JP2010528100A - テレフタル酸の回収のための改善された方法 - Google Patents

Abstract

カルボン酸を回収する方法を開示する。該方法は、水、結晶化カルボン酸（例えばテレフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸）および不純物を含む液体スラリーを、高圧ロータリーフィルターに導入するステップ；前記スラリーをろ過し、そして固体部分のうち少なくとも幾らかかを収集するステップ；収集した固体部分を、温度制御システムを含むロータリーバルブに通すステップ；ロータリーバルブ内の温度を温度制御システムで制御するステップ；および固体部分をロータリーバルブから取出すステップ；を含む。ロータリーバルブは、バルブケースおよびローターを含み、そして温度制御システムはバルブケースとローターとの間の温度差を制御する。

Description

関連出願の相互参照
本件は、米国仮出願第６０／９３２，４４７号（２００７年５月３１日）の利益を主張する。

本発明は、ポリカルボン酸，例えば精製されたテレフタル酸（「ＰＴＡ」）、精製されたイソフタル酸およびトリメリット酸の回収のための新規な方法に関する。より詳細には、本件は、結晶テレフタル酸、イソフタル酸およびトリメリット酸を回収するためのロータリー圧力フィルターの新規な使用ならびに得られる結晶を回収する方法に関する。

背景
単純化のために、背景はテレフタル酸に焦点を絞る。テレフタル酸は、多くの種々のポリマー，例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の製造において使用されている。ＰＥＴのための典型的なプロセスは、テレフタル酸のポリアルコールでの直接縮合である。この直接エステル化反応は、反応生成物を許容可能なものにするために精製テレフタル酸を必要とする。

テレフタル酸は、ｐ−キシレンの直接酸化、および続いて、母液から結晶化させて粗テレフタル酸（ＣＴＡ）を回収することにより製造される。このＣＴＡはまだ約０．２〜０．４質量パーセントの４−カルボキシベンズアルデヒド（４−ＣＢＡ）を主な不純物として含有する。４−ＣＢＡの含有量を低減するために、ＣＴＡは、典型的に水中に溶解させ、次いで、得られる溶液を水素化反応器内で処理して、４−ＣＢＡをｐ−トルイル酸に変換する。水素化反応器からの溶液は、次いで、典型的には、結晶化装置のバッテリにおけるフラッシュによって冷却して精製テレフタル酸（ＰＴＡ）を結晶として沈殿させる。結晶化装置から生じるスラリーは、まだ顕著な量のｐ−トルイル酸を含有し、これはＰＴＡから分離して通常の工業的仕様である１５０ｐｐｍ以下に適合させる必要がある。

ＰＴＡを精製するために、２つの後続段階の固体分離が最近用いられる。ＰＴＡをその母液から分離するための従来の方法は、スラリーを温度１００℃〜１７０℃および圧力１〜７ｂａｒで遠心分離することである。これらの条件下で、ｐ−トルイル酸の主要部は溶液中に残存してこれを分離させる。

遠心分離から生じるＰＴＡの結晶は、少量のｐ−トルイル酸のみを含有するが、残留母液は（典型的には１０〜１５パーセント）含有する。これらの不純物をなくすために、結晶は通常追加の水と、典型的には比１．１〜１．５ｍ³水／ＰＴＡトンで混合して、まだ同伴されている母液を洗浄する。これにより、４５（±５）パーセントの固形分を有するスラリーが得られる。このスラリーを次いで大気圧に送り、そして遠心分離の第２段階またはロータリー真空フィルター（ＲＶＦ）のいずれかに供給する。ＰＴＡ（残留する１０〜１５パーセントの水を含有する）を次いで、典型的にはロータリー乾燥機内で乾燥させ、そして貯蔵する。ＰＴＡ結晶は、少量のｐ−トルイル酸（通常１５０ｐｐｍ未満）をまだ含有する一方、４−ＣＢＡ量は典型的には２５ｐｐｍ未満である。

