TW561145B - Improved process for producing highly pure aromatic carboxylic acids - Google Patents

Description

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幾酸m—種由不純固態酸產物製造高純度芳香族 /艮万法，更特別地，關於-種方法改良，並使得 固態團塊，固態酸產物在相當低之溫度可i效地 〉谷於適合之溶劑中。 在製造高純度芳香族羧酸之典型商業方法中 酉太故與對酉太酸，首先合製#此打銳：、、、、 奸无θ“出一些極難溶之不純的酸性物 貝乳化製程回收。在氧化製程中，對酉太酸在乙酸溶 劑中利用觸媒催化對二甲苯與空氣反應mm酸的形 式為固體結晶，再由乾燥器輸送至粉㈣槽，—般在純化 階段分離去除不純物中之雜f。在純化階段製程中，粗（即 ’不純）酸結晶體在水中、再循環母液或其他適合溶劑中粉 漿化，而生成之粉漿液泵經一系列之預熱器以提高粉漿液 體溫度’進而溶解録中顆粒。形成之溶液在第νπι族貴重 金屬氫化觸媒下，在液相條件，一般氫化反應之溫度範圍 為280 _283°c接受氫化。純化之酸乃藉由氫化處理溶液中 將酸結晶回收（析出）。主要之雜質（其為衍生自化合物4•羧 基苯甲醛（4-CBA)(m.p.258 °C ; b.p·昇華）為對·甲苯酸 (πι·ρ·180°(： ; b.p.275°C)與無法鑑試之有色體，及一些其他 之有機成份，如苯甲酸（m.p l22 5艽；b p 249t )與一些仍 殘餘溶液中之對酞酸（在對酞酸之情形）。 視乾燥條件粗芳香族叛酸、水份及酸含量不一，在進入 純化階段之前暫存在粉漿存槽中，因時間滯留，固態產物 可發生大量之團塊。這些團塊平均直徑高達10公分，因而 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 561145 A7

變成難以處理、卩日堂技 热a h m ^泉及甚至損壞閥與輸送裝置，而卫 在相於水中與其他溶劑中以進—步處理，特別是 在相S低之起始、;w„ 皿度，即，低於約loot。本發明就一種由 •且、”口日口己始物質製造高純度芳香族幾酸之方法提供一種處理 這些團塊之方法。 結純度芳香族《 ⑷在升溫過程中將不純固態酸產物溶於溶劑中以形成溶 液； (b) 利用氫化觸媒將溶液氫化反應； (c) 視情況從觸媒中分離溶液；及 ⑷將溶液冷卻以沉殿（結晶析出）純芳香族㈣結晶物體 。此改良包含藉由反細饋信號將不純目態酸產物由其儲 存槽經由適當出料噴嘴計量至含溶劑之儲存槽中，而將不 純固態酸產物溶於溶劑。當漿液連續地攪拌，在9(rc至1〇〇 C範圍之相當低之溫度及28%〜~至3〇% w/w範圍之濃度下 ，儘可旎形成不純酸結晶之中間漿液。然後漿液自粉漿存 槽移除（即，泵取），但，此時尚有未溶解之固態產物，即不 預期的大團塊（即，具有大於24毫米至28毫米之平均大小之 顆粒）則仍留在粉漿存槽中。在粉漿存槽下游連續地測量漿 液之密度，其測量值轉化成回饋信號，其連接計量裝置以 控制固態不純產物與溶劑進入粉漿存槽之進料量。在氫化 與純化之前，自粉漿存槽泵出之後經由一個或經由數個中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

561145 A7 B7 五、發明説明（3 )

間步驟，將漿液加熱至约283。(：之適當的高製程溫度，同時 將漿液壓力提高至實質上粉漿所需之酸顆粒溶解之適當條 本發明之方法可以連續性或批次操作，而且在本發明之 較佳具體實施例中，將固態不純產物自其儲存槽計量至粉 漿存槽中係使用以馬達驅動之轉動閥完成，其具有反應回 饋信號之控制裝置。 圖式之簡要說明 圖1為依照本發明之方法改良之簡化略示圖。 符號 意義 10 儲存槽 11 粉衆存槽 12 主要進料管線 12A 備用進料管線 13 轉動閥 14 攪拌器 15 密度測量裝置 16 回饋信號傳送線 17 馬達控制裝置 18 再循環水管線 19 控制閥 20 新鮮水管線 21 衆液管線 22 低壓溶解槽進料泵 ** 6 - 本纸張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公爱) 561145 A7 B7 五 發明説明（ 4 ) 23A 過濾器 23B 過濾器 24 高壓溶解槽進料泵 25 預熱器 26 噴嘴 27 板孔濾網 詳細說明

本發明特別應用於一種由粗固態酸產物製造高純度芳香 族羧酸結晶之方法。雖然此方法可應用於處理在溶液中進 行類似氫化純化之任何不純固態酸產物，但對異自太酸與對 酉太酸之芳香族羧酸生產具有極高之商業利益。 本發明應用之一種典型之純化製程包括以下步驟：

