Способ получения смеси карбоновая кислота/диол, подходящей для применения при производстве сложных полиэфиров - RU2330014C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу, по которому смесь карбоновая кислота/диол получают из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты без выделения по существу твердой сухой карбоновой кислоты. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу, по которому смесь терефталевая кислота/этиленгликоль, пригодную в качестве исходного материала для производства сложного полиэфира, получают из обесцвеченного раствора терефталевой кислоты без выделения по существу твердой сухой терефталевой кислоты.

Уровень техники

Термопластичные сложные полиэфиры представляют собой ступенчато растущие полимеры, которые полезны тогда, когда они доведены до высоких молекулярных мас. Первая стадия в общем способе производства сложного полиэфира, такого как полиэтилентерефталат (ПЭТ), представляет собой стадию этерификации или сложноэфирного обмена, где дикислота (обычно терефталевая кислота) реагирует с подходящим диолом (обычно этиленгликолем) с получением сложного бис(гидроксиалкилового) эфира и некоторых линейных олигомеров. На этой стадии выделяется вода, и ее обычно удаляют фракционной отгонкой.

Согласно задаче получения полиэтилентерефталата и других сложных полиэфиров основное количество патентной литературы посвящено описанию способов получения смесей терефталевая кислота/этиленгликоль, приемлемых в качестве исходных веществ. В общем случае такие изобретения описывают определенные схемы смешения с твердой очищенной терефталевой кислотой и жидким этиленгликолем в качестве исходных веществ. Кроме того, существует большая масса литературы, посвященной получению очищенной терефталевой кислоты в порошкообразной форме, которая может быть использована при производстве ПЭТ. Задачей настоящего изобретения является описание способа, по которому смесь терефталевая кислота/этиленгликоль, подходящую в качестве исходного материала для производства сложного полиэфира, получают из обесцвеченного раствора терефталевой кислоты без выделения по существу твердой сухой терефталевой кислоты.

Разработан ряд способов производства твердой очищенной терефталевой кислоты, и эти способы являются промышленно доступными. Обычно твердую очищенную терефталевую кислоту получают многоступенчатым способом, по которому получают сырую терефталевую кислоту. Сырая терефталевая кислота не обладает достаточным качеством для прямого применения в качестве исходного материала для промышленного ПЭТ. Поэтому сырую терефталевую кислоту обычно подвергают очистке до твердой очищенной терефталевой кислоты.

Жидкофазное окисление п-ксилола дает сырую терефталевую кислоту. Сырую терефталевую кислоту растворяют в воде и гидрируют в целью превращения 4-карбоксибензальдегида в п-толуиловую кислоту, которая является производным, лучше растворимым в воде, и для превращения характерно желтых соединений в бесцветные производные. Любые количества 4-карбоксибензальдегида и п-толуиловой кислоты в конечном продукте очищенной терефталевой кислоты особенно вредно для процессов полимеризации, так как они действуют как агенты, обрывающие цепь, в ходе реакции конденсации между терефталевой кислотой и этиленгликолем при производстве ПЭТ. Обычная очищенная терефталевая кислота содержит по массе менее чем 25 частей на миллион (ч./млн) 4-карбоксибензальдегида и менее чем 150 ч./млн п-толуиловой кислоты.

Сырая терефталевая кислота обычно содержит по массе от 800 до 7000 частей на миллион (ч./млн) 4-карбоксибензальдегида и от 200 до 1500 ч./млн п-толуиловой кислоты в качестве основных примесей. Сырая терефталевая кислота также содержит меньшие количества, в интервале 20-200 ч./млн, желтых окрашенных ароматических соединений, содержащих структуры бензила, флуоренона и/или антрахинона, которые представляют собой характерно желтые соединения в качестве примесей, полученных в результате побочных реакций сочетания, имеющих место во время реакции окисления п-ксилола. Необходимо очищать сырую терефталевую кислоту, когда ее используют в качестве исходного вещества при производстве сложного полиэфирного волокна, которое в качестве исходного вещества требует применять очищенную терефталевую кислоту.

Такие способы очистки обычно включают добавление воды к сырой терефталевой кислоте с получением раствора сырой терефталевой кислоты, который нагревают для растворения сырой терефталевой кислоты. Раствор сырой терефталевой кислоты затем пропускают через реакторную зону, в которой раствор вводят в контакт с водородом в присутствии гетерогенного катализатора при температурах от 200 до 375°С. Такая стадия восстановления превращает различные окрашенные компоненты, присутствующие в сырой терефталевой кислоте, в неокрашенные продукты. Основная примесь, 4-карбоксибензальдегид, превращается в п-толуиловую кислоту.

