JP2017508720A5

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Publication number: JP2017508720A5
Application number: JP2016544145A
Authority: JP
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2034-02-11

Description

[0004]商業的実施においては、芳香族カルボン酸は、水性酢酸溶媒中においてメチル置換ベンゼンおよびナフタレン供給材料を液相酸化することによって製造されている。メチル置換基の位置は、芳香族カルボン酸生成物におけるカルボキシル基の位置に対応する。例えばコバルトおよびマンガンを含む臭素で促進された（promoted）触媒の存在下において、空気または（例えば通常は気体状態の）他の酸素源物質を酸化剤として用いている。酸化は発熱性であり、これによって芳香族カルボン酸が、芳香族供給材料の部分または中間酸化生成物、および酢酸反応生成物（例えば、メタノール、酢酸メチル、および臭化メチル）などの副生成物と一緒に生成する。また、水も副生成物として生成する。

[0016]幾つかの態様においては、ボイラー供給水はまた、低圧水蒸気を用いて脱気した水のような更なる供給源からの補給（make up）ボイラー供給水も含む。幾つかの態様においては、高圧の凝縮物および補給ボイラー供給水は、ボイラー供給水をボイラーへ供給する前に混合する。他の態様においては、高圧の凝縮物および補給ボイラー供給水は、ボイラー内、例えばボイラーの水蒸気ドラム内でその場で（in situ）混合する。幾つかの態様においては、補給ボイラー供給水は、少なくともそれらの混合の前において高圧の凝縮物のものよりも低い温度である。幾つかの態様においては、高圧の凝縮物は、約２５０℃〜約３０５℃の間の温度を有し、約８０ｂａｒ（ｇ）〜約１２０ｂａｒ（ｇ）の間の圧力でボイラーに供給される。幾つかの態様においては、補給ボイラー供給水は、約１００℃〜約１５０℃の間の温度を有し、約８０ｂａｒ（ｇ）〜約１２０ｂａｒ（ｇ）の間の圧力でボイラーに供給される。

[0017]幾つかの態様においては、ボイラーは気体／気体空気予熱器を含み、高圧の凝縮物および補給ボイラー供給水は、ボイラー供給水をボイラーの水蒸気ドラムに供給する前に混合する。他の態様においては、ボイラーはエコノマイザーを含み、高圧の凝縮物の一部をボイラーの水蒸気ドラムに供給し、補給ボイラー供給水は、水蒸気ドラムに導入する前にエコノマイザーに供給する。

[0020]本発明による精製芳香族カルボン酸を製造するための第２のプロセスは、反応区域内において置換芳香族炭化水素を酸化して粗芳香族カルボン酸を形成し；供給されるボイラー供給水から高圧水蒸気を生成させ；加熱区域内において、高圧水蒸気の少なくとも一部を用いて粗芳香族カルボン酸を加熱して、それによって高圧水蒸気を凝縮して高圧の凝縮物を形成する；ことを含む。ボイラー供給水は、高圧の凝縮物の少なくとも一部、および幾つかの態様においては少なくとも１つの更なる供給源からの補給ボイラー供給水を含む。幾つかの態様においては、ボイラーへ再循環される高圧の凝縮物の部分は、高圧水蒸気から形成される高圧の凝縮物の約６５％〜約９７％を構成する。

[0021]本発明による精製芳香族カルボン酸を製造するための第３のプロセスは、反応区域内において置換芳香族炭化水素を酸化して粗芳香族カルボン酸を形成し；ボイラーに供給されるボイラー供給水から高圧水蒸気を生成させ；加熱区域内において、高圧水蒸気の少なくとも一部を用いて粗芳香族カルボン酸を加熱して、それによって高圧水蒸気を凝縮して高圧の凝縮物を形成し；そして、燃焼排ガスを、ボイラーと流体連通しているボイラー排気筒から、１つまたは複数の下流の気体／気体空気予熱器を通して送る；ことを含む。好適な予熱器としては、炭素鋼気体／気体空気予熱器、耐腐食性ポリマー空気予熱器（ＬＵＶＯ）気体／気体空気予熱器、およびこれらの組合せが挙げられる。ボイラー供給水は高圧の凝縮物の少なくとも一部を含み、幾つかの態様においては少なくとも１つの更なる供給源からの補給ボイラー供給水も含む。

