Способ очистки изофталевой кислоты путем кристаллизации

 

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения изофталевой кислоты, применяющейся в сополимеризационных способах получения волокон, пленок, пластмассовых бутылок и конструкций из полиэфирных смол, заключающемуся в окислении метаксилола в реакционном растворителе до получения жидкой дисперсии. В частности, изобретение относится к способу очистки сырой изофталевой кислоты из ее жидкой дисперсии, содержащей также примеси, которые выбирают из непрореагировавших исходных веществ, растворителя, продуктов побочных реакций и/или других нежелательных материалов, включающему фильтрование указанной дисперсии с получением сырой изофталевой кислоты в виде кека; растворение указанного кека в растворителе для селективной кристаллизации при повышенной температуре, приблизительно в пределах от 50 до 200^oС, до получения раствора; кристаллизацию очищенной изофталевой кислоты из указанного раствора в указанном растворителе для селективной кристаллизации путем снижения температуры или снижения давления до степени, достаточной для мгновенного испарения растворителя из указанной изофталевой кислоты указанного раствора; отделение указанной очищенной кристаллизацией изофталевой кислоты от указанного раствора; промывку кека очищенной изофталевой кислоты чистым или насыщенным изофталевой кислотой растворителем с целью вытеснения маточного раствора и красящих веществ и повторное растворение или вымачивание промытого кека изофталевой кислоты в воде при повышенных температурах. Способ позволяет получить целевой продукт высокой чистоты с содержанием 3-карбоксибензальдегида ниже 40 ч/млн и содержанием м-толуиловой кислоты ниже 2 ч/млн. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу и устройству для получения изофталевой кислоты (ИФК) из метаксилола. Оно относится также к способам и устройству для очистки выходящего из реактора окисления потока, содержащего смесь изофталевой кислоты, а также незначительных количеств 3-карбоксибензальдегида (3-КБА), м-толуиловой кислоты и других незначительных примесей, что позволяет получать очищенную изофталевую кислоту интегрированным способом. Изофталевая кислота находит применение в сополимеризационных способах получения волокон, пленок, пластмассовых бутылок и конструкций из полиэфирных смол, часто армированных другими материалами, такими как стекловолокно.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ очистки изофталевой кислоты, полученной окислением метаксилола в реакционном растворителе, например в C₂-C₆ алифатической монокарбоновой кислоте, до получения жидкой дисперсии в указанном растворителе, причем указанная дисперсия содержит примеси побочных продуктов, например 3-карбоксибензальдегида, включающий - получение сырой изофталевой кислоты отфильтровыванием от реакционной среды, - растворение сырой изофталевой кислоты (кека) в воде при повышенной температуре от 100 до 300^oС, с последующей кристаллизацией и выделением целевого продукта. Способ позволяет получать чистую изофталевую кислоту с содержанием, например 3-карбоксибензальдегида, возможно не более 5 частей на миллион.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что при очистке сырой изофталевой ксилоты осуществляют дополнительные стадии после фильтрования и до растворения в воде изофталевой кислоты, которые включают - растворение указанной сырой изофталевой кислоты в растворителе для селективной кристаллизации приблизительно в пределах от 50 до 200^oС, до получения раствора, - кристаллизацию очищенной изофталевой кислоты из указанного раствора в указанном растворителе для селективной кристаллизации путем снижения температуры или снижения давления до степени, достаточной для мгновенного испарения растворителя из указанной изофталевой кислоты, - отделение указанной очищенной кристаллизацией изофталевой кислоты от указанного раствора, - промывку кека очищенной изофталевой кислоты чистым или насыщенным изофталевой кислотой растворителем с целью вытеснения маточного раствора и красящих веществ.

Согласно данному изобретению предложен способ и устройство для получения изофталевой кислоты из метаксилола интегрированным способом. С одной стороны, способ включает получение сырой изофталевой кислоты путем окисления метаксилола. Стадия окисления дает не только изофталевую кислоту, но также, за счет неполного окисления, дает 3-КБА, м-толуиловую кислоту и другие изомеры кислоты и альдегида в следовых количествах. Полученный на стадии окисления продукт является жидкой дисперсией, содержащей непрореагировавшие исходные материалы, растворители, если они использовались, продувы побочных реакций, в частности вышеупомянутые, и другие материалы, которые нежелательны в изофталевой кислоте нужной степени чистоты.

