KR20020062311A - Process for preparation of benzene dicarboxylic acids - Google Patents

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KR20020062311A
KR20020062311A KR1020027006746A KR20027006746A KR20020062311A KR 20020062311 A KR20020062311 A KR 20020062311A KR 1020027006746 A KR1020027006746 A KR 1020027006746A KR 20027006746 A KR20027006746 A KR 20027006746A KR 20020062311 A KR20020062311 A KR 20020062311A
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기렌드라 나라인 컬스레스차
마헨드라 프라탑 삭세나
아쇼크 쿠마 구푸타
사티시 쿠마 샤마
디네시 프라사드 방왈
하리 바그완 고얄
라메시와 프라사드
산지브 말
프라카시 디. 파텔
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케민텔 (인디아) 프라이비트 리미티드
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/255Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting

Abstract

본 발명은 용매, 촉매로서의 코발트염, 개시제의 존재하의 산화반응에 의해 산소나 공기를 이용한 크실렌 이성질체의 액상산화에 의한 벤젠 디카르복시산의 제조방법에 관한 것이다. 산화단계 이후, 반응 혼합물을 증발시켜 휘발성 물질을 제거한 다음, 냉각 및 여과하여 고체생성물로서의 원료 벤젠 디카르복시산과 여과액을 얻는다. 디카르복시산 고체생성물을 재결정하여 순도 99% 이상의 벤젠을 얻는다. 여과액은 리사이클될 수 있다.The present invention relates to a method for producing benzene dicarboxylic acid by liquid phase oxidation of xylene isomers using oxygen or air by oxidation reaction in the presence of a solvent, a cobalt salt as a catalyst and an initiator. After the oxidation step, the reaction mixture is evaporated to remove volatiles, which is then cooled and filtered to afford the raw benzene dicarboxylic acid and filtrate as a solid product. The dicarboxylic acid solid product is recrystallized to obtain benzene with a purity of 99% or higher. The filtrate can be recycled.

Description

벤젠 디카르복시산의 제조방법{PROCESS FOR PREPARATION OF BENZENE DICARBOXYLIC ACIDS}Process for preparing benzene dicarboxylic acid {PROCESS FOR PREPARATION OF BENZENE DICARBOXYLIC ACIDS}

벤젠 디카르복시산은 해당 크실렌 이성질체들의 산화에 의해 공업적으로 제조된다. 프탈산은 o-크실렌의 기상 및 액상 공기산화에 의해 생산될 수 있지만, 테레프탈산과 이소프탈산은 액상공정에 의해서만 생산될 수 있다. 이는 크실렌의 변환과 해당 프탈산에 대한 선택도가 기상산화에서는 상당히 낮기 때문이다.Benzene dicarboxylic acid is produced industrially by oxidation of the corresponding xylene isomers. Phthalic acid can be produced by gas phase and liquid air oxidation of o-xylene, while terephthalic acid and isophthalic acid can only be produced by liquid phase processes. This is because the conversion of xylene and the selectivity to the corresponding phthalic acid are considerably lower in gas phase oxidation.

공지된 테레프탈산의 생산에는 촉매로서 코발트 아세테이트를, 촉매 활성제로서 알데히드나 케톤을 이용하여 산화를 도와주는 자유라디칼들을 시스템에 제공하곤 한다. 활성제는 통상 촉매와 비슷한 비율로 사용된다. 이런 공정에는 대량의 활성제와 촉매가 사용되기 때문에, 아세트산이 부산물로 생성된다. 종래의 공정에서는 개시제가 비교적 많이 소모되었다. 프탈산 정제공정은 에너지가 많이 소요되고 번거로운바, 첫번째 단계에서 아세트산내의 촉매와 반응 중간에 형성된 불순물을 용해하기에 충분한 시간동안 고온의 흡수실에서 여과된 테레프탈산을 먼저 아세트산과 함께 여과한다. 다음, 이 혼합물을 냉각하여 최종 정제단계로 보낸다. 이어서, 고체 테레프탈산을 승화시키고 촉매처리하여 유기물과 금속 찌꺼기들을 제거한다. 이 공정에서는 대량의 활성제와 높은 에너지가 소모된다는 점과, 시간이 많이 소요되는 분리, 정제 단계들이 큰 문제이다.Known production of terephthalic acid often provides the system with free radicals to aid oxidation using cobalt acetate as catalyst and aldehyde or ketone as catalyst activator. Active agents are usually used in proportions similar to catalysts. Since this process uses a large amount of active agent and catalyst, acetic acid is produced as a by-product. In the conventional process, a relatively large amount of initiator was consumed. The phthalic acid purification process is energy consuming and cumbersome, and in the first step, terephthalic acid filtered in a high temperature absorption chamber is first filtered together with acetic acid for a time sufficient to dissolve impurities formed in the middle of the reaction with the catalyst in acetic acid. The mixture is then cooled and sent to the final purification step. Subsequently, the solid terephthalic acid is sublimed and catalyzed to remove organics and metal debris. In this process, a large amount of active agent and high energy are consumed, and time-consuming separation and purification steps are a big problem.

테레프탈산을 제조하는 기존의 다른 방법에서는, 브롬화물 촉진 코발트와 망간 촉매를 공기 분위기에서 산화제로 사용한다. 그러나, 이 공정에서는 원하는 결과가 나오지 않는데, 이는 카르복시벤즈알데히드 불순물의 높은 농도때문이다.In other existing methods of preparing terephthalic acid, bromide-promoted cobalt and manganese catalysts are used as oxidants in an air atmosphere. However, this process does not produce the desired results because of the high concentration of carboxybenzaldehyde impurities.

