JP2504545C

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Publication number: JP2504545C
Authority: JP
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Publication date: 1998-08-27

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はテレフタル酸の製造法に関するものである。〔従来の技術〕テレフタル酸はポリエステルの原料として産業上、極めて重要な化合物であり
、工業的に大規模生産されている。すなわち、テレフタル酸は直接、グリコール
成分と反応させることにより、また、一旦、ジメチルテレテレタレートとした後
、これをグリコール成分と反応させることにより、例えば、ポリエチレンテレフ
タレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステルを製造することがで
きる。テレフタル酸の製造法としては、通常、パラキシレンを重金属及び臭素よ
りなる触媒の存在下、酢酸溶媒中で液相酸化する、所謂、ＳＤ法が代表的である
。ＳＤ法自体は古くから知られた技術であるが、技術の進展に伴ない、生成テレフ
タル酸の品質向上及び製造コストの低減を目的とした種々の改良技術が提案され
ている。例えば、触媒組成、反応条件、更に、酸化プロセスについての検討が行
なわれており、多くの改良技術が提案されている。しかしながら、現在までの多くの改良検討が行なわれた中で、酸化反応器中に
おける生成テレフタル酸の濃度については殆んど検討がなされていない。このテ
レフタル酸濃度は酸化反応器に供給する原料パラキシレンと酢酸溶媒との割合に
関係があるが、詳細は明らかではない。多くの先行特許の記述によれば、酢酸溶
媒の使用量はパラキシレンに対して２〜６倍と説明され、この場合の酸化反応器
中の液相部における生成テレフタル酸の濃度は酢酸溶媒の蒸発量、還流の有無お
よび量、燃焼ロス等によっても左右されるので一義的に定まるものではない。こ
れら特許の各実施例では、いずれも、酢酸溶媒の使用量はパラキシレンに対して
３〜６倍前後であるので、通常の反応条件下で推定すれば酸化反応器中の生成テ
レフタル酸濃度としては約２０〜３２重量％程度である。要するに、酢酸溶媒の
使用量があまり少ないと、酸化反応器中で生成したテレフタル酸の殆んどは結晶
として析出するので、反応混合物のスラリー濃度が高くなり抜き出しラインの閉
塞危険性があること、及び酸化反応に悪影響を与え回収テレフタル酸の品質低下
が予想されることなどの心配があったため、必然的に、酢酸溶媒の最低使用量が
決定されていた。〔発明の課題と解決手段〕本発明者等は上記実情に鑑み、酸化反応器中における生成テレフタル酸濃度に
着目し、酢酸溶媒の使用量を減少し反応混合物のスラリー濃度を上昇させること
ができないかと種々、検討を重ねた結果、ある特定の濃度までは反応混合物を閉
塞することなく良好に排出でき、しかも、驚くべきことに、特定のスラリー濃度
範囲の場合に、酢酸溶媒の燃焼量を抑制しつつ、得られるテレフタル酸の品質を
向上させることができることを見い出し、本発明を完成した。すなわち、本発明の要旨は、パラキシレン又はその酸化中間体を重金属、及び
臭素を含有する触媒の存在下、酢酸溶媒中で分子状酸素により液相酸化しテレフ
タル酸を連続的に製造する方法において、酸化反応が実質的に完了する反応器からの凝縮性ガスを冷却して得た凝縮液の一部を反応器に還流することなく系外に
抜き出すと共に、該反応器内の液相部におけるテレフタル酸の濃度を３５〜５０
重量％に調節することを特徴とするテレフタル酸の製造法に存する。以下、本発明を詳細に説明する。本発明はパラキシレンを出発原料としてテレフタル酸を製造する方法を対象と
するが、例えば、パラトルイル酸、パラトルアルデヒドなどのパラキシレンの酸