Выходящий из реактора поток подается в последовательный ряд кристаллизаторов, где осуществляется возможность роста кристаллов изофталевой кислоты за счет выпаривания реакционного растворителя, предпочтительно уксусной кислоты, за счет снижения давления. Суспензию из последнего кристаллизатора фильтруют и промывают. Отфильтрованные кристаллы затем сушат для удаления растворителя до содержания его в сырых кристаллах ИФК ниже 0,25%. Маточный раствор от фильтрации подают в установку для обезвоживания растворителя с целью регенерации растворителя (уксусной кислоты) из воды и рециркуляции в аппарат для окисления.

В дальнейшем согласно изобретению сырую ИФК из сушильного аппарата секции окисления повторно растворяют в растворителе для селективной кристаллизации и затем кристаллизуют из растворителя для селективной кристаллизации в одну, или, предпочтительно, в две кристаллизационных стадии. Желательно, чтобы температура растворения была приблизительно между 50 и 200^oС. Предусматривается отделение кристаллизованной и все более очищенной ИФК от растворителя (содержащего или не содержащего сорастворители) по изобретению. Полученный в результате осадок на фильтре (кек) очищенной ИФК промывают и вымачивают в других растворителях по изобретению для удаления окраски и окончательных следов растворителя для селективной кристаллизации из ИФК-продукта.

Изобретение также предусматривает стадии восстановления и рециркуляции растворителей по изобретению на каждой из стадий кристаллизации, промывки и конечного вымачивания. Стадии также строго контролируют на выброс любых нежелательных веществ в окружающую среду.

Важный аспект данного изобретения составляют полученные результаты, касающиеся растворителей, являющихся эффективными для осуществления очистки сырой ИФК на стадиях кристаллизации и разделения. Эти результаты могут быть суммированы в виде следующих нескольких положений.

Растворители для селективной кристаллизации, используемые на практике по данному изобретению, включают такие растворители, где (а) примеси, предназначенные для отделения от ИФК, сравнительно более растворимы в растворителе, чем ИФК, при, по существу, любой температуре в пределах указанного интервала температур, при которых содержащий ИФК растворитель подвергается обработке, и (b) ИФК более растворима при повышенных температурах и менее растворима при минимальной или пониженной температуре. Очевидно, что под термином "растворитель для селективной кристаллизации" подразумеваются растворители, пригодные для селективной кристаллизации ИФК в соответствии с указанным выше и описанные более подробно ниже, а также показанные на чертеже.

Согласно изобретению основным предпочтительным растворителем для селективной кристаллизации является N-метилпирролидон (NMП), по ряду обсуждаемых ниже причин и по его исключительным свойствам. Он не водный, термически устойчивый, не токсичный (безопасный для окружающей среды), не коррозионный и коммерчески доступный. Как показано на чертеже, его кривая зависимости растворимости от температуры указывает, что ИФК может быть растворена в NMП при повышенных температурах и осаждена или кристаллизована из NMП при пониженных температурах. Основные примеси, такие как КБА (обозначен как 4-КБА) и толуиловая кислота (обозначена как п-толуиловая кислота), имеют значительно большую растворимость в NMП, чем ИФК, при любых температурах. Поэтому при снижении температуры только ИФК склонна к кристаллизации или осаждению из раствора с образованием кристаллов очищенной ИФК.

Хотя NMП является наиболее предпочтительным растворителем для селективной кристаллизации согласно данному изобретению, подразумевается, что другие предпочтительные растворители для селективной кристаллизации для очистки сырой ИФК могут быть выбраны из различных полярных органических растворителей, включающих, но не в порядке ограничения, N,N-диметилацетамид, N,N-диметилформамид, N-формилпиперидин, N-алкил-2-пирролидон (такой как N-этилпирролидон), N-меркапто-алкил-2-пирролидон (такой как N-меркаптоэтил-2-пирролидон), N-aлкил-2-тиoпиppoлидoн (такой как N-метил-2-тиопирролидон), N-гидроксиалкил-2-пирролидон (такой как N-гидроксиэтил-2-пирролидон), морфолины (такие как морфолин и N-формилморфолин), карбитолы, С₁-С₁₂-спирты, простые эфиры, амины, амиды, сложные эфиры и их смеси.