미국특허 5,132,480(1992)에는, 180-210℃의 온도에서 용매로서 아세트산을 이용해 액상의 코발트 망간 브롬화물 촉매의 존재하에 두 단계로 순도가 매우 높은 이소프탈산을 제조하는 방법이 기재되어 있는바, 첫번째 단계에서는 3-카르복시벤즈알데히드의 농도를 10,000ppm까지 얻을 수 있고, 이 농도는 두번째 단계에서 100ppm이나 그보다 낮아진다.U.S. Patent 5,132,480 (1992) describes a method for producing very high purity isophthalic acid in two steps in the presence of a liquid cobalt manganese bromide catalyst using acetic acid as a solvent at a temperature of 180-210 ° C. In the stage, the concentration of 3-carboxybenzaldehyde can be obtained up to 10,000 ppm, which is 100 ppm or lower in the second stage.

미국특허 5,189,209(1992)는 170-300℃의 온도와 15-50 ㎏/㎠의 압력에서 1-50 wt%의 물을 이용해 Ⅷ족의 귀금속 촉매의 존재하에 수성 아세트산내의 원료 이소프탈산의 액상 수소화에 의해 순도가 아주 높은 이소프탈산을 제조하는 방법을 주장하고 있다.U.S. Patent 5,189,209 (1992) discloses the liquid phase hydrogenation of raw isophthalic acid in aqueous acetic acid in the presence of Group VIII noble metal catalysts at temperatures of 170-300 ° C. and pressures of 15-50 kg / cm 2. To insulate a very high purity isophthalic acid.

미국특허 5,371,283(1994)에는 테레프탈산의 제조방법이 기재되어 있다. 아세트산과 관련된 인화 위험물이 유입되는 반응계에 아세트산이 존재하면서 산소나산소가 많은 기체를 이용한다. 이 공정은 기본적으로 테레프탈산 생산을 위한 특별한 형태의 반응기를 이용한다고 할 수 있다.U.S. Patent 5,371,283 (1994) describes a method for preparing terephthalic acid. Acetic acid is present in the reaction system into which flammable dangerous substances related to acetic acid are introduced, and oxygen or oxygen-rich gas is used. This process basically uses a special type of reactor for terephthalic acid production.

미국특허 5,770,765(1998)에는, 산화용액을 결정화하여 얻어진 이소프탈산의 용해를 위한 용매로서 물을 이용한 일련의 수소화 및 산화 단계들에 m-크실렌의 산화반응으로부터 얻어진 모액을 적용시켜 순도가 매우 높은 이소프탈산을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 수용액이 촉매 수소화 및 산화반응을 받아 중간 불순물이 감소된다. 따라서, 이 특허에 개시된 발명은 이소프탈산의 불순물을 제거하기 위한 추가 반응단계들을 필요로 한다.U. S. Patent No. 5,770, 765 (1998) discloses a very high purity of iso-hydrogen by applying a mother liquor obtained from oxidation of m-xylene to a series of hydrogenation and oxidation steps using water as a solvent for dissolving isophthalic acid obtained by crystallization of an oxidizing solution. A method for preparing phthalic acid is described. The aqueous solution undergoes catalytic hydrogenation and oxidation to reduce intermediate impurities. Thus, the invention disclosed in this patent requires additional reaction steps to remove impurities of isophthalic acid.

미국특허 3,74,214(1976)에는, 메타 톨루엔산 등의 조색 화합물의 형성이 최종 생성물에서 감소되는 이소프탈산 코발트 촉매의 제조방법이 기재되어 있다. 두개의 반응기들내의 반응을 실시하고 반응기들 사이의 개시제와 촉매의 농도를 조절하면 된다. 반응기들 사이의 이소프탈산과 메타 톨루엔산의 비를 신중하게 조절하면 최종 생성물내에 0.4% 미만의 MTA를 얻는 원하는 결과가 얻어진다. 반응기들의 첫번째 및 두번째 단계들 사이의 공정에서, 많은 활정제가 (첫번째 단계의 MTA 농도와 거의 같은 비율로) 첨가된다. 모든 이소프탈산이 형성되기를 기다리지 않고 반응 중간에 MTA를 산화시키면 이소프탈산에서 흡장하는 조색체의 양이 감소된다고 주장한다.U.S. Patent 3,74,214 (1976) describes a process for preparing isophthalic acid cobalt catalysts in which the formation of crude compounds such as meta toluic acid is reduced in the final product. The reaction is carried out in two reactors and the concentration of initiator and catalyst between the reactors is controlled. Careful control of the ratio of isophthalic acid and metatoluic acid between the reactors yields the desired result of less than 0.4% MTA in the final product. In the process between the first and second stages of the reactors, many glidants are added (at about the same rate as the MTA concentration of the first stage). It is argued that oxidizing MTA in the middle of the reaction without waiting for all isophthalic acid to form, reducing the amount of colorants occluded in isophthalic acid.