化中間体を出発原料としてテレフタル酸を製造する方法にも同様に適用すること
ができる。いずれの場合においても、本発明においては、酸化反応が実質的に完
了する反応器における条件を調節することが重要である。パラキシレンを出発原料としてテレフタル酸を製造する方法を代表例として説
明するに、この方法では、通常、最初の酸化反応器において、パラキシレンの実
質的全てをテレフタル酸まで酸化する方法が一般的である。この場合の具体的な
酸化方式としては、例えば、１つの酸化反応器でパラキシレンを１段で酸化し
、目的とするテレフタル酸を製造する方法、第１酸化反応器でパラキシレンの
９５重量％以上、好ましくは９７重量％以上がテレフタル酸となるまで酸化し、
次いで、この反応混合物を第１酸化反応の温度以下で低温追酸化する方法、前
記の低温追酸化後の混合物を２３５℃以上の温度で高温追酸化する方法、又は
第１酸化反応器でパラキシレンの９５重量％以上、好ましくは９７重量％以上
がテレフタル酸となるまで酸化し、次いで、この反応混合物を続いて、２３５℃
以上の温度で高温追酸化する方法などが挙げられる。また、本発明で製造するテレフタル酸の品質も、ジメチルテレフタレートを製
造するための原料又は別の精製プラントにより高純度テレフタル酸を得るための
粗製原料として利用される比較的に純度の低いものでも、グリコール成分と直接
反応させてポリエステルを製造するための高純度のものでも差し支えない。本発明は酸化反応が実質的に完了する反応器における条件を調節することを特
徴とするものであるが、この酸化工程は前記の酸化方式〜の場合には、第１
酸化反応器が該当する。第１酸化反応器は通常、上部にコンデンサーを有する攪
拌槽型のもので、少なくとも、原料及び溶媒の供給ライン、分子状酸素の供給ラ
イン及び反応混合物の抜出しラインを有する。この酸化反応器において、パラキシレンを重金属及び臭素を含有する触媒の存在下、酢酸溶媒中で分子状酸素によ
り液相酸化し、パラキシレンの実質的全て（９５重量％以上、好ましくは９７重
量％以上）をテレフタル酸に酸化するのである。この際の反応温度は１８０〜２
３０℃、好ましくは１９０〜２１０℃であり、圧力は数kg／cm²〜１００kg／cm²
、好ましくは１０〜３０kg／cm²である。反応温度があまり低いとパラキシレン
を十分に酸化することができず、逆に、あまり高すぎると酢酸溶媒の燃焼損失が
増大するので好ましくない。また、第１反応器での反応時間はパラキシレンの９
５重量％以上がテレフタル酸に酸化できる時間が必要であり、通常、３０〜２０
０分、好ましくは４０〜１５０分程度である。この酸化反応においては通常、生
成したテレフタル酸は殆ど結晶として析出する。本発明で使用する触媒は通常、コバルト−マンガン−臭素の三元素を含むもの
であれば特に限定されるものではなく、例えば、溶媒に対してコバルト金属とし
て１２０〜３０００ppm、好ましくは１５０〜４００ppmのコバルト化合物、コバ
ルトに対してマンガン金属として０.０１〜３倍のマンガン化合物及び溶媒に対
して臭素として５００〜６０００ppm、好ましくは６００〜１５００ppmの臭素化
合物が使用される。これらの化合物の具体例としては、酢酸コバルト、ナフテン
酸コバルトなどのコバルト化合物、酢酸マンガン、ナフテン酸マンガンなどのマ
ンガン化合物及び臭化水素、臭化ナトリウム、臭化コバルト、臭化マンガンなど
の臭素化合物が挙げられる。なお、臭化マンガン、臭化コバルトを使用した場合
には、二種の触媒成分を兼ねることもできる。また、分子状酸素は通常空気でよく、パラキシレンに対し分子状酸素として３
〜１００モル倍の割合であり、通常、酸化排ガス中の酸素濃度が１.５〜８容量
％となるように供給する。パラキシレンの酸化反応においては水が副生するが、酸化反応器内の水分濃度
は通常、２０重量％程度まで許容され、好ましくは７〜１５重量％である。この
水分濃度は通常、供給する酢酸溶媒中に含まれる水分量を考慮し、反応器頂部か
らの凝縮性ガスをコンデンサーで冷却して得た凝縮液の一部を反応器に還流する