(a) 在升溫過程下將不純固態酸產物溶於溶劑中以形成溶 液； (b) 利用氫化觸媒將溶液氫化反應； (c) 視情況從觸媒中分離溶液；及 (d) 將落液冷卻以沉澱（結晶析出）純芳香族羧酸結晶物體 。在異酞酸與對酞酸之製程，水為較佳之溶劑，其可包括 回收母液，而且在以下之討論中作為參考以說明本發明。 根據本發明之改良係包括藉以下步驟將不純固態產物溶 於落劑（例如，水）中： (C)使用反應回饋信號之以馬達驅動之計量裝置將不純 固態產物計量至該溶劑之粉漿存槽中，當漿液連續地攪拌 在90 C至1〇〇 C之極低溫度下及以280/ow/w至30%w/w範圍 本紙張尺度適用巾@ s家標準(CNS) A4規格(21GX297公爱) 561145 A7 B7 五、發明説明（5 ) 之濃度下，儘可能形成不純酸結晶之漿液； (f) 自粉漿存槽經保留濾網移除漿液，使得大於濾網開 口之粒度之尚未溶解的固態產物仍留在粉漿存槽中； (g) 在粉漿存槽下游測量漿液之密度，且將密度測量值 轉化成回饋信號； (h) 將回饋信號連接至步驟（e)之計量裝置；及同時或之 後 (i) 將漿液加熱。 在商業化之生產中，將粗異酞酸或對酞酸自氧化製程產 生結晶體回收，再輸送至儲存槽以等待進一步處理。儲存 槽與相關處理裝置、槽等，及用於爾後純化製程之管線， 一般係由不鏽鋼或抗腐蝕且避免污染反應物之其他合金製 造。除了在氧化反應時形成之化學雜質，固態結晶粉末亦 可包含來自先前之處理與清洗用之殘餘溶劑，且其可含有 某些程度之水份’其均會造成結晶顆粒相互附著及形成大 型硬團塊之趨勢。 純化粗（即，不純）酸產物首先需要將結晶粉末溶於溶劑中 ，例如，如純水或再循環水（即，母液），或兩者之混合物β 酸結晶物體溶解之速率受許多因素影響，如顆粒（團塊）大小 、濃度、溫度、壓力與擾拌。為了易於處理，頃發現最方 便之方式為，首先在"粉漿存槽"裝置攪拌器以在粉漿形成 時連續地w合（擾動）装液，因而增強溶解速率，在c · 1 〇〇 °C範圍之很低之溫度下，形成粗酸之水性（流動）漿液。 現在參考圖1，由儲存槽10將粗酸結晶經兩個可能之進料 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 561145 A7

噴嘴或管線之-者計量至„存槽11+。在圖丨中描述一個 王要進料管線12 ’其直接離開儲存槽之圓錐基座，及備用 進料管線12A，其如所示離開圓錐部份之侧面。各進料管線 裝有馬達驅動之計量裝置，在本發明之較佳具體實施二 其為適當直徑之以馬達驅動之轉動閥丨3，例如，直徑不 小於約20公分。轉動閥13之速度受漿液密度控制器控:。 控制器輸出經轉化器控制轉動閥驅動馬達之速度 rpm之範圍内。 如在圖中大為簡化所示，儲存槽一般直接位於粉漿存槽 γ之上，而且粉漿存槽U裝有攪拌器14以在粉漿形成時連 續地攪拌漿液。圖中顯示一垂直安置之單推進器軸下流攪 拌态14，其一般以約68 rpm操作。然而，可安裝用於連續 操作之任何適合之攪拌裝置均可使用。 於管線12與12A之以馬達驅動之轉動閥13係配置於自儲存 槽1〇將不純酸產物計量至粉漿存槽丨丨中。粉體流速可使用 商業上可得之粉體流動計測量，其同時測量密度與速度， 然後將這些測量值轉化成質量流速。然後藉由將粉體質量 流速控制進入粉漿存槽11之溶劑流速之固定比例而控制漿 液濃度。在圖1所示之具體實施例中，描述一種使用漿液密 度測量之替代性控制體系。由如所示位於粉漿存槽1丨下游 I密度測量裝置15之一或兩者產生回饋信號。漿液密度一 般維持在約1085公斤/立方米。密度測量對漿液濃度（即，密 度）具有直接之關係，而且可用以依照預選之設定點調整進 入粉衆存槽11中之粗酸流量。密度測量轉化成回饋信號， 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

装 訂

561145 A7 B7 五、發明説明（7 ) 其經虛線16傳送至馬達控制裝置17之一，因而控制馬達轉 動其對應轉動閥13之速率。於實施時，在操作本發明時一 次僅使用管線12或12A之一。再循環水經管線18與控制閥19 引入粉漿存槽11，而且新鮮水可經管線2〇加入粉漿存槽i j 。此外’溶劑（一般為冷純水）可經新鮮水喷灑通過粉漿存槽 出料官線（未示）引入粉漿存槽1丨中。進入粉漿存槽丨丨中之溶 劑總流速以商業可得高-與低_階控制裝置控制。 純化階段乃基於整體製程設計，要小心地控制粉漿存槽 11中形成之水性漿液，基於55噸/小時之粗酸設計流量及 128.3噸/小時之溶劑設計流量，固體（粉漿）濃度維持在28% 至30% w/w之範圍。漿液濃度可變高或變低，但是通常此變 化對整體製程效率產生相對應之經濟損失。粉漿存槽丨i之 溫度維持在95°C至100t之範圍，但並不重要，而且操作壓 力為大氣壓力。