요컨대, 지금까지는 크실렌 산화공정에서 브롬화물 촉진 코발트-망간 촉매들을 이용했다. 이들 공정의 변형에서는, 아세트알데히드나 2-부탄온 등의 자유라디칼 생성 화합물로 촉진된 코발트-망간 촉매를 이용한다.In short, bromide-promoted cobalt-manganese catalysts have been used so far in xylene oxidation. In the modification of these processes, a cobalt-manganese catalyst promoted by free radical generating compounds such as acetaldehyde and 2-butanone is used.

이상의 모든 공정들은 브롬화물 조촉매를 사용하여 장비의 부식을 초래하기 때문에 문제가 있다. 고온, 고압 등의 혹독한 조건에서 이들 공정이 수행되기 때문에, 장비의 부식에 대비해 고가의 내식성 재료를 사용해야 하는 외에도 안전상 문제를 초래한다.All of the above processes are problematic because they lead to corrosion of the equipment using bromide promoters. Since these processes are carried out in harsh conditions such as high temperatures and high pressures, the use of expensive corrosion-resistant materials for the corrosion of the equipment also results in safety concerns.

또, 소정 몰 비율의 유기 조촉매를 이용함과 동시에 부산물로서 아세트산이 불시에 생성되는데, 이들 조촉매는 아세트산을 생성하기에는 비싼 원료이기 때문에 비경제적이다. 디카르복시산은 부산물로서 카르복시벤즈알데히드를 함유하는데, 이것은 분리하기가 아주 어려워 모노머로 사용하기에는 부적당한 생성물을 만든다. 또, 생성물을 정제하려면 불순물을 수소화하거나 산화해야 하고 이는 비용이 추가됨을 의미한다.In addition, acetic acid is produced as a by-product while using an organic promoter in a predetermined molar ratio. These promoters are uneconomical because they are expensive raw materials for producing acetic acid. Dicarboxylic acids contain carboxybenzaldehyde as a by-product, which is very difficult to separate, making the product unsuitable for use as a monomer. Purification of the product also requires hydrogenation or oxidation of the impurities, which adds cost.

따라서, 부식성 브롬화물 화합물을 촉매로 사용하지 않는 공정이라면, 산화반응기내에서 카르복시벤즈알데히드, 메타-톨루엔산 등의 중간생성물의 완벽한 변환이 보장될 것이고 최종 생성물에서 이들 화합물의 농도가 낮아져 경제성이 높을 것이다.Thus, if the process does not use corrosive bromide compounds as catalysts, the complete conversion of intermediate products such as carboxybenzaldehyde, meta-toluic acid, etc. in the oxidation reactor will be guaranteed and the concentration of these compounds in the final product will be high and economical. .

본 발명은 산소나 공기를 이용한 크실렌 이성질체들의 액상산화에 의한 벤젠 디카르복시산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing benzene dicarboxylic acid by liquid phase oxidation of xylene isomers using oxygen or air.

특정의 디크르복시산, 예컨대 프탈산, 테레프탈산 또는 이소프탈산을 제조하는 방법은 산소나 공기를 이용한 액상의 해당 크실렌 이성질체의 산화에 의해 주로 구현된다.The process for the preparation of certain dicarboxylic acids such as phthalic acid, terephthalic acid or isophthalic acid is mainly achieved by the oxidation of the corresponding xylene isomers in the liquid phase with oxygen or air.

도 1은 변환도와 선택도에 대한 촉매/크실렌 비의 영향을 보여주는 그래프;1 is a graph showing the effect of catalyst / xylene ratio on conversion and selectivity;

도 2는 본 발명의 방법의 소정 압력에서 이소프탈산에 대한 선택도와 m-크실렌의 변환도를 보여주는 그래프;2 is a graph showing the selectivity for isophthalic acid and the conversion of m-xylene at a given pressure in the process of the present invention;

도 3은 이소프탈산에 대한 선택도와 m-크실렌의 변환도에 대한 온도의 영향을 보여주는 그래프;3 is a graph showing the effect of temperature on the selectivity for isophthalic acid and the degree of conversion of m-xylene;

도 4는 이소프탈산에 대한 선택도와 m-크실렌의 변환도에 대한 개시제/촉매비의 영향을 보여주는 그래프.4 is a graph showing the effect of initiator / catalyst ratio on the selectivity to isophthalic acid and the degree of conversion of m-xylene.

본 발명의 목적은 벤젠 디카르복시산 생성물에 대한 선택도와 크실렌의 변환에 악영향을 주지 않고 적당한 농도의 코발트 촉매와 공정조건들을 이용해 카르복시벤즈알데히드 부산물의 반응성을 향상시키는 개선된 방법을 제공하는 데 있다. 따라서, 이 공정에서는 생성물내의 카르복시벤즈알데히드 불순물이 거의 제거되어, 반응기 하류의 추가 정제처리단계가 불필요하다. 종래의 공정들에 비해 촉매활성제도 아주 소량 사용된다. 또, 브롬화물 촉매의 사용도 피할 수 있다.It is an object of the present invention to provide an improved process for improving the reactivity of carboxybenzaldehyde by-products using moderate concentrations of cobalt catalyst and process conditions without adversely affecting the selectivity to benzene dicarboxylic acid products and the conversion of xylenes. Thus, in this process almost no carboxybenzaldehyde impurities in the product are removed, so that no further purification steps downstream of the reactor are necessary. Very small amounts of catalyst activators are also used compared to conventional processes. The use of bromide catalysts can also be avoided.