ことなく系外に抜き出すことによって調整することができる。本発明では第１酸化反応器内の液相部における生成テレフタル酸の濃度を３５〜５０重量％、好ましくは３８〜４７重量％、更に好ましくは４０〜４５重量％
に調節することを必須の要件とするものである。すなわち、反応器内の生成テレ
フタル酸濃度を前記範囲まで上昇させても、反応混合物の抜出しには支障がなく
、生成テレフタル酸の品質が向上するのである。テレフタル酸の品質向上の効果
は、上述の酸化方式及びの場合に特に顕著である。反応器内の生成テレフタ
ル酸の濃度は、主に、供給する原料パラキシレンと酢酸溶媒の割合及び酸化反応
器からの凝縮液の系外抜出し量を調節することにより、希望する値に簡単に設定
することができる。すなわち酸化反応器の液相部を形成するのは、酢酸溶媒、未
反応のパラキシレン、触媒、反応中間体、生成したテレフタル酸等であるが、こ
のうち触媒と反応中間体は少量なので、液相部のテレフタル酸濃度の制御に際し
ては無視して差し支えない。また、通常は、パラキシレンの反応率及び酢酸の燃
焼率はそれぞれ一定である（反応温度や触媒濃度、酸素供給量等により、ほぼ一
定値を維持するように制御される）。従って、酸化反応器に供給する原料パラキ
シレンと酢酸溶媒との割合、及び酸化反応器から流出する蒸気を冷却・凝縮させ
て得られる凝縮液の系外への抜出し量を調節することにより、液相部のテレフタ
ル酸濃度を、容易に所望の値に制御できる。上述の酸化反応が実質的に終了した後のテレフタル酸結晶を含む反応混合物は
常法によって晶析して目的とするテレフタル酸結晶を回収することができる。し
かし、本発明はこの混合物を更に引き続いて、低温追酸化及び／又は高温追酸化
の精製処理を施す製造プロセス（前記酸化方式〜）に応用するのが、より大
きな効果が得られるので好ましい。したがって、次いで、低温追酸化及び高温追
酸化の処理について簡単に説明する。低温追酸化は第１酸化反応で得た反応混合物を通常、第１酸化反応器と同タイ
プの反応器に供給し、第１酸化反応よりも０〜５０℃、好ましくは２〜３０℃低
い温度で分子状酸素により追酸化するものである。低温追酸化では、主に、反応
母液中の酸化中間体が酸化されるが、この際の処理温度があまり低い場合には、
酸化中間体を十分に酸化することができない。この追酸化処理の時間は通常、５
〜９０分、好ましくは１０〜６０分である。また、この低温追酸化で使用する分
子状酸素は反応混合物中に含まれる被酸化物が少量であるので、その供給量は第１反応器への供給量の１／１０〜１／１０００であり、通常、酸化排ガス中の酸
素濃度が１〜８容量％となる量が好ましい。分子状酸素としては通常、空気又は
不活性ガスで希釈した空気が用いられる。一方、高温追酸化はテレフタル酸結晶を含む反応混合物を２３５℃以上の温度
に加熱し、テレフタル酸の溶解度を高めた状態で追酸化するものである。この高
温追酸化では、主に、前段の酸化反応によってテレフタル酸結晶中に包含された
酸化中間体が酸化され、最終的に高純度のテレフタル酸を得ることができるので
ある。この高温追酸化においては、特に、本発明のように反応混合物中のテレフ
タル酸濃度を高めたことは追酸化の効果に望ましい影響を与えるものであり、こ
の現象は従来の知見からすると予想に反するものである。高温追酸化の操作は通
常、反応混合物（スラリー）をポンプにより高圧部に圧入しモノ又はマルチチュ
ーブの熱交換器により所定温度に加熱して追酸化する。高温追酸化の方法は公知
法に従って実施でき、例えば、熱交換器及び／又は高温追酸化反応器に分子状酸
素を供給する方法が採用できる。また、高温追酸化反応器としては通常、第１反
応器と同タイプのものでよい。高温追酸化は２３５〜２９０℃、好ましくは２４０〜２８０℃の温度で実施さ
れ、その際の圧力は反応混合物を液相に保持できる圧力が必要であり、通常、３
０〜１００kg／cm²である。この高温追酸化により、反応混合物中のテレフタル
酸粒子の一部が溶解し、その結果、粒子中の酸化中間体が母液中に抽出され、そ