[0024]図１に示すように実施することができるような代表的な態様においては、例として、少なくとも約９９重量％の置換芳香族炭化水素供給材料を含む液体供給材料、モノカルボン酸溶媒、酸化触媒、触媒の促進剤、および空気を、流入口１１２のような流入口を通して酸化反応容器１１０に連続的に充填する。幾つかの態様においては、容器１１０は圧力定格連続撹拌タンク反応器である。

[0030]好ましい態様においては、液相酸化のための触媒組成物はまた、好ましくは望ましくないタイプまたはレベルの副生成物を生成しないで触媒金属の酸化活性を促進する促進剤も含む。触媒、促進剤、および反応物質の間の接触を促進させるためには、酸化において用いる液体反応混合物中に可溶な促進剤が好ましい。ハロゲン化合物、例えば、ハロゲン化水素、ハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化カリウム、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン置換炭化水素、ハロゲン置換カルボン酸、および他のハロゲン化化合物が、促進剤として通常的に用いられる。好ましい促進剤は少なくとも１種類の臭素源物質を含む。好適な臭素源物質としては、ブロモアントラセン、Ｂｒ_２、ＨＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＮＨ_４Ｂｒ、臭化ベンジル、ブロモ酢酸、ジブロモ酢酸、テトラブロモエタン、二臭化エチレン、臭化ブロモアセチル、およびこれらの組み合わせが挙げられる。他の好適な促進剤としては、アセトアルデヒドおよびメチルエチルケトンのようなアルデヒドおよびケトンが挙げられる。

[0035]結晶化容器１５６は、モノカルボン酸溶媒および水を含む酸化からの母液中の粗芳香族カルボン酸および酸化副生成物を含む固体生成物のスラリーを結晶化容器から受容して、液体からテレフタル酸および副生成物を含む粗固体生成物を分離するように構成されている固液分離装置１９０と流体連通している。分離装置１９０は、遠心分離器、ロータリー真空フィルター、または加圧フィルターである。本発明の好ましい態様においては、分離装置は、フィルターケーキ中の母液を加圧下において水を含む洗浄液で容積式（positive displacement）で溶媒交換するように構成されている加圧フィルターである。分離から得られる酸化母液は、母液ドラム１９２に送るために流れ１９１中で分離装置１９０から排出される。母液の大部分は、母液中に溶解しているかまたは微細固体粒子として存在している酢酸、水、触媒、および酸化反応副生成物を液相酸化反応に戻すために、ドラム１９２から酸化反応器１１０に送る。粗固体生成物、および供給材料の酸化副生成物を含む不純物は、中間の乾燥および貯蔵を行うかまたは行わないで、流れ１９７中で、分離装置１９０から精製溶液補給容器２０２に移送される。粗固体生成物は、補給容器２０２内において、その全部または少なくとも一部、好ましくはその約６０〜約１００重量％が反応器１１０からカラム３３０へ取り出される蒸気相中の水および酢酸のオフガス分離からの第２の液相および酸化の副生成物を含む精製反応溶媒中でスラリー化する。用いる場合には、新鮮な脱塩水、または下記に議論するように、精製テレフタル酸生成物の結晶化において圧力降下から得られる蒸気から凝縮される液体のような好適な再循環流のような補給溶媒を、容器２０４から補給タンク２０２に送ることができる。補給タンク内のスラリー温度は、好ましくは約８０〜約１００℃である。