본 발명은 촉매가 몰분율로 브롬화물 조촉매나 유기조촉매를 함유하지 않는 벤젠-디카르복시산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing benzene-dicarboxylic acid in which the catalyst contains no bromide promoter or organic promoter in mole fraction.

본 발명에 따른 방법은 촉매로서 크실렌 공급량의 5.0-25 몰%의 코발트염을 이용한다. 코발트염의 산 성분을 아세테이트, 프로피온에스테르, 부티레이트나 프탈레이트, 이소프탈레이트나 테레프탈레이트 등으로부터 선택한다. 개시제는 종래의 공정에서 사용되는 양에 비해 상당히 적은 양이 사용되고, 촉매로 사용되는 금속염 혼합물 1몰당 0.05-1 몰%의 비율로 부탄온, 메틸 에틸 케톤 등의 케톤이나 아세트알데히드, 톨루알데히드로부터 선택된다. 특정 크실렌 이성질체는 5-80kg/㎠의 압력과 100-130℃의 온도범위에서 아세트산 용매의 존재하에 1-6시간 동안 공기나 산소로 산화된다. 크실렌에 대한 용매의 중량비는 4-20이다. 상기 반응혼합물을 실온과 상압까지 증발시켜 물등의 휘발성 물질과 미반응 크실렌과 기타 화합물을 제거한 다음, 20-40℃까지 냉각하고, 결정화된 원료 생성물을 여과하거나 원심분리한다. 원료 벤젠 디카르복시산 생성물은 카르복시벤즈알데히드가 약간만 있는 순도 97% 이상의 물질이다. 이 생성물을 메탄올, 에탄올, 물, 아세트산 등의 적당한 용매로부터 재결정하여 99% 이상으로 정제한다. 용매, 촉매 및 중간생성물을 함유한 탈수 여과액을 촉매, 용매 및 개시제를 첨가한 뒤 리사이클링한다.The process according to the invention utilizes 5.0-25 mole% cobalt salt of xylene feed as catalyst. The acid component of the cobalt salt is selected from acetate, propion ester, butyrate and phthalate, isophthalate and terephthalate. Significantly less than the amount used in the conventional process, the initiator is selected from ketones such as butanone and methyl ethyl ketone, acetaldehyde and tolualdehyde at a ratio of 0.05-1 mol% per mol of the metal salt mixture used as a catalyst. do. Certain xylene isomers are oxidized with air or oxygen for 1-6 hours in the presence of an acetic acid solvent at a pressure of 5-80 kg / cm 2 and a temperature range of 100-130 ° C. The weight ratio of solvent to xylene is 4-20. The reaction mixture is evaporated to room temperature and atmospheric pressure to remove volatiles such as water, unreacted xylene and other compounds, cooled to 20-40 ° C., and the crystallized raw product is filtered or centrifuged. The raw benzene dicarboxylic acid product is a material with a purity of at least 97% with only slight carboxybenzaldehyde. The product is recrystallized from appropriate solvents such as methanol, ethanol, water, acetic acid and the like and purified to 99% or more. The dewatered filtrate containing solvent, catalyst and intermediates is recycled after addition of catalyst, solvent and initiator.

반응은 기계식 교반기, 기체공급관, 리플럭스 응축기, 온도계 포켓, 파열 디스크가 구비된 스테인리스 스틸의 300㎖ 압력솥에서 행해진다. 이 압력솥은 전기적으로 가열되고 내부에 냉각코일을 구비한다. 이 시스템이 배치 반응기로 작동한다.배출개스는 얼음냉각 트랩을 통과한 다음 찬(-20℃) 톨루엔을 통과하면서 모든 잔류 m-크실렌을 포획한다.The reaction is carried out in a 300 ml autoclave of stainless steel equipped with a mechanical stirrer, gas feed tube, reflux condenser, thermometer pocket, rupture disk. The pressure cooker is electrically heated and has a cooling coil therein. The system operates as a batch reactor. The exhaust gas captures all residual m-xylene while passing through an ice cooling trap and then through cold (-20 ° C) toluene.

크실렌은 거의 완전히(98-100%) 변환되고, 디카르복시산에 대한 리사이클 선택도는 반응된 크실렌을 기준으로 98% 이상이다. 생성물내의 불순물인 카르복시벤즈알데히드는 완전히 없어지거나 상당히 감축된다.Xylene is converted almost completely (98-100%) and the recycling selectivity for dicarboxylic acids is at least 98% based on the reacted xylenes. Carboxybenzaldehyde, an impurity in the product, is either completely lost or significantly reduced.

일련의 실험을 통해 크실렌의 산화에 관한 각종 인자의 영향을 얻었다. 관련 인자들의 영향을 도면에 나타내었다.Through a series of experiments, the effects of various factors on the oxidation of xylene were obtained. The influence of the relevant factors is shown in the figure.

