MXPA02003036A

MXPA02003036A - Proceso para la produccion de acido tereftalico puro con recuperacion mejorada de precursores, solvente y acetato de metilo.

Info

Publication number: MXPA02003036A
Application number: MXPA02003036A
Authority: MX
Inventors: David Parten William
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-10-23
Also published as: AR035992A1; DZ3061A1; EP1214285B1; DE60006694D1; US6143926A; ATE254591T1; ES2209953T3; CA2380625C; WO2001021571A1; CN1374937A; MY128616A; EG22730A; KR100658555B1; TW506965B; DE60006694T2; KR20020029137A; CA2380625A1; JP2003509484A; ZA200200892B; EP1214285A1

Abstract

Un proceso para producir acido tereftalico puro, que tiene medios mejorados para recuperar y/o recircular precursores del acido tereftalico, acido acetico residual y otros subproductos de reaccion, tal como acetato de metilo.

Description

PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ACIDO TEREFTALICO PURO CON RECUPERACIÓN MEJORADA DE PRECURSORES, SOLVENTE Y ACETATO DE METILO Antecedentes de la Invención La presente invención se refiere a un proceso integrado continuo para producir ácido tereftálico puro, y, en forma más particular, a un proceso integrado que tiene medios mejorados para recuperar y/o recircular precursores del ácido tereftálico, ácido acético residual y otros subproductos de reacción, tal como acetato de metilo. El ácido tereftálico se produce comercialmente en un proceso de dos etapas el cual empieza con oxidación por aire (oxigeno molecular) de paraxileno en la presencia de un sistema de catalizador de bromuro metálico en solvente de ácido acético. Un producto de ácido tereftálico crudo, es decir impuro, se aisla a partir de una pasta aguada en la etapa de oxidación, normalmente como un polvo cristalino seco. El ácido tereftálico crudo se recupera a partir de la pasta aguada en la forma de una torta húmeda la cual se lava cuando sea necesario con ácido acético o agua. La torta húmeda se envia entonces a un secador en donde cualquier solvente adherente se remueve para formar el ácido REF 136097 - -*-* *"_** • -- i Jt » < I .4 > * } f ," tereftálico crudo. El agua se produce como un subproducto significante de la reacción de oxidación y se remueve de la zona de reacción en una corriente de descarga de gases de reacción. La corriente de descarga de gases también incluye ácido acético y bajos niveles de acetato de metilo, el cual es un subproducto de reacción que puede resultar de la oxidación de ácido acético. Un medio preferido para separar y recuperar el ácido acético de la corriente de descarga de gases la recirculación es a través de destilación azeotrópica del condensado de la corriente de descarga de gases usando un agente separador orgánico seleccionado de, por ejemplo, acetato de n-butilo, acetato de n-propilo y acetato de isobutilo. En tales casos en donde la alimentación principal para el proceso de destilación azeotrópica se deriva a partir de las sobrecargas de la reacción de oxidación, la presencia de acetato de metilo en la corriente de alimentación puede afectar en forma adversa la cantidad de agua la cual se puede remover a partir del condensado en forma azeotrópica debido a que el azeotropo agua/acetato de metilo está en la región de fase única, es decir, el azeotropo de agua tendrá un bajo contenido de agua.