Обычная сырая терефталевая кислота содержит избыточные количества как 4-карбоксибензальдегида, так и п-толуиловой кислоты из расчета на массу. Таким образом, для достижения менее чем 25 мас. ч./млн 4-карбоксибензальдегида и менее чем 150 мас. ч./млн п-толуиловой кислоты в очищенной терефталевой кислоте необходимы механизмы очистки сырой терефталевой кислоты и удаления загрязнителей.

Последующее разделение и выделение очищенной терефталевой кислоты может быть осуществлено с помощью широкого ряда способов разделения, включая кристаллизацию, центрифугирование, фильтрацию, экстракцию и их комбинации, после чего следует сушка. Такие способы описаны в патентах США 4500732, 5175355 и 5583254; которые все включены в качестве ссылки. Необходимо проводить стадию разделения соответственно природе сырой терефталевой кислоты, являющейся сырьем для процесса гидрирования.

Разработан ряд способов получения твердой очищенной терефталевой кислоты из сырой терефталевой кислоты. В целом, общими признаками указанных способов являются следующие:

стадия (1) представляет собой обесцвечивание сырой терефталевой кислоты обычно гидрированием в водной среде;

стадия (2) представляет собой очистку/отделение терефталевой кислоты от продуктов частичного окисления обычно дробной кристаллизацией, за которой следует жидкостный обмен с водой, не содержащей загрязнителей; и

стадия (3) представляет собой производство твердого продукта очищенной терефталевой кислоты, обладающего соответствующими рабочими свойствами вещества, обычно кристаллизацией терефталевой кислоты с последующей сушкой очищенной терефталевой кислоты от воды.

Полученный порошок очищенной терефталевой кислоты вместе с этиленгликолем представляют собой исходные материалы при производстве сложных полиэфиров, особенно ПЭТ. Из-за сложности при работе, смешении и растворении твердой терефталевой кислоты твердую очищенную терефталевую кислоту обычно смешивают с этиленгликолем с образованием пасты до введения в систему реактора этерификации.

В настоящем изобретении разработан новый способ, приводящий к меньшему числу стадий, чем в используемых в настоящее время способах. Основная польза от изобретения состоит в снижении капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с выделением порошка терефталевой кислоты. В обычных методиках, относящихся к производству терефталевой кислоты, водный раствор после гидрирования пропускают через ряд емкостных кристаллизаторов с целью очистки терефталевой кислоты путем кристаллизации и с целью получения равномерного распределения частиц по размерам, необходимого для хорошей текучести порошка очищенной терефталевой кислоты. Кроме того, загрязненный п-толуиловой кислотой маточный раствор процесса кристаллизации должен быть удален до стадии сушки, чтобы выделить порошок очищенной терефталевой кислоты.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения раствор сырой терефталевой кислоты с низкими концентрациями п-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида гидрируют с получением обесцвеченного раствора терефталевой кислоты. Использование сырой терефталевой кислоты с низкими концентрациями п-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида исключает необходимость отделения загрязненного п-толуиловой кислотой маточного раствора от терефталевой кислоты. Следовательно, обесцвеченный раствор терефталевой кислоты может быть непосредственно объединен с этиленгликолем в зоне этерификации с получением смеси терефталевая кислота/этиленгликоль. За счет исключения обычных способов производства порошка очищенной терефталевой кислоты необходимость в оборудовании, которое требуется для очистки и выделения очищенной терефталевой кислоты, исчезает.

Другой удивительный и, по-видимому, неоднозначный аспект изобретения состоит в преимуществах добавления больших количеств воды к исходным веществам реакции этерификации. Это напрямую противоречит принятым методикам этерификации. Реакция этерификации:

RCOOH + R'OH → RCOOR' + H₂O

обычно не доходит до конца. Вода, образующаяся в ходе реакции, имеет тенденцию вступать в реакцию со сложным эфиром, гидролизуя его, то есть с регенерацией исходного спирта и кислоты. Для смещения реакции в направлении сложного эфира предшествующий уровень техники рекомендует удаление воды из системы различными способами, такими как отгонка или дегидратация гидрофильным соединением. Согласно обычным методикам этерификации добавление большого количество воды к исходному веществу кислота/спирт не является интуитивным действием.

