KR820000093B1 - Meta-or phthalic acid preparation in benzoic acid-water solvent system - Google Patents

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러셀 마쉬 데비드
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아더 쥐·길케스
스텐다드 오일 캄파니
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Abstract

Meta- or para-phthalic acids were prepd. by semi continuous or continuous air oxidn. of m- or p-xylene at 275≰C in monocarboxylic acid in the presence of transition metal catalysts and source of Br. The compns. of solvent system were 85-97 wt.% of BzOH and 15-3 wt.% of H2O and most used transition metal catalysts were Mn, Co and Ce.

Description

메타 또는 파라프탈산의 제조방법Method for preparing meta or paraphthalic acid

본 발명은 하나 또는 그 이상의 전이금속 산화촉매와 브롬원(源) 물질의 조합에 의해 제조된 촉매 존재하의 상승온도 및 액상조건에서 m-또는 p-크실렌을 산소분자로 산화하여 메타 또는 파라프탈산을 제조하는 방법에 있어서, 대부분이 벤조산이고 3 내지 약 15중량%의 물로 구성된 액체 용매계를 사용함으로서, 크실렌을 산화시킬때, 전술한 촉매계에 물 성분이 없을 때는 용이하지 않았던 산화온도의 조절을 상업적으로 용이하게 한다는 점에서 개량된 방법이다.The present invention oxidizes meta- or paraphthalic acid by oxidizing m- or p-xylene to oxygen molecules at elevated temperatures and liquid phase conditions in the presence of a catalyst prepared by a combination of one or more transition metal oxidation catalysts and bromine source materials. In the process for the preparation, the use of a liquid solvent system consisting mostly of benzoic acid and from 3 to about 15% by weight of water allows commercial control of the oxidation temperature, which was not easy when oxidizing xylene, when the above catalyst system was free of water components. It is an improved method in that it is easy.

하나 또는 그 이상의 전이금속 산화촉매와 브롬원 물질의 조합에 의한 독특한 촉매작용은 미합중국 특허 제2,833,816호 및 이의 외국대응 특허에 기술되어 있으며, 이들 촉매는 카복실산 치환처로 산화될 수 있는 하나 이상의 치환체를 갖는 방향족 탄화수소를 산소분자로 산화시키도록 액상 조건을 유지시키는 압력하의 50내지 275℃의 상승온도에서 방향족 카복실산을 제조하는데 일반적으로 사용된다. 상기 특허에는 이러한 촉매적 액상산화에 유용한 C2-C8카복실산의 용도에 대해서도 기재되어 있다.The unique catalysis of a combination of one or more transition metal oxidation catalysts and bromine source materials is described in US Pat. No. 2,833,816 and its foreign counterparts, which catalysts have one or more substituents that can be oxidized to carboxylic acid substituents. It is generally used to prepare aromatic carboxylic acids at elevated temperatures of 50 to 275 ° C. under pressure which maintains liquid phase conditions to oxidize aromatic hydrocarbons to oxygen molecules. The patent also describes the use of C 2 -C 8 carboxylic acids useful for such catalytic liquid oxidation.

이러한 촉매적 액상산화는 초산존재하에 m-크실렌, p-크실렌 및 슈도쿠멘을 공기산화시켜 각각 이소프탈산, 테레프탈산 및 트리멜리트산을 상업적으로 제조하는 세계적으로 뛰어난 방법으로 발전되었다.This catalytic liquid oxidation has been developed in a world-leading way to commercially prepare isophthalic acid, terephthalic acid and trimellitic acid by air oxidizing m-xylene, p-xylene and pseudocumene in the presence of acetic acid.

이 촉매적 액상산화는 드물기는 하지만 또한 용매로서 벤조산 존재하에서 톨루엔을 공기산화시켜 벤조산을 상업적으로 제조하는 데에도 응용된다.This catalytic liquid oxidation is rare, but also applied to the commercial production of benzoic acid by air oxidation of toluene in the presence of benzoic acid as a solvent.

벤젠 디-및 트리카복실산 제품을 상업적으로 제조함에 있어서, 초산을 용매로 사용하는 것은 경제적으로 가장 유리한 방법이지만 생성된 제품 톤(MT)당 80 내지 160kg 정도의 초산을 동시에 산화시키는 단점을 갖는다.In the commercial production of benzene di- and tricarboxylic acid products, the use of acetic acid as a solvent is the most economically advantageous method, but has the disadvantage of simultaneously oxidizing on the order of 80 to 160 kg acetic acid per tonne of product produced (MT).

C2-C8지방족 산중에서 가장 반응하지 않는 초산은 이 공정에서 산화되어 탄소산화물, 물 및 메틸아세테이트로 전환된다.The least reactive acetic acid among the C 2 -C 8 aliphatic acids is oxidized in this process and converted to carbon oxides, water and methyl acetate.

초산용매 존재하에 실시된 이 산화의 온도조절은 초산과 부산물인 물의 비점이 비교적 비슷하고 물의 농도가 용매의 3 내지 18중량%이기 때문에 상업적 제조에 문제가 되지 않는다. 실용적인 초산-물 용매계는 섞일 수 있는 액체의 단일성분계이고 또 상율(相律)로부터 계산할 때 단일자유도를 갖게 된다. 그러므로, 일정한 부피로 작동시킬 경우, 작동압력을 일정하게 설정하게 되면, 이에 따른 일정한 작동온도가 결정된다.Temperature control of this oxidation carried out in the presence of acetic acid solvent is not a problem for commercial production because the boiling point of acetic acid and by-product water is relatively similar and the concentration of water is 3 to 18% by weight of the solvent. A practical acetic acid-water solvent system is a single component system of mixed liquids and has a single degree of freedom when calculated from phase rates. Therefore, when operating at a constant volume, by setting the operating pressure constant, a constant operating temperature is determined accordingly.

1963년에, 반응 용매로서 초산대신 벤조산 존재하에 그리고 이미 발견된 하나 이상의 전이금속 산화촉매 및 브롬원 물질의 특이한 조합 존재하에 적당한 메틸-치환된 벤젠을 촉매적 액상 공기산화시켜 벤젠 디-및 트리카복실산 특히 테레프탈산을 제조하는 연속공정이 발표되었다.In 1963, catalytic liquid air oxidation of a suitable methyl-substituted benzene in the presence of benzoic acid instead of acetic acid as a reaction solvent and in the presence of a specific combination of one or more transition metal oxidation catalysts and bromine sources already found, resulted in benzene di- and tricarboxylic acids. In particular, a continuous process for producing terephthalic acid has been published.

1967년 10월 25일에 공도된 영국특허 제1,088,183호는 벤조산 용매 존재하에 실시된 산화에 관한 것이고 이 산화에 대해 자세히 설명되어 있다. 상기 특허에 의하면, 50 내지 275℃ 온도에서 공기 혼화시킨 벤조산은 그 온도에서 산화용기 제작에 사용된 금속을 공기 혼화된 초산보다 덜 부식시키는 매질이 되고, 초산보다 덜 휘발성이며 반응 장소에서 초산 증기보다 벤조산 증기로부터 부산물인 수증기를 훨씬 용이하게 분리시킬 수 있기 때문에 C2-C8모노 카복실산 중에서 벤조산을 선택하였다고 기술하고 있다. 예를 들어, 증기 혼합물 중에서 벤조산 증기를 부산물인 물과 선택적으로 축합시키는 것은 단순한 부분 축합에 의해 실시할 수 있지만 초산 및 부산물인 수증기의 혼합물을 분리하려면 분별증류를 행하여야 한다.British Patent No. 1,088,183, published October 25, 1967, relates to oxidation carried out in the presence of a benzoic acid solvent and is described in detail. According to the patent, benzoic acid air-mixed at a temperature of 50 to 275 ° C. becomes a medium which corrodes the metals used in the production of the oxidation vessel at less than air-mixed acetic acid, is less volatile than acetic acid and less than acetic acid vapor at the reaction site. It is described that benzoic acid was chosen from C 2 -C 8 mono carboxylic acids because it is much easier to separate by-product steam from benzoic acid vapor. For example, the selective condensation of benzoic acid vapor with by-product water in the steam mixture can be carried out by simple partial condensation, but fractional distillation must be carried out to separate the mixture of acetic acid and by-product water vapor.

