KR101034964B1 - Process for the oxidative purification of terephthalic acid - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 고체 액체 치환 구역에서 결정화된 생성물로부터 불순물을 제거하여 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 정제된 카복실산 슬러리를 냉각 구역에서 추가로 냉각시킨 후, 여과 및 건조 구역에서 여과 및 건조시킨다. 본 방법은 수소화 또는 여과액 퍼지와 같은 정제 단계의 이용 없이 우수한 색상 및 낮은 불순물 수준을 갖는 정제된 카복실산 생성물을 제조한다.
The present invention relates to a process for preparing a purified carboxylic acid slurry. The method includes removing impurities from the crystallized product in a solid liquid substitution zone to form a purified carboxylic acid slurry. The purified carboxylic acid slurry is further cooled in the cooling zone, then filtered and dried in the filtration and drying zones. The process produces purified carboxylic acid products with good color and low impurity levels without the use of purification steps such as hydrogenation or filtrate purge.
Description
본 발명은 조질 카복실산 슬러리의 정제 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 승온에서 결정화된 생성물로부터 모액을 치환시키는 단계 및 결정화된 생성물을 재슬러리화시켜 고체 액체 치환 구역(displacement zone)에서 분리하여 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계를 포함하되, 정제된 카복실산 슬러리가 냉각 구역에서 추가로 냉각되고, 이어서 여과 및 건조 구역에서 여과 및 건조되는 정제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for purifying crude carboxylic acid slurry. More specifically, the present invention includes the steps of substituting the mother liquor from the crystallized product at elevated temperature and reslurrying the crystallized product to separate in a solid liquid displacement zone to form a purified carboxylic acid slurry. , A purified carboxylic acid slurry is further cooled in the cooling zone, and then filtered and dried in the filtration and drying zone.
테레프탈산은 촉매, 예컨대 Co, Mn, Br과 같은 촉매 및 용매의 존재 하에 파라-자일렌의 산화에 의해 상업적으로 제조된다. 폴리에스터 섬유, 필름 및 수지의 제조에 사용되는 테레프탈산은 파라-자일렌의 산화 때문에 존재하는 불순물을 제거하기 위해서 추가로 처리되어져야 한다. 전형적인 상업적 공정은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 3,584,039 호에 논의된 바와 같이 조질 테레프탈산을 생성한 후, 고온 및 고압에서 고체 조질 테레프탈산을 물에 용해시키고, 생성된 용액을 수소화시키고, 테레프탈산 생성물을 냉각하고 용액으로부터 결정화시키고, 고체 테레프탈 생성물을 액체로부터 분리한다.Terephthalic acid is commercially prepared by oxidation of para-xylene in the presence of a catalyst such as Co, Mn, Br and a solvent. Terephthalic acid used in the production of polyester fibers, films and resins must be further treated to remove impurities present due to the oxidation of para-xylene. Typical commercial processes produce crude terephthalic acid as discussed in US Pat. No. 3,584,039, which is incorporated herein by reference, and then dissolve the solid crude terephthalic acid in water at high temperature and pressure, hydrogenate the resulting solution, and prepare the terephthalic acid product. Cool and crystallize out of solution and separate the solid terephthalate product from the liquid.
많은 공정에서 벤질(benzil) 및 플루오레논계로부터의 착색된 불순물은 무색 생성물로 수소화되고, 공정에 테레프탈산 고체 생성물 및 폐수 스트림을 남긴다. 그러나, 본 발명은 조질 카복실산 슬러리 생성물의 산화 후에 및 최종 여과 및 건조 단계 이전에 승온에서 고체 액체 세퍼레이터를 포함하는 고체 액체 치환 구역을 이용함에 의해 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 매력적인 방법을 제공한다. In many processes the colored impurities from the benzil and fluorenone systems are hydrogenated to a colorless product, leaving the terephthalic acid solid product and wastewater streams in the process. However, the present invention provides an attractive method for preparing a purified carboxylic acid slurry by using a solid liquid substitution zone comprising a solid liquid separator at elevated temperature after oxidation of the crude carboxylic acid slurry product and prior to the final filtration and drying steps.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명의 한 실시양태에서, 미국 특허 제 3,584,039 호에 개시된 바와 같이 테레프탈산의 수소화 또는 산화 용매로부터 불순물을 분리하는 공정 없이 정제된 카복실산 생성물을 제조하는 방법이 제공된다. 산화 용매로부터 불순물을 분리하는 방법의 다른 예는 미국 특허 제 4,356,319 호에 개시되어 있다. In one embodiment of the present invention, a method is provided for preparing a purified carboxylic acid product without the process of separating impurities from hydrogenation or oxidation solvents of terephthalic acid as disclosed in US Pat. No. 3,584,039. Another example of a method for separating impurities from an oxidizing solvent is disclosed in US Pat. No. 4,356,319.
본 발명의 다른 실시양태에서, 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, In another embodiment of the present invention, a method of preparing a purified carboxylic acid slurry is provided. The method,
(a) 고체 액체 치환 구역에서 결정화된 생성물로부터 불순물을 제거하여 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계(여기서, 상기 정제된 카복실산 슬러리는 3.5 미만의 b*를 갖고, 수소화 단계 없이 형성된다);(a) removing impurities from the crystallized product in the solid liquid substitution zone to form a purified carboxylic acid slurry, wherein the purified carboxylic acid slurry has a b * of less than 3.5 and is formed without a hydrogenation step;
(b) 상기 정제된 카복실산 슬러리를 냉각 구역에서 냉각시켜 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계; 및(b) cooling the purified carboxylic acid slurry in a cooling zone to form a cooled purified carboxylic acid slurry; And
(c) 여과 및 건조 구역에서 상기 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 여과 및 건조시켜 상기 냉각된 카복실산 슬러리로부터 용매의 일부를 제거하여 정제된 카복실산 생성물을 제조하는 단계를 포함한다.(c) filtering and drying the cooled purified carboxylic acid slurry in a filtration and drying zone to remove a portion of the solvent from the cooled carboxylic acid slurry to produce a purified carboxylic acid product.