[0036]粗芳香族カルボン酸生成物は、補給タンク２０２内において例えば約２６０〜約２９０℃に加熱することによって、およびそれが精製反応器２１０に送られる間に１以上の熱交換器２０６を含む加熱区域を通過させるによって溶解して、精製反応溶液を形成する。反応器２１０においては、精製反応溶液を、好ましくは約８５〜約９５ｂａｒ（ｇ）の範囲の圧力下、水素化触媒の存在下で水素と接触させる。

[0037]精製水素化反応において用いるのに好適な触媒は、酸化中間体および副生成物、および／または芳香族カルボニル種のような不純芳香族カルボン酸生成物中の不純物を水素化するための触媒活性を有する１種類以上の金属を含む。触媒金属は、好ましくは、水中に不溶で、精製プロセス条件下で芳香族カルボン酸と非反応性である担体材料上に支持または担持される。好適な触媒金属は、パラジウム、白金、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、およびこれらの組み合わせなどの、元素周期律表（ＩＵＰＡＣ版）の第ＶＩＩＩ族の金属である。パラジウム、またはパラジウムを含むかかる金属の組み合わせが最も好ましい。数百または数千ｍ^２／ｇの表面積、および運転条件下での長時間の使用のために十分な強度および耐摩耗性を有する炭素および活性炭が好ましい担体である。金属装填量は重要ではないが、実際的に好ましい装填量は、担体および１種類または複数の触媒金属の合計重量を基準として約０．１重量％〜約５重量％である。不純芳香族カルボン酸生成物中に存在する不純物を転化させるために好ましい触媒は、約０．１〜約３重量％、より好ましくは約０．２〜約１重量％の水素化金属を含む。１つの特定の態様においては、金属はパラジウムを含む。

[0038]精製液体反応混合物の一部を、水素化反応器２１０から流れ２１１で結晶化容器２２０に連続的に取り出して、ここで、液体上への圧力を低下させることによって精製芳香族カルボン酸生成物および減少したレベルの不純物を反応混合物から結晶化させる。容器２２０内で形成される精製芳香族カルボン酸および液体の得られるスラリーを、流れライン２２１で固液分離装置２３０に送る。結晶化中に圧力降下によって得られる蒸気は、冷却のための熱交換器（図示せず）に通すことによって凝縮して、得られる凝縮液は、例えば好適な移送ライン（図示せず）を通して精製供給流補給タンク２０２への再循環流としてプロセスに再び送ることができる。精製芳香族カルボン酸生成物は、流れ２３１で固液分離装置２３０から排出される。固液分離装置は、遠心分離器、ロータリー真空フィルター、加圧フィルター、またはこれらの１以上の組み合わせであってよい。

[0043]一態様においては、補給ボイラー供給水は、それらを混合する前に高圧の凝縮物よりも低い温度である。一態様においては、高圧の凝縮物は、約２５０℃〜約３０５℃の間の温度を有し、約８０ｂａｒ（ｇ）〜約１２０ｂａｒ（ｇ）の間の圧力でボイラーに供給される。一態様においては、補給ボイラー供給水は、約１００℃〜約１５０℃の間の温度を有し、約８０ｂａｒ（ｇ）〜約１２０ｂａｒ（ｇ）の間の圧力でボイラーに供給される。

[0044]一態様においては、ボイラー供給水４１２はまた、少なくとも１つの他の供給源からの水も含む。図１に示す態様においては、ボイラー供給水４１２は、再循環された高圧の凝縮物４２６、およびトレイタイプの脱気装置４３０から供給されてポンプ４３５によって加圧された補給供給水４２８を含む。ライン４３２を通して脱イオン水を脱気装置４３０中に導入し、ライン４３４を通して低圧の水蒸気を脱気装置４３０中導入する。脱気装置４３０は、補給供給水４２８から溶解酸素および他の溶解ガスを除去する。一態様においては、補給供給水４２８をボイラー４０４中に導入する前に、エコノマイザー４３６内において、ボイラー４０４からの燃焼排ガスによって補給供給水４２８を予熱する。示されている態様においては、ボイラー供給水４１２をボイラー４０４中に導入する前に、補給供給水４２８を再循環された高圧の凝縮物４２６と混合する。