Суть изобретения

Настоящее изобретение относится к способу, по которому смесь карбоновая кислота/диол получают из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты без выделения по существу твердой сухой карбоновой кислоты. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу получения смеси терефталевая кислота/этиленгликоль, которая подходит в качестве сырья для производства промышленного ПЭТ. Конечный способ включает меньшее число стадий, чем используемые в настоящее время способы, и может быть проведен при более низких текущих расходах и осуществлен при более низких капитальных затратах. Конкретно, настоящее изобретение включает стадию прямого замещения воды этиленгликолем после гидрирования сырой терефталевой кислоты. Введение стадии замещения исключает необходимость выделения твердой очищенной терефталевой кислоты, исключая в результате необходимость кристаллизации, твердофазного разделения и оборудования для работы с твердыми веществами, что обычно присутствует в промышленных способах получения очищенной терефталевой кислоты.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке производства смеси карбоновая кислота/диол без выделения по существу твердой сухой карбоновой кислоты.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в разработке способа производства смеси терефталевая кислота/диол без выделения по существу твердой сухой терефталевой кислоты.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в разработке способа производства смеси терефталевая кислота/этиленгликоль без выделения по существу твердой сухой терефталевой кислоты.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в разработке способа производства смеси терефталевая кислота/этиленгликоль без выделения по существу твердой сухой терефталевой кислоты путем упаривания воды из обесцвеченного раствора терефталевой кислоты за счет энтальпии водного потока этиленгликоля в реакторе этерификации.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в разработке способа производства смеси терефталевая кислота/этиленгликоль без выделения по существу твердой сухой терефталевой кислоты путем удаления воды из обесцвеченного раствора терефталевой кислоты посредством использования устройств вытеснения твердое вещество/жидкость, таких как центрифуги, фильтры или циклоны.

В первом варианте осуществления изобретения предлагается способ получения смеси карбоновая кислота/диол, причем этот способ включает добавление диола к обесцвеченному раствору карбоновой кислоты в зоне реактора этерификации для удаления части воды с получением смеси карбоновая кислота/диол; где указанная карбоновая кислота и диол по существу реагируют в зоне этерифицикации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира. Обычно карбоновую кислоту выбирают из группы, включающей терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту, а также их смеси.

В другом варианте настоящего изобретения предлагается способ получения смеси карбоновая кислота/диол, и этот способ включает следующие стадии:

(а) смешение порошка сырой карбоновой кислоты с водой в зоне смешения с образованием раствора сырой карбоновой кислоты; где карбоновую кислоту выбирают из группы, включающей терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту, а также их смеси;

(b) обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты в зоне реактора с получением обесцвеченного раствора карбоновой кислоты;

(с) необязательно, мгновенное испарение обесцвеченного раствора карбоновой кислоты в зоне мгновенного испарения для удаления части загрязненной воды из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты; и

(d) добавление диола к обесцвеченному раствору карбоновой кислоты в зоне реактора этерификации для испарения части воды с образованием смеси карбоновая кислота/диол; где карбоновая кислота и диол по существу реагируют в зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

В еще одном варианте настоящего изобретения предлагается способ производства смеси терефталевая кислота/диол; и этот способ включает испарение обесцвеченного раствора терефталевой кислоты с помощью диола в зоне реактора этерификации с удалением части воды с образованием смеси терефталевая кислота/диол; где терефталевая кислота и диол по существу вступают в реакцию в зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

В другом варианте настоящего изобретения предлагается способ получения смеси терефталевая кислота/диол, и этот способ включает следующие стадии:

(а) смешение порошка сырой терефталевой кислоты с водой в зоне смешения с образованием раствора сырой терефталевой кислоты;

(b) обесцвечивание раствора сырой терефталевой кислоты в реакторной зоне с образованием обесцвеченного раствора терефталевой кислоты;

(с) необязательно, мгновенное испарение обесцвеченного раствора терефталевой кислоты в зоне мгновенного испарения для удаления части воды из водного раствора терефталевой кислоты; и

(d) добавление диола к обесцвеченному раствору терефталевой кислоты в зоне реактора этерификации для удаления части воды с образованием смеси терефталевая кислота/диол; где терефталевая кислота и диол по существу вступают в реакцию в зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ производства смеси карбоновая кислота/диол; и этот способ включает удаление части загрязненной п-толуиловой кислотой воды из водной суспензии терефталевой кислоты путем добавления диола в зону удаления жидкости с получением указанной смеси карбоновая кислота/этиленгликоль.