본 발명의 다른 실시양태에서, 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, In another embodiment of the present invention, a method of preparing a purified carboxylic acid slurry is provided. The method,
(a) 고체 액체 치환 구역에서 결정화된 생성물로부터 불순물을 제거하여 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계(여기서, 상기 고체 액체 치환 구역이 약 140℃ 내지 약 160℃의 온도에서 작동되는 고체 액체 세퍼레이터를 포함하고; 상기 고체 액체 세퍼레이터가 연속식 모드로 작동되고; 상기 고체 액체 세퍼레이터가 약 70 psia 미만의 압력에서 작동된다);(a) removing impurities from the crystallized product in the solid liquid substitution zone to form a purified carboxylic acid slurry, wherein the solid liquid substitution zone comprises a solid liquid separator operated at a temperature of about 140 ° C. to about 160 ° C. The solid liquid separator is operated in a continuous mode, the solid liquid separator is operated at a pressure of less than about 70 psia);
(b) 상기 정제된 카복실산 슬러리를 냉각 구역에서 냉각시켜 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계; 및(b) cooling the purified carboxylic acid slurry in a cooling zone to form a cooled purified carboxylic acid slurry; And
(c) 여과 및 건조 구역에서 상기 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 여과 및 건조시켜 상기 냉각된 카복실산 슬러리로부터 용매의 일부를 제거하여 정제된 카복실산 생성물을 제조하는 단계를 포함한다.(c) filtering and drying the cooled purified carboxylic acid slurry in a filtration and drying zone to remove a portion of the solvent from the cooled carboxylic acid slurry to produce a purified carboxylic acid product.
본 발명의 다른 실시양태에서, 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, In another embodiment of the present invention, a method of preparing a purified carboxylic acid slurry is provided. The method,
(a) 임의적 고체 액체 치환 구역에서 조질 카복실산 슬러리로부터 불순물을 제거하여 슬러리 생성물을 임의적으로 형성하는 단계;(a) removing impurities from the crude carboxylic acid slurry in an optional solid liquid substitution zone to optionally form a slurry product;
(b) 단계적 산화 구역에서 상기 슬러리 생성물 또는 상기 조질 카복실산 슬 러리를 산화시켜 단계적 산화 생성물을 형성하는 단계;(b) oxidizing the slurry product or the crude carboxylic acid slurry in a staged oxidation zone to form a staged oxidation product;
(c) 결정화 구역에서 상기 단계적 산화 생성물을 결정화시켜 결정화된 생성물을 형성하는 단계;(c) crystallizing said staged oxidation product in a crystallization zone to form a crystallized product;
(d) 제 2 고체 액체 치환 구역에서 상기 결정화된 생성물로부터 불순물을 제거하여 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계;(d) removing impurities from the crystallized product in a second solid liquid substitution zone to form a purified carboxylic acid slurry;
(e) 냉각 구역에서 상기 정제된 카복실산 슬러리를 냉각시켜 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계; 및(e) cooling said purified carboxylic acid slurry in a cooling zone to form a cooled purified carboxylic acid slurry; And
(f) 여과 및 건조 구역에서 상기 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 여과 및 건조시켜 상기 냉각된 카복실산 슬러리로부터 용매의 일부를 제거하여 정제된 카복실산 생성물을 제조하는 단계를 포함한다.(f) filtering and drying the cooled purified carboxylic acid slurry in a filtration and drying zone to remove a portion of the solvent from the cooled carboxylic acid slurry to produce a purified carboxylic acid product.
본 발명의 다른 실시양태에서, 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, In another embodiment of the present invention, a method of preparing a purified carboxylic acid slurry is provided. The method,
(a) 임의적 고체 액체 치환 구역에서 조질 카복실산 슬러리로부터 불순물을 제거하여 슬러리 생성물을 임의적으로 형성하는 단계;(a) removing impurities from the crude carboxylic acid slurry in an optional solid liquid substitution zone to optionally form a slurry product;
(b) 단계적 산화 구역에서 상기 슬러리 생성물 또는 상기 조질 카복실산 슬러리를 산화시켜 단계적 산화 생성물을 형성하는 단계;(b) oxidizing the slurry product or the crude carboxylic acid slurry in a staged oxidation zone to form a staged oxidation product;
(c) 고체 액체 치환 구역에서 상기 단계적 산화 생성물로부터 불순물을 제거하여 정제된 단계적 산화 생성물을 형성하는 단계;(c) removing impurities from said staged oxidation product in a solid liquid substitution zone to form a purified staged oxidation product;
(d) 결정화 구역에서 상기 정제된 단계적 산화 생성물을 결정화시켜 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계;(d) crystallizing the purified staged oxidation product in a crystallization zone to form a purified carboxylic acid slurry;
(e) 냉각 구역에서 상기 정제된 카복실산 슬러리를 냉각시켜 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계; 및(e) cooling said purified carboxylic acid slurry in a cooling zone to form a cooled purified carboxylic acid slurry; And
(f) 여과 및 건조 구역에서 상기 냉각된 정제된 카복실산 슬러리를 여과 및 건조시켜 상기 냉각된 카복실산 슬러리로부터 용매의 일부를 제거하여 정제된 카복실산 생성물을 제조하는 단계를 포함한다.(f) filtering and drying the cooled purified carboxylic acid slurry in a filtration and drying zone to remove a portion of the solvent from the cooled carboxylic acid slurry to produce a purified carboxylic acid product.