En la segunda etapa del proceso, es decir, la etapa de purificación, los cristales de ácido tereftálico crudo $e disuelven en agua a presión y temperatura elevadas, y la solución resultante se somete a hidrogenación en la presencia de un catalizador de hidrogenación de metal Noble del Grupo VIII. El ácido purificado se recupera al cristalizar el ácido de la solución acuosa tratada con hidrógeno. La mayoría de las impurezas principales, las cuales son ácido p-toluico derivado del compuesto 4-carboxibenzaldehido y cuerpos de color no identificados, conjuntamente con algunos otros componentes orgánicos, tal como ácido benzoico y ácido tereftálico residual, quedan disueltas en la solución acuosa. Esta solución acuosa la cual permanece, es referida como * licor madre vegetal puro", es decir, PPML. Sin embargo, los procesos comerciales de dos etapas, más recientes, han deseado eliminar la necesidad de recuperar el ácido tereftálico crudo como un producto seco separado. En cambio, el proceso ha sufrido grados de integración por medio del cual los cristales de ácido tereftálico crudo se pueden recuperar a partir de la pasta aguada formada en la etapa de oxidación como una torta húmeda depositando la pasta aguada en una banda de movimiento de material filtrador. La torta húmeda se lava entonces con agua u otro solvente de acuerdo con una serie predeterminada de pasos de lavado, y luego se puede volver a disolver casi inmediatamente en agua para purificación sin la necesidad de un paso de secado separado. El proceso integrado permite la economía mejorada en donde es posible recuperar y recircular el licor madre vegetal puro resultante. Sin embargo, bajo algunas condiciones de operación una cantidad residual de ácido acético puede 'deslizarse" a través del proceso de intercambio de filtración/solvente, es decir, cantidades residuales retenidas dentro del ácido crudo recuperado, y encuentra su forma en la solución de licor madre acuosa. La presencia del ácido acético en el licor madre vegetal puro puede ser problemático para intentar recircularlo para uso en otro lugar en el proceso. Por consiguiente, se necesita un método para contar los niveles de ácido acético residual y acetato de metilo en el proceso asi como también para proporcionar la recirculación del ácido tereftálico residual, precursores del ácido y licor madre vegetal puro para lograr la economía mejorada de un proceso integrado. __! LIJ____'_ ' _>k ?_l___s? - * J_ ^H»|^ i ' Breve Descripción de la Invención La presente invención proporciona un mejoramiento en un proceso continuo para producir ácido tereftálico puro, este proceso comprende los pasos de: (a) hacer reaccionar el paraxileno con aire en la presencia de ácido acético y un catalizador a presión elevada y temperatura para producir el ácido tereftálico crudo; (b) recuperar el ácido tereftálico crudo, incluyendo una cantidad de ácido acético residual y ácido paratoluico; y (c) purificar el ácido tereftálico crudo al mezclarlo con agua y elevar la temperatura y presión de la mezcla para formar una solución acuosa, poniendo en contacto la solución acuosa con hidrógeno en la presencia de un catalizador, ajustando la presión y temperatura de la solución hidrogenada por lo cual el precipitado de cristales de ácido tereftálico puro y ácido acético residual y ácido paratoluico permanecen en la solución hidrogenada para formar un licor madre vegetal puro, y recuperar los cristales de ácido tereftálico puro a partir del licor madre vegetal puro. El mejoramiento comprende: (i) poner en contacto el licor madre vegetal puro con paraxileno para formar un sistema de dos fases que comprende una fase acuosa la cual contiene ácido acético residual y una fase orgánica la cual contiene ácido paratoluico y paraxileno; (ii) regresar la fase orgánica a la reacción de oxidación del paso (a) ; (iii) alimentar la fase acuosa a por lo menos un dispositivo de contacto adicional simultáneamente con una corriente de condensado que comprende agua, acetato de metilo y componentes orgánicos para formar una segunda fase acuosa y una segunda fase orgánica a través de la cual se divide el acetato de metilo y el ácido acético residual; y (iv) recuperar el acetato de metilo a partir de la segunda fase acuosa y recuperar ácido acético a partir de la segunda fase orgánica.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama de bloques del proceso esquemático simplificado para realizar una modalidad de la invención.