С целью удаления остаточного растворителя, захваченного кристаллами конечного ИФК-продукта, кристаллы ИФК предпочтительно подают в высокотемпературную сокинг-камеру, где используют воду для частичного или полного растворения кристаллов ИФК. Когда кристаллы ИФК снова осаждают или иным способом выделяют из вымачивающей воды, остаточный растворитель остается за их пределами, в воде. Кроме воды (которая предпочтительна) для вытеснения растворителя для селективной кристаллизации могут быть использованы другие растворители, которые включают метанол, метилэтилкетон и ацетон. Предпочтительно вымачивать или повторно растворять очищенный кек ИФК в воде при температурах приблизительно от 150 до 280^oС для удаления конечных следовых количеств растворителя для кристаллизации и получить заданный размер частиц ИФК и форму.

Последующие примеры иллюстрируют принципы и особенности изобретения.

Пример 1 Очистка сырой ИФК кристаллизацией при охлаждении 350 г NMП (растворителя), 207,9 г изофталевой кислоты (ИФК), 2,1 г 3-КБА и 0,21 г м-толуиловой кислоты добавляют в кристаллизатор, снабженный нагревающей рубашкой, термопарой, конденсатором и верхней мешалкой. Смесь нагревают до 125^oС при перемешивании до полного растворения твердых продуктов, и раствор выдерживают при 125^oС ~1 час перед тем, как начать охлаждение. Раствор медленно охлаждают до 40^oС в течение 2-4 час, давая возможность вырасти кристаллам ИФК. Затем суспензию удаляют из кристаллизатора и фильтруют при 45-50^oС. Осадок на фильтре (210 г) промывают 630 г раствора NMП, насыщенного ИФК (раствора, содержащего 25 г ИФК на 100 г NMП), для удаления из кека захваченного маточного раствора. Для промывки может быть использован чистый NMП, но предпочтительно применять NMП насыщенный ИФК для сведения к минимуму потерь при промывке осадка на фильтре. Половину промытого кека промывают снова при комнатной температуре равным количеством насыщенного раствора NMP (11 г ИФК на 100 г NМП). Кроме чистого или насыщенного NMP для промывки могут быть использованы другие растворители, включающие п-ксилол, метанол, ацетон и метилэтилкетон.

Промытые кристаллы сушат и анализируют на состав путем газовой хроматографии, результаты приведены в табл.1: В опыте 1, с одностадийной кристаллизацией, содержание 3-КБА снижается, по существу, от 1,00% до 39 ч/млн, содержание м-толуиловой кислоты снижается от 0,10% до менее чем 2 ч/млн (предел ошибки эксперимента). В опыте 2, с одностадийной кристаллизацией, содержание 3-КБА снижается от 1,00% до 27 ч/млн и содержание м-толуиловой кислоты снижается от 0,10% до менее чем 2 ч/млн. Поэтому делается вывод, что достаточно одностадийной кристаллизации с применением NМП в качестве растворителя для того, чтобы очистить сырую ИФК (содержащую до 1,00% 3-СВА и 0,10% м-толуиловой кислоты) до ИФК-продукта с содержанием 3-СВА ниже 40 ч/млн и содержанием м-толуиловой кислоты 2 ч/млн.

Желательно, чтобы температура раствора была снижена приблизительно до интервалов от 5 до 100^o, и особенно предпочтительно понизить ее до интервалов приблизительно от 10 до 45^oС.

Пример 2
Отделение IPA от 4-КБА и п-толуиловой кислоты
Повторяют экспериментальную методику примера 1, заменяя 3-КБА на 4-КБА и м-толуиловую кислоту на п-толуиловую кислоту. Данный эксперимент проводят для того, чтобы убедиться, что небольшие количества других загрязняющих изомеров в сырой ИФК, таких как 4-КБА и п-толуиловая кислота, не создают каких-либо проблем для способа получения очищенной ИФК по данному изобретению. Анализ очищенной ИФК методом газовой хроматографии приведен в табл.2. Вновь для очистки использована одностадийная кристаллизация с NМП в качестве растворителя.