이런 목적 및 기타 목적은 본 발명의 개시내용을 정독한 후에 당업자에게 자명할 것이다. These and other objects will be apparent to those skilled in the art after carefully reading the disclosure of the present invention.
도 1은 결정화 구역 후에 액체 치환 구역이 이용된, 카복실산의 산화적 정제를 위한 본 발명의 방법의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of the process of the present invention for the oxidative purification of carboxylic acids, wherein a liquid substitution zone is used after the crystallization zone.
도 2는 단계적 산화 구역 후에 액체 치환 구역이 이용된, 카복실산의 산화적 정제를 위한 본 발명의 방법의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of the method of the present invention for the oxidative purification of carboxylic acids wherein a liquid substitution zone is used after the staged oxidation zone.
본 발명은 조질 카복실산 슬러리의 정제 방법을 제공한다. 본 방법은 승온에서 결정화된 생성물로부터 모액을 치환시키는 단계 및 결정화된 생성물을 고체 액체 치환 구역에서 재슬러리화시켜 정제된 카복실산 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. The present invention provides a process for purifying crude carboxylic acid slurry. The method includes substituting the mother liquor from the crystallized product at elevated temperature and reslurrying the crystallized product in a solid liquid substitution zone to form a purified carboxylic acid slurry.
조질 테레프탈산은 적당한 산화 촉매의 존재 하에 파라-자일렌의 액체 상 공기 산화를 통해 통상적으로 제조된다. 적당한 촉매는 선택된 용매에 용해가능한 코발트, 브롬 및 망간 화합물에서 선택된 1종 이상을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 적당한 용매는 지방족 모노-카복실산, 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 지방족 모노-카복실산, 또는 벤조산 및 이들의 혼합물 및 이들 화합물과 물의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는 용매는 물과 혼합된 아세트산으로서, 그 비는 아세트산:물의 비로서 약 5:1 내지 약 25:1, 바람직하게는 약 8:1 내지 약 20:1이다. 명세서 전반적으로 아세트산이 용매로서 언급될 것이다. 그러나, 다른 적당한 용매, 예컨대 본원에 개시된 것들도 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 미국 특허 제 4,158,738 호 및 제 3,996,271 호와 같이 테레프탈산의 제조를 개시하는 특허들이 본원에 참고로 인용된다.Crude terephthalic acid is conventionally prepared via liquid phase air oxidation of para-xylene in the presence of a suitable oxidation catalyst. Suitable catalysts include, but are not limited to, one or more selected from cobalt, bromine and manganese compounds soluble in the selected solvent. Suitable solvents include, but are not limited to, aliphatic mono-carboxylic acids, preferably aliphatic mono-carboxylic acids containing 2 to 6 carbon atoms, or benzoic acid and mixtures thereof and mixtures of these compounds with water. Preferably the solvent is acetic acid mixed with water, with a ratio of about 5: 1 to about 25: 1, preferably about 8: 1 to about 20: 1 as the ratio of acetic acid: water. Throughout the specification acetic acid will be referred to as a solvent. However, it should be understood that other suitable solvents, such as those disclosed herein, may also be used. Patents that disclose the preparation of terephthalic acid, such as US Pat. Nos. 4,158,738 and 3,996,271, are incorporated herein by reference.
본 발명의 실시양태에서, 정제된 카복실산 생성물(230)의 제조 방법이 도 1에 제공된다. 본 방법은 다음 단계를 포함한다:In an embodiment of the present invention, a process for preparing the purified
(a) 고체 액체 치환 구역(180)에서 결정화된 생성물(160)로부터 불순물을 제거하여 정제된 카복실산 슬러리(190)를 형성하는 단계(여기서, 상기 정제된 카복실산 슬러리(190)는 3.5 미만의 b*를 갖고, 수소화 단계 없이 형성된다);(a) removing impurities from the crystallized
(b) 상기 정제된 카복실산 슬러리(190)를 냉각 구역(200)에서 냉각시켜 냉각된 정제된 카복실산 슬러리(210)를 형성하는 단계; 및(b) cooling the purified
