JP2004231637A - 芳香族カルボン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥工程での排出ガス中に含まれる固形分を回収し、再利用を図ることを目的とする。
【解決手段】（Ａ）酸化工程、（Ｂ）固液分離工程、（Ｃ）洗浄工程、及び（Ｄ）乾燥工程を有する芳香族カルボン酸の製造方法において、上記蒸発除去により発生する溶媒蒸気を含む排出ガスに同伴する上記芳香族カルボン酸結晶を回収装置で液体と接触させることにより回収し、この回収物の一部又は全部を上記工程（Ａ）に送ることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、芳香族カルボン酸の製造方法に関する。

一般に、パラキシレン等を酸化して得られる粗テレフタル酸は、固液分離工程によって、溶媒である酢酸を含有するケーキ状態で得られ、これを乾燥することにより、製品としての粗テレフタル酸が得られる。また、この粗テレフタル酸を水に溶解し、不純物を還元し、晶析した後、固液分離工程にかけることによって、精製されたテレフタル酸が水を含有するケーキ状態で得られる。このケーキ状の精製テレフタル酸を乾燥することにより、製品としての精製テレフタル酸が得られる。

そして、これらの場合、いずれも、乾燥に乾燥機が使用されるが、この乾燥機による乾燥において、蒸発した酢酸や水の溶媒は、上記乾燥機で使用される通気ガスの流れに同伴して、乾燥機外に排出される。

しかしながら、上記の乾燥機外に排出されたガス化した溶媒には、微粉状のテレフタル酸からなる固形分が混在する場合が多い。この固形分をそのまま廃棄すると、それぞれの工程の生産性低下につながり、また、この固形分の処理が問題となる場合がある。

そこで、この発明は、乾燥工程での排出ガス中に含まれる固形分を回収し、再利用を図ることを目的とする。

この発明は、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の工程を有する芳香族カルボン酸の製造方法において、蒸発除去により発生する溶媒蒸気を含む排出ガスに同伴する芳香族カルボン酸結晶を回収装置で液体と接触させることにより回収し、この回収物の一部又は全部を下記工程（Ａ）に送ることにより、上記前段の課題を解決したのである。
（Ａ）酢酸を主体とする溶媒中、触媒の存在下、分子状酸素によってアルキル芳香族化合物を酸化して芳香族カルボン酸を得る酸化工程、
（Ｂ）得られた芳香族カルボン酸スラリーを、芳香族カルボン酸ケーキと酢酸を主体とする母液とに固液分離する固液分離工程、
（Ｃ）得られた芳香族カルボン酸ケーキを、洗浄液を用いて洗浄する洗浄工程、
（Ｄ）上記洗浄後の芳香族カルボン酸ケーキに残留する付着液を蒸発除去し、芳香族カルボン酸結晶を得る乾燥工程。

この発明によると、排出ガス中に含まれる芳香族カルボン酸からなる固形分を回収装置で回収するので、この回収した固形分を酸化工程に戻したり、固液分離工程の洗浄液として使用して、固形分をケーキに戻したりすることができる。このため、芳香族カルボン酸からなる固形分を芳香族カルボン酸を製造する主工程に戻して再利用することができ、収率を向上させることができると共に、廃棄のための処理を抑制することができる。

以下において、この発明について詳細に説明する。
この発明にかかる芳香族カルボン酸の製造方法は、一般にアルキル芳香族化合物を酸化して、不純物を含有する芳香族カルボン酸を製造する第１の製造工程、及び第１の製造工程で得られた不純物を含有する芳香族カルボン酸の不純物を還元して、晶析した後に固液分離することにより、精製された芳香族カルボン酸を製造する第２の製造工程からなる。

ここで、上記のアルキル芳香族化合物としては、パラキシレン等があげられ、上記の不純物としては、４−カルボキシベンズアルデヒド等があげられ、さらに、上記の芳香族カルボン酸としては、テレフタル酸等があげられる。

図１に示すように、上記第１の製造工程は、下記の工程から構成される。
（Ａ）アルキル芳香族化合物Ａ及び酢酸主体とする溶媒Ｂを酸化反応器１に送って混合し、上記溶媒Ｂ中、触媒の存在下、分子状酸素によってアルキル芳香族化合物Ａを酸化して芳香族カルボン酸を得る酸化工程、
（Ａ’）必要に応じて得られた芳香族カルボン酸スラリーＣを、晶析槽２に送って放圧冷却によって晶析を行って、母液中に溶解している芳香族カルボン酸を晶析させる晶析工程、
（Ｂ）得られた芳香族カルボン酸スラリーＤを固液分離機３に送って、芳香族カルボン酸ケーキと酢酸を主体とする母液Ｆとに固液分離する固液分離工程、
（Ｃ）得られた芳香族カルボン酸ケーキを、洗浄液を用いて洗浄する洗浄工程、
（Ｄ）上記洗浄後の芳香族カルボン酸ケーキＥに残留する付着液を乾燥機４で蒸発除去し、芳香族カルボン酸結晶Ｇを得る乾燥工程。