為了合乎氲化反應所需之南溫及壓力，水性漿液係栗經 預定之預熱器系列（即，熱交換器）。如參考大為簡化之圖i 所示，漿液藉低壓溶解槽進料泵22自粉漿存槽丨丨泵經壓力 控制迴路附近之管線21。低壓溶解槽進料泵為一種具適當 容量與排放壓力之水平離心泵。控制迴路中之壓力一般^ 持在約10巴（1000 kpa)。兩個可相互切換過濾器23A & 23B 置於低壓溶解槽進料泵22之出口側，用以去除進入系統中 之路徑上發現之任何碎片。在任何時間僅擇用過遽器Μ與 23B之一。漿液在進入高壓溶解槽進料泵以之路徑上流經冷 凝液注射加熱器（未示於圖中），然後將流經中間之漿液溫度 本紙張尺度適用中國國家標準(CNjg) A4規格(210X 297公釐)

•裝 訂

561145 A7 B7 五、發明説明（8 ) 提高至150°C範圍之第一預熱器25 ^在操作時，一系列之高 壓;谷解槽進料泵24將漿液壓力由約10巴（1000 kpa)，提高至 110巴（11，000 kpa)，且經一串預熱器將漿液輸送至純化反應 1¾段。這些串列配置之額外預熱器（未示於圖中），將漿液之 溫度提高至純化反應所需之操作溫度，其為283。0之範圍。 高壓溶解槽進料泵一般為單階段垂直安裝高轉速離心泵。 經位於粉漿存槽側壁之噴嘴26自粉漿存槽i丨抽取漿液。 噴嘴26<大小係依製程流量所需而設計。以此組態，尚未 溶解之粗酸固體顆粒不預期之大團塊被如所示置於内部或 外部噴嘴26開口上之板孔濾網27仍留在粉漿存槽中，因而 大於24毫米之平均粒度之固體顆粒（亦即，其太大而無法通 過濾網之開口）則保留在粉漿存槽Π中，以防止其進入製程 下游部份，直到其已充份地溶解可通過濾網開口。雖然說 月曰中以濾網27為參考，在本發明之實務中，可使用置 於噴嘴開口上將不預期之大固體顆粒暫時保留在粉漿存槽 内任何適合《保留裝置，例如、膨服金屬，鑽孔或穿孔金 屬片。 進入預熱器之進料之㈣濃度決定氫化反應器中之對酉太 酸/異献酸濃度。因此，溶液濃度對於反應器之成功操作甚 為嚴格，進料漿液濃度之控制非常重要。 因為本發明之許多大為不同之具體實施例可在不背離其 精神與範圍下元成，應了解本發明不限於其特定具體實施 例，除非如所附申請專利範圍所定義，而且在等致物之意 義與範圍内之所有變化係包含於其中。

Claims (1)

1. 561145

   A8 B8 C8 申請專利範園 一種由不純固態酸產物製造高純度芳香族羧酸結晶之方 法’其包括以下步騾： (a) 在升溫過程中與高壓下將不純固態產物溶於溶劑 中以形成溶液； (b) 利用氫化觸媒將溶液氫化反應； (C)視情況從觸媒中分離溶液； (d)將洛液冷卻以沉澱（結晶析出）純芳香族羧酸結晶物 缸，其改良包含藉以下步驟將不純固態產物溶於溶劑中

   (e) 以反應回饋信號將不純固態產物計量至含該溶劑 <粕桌存槽中，使得在9〇。〇至1〇〇。〇範圍之溫度及以28% 至30% w/w範圍之濃度下，形成不純酸結晶之漿液，同 時在形成時連續地攪拌漿液； 訂

   (f) 自勃漿存槽經保留濾網移出漿液，使得太大而無 法通過該濾網之未洛解不純產物之固體顆粒保留在該粉 漿存槽中； ⑻在粉I存槽下游測量衆液之密度，絲密度測量 值轉化成回饋信號； ⑻將回饋信號連接至步驟（e);及同時或之後 (i)將漿液加熱。 2·根據申請專利範圍第1項之方法，其中係藉以馬達驅動之 轉動閥將不純固態產物計量至粉漿存槽中。 3·根據申請專利範圍第2項之方法，其中聚液係自粉衆存槽 經位於粉漿存槽側壁之対移除，該噴嘴具有安裝於其 -12 -

   561145 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 上之濾網，以將太大而無法通過該濾網之該未溶解固態產 .物之顆粒保留在該粉漿存槽中。 根據申請專利範圍第3項之方法，其中高純度羧酸為對酞 酸0 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)