(c) 여과 및 건조 구역(220)에서 상기 냉각된 정제된 카복실산 슬러리(210)를 여과 및 건조시켜 상기 냉각된 카복실산 슬러리(210)로부터 용매의 일부를 제거하여 정제된 카복실산 생성물(230)을 제조하는 단계.(c) filtering and drying the cooled purified
고체 액체 치환 구역(180), 불순물, 결정화된 생성물(160) 및 정제된 카복실산 슬러리(190)는 이후에 모두 본 명세서에서 기술된다.Solid
본 발명의 다른 실시양태에서, 정제된 테레프탈산 슬러리(230)의 제조 방법이 도 1에 제공된다. 본 방법은 다음 단계를 포함한다:In another embodiment of the present invention, a method of making a purified
단계 (a)는 임의적으로, 임의적 고체 액체 치환 구역(40)에서 조질 카복실산 슬러리(30)로부터 불순물을 제거하여 슬러리 생성물(70)을 형성하는 것을 포함한다. Step (a) optionally includes removing impurities from the crude
하나 이상의 카복실산, 촉매, 하나 이상의 용매, 및 불순물을 포함하는 조질 카복실산 슬러리(30)는 방향족 공급원료(10), 전형적으로 파라-자일렌이 산화되는 1차 산화 구역(20)으로부터 약 120℃ 내지 약 200℃, 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 170℃의 온도에서 라인(30)을 통해 배출된다. 불순물은 다음 화합물 중 하나 이상을 전형적으로 포함한다: 4-카복시벤즈알데히드, 트라이멜리트산 및 2,6-다이카복시플루오레논. 용매는 아세트산을 전형적으로 포함하지만, 전술된 임의의 용매도 사용될 수 있다. Crude
일반적으로, 조질 카복실산 슬러리(30)는 방향족 공급원료(10)를 1차 산화 구역(20)에서 산화시킴에 의해 제조된다. 한 실시양태에서, 방향족 공급원료는 파라-자일렌을 포함한다. 1차 산화 구역(20)은 하나 이상의 산화 반응기를 포함하고, 조질 카복실산 슬러리(30)는 하나 이상의 카복실산을 포함한다. 일반적으로, 카복실산은 테레프탈산이다. In general, the crude
그러므로, 테레프탈산이 이용되는 경우, 조질 카복실산 슬러리(30)가 조질 테레프탈산 슬러리로서 불릴 것이다. 그러나, 적당한 카복실산은 테레프탈산, 아이소프탈산, 나프탈렌 다이카복실산 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 조질 테레프탈산 슬러리는 적당한 산화 촉매의 존재 하에 파라-자일렌의 액체 상 산화를 통해 통상적으로 합성된다. 적당한 촉매는 선택된 용매에 용해가능한 코발트, 망간 및 브롬 화합물을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. Therefore, if terephthalic acid is used, the crude
조질 카복실산 슬러리(30)에 함유된 액체의 일부를 제거할 수 있는 임의적 고체 액체 치환 구역(40)으로 도관(30)의 조질 카복실산 슬러리가 공급되어 도관(70)에서 슬러리 생성물을 생성한다. 액체의 일부를 제거하여 도관(70)에서 슬러리 생성물을 생성시키는 것은 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 성취될 수 있다. 전형적으로, 고체 액체 치환 구역(40)은 경사분리 원심분리기, 회전 디스크 원심분리기, 벨트 필터, 회전 진공 필터 등으로 구성된 군에서 선택되는 고체 액체 세퍼레이터를 포함한다. 도관(30) 내의 조질 카복실산 슬러리는 고체 액체 세퍼레이터를 포함하는 임의적 고체 액체 치환 구역(40)으로 공급된다. 고체 액체 세퍼레이터는 약 50℃ 내지 약 200℃, 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 170℃의 온도, 및 약 30 psig 내지 약 200 psig의 압력에서 작동된다. 체류 시간은 용매의 일부를 제거하고 도관(70)에 슬러리 생성물을 생성하기에 적당한 임의의 체류 시간일 수 있다. 상업적 공정에서 연속식 모드가 바람직하다는 것이 이해될지라도, 임의적 고체 액체 치환 구역(40) 내의 임의적 고체 액체 세퍼레이터는 연속식 또는 배치식 모드로 작동될 수 있다.The crude carboxylic acid slurry of
불순물을 모액에서 임의적 고체 액체 치환 구역(40)으로부터 치환시키고, 라인(60)을 통해 배출한다. 부가적 용매는 라인(50)을 통해 임의적 고체 액체 치환 구역(40)으로 공급되어 조질 카복실산 슬러리(30)를 재슬러리화하고, 슬러리 생성물(70)을 형성한다. 모액은 라인(60)을 통해 고체 액체 치환 구역(40)으로부터 배출되고, 용매, 전형적으로는 아세트산, 촉매 및 브롬 화합물을 포함한다. 라인(60)의 모액은 라인(미도시됨)을 통해 산화 용매로부터 불순물을 분리하는 공정으로 보낼 수 있거나, 또는 라인(미도시됨)을 통해 촉매 시스템으로 재순환될 수 있다. 모액으로부터의 불순물 제거를 위한 화학 가공 산업 분야에서 통상적으로 이용되는 기술의 하나는 재순환 스트림의 일부를 배출 또는 "퍼지"하는 것이다. 전형적으로, 퍼지 스트림은 간단하게 제거되거나, 경제적으로 합당하다면, 유효한 성분들을 회수하면서 바람직하지 않은 불순물을 제거하기 위한 다양한 처리를 가할 수 있다. 불순물 제거 공정의 예는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 4,939,297 호 및 미국 특허 제 4,356,319 호를 포함한다. Impurities are replaced from optional solid
단계 (b)는 슬러리 생성물(70) 또는 조질 카복실산 슬러리(30)를 단계적 산화 구역(80)에서 산화시켜 단계적 산화 생성물(110)을 형성하는 것을 포함한다. Step (b) comprises oxidizing the
본 발명의 한 실시양태에서, 슬러리 생성물(70) 또는 조질 카복실산 슬러리(30)는 라인(70)을 통해 단계적 산화 구역(80)으로 배출되어 약 190℃ 내지 약 280℃, 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 250℃로 가열되고, 라인(100)에 의해 공급된 공기를 통해 추가로 산화되어 단계적 산화 생성물(110)을 생성한다. In one embodiment of the present invention,
단계적 산화 구역(80)은 하나 이상의 단계적 산화 반응기 용기를 포함한다. 조질 카복실산 슬러리(30) 또는 슬러리 생성물(70)은 단계적 산화 구역(80)으로 공급된다. 용어 "단계적(staged)"은 산화가 전술된 1차 산화 구역(20) 뿐만 아니라 단계적 산화 구역(80) 모두에서 일어난다는 의미이다. 예컨대, 단계적 산화 구역(80)은 직렬식 단계적 산화 반응기 용기를 포함할 수 있다. The staged