영국특허에 의하면, 벤조산 용매를 사용하므로써 생기는 또다른 이익은 높은 산화온도(170 내지 175℃)를 사용하여 산화속도가 빠르다는 것, 높은 조작압력(21 내지 35kg/cm2)을 사용하여 액상 반응 매질에서의 산소 농도가 높다는 것, 부산물인 물이 생기는 대로 제거한다는 것과 이 작동압력에 대해 작동온도가 자유롭다는 것이다.According to the British patent, another benefit of using benzoic acid solvents is that the oxidation rate is high using a high oxidation temperature (170 to 175 ° C.), and the liquid phase reaction using a high operating pressure (21 to 35 kg / cm 2 ). The high oxygen concentration in the medium, the removal of by-product water as soon as possible, and the free operating temperature for this operating pressure.

상기 영국특허는 p-크실렌을 3단계 연속 공기 산화시켜 테레프탈산을 제조하는 방법을 제시하고 있는데 그 수율이 85-95몰%(이론치의 %)이고 순도가 99-99.9중량%라고 설명하고 있다.The British patent describes a method for preparing terephthalic acid by three-step continuous air oxidation of p-xylene, which yields 85-95 mol% (% of theory) and has a purity of 99-99.9 wt%.

그러나, 액체 벤조산 용매 존재하에 테레프탈산을 고수율 및 고순도로 제조한다고 했음에도 불구하고 상기 영국특허를 연속공정으로 실시하는데 중요한 문제점을 발견하였다.However, despite the fact that terephthalic acid is produced in high yield and high purity in the presence of a liquid benzoic acid solvent, an important problem has been found in carrying out the British patent in a continuous process.

그 문제점은 부산물인 물을 생기는대로 제거하면서 조작압력 21 내지 35kg/cm2에서 p-크실렌을 산화시키는 초기과정에서 발생했다. 그러한 산화초기 조건에서 조작온도는 조절될 수 없으며 벤조산 및/또는 p-크실렌이나 그 부분산화 생성물은 매우 빨리 산화되어 탄화잔사가 되기 때문이다. 영국특허의 구체적인 실시예에서는 교반가능-탱크형 산화용기를 사용하지 않았는데 액상 조성물을 충분히 교반시키지 않으면 공기가 불충분하게 분산되고 액상에 반응열이 불충분하게 분배되어 국소적인 "과열점"이 형성되며, 이에 따른 고온 및 고산소 농도의 고도로 국소화된 조건으로부터 부분적으로 높은 산화속도를 갖게 된다.The problem occurred in the initial process of oxidizing p-xylene at operating pressures of 21 to 35 kg / cm 2 while removing byproduct water as it was produced. This is because at such initial oxidation conditions, the operating temperature cannot be controlled and the benzoic acid and / or p-xylene or its partial oxidation products oxidize very quickly and become carbonized residues. In a specific example of the British patent, a stirring-tank-type oxidation vessel was not used, but if the liquid composition was not sufficiently stirred, insufficient air was dispersed and insufficient heat of reaction was distributed to the liquid phase to form a local "hot spot". The high oxidation rate results in part from the highly localized conditions of high temperature and high oxygen concentrations.

그러나, 교반되지 않은 관상 반응용기는 다른 산화, 예를 들어 반응물질, 생성물 또는 벤조산 용매를 탄화하지 않은채, 하나 또는 그 이상의 전이금속 및 브롬원물질 조합의 벤조산용액 존재하에 톨루엔을 공기산화시켜 벤조하는데 성공적으로 사용되었다. 그러므로 교반의 부족은 p-크실렌 산화의 초기단계에 온도를 조절하지 못해 생겨난 급성탄화 형성에 대하여 제어효과가 없다.However, unstirred tubular reaction vessels are prepared by air oxidation of toluene in the presence of benzoic acid solution of one or more combinations of transition metals and bromine compounds, without carbonation of other oxidations, for example, reactants, products or benzoic acid solvents. Was successfully used. The lack of agitation therefore has no control over the formation of acute carbonation resulting from inadequate temperature control in the early stages of p-xylene oxidation.

산화초기 단계에서 급성탄화를 일으키게 되는 것은 필요한 21 내지 35kg/cm2의 높은 조작압력을 유지하고 또 부산물인 물을 생성되는 대로 제거해야 함에 있음을 우리는 알았다. 이는 영국특허 방법에서 요구하는 조작압력 21 내지 35kg/cm2의 초기조작 온도에 대한 효과(벤조산 용매중에 소량의 물이 있거나 없을때의 효과)를 조사한 결과 알게 되었다.We found that acute carbonization in the early stages of oxidation requires maintaining high operating pressures of 21 to 35 kg / cm 2 as needed and removing byproduct water as it is produced. This was found by examining the effect on the initial operating temperature of the operating pressure 21 to 35kg / cm 2 (the effect of the presence or absence of a small amount of water in the benzoic acid solvent) required by the British patent method.

압역 25-35kg/cm2및 초기온도 205℃에서 액체 벤조산의 물 농도를 5중량%에서 0중량%로 변화하면 압력의 변화없이 온도가 110℃만큼 증가하는 것이 관찰되었다.When the water concentration of the liquid benzoic acid was changed from 5 wt% to 0 wt% at 25-35 kg / cm 2 in the pressure range and the initial temperature of 205 ° C., the temperature increased by 110 ° C. without changing the pressure.

급성탄화가 유래되는 이같은 결과는, 하기 조사의 결과로부터 입증할 수 있다. 5중량%의 물을 함유하는 벤조산(760mmHg에서의 비점 249℃)을 21내지 35kg/cm2 압력아래 초기온도 205℃로 가열하였다. 액체 벤조산의 온도는 그 물함량을 처음 5%에서 0%로 변화시키면서 측정하였다. 물 5%에서 0%로 내려감에 따라 고정된 압력은 증가하지 않은채 액체 벤조산의 온도는 110℃ 만큼 증가하였다. 이는 액체 벤조산 용매의 물함량에 대한 특이한 온도 민감도를 나타내며, 영국특허의 필요한 조작조건을 따라 21 내지 35kg/cm2의 압력에서 p-크실렌을 산화시키는 초기에 빨리 과격하게 산화시켜 탄화 생성물을 만드는 것도 이 때문이다.Such results from which acute carbonation is derived can be demonstrated from the results of the following investigation. 21 to 35 kg / cm of benzoic acid (boiling point 249 ° C. at 760 mmHg) containing 5% by weight of water2of Under pressure, it was heated to an initial temperature of 205 ° C. The temperature of the liquid benzoic acid was measured while changing its water content from the first 5% to 0%. The temperature of the liquid benzoic acid increased by 110 ° C. with no increase in the fixed pressure as the water dropped from 5% to 0%. This shows a specific temperature sensitivity to the water content of the liquid benzoic acid solvent, 21-35 kg / cm according to the required operating conditions of the British patent.2This is why the carbonized product is rapidly oxidized rapidly at the initial stage of oxidizing p-xylene at the pressure of.

상기 실험을 하는동안 관찰된 극적인 온도 증가에 대한 발견을 토대로 우리는, 부산물인 물이 생성되는대로 빨리 제거하여 물 함량을 거의 0으로 유지시키고, 21 내지 35kg/cm2같이 높은 압력하에서 초기산화 반응을 실시하는 경우, 반응용매로서 액체 벤조산 존재하에 m-또는 p-크실렌을 공기산화시켜 메타 또는 파라프탈산을 제조하는 양산 조작에 필요한 온도 조절을 성공적으로 해낼 수 없다고 결론을 내렸다.Based on the findings of the dramatic increase in temperature observed during the experiments, we quickly remove the byproduct water as it is produced, keeping the water content near zero, and performing the initial oxidation reaction under high pressures such as 21 to 35 kg / cm 2 . When carried out, it was concluded that the temperature control required for mass production operations to produce meta or paraphthalic acid by air oxidizing m- or p-xylene in the presence of liquid benzoic acid as a reaction solvent was concluded.

이같은 초기단계 이외에도 영국특허의 작동 조건에 따라 용매로서 액체 벤조산 존재하에 m-또는 p-크실렌을 공기로 연속 산화시키는 데에는 또다른 문제가 발생된다.In addition to this initial stage, another problem arises in the continuous oxidation of m- or p-xylene into air in the presence of liquid benzoic acid as a solvent in accordance with the operating conditions of the British patent.