Descripción Detallada de la Invención La presente invención proporciona recircular precursores de ácido tereftálico, es decir, ácido paratoluico, y cantidades residuales de ácido tereftálico .4 . dejadas atrás en el licor madre vegetal puro para la reacción de oxidación mientras que los niveles de control del acetato de metilo y ácido acético residual en un proceso integrado continuo producen ácido tereftálico puro. El término * integrado" se usa aqui para significar un proceso convencional de dos etapas para producir ácido tereftálico puro el cual ha sufrido un acoplamiento de la primera etapa de oxidación con la segunda etapa de purificación para eliminar por esto la necesidad de aislar y recuperar el ácido tereftálico crudo como un polvo cristalino seco a partir de la etapa de oxidación. Aunque la invención se refiere a un proceso integrado, también se puede aplicar con resultados satisfactorios a un proceso convencional de dos etapas. La primera etapa de un proceso típico de dos etapas, involucra la producción de ácido tereftálico impuro, es decir, crudo, por oxidación con aire de fase liquida (oxigeno molecular) del paraxileno en un solvente de ácido carboxilico alifático, tal como ácido acético, usando un metal pesado y catalizador de bromo como se describe, por ejemplo, en Saffer et al. Patente Norteamericana 2,833,816. La reacción de oxidación se realiza usando un reactor agitado, y la reacción se acompaña por la producción de una corriente de vapor de sobrecarga que comprende vapor de agua, » > . , ácido acético y una cantidad de acetato de metilo. La concentración de los componentes que comprenden la corriente de vapor de sobrecarga del reactor puede variar sobre un amplio intervalo que depende de las condiciones de operación reales. Típicamente la corriente de vapor comprenderá en el intervalo de 69% p/p de ácido acético, 12% p/p de agua, 1% p/p de acetato de metilo con el resto que son componentes que en gran parte no se pueden condensar, tal como nitrógeno. La Figura 1 es un diagrama de bloques del proceso esquemático simplificado de un proceso de dos etapas para los propósitos de ilustración. La oxidación de paraxileno se realiza en una unidad de oxidación xOU' . La corriente de vapor de sobrecarga se retira del reactor y se enfria dentro de la OU para formar un primer condensado. Algo o todo de este primer condensado llega a ser una corriente de alimentación mostrada como linea 1 a una torre de destilación azeotrópica ?DH' . La destilación azeotrópica ha probado ser un método económico para separar el ácido acético del agua en donde se realiza la separación en la presencia de un agente separador orgánico seleccionado de, por ejemplo, acetato de n-butilo, acetato de n-propilo y acetato de isobutilo. La separación resulta en un producto de los fondos que comprende alrededor de 95% en peso de ácido acético, el cual es recirculado via la linea 8 a la reacción de oxidación, y un producto de la parte superior que comprende agua, acetato de metilo y agente separador orgánico. El producto de la parte alta via la linea 9 es, a su vez, enfriado, es decir, condensado, en el condensador C para formar un segundo condensado. El acetato de metilo tiende a permanecer en la fase orgánica y cuando se regresa a la torre azeotrópica tenderá a interferir con la separación de ácido acético a partir de agua a causa de que el azeotropo de acetato de metilo tiene un bajo contenido de agua y está en la región de fase única. La presente invención, por lo tanto, se dirige, en parte, a controlar el nivel de acetato de metilo en la torre azeotrópica. La reacción de oxidación produce una pasta aguada de cristales de ácido tereftálico crudo mostrado como la linea 3. Los cristales de ácido se pueden recuperar a partir de la pasta aguada por cualquier medio de intercambio de solvente adecuado XSE' , tal como, por ejemplo centrifuga (s) , filtro (s) de tambor giratorio o filtro (s) de banda transportadora dispuestos para rehacer la pasta aguada cuando sea apropiado para el intercambio del solvente efectivo. A pesar de lo cual se emplea el método para -?= íj ü* " 1??t 1 - - s I &. . i ,>-. <? ' I j intercambio de solvente, en la práctica, los cristales de ácido tereftálico crudo son recuperados de la pasta aguada, usualmente en la forma de una torta húmeda, la cual se lava entonces al menos una vez, pero preferiblemente varias veces en una serie de pasos de lavado, con ya sea agua pura, es decir, fresca, o agua de reposición via la línea 5 la cual se ha recirculado desde alguna otra parte del proceso. El agua para lavar, la cual ahora contiene una cantidad substancial de solvente de ácido acético, se puede recircular a la reacción de oxidación vía la línea 4 . Los cristales de ácido crudo recuperados en un proceso integrado se pueden transferir entonces vía la línea 6 e inmediatamente se vuelven a disolver en agua para formar una solución de ácido impuro IA' para empezar la etapa de purificación del proceso. La purificación del ácido crudo se realiza poniendo en contacto la solución y el hidrógeno, o un gas que contiene hidrógeno prehumidificado, con un catalizador de metal Noble del Grupo VIII en un ?PP' vegetal puro. A causa de su baja solubilidad, el ácido tereftélico requiere de ya sea grandes volúmenes de agua o altas temperaturas para obtener la solución de ácido tereftálico deseada. En la práctica, el proceso de hidrogenación se puede conducir a una temperatura * '* i i dentro del rango de 200°C hasta la temperatura crítica de agua, es decir, 374°C. Dentro del intervalo de temperatura preferido, se usan soluciones de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 35% en peso de ácido tereftálico. La mayoría de las impurezas en el ácido tereftálico impuro se ocluyen en los cristales de ácido. Volviendo a disolver los cristales crudos en agua (IA) la solución puede ser transferida vía la línea 20 al vegetal puro con las impurezas en solución y se somete al tratamiento de hidrogenación catalítico. Las condiciones de presión para el proceso de hidrogenación dependen de la manera en la cual el proceso es conducido. Puesto que la temperatura de la solución está substancialmente por arriba del punto de ebullición de agua, y puesto que es deseable para mantener la solución acuosa en la fase líquida, la