米国特許第５，１７５，３５５号は、圧力ろ過を含む、テレフタル酸を精製する方法を教示する。この文献は、水性スラリー（結晶として存在する精製テレフタル酸、および水性溶液中に共結晶化形状として存在するｐ−トルイル酸を含む）を１つ以上のフィルターセル内に導入することを教示する。スラリーを、大気圧から１６ａｔｍの系圧力でろ過する。得られるフィルターケークを有するフィルターセルを、次いで、洗浄ゾーン内に移し、ここで３８℃〜２０５℃に加熱された水流をフィルターセルに導入して、フィルターケークの上に水の貯留層を形成する。置換洗浄を、次いで、水を強制的にケークに圧力勾配（系圧力の上で少なくとも０．５ａｔｍ）で通す一方で貯留層を維持することにより実現する。置換洗浄は、十分な時間連続させて所望量の不純物を除去する。フィルターセルを次いで圧力解放ゾーンに移し、ここで系圧力を迅速に解放してフィルターケーク内に残っている水を瞬間的に蒸発させて生成物を回収する。圧力解放ゾーンを、次いで、系圧力まで加圧して戻し、追加の生成物を受入れられる状態にする。このプロセスは、報告によれば、２００質量ｐｐｍ未満のｐ−トルイル酸を含有するテレフタル酸をもたらす。

米国特許第６，６３９，１０４号は、洗浄されたフィルターケークをレットダウンゾーン（または圧力解放ゾーン）（これの圧力は洗浄ゾーンの圧力未満である）に移送することを含む改善されたプロセスを記載する。この文献は、ドームバルブを、使用できるレットダウンシステムの具体的な態様として記載する。

結晶含有スラリーから物質を精製または回収する方法を記載する他の文献としては、ＷＯ０１５５０７５号，ＵＳ６，６５５，５３１号，ＵＳ５，４７０，４７３号，ＵＳ５，０９３，００１号，ＥＰ０ ４０６ ４２４号，ＷＯ９５１９３３５号，およびＪＰ１１１７９１１５号が挙げられる。

精製されたテレフタル酸の製造の分野における利点は、テレフタル酸の回収および精製されたテレフタル酸結晶からの不純物の除去のための改善された方法を提供することである。

発明の要約
本発明は、ポリカルボン酸（例えば、精製されたテレフタル酸（「ＰＴＡ」）、精製されたイソフタル酸およびトリメリット酸）の回収のための改善された方法であり：該方法は、ａ）水、結晶化テレフタル酸、および不純物を含む液体スラリーを、高圧ロータリーフィルター内に導入すること；ｂ）前記スラリーをろ過し、そして固体部分のうち少なくとも幾らかかを収集すること；ｃ）収集した固体部分を、温度制御システムを含むロータリーバルブに通すこと；ｄ）ロータリーバルブ内の温度を温度制御システムで制御すること；およびｅ）固体部分をロータリーバルブから取出すこと；を含む。ロータリーバルブは、バルブケースおよびローターを含み、そして温度制御システムはバルブケースとローターとの間の温度差を制御する。

本発明は、フィルター圧力制御システムまたは物質生成量に影響を与えることなく固体物質を圧抜きさせるレットダウンシステムを用いる、ポリカルボン酸を回収するための改善されたシステムを提供する。

発明の詳細な説明
本発明のために、不純物を含有するカルボン酸（例えばテレフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸）を含有する液体スラリーは、任意のテレフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸の製造スキームから生じることができる。これらは当該分野で公知であり、そして目前の発明に対する重要性はごく小さい。スラリーのろ過に使用される特定の高圧ロータリーフィルターは同様に本発明に対して重大ではない。大気圧よりも大きい圧力で操作可能な任意のろ過システムを使用できる。好ましくは、標準操作条件について、フィルターは、プラントの全部の生成量のテレフタル酸を取扱いでき、そして圧力１．０〜１０．０ｂａｒで操作できる。好適なフィルターは、Ｂｉｒｄ Ｙｏｕｎｇ Ｒｏｔａｒｙ Ｆｉｌｔｅｒであり、Ａｎｄｒｉｔｚにより販売され、米国特許第５，７０，４７３号および第６，６５５，５３１号（参照により本明細書に組入れる）に記載されている。

フィルターは、典型的には、ケース（プロセス圧で加圧されている）、およびドラム（ろ過装置，たとえばクロスまたは同等のろ過装置で覆われ、好適にはケースよりも低い圧力に加圧されている）からなる。

ドラムは、理想的には３つのゾーンに分けられている：
−第１のゾーン、ここで母液を除去する。
−第２のゾーン、ここで固計分を洗浄する。
−第３のゾーン、ここで過剰の洗浄液体を除去して固形分を取出す。