В другом варианте настоящего изобретения предлагается способ производства смеси карбоновая кислота/диол, и этот способ включает следующие стадии:

(а) смешение порошка сырой карбоновой кислоты с водой в зоне смешения с образованием раствора сырой карбоновой кислоты;

(b) обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты в реакторной зоне с образованием обесцвеченного раствора карбоновой кислоты;

(с) кристаллизация обесцвеченного раствора карбоновой кислоты в зоне кристаллизации с образованием водной суспензии терефталевой кислоты; и

(d) удаление части загрязненной воды из указанной водной суспензии терефталевой кислоты путем добавления диола в зону удаления жидкости с получением указанной смеси карбоновая кислота/диол.

В другом варианте настоящего изобретения предлагается способ получения смеси терефталевая кислота/этиленгликоль; и этот способ включает удаление части загрязненной п-толуиловой кислотой воды из водной суспензии терефталевой кислоты путем добавления диола в зону удаления жидкости с получением указанной смеси терефталевая кислота/диол.

В другом варианте настоящего изобретения предлагается способ производства смеси терефталевая кислота/этиленгликоль, и этот способ включает следующие стадии:

(а) смешение порошка сырой терефталевой кислоты с водой в зоне смешения с образованием раствора сырой терефталевой кислоты;

(b) обесцвечивание раствора сырой терефталевой кислоты в зоне реактора с образованием обесцвеченного раствора терефталевой кислоты;

(с) кристаллизация обесцвеченного раствора терефталевой кислоты в зоне кристаллизации с образованием водной суспензии терефталевой кислоты; и

(d) удаление части загрязненной п-толуиловой кислотой воды из указанной водной суспензии терефталевой кислоты путем добавления диола в зону удаления жидкости с получением указанной смеси терефталевая кислота/диол.

Эти задачи и другие объекты изобретения станут более понятны специалистам в данной области после прочтения представленного описания.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует один из вариантов осуществления настоящего изобретения. Предложен способ, в котором используется порошок карбоновой кислоты для получения смеси карбоновая кислота/диол, причем карбоновая кислота и диол по существу вступают в реакцию с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

Фиг.2 иллюстрирует альтернативный способ настоящего изобретения. Предложен способ, в котором используется порошок терефталевой кислоты для получения смеси терефталевая кислота/диол, причем терефталевая кислота и диол по существу вступают в реакцию с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

Фиг.3 иллюстрирует еще один альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. Предлагается способ, в котором используется порошок карбоновой кислоты для получения смеси карбоновая кислота/диол.

Фиг.4 иллюстрирует еще один альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. Предлагается способ, где порошок сырой терефталевой кислоты используется для получения смеси терефталевая кислота/диол.

Подробное описание изобретения

В первом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ производства смеси карбоновая кислота/диол, и этот способ включает добавление диола к обесцвеченному раствору карбоновой кислоты в зоне реактора этерификации для удаления части воды с образованием смеси карбоновая кислота/диол; где карбоновую кислоту выбирают из группы, включающей терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту и их смеси; где указанные карбоновая кислота и диол по существу вступают в реакцию в зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

Зона реактора этерификации, обесцвеченный раствор карбоновой кислоты и способ производства обесцвеченного раствора карбоновой кислоты описаны по существу во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Во втором варианте настоящего изобретения предлагается способ производства смеси карбоновая кислота/диол, который представлен на фиг.1.

Стадия (1) включает смешение порошка сырой карбоновой кислоты из трубопровода 105 с водой из трубопровода 115 в зоне 110 смешения с получением раствора сырой карбоновой кислоты в трубопроводе 120. Обычно карбоновую кислоту выбирают из группы, включающей терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту и их смеси. Смешение порошка сырой карбоновой кислоты из трубопровода 105 с водой из трубопровода 115 в зоне 110 смешения может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Зона 110 смешения может представлять собой любой сосуд или оборудование, способные перемешивать порошок сырой карбоновой кислоты. Температура и давление зоны 110 смешения представляют собой температуру и давление, которые являются достаточными, чтобы должным образом суспендировать порошок сырой карбоновой кислоты из трубопровода 105 с водой из трубопровода 115. Обычно порошок сырой карбоновой кислоты из трубопровода 105 суспендируют с водой из трубопровода 115 в зоне 110 смешения при концентрации 15-35 мас.%.