して、抽出された酸化中間体が酸化処理されるのである。したがって、高温追酸
化の温度があまり低い場合には、テレフタル酸粒子中の酸化中間体の抽出が良好
に行なわれず、逆に、あまり高い場合には、エネルギー的に不利となるばかりか
、着色不純物が生成する恐れがあり好ましくない。ここで供給する分子状酸素の量は、通常、スラリー中のテレフタル酸に対して
、０.００３〜０.３倍モル、好ましくは０.０１〜０.１倍モルであり、また、酸
化排ガス中の酸素濃度が実質的にゼロ、例えば、０.５容量％以下となるように
するのが好ましい。この量があまり多過ぎると、系内が高温で、被酸化物の量が
少ないので、酢酸溶媒の燃焼量が増大することとなり、逆に、あまり少な過ぎる
と、高温追酸化の効果が十分に得られない。ここで用いる分子状酸素としては、
通常、空気又は不活性ガスで希釈した空気が挙げられる。酸化処理を終えた反応混合物は、通常、２〜４段の複数の晶析槽を用いて、順
次、降温、降圧し、最終的に得られる混合物からテレフタル酸結晶を分離する。
高温追酸化をした混合物の場合には、この晶析工程において、混合物の温度が１
６０〜２３０℃のゾーン（晶析槽又は移送パイプ中）にて分子状酸素を供給する
と、得られる製品テレフタル酸の品質がより一層改善されるので望ましい。この
分子状酸素の供給量は排ガス中の酸素濃度が０.５〜８容量％、好ましくは２〜
８容量％となるように調節される。このゾーンでは反応混合物の温度が低いため
、多量の分子状酸素を供給しても、酢酸溶媒の燃焼はあまり問題とならない。晶析処理を終えた混合物は通常、遠心分離などの固液分離によってテレフタル
酸の結晶を回収することができる。テレフタル酸の結晶は必要に応じて、例えば
、水又は酢酸などにて洗浄したのち乾燥処理され製品となる。一方、反応母液は
通常、蒸留塔に送られ生成水、触媒、副生物を除去し酢酸を回収する。また、本
発明では反応母液の１０〜８０重量％をそのまま第１反応器へリサイクルするこ
ともできる。〔発明の効果〕本発明によれば、反応条件下における酢酸溶媒の存在量を減少させ反応混合物
中のテレフタル酸濃度を高くしても、テレフタル酸結晶の抜き出し操作に支障が
ない上、酢酸溶媒の燃焼を抑えながら、得られるテレフタル酸の品質を向上させ
ることができる。また、本発明では反応で取扱う総液量が少なくなり、これに伴
なって、熱エネルギー及び触媒などの必要量も減少するので、工業的には極めて
多大なメリットを有する。〔実施例〕次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越え
ない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中、「部」とあるのは「重量部」を表わす。比較例１（基準）第１図に示すフローシートに従ってテレフタル酸を連続的に製造した。還流冷却装置、攪拌装置、原料及び溶媒送入口、空気導入口及び反応スラリー抜出口を備えた耐圧チタン製の第１反応器１にパイプ８よりパラキシレン１部、
水５％を含む酢酸４.５部と酢酸コバルト（４水和物）０.００３６部と酢酸コバ
ルト（４水和物）に対して１.０７重量倍の酢酸マンガン（４水和物）、酢酸コ
バルト（４水和物）に対して１.５１重量倍の臭化水素酸（４７％水溶液）から
なる混合物を供給し、滞留時間７０分、温度１９５℃、圧力１５kg／cm²Ｇの条
件下、酸化ガスとして空気を用い、酸化反応の排ガス中のＯ₂濃度が６vol%とな
るように、パイプ９より供給し、パイプ１０より還流液１.５部を抜き出し、反
応器１中の水分濃度を約１０％にコントロールしパラキシレンの液相酸化反応を
行なった。第１反応器１からの混合物はパイプ１３より第１反応器１と同様の装備を持つ
第２反応器２に連続的に供給した。第２反応器２では第１反応器に比べ１０℃低
い温度、同じく３kg／cm²低い圧力、滞留時間３０分の条件下、酸化反応の排ガ
ス中のＯ₂濃度が４vol%となるようにパイプ１１から空気を供給し低温追酸化を
行なった。第２反応器２からの混合物はパイプ１４を通り、次いで、ポンプ３により圧力