카복실산이 테레프탈산인 경우, 단계적 산화 구역(80) 내의 조질 카복실산 슬러리(30) 또는 슬러리 생성물(70)은 약 190℃ 내지 약 280℃, 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 250℃, 가장 바람직하게는 약 205℃ 내지 약 225℃로 가열되고, 라인(100)에 의해 공급된 공기 또는 분자 산소의 공급원을 통해 추가로 산화되어 단계적 산화 생성물(110)을 형성하는 산화 반응기를 포함한다. 일반적으로, 단계적 산화 구역(80)에서의 산화는 1차 산화 구역(20)에서의 산화 보다 높은 온도에서 실시되어 불순물 제거를 증진시킨다. 단계적 산화 구역(80)은 도관(90)을 통한 용매 증기 또는 스팀으로 직접 가열될 수 있거나, 또는 당업계의 임의의 공지 기술에 의해 간접적으로 가열될 수 있다. 단계적 산화 구역(80)은, 단계적 산화 생성물(110)의 b* 색상(color)이 약 4 미만이 되도록 충분한 온도 및 압력에서 작동된다. 바람직하게는 도관(110) 내의 단계적 산화 생성물(110)의 b* 색상은 약 3.5 미만이다. 가장 바람직하게는 도관(110) 내의 단계적 산화 생성물(110)의 b* 색상은 약 3 미만이다. b* 색상은 분광 반사율-기초 장비(spectroscopic reflectance-based instrument)에서 측정된 3색 속성 중 하나이다. 색상은 당업계에 공지된 임의의 장치에 의해 측정될 수 있다. 헌터 울트라스캔(Hunter Ultrascan) XE 장비가 전형적인 측정 장치이다. 양(positive)의 판독은 황색도(또는 청색 흡수율)를 의미하는 반면, 음(negative)의 판독은 청색도(또는 황색 흡수율)를 의미한다. If the carboxylic acid is terephthalic acid, the crude
부가적 공기 또는 분자 산소는 조질 카복실산 슬러리(30) 또는 슬러리 생성물(70) 중 부분적으로 산화된 생성물, 예컨대 4-카복시벤즈알데히드(4-CBA)의 상당한 부분을 상응하는 카복실산으로 산화시키는데 필요한 양으로 도관(100)을 통해 단계적 산화 구역(80)으로 공급될 수 있다. 일반적으로, 4-CBA의 70중량% 이상이 단계적 산화 구역(80)에서 테레프탈산으로 전환된다. 바람직하게는 4-CBA의 80중량% 이상이 단계적 산화 구역(80)에서 테레프탈산으로 전환된다. 테레프탈산 생성물 중 상당한 농도의 4-카복시벤즈알데히드 및 p-톨루산은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 생성에서 테레프탈산과 에틸렌 글라이콜 사이의 축합 반응 동안 이들이 사슬 종결자로서 작용하기 때문에 중합 공정에서 특히 유해하다. 전형적 테레프탈산 생성물은 중량 기준으로 약 250 ppm 미만의 4-카복시벤즈알데히드 및 약 150 ppm 미만의 p-톨루산을 함유한다. The additional air or molecular oxygen is conduit in the amount necessary to oxidize a substantial portion of the partially oxidized product, such as 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), in the crude
테레프탈산 입자가 단계적 산화 구역(80)에서 용해되고 재결정됨에 따라서, 조질 카복실산 슬러리(30) 또는 슬러리 생성물(70) 중의 불순물은 용액으로 간다. 단계적 산화 구역(80)에서의 배출가스는 라인(105)을 통해 배출되고, 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함하는 배출가스로부터 용매가 제거되는 회수 시스템으로 공급된다. VOC 및 메틸 브로마이드는 촉매적 산화 유닛에서 예컨대 회화(incineration)에 의해 처리될 수 있다. 단계적 산화 구역(80)에서의 단계적 산화 생성물(110)은 라인(110)을 통해 배출된다. As the terephthalic acid particles dissolve and recrystallize in the staged
단계 (c)는 결정화 구역(120)에서 단계적 산화 생성물(110)을 결정화시켜 결정화된 생성물(160)을 형성하는 것을 포함한다. 일반적으로, 결정화 구역(120)은 하나 이상의 결정화기를 포함한다. 결정화 구역(120)으로부터의 증기 생성물은 라인(130)을 통해 배출되고, 하나 이상의 응축기를 포함하는 응축기 구역(150)에서 응축되고, 도관(140)을 통해 결정화 구역(120)으로 돌아온다. 임의적으로, 도관(140)의 액체 또는 응축기 구역(150)의 증기(130)는 재순환되거나, 배출되거나, 또는 에너지 회수 장치로 보내질 수 있다. 또한, 응축기 구역(150)에서의 결정화 배출가스(170)는 라인(170)을 통해 제거되고, 용매가 제거되는 회수 시스템으로 향할 수 있고, VOC 및 오염물질을 포함하는 결정화 배출가스는 예컨대 촉매적 산화 유닛에서 회화에 의해 처리될 수 있다. Step (c) includes crystallizing the staged
카복실산이 테레프탈산인 경우, 단계적 산화 구역(80)으로부터의 단계적 산화 생성물(110)이 라인(110)을 통해 배출되고, 하나 이상의 결정화기를 포함하는 결정화 구역(120)으로 공급되어 약 110℃ 내지 약 190℃, 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 180℃, 가장 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 170℃의 온도로 냉각되어 결정화된 생성물(160)을 생성한다. 도관(160)에서의 결정화된 생성물의 b* 색상은 4 미만이다. 바람직하게는 도관(160)에서의 결정화된 생성물의 b* 색상은 3.5 미만이다. 가장 바람직하게는 도관(160)에서의 결정화된 생성물의 b* 색상은 3 미만이다. If the carboxylic acid is terephthalic acid, the staged
결정화 구역(120)에서의 결정화된 생성물(160)은 라인(160)을 통해 배출된다. 전형적으로, 결정화된 생성물(160)은 그 후 용기에 직접 공급되고, 냉각되어 냉각된 결정화된 생성물을 형성한다. 카복실산이 테레프탈산인 경우, 냉각된 결정화된 생성물은 건조 분말 또는 습식 케이크로서 테레프탈산을 회수하는 공정으로 도입되기 이전에 전형적으로 약 90℃ 이하의 온도로 용기에서 냉각된다.