도 1은 변환도와 선택도에 대한 촉매/크실렌 비의 영향을 보여주는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 몰비가 0.1이 될 때까지는 촉매/크실렌의 비가 증가할수록 선택도와 변환도도 증가하지만, 몰비가 0.1을 넘으면 변환도와 선택도에 어떤 변화도 없다. 따라서, 사용되기에 적당한 촉매의 양은 투하된 크실렌 1몰당 0.1몰이다. 이런 촉매 농도에서, 반응 메커니즘은 Co-Mn-Br 촉매계를 이용하는 종래와는 대조적으로 전자전달계인바, 종래의 경우는 자유라디칼 메커니즘으로서 최종 생성물내의 카르복시벤즈알데히드 농도를 증가시켜 디카르복시산 생성물의 정제를 위한 고가의 수소화단계를 필요로 한다. 본 발명의 방법에 의하면, 원하는 비율의 촉매를 선택하여 중간생성물을 원하는 생성물로 완벽히 변환시키는 산화반응을 발생시켜 전술한 수소화단계를 완벽히 배제했다.1 is a graph showing the effect of catalyst / xylene ratio on conversion and selectivity. As shown, selectivity and conversion also increase as the ratio of catalyst / xylene increases until the molar ratio is 0.1, but there is no change in conversion and selectivity when the molar ratio exceeds 0.1. Thus, the amount of catalyst suitable for use is 0.1 mole per mole of xylene dropped. At these catalyst concentrations, the reaction mechanism is an electron transfer system as opposed to the conventional one using the Co-Mn-Br catalyst system, which in the conventional case is a free radical mechanism, increasing the carboxybenzaldehyde concentration in the final product, thereby increasing the cost for purification of the dicarboxylic acid product. Requires a hydrogenation step. According to the method of the present invention, the hydrogenation step described above was completely eliminated by selecting the catalyst in the desired ratio to generate an oxidation reaction that completely converts the intermediate to the desired product.

도 2는 본 발명의 방법의 소정 압력에서 이소프탈산에 대한 선택도와 m-크실렌의 변환도를 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing the selectivity for isophthalic acid and the conversion of m-xylene at a given pressure in the process of the present invention.

도 3은 이소프탈산에 대한 선택도와 m-크실렌의 변환도에 대한 온도의 영향을 보여주는 그래프이다. 110℃ 이상에서는 변환도가 100%이지만, 120℃ 이상에서는 코발트 촉매의 비활성으로 인해 아디프산에 대한 선택도가 급격히 떨어진다.3 is a graph showing the effect of temperature on the selectivity for isophthalic acid and the degree of conversion of m-xylene. Above 110 ° C., the conversion is 100%, but above 120 ° C., the selectivity for adipic acid drops sharply due to the inactivation of the cobalt catalyst.

도 4는 이소프탈산에 대한 선택도와 m-크실렌의 변환도에 대한 개시제/촉매 비의 영향을 보여주는 그래프이다. 개시제의 농도가 아무리 낮아도 변환도는 기본적으로 완벽함을 알 수 있다. 그러나, 개시제 농도에 따라 선택도는 증가한다. 개시제/촉매 비가 1.0일 때 특정 프탈산 0.05Kg이 생성되었고, 이것은 종래의 공정에서 사용된 개시제에 비해 훨씬 적은 양이다.4 is a graph showing the effect of initiator / catalyst ratio on the selectivity to isophthalic acid and the conversion of m-xylene. No matter how low the concentration of the initiator, the degree of conversion is basically perfect. However, the selectivity increases with the initiator concentration. A specific phthalic acid of 0.05 Kg was produced when the initiator / catalyst ratio was 1.0, which is much less than the initiator used in conventional processes.

따라서, 본 발명은 다음 단계들을 포함하는 크실렌 이성질체의 액상 산화에 의한 벤젠-디카르복시산의 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a process for preparing benzene-dicarboxylic acid by liquid phase oxidation of xylene isomers comprising the following steps.

5-80kg/㎠의 압력과 100-150℃의 온도범위의 압력솥에서, 아세트산 용매, 크실렌 공급량의 5.0-25 몰% 비의 코발트염 촉매, 및 상기 촉매 1몰당 0.05-1몰 비율의 아세트알데히드, 톨루알데히드 또는 케톤중에서 선택된 개시제의 존재하에 1-6시간 동안 크실렌 이성질체를 산화시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계;In a pressure cooker with a pressure of 5-80 kg / cm 2 and a temperature range of 100-150 ° C., acetic acid solvent, a cobalt salt catalyst in a ratio of 5.0-25 mol% of xylene feed, and acetaldehyde in a ratio of 0.05-1 mol per mole of the catalyst, Oxidizing the xylene isomer for 1-6 hours in the presence of an initiator selected from tolualdehyde or ketone to form a reaction mixture;

상기 반응혼합물을 증발시켜 휘발성 물질을 제거한 다음 20-40℃까지 냉각하고 여과/원심분리하여 고체 생성물로서의 원료 벤젠 디카르복시산과 여과액을 얻는 단계; 및Evaporating the reaction mixture to remove volatiles, cooling to 20-40 ° C., and filtering / centrifuging to obtain raw benzene dicarboxylic acid and filtrate as solid products; And

상기 원료 벤젠 디카르복시산을 재결정하여, 메탄올, 에탄올, 물 또는 아세트산중에서 선택된 용매의 존재하에 99% 이상의 순수 벤젠 디카르복시산을 얻는 단계.Recrystallizing the raw benzene dicarboxylic acid to obtain at least 99% pure benzene dicarboxylic acid in the presence of a solvent selected from methanol, ethanol, water or acetic acid.

또, 본 발명은 다음 단계들을 포함하는 크실렌 이성질체의 액상 산화에 의한벤젠-디카르복시산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a process for preparing benzene-dicarboxylic acid by liquid phase oxidation of xylene isomers comprising the following steps.

