6-K2NDA zu schaffen. Der Reaktorabfall von diesem Schritt wird durch 32 zur Zentrifuge 33 geleitet.
Das ist der Punkt, an dem die vorliegende Erfindung eine sehr wirksame Methode zur wirtschaftlicheren Gestaltung des Verfahrens schafft. Die feste 2,6-NDA wird von der Mutterlauge getrennt und dringt durch 35 zu einem Abschnitt für die weitere Reinigung und Reduzierung der Kaliumwerte aus. Das Zentrat, das hauptsächlich 2,6-K2NDA enthält, wird durch 34 in einen zweistufigen Umkehrosmoseabschnitt 36, 38 geleitet. In 36 tritt die K2NDA-Charge in eine Umkehrosmosephase ein, die bei einem niedrigeren Druck betrieben wird. Das Konzentrat tritt an 37 aus und wird in eine zweite Umkehrosmosephase 38 geleitet, die bei höherem Druck betrieben wird, und Permeat (Wasser) dringt an 39 aus und schließt an eine Wasserrezyklierungsleitung an, die zurück zum Disproportionierungsschritt geleitet wird. Das Konzentrat von 38 dringt in eine Leitung 25 aus, die zurück rezykliert zu dem CO₂-Ausfällungsschritt, und Wasser von der Umkehrosmose der zweiten Phase dringt an 40 aus.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich. Es versteht sich, dass diese Beispiele nur zur Illustration einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen und nicht geeignet sind, deren Geltungsumfang zu beschränken.
BEISPIELE 1 – 8
Die Beispiele 1 – 8 wurden durchgeführt, um die Trennung von 2,3-KHNDA von 2,6-K2NDA im CO₂-Ausfällungsschritt zu untersuchen. In diesen Experimenten wurden wässrige Lösungen, die 5 Molarprozent 2,3-K2NDA auf Basis von 2,6-K2NDA enthielten, mit CO₂ bei 100°C und unterschiedlichen CO₂-Drücken kontaktiert. Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, dass die in diesem Verfahren erzielte Ausfällung im wesentlichen keine 2,3-NDA-Verunreinigung enthielt.
BEISPIELE 9 – 13
Umkehrosmose-Experimente wurden durchgeführt unter Verwendung einer 3-Gewichtsprozent-Lösung von 2,6-K2NDA. Der pH-Wert und die Leitfähigkeit der Testlösung waren 9,2 bzw. 16.100μS/cm. Ein Rochem Disc Tube^TM Modul (DT-Modul), das auf 1/10 des Standard-169-Membranmoduls herunterskaliert wurde, wurde für alle Beispiele verwendet. Die Beispiele 9 – 13 wurden bei niedrigem Druck unter Verwendung einer FT30-Membran durchgeführt. In dem Niedrigdrucktest wurde das System bei 6.205 kPa g (900 psig) betrieben. Die Beispiele 14 – 19 wurden unter Verwendung einer FT-30-Membran in einem Niedrigdruckmodul und mit einer HP31-Membran in einem Hochdruckmodul ausgeführt. Das Niedrigdruckmodul wurde bei 6.205 kPa g (900 psig) bis zu einer Wassergewinnung von 75% betrieben, dann wurde auf das Hochdruckmodul umgeschaltet, das unter 12.411 kPa g (1800 psig) betrieben wurde. Das Anfang-Chargenvolumen betrug 62 Liter. Auf Basis der berechneten Chargenkonzentration von 3 Gewichtsprozent, wurde ein Volumenreduzierungserfordernis von 85% angenommen, um das Ziel von 20 Gewichtsprozent K2NDA im resultierenden Strom zu erreichen. Die erzielten Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 aufgeführt und zeigen deutlich den erreichten ausgezeichneten Salzauswurf. Die in diesen Beispielen erreichten Durchflussraten nach Normalisierung mit Bezug auf Temperatur und Druck reichen von 1019 bis 2852 l/m²-Tag (25 bis 70 gal/sq.ft.-Tag).

Claims

Verfahren zur Reinigung von 2,6-Naphtalen-Dikarbonsäure, produziert durch die Disproportionierung und das effizientere Recycling von Dikaliumsalzen als Nebenprodukt, umfassend: a) Lösen eines Disproportionierungsprodukts, umfassend das Dikaliumsalz von 2,6-NDA (K2NDA), in Wasser, Entfernen restlicher Disproportionierungsreaktionsmedien, Zentrifugieren der Lösung zur Trennung des Disproportionierungskatalysators und Entfernen von sauren Salzen ausgenommen 2,6-NDA durch Kristallisation und/oder Kohlenstoffadsorption; b) Kontaktieren der wässrigen Lösung von 2,6-K2NDA mit Kohlendioxid zur Bildung des Monokaliumsalzes von 2,6-NDA (KHNDA) als Niederschlag und einer wässrigen Lösung, die 2,3-KHNDA, K2NDA und Kaliumbikarbonat enthält; c) Trennen des Monokaliumsalzes als Feststoff von dem Strom, der 2,3-KHNDA, K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält; d) Disproportionieren des Monokaliumsalzes (KHNDA) zur Bildung von 2,6-NDA und einer wässrigen Lösung, die K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält; e) Trennen des 2,6-NDA; f) Konzentrieren der wässrigen Lösung, die aus Schritt (d) K2NDA und Kaliumbicarbonat enthält, durch Umkehrosmose; und g) Rezyklieren von konzentrierter K2NDA zu Schritt (b) und reinem Wasser zu Schritt (d).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wässrige Lösung des Schritts (f) durch Umkehrosmose zu einem Disalz- Gewichtsanteil von 10 – 30 Gewichtsprozent Dikaliumnapthalendicarbonsäure konzentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wässrige Lösung des Schritts (f) durch Umkehrosmose auf etwa 20 Gewichtsprozent Dikaliumnapthalendicarbonsäure konzentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umkehrosmose des Schritts (f) durch Verwendung von Membranen aus Dünnverbundfolie ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Membran des weiteren drei Schichten, bestehend aus einem Stützgewebe, einer mikroporösen Polysulphon-Zwischenschicht mit kontrollierten Porendurchmessern und einer selektiven ultradünnen Polyamid-Deckschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die selektive Schicht in der Größenordnung von 0,2 Mikron ist und aufgrund der Unterstützung durch die Zwischenschicht hohen Drücken standzuhalten vermag.
Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend die Umkehrosmose des Schritts (f), ausgeführt unter einem Druck in der Größenordnung von 3,447 bis 13,790 kPag (500 - 2000 psig).
Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend die Umkehrosmose des Schritts (f), ausgeführt in zwei Phasen.
Verfahren nach Anspruch 8, des weiteren umfassend die Kontaktierung der Lösung von Dikaliumsalzen mit einer Umkehrosmosenmembran bei einem Druck von 3,447 bis 6,205 kPag (500 – 900 psig) während eines Zeitraums und dann Kontaktierung des Konzentrats mit einer zweiten Umkehrosmosemembran während eines Zeitraumes bei einem Druck von 11,032 bis 12,411 kPag (1600 – 1800 psig).
Verfahren nach Anspruch 9, des weiteren umfassend die Kontaktierung der Lösung von Dikaliumsalzen mit der ersten Membran bei einem Druck unter 6,205 kPag (900 psig), bis etwa 70 – 80% des Wassers gewonnen ist, und dann Kontaktierung der Lösung mit der zweiten Membran bei einem Druck unter 12,411 kPag (1800 psig).