Вновь анализ продукта показал, что содержание 4-КБА (1,00%) и п-толуиловой кислоты (0,10%) может быть эффективно снижено до уровня ч/млн путем одностадийной кристаллизации с применением NМП в качестве растворителя.

Формула изобретения

1. Способ очистки сырой изофталевой кислоты из ее жидкой дисперсии, содержащей также примеси, которые выбирают из непрореагировавших исходных веществ, растворителя, продуктов побочных реакций и/или других нежелательных материалов, включающий: фильтрование указанной дисперсии с получением сырой изофталевой кислоты в виде кека; растворение указанного кека в растворителе для селективной кристаллизации при повышенной температуре, приблизительно в пределах от 50 до 200^oС, до получения раствора; кристаллизацию очищенной изофталевой кислоты из указанного раствора в указанном растворителе для селективной кристаллизации путем снижения температуры или снижения давления до степени, достаточной для мгновенного испарения растворителя из указанной изофталевой кислоты указанного раствора; отделение указанной очищенной кристаллизацией изофталевой кислоты от указанного раствора; промывку кека очищенной изофталевой кислоты чистым или насыщенным изофталевой кислотой растворителем с целью вытеснения маточного раствора и красящих веществ и повторное растворение или вымачивание промытого кека изофталевой кислоты в воде при повышенных температурах.

2. Способ по п.1, где указанная дисперсия содержит 3-карбоксибензальдегид и м-толуиловую кислоту.

3. Способ по п.1, в котором кристаллизация очищенной изофталевой кислоты в указанном растворителе для селективной кристаллизации проводится путем снижения температуры приблизительно до пределов от 5 до 100^oС.

4. Способ по п.3, в котором кристаллизация очищенной изофталевой кислоты в указанном растворителе для селективной кристаллизации проводится путем снижения температуры приблизительно до пределов от 10 до 45^oС.

5. Способ по п.1, где указанным растворителем для селективной кристаллизации является N-метилпирролидон.

6. Способ по п.1, где указанный растворитель для селективной кристаллизации выбирают из группы, состоящей из N,N-диметилацетамида, N,N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона, N-этилпирролидона, N-меркаптоалкил-2-пирролидона, N-меркаптоэтил-2-пирролидона, N-алкил-2-тиопирролидона, N-метил-2-тиопирролидона, N-гидроксиалкил-2-пирролидона, N-гидроксиэтил-2-пирролидона, морфолинов, N-формилморфолина, карбитолов, C₁-C₁₂-спиртов, простых эфиров, аминов, амидов, сложных эфиров и их смесей.

7. Способ по п. 1, где на стадии промывки указанного кека используют промывочный растворитель, который выбирают из группы, включающей N-метилпирролидон, чистый или насыщенный изофталевой кислотой, п-ксилол, метанол,, ацетон и метилэтилкетон.

8. Способ по п.7, где указанным промывочным растворителем является N-метилпирролидон, чистый или насыщенный изофталевой кислотой.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий после стадии отделения стадию вытеснения указанного растворителя для селективной кристаллизации вытесняющим растворителем, который выбирают из группы, состоящей из воды, метанола, метилэтилкетона и ацетона.

10. Способ по п.9, где указанным вытесняющим растворителем является вода.

11. Способ по п.1, где указанное повторное растворение или вымачивание кека очищенной изофталевой кислотой в воде осуществляют при температурах в пределах приблизительно от 180 до 280^oС для удаления конечного следового количества растворителя для кристаллизации и получения заданных размеров частиц изофталевой кислоты и формы.