본 발명 이전의 일부 공정에서, 결정화된 생성물(160)은 플래시(flash) 탱크로 직접 공급되었다. 결정화된 생성물(160)은 전형적으로 약 90℃ 미만으로 플래시 탱크에서 냉각되고, 여과 및 건조 시스템으로 공급되었다. 그러나, 전술된 바와 같이, 본 발명은 조질 카복실산 슬러리 생성물의 산화 후에 및 최종 여과 및 건조 단계 이전에 승온에서 고체 액체 세퍼레이터를 포함하는 고체 액체 치환 구역을 이용함에 의해 정제된 카복실산 슬러리를 제조하는 매력적인 방법을 제공한다. 추후에 논의되는 실시예 1 및 2의 결과는 본 발명의 고체 액체 치환 구역이 이용되는 경우에 성취되는 상당한 순도 개선을 명확하게 보여준다. In some processes prior to the present invention, crystallized
단계 (d)는 고체 액체 치환 구역(180)에서 상기 결정화된 생성물로부터 불순물을 제거하여 정제된 테레프탈산 슬러리를 형성하는 것을 포함한다.Step (d) involves removing impurities from the crystallized product in solid
결정화 구역(120)에서의 결정화된 생성물(160)이 고체 액체 치환 구역(180)에서 처리되는 경우, 정제된 카복실산 슬러리(190)는 상당히 적은 불순물을 함유하게 되어, 카복실산으로부터 제조된 생성물의 색상을 개선시킴을 놀랍게도 발견하였다. 고체 액체 치환 구역(180)은 경사분리 원심분리기, 회전 디스크 팩 원심분리기 및 기타 적당한 고체 액체 분리 장치를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는 고체 액체 세퍼레이터를 포함한다. 카복실산이 테레프탈산인 실시양태에서, 정제된 카복실산 슬러리 중의 불순물의 수준은 60%까지 감소된다. 미국 특허 제 4,939,297 호에 개시된 바와 같은 산화 용매로부터 불순물을 분리하는 공정 또는 미국 특허 제 3,584,039 호에 개시된 바와 같은 수소화의 이용 없이 본 발명의 제 2 고체 액체 치환 구역(180)을 이용함으로써 이런 순도의 테레프탈산이 제조될 수 있다는 것은 전혀 예상밖의 일이다(이들 양 문헌은 본원에 참고로 인용된다). When the
따라서, 본 발명의 한 실시양태에서, 결정화된 생성물(160)이 라인(160)을 통해 결정화 구역(120)으로부터 배출되고, 고체 액체 세퍼레이터를 포함하는 고체 액체 치환 구역(180)으로 공급되어 도관(190)에서 정제된 카복실산 슬러리를 생성한다. 고체 액체 치환 구역(180)은 고체 액체 세퍼레이터를 포함한다. 본 발명의 한 실시양태에서, 고체 액체 세퍼레이터는 약 50℃ 내지 약 200℃의 온도에서 작동될 수 있고, 고체 액체 세퍼레이터가 작동될 수 있는 다른 범위는 110℃ 내지 200℃, 바람직하게는 약 120℃ 내지 약 180℃, 보다 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 160℃이고, 압력은 선택된 용매에 대한 인화점 초과의 압력이다. 용매가 아세트산인 경우에서, 일반적으로 압력은 200 psia 미만이다. 상업적 공정에서 연속식 모드가 바람직하다는 것이 이해될지라도, 제 2 고체 액체 치환 구역(180)에서의 고체 액체 세퍼레이터는 연속식 또는 배치식 모드로 작동될 수 있다.Thus, in one embodiment of the present invention, crystallized
불순물은 모액 스트림에서 고체 액체 치환 구역(180)으로부터 치환되고, 라인(185)을 통해 배출될 수 있다. 부가적 용매는 라인(183)을 통해 고체 액체 치환 구역(180)으로 공급되어 결정화된 생성물을 재슬러리화시키고, 정제된 카복실산 슬러리를 형성한다. 정제된 카복실산 슬러리는 라인(190)을 통해 치환 구역(180)으로부터 배출된다. 임의적으로, 도관(190)의 정제된 카복실산 슬러리는 그 후, 플래시 탱크로 공급되고, 약 90℃ 미만으로 플래시 냉각된다. Impurities may be displaced from the solid
단계 (e)는 냉각 구역(200)에서 상기 정제된 카복실산 슬러리를 냉각시켜 냉각된 정제된 카복실산 슬러리(210)를 형성하는 것을 포함한다. Step (e) includes cooling the purified carboxylic acid slurry in the
정제된 카복실산 슬러리(190)는 라인(190)을 통해 고체 액체 치환 구역(180)으로부터 배출된다. 정제된 카복실산 슬러리(190)는 냉각 구역(200)으로 공급되고, 약 90℃ 미만의 온도로 냉각된다. 정제된 카복실산 슬러리의 냉각은 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 성취될 수 있고, 전형적으로 냉각 구역(200)은 플래시 탱크를 포함한다. The purified
단계 (f)는 여과 및 건조 구역(220)에서 상기 냉각된 정제된 카복실산 슬러리(210)를 여과 및 건조시켜 상기 냉각된 카복실산 슬러리(210)로부터 용매의 일부를 제거하여 정제된 카복실산 생성물(230)을 제조하는 것을 포함한다. Step (f) comprises filtering and drying the cooled purified
냉각된 정제된 카복실산 슬러리(190)는 냉각 구역(200)으로부터 배출되고, 여과 및 건조 구역(220)으로 공급된다. 용매의 일부, 잔류 촉매 및 불순물이 분리되고, 정제된 카복실산 생성물이 라인(230)을 통해 배출된다.The cooled purified
여과 및 건조 구역(220)은 고체 카복실산을 회수하는데 적당한 필터 및 건조기를 포함한다. 여과는 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 성취될 수 있다. 예컨대, 회전 진공 필터가 여과 케이크를 생성하는 여과를 위해 사용될 수 있다. 여과 케이크는 초기 탈수 단계를 거친 후, 산 세척으로 세정되어 잔류 촉매를 제거하고, 건조기로 보내지기 전에 다시 탈수될 수 있다. 여과 케이크의 건조는 여과 케이크에 잔류하는 휘발물질의 10% 이상을 증발시켜 카복실산 생성물을 제조할 수 있는 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 성취될 수 있다. 예컨대, 싱글 샤프트 포르쿠파인(등록상표) 프로세서(Single Shaft Porcupine Processor) 건조기가 사용될 수 있다. Filtration and drying