5-80kg/㎠의 압력과 100-150℃의 온도범위의 압력솥에서, 아세트산 용매, 크실렌 공급량당 5.0-25 몰% 비의 코발트염 촉매, 및 상기 촉매 1몰당 0.05-1몰 비율의 아세트알데히드, 톨루알데히드 또는 케톤중에서 선택된 개시제의 존재하에 1-6시간 동안 크실렌 이성질체를 산화시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계;In a pressure cooker with a pressure of 5-80 kg / cm 2 and a temperature range of 100-150 ° C., acetic acid solvent, cobalt salt catalyst at a ratio of 5.0-25 mol% per xylene feed, and acetaldehyde at 0.05-1 mol per mole of the catalyst, Oxidizing the xylene isomer for 1-6 hours in the presence of an initiator selected from tolualdehyde or ketone to form a reaction mixture;

상기 반응혼합물을 증발시켜 휘발성 물질을 제거한 다음 20-40℃까지 냉각하고 여과/원심분리하여 고체 생성물로서의 원료 벤젠 디카르복시산과 여과액을 얻는 단계;Evaporating the reaction mixture to remove volatiles, cooling to 20-40 ° C., and filtering / centrifuging to obtain raw benzene dicarboxylic acid and filtrate as solid products;

상기 원료 벤젠 디카르복시산을 재결정하여, 메탄올, 에탄올, 물 또는 아세트산중에서 선택된 용매의 존재하에 순도 99% 이상의 벤젠 디카르복시산을 얻는 단계; 및Recrystallizing the raw benzene dicarboxylic acid to obtain benzene dicarboxylic acid having a purity of 99% or higher in the presence of a solvent selected from methanol, ethanol, water or acetic acid; And

1% 미만의 물을 갖고, 상기 용매, 촉매, 중간생성물은 물론 유기물과 미반응된 크실렌을 함유하는 여과액을 리사이클링하는 단계.Recycling a filtrate having less than 1% water and containing the solvent, catalyst, intermediate, as well as unreacted xylene with organics.

이하, 실시예들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

실시예 1Example 1

300cc의 교반식 스테인리스 스틸 압력솥에 21.2g의 m-크실렌, 150g의 결정성 아세트산, 5.0g의 코발트 아세테이트, 1.2g의 2-부탄온을 집어넣었다. 증기분사관을 통해 산소를 100cc/min의 속도로 주입했고, 125℃에서 35kg/㎠의 압력으로 혼합물을 산화시켰다. 그 내용물에 분당 100cc로 산소를 주입한 뒤, 반응 혼합물을 1atm의 압력에서 35℃까지 증발시키고 냉각한 다음 원심분리했다. 얻어진 고체 원료생성물은 29.1g이었고 98.5%의 이소프탈산, 1.4%의 m-톨루엔산, 100ppm의 3-카르복시벤즈알데히드를 함유했다. 80.3%의 m-톨루엔산, 12.5%의 이소프탈산, 7.2%의 미확인 화합물로 구성된 3.6g의 유기생성물을 함유하는 여과액을 리사이클한다. 물로부터 결정화된 원료 생성물은 28.5g, 99.9%의 이소프탈산과 15ppm 미만의 3-카르복시벤즈알데히드를 생산했다.21.2 g of m-xylene, 150 g of crystalline acetic acid, 5.0 g of cobalt acetate and 1.2 g of 2-butanone were charged into a 300 cc stirred stainless steel autoclave. Oxygen was injected at a rate of 100 cc / min through a steam injector and the mixture was oxidized at a pressure of 35 kg / cm 2 at 125 ° C. After injecting oxygen to the contents at 100 cc / min, the reaction mixture was evaporated to 35 ° C. at a pressure of 1 atm, cooled and centrifuged. The solid starting product obtained was 29.1 g and contained 98.5% of isophthalic acid, 1.4% of m-toluic acid, and 100 ppm of 3-carboxybenzaldehyde. The filtrate containing 3.6 g of organic product consisting of 80.3% m-toluic acid, 12.5% isophthalic acid and 7.2% unidentified compound is recycled. The crude product, crystallized from water, produced 28.5 g, 99.9% isophthalic acid and less than 15 ppm 3-carboxybenzaldehyde.

실시예 2Example 2

21.2g의 m-크실렌, 160g의 결정성 아세트산, 4.0g의 코발트 아세테이트, 0.5g의 파라알데히드를 130℃, 30kg/㎠의 압력솥에서 150cc/min의 산소로 3시간동안 처리했다. 반응 혼합물을 1atm의 압력에서 35℃까지 증발시키고 냉각한 다음 원심분리했다. 얻어진 고체 원료생성물은 28.8g이었고 98.3%의 이소프탈산, 1.6%의m-톨루엔산, 120ppm의 3-카르복시벤즈알데히드를 함유했다. 재결정시, 순수 생성물은 99.9%였고 3-카르복시벤즈알데히드는 15ppm 미만이었다. 여과액은 84.5%의 m-톨루엔산, 12.3%의 이소프탈산, 3.2%의 미확인 화합물로 구성된 4.5g의 유기생성물을 함유했다.21.2 g of m-xylene, 160 g of crystalline acetic acid, 4.0 g of cobalt acetate and 0.5 g of paraaldehyde were treated with 150 cc / min of oxygen in a pressure cooker of 130 ° C. and 30 kg / cm 2 for 3 hours. The reaction mixture was evaporated to 35 ° C. at 1 atm, cooled and centrifuged. The resulting solid crude product was 28.8 g and contained 98.3% isophthalic acid, 1.6% m-toluic acid and 120 ppm 3-carboxybenzaldehyde. Upon recrystallization, the pure product was 99.9% and 3-carboxybenzaldehyde was less than 15 ppm. The filtrate contained 4.5 g of organic product consisting of 84.5% m-toluic acid, 12.3% isophthalic acid and 3.2% unidentified compound.