上記（Ａ）工程により生成する芳香族カルボン酸スラリーＣには、酸化中間体である上記不純物が含まれる。

上記の（Ｂ）工程と（Ｃ）工程とは、１つの装置で行うことができる。このようにすると、必要な設備を減らすことができ、製造効率も向上させることができる。

また、上記第２の製造工程は、まず、混合タンク１１に上記のアルキル芳香族化合物の酸化反応で得られる不純物を含有する芳香族カルボン酸結晶Ｇ、及び水からなる水系媒体Ｈを混合し、高温高圧条件下で、上記芳香族カルボン酸結晶Ｇを水系媒体Ｈに溶解させる。そして、得られた溶解液Ｉを水添反応器１２に送り、水素ガスによって、上記不純物の還元を行う。次いで得られた還元処理液Ｊを晶析槽１３に送って、放圧冷却によって晶析工程を行う。そして、得られた芳香族カルボン酸スラリーＫを固液分離機１４に送って、固液分離工程を行うと共に、得られるケーキの洗浄を行い、固形分が主の精製された芳香族カルボン酸を含有するケーキＬと、液体分が中心の分離母液Ｍを得る。この芳香族カルボン酸ケーキＬを乾燥機１５で溶媒成分を蒸発させ、この蒸発した溶媒成分を乾燥機外へ排出することにより、精製された芳香族カルボン酸Ｎが製造される。

上記の第１の製造工程及び第２の製造工程のいずれにおいても、乾燥機４，１５において、蒸発除去により発生する溶媒蒸気を含む排出ガスＰ，Ｑ中には、飛散した微粉状態の芳香族カルボン酸結晶が同伴する。この排出ガスＰ，Ｑを回収装置に送って、液体と接触させることにより、上記微粉状態の芳香族カルボン酸結晶を回収する。この回収物である芳香族カルボン酸結晶の一部又は全部は、図１のＩやＩ’に示されるように、上記の工程（Ａ）や混合タンク１１に送られる。これにより、乾燥機４，１５によって飛散した微粉状態の芳香族カルボン酸を回収し、再利用を図ることができる。

上記回収装置としては、図１に示すような、上記液体Ｒ，Ｓを用いる回収装置５，１６が例としてあげられる。
上記の液体Ｒ，Ｓを用いる回収装置５，１６は、この液体Ｒ，Ｓを上記排出ガスＰ，Ｑに噴霧して、上記排出ガスＰ，Ｑ中の微粉状態の芳香族カルボン酸を上記液体Ｒ，Ｓに吸着させて回収する装置である。このときに使用される液体Ｒ，Ｓとしては、それぞれの溶媒を用いるのが好ましく、具体的には、液体ＲやＳとしては、酢酸等の脂肪族カルボン酸や水がよい。特に、液体Ｒとして、酢酸等の脂肪族カルボン酸を用いるのがより好ましく、液体Ｓとして水を用いるのがより好ましい。これらを使用すると、後述するように、酸化工程や溶解工程に戻しても問題が生じなくなる。

上記の液体Ｒ，Ｓを用いる回収装置５，１６としては、吸着塔を用いることができる。この吸着塔としては、液体Ｒ，Ｓを排出ガスＰ，Ｑ中に分散させる液分散型吸着塔や、逆に、排出ガスＰ，Ｑを液体Ｒ，Ｓ中に分散させるガス分散型吸着塔等があげられる。

上記液分散型吸着塔の例としては、充填塔、スプレー塔、サイクロンスクラバー、ベンチュリスクラバー等があげられる。また、上記ガス分散型吸着塔の例としては、段塔や濡れ棚塔等の棚段塔、ジェットスクラバー等があげられる。