Стадия (2) представляет собой обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 120 в зоне 125 реактора с получением обесцвеченного раствора 135 карбоновой кислоты.

Обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 120 может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Предпочтительно обесцвечивание может быть проведено путем взаимодействия раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 120 с водородом из трубопровода 130 в присутствии катализатора в зоне 125 реактора с получением обесцвеченного раствора карбоновой кислоты.

В случае зоны 125 реактора отсутствуют специальные ограничения по ее форме и конструкции, при условии, что устройство, которое позволяет подавать водород из трубопровода 130, обеспечивает эффективное контактирование раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 120 с катализатором в зоне 125 реактора. Обычно катализатор представляет собой один металл группы VIII или комбинацию металлов группы VIII. Предпочтительно катализатор выбирают из группы, включающей палладий, рутений, родий и их комбинацию. Наиболее предпочтительно катализатор представляет собой палладий. Обычно катализатор нанесен на подложку, предпочтительно на пористый уголь.

Зона 125 реактора включает реактор гидрирования, который работает при температуре и давлении, достаточных для гидрирования характерно желтых соединений в растворе сырой карбоновой кислоты из трубопровода 120. За счет гидрирования характерно желтые соединения в растворе сырой карбоновой кислоты превращаются в бесцветные производные. Цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты в трубопроводе 135 находится в интервале от 0,5 до 4. Предпочтительно цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты в трубопроводе 135 находится в интервале от 0,5 до 2,0. Наиболее предпочтительно цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты в трубопроводе 135 находится в интервале от 0,5 до 1,5. Цветовой показатель b* представляет собой одну из трехцветных характеристик, измеренных на спектроскопическом приборе, измеряющем отраженный световой поток. Цвет может быть измерен с помощью любого устройства, известного в данной области. Обычно измерительным прибором является Hunter Ultrascan XE. Положительные показания прибора обозначают степень желтого цвета (или коэффициент поглощения голубого), тогда как отрицательные показания прибора означают степень голубого цвета (или коэффициент поглощения желтого).

Водород из трубопровода 130 подают при скорости, достаточной для превращения характерно желтых соединений в суспензии карбоновой кислоты из трубопровода 120 в бесцветные производные; где в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты в трубопроводе 135 цветовой показатель b* составляет от 0,5 до 4,0.

Стадия (3), необязательно, включает мгновенное испарение обесцвеченного раствора 135 карбоновой кислоты в зоне 145 мгновенного испарения для удаления части воды из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты в трубопроводе 135. Мгновенное испарение водного раствора 135 карбоновой кислоты может быть осуществлено с помощью средств, известных в данной области. Обычно для проведения мгновенного испарения используют один сосуд или множество сосудов. В зоне 145 мгновенного испарения вода и остаток водорода могут быть удалены в виде пара через трубопровод 150. Сосуд(ы) мгновенного испарения работают при температуре, достаточной для удаления части воды. С другой стороны, зона 145 мгновенного испарения может быть исключена, как это показано, с использованием трубопровода 140.

Стадия (4) включает добавление диола из трубопровода 170 к обесцвеченному раствору карбоновой кислоты из трубопровода 155. Часть воды через трубопровод 165 удаляют из зоны 160 реактора этерификации с получением указанной смеси карбоновая кислота/диол в зоне 160 реактора этерификации. Карбоновая кислота и диол по существу вступают в реакцию с образованием потока 175 сложного гидроксиалкилового эфира. Поток 175 сложного гидроксиалкилового эфира содержит сложный гидроксиалкиловый эфир.

Диол из трубопровода 170 вводят таким образом, чтобы заменить воду в качестве основной суспендирующей жидкости. Это может быть осуществлено путем введения диола через трубопровод 170 в виде жидкости на линии насыщения при температуре, которой достаточно для испарения воды. Предпочтительно диол из трубопровода 170 вводят в виде насыщенного или перегретого пара. Диол из трубопровода 170 выбран из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, н-бутиленгликоль, изобутиленгликоль, н-пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, циклогександиметанол и их смеси. Предпочтительно диол из трубопровода 170 представляет собой этиленгликоль. Альтернативно, может быть использован внешний источник тепла для подвода достаточной энтальпии для испарения воды, которая выходит через трубопровод 165. Поток сложного гидроксиалкилового эфира выходит через трубопровод потока 175.