액체 벤조산 중에 적합한 초기 및 보유물 함량을 유지하여 교반된 액상의 온도 조절을 잘하여 성공적으로 산화 반응이 개시된 후라 하더라도, 제거되는 물양의 변화 때문에 반응 온도가 많이 변동하게 된다. 이 실험과 전술한 실험결과에 의해, 우리는 영국특허에서 소개된 21 내지 35kg/cm2의 조작압력이 너무 높고 부산물인 물이 생성되는 대로 빨리 제거해야 할 필요도 없으며 양산 가능한 연속공정이 마련되지 않았다고 결론내렸다.Even after the oxidation reaction has been initiated successfully by maintaining the proper initial and retentate content in the liquid benzoic acid to successfully control the temperature of the stirred liquid, the reaction temperature fluctuates greatly due to the change in the amount of water removed. Based on this test and the above test results, we do not need to remove the operating pressure of 21-35kg / cm 2 too high and as soon as the by-product water is produced and the mass production continuous process is introduced. I concluded that

상업적으로 가능한 m-또는 p-크실렌의 연속적 공기산화에 관한 초기공정 및 일반공정에서, 조작압력이 6 내지 25kg/cm2의 범위이고 부산물인 물을 제거해도 용매계(85 내지 97중량%의 액체 벤조산 및 15 내지 3중량%의 물로 구성된)의 물 함량이 15%를 넘지 않거나 3% 아래로 내려가지 않는다면 이 용매계를 사용하여 온도 조절을 할 수 있음을 우리는 발견했다. 이 조작조건에서 175-235℃의 조작산화온도를 사용할 수 있고 또 사용해야 한다.In the initial and general processes for the continuous air oxidation of commercially available m- or p-xylenes, solvent systems (85 to 97% by weight of liquid are obtained even if the operating pressure is in the range of 6 to 25 kg / cm 2 and by-products are removed. We have found that this solvent system can be used for temperature control if the water content of benzoic acid and 15 to 3% by weight of water does not exceed 15% or fall below 3%. Under these operating conditions, an operating oxidation temperature of 175-235 ° C can and can be used.

이 연속산화를 위해, 용매계에 적당한 성분원료를 용해시켜 하나 이상의 전이금속 및 브롬원 물질의 조합으로 된 특이한 촉매를 제조한다.For this continuous oxidation, a suitable catalyst is dissolved in a solvent system to prepare a unique catalyst of a combination of one or more transition metals and bromine materials.

본 발명의 연속공정은 산화역으로 공기를 효과적으로 분산시키고, 또 산화대역의 액상을 통해 반응열을 효과적으로 분산시킬 수 있는 교반된 산화대에서 실시한다.The continuous process of the present invention is carried out in a stirred oxidation zone that can effectively disperse air into the oxidation zone and effectively dissipate the reaction heat through the liquid phase of the oxidation zone.

반응열은 산화대로부터 소량의 벤조산과 주로 물을 증발시킨다. 크실렌은 산화되어 조작조건에서 증발하기 어려운 물질로 되기 때문에 거의 증발하지 않거나 전혀 증발하지 않는다. 상기 증기를 냉각시켜 반응열을 제거한후 산화대로 환류하는 액체(주로 물)의 물함량을 조절하므로써 거의 일정한 조작조건을 위한 만족할 만한 온도 조절을 이룩한다. 액체 환류물의 물함량(일반적으로 90-95중량%)은 환류냉각기의 조작온도로 조절할 수 있다. 응축물은 단지 5-10중량%의 벤조산을 포함하므로 산화대역으로 회수되는 물의 첨가비율을 변화시키므로써 설정한 일정한 조작온도로 부터의 산화온도 변화를 조절할 수 있다.The heat of reaction evaporates a small amount of benzoic acid and mainly water from the oxidation zone. Xylene hardly evaporates or does not evaporate at all because it is oxidized to a material that is difficult to evaporate under operating conditions. By cooling the steam to remove the heat of reaction and controlling the water content of the liquid (mainly water) refluxed to the oxidizing zone, satisfactory temperature control is achieved for almost constant operating conditions. The water content of the liquid reflux (usually 90-95% by weight) can be controlled by the operating temperature of the reflux condenser. Since the condensate contains only 5-10% by weight of benzoic acid, the change in oxidation temperature from the set operating temperature can be controlled by varying the rate of addition of the water recovered in the zone of oxidation.

예를 들어 설정한 일정온도로부터 산화대역의 산화온도가 얼마나 감소 또는 증가하였는가에 따라 환류액으로서의 물 회수비율이 감소되거나 증가된다. 액체 환류물의 물함량 및 산화대역으로 회수되는 물의 비율을 상기와 같이 변화시키는 방법은 후에 설명되어 있다. 이러한 방법은 산화대역의 온도의 변화를 선택된 산화대역의 일정온도보다 50℃ 내에서 높거나 낮게 유지시킬 수 있다.For example, the rate of water recovery as reflux decreases or increases depending on how much the oxidation temperature of the oxidation zone decreases or increases from the set constant temperature. The method of changing the water content of the liquid reflux and the proportion of water recovered in the oxidation zone as described above is described later. This method can keep the change in temperature of the oxidation zone within or below 50 ° C. above the constant temperature of the selected oxidation zone.

이 회수된 액체의 물비율의 변화는 용매계의 물 함량을 3중량% 아래로 감소시켜서는 안된다. 왜냐하면 그러한 조건에서 조절되지 않는 큰 온도 변동이 다시 일어나기 때문이다. 회수된 액체의 변화는 용매계의 물함량을 약 15중량% 이상(예를 들어 18중량%)으로 증가시켜서는 안된다. 왜냐하면 그만한 양의 물은 촉매작용계를 부분적으로 또는 완전히 탈활성화시켜 산화속도를 상업적으로 사용할 수 없을 정도로 저하시키기 때문이다.Changes in the water ratio of this recovered liquid should not reduce the water content of the solvent system below 3% by weight. This is because under such conditions large uncontrolled temperature fluctuations occur again. Changes in the recovered liquid should not increase the water content of the solvent system to more than about 15% by weight (eg 18% by weight). This is because that amount of water partially or completely deactivates the catalysis system, reducing the oxidation rate beyond commercial use.

본 발명의 목적을 위해서는 벤조산-물 용매계 대 크실렌의 중량비를 2:1 내지 10:1로 하여 m-또는 p-크실렌 산화를 실시한다. 또한, 촉매작용계는 전이금속 산화촉촉매로서 하나이상의 망간, 코발트 또는 세륨과 화합된 브롬원 물질에 의해 적당히 만든다. 또한 배기기체(벤조산 불포함기준)에 2 내지 10부피비의 산소를 제공할 수 있는 양의 공기를 사용하여 회수된 메타 또는 파라프탈산 생성물에 있는 부분적 산화 생성물 및 유색 불순물의 양을 최소화시키는 것이 바람직하다.For the purposes of the present invention, m- or p-xylene oxidation is carried out with a weight ratio of benzoic acid-water solvent system to xylene of 2: 1 to 10: 1. The catalysis system is also suitably made of bromine source materials combined with one or more manganese, cobalt or cerium as transition metal oxidation catalysts. It is also desirable to minimize the amount of partial oxidation products and colored impurities in the recovered meta or paraphthalic acid product using an amount of air capable of providing 2 to 10 volume ratios of oxygen to the exhaust gas (based on no benzoic acid).

본 발명의 공정은 6-25kg/cm2의 압력과 특정한 벤조산-물 용매계를 결합하여 산화대역의 온도를 175-235℃의 조작온도 범위에서 효과적으로 조절함으로써 연속공으로 진행시킬 수 있다.The process of the present invention can proceed to continuous pores by combining the pressure of 6-25 kg / cm 2 with a specific benzoic acid-water solvent system to effectively control the temperature of the oxidation zone in the operating temperature range of 175-235 ° C.