hidrogenación se realiza en un reactor a una presión superior a la presión atmosférica, es decir, típicamente en el intervalo de 4000 kPa hasta 20,000 kPa. El nivel de presión se selecciona para no mantener únicamente la solución acuosa de ácido tereftálico impuro e hidrógeno en la fase líquida, pero también para prevenir la cristalización prematura del ácido debido a las variaciones del proceso menor que pueden causar la vaporización de algo de solvente. _ *4 Esto se realiza fácilmente por el uso de un gas no condensable inerte tal como nitrógeno. Por gas "inerte" se entiende aquel gas el cual no es reactivo con el ácido tereftálico o el hidrógeno o solvente. El proceso de hidrogenación se puede poner en práctica usando un reactor de hidrogenación adecuado arreglado para la introducción intermitente de hidrógeno en un lecho de catalizador durante la introducción continua de la solución acuosa de ácido tereftálico impuro. La cantidad de hidrógeno usado es un exceso de la cantidad requerida para la reducción de las impurezas disueltas. Aunque en la práctica se consume muy poco hidrógeno en la hidrogenación, es decir, purificación, el proceso del PP vegetal puro, la cantidad de hidrógeno usado está en el intervalo de aproximadamente 1 a 7 moles en exceso por arriba de la cantidad estequiométrica requerida para las impurezas reducibles del principio, 4-CBA y las impurezas característicamente de color amarillo, en tanto que se toman en consideración otras impurezas de estructura desconocida. La naturaleza de los productos finales de todas estas impurezas no es conocida pero, por mediciones de densidad óptica del producto de ácido tereftálico recuperado después del tratamiento de hidrogenación catalítica vía la línea 21, se puede notar su ausencia o concentración reducida. La hidrogenación severa deberá ser evitada de modo que no ocurra la conversión del ácido tereftálico a otros productos como ciciohexano, ácido 1, -dicarboxílico y ácido p-toluico. El catalizador de hidrogenación preferiblemente es un metal Noble del Grupo VIII seleccionado de platino y/o paladio soportado en el carbón de área de superficie alta, adsorbente. Se puede hacer referencia a cualquiera de los textos estándares sobre hidrogenación o catalizadores para materiales los cuales son catalíticamente efectivos bajo condiciones de hidrogenación de fase acuosa. La solución acuosa tratada con hidrógeno se puede filtrar para remover cualesquiera sólidos suspendidos, tales como materiales extraños y partículas finas de soporte del catalizador de aproximadamente 5 mieras y más grandes en tamaño. El ácido purificado se recupera entonces a partir de la solución filtrada convenientemente y en forma preferible vía la cristalización, o vía una serie de pasos de cristalización en los cuales la solución acuosa se enfría liberando la presión, la cual, a su vez, vaporiza agua y gas inerte disuelto a partir de la solución, y por lo cual causa que los cristales de ácido tereftálico puro se precipiten dejando licor madre vegetal puro como el medio de fluido remanente. Siguiendo un número predeterminado de pasos de cristalización, la pasta aguada de cristales de ácido tereftálico puro se alimenta a una centrífuga, filtro de tambor giratorio u otro medio adecuado para separar los cristales de ácido puro como una torta húmeda que se procesa adicionalmente a partir del licor madre vegetal puro. El licor madre vegetal puro, línea 10, contiene una cantidad residual de ácido acético junto con algunos componentes orgánicos útiles así como también algún ácido tereftálico impuro disuelto. La presente invención, en una segunda parte, se dirige a recuperar los componentes orgánicos útiles y ácido acético residual a partir del licor madre vegetal puro por lo cual el licor madre se puede hacer disponible para recircular . La invención en su modalidad fundamental comprende poner en contacto el licor madre vegetal puro, línea 10, con paraxileno, línea 11, en el dispositivo para poner en contacto adecuado ?CD-l' para formar un sis-te a de dos fases que comprende una fase acuosa la cual contiene ácido acético residual y una fase orgánica la cual contiene ácido paratoluico, es decir, un precursor de ácido tereftálico, y paraxileno. El ácido paratoluico, junto con cualesquiera otros precursores los cuales pueden estar presentes, se ^^^^^i^^ ^^ i M transfiere del ambiente acuoso del licor madre vegetal puro al ambiente orgánico de la alimentación de paraxileno. La fase orgánica se puede recircular entonces a la reacción d oxidación vía la línea 12. La fase acuosa se alimenta vía la línea 13 a por lo menos un dispositivo de contacto adicional CD-2' simultáneamente con una corriente de condensado 14 la cual comprende agua, acetato de metilo y componentes orgánicos para formar una segunda fase acuosa y una segunda fase orgánica. La corriente de condensado 14 resulta del enfriamiento y condensación en el condensador C de la corriente de vapor de sobrecarga de la columna azeotrópica DH, y los componentes orgánicos en ésta resultan principalmente del agente separador orgánico el cual está presente en la corriente de vapor. El acetato de metilo, los componentes orgánicos y el ácido acético se dividen a través de las dos fases. Haciéndolo así, el acetato de metilo se puede recuperar de la fase acuosa resultante por destilación en la columna de destilación 'DC . La fase acuosa se transfiere vía la línea 16 de CD-2 a la columna de destilación DC, y el acetato de metilo se recupera de la sobrecarga de la columna vía la línea 17. El agua sale de la base de DC para ya sea recircular vía la línea 18 o desechar vía la línea 19. El ácido acético y el agente separador orgánico se pueden recuperar de la fase orgánica al regresar, es decir, recircular, la fase orgánica vía la fínea 7 a la torre azeotrópica DH como reflujo. Los dispositivos de contacto adecuados para realizar las mejoras del proceso de extracción del solvente de la invención, descritos anteriormente, pueden ser decantadores, contactores de etapas múltiples o una serie de unidades sedimentadoras de mezcladores como se describe en cualquiera de los textos estándares. El proceso de la invención no se puede limitar por cualquier tipo específico de dispositivo de contacto.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