실시예 3Example 3

21.2g의 p-크실렌, 200g의 결정성 아세트산, 6.0g의 코발트 아세테이트, 0.4g의 2-부탄온 혼합물을 120℃, 20kg/㎠의 압력솥에서 증기분사관을 이용해 100cc/min의 산소로 4시간동안 처리했다. 반응 혼합물을 1atm의 압력에서 25℃까지 증발시키고 냉각한 다음 여과했다. 원료(98.6%) 테레프탈산의 수율은 30.2g이었다. 15.29%의 테레프탈산, 75.8%의 톨루엔산, 9.0%의 미확인 화합물로 구성된 4.5g의 유기생성물을 함유한 여과액을 리사이클한다. 결정화에 의한 원료 생성물은 순도 99.9%의 테레프탈산과 15ppm 미만의 4-카르복시벤즈알데히드를 생산했다.A mixture of 21.2 g of p-xylene, 200 g of crystalline acetic acid, 6.0 g of cobalt acetate, and 0.4 g of 2-butanone was heated at 120 ° C. in a 20 kg / cm 2 pressure cooker using a steam injector with 100 cc / min of oxygen for 4 hours. Took care of. The reaction mixture was evaporated to 25 ° C. at 1 atm, cooled and filtered. The yield of raw material (98.6%) terephthalic acid was 30.2 g. The filtrate containing 4.5 g of organic product consisting of 15.29% terephthalic acid, 75.8% toluic acid and 9.0% unidentified compound is recycled. The crude product by crystallization produced terephthalic acid with a purity of 99.9% and less than 15 ppm of 4-carboxybenzaldehyde.

실시예 4Example 4

21.2g의 m-크실렌, 200g의 결정성 아세트산, 5.2g의 코발트 아세테이트, 1.0g의 2-부탄온 혼합물을 130℃, 40kg/㎠의 압력솥에서 증기분사관을 이용해 500cc/min의 산소로 5시간동안 처리했다. 반응 혼합물을 여과하여 30.1g 원료 98.1% 이소프탈산을 생성했다. 21.2g m-크실렌, 0.25g의 코발트 아세테이트, 0.4g의 2-부탄온을 포함한 여과액을 130℃, 40kg/㎠에서 500cc/min의 산소로 5시간동안 산화시켰다. 350cc의 여과액중의 반응 혼합물은 32.5g 원료(98.5%) 이소프탈산을 생성했다. 이것을 물로부터 재결정하여 31.5g, 순도 99.9%의 이소프탈산을 생성했다. 이 생성물에 함유된 3-카르복시벤즈알데히드는 15ppm 미만이었다.A mixture of 21.2 g of m-xylene, 200 g of crystalline acetic acid, 5.2 g of cobalt acetate, and 1.0 g of 2-butanone was mixed at 130 ° C. in a 40 kg / cm 2 pressure cooker using a steam injector with 500 cc / min of oxygen for 5 hours. Took care of. The reaction mixture was filtered to yield 30.1 g crude 98.1% isophthalic acid. The filtrate containing 21.2 g m-xylene, 0.25 g cobalt acetate and 0.4 g 2-butanone was oxidized at 130 ° C., 40 kg / cm 2 with 500 cc / min of oxygen for 5 hours. The reaction mixture in 350 cc of filtrate produced 32.5 g of raw material (98.5%) isophthalic acid. This was recrystallized from water to produce 31.5 g of isophthalic acid having a purity of 99.9%. 3-carboxybenzaldehyde contained in this product was less than 15 ppm.

따라서, 본 발명에 의한 벤젠 디카르복시산의 제조방법은 매우 낮은 농도의 활성제와 함께 코발트 촉매를 이용하는 용매의 존재하에 크실렌을 액상 산화한다. 따라서, 브롬화물 기제 화합물과 같은 부식성 개시제/활성제가 없다. 이 반응조건에서 전자전달경로를 통해 산화가 일어나도록 촉매농도를 선택한다. 이렇게 하면, 톨루엔산과 카르복시벤즈알데히드와 같은 중간생성물이 아주 신속히 프탈산으로 변환되어, 최종 생성물내의 이들 화합물의 농도가 낮아진다. 그러므로, 프탈산의 정제가 쉽고, 수소화공정이나 기타 에너지 소모공정이 불필요하지만, 물이나 기타 적당한 용매로부터의 재결정화는 포함된다.Therefore, the process for producing benzene dicarboxylic acid according to the present invention liquid phase oxidizes xylene in the presence of a solvent using a cobalt catalyst with very low concentration of the active agent. Thus, there are no corrosive initiators / activators such as bromide based compounds. Under these reaction conditions, the catalyst concentration is chosen so that oxidation occurs through the electron transfer path. This converts intermediates such as toluic acid and carboxybenzaldehyde very rapidly to phthalic acid, resulting in a lower concentration of these compounds in the final product. Therefore, the purification of phthalic acid is easy and no hydrogenation process or other energy consuming process is necessary, but recrystallization from water or other suitable solvent is included.