본 발명 공정의 연속조작은 시동(start-up), 즉 산화의 초기(연속조작에서는 시동 과정으로 이해됨)에 크실렌의 농도가 비교적 높지 않다. 전술한 시동과정은 우선 먼저 교반산화대역에 특이한 촉매 및 용매계 성분을 충진시킨다는 점에서 베취식 조작과 다르다. 이때 생성된 용액을 교반하고 산화가 시작되는 온도, 예를 들어 160-170℃(그러나 175-235℃의 조작온도가 바람직하다)로 가열시킨다. 산화시작 온도까지 가열한 다음 산화대역에서 m-또는 p-크실렌을 교반용액에 펌프질하여 넣고 산화대역의 온도가 175-235℃로부터 선택된 조작온도로 될때까지 크실렌 kg당 약 1000 내지 1500N리터의 공기를 상기 교반액에 주입시킨다. 그런 다음 크실렌을 산화대에 펌프질하여 넣고 공기 비율을 크실렌 kg당 약 3800 내지 5900N리터로 증가시켜 배기기체(벤조산 및 물 불포함기준)에 3 내지 10부피%의 산소가 포함되도록 한다.In the continuous operation of the process of the present invention, the concentration of xylene is not relatively high at the start-up, i. The start-up process described above is different from the batch operation in that first, the catalyst and solvent-based components specific to the stirred oxidation zone are filled. The resulting solution is stirred and heated to a temperature at which oxidation starts, for example 160-170 ° C (but preferably an operating temperature of 175-235 ° C). Heat to the oxidation start temperature and pump m- or p-xylene into the stirring solution in the oxidizing zone and add approximately 1000 to 1500 N liters of air per kg of xylene until the temperature of the oxidizing zone reaches the operating temperature selected from 175-235 ° C. Inject into the stirring solution. The xylene is then pumped into the oxidizing zone and the air proportion is increased to about 3800 to 5900 N liters per kilogram of xylene so that 3 to 10% by volume of oxygen is included in the exhaust gas (benzoic acid and water free).

원래 충진된 용매계 대 충진된 총 크실렌의 중량비가 3 내지 10:1.0의 범위내에서 선택된 비율로 된후, 선택된 용매 대 크실렌 중량비율을 유지하기 위하여 공기 주입속도를 배기기체중의 산소가 3 내지 10부피%로 되도록 3800 내지 5900N 리터/kg 크실렌으로 유지한 상태에서 크실렌을 계속 펌프질하는 속도로 벤조산-물 용매계의 촉매성분 용액을 펌프질하였다. 연속공급 조작을 완결하기 위한 초기시간은 비교적 짧지만 배기기체로부터 반응열을 제거하도록 냉각기의 조작을 조절하고 액체 응축물 환류액과 함께 교반된 산화대로 회수되는 물 응축물의 비율을 조절할 시간은 된다. 산화대역의 조작할 공기 혼화액 부피가 되고나면 유동성 산화 반응 혼합물을 산화대역으로부터 공급 투입기로 빼내 액체 벤조산-물 용매계로부터 메타 또는 파라프탈산 제품을 분리시킨다.After the weight ratio of the originally filled solvent system to the total charged xylenes is in the range selected from 3 to 10: 1.0, the air injection rate is set to 3 to 10 volumes of oxygen in the exhaust gas to maintain the selected solvent to xylene weight ratio. The catalyst component solution of the benzoic acid-water solvent system was pumped at a rate of continuously pumping xylene while maintaining at 3800 to 5900 N liter / kg xylene to be%. The initial time to complete the continuous feed operation is relatively short, but it is time to adjust the operation of the cooler to remove the heat of reaction from the exhaust gas and to control the rate of water condensate recovered with the stirred condensate with the liquid condensate reflux. Once the oxidation zone of the oxidation zone has reached the volume of the air mixture to be operated, the flowable oxidation reaction mixture is withdrawn from the oxidation zone to the feed inlet to separate the meta or paraphthalic acid product from the liquid benzoic acid-water solvent system.

반응물질 및 촉매작용의 용매계 용액을 장입시키고 유동 반응 화합물을 빼내는 시작부터 완전 연속조작을 통한 이러한 조작이 바람직하지는 않지만 이는 조작온도의 성공적인 조절에 가장 뛰어난 영향력을 지닌 용매계의 물함량에 대한 유일한 온도 민감도를 경험하는 유용한 시동 과정이 된다.This operation through full continuous operation is undesirable from the beginning of charging the reactant and catalyzed solvent-based solutions and withdrawing the fluidized reaction compounds, but this is not the only solution to the water content of the solvent system that has the greatest impact on successful control of the operating temperature. It is a useful startup process that experiences temperature sensitivity.

그러한 경험을 한 다음 본 발명 공정의 시동은 바람직한 시동 조건을 재손질하여 간단히 할 수 있다. 바람직한 시동을 위해서는 반응기의 조작부피에 도달하는데 필요한 촉매성분의 용매계 용액을 충진시키고 교반한 다음 선택된 조작압력하에 선택된 조작온도로 가열한다.After such experience, the startup of the process of the present invention can be simplified by retouching the desired startup conditions. For a preferred start-up, the solvent-based solution of the catalyst component necessary to reach the operating volume of the reactor is filled, stirred and heated to the selected operating temperature under the selected operating pressure.

그런 다음 산화대역의 온도에 민감한 냉각기 환류계와 함께 연속조작비율로 교반된 용매에 크실렌을 펌프질하고 공기를 주입시킨다. 충진된 초기용매계에 대하여 충진된 총 크실렌이 용매계 대 크실렌의 선택된 중량비로 되었을때 유체를 분리하기 시작한다.Then, with the cooler reflux system sensitive to the temperature of the oxidation zone, xylene is pumped into the stirred solvent at a continuous operation ratio and air is injected. The fluid starts to separate when the total xylene filled to the selected initial solvent system is at the selected weight ratio of solvent system to xylene.

본 발명 공정의 연속 조작은 교반기, 환류냉각기(교반되는 산화대로 환류하는 액체로서 벤조산을 냉각시키기 위해 벤조산의 융점(121.7℃)부근의 온도에서 작동되는) 및 측팔형 냉각기(부산물인 물을 제거하기 위해 수증기를 냉각시키도록 작동되는)를 부착한 산화용기내에서 실시할 수 있다. 압력 조절 발브는 전술한 냉각기들 사이에 또는 바람직하게, 수증기 냉각기 뒤에(예를 들어, 수증기 냉각기의 출구) 사용할 수 있다. 미응축된 기체들은 압력 감소발브를 통해 전술한 응축물 수집용기로부터 빼낼 수 있다. 반응 용기는 온도 및 압력측정장치와 반응물, 촉매작용 성분의 용매 용액을 채우고 유동 산화 유출액을 빼내는 도구를 부착하고 있어야만 한다. 상기한 장치로 벤조산-물 용매계의 물함량 조절을 쉽게 검출할 수 있고 물성분 물질평형을 기준으로 하여 3-15중량%의 범위내로 물함량을 조절할 수 있다. 생성된 부산물인 물의 양과 등량인 물 응축물의 측정된 양만을 버리고 나머지 응축물은 반응대역에 다시 돌려보내 일정한 압력에서 산화대를 조절한다.Continuous operation of the process of the present invention involves the use of a stirrer, reflux cooler (operated at a temperature near the melting point of benzoic acid (121.7 ° C.) to cool the benzoic acid as a liquid refluxed with agitated oxidizers) and a side arm cooler (byproduct water). Can be carried out in an oxidizing vessel attached thereto. The pressure regulating valve may be used between the coolers described above or preferably after the steam cooler (eg the outlet of the steam cooler). Uncondensed gases can be withdrawn from the condensate collection vessel described above via a pressure reducing valve. The reaction vessel must be equipped with a temperature and pressure measuring instrument and a tool for filling the solvent solution of the reactants and catalysis components and withdrawing the flowing oxidation effluent. The above-described apparatus can easily detect the water content control of the benzoic acid-water solvent system and control the water content within the range of 3-15% by weight based on the water content mass balance. Discard only the measured amount of the resulting by-product water and the equivalent water condensate, and return the remaining condensate back to the reaction zone to regulate the zone at constant pressure.

비교적 용매계에 불용인 메타 또는 파라프탈산 생성물은 유동 산화 유출액에서 벤조산이 액체가 되는 온도에서 여과 또는 원심분리 같은 고체-액체 분리법에 의해 유동산화 유출액으로부터 분리시킬 수 있다.Meta or paraphthalic acid products, which are relatively insoluble in the solvent system, can be separated from the fluid oxidation effluent by solid-liquid separation methods such as filtration or centrifugation at temperatures at which the benzoic acid becomes liquid in the fluid oxidation effluent.

이 유동 유출액은 온도가 175-235℃이고(벤조산 응고온도보다 높음) 압력이 6-25kg/cm2이므로 상기한 생성물은 유출액을 구내 냉각과 함께 감압시켜 분리시킬 수 있다. 이러한 감압은 주위압력 또는 부(負)압일 수 있다. 냉각된 유출액은 아직도 유동유출액이며 이를 상기한 고체 -액체 분리장치에 집어 넣는다.Since the flow effluent has a temperature of 175-235 ° C. (higher than the benzoic acid coagulation temperature) and a pressure of 6-25 kg / cm 2 , the above product can be separated by depressurizing the effluent with premises cooling. Such decompression may be ambient or negative pressure. The cooled effluent is still a flowing effluent and is placed in the solid-liquid separator described above.