上記回収装置５，１６で回収される回収物である芳香族カルボン酸結晶は、スラリー状態となる。この回収物である芳香族カルボン酸スラリーの一部又は全部は、図１のIIやII'に示されるように、上記の工程（Ｃ）や固液分離機１４に送られ、洗浄液や懸洗液として使用することができる。この洗浄によって生じる洗浄排液（図示せず）は、工程（Ａ）や混合タンク１１に送ることができる。これにより、乾燥機４，１５によって飛散した微粉状態の芳香族カルボン酸結晶を、芳香族カルボン酸ケーキＥ，Ｌに戻すことができ、回収することができる。なお、懸洗液とは、芳香族カルボン酸ケーキＥ，Ｌを洗浄するために、リスラリー化し、懸濁洗浄に用いる液をいう。

さらに、液体Ｒ，Ｓとして、上記したようにそれぞれの製造方法で使用される溶媒Ｂ，水系媒体Ｈを用いる場合、回収されたスラリーＸ，Ｙの一部を、上記液体として使用してもよい。これにより、新しい液体の使用量を減らすことができる。

ところで、第１の製造工程において、固液分離機３によって分離される分離母液Ｆには、溶媒Ｂと微量の芳香族カルボン酸が含有されており、この分離母液Ｆは、上記酸化工程に戻すことにより、溶媒Ｂ及び芳香族カルボン酸共、回収・再利用を図ることができる。

また、第２の製造工程において、固液分離機１４によって分離される分離母液Ｍには、溶媒Ｈ、上記不純物の還元物（パラトルイル酸）及び芳香族カルボン酸が含有されている。この分離母液Ｍは、溶解している上記芳香族カルボン酸や上記還元物を析出させて回収除去して得られる２次分離母液や、その他の純水化処理した母液を上記溶解工程に戻すことにより、溶媒Ｈの回収・再利用を図ることができる。

上記乾燥機としては、図２に示すような、通気ガスを用いた回転型乾燥機を例としてあげることができる。上記通気ガスが通る経路として、上記乾燥機４，１５から上記回収装置５，１６を経由し、再び乾燥機４，１５に戻る循環経路、より具体的には、上記乾燥機４，１５から、上記回収装置５，１６を通り、次いで、溶媒成分除去装置２１を通り、上記乾燥機４，１５に戻る、流れＩＩＩで示される循環経路が形成される。この通気ガスとしては、窒素ガス等の不活性ガスがあげられる。

上記通気ガスは、上記循環経路に従った流れを有し、上記排出ガスである溶媒蒸気は、上記通気ガスと共に、上記循環経路にしたがって、上記乾燥機４，１５から上記回収装置５，１６に送られる。そして、上記回収装置５，１６で回収処理された後の通気ガスは、溶媒成分除去装置２１に送られ、ここで冷却、凝縮等の操作により、同伴している溶媒成分を除去した後、乾燥機４，１５に戻り、再び上記排出ガスと共に、上記乾燥機４，１５に送られる。

また、上記通気ガスの流れが上記乾燥機４，１５から上記回収装置５，１６に向う経路を構成する配管２２の途中に、上記液体を噴射するスプレー装置２３を設けることができる。このスプレー装置２３で上記液体を噴射することにより、上記排出ガス中に同伴する芳香族カルボン酸結晶の少なくとも一部を上記液体に吸着させ、回収することができ、配管２２の内壁に上記芳香族カルボン酸結晶が付着・堆積するのを防止できる。

このとき使用される液体としては、上記の通り、酢酸等の脂肪族カルボン酸や水がよい。さらに、上記回収装置で回収される回収物の一部を、上記液体として使用することもできる。

また、上記配管２２の上記回収装置５，１６側の部分、すなわち、上記回収装置５，１６と連結した側の部分を、上記回収装置５，１６に向って下方に傾斜させると、上記スプレー装置２３で噴射される液体Ｒ，Ｓを、上記回収装置５，１６内に送り込むことができ、好ましい。

このときの、配管２２の上記部分の傾斜角度（図２のθ）は、水平面に対して、上方に３０〜６０°が好ましい。３０°未満だと、上記スプレー装置２３で噴射される液体の上記回収装置５，１６への流れが遅くなり、配管２２内に滞留する場合がある。一方、６０°より大きいと、液体Ｒ，Ｓが配管２２内で広がる範囲が限られるので、効率が低下する傾向がある。

上記配管２２の上記部分に傾斜を設ける場合、上記のスプレー装置２３は、この配管２２が屈曲し、上記傾斜を持つようになる配管２２の部分に、回収装置５，１６に向かって噴射可能に設けるのが好ましい。特に、スプレー装置２３は、液体Ｒ，Ｓが乾燥機４，１５へ垂れ流れない範囲でできるだけ上流側に設置することが好ましい。これにより、上記スプレー装置２３で噴射される液体による上記配管２２の微粉回収効率がより高くなる。