- i t REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antec d ré reclama como propiedad lo contenido en las siguiente* *j reivindicaciones :

1. En un proceso continuo para la producción de ácido tereftálico puro por (a) primero hacer reaccionar el paraxileno con aire en la presencia de ácido acético y un catalizador a presión elevada y temperatura para producir ácido tereftálico crudo; (b) recuperar el ácido tereftálico crudo, incluyendo una cantidad de ácido acético residual y ácido paratoluico, como una torta húmeda; y (c) purificar el ácido tereftalato crudo al mezclarlo con agua y elevar la temperatura y presión de la mezcla para formar una solución acuosa, que pone en contacto la solución acuosa con hidrógeno en la presencia de un catalizador, ajustando la presión y temperatura de la solución hidrogenada por lo cual el precipitado de cristales de ácido tereftálico puro y ácido acético residual y ácido paratoluico permanece en la solución hidrogenada para formar un licor madre vegetal puro, y recuperar los cristales de ácido tereftálico puro a partir del licor madre vegetal puro, el mejoramiento comprende: (i) poner en contacto el licor madre vegetal puro con paraxileno para formar un sistema de dos fases que '* . í \ comprende una fase acuosa la cual contiene ácido acético residual y una fase orgánica la cual contiene ácido paratoluico y paraxileno; (ii) regresar la fase orgánica a la reacción de oxidación del paso (a) ; (iii) alimentar la fase acuosa a por lo menos un dispositivo de contacto adicional simultáneamente con una corriente de condensado que comprende agua, acetato de metilo y componentes orgánicos para formar una segunda fase acuosa y una segunda fase orgánica a través de la cual se divide el acetato de metilo y el ácido acético residual; y (iv) recuperar el acetato de metilo a partir de la segunda fase acuosa y recuperar ácido acético a partir de la segunda fase orgánica.