ケースの圧力は、好ましくは１．５〜６．５ｂａｒの範囲であり、約４．５ｂａｒが最も好ましい。フィルターのケースは、高温不活性ガス、スチームまたは２つの混合物で加圧され、これらはフィルターケースの加圧に有用なものである。加圧のための高温ガス、スチームまたは２つの混合物の使用は、ろ過装置内側の均一な温度を可能にするため、不純物の局所的な結晶化の原因となる可能性がある低温スポット、および更に生成物品質の低下を回避する。ろ過は、温度１１０〜１６０℃で実施し、１４７℃が最も好ましい。

スラリーは、温度１１０〜１６０℃、より好ましくは１３５〜１５０℃、および更により好ましくは１４７℃を有し、結晶化ユニットの最後の結晶化装置からフィルターケース内側の供給スラリーたらいに供給する。これは、供給されたスラリーの２０％〜１００％の量が油圧（hydraulic）シール（レベル制御システムを有する圧力容器を含む）にオーバーフローし、この圧力がフィルターケースでオーバーフローライン自体により均衡化するように行なう。この態様は、フィルターへの供給、ろ過ドラムの浸漬およびろ過装置の圧力を一定に保つようにし、次いでスラリー供給容器に戻る。

ケースとドラムとの間の圧力差は、０．１〜２．０ｂａｒの範囲、好ましくは０．３〜０．７ｂａｒの範囲、最も好ましくは０．５ｂａｒである。

ロータリー圧力フィルターから除去される母液は、当該分野で公知であるように、別個に回収し、そして製造プロセスに再利用するか、または廃棄処理設備に送ることができる。

残りの固体部分は、次いで追加量の水で洗浄する。本発明の方法において、従来方法と同様の純度を実現するために必要な洗浄水はより少ないことを見出した。よって、任意の量の水を本発明の洗浄段階で使用できる一方、ＰＴＡトン当たり１立方メートル未満の使用が、水の節約およびこの水をプロセス温度まで加熱することに関連するエネルギーの低減のために好ましい。水の量は、好ましくは０．２〜０．７ｍ³／ＭＴのＰＴＡの範囲であり、約０．５ｍ³／ＭＴのＰＴＡが最も好ましい。洗浄は、好ましくはろ過と同じ温度でなされるが、これは便宜のためであり必須ではない。固体物質を洗浄するために用いる水の温度は、５０℃〜１６１℃の範囲であり、好ましくは１３０℃〜１５０℃の範囲であり、最も好ましくは１４７℃である。洗浄液体は、次いで、当該分野で公知である通り、母液から別個に収集し、そして製造プロセス中に再利用するか、または製造プロセス中に再循環して戻すことができる。

洗浄後、固体物質は、高温ガス、スチームまたは２つの混合物を吹付けるケーク取出システムにより回転ドラムの内側からフィルターケース内に、当該分野で公知のように分離し、吹付流体温度は、１１０〜１６０℃、より好ましくは１３５〜１５０℃の範囲、および更により好ましくは１４７℃である。ケーク取出システムに高温ガスを供給することにより、取出した生成物の温度を好適に高く保持し、ひいては後の乾燥操作をより容易かつ安価にすることができる。分離した固体は、好ましくはレットダウンシステム（ロータリーバルブを含む）経由で大気ケークホッパー（これはフィルターケースよりも低い圧力である）内に通す。

本発明のレットダウンシステムは、羽根とケースとの間の適切なクリアランスを有するロータリーバルブであり、羽根が、閉鎖的にロータリーバルブケースの内側表面を係合してはいないものである。本発明のために有用なロータリーバルブの一例は、ＵＳ２００６／００４５７２９号に記載されている。本発明の目的のために、ロータリーバルブは、少なくともバルブケースおよびローターを含む。ロータリーバルブはまた、選択された設定点に係るロータリーバルブのケースとローターとの間の温度差を維持するように構成された温度制御システムを備えるため、ロータリーバルブの羽根とケースとの間のクリアランスを制御する。この様式において、ロータリーバルブは、市販製品中に存在する水分を、蒸気として、バルブ自体の羽根においてスムーズに解放し、次いでバルブの取出し側の突然のフラッシュを回避する。従って、温度制御システムは、ローターとバルブケースとの間のクリアランスの間接制御として作用し、間接的に、制御された圧力降下プロファイルをもたらす。