바람직하게는 이 유출액을 부압으로 감압시켜 고체-액체 분리장치에서 어떠한 플래시 증발이 일어나지 않도록 한다.Preferably the effluent is depressurized to negative pressure so that no flash evaporation occurs in the solid-liquid separator.

분리된 결정성 제품을 뜨겁고 신선한 액체 벤조산으로 세척하고 그 다음에 크실렌, 톨루엔 또는 이들의 혼합물로 세척하여 부착된 벤조산을 제거한다. 세척된 제품을 건조시키고 건조에 의해 제거된 크실렌 또는 크실렌-톨루엔 혼합물을 재사용하기 위해 회수한다. 제품을 크실렌 및/또는 톨루엔으로 세척하는 것은 고체-액체 분리장치에서 실시할 수 있으나 바람직하게는 벤조산으로 세척된 고체 제품을 방향족 탄화수소에 현탁시켜 실시한다. 초산을 용매로 사용할 때보다 훨씬 고온에서 제품이 회수되기 때문에 전술한 분리 및 세척에 의해 고순도의 메타 또는 파라프탈산 제품이 수득되는 이점이 있다.The separated crystalline product is washed with hot fresh liquid benzoic acid and then with xylene, toluene or mixtures thereof to remove adhered benzoic acid. The washed product is dried and the xylene or xylene-toluene mixture removed by drying is recovered for reuse. Washing the product with xylene and / or toluene can be carried out in a solid-liquid separator, but preferably by suspending the solid product washed with benzoic acid in an aromatic hydrocarbon. Since the product is recovered at much higher temperatures than when using acetic acid as a solvent, there is an advantage that a high purity meta or paraphthalic acid product is obtained by the aforementioned separation and washing.

이와 같이 보다 고온에서 분리시키면 모액에 불순한 산화중간 물질들이 더 많이 남게 된다. 또한, 불순물에 대해 크실렌 및/또는 톨루엔 같은 방향족 탄화수소가 초산보다 더 좋은 용매이기 때문에 크실렌 및, 또는 톨루엔으로 세척하면 불순물이 더욱 제거된다.This separation at higher temperatures leaves more impurities in the mother liquor. In addition, because aromatic hydrocarbons such as xylene and / or toluene are better solvents than acetic acid for impurities, washing with xylene and / or toluene further removes the impurities.

일반적으로 본 발명 공정의 또다른 이점은 용매계의 유기성분을 덜 연소시키고, 통기 기류가 더 깨끗하고, 산화용기, 일련의 이동장치 및 제품 회수장치를 덜 부식시키고 반응압력이 보다 낮기 때문에 산화 반응기의 가격이 보다 낮다는 것이다.In general, another advantage of the process of the present invention is that the oxidation reactor is less burned, the air flow is cleaner, less corrosive to the oxidation vessel, the series of transport and product recovery, and the reaction pressure is lower. Is lower than the price.

용매계의 벤조산 성분의 연소는 용매대 크실렌의 중량비를 같게 하고 조작온도를 같게 하여 초산용매를 사용한 것보다 50%가 감소된다. 더구나, 벤조산 연소 생성물은 오로지 물과 탄소 산화물이므로 초산을 반응용매로 사용할 때에 필요로 하는 에스테르(메틸 아세테이트)의 분리 제거나 재순환 용도를 위해 이를 용매로부터 분리시키는 조작은 필요없게 된다. 또한 초산을 반응용매로 사용하는 경우의 발생되는 용매 증기량만큼의 비응축성 용매 증기가 배기되지 않게 된다. 이 때문에 본 발명 공정을 실시하는데 있어서 보다 깨끗한 기체가 배기된다.The combustion of the benzoic acid component of the solvent system is 50% lower than that of the acetic acid solvent using the same solvent to xylene weight ratio and the same operating temperature. Moreover, since benzoic acid combustion products are only water and carbon oxides, there is no need to separate them from solvents for the separation or removal of esters (methyl acetate) required when using acetic acid as a reaction solvent. In addition, non-condensable solvent vapor as much as the amount of solvent vapor generated when acetic acid is used as the reaction solvent is not exhausted. For this reason, a cleaner gas is exhausted in implementing the process of the present invention.

공기혼화된, 습한(3-15% 물) 벤조산은 촉매작용의 브롬성분을 포함해도 조작온도에서 브롬성분을 포함한 공기 혼화된 습한(5-10%의 물) 초산보다 대체로 부식성이 약하다. 벤조산-물 용매와 관련된 대체로 덜 심한 부식성 때문에 초산을 용매로 사용할때 쓰이는 티타늄 같은 비교적 비싼 금속보다 덜 비싼 SS 316/형 스테인레스 강철을 제조장치(특히, 냉각기) 제작에 사용할 수 있다.Air-mixed wet (3-15% water) benzoic acid is generally less corrosive than air-mixed wet (5-10% water) acetic acid containing bromine at the operating temperature even if it contains a catalytic bromine component. Due to the generally less severe corrosiveness associated with benzoic acid-water solvents, SS 316 / type stainless steels, which are less expensive than relatively expensive metals such as titanium, which are used as solvents in acetic acid, can be used in manufacturing equipment (especially chillers).

본 발명의 상업적 실시에 드는 자본투자 및 운전비용은 초산이나 무수 벤조산을 반응 용매로 사용할 때 보다 낮게 된다. 이와같이 저렴한 비용이 드는 것은 공정장치용 금속을 덜 비싼 것으로 사용하고, 산화반응용기 및 그 보조냉각기와 응축물 수여기의 조작압력이 보다 낮고 배기기체 세척과정이 감소되었고 결정화의 후반 공정단계(일반적으로 초산을 용매로 사용할 때는 둘 또는 세단계이다) 및 산화에 재순환시킬 용매를 회수하는 용매 분별과정이 삭제되었기 때문이다.The capital investment and running costs in the commercial practice of the invention are lower than when using acetic acid or benzoic anhydride as the reaction solvent. This lower cost uses less expensive metals for the process equipment, lower operating pressures on the oxidation reactor and its subcoolers and condensate collectors, reduces exhaust gas cleaning and reduces the later stages of crystallization (generally The use of acetic acid as a solvent is two or three steps) and the solvent fractionation process to recover the solvent to be recycled to oxidation is eliminated.

본 발명의 공정은 초산용매를 사용하는 공정과는 달리 용매계에 5중량% 이상의 물이 있으므로 해서 속도면에서 지연되지는 않지만, 20중량% 이상의 물이 있으면 반응속도가 지연된다.Unlike the process using the acetic acid solvent, the process of the present invention is not delayed in terms of speed because there is more than 5% by weight of water in the solvent system.

상술한 바와 같이, 본 발명 공정의 실시에 필수적인 조건은 6-24, 바람직하게는 14-20kg/cm2의 조작압력과 175-235℃의 범위내에서 선택된 조작온도를 거의 일정하게 조절할 수 있는 벤조산(85-97중량%) 및 물(15-3중량%)로 구성된 용매계의 조합이다.As mentioned above, the conditions essential for the implementation of the process of the present invention are 6-24, preferably 14-20 kg / cm 2 operating pressure and benzoic acid capable of almost constant control of the selected operating temperature within the range of 175-235 ° C. (85-97 wt%) and water (15-3 wt%).

구체적인 실시예에서 평균 조작온도로부터 거의 일정한 온도(±5℃ 이내임)를 잘 조절할 수 있는 용매조성물과 조작압력의 조합에 대해 설명할 것이며 이 분야에서 숙련된 사람들은 다른 유용한 조합을 선택하거나 고안할 수 있다.In a specific example, a combination of a solvent composition and an operating pressure that can well control an almost constant temperature (within ± 5 ° C) from the average operating temperature will be described. Those skilled in the art will select or devise other useful combinations. Can be.

액체 반응 혼합물에 공기를 잘 분산시키고 반응 혼합물로부터 열을 잘 제거할 수 있기 때문에 반응대에서 교반을 행하는 것이 중요하기는 하나, 이는 통상 기술의 교반 설계로 족하다. 예를 들어, 반응기 및 교반기-날 기하학의 통상의 설계수준, 교반양식 및 용매계에 제품 결정들을 현탁시켜 주는 교반기동력은 필요한 교반을 할 수 있도록 고려되어야 한다. 이러한 기준들은 소규모 장치에 의한 단순 실험으로 쉽게 얻어지는 실험 데이타와 공개된 동식을 기준으로부터 쉽게 계산될 수 있다.Although it is important to carry out agitation in the reaction zone because air can be well dispersed in the liquid reaction mixture and heat can be well removed from the reaction mixture, this is usually sufficient for the stirring design of the art. For example, the usual design level of reactor and agitator-blade geometry, agitation mode, and stirrer power to suspend product crystals in a solvent system should be considered to allow for the necessary agitation. These criteria can be easily calculated from the published data and experimental data obtained easily by simple experiments with small scale devices.