５５kg／cm²Ｇに昇圧したのち、パイプ１５の途中で、パイプ１２より空気０.０
７部を加え、更に、モノチューブ型加熱器４に供給し、混合物の温度を２７０℃
まで昇温し、更に、加熱器４を出た混合物はパイプ１６を通って第１反応器と同
型の攪拌槽５に供給し、パイプ１７より空気０.０３部を供給し温度２７０℃、
圧力５５kg／cm²Ｇ、滞留時間３０分間の条件下、高温追酸化を行なった。次いで、高温追酸化を終えた混合物を３段（晶析器６，６′、６″）で順次、
常圧まで冷却晶析した後、これを遠心分離器７で濾過してテレフタル酸結晶を回
収した。また、第１晶析器６は２００℃、１１kg／cm²Ｇの条件であり、ここで
パイプ１８より空気を排ガス中のＯ₂濃度が４vol%となるように供給した。このようにして回収したテレフタル酸結晶につき、透過率、４−カルボキシベ
ンズアルデヒド（４ＣＢＡ）含有量及びこれを用いてポリエステルを製造した場
合のポリマー色調を測定したところ、第１表に示す結果を得た。実施例１〜３比較例１の方法において、第１反応器への供給量及び第１反応器からの還流液
の抜出し量を第１表のように変更して、触媒濃度及び水分濃度が比較例１と同じとなり、且つ第１反応器内の生成テレフタル酸濃度が第２表に示す値となるよう
にし、しかも、各反応器１、２、５、６の反応容積を比較例１の場合と合せ、温
度、圧力、空気供給量を比較例１と同条件として酸化反応を行なった場合の結果
を第２表に示す。供給量及び抜出量は単位時間当りの重量部酢酸コバルトは４水和物（Co(CH₃COO)₂・4H₂O）としての供給量。実施例１〜３においても、比較例１における同じく、酢酸コバルトに対して１
.０７重量倍の酢酸マンガン（４水和物）と、１.５１重量倍の臭化水素酸（４７
％水溶液）とを供給。比較例２比較例１の方法において、触媒使用量を１.２倍に増量して同様の条件で酸化
反応を行なった場合の結果を第２表に示す。なお、この方法では、触媒使用量を増量したため、第１反応器における酢酸溶
媒の燃焼量は比較例１の場合に対して、約３割増となった。実施例４実施例１の方法において、パイプ１４からの反応混合物を高温追酸化すること
なく、直ちに晶析器６′に供給し、その他は同様にして酸化反応を行なった場合
の結果を第３表に示す。比較例３比較例１の方法において、パイプ１４からの反応混合物を高温追酸化すること
なく、直ちに晶析器６′に供給し、その他は同様にして酸化反応を行なった場合
の結果を第３表に示す。このようにして得たポリマーのチップを石英セルに充填し、色差計（東京電色
（株）製、ＴＣ−５５Ｄ型）にてｂ値を測定した。（ｂ値は＋が黄色味、−が青
色味を意味し、ポリマー色調としては数値が小さい方が良好なものである。）

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の比較例１〜２及び実施例１〜３で使用した反応装置を示すフ
ローシートである。

Claims

【特許請求の範囲】 (1) パラキシレン又はその酸化中間体を重金属、及び臭素を含有する触媒の存
在下、酢酸溶媒中で分子状酸素により液相酸化しテレフタル酸を連続的に製造す
る方法において、酸化反応が実質的に完了する反応器からの凝縮性ガスを冷却し
て得た凝縮液の一部を反応器に還流することなく系外に抜き出すと共に、該反応
器内の液相部におけるテレフタル酸の濃度を３５〜５０重量％に調節することを
特徴とするテレフタル酸の製造法。 (2) パラキシレン又はその酸化中間体を重金属及び臭素を含有する触媒の存在
下、酢酸溶媒中で分子状酸素によりパラキシレンの９５％以上がテレフタル酸に
なるまで液相酸化し、次いでこの反応混合物を更に低温追酸化及び／又は高温追
酸化してテレフタル酸を連続的に製造する方法において、酸化反応が実質的に完
了する反応器からの凝縮性ガスを冷却して得た凝縮液の一部を反応器に還流する
ことなく系外に抜き出すと共に、該反応器内の液相部におけるテレフタル酸の濃
度を３５〜５０重量％に調節することを特徴とするテレフタル酸の製造法。