上記排出ガスＰ，Ｑの処理量と上記液体の使用量との比は、標準状態（０℃、０．１０１３Ｐａ（１ａｔｍ））において、上記排出ガスＰ，Ｑ１ｍ³に対し、上記液体１〜１０ｋｇがよく、３〜６ｋｇが好ましい。１ｋｇより少ないと、十分に排出ガスＰ，Ｑ中の微粉状態の芳香族カルボン酸を十分に回収できない場合がある。一方、１０ｋｇより多いと、排出ガスＰ，Ｑ中の微粉状態の芳香族カルボン酸の回収効率の割には、液体の使用量が増大してしまい、後処理の問題が発生する傾向にある。

この発明にかかる粗テレフタル酸の製造工程（第１の製造工程）、及び高純度テレフタル酸の製造工程（第２の製造工程）の例を示すフロー図 この発明にかかる乾燥機と回収装置の関連を示す模式図

符号の説明

１ 酸化反応器
２，１３ 晶析槽
３，１４ 固液分離機
４，１５ 乾燥機
５，１６ 回収装置
１１ 混合タンク
１２ 水添反応器
２１ 溶媒成分除去装置
２２ 配管
２３ スプレー装置

Ａ アルキル芳香族化合物
Ｂ 溶媒
Ｃ，Ｄ，Ｋ 芳香族カルボン酸スラリー
Ｅ，Ｌ 芳香族カルボン酸ケーキ
Ｆ，Ｍ 分離母液
Ｇ 芳香族カルボン酸結晶
Ｈ 水系媒体
Ｉ 溶解液
Ｊ 還元処理液
Ｎ 高純度芳香族カルボン酸結晶
Ｐ，Ｑ 排出ガス
Ｒ，Ｓ 液体
Ｘ，Ｙ 回収スラリー

Claims (14)

1. （Ａ）酢酸を主体とする溶媒中、触媒の存在下、分子状酸素によってアルキル芳香族化合物を酸化して芳香族カルボン酸を得る酸化工程、
   （Ｂ）得られた芳香族カルボン酸スラリーを、芳香族カルボン酸ケーキと酢酸を主体とする母液とに固液分離する固液分離工程、
   （Ｃ）得られた芳香族カルボン酸ケーキを、洗浄液を用いて洗浄する洗浄工程、
   （Ｄ）上記洗浄後の芳香族カルボン酸ケーキに残留する付着液を蒸発除去し、芳香族カルボン酸結晶を得る乾燥工程、
   を有する芳香族カルボン酸の製造方法において、
   上記蒸発除去により発生する溶媒蒸気を含む排出ガスに同伴する上記芳香族カルボン酸結晶を回収装置で液体と接触させることにより回収し、この回収物の一部又は全部を上記工程（Ａ）に送ることを特徴とする芳香族カルボン酸の製造方法。
2. 上記回収物がスラリー状であり、この回収物の一部又は全部を上記工程（Ｃ）の洗浄液として使用し、工程（Ｃ）で得られた洗浄排液を工程（Ａ）に送ることを特徴とする請求項１に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
3. 上記の工程（Ｂ）と工程（Ｃ）とを１つの装置を用いて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
4. 上記液体が酢酸及び／又は水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
5. 上記回収装置として吸着塔を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
6. 上記吸着塔は、液分散型吸着塔又はガス分散型吸着塔であることを特徴とする請求項５に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
7. 上記液分散型吸着塔は、充填塔、スプレー塔、サイクロンスクラバー、又はベンチュリスクラバーのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
8. 上記ガス分散型吸着塔は、棚段塔又はジェットスクラバーであることを特徴とする請求項６に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
9. 上記蒸発除去により発生する溶媒蒸気が、通気ガスによって上記回収装置へ送られることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
10. 上記排出ガスが上記回収装置に送られる配管の途中に、上記液体をスプレー装置により噴射して排出ガス中に同伴する芳香族カルボン酸結晶の少なくとも一部を吸着させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
11. 上記配管の上記回収装置側の部分は、上記回収装置に向って下方に傾斜することを特徴とする請求項１０に記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
12. 上記排出ガス１ｍ³（標準状態）に対する上記液体の使用量が１〜１０ｋｇであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
13. 上記回収装置で回収される回収物の一部を、上記液体として使用する請求項１乃至１２のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。
14. 上記アルキル芳香族化合物がパラキシレンであり、かつ、上記芳香族カルボン酸がテレフタル酸であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の芳香族カルボン酸の製造方法。

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