용매계 대 m-또는 p-크실렌의 유용한 중량비율은 전술한 바와 같이 2-10:1.0의 범위에 있다.Useful weight ratios of solvent system to m- or p-xylene are in the range of 2-10: 1.0 as described above.

예증이 되는 실시예에서는 공정 설계기사가 특정한 공정 디자인에 맞는 비율을 상기 범위에서 선택하거나 고안된 특정설계에 맞는 다른 비율을 선택하도록 그 기준을 제공한다.Illustrative embodiments provide criteria for the process design engineer to select a ratio that fits a particular process design in the above range or to select a different ratio that fits the particular design devised.

반응열은 후술하는 바와같이, 반응대로부터 증발시키기 위해 반응대에 물을 첨가하므로써 제거될 수 있다. 산화될 크실렌 kg당 물 5kg이 증발하면 반응열이 제거될 것이다. 열교환액(예를 들어, 반응대에서 관상 코일을 통해 흐르는 액)과 내부 간접 열교환의 공지방법에 의해서도 반응열을 제거할 수 있다.The heat of reaction can be removed by adding water to the reaction zone to evaporate it from the reaction zone, as described below. The heat of reaction will be removed if 5 kg of water per kg of xylene to be oxidized evaporate. The reaction heat can also be removed by a known method of heat exchange liquid (for example, liquid flowing through the tubular coil in the reaction zone) and internal indirect heat exchange.

또한, 반응열은 공지된 외부 유동루우프 열교환기들 중 어느 하나에 의해 제거될 수 있으며, 이 열교환기에서는 액체 반응 혼합물이 산화역으로부터 외부 열교환 루우프로 흘러가 간접 열교환, 예를 들어, 물과 열을 교환하고 증기를 생성한다. 냉각된 반응 혼합물을 교반된 반응대역으로 펌프질하여 돌려보낸다.The heat of reaction can also be removed by any of the known external flow loop heat exchangers, in which the liquid reaction mixture flows from the oxidation zone to the external heat exchange loop, exchanging heat with indirect heat exchange, for example, water. And generate steam. The cooled reaction mixture is pumped back into the stirred reaction zone.

이밖에 반응열을 제거하기 위한 많은 유용한 방법도 사용될 수 있다.Many other useful methods for removing the heat of reaction can also be used.

0.3 내지 1.5중량%의 총금속 및 0.3 내지 1.5중량%의 브롬으로 된 촉매작용 성분의 매개변수에 대해서는 위에서 언급하지 않았으며 양자 비율은 크실렌을 기본으로 하여 원소상태로서 계산된 것이다.The parameters of the catalysis component of 0.3 to 1.5 wt% total metal and 0.3 to 1.5 wt% bromine are not mentioned above and the proton ratios are calculated as elemental states based on xylene.

바람직하게는 반응 용매를 증발시키므로써 반응열을 제거하며 이는 3단계 냉각기에 의해 냉각된다. 반응기의 H2O는 냉각기의 마지막 단계에서 제거되고 다른 냉각액체는 크실렌을 기제로 하는 반응기로 돌아간다.Preferably the heat of reaction is removed by evaporating the reaction solvent which is cooled by a three stage cooler. The H 2 O of the reactor is removed at the last stage of the cooler and the other cooling liquid is returned to the reactor based on xylene.

Mn, Co 및 Ce의 적당한 공급원은 벤조산-물 용매계에 용해할 수 있는 이 금속들의 염일 수 있다.Suitable sources of Mn, Co and Ce may be salts of these metals that can be dissolved in the benzoic acid-water solvent system.

이러한 염에는 브로마이드 뿐만 아니라 카복실레이트(아세테이트, 프로피오네이트, 부티레이트, 타프테네이트 및 벤조에이트), 복합체 아세틸 아세토네이트 및 에틸렌 디아민 테트라아세테이트가 포함된다.Such salts include bromide as well as carboxylates (acetate, propionate, butyrate, taffetenate and benzoate), complex acetyl acetonates and ethylene diamine tetraacetate.

브롬원 물질은 원소브롬, 암모늄 브로마이드를 포함한 이온형태 브롬, 촉매작용의 전이금속 성분의 브로마이드, 하이드로겐 브로마이드 그대로나 또는 브롬산, 나트륨 또는 포타슘 브로마이드 또는 나트륨 또는 포타슘 브로메이트 및 유기 브로마이드(테트라브로모에탄, 디브로모에틸렌벤, 질브로마이드 및 브로모벤젠을 포함)일 수 있다.Bromine sources include elemental bromine, ionic bromine, including ammonium bromide, bromide of catalyzed transition metals, hydrogen bromide as is or bromic acid, sodium or potassium bromide or sodium or potassium bromate and organic bromide (tetrabromo Carbon, dibromoethylenebene, zylbromide and bromobenzene.

이러한 브롬원 물질은 미합중국 특허 제2,833,816호 및 그의 외국 대응특허에 공지되어 있다.Such bromine source materials are known from US Pat. No. 2,833,816 and its foreign counterparts.

하기 13개 실시예는 p-크실렌(PX)을 공기 산화시켜 테레프탈산(TA)을 제조하는, 반연속 산화에 의한 본 발명 공정의 실시에 대해 설명한다. 산화장치는 반응대를 교반하는 교반기를 가진 원통형 산화 용기로서, p-크실렌을 모두 충진시키고 공기촌화시킨후 사용된 용매계 및 현탁시킨 제품의 양이 용기 총부피의 약 60부피%를 차지하게 된다. 나머지 40부피 페센트는 반응대에서 교반된 액으로부터 나온 기체 및 수증기를 유리시키기 위해 마련된 것이다.The following thirteen examples illustrate the practice of the process of the present invention by semi-continuous oxidation to produce terephthalic acid (TA) by air oxidizing p-xylene (PX). The oxidizer is a cylindrical oxidation vessel with a stirrer that stirs the reaction zone, and the amount of solvent-based and suspended products used after the p-xylene has been filled and airized, accounts for about 60% by volume of the total volume of the vessel. . The remaining 40 volume percent is intended to liberate gas and water vapor from the stirred liquor in the reaction zone.

상기 산화용기는 산화대의 하부로 공기를 도입시키는 수단, p-크실렌과 물을 산화대의 상부로 도입시키는 수단, 유동 산화 유출액을 전술한 용기 바닥으로부터 방출시키는 수단, 기체와 증기의 유리시킨 혼합물을 용기의 최상부로부터 방출시키는 수단 및 주의압력 이상의 압력에서 조작하기 위해 용기를 밀봉하는 수단을 갖추고 있다.The vessel is provided with a means for introducing air to the bottom of the oxidizing table, a means for introducing p-xylene and water to the top of the oxidizing table, a means for discharging the flowing oxidation effluent from the bottom of the vessel described above, and a free mixture of gas and vapor in the vessel Means for discharging from the top of the and for sealing the vessel for operation at pressures above the caution pressure.

최상부 방출수단을 벤조산을 냉각시키는 환류 냉각기와 연결시키고 물을 냉각시키도록 조작된 측팔형 냉각기로 그 환류물과 미응축된 기체 및 증기를 방출시킨다.The top discharge means is connected to a reflux condenser that cools the benzoic acid and the reflux and uncondensed gas and vapor are released to a side arm cooler that is operated to cool the water.

수증기 냉각기는 물 응축물을 수집하고 미응축된 기체(질소, 산소 및 탄소 산화물의 혼합물)를 소량의 수증기와 함께 최상부로부터 압력조절 발브가 장치된 통기장치를 통해 방출시키는 수여용기와 연결시킨다.The steam cooler collects water condensate and connects the uncondensed gas (mixture of nitrogen, oxygen and carbon oxides) with a small amount of water vapor through a vent with a pressure regulating valve from the top.