Зона 160 реактора этерификации работает при температуре, которой достаточно, чтобы получить гидроксиэтил из смеси карбоновой кислоты. Зона 160 реактора этерификации включает реактор этерификации. Этерификация может быть проведена любыми средствами, известными в данной области.

В третьем варианте осуществления настоящего изобретения способ производства смеси терефталевая кислота/диол включает испарение обесцвеченного раствора терефталевой кислоты с помощью диола в зоне реактора этерификации для удаления части воды с образованием смеси терефталевая кислота/диол; где терефталевая кислота и диол по существу вступают в реакцию в зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира.

Зона реактора этерификации, обесцвеченный раствор терефталевой кислоты и способ производства обесцвеченного раствора терефталевой кислоты описаны по существу в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения.

В четвертом варианте настоящего изобретения предлагается способ производства смеси терефталевая кислота/диол, который представлен на фиг.2.

Стадия (1) включает смешение порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 205 с водой из трубопровода 215 в зоне 210 смешения с получением раствора сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 220. Смешение порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 205 с водой из трубопровода 215 может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Исходный сырьевой материал представляет собой порошок сырой терефталевой кислоты из трубопровода 205 с некоторыми специфическими физическими характеристиками, которые отличаются от сырой терефталевой кислоты, описанной в патенте США 5095146 и патенте США 5175355, которые включены в качестве ссылки. Конкретно, общее количество п-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида в порошке сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 205 составляет менее 900 ч./млн из расчета на массу, предпочтительно менее 500 ч./млн и более предпочтительно менее 250 ч./млн. Другой характеристикой порошка сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 205 является цвет, который при измерении показателя b* имеет значение менее 7. Предпочтительно цвет, измеренный как b*, имеет значение от 4 до 6.

Зона 210 смешения может представлять собой любой сосуд или оборудование, способные смешивать порошок сырой терефталевой кислоты из трубопровода 205 с водой из трубопровода 215. Порошок сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 205 суспендируют в воде в трубопроводе 215 в зоне 210 смешения с получением раствора сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 220. Сырую терефталевую кислоту и воду нагревают в зоне 210 смешения до температуры 230°С или выше для растворения порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 205 в зоне 210 смешения с получением раствора сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 220. Предпочтительно суспензию сырой терефталевой кислоты в зоне 210 смешения нагревают до температуры в интервале от 240 до 300°С. Давление зоны смешения составляет от 900 до 1400 фунт/кв.дюйм для растворения порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 205 в зоне 210 смешения. Обычно концентрация сырой терефталевой кислоты в растворе сырой терефталевой кислоты составляет от 15 до 30 мас.%, предпочтительно от 20 до 30 мас.%.

Стадия (2) представляет собой обесцвечивание раствора сырой терефталевой кислоты из трубопровода 220 в зоне 225 реактора с получением обесцвеченного раствора терефталевой кислоты в трубопроводе 235.

Обесцвечивание раствора сырой терефталевой кислоты из трубопровода 220 может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Предпочтительно обесцвечивание может быть проведено путем взаимодействия раствора сырой терефталевой кислоты из трубопровода 220 с водородом из трубопровода 230 в присутствии катализатора в зоне 225 реактора с получением обесцвеченного раствора терефталевой кислоты.

В случае зоны 225 реактора отсутствуют специальные ограничения по ее форме и конструкции, при условии, что устройство, которое позволяет подавать водород из трубопровода 230, обеспечивает эффективное контактирование раствора сырой терефталевой кислоты из трубопровода 220 с катализатором в реакторной зоне 225. Обычно катализатор представляет собой один металл группы VIII или комбинацию металлов группы VIII. Предпочтительно катализатор выбирают из группы, включающей палладий, рутений, родий и их комбинацию. Наиболее предпочтительно катализатор представляет собой палладий. Обычно катализатор нанесен на подложку, предпочтительно на пористый уголь.