본 발명의 다른 양태에서, 고체 액체 치환 구역(180)은 도 2에 도시된 바와 같이 단계적 산화 구역(80) 후에 위치될 수 있다. 공정 구역이 상이한 순서로 위치될지라도, 그 구역의 기능은 전술된 바와 동일하다. 불순물은 라인(185)을 통해고체 액체 치환 구역(180)에서의 공급 스트림으로부터 치환된다. 고체 액체 치환 구역(180)으로 향하는 공급 스트림은 단계적 산화 생성물(110)이다. 고체 액체 치환 구역(180)으로 향하는 공급 스트림이 단계적 산화 생성물(110)인 경우, 정제된 단계적 산화 생성물(165)이 제조된다. 불순물은 모액 스트림에서 고체 액체 치환 구역(180)으로부터 치환되고, 라인(185)을 통해 배출될 수 있다. In another aspect of the invention, the solid
모액 스트림(185)은 카복실산, 물, 용매, 적당한 산화 촉매 및 브롬 화합물 및 부식 금속을 포함한다. 브롬 화합물이 산화 반응에서의 촉진제로서 사용된다. 부식 금속의 예는 적당한 산화 촉매의 활성을 억제, 감소 또는 전체적으로 파괴하는 철 및 크로뮴 화합물이다. 적당한 카복실산은 테레프탈산, 아이소프탈산, 나프탈렌 다이카복실산 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다. 부가적 용매는 라인(183)을 통해 고체 액체 치환 구역(180)으로 공급되어 결정화된 생성물을 재슬러리화시키고, 정제된 테레프탈산 슬러리를 형성한다. 정제된 카복실산 슬러리는 라인(190)을 통해 고체 액체 치환 구역(180)으로부터 배출된다. 임의적으로, 도관(190)의 정제된 카복실산 슬러리는 그 후 플래시 탱크로 공급되고, 약 90℃ 미만으로 플래시 냉각될 수 있다.
전술된 공정 구역이 다른 임의의 논리적 순서로 이용될 수 있음을 이해해야 된다. 공정 구역이 재배열되는 경우, 공정 조건이 변할 수 있음을 또한 이해해야 된다. It should be understood that the process zones described above may be used in any other logical order. It should also be understood that if the process zones are rearranged, the process conditions may change.
본 발명의 다른 실시양태에서, 각 실시양태는 수소처리(hydrotreatment)를 통한 카복실산 또는 에스터화된 카복실산의 탈색을 포함하는 부가적 단계를 임의적으로 포함한다.In other embodiments of the present invention, each embodiment optionally comprises an additional step comprising decolorization of the carboxylic acid or esterified carboxylic acid via hydrotreatment.
정제된 카복실산 슬러리 또는 에스터화된 카복실산의 탈색은 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 성취될 수 있고, 이는 수소화에 한정되지 않는다. 그러나, 예컨대 본 발명의 한 실시양태에서, 탈색은 예컨대 에틸렌 글라이콜과의 에스터화 처리를 거친 카복실산을 반응기 구역에서 촉매의 존재 하에 분자 수소와 반응시켜 탈색된 카복실산 용액 또는 탈색된 에스터 생성물을 제조함에 의해 성취될 수 있다. 반응기 구역에서, 반응기의 형태 또는 구조에 특별한 한정은 없고, 반응기 구역에서 카복실산 또는 에스터 생성물과 촉매의 밀접한 접촉을 가능케하도록 수소를 공급하는 배열로 만들어진다. 전형적으로, 촉매는 보통 단일 VIII족 금속 또는 VIII족 금속의 조합물이다. 바람직하게는, 촉매는 팔라듐, 루테늄, 로듐 및 이들의 조합물로 구성된 군에서 선택된다. 반응기 구역은 특징적 황색 화합물의 일부를 무색 유도체로 수소화하기에 충분한 온도 및 압력에서 작동하는 수소화 반응기를 포함한다.Decolorization of the purified carboxylic acid slurry or esterified carboxylic acid can be accomplished by any means known in the art, which is not limited to hydrogenation. However, in one embodiment of the present invention, for example, decolorization is carried out by reacting a carboxylic acid, for example with esterification with ethylene glycol, with molecular hydrogen in the presence of a catalyst in the reactor zone to produce a decolorized carboxylic acid solution or decolorized ester product. Can be achieved by doing so. In the reactor zone, there is no particular limitation on the shape or structure of the reactor, and it is made in an arrangement for supplying hydrogen to enable intimate contact of the catalyst with carboxylic acid or ester product in the reactor zone. Typically, the catalyst is usually a single Group VIII metal or a combination of Group VIII metals. Preferably, the catalyst is selected from the group consisting of palladium, ruthenium, rhodium and combinations thereof. The reactor zone includes a hydrogenation reactor that operates at a temperature and pressure sufficient to hydrogenate a portion of the characteristic yellow compound into a colorless derivative.