물 동결 트랩은 전술한 압력조절 발브(조절할 수 있음)와 통기될 기체를 샘플화하고 분석하는 기구 사이에 위치한다.The water freeze trap is located between the aforementioned pressure regulating valve (adjustable) and the instrument for sampling and analyzing the gas to be vented.

p-크실렌은 가압형 투입탱크로부터 펌프하여 계량후에, 산화대로 투입된다. 가압형 투입탱크(산화대 압력이상인 3.5kg/cm2), 계량침 발브 및 로우터 미터의 조합에 의해 물을 산화대로 충진시킨다. 그러나 볼발브(ball valve)를 통한 또다른 측관이 반응물을 급냉하지 않으면 반응온도를 조절할 수 없는 불시증가가 일어나는 경우에 반응대에 다량의 물을 가하여 반응물을 급냉하도록 마련되어 있다.The p-xylene is pumped from the pressurized input tank and metered into the oxidizing zone. The water is filled with an oxidizing zone by the combination of a pressurized input tank (3.5kg / cm 2 above the pressure of the oxidizing zone), the metering valve and the rotor meter. However, another side pipe through the ball valve is prepared to quench the reactants by adding a large amount of water to the reaction zone in case of an unforeseen increase in control of the reaction temperature without quenching the reactants.

조절할 수 있는 수단은 최초로 반응용기에 충진된 산화대 시스템에 있는 교반액 또는 유동 내용물을 가열하거나 냉각시키고, p-크실렌 및 공기를 처음 도입할 때까지, 필요하다면 p-크실렌의 도입을 끝낸 후까지 상기 용액을 조작온도에서 유지시킨다. 환류 냉각기는 공기 가압 증기 조절기를 통해 도입된 최고압력 7kg/cm2의 증기로 가열한다. 공기압력을 조절하므로써 냉각기에 대한 0-7kg/cm2의 증기압력을 조절하여 그 조작온도를 조절할 수 있다. 상기 공기압력은 역으로 반응대여의 온도에 대응하여 조절된다. 이와 같이 산화대역의 온도에 대응하는 냉각기 온도를 조절하기 위해 반응온도가 감소하면 증기압력이 증가되고, 반응 온도가 증가하면 증기압력이 감소된다. 증기압력의 구내 증가는 용매계의 물 함량을 감소시키고 증기압력의 감소는 용매계의 물함량을 증가시킨다. 후술하는 실시예에서 기술된 환류냉각기의 온도(증기투입압력)를 조절하여 반응온도를 조절하는 장치는 상당히 정밀하여 냉각시에 많은 양의 물을 가할 필요가 없었다. 그러나, 출구 증기 유동속도가 느리고 배기기체의 온도조절이 어려울 때에는 소량의 물을 주입시켜 보다 정확한 온도 조절을 보다 용이하게 하였다.Controllable means are first heated or cooled in the agitation liquid or flow contents in the oxidation zone system charged to the reaction vessel, and until the first introduction of p-xylene and air, if necessary until after the introduction of p-xylene. The solution is kept at operating temperature. The reflux cooler is heated with steam at a maximum pressure of 7 kg / cm 2 introduced through an air pressurized steam regulator. By adjusting the air pressure, the operating temperature can be controlled by adjusting the steam pressure of 0-7kg / cm 2 to the chiller. The air pressure is inversely adjusted in response to the temperature of the reaction rental. As such, the steam pressure is increased when the reaction temperature is decreased to adjust the cooler temperature corresponding to the temperature of the oxidation zone, and the steam pressure is decreased when the reaction temperature is increased. Increasing the vapor pressure in the premises reduces the water content of the solvent system and decreasing the vapor pressure increases the water content of the solvent system. The apparatus for controlling the reaction temperature by adjusting the temperature (steam injection pressure) of the reflux cooler described in the following examples is quite precise, and it is not necessary to add a large amount of water during cooling. However, when the outlet steam flow rate is slow and the temperature of the exhaust gas is difficult to control, a small amount of water is injected to make the temperature control more accurate.

[표 I]벤조산- 물 용매에서의 p-크실렌 산화Table I p-xylene oxidation in water solvent

Figure kpo00001
Figure kpo00001

ND는 검출되지 않음을 뜻한다.ND means not detected.

*총반응 유출액은 주위 온도로 가압하여 수득된 것임. 따라서 물성분은 플래시 증발되었다.* The total reaction effluent is obtained by pressurizing to ambient temperature. Thus the water component was flash evaporated.

하기 실시예 9-14의 p-크실렌 산화는 실시예 1-8에 대해 설명한 것과 같은 방법, 같은 장치에서 실시한다. 다만 실시예 14에서는 반응 용매를 실시예 13으로부터 나온 벤조산 모액 80%와 물, 신선한 벤조산 및 초산 망간 4수화물을 합하여 만든다. 그러므로 중간 생성물인 4-CBA 및 p-톨루산이 축적되고 회수된 제품의 색이 진해진다.The p-xylene oxidation of the following Examples 9-14 is carried out in the same manner as in Example 1-8 and in the same apparatus. In Example 14, however, a reaction solvent was prepared by combining 80% of the benzoic acid mother liquor from Example 13 with water, fresh benzoic acid, and manganese acetate tetrahydrate. Therefore, 4-CBA and p-toluic acid, which are intermediate products, accumulate and the color of the recovered product becomes dark.

[표 II]벤조산-물 용매에서의 p-크실렌의 산화Table II-Oxidation of p-xylene in benzoic acid-water solvent

Figure kpo00002
Figure kpo00002

*최저-최고* lowest-highest

하기 p-크실렌 산화는 본 발명 산화공정의 연속실시를 설명하고 있다. 이 연속산화는 장치의 부품들이 보다 크다는 것을 제외하고는 전술한 14개 실시예의 산화에 대해 설명한 바와 같이 같은 형태의 장치내에서 실시한다. 시간당 p-크실렌 투여량이 보다 많기 때문에 장치의 부품들이 보다 큰 것이다. 연속산화는 반-연속산화와 같은 방법으로 시작되고 용매(최초로 충진된) 대 p-크실렌의 중량비가 도달할 때까지 p-크실렌을 펌프질하여 조작된다. 그런 다음 촉매작용 성분의 용매 용액을 용매/크실렌 비율을 유지시키는 비율로 반응대역에 펌프질하여 넣고 표 Ⅲ에 나타난 바와 같이 잔류시간을 유지할 수 있는 속도로 TRE를 빼낸다.The following p-xylene oxidation illustrates the continuous implementation of the oxidation process of the present invention. This continuous oxidation is carried out in the same type of device as described for the oxidation of the 14 embodiments described above, except that the components of the device are larger. The parts of the device are larger because of the higher p-xylene dosage per hour. Continuous oxidation begins in the same way as semi-continuous oxidation and is operated by pumping p-xylene until the weight ratio of solvent (first filled) to p-xylene is reached. The solvent solution of the catalysis component is then pumped into the reaction zone at a rate that maintains the solvent / xylene ratio and the TRE is withdrawn at a rate that can maintain the retention time as shown in Table III.

[표 III]벤조산-물 용매에서의 p-크실렌 산화Table III P-Xylene Oxidation in Benzoic Acid-Water Solvent

Figure kpo00003
Figure kpo00003

대조용 실시예 1에 의해 p-크실렌 산화를 실시할 때는 부산물인 물을 제거하지 않았다. 즉, 환류 냉각기가 모든 물과 벤조산 응축물은 산화대로 돌려보내는 온도에서 조작되었다. 이는 정상 조작에서 벤조산-물 용매계의 물 농도를 10중량% 내지 18중량%로 증가시킨다.When p-xylene oxidation was carried out in Comparative Example 1, water as a byproduct was not removed. That is, the reflux cooler was operated at a temperature where all the water and benzoic acid condensate returned to the oxidizing zone. This increases the water concentration of the benzoic acid-water solvent system from 10% to 18% by weight in normal operation.