이상 설명한 실시예는 단지 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아님을 알아야 한다.It should be understood that the embodiments described above are merely examples, and do not limit the scope of the present invention.

Claims (5)

크실렌 이성질체의 액상산화에 의한 벤젠-디카르복시산의 제조방법에 있어서:In the process for preparing benzene-dicarboxylic acid by liquid phase oxidation of xylene isomers: 5-80kg/㎠의 압력과 100-150℃의 온도범위의 압력솥에서, 아세트산 용매, 크실렌 공급량당 5.0-25 몰% 비의 코발트염 촉매, 및 상기 촉매 1몰당 0.05-1몰 비율의 아세트알데히드, 톨루알데히드 또는 케톤중에서 선택된 개시제의 존재하에 1-6시간 동안 크실렌 이성질체를 산화시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계;In a pressure cooker with a pressure of 5-80 kg / cm 2 and a temperature range of 100-150 ° C., acetic acid solvent, cobalt salt catalyst at a ratio of 5.0-25 mol% per xylene feed, and acetaldehyde at 0.05-1 mol per mole of the catalyst, Oxidizing the xylene isomer for 1-6 hours in the presence of an initiator selected from tolualdehyde or ketone to form a reaction mixture; 상기 반응혼합물을 증발시켜 휘발성 물질을 제거한 다음 20-40℃까지 냉각하고 여과/원심분리하여 고체 생성물로서의 원료 벤젠 디카르복시산과 여과액을 얻는 단계; 및Evaporating the reaction mixture to remove volatiles, cooling to 20-40 ° C., and filtering / centrifuging to obtain raw benzene dicarboxylic acid and filtrate as solid products; And 상기 원료 벤젠 디카르복시산을 재결정하여, 메탄올, 에탄올, 물 또는 아세트산중에서 선택된 용매의 존재하에 순도 99% 이상의 벤젠 디카르복시산을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벤젠-디카르복시산의 제조방법.Recrystallizing the raw material benzene dicarboxylic acid to obtain benzene dicarboxylic acid having a purity of 99% or higher in the presence of a solvent selected from methanol, ethanol, water or acetic acid; and a process for producing benzene-dicarboxylic acid. 크실렌 이성질체의 액상산화에 의한 벤젠-디카르복시산의 제조방법에 있어서:In the process for preparing benzene-dicarboxylic acid by liquid phase oxidation of xylene isomers: 5-80kg/㎠의 압력과 100-150℃의 온도범위의 압력솥에서, 아세트산 용매, 크실렌 공급량당 5.0-25 몰% 비의 코발트염 촉매, 및 상기 촉매 1몰당 0.05-1몰 비율의 아세트알데히드, 톨루알데히드 또는 케톤중에서 선택된 개시제의 존재하에 1-6시간 동안 크실렌 이성질체를 산화시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계;In a pressure cooker with a pressure of 5-80 kg / cm 2 and a temperature range of 100-150 ° C., acetic acid solvent, cobalt salt catalyst at a ratio of 5.0-25 mol% per xylene feed, and acetaldehyde at 0.05-1 mol per mole of the catalyst, Oxidizing the xylene isomer for 1-6 hours in the presence of an initiator selected from tolualdehyde or ketone to form a reaction mixture; 상기 반응혼합물을 증발시켜 휘발성 물질을 제거한 다음 20-40℃까지 냉각하고 여과/원심분리하여 고체 생성물로서의 원료 벤젠 디카르복시산과 여과액을 얻는 단계;Evaporating the reaction mixture to remove volatiles, cooling to 20-40 ° C., and filtering / centrifuging to obtain raw benzene dicarboxylic acid and filtrate as solid products; 상기 원료 벤젠 디카르복시산을 재결정하여, 메탄올, 에탄올, 물 또는 아세트산중에서 선택된 용매의 존재하에 순도 99% 이상의 벤젠 디카르복시산을 얻는 단계; 및Recrystallizing the raw benzene dicarboxylic acid to obtain benzene dicarboxylic acid having a purity of 99% or higher in the presence of a solvent selected from methanol, ethanol, water or acetic acid; And 1% 미만의 물을 갖고, 상기 용매, 촉매, 중간생성물은 물론 유기물과 미반응된 크실렌을 함유하는 여과액을 리사이클링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벤젠-디카르복시산의 제조방법.Recycling a filtrate having less than 1% of water and containing the solvent, the catalyst, the intermediate, as well as the organics and unreacted xylene; and a process for producing benzene-dicarboxylic acid. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코발트염의 산 성분을 아세테이트, 프로피온에스테르, 부티레이트나 프탈레이트, 이소프탈레이트나 테레프탈레이트 등으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the acid component of the cobalt salt is selected from acetate, propion ester, butyrate or phthalate, isophthalate, terephthalate and the like. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개시제를 촉매로 사용되는 금속염 혼합물 1몰당 0.05-1 몰%의 비율로 부탄온, 메틸 에틸 케톤으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.A process according to claim 1 or 2, characterized in that the initiator is selected from butanone and methyl ethyl ketone at a rate of 0.05-1 mol% per mol of the metal salt mixture used as catalyst. 전항들중의 어느 한항에 따른 방법에 의해 제조되는 벤젠 디카르복시산.Benzene dicarboxylic acid prepared by the process according to any one of the preceding claims.
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