バルブケースとローターとの間の温度差を制御するために用いる温度制御システムは、少なくとも１つの加熱手段、少なくとも１つの温度測定装置および少なくとも１つの論理制御装置を含む。用いる加熱手段は重大ではなく、例えば、高温スチーム、高温窒素、酸化反応器から生じるオフガス、任意の他の好適な高温不活性ガス、電気加熱装置、またはこれらの１つ以上の組合せであることができる。

固体生成物中の水分の解放を可能にするこの新規なシステムの適用は、ガスの漏れを回避はしないが制御する。ロータリーバルブを介した連続ガス漏れを有することは、フィルターの加圧のために高温ガスの使用を必要とする；事実上、低温ガスは、システムの温度の制御において、ガス漏れを増大させるか、またはバルブのセージング（seizing）の原因となるかのいずれかの問題を生じさせる可能性がある。この新規なシステムは、高温加圧流体の使用とともに、バルブを介したガス漏れの制限および制御、並びにセージングの回避を可能にする。

ケークホッパーは、固体生成物をレットダウンシステムから受入れ、任意に、ガス状物質を解放するための２つの出口を備え、そして片側から、不所望の圧力増大を防止するために減圧システムに接続され、そして不所望の完全減圧条件を防止するために他方の側から大気バッファーに接続されている。
固体物質は、次いで、当該分野で公知の更なる加工のために、好適な装置，例えばスクリューを用いて乾燥機に通すことができる。

例
以下の手順を例１および２において用いる：
水分量の評価のための手順
ペトリ皿をオーブン内で約１０５℃にて、これが一定質量になるまで乾燥させる。約１０グラムのサンプルを０．１ｍｇ近傍に、乾燥させたペトリ皿内に計り入れる。サンプルを収容したペトリ皿をエアオーブン内に約１０５℃で２時間入れ、そして室温の乾燥機内で冷却する。ペトリ皿を次いで計量して第１の質量読みとする。サンプルを収容したペトリ皿をオーブン内で３０分間更に乾燥させ、そして室温の乾燥機内で冷却する。ペトリ皿を次いで計量して第２の質量読みとする。第１および第２の質量読みを比較する。差が０．５ミリグラム未満であることを一定と考える。または、乾燥を、質量差が一定になるまで完了させる。

ｐ−トルイル酸濃度は、ＨＰＬＣ（Ｈｉｔａｃｈｉ，ｍｏｄｅｌ Ｌ−７１００または同等物）を用いて評価する。

例１および２
例１および２は、バルブ条件を変えること、およびガスを加圧することの、生成物中の水分およびｐ−トルイル酸量に対する効果を示す。例１および２からの結果を以下で表１に纏める。

Claims (9)

1. 精製されたカルボン酸を製造する方法であって：
   ａ．水、結晶化カルボン酸、および不純物を含む液体スラリーを、高圧ロータリーフィルター内に導入すること；
   ｂ．前記スラリーをろ過し、そして固体部分のうち少なくとも幾らかかを収集すること；
   ｃ．収集した固体部分を、温度制御システムを含むロータリーバルブに通すこと；
   ｄ．ロータリーバルブ内の温度を温度制御システムで制御すること；および
   ｅ．固体部分をロータリーバルブから取出すこと；
   を含む、方法。
2. カルボン酸が、テレフタル酸、イソフタル酸、またはトリメリット酸である、請求項１に記載の方法。
3. ステップａにおいて用いる高圧ロータリーフィルターを高温流体で加圧する、請求項１または２に記載の方法。
4. 高温流体が、温度１１０℃〜１６０℃である、請求項３に記載の方法。
5. 高温流体が、スチーム、高温窒素、酸化反応器から生じる高温オフガス、またはこれらの組合せを含む、請求項３または４に記載の方法。
6. ロータリーバルブが、バルブケースおよびローターを含む、請求項１に記載の方法。
7. ステップｄにおいて、温度制御システムがバルブケースとローターとの間の温度差を制御する、請求項６に記載の方法。
8. 温度制御システムが、バルブケースとローターとの間の温度差を制御するのに好適な、少なくとも１つの加熱手段、少なくとも１つの温度測定装置および少なくとも１つの論理制御装置を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 加熱手段が、高温スチーム、高温窒素、カルボン酸酸化反応器から生じるオフガス、任意の他の好適な高温不活性ガス、電気加熱装置、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項８に記載の方法。