Зона 225 реактора включает реактор гидрирования, который работает при температуре 230°С или выше. Предпочтительно реактор гидрирования работает в интервале температур от 240 до 300°С. Реактор гидрирования работает при давлении от 900 до 1400 фунт/кв.дюйм и парциальном давлении водорода, по меньшей мере, 100 фунт/кв.дюйм. Предпочтительно парциальное давление водорода находится в интервале от 100 до 300 фунт/кв.дюйм. За счет гидрирования характерно желтые соединения в растворе сырой терефталевой кислоты превращаются в бесцветные производные. Кроме того, в зоне реактора часть 4-карбоксибензальдегида превращается в п-толуиловую кислоту. Водород из трубопровода 230 подают в количестве, по меньшей мере, 1,5 мольного отношения, необходимого для превращения 4-карбоксибензальдегида в растворе сырой терефталевой кислоты из трубопровода 220 в п-толуиловую кислоту. Предпочтительно водород 230 подают в количестве, по меньшей мере, 2,0 мольного отношения, необходимого для превращения 4-карбоксибензальдегида в растворе 220 сырой терефталевой кислоты в п-толуиловую кислоту. Цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе терефталевой кислоты из трубопровода 235 находится в интервале от 0,5 до 4. Предпочтительно цветовой показатель b* раствора терефталевой кислоты в трубопроводе 235 находится в интервале от 0, 5 до 2. Наиболее предпочтительно цветовой показатель b* обесцвеченного раствора терефталевой кислоты в трубопроводе 235 находится в интервале от 0,5 до 1,5.

Стадия (3), необязательно, включает мгновенное испарение обесцвеченного раствора 235 терефталевой кислоты в зоне 245 мгновенного испарения для удаления части воды 250 из водного раствора 235 терефталевой кислоты. Мгновенное испарение водного раствора 235 терефталевой кислоты может быть осуществлено с помощью средств, известных в данной области. Обычно для проведения мгновенного испарения используют один сосуд или множество сосудов. В зоне 245 мгновенного испарения вода и остаток водорода могут быть удалены в виде пара через трубопровод 250. Сосуд(ы) мгновенного испарения работае(ю)т при температуре 150° C или выше. Предпочтительно сосуд(ы) мгновенного испарения работае(ю)т в интервале температур от 155 до 260°С. Сосуд(ы) мгновенного испарения работае(ю)т под давлением от 75 до 1400 фунт/кв.дюйм. Конкретные рабочие интервалы меняются в зависимости от количества воды, удаляемой через трубопровод 250. Альтернативно, зона 245 мгновенного испарения может быть пропущена, как это показано с помощью трубопровода 240.

Стадия (4) включает добавление диола из трубопровода 270 к обесцвеченному раствору терефталевой кислоты из трубопровода 255 в зону 260 реактора этерификации для удаления части воды через трубопровод 265 с получением указанной смеси терефталевая кислота/диол в зоне 260 реактора этерификации. Карбоновая кислота и диол по существу вступают в реакцию с образованием потока 275 сложного гидроксиалкилового эфира. Поток 275 сложного гидроксиалкилового эфира содержит сложный гидроксиалкиловый эфир.

Диол из трубопровода 270 вводят таким образом, чтобы заменить воду в качестве основной суспендирующей жидкости. Это может быть осуществлено путем введения диола через трубопровод 270 в виде насыщенной жидкости при температуре в интервале от 150 до 300°С. Предпочтительно диол из трубопровода 270 вводят в виде насыщенного или перегретого пара при температуре в интервале от 150 до 300°С в форме с достаточным теплосодержанием, чтобы испарить воду через трубопровод 265. Диол в трубопроводе 270 выбран из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, н-бутиленгликоль, изобутиленгликоль, н-пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, циклогександиметанол и их смеси. Предпочтительно диол из трубопровода 270 представляет собой этиленгликоль. Альтернативно, может быть использован внешний тепловой источник для подвода достаточной энтальпии для испарения воды, которая выходит через трубопровод 265. Поток сложного гидроксиалкилового эфира выходит через трубопровод потока 275.

Зона 260 реактора этерификации работает при температуре 240°С или выше. Предпочтительно зона 260 реактора этерификации работает при температуре в интервале от 260 до 280°С. Зона 260 реактора этерификации работает под давлением от 40 до 100 фунт/кв.дюйм так, чтобы вызвать этерификацию смеси 275 терефталевая кислота/диол с получением сложного гидроксиалкилового эфира терефталевой кислоты.