이와같은 물함량 18%는 받아들일 수 있는 정도의 산화속도를 위한 상한선인 15% 보다 높은 것이다. 또한 p-크실렌 225g을 촉매작용 성분을 함유하는 용매계의 최초 충진물에 가하고, 공기를 도입시키므로써 최초로 충진된 p-크실렌을 전환시킬 수 있는 시간(계산된)까지 p-크실렌 펌프질을 지연시킨다. 이러한 수정된 조작조건 아래 교반된 산화대역의 온도는 계획된 217℃로 조절할 수 없고 오히려 이 온도보다 상당히 낮거나 높은 온도로 조절한다. 또한 탄소 산화물의 제조 및 대체로 변동하는 배기 기체중의 산소함량(이는 반응온도의 조절이 형편없음을 뜻할 뿐만 아니라 공기 삽입에 의해서도 산화대역에서의 산소농도가 너무 높거나 낮은 조건임을 뜻한다)이 일정하였다. 반응도 및 일정한 온도를 조절하는 역효과는 TA로 산화되는 목적하는 속도를 상당히 감소시킬 정도의 농도로 방향족 공산물과 부산물을 형성한다는 것이다.This 18% water content is higher than 15%, the upper limit for acceptable oxidation rates. In addition, 225 g of p-xylene is added to the initial fill of the solvent system containing the catalysis component and air is introduced to delay the p-xylene pumping up to the time (calculated) at which the initially charged p-xylene can be converted. Under these modified operating conditions, the temperature of the stirred zone is not controlled to the planned 217 ° C, but rather to a temperature significantly lower or higher than this temperature. In addition, the production of carbon oxides and the fluctuating oxygen content in the flue gas (which not only means poor control of the reaction temperature, but also mean that the oxygen concentration in the oxidation zone is too high or too low by air insertion) are constant. It was. The adverse effect of controlling the reactivity and the constant temperature is that it forms aromatic products and by-products in concentrations that will significantly reduce the desired rate of oxidation to TA.

비교 실시예 Ⅱ의 산화를 위해 환류 냉각기의 온도를 증가시켜 121℃의 온도에서 기체-증기 혼합물중의 부산물인 물을 제거하고 용매계의 물 농도를 10%로 유지시켰다.The temperature of the reflux condenser was increased for the oxidation of Comparative Example II to remove water as a byproduct in the gas-vapor mixture at a temperature of 121 ° C. and maintain the water concentration in the solvent system at 10%.

그러나 p-크실렌(908g)은 다시 미리 충진시켰다.However, p-xylene (908g) was prefilled again.

그러나 산화대역의 온도가 다시 순환하므로 218℃의 일정온도를 유지할 수가 없었고 대체로 산소 소비량은 적었다.However, because the temperature of the oxidation zone was circulated again, constant temperature of 218 ° C could not be maintained and oxygen consumption was generally low.

산화대역의 온도는 최고 226.5℃까지 올라갔고 이 온도에서 산소 소비가 예민하게 증가하였으며, 이는 배기기체외 산소함량이 구내 75%로 강화하는 것으로 알 수 있다.Oxidation zone temperature was up to 226.5 ℃ and oxygen consumption was sharply increased at this temperature, it can be seen that the oxygen content outside the exhaust gas is enhanced to 75% in the premises.

또한, 배기기체 샘플화 및 분석장치 앞에 있는 냉각 트랩에 p-크실렌 응축물이 축적되어 있었다. 그러므로 대부분의 p-크실렌이 14.06kg/cm2의 압력으로 유지된 산화대역으로 들어가면서 증발되었고 산화되지는 않았다. 환류냉각기의 온도를 근절하게 유지시킬 수 없었으므로 반응 온도의 근접조절은 불가능했다.In addition, p-xylene condensate was accumulated in the cooling trap in front of the exhaust gas sampling and analysis device. Therefore, most p-xylene evaporated and did not oxidize into the oxidation zone maintained at a pressure of 14.06 kg / cm 2 . Close control of the reaction temperature was not possible because the temperature of the reflux condenser could not be maintained.

실시예 15를 실시하기 위해, 뜨거운 물을 냉각기에 삽입하기 위한 기구에 첨가된, 조절할 수 있는 증기 흐름으로 가열시킨 물에 의해 환류냉각기의 조작온도를 유지시킨다.To implement Example 15, the operating temperature of the reflux condenser is maintained by water heated with an adjustable vapor stream added to a mechanism for inserting hot water into the chiller.

이렇게 하여 환류냉각기의 온도를 121±0.5℃의 범위에서 근접하게 조절할 수 있다. 이러한 환류냉각기 조작온도의 근접조절과 표시된 반응대 압력을 사용하므로써 226.5℃에서 반응온도의 근접조절을 이룩하고 산소 소비는 정상이 된다.In this way, the temperature of the reflux cooler can be controlled closely in the range of 121 ± 0.5 ° C. Proximity control of the reflux cooler operation temperature and the indicated reaction zone pressure are used to achieve close control of the reaction temperature at 226.5 ° C. and oxygen consumption is normal.

전술한 실시예에서 p-크실렌 대신 m-크실렌을 치환하여 유사하게 85-95 벤조산 및 15-5% 물 시스템에서 색깔이 좋고 순도가 좋은 이소프탈산을 고수율로 제조할 수 있다.In the above-described embodiment, m-xylene may be substituted for p-xylene to similarly produce high color and high purity isophthalic acid in 85-95 benzoic acid and 15-5% water system.

Claims (1)

상승 산화대역 압력에 의해 275℃의 상승온도에서 액상으로 유지되는, 하나 또는 그 이상의 전이금속 산화촉매와 브롬원(源) 물질로 구성되는 촉매 성분의 모노 카복실산 용액 존재하에 275℃로 승온된 산화대역에서 m-또는 p-크실렌을 공기로 산화시켜 메타 또는 파라프탈산을 제조하는 방법에 있어서 용매제 성분을 벤조산 85 내지 97중량% 및 물 15 내지 3중량%로 유지하고, 산화대역의 압력은 6 내지 25kg/cm2로 유지하고 산화대역으로부터의 배기기체를 냉각시킴으로서 환류액중의 벤조산을 응축시키고 부생되는 물을 증기로 제거하고, 또한 산화대역으로 재순환되는 물의 양을 산화대역의 온도가 선정된 온도로부터 ±5℃ 범위내에서 변동하도록 변화시킴으로서, 주로 액상 벤조산과 물로 구성되는 용매계내에 전이금속 성분으로서 망간이나 코발트 및 세륨중 어느 하나나 물과 망간과의 조합물이 사용된 촉매물질을 함유하는 교반 산화대역에서 175 내지 235℃ 온도 범위내에서 선정된 온도로 거의 일정하게 유지되는 산화대역의 온도에서 m-또는 p-크실렌을 반연속 또는 연속공정으로 공기산화시키며, 이때 산화대역에서의 용매계/크실렌의 중량비가 2 내지 10:1.0 범위이고, 용매계내의 촉매성분이 브롬/총금속의 중량비를 총금속 1중량부당 브롬 0.5 내지 2.5중량부 범위들 유지함과 동시에 크실렌을 기준으로 하여 0.2 내지 1.5중량%의 총금속과 0.2 내지 1.5 중량%의 브롬이고, 이 반응대역에 장입되는 공기/크실렌의 비율이 이 반응대역으로부터 나온 배기기체중의 산소함량이 3 내지 10부피%가 되도록 함을 특징으로 하는 메타 또는 파라프탈산의 제조방법.Oxidation zone heated to 275 ° C in the presence of a monocarboxylic acid solution of a catalyst component consisting of one or more transition metal oxidation catalysts and bromine source, maintained in the liquid phase at an elevated temperature of 275 ° C by the elevated oxidation zone pressure In the process for producing meta or paraphthalic acid by oxidizing m- or p-xylene with air at 85 to 97% by weight of benzoic acid and 15 to 3% by weight of water, and the pressure of the oxidation zone is 6 to By maintaining the temperature at 25 kg / cm 2 and cooling the exhaust gas from the oxidation zone, condensation of the benzoic acid in the reflux solution, removal of by-product water with steam, and the amount of water recycled to the oxidation zone, the temperature at which the oxidation zone is selected By varying the temperature within ± 5 ° C. from the range of ± 5 ° C. to manganese or cobalt and as transition metal components in a solvent system consisting primarily of liquid benzoic acid and water. M- or p at the temperature of the oxidation zone where either of the cerium is maintained almost constant at a predetermined temperature within the temperature range of 175 to 235 ° C. in the stirred oxidation zone containing the catalytic material in which the combination of water and manganese is used. -Xylene is air oxidized in a semi-continuous or continuous process, in which the weight ratio of solvent / xylene in the oxidation zone is in the range of 2 to 10: 1.0, and the catalyst component in the solvent system is the weight ratio of bromine / total metal to 1 weight of total metal. Bromine per 0.5 to 2.5 parts by weight while maintaining the range of 0.2 to 1.5% by weight of total metals and 0.2 to 1.5% by weight of bromine, based on xylene, the ratio of air / xylene charged in this reaction zone Method for producing meta or paraphthalic acid, characterized in that the oxygen content in the exhaust gas from the 3 to 10% by volume.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103012120A (en) * 2011-09-27 2013-04-03 中国石油化工股份有限公司 Method for preparing terephthalic acid by oxidation refining process

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