[0048]図２は、本発明による精製形態の芳香族カルボン酸を製造するための簡略化したプロセスフロー図の他の態様を示す。この態様においては、エコノマイザーを気体／気体予熱器５０２の代わりに用いている。新しい空気供給流を、ライン５０４を通して気体／気体予熱器５０２中に導入して、ここでボイラー４０４からの燃焼排ガスとの間接的接触によって予熱する。一態様においては、新しい空気供給流５０４は、排気筒４３８から排出される燃焼排ガスの一部と混合する。燃焼排ガスの一部を排気筒から迂回させて、新しい空気供給流５０４と混合する。一態様においては、燃焼排ガスの０．１％〜２０％を空気供給流に再循環する。燃焼排ガスを再循環することによって、空気供給流の温度を上昇させながらＮＯ_ｘ放出量が低下する。図２に示す態様においては、補給供給水５０８を再循環された高圧の凝縮物４１２と混合する前に、補給供給水５０８を熱交換器５１０によって予熱することができる。

[0052]添付の特許請求の範囲において示す部材および特徴を異なるように組み合わせて、これも同様に本発明の範囲内に含まれる新しい請求項を形成することができると理解すべきである。而して、下記の添付の従属請求項は単一の独立請求項または従属請求項のみに従属しているが、これらの従属請求項は、或いは代わりに任意の先行する請求項（独立請求項であっても従属請求項であっても）に従属させることができ、かかる新しい組合せは本発明の一部を形成すると理解されることを理解すべきである。
［発明の態様］
［１］
ボイラーに供給されるボイラー供給水から高圧水蒸気を生成させ；
加熱区域内において、高圧水蒸気を用いて粗芳香族カルボン酸を加熱して、それによって加熱区域内において高圧水蒸気を凝縮して高圧の凝縮物を形成し；そして
粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸を形成する；
ことを含み；
ボイラー供給水は高圧の凝縮物の少なくとも一部を含む、精製芳香族カルボン酸の製造方法。
［２］
反応区域内において、置換芳香族炭化水素を酸化して粗芳香族カルボン酸を形成することを更に含む、［１］の方法。
［３］
ボイラー供給水は、少なくとも１つの更なる供給源からの補給水を更に含む、［１］の方法。
［４］
ボイラー供給水をボイラーに供給する前に、高圧の凝縮物および補給ボイラー供給水を混合する、［３］の方法。
［５］
補給ボイラー供給水は、それらを混合する前の高圧の凝縮物よりも低い温度である、［３］の方法。
［６］
高圧の凝縮物は、約２５０℃〜約３０５℃の間の温度、および約８０ｂａｒ（ｇ）〜約１２０ｂａｒ（ｇ）の間のボイラーへの供給圧力を有し、補給ボイラー供給水は、約１００℃〜約１５０℃の間の温度、および約８０ｂａｒ（ｇ）〜約１２０ｂａｒ（ｇ）の間のボイラーへの供給圧力を有する、［５］の方法。
［７］
ボイラーへの空気供給流を燃焼排ガスによって予熱することを更に含む、［１］の方法。
［８］
補給ボイラー供給水をボイラー燃焼排ガスによって予熱する、［１］の方法。
［９］
高圧の凝縮物のボイラーへの供給水は、加熱区域において形成される高圧の凝縮物の約６５％〜約９７％の間を構成する、［１］の方法。
［１０］
少なくとも１つの気体／気体空気予熱器は、ポリマー空気予熱器（ＬＵＶＯ）気体／気体空気予熱器を含む、［７］の方法。
［１１］
燃焼排ガスを、ボイラーと流体連通しているボイラー排気筒から、順次、下流の炭素鋼気体／気体空気予熱器、および更に下流のポリマーＬＵＶＯ気体／気体空気予熱器を通して送ることを更に含む、［１］の方法。
［１２］
芳香族カルボン酸は、テレフタル酸を含む、［１］の方法。