본 발명은 다음의 본 발명의 바람직한 실시양태에 의해 추가적으로 설명될 수 있지만, 이들 실시예는 단지 설명을 목적으로 포함되고, 달리 구체적으로 지시되지 않는 한 본 발명의 범위를 한정함을 의도하지 않음을 이해할 것이다. Although the invention may be further illustrated by the following preferred embodiments of the invention, these examples are included for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention unless specifically indicated otherwise. I will understand.
실시예 1(비교예)Example 1 (comparative example)
Co, Mn, Br 촉매 시스템을 이용하여 160℃에서 파라-자일렌을 산화시켜, 30 내지 35% 고체를 갖는 조질 테레프탈산 슬러리를 생성하였다. 조질 테레프탈산 슬러리를 결정화시키고, 도 1에서 도시된 공정에서 구역(180)이 생략된 공정을 이용하여 정제하고, 결정화 구역(120)으로부터 결정화된 생성물을 직접 플래시 탱크로 이동시켰다. 생성물을 여과 및 건조 후에 제거하고, 4-CBA, TMA, 2,6-DCF, % 투과율 및 b*에 대해 분석하였다. b*는 분광 반사율-기초 장비에서 측정된 3색 속성 중 하나이다. 헌터 울트라스캔 XE 장비가 전형적인 측정 장치이다. 양의 판독은 황색도(또는 청색 흡수율)를 의미하는 반면, 음의 판독은 청색도(또는 황색 흡수율)를 의미한다. Para-xylene was oxidized at 160 ° C. using Co, Mn, Br catalyst system to produce a crude terephthalic acid slurry with 30 to 35% solids. The crude terephthalic acid slurry was crystallized, purified using a process in which
테레프탈산 중 4-CBA, TMA, 2,6-DCF의 농도를 액체 크로마토그래피를 통해 분석했다. % 투과율을 측정하기 위해, 2M KOH 중 10% 테레프탈산 생성물 용액을 340nm에서 자외선 가시 분광계를 이용하여 측정하였다. 340nm에서 반사율 색상 방법을 이용하여 테레프탈산의 b*를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 도시한다.The concentrations of 4-CBA, TMA, 2,6-DCF in terephthalic acid were analyzed by liquid chromatography. To determine the% transmission, a 10% terephthalic acid product solution in 2M KOH was measured using an ultraviolet visible spectrometer at 340 nm. B * of terephthalic acid was measured using the reflectance color method at 340 nm. The results are shown in Table 1.
실시예 2(본 발명예)Example 2 (Invention Example)
결정화 구역(120)으로부터 결정화된 생성물을 155℃에서 회전 디스크 원심분리기를 포함하는 고체 액체 치환 구역(180)으로 공급하고, 용매 세척액을 145℃에서 회전 디스크 원심분리기로 공급한 것을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 정제된 테레프탈산 생성물을 수집하고, 실시예 1과 같이 분석하였다. 그 결과를 표 1에 도시한다.The crystallized product from
실시예 1 및 2의 결과는 본 발명의 고체 액체 치환 구역이 이용되는 경우에 성취되는 상당한 순도 개선을 명확하게 보여준다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 정제된 테레프탈산 생성물에 존재하는 불순물의 양이 약 50 내지 약 60% 감소되었다. 정제된 테레프탈산 생성물의 % 투과율은 생성된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 색상에 직접 영향을 미친다. 바람직한 PTA(정제된 테레프탈산)는 백색(낮은 색상을 갖는 것으로 언급된다)이다. 보다 높은 % 투과율은 PTA에서 보다 낮은 색상을 의미한다. 인간의 눈은 b*에서의 0.5 차이를 감지할 수 있다. 따라서, 약 4 보다 큰 b*를 보이는 비-수소화 공정(실시예 1)과 약 3 미만의 b*를 보이는 본 발명의 공정(실시예 2) 사이에서의 1.2의 차이는 테레프탈산 슬러리의 황색도에서 감지가능한 상당히 큰 감소를 의미한다. 고체 액체 치환 구역(180)에서의 간단한 원심분리에 의해 주어진 측정된 모든 카테고리에서의 개선 정도는 특히 놀라운 것이다. 과거에는, 이와 유사한 수준의 순도는 많은 단계 및 장비 부분들을 포함하는 수소화 플랜트의 이용 및 상당한 자본 투자에 의해서만 성취될 수 있었다. The results of Examples 1 and 2 clearly show the significant purity improvement achieved when the solid liquid substitution zone of the present invention is used. The amount of impurities present in the purified terephthalic acid product produced by the process of the present invention was reduced by about 50 to about 60%. The percent transmission of the purified terephthalic acid product directly affects the color of the resulting polyethylene terephthalate (PET). Preferred PTA (purified terephthalic acid) is white (referred to as having a low color). Higher% transmission means lower color in PTA. The human eye can detect 0.5 differences in b * . Thus, the difference of 1.2 between the non-hydrogenation process (Example 1) showing b * greater than about 4 and the process of the present invention (Example 2) showing b * less than about 3 was found in the yellowness of the terephthalic acid slurry. It means a significant, noticeable reduction. The degree of improvement in all categories measured given by simple centrifugation in the solid
본 발명은 본 발명의 바람직한 실시양태를 특히 참고하여 기술되어졌지만, 변이 및 변형이 본 발명의 정신 및 범위 내에서 실시될 수 있음을 이해할 것이다.While the invention has been described with particular reference to preferred embodiments of the invention, it will be understood that variations and modifications may be practiced within the spirit and scope of the invention.
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