12. Способ получения изофталевой кислоты, включающий: окисление метаксилола в реакционном растворителе до получения жидкой дисперсии в указанном реакционном растворителе, причем указанная дисперсия также содержит примеси, которые выбирают из непрореагировавших исходных материалов, случайно захваченного реакционного растворителя, продуктов побочных реакций и/или других нежелательных материалов; фильтрование указанной дисперсии с образованием твердого кека изофталевой кислоты; растворение указанного кека в растворителе для селективной кристаллизации при повышенной температуре, приблизительно в пределах от 50 до 200^oС, до получения раствора; кристаллизацию очищенной изофталевой кислоты из указанного раствора в указанном кристаллизующем растворителе путем снижения температуры или снижения давления до степени, достаточной для мгновенного испарения растворителя из указанной изофталевой кислоты указанного раствора; отделение указанной очищенной кристаллизацией изофталевой кислоты от указанного раствора; промывку кека очищенной изофталевой кислоты чистым или насыщенным, изофталевой кислотой растворителем с целью вытеснения маточного раствора и красящих веществ и повторное растворение или вымачивание промытого кека изофталевой кислоты в воде при повышенных температурах.

13. Способ по п.12, где указанным растворителем, в котором окисляется указанный метаксилол, является уксусная кислота.

14. Способ по п. 12, где указанная дисперсия содержит 3-карбоксибензальдегид и м-толуиловую кислоту.

15. Способ по п. 12, в котором кристаллизация очищенной изофталевой кислоты в указанном растворителе для селективной кристаллизации проводится путем снижения температуры приблизительно до пределов от 5 до 100^oС.

16. Способ по п. 15, в котором кристаллизация очищенной изофталевой кислоты в указанном растворителе для селективной кристаллизации проводится путем снижения температуры приблизительно до пределов от 10 до 45^oС.

17. Способ по п.12, где указанным растворителем для селективной кристаллизации является N-метилпирролидон.

18. Способ по п.12, где указанный растворитель для селективной кристаллизации выбирают из группы, состоящей из N,N-диметилацетамида, N,N-диметилформамида, N-формилпиперидина, N-алкил-2-пирролидона, N-этилпирролидона, N-меркаптоалкил-2-пирролидона, N-меркаптоэтил-2-пирролидона, N-алкил-2-тиопирролидона, N-метил-2-тиопирролидона, N-гидроксиалкил-2-пирролидона, N-гидроксиэтил-2-пирролидона, морфолинов, N-формилморфолина, карбитолов, С₁-С₁₂-спиртов, простых эфиров, аминов, амидов, сложных эфиров и их смесей.

19. Способ по п.12, где на стадии промывки указанного кека используют промывочный растворитель, который выбирают из группы, состоящей из N-метилпирролидона, чистого или насыщенного изофталевой кислотой, п-ксилола, метанола, ацетона и метилэтилкетона.

20. Способ по п. 19, где указанным промывочным растворителем является N-метилпирролидон, чистый или насыщенный изофталевой кислотой.

21. Способ по п. 12, дополнительно включающий после стадии отделения стадию вытеснения указанного растворителя для селективной кристаллизации вытесняющим растворителем, который выбирают из группы, состоящей из воды, метанола, метилэтилкетона и ацетона.

22. Способ по п. 21, где указанным вытесняющим растворителем является вода.

23. Способ по п.12, где указанное повторное растворение или вымачивание кека очищенной изофталевой кислотой в воде осуществляют при температурах в пределах приблизительно от 180 до 280^oС для удаления конечного следового количества растворителя для кристаллизации и получения заданных размеров частиц изофталевой кислоты и формы.

24. Способ по п. 12, где указанную жидкую дисперсию получают, подавая поток, выходящий из указанной стадии окисления, в последовательный ряд кристаллизаторов, где осуществляется возможность роста кристаллов изофталевой кислоты за счет выпаривания реакционного растворителя и фильтрования указанных кристаллов с получением указанного фильтровального осадка сырой изофталевой кислоты и высушивания указанного кека сырой изофталевой кислоты до удаления реакционного растворителя.

25. Способ по п.12, где маточный раствор из указанной стадии фильтрации обезвоживают с целью регенерации растворителя и рециркуляции его в указанную стадию окисления.

Приоритет по пунктам:
06.05.1998 - по пп.1, 2, 4-14, 16-25;
13.01.1999 - по пп.3 и 15.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3