В пятом варианте осуществления настоящего изобретения способ производства смеси карбоновая кислота/диол включает удаление части загрязненной воды в водной суспензии путем добавления диола в зону удаления жидкости с получением указанной смеси карбоновая кислота/диол.

Зона удаления жидкости, водная суспензия и способ производства водной суспензии описаны по существу в шестом варианте осуществления настоящего изобретения.

В шестом варианте осуществления изобретения предлагается способ получения смеси карбоновая кислота/диол, который представлен на фиг.3.

Стадия (1) включает смешение порошка сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305 с водой из трубопровода 315 в зоне 310 смешения с образованием раствора сырой карбоновой кислоты в трубопроводе 320. Смешение порошка сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305 с водой из трубопровода 315 в зоне 310 смешения может быть осуществлено любыми средствами, известными в данной области. Исходный сырьевой материал представляет собой порошок сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305. Обычно карбоновую кислоту выбирают из группы, включающей терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту и их смеси. Зона 310 смешения может представлять собой любой сосуд или оборудование, способные смешивать порошок сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305 с водой из трубопровода 315.

Порошок сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305 и воду из трубопровода 315 в зоне 310 смешения нагревают до температуры, достаточной для растворения порошка сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305 в зоне 310 смешения с получением раствора сырой карбоновой кислоты в трубопроводе 320. Давление в зоне 310 смешения представляет собой давление, достаточное для растворения порошка сырой карбоновой кислоты из трубопровода 305 в зоне 310 смешения. Обычно концентрация сырой карбоновой кислоты в растворе сырой карбоновой кислоты составляет от 15 до 35 мас.%.

Стадия (2) представляет собой обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 320 в зоне 325 реактора с получением обесцвеченного раствора карбоновой кислоты в трубопроводе 330.

Обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 320 может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Предпочтительно обесцвечивание может быть проведено путем взаимодействия раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 320 с водородом из трубопровода 330 в присутствии катализатора в зоне 325 реактора с получением обесцвеченного раствора карбоновой кислоты.

В случае зоны 325 реактора отсутствуют специальные ограничения по ее форме или конструкции, при условии, что устройство, которое позволяет подавать водород из трубопровода 330, обеспечивает эффективное контактирование суспензии 320 сырой карбоновой кислоты с катализатором в зоне реактора. Обычно катализатор представляет собой один металл группы VIII или комбинацию металлов группы VIII. Предпочтительно катализатор выбирают из группы, включающей палладий, рутений, родий и их комбинации. Наиболее предпочтительно катализатор представляет собой палладий. Обычно катализатор нанесен на подложку, предпочтительно на пористый уголь.

Зона 325 реактора включает реактор гидрирования, который работает при температуре, достаточной для превращения характерно желтых соединений в растворе 320 сырой карбоновой кислоты в бесцветные производные. Цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты в трубопроводе 335 находится в интервале от 0,5 до 4. Предпочтительно цветовой показатель b* раствора карбоновой кислоты в трубопроводе 335 находится в интервале от 0,5 до 2. Наиболее предпочтительно цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты в трубопроводе 335 находится в интервале от 0,5 до 1,5.

Водород из трубопровода 330 подают при скорости, достаточной для превращения характерно желтых соединений в суспензии сырой карбоновой кислоты из трубопровода 320 в бесцветные производные; где в обесцвеченном растворе карбоновой кислоты из трубопровода 335 цветовой показатель b* находится в интервале от 0,5 до 4.

Стадия (3) включает кристаллизацию обесцвеченного раствора карбоновой кислоты из трубопровода 335 в зоне 345 кристаллизации с получением водной суспензии в трубопроводе 355.

Зона 345 кристаллизации включает один сосуд или множество сосудов, способных удалять воду из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты из трубопровода 335 с получением водной суспензии в трубопроводе 355. Обычно сосуды включают, по меньшей мере, один кристаллизатор. Примеры таких систем можно найти в патентах США 5567842 и 3931305, которые включены в качестве ссылки. Обычно водная суспензия из трубопровода 355 имеет концентрацию карбоновой кислоты от 10 до 60 мас.%. Температурный интервал раствора карбоновой кислоты в зоне 345 кристаллизации представляет собой интервал, который достаточен для удаления части воды.

Стадия (4) включает удаление части загрязненной воды через трубопровод 365 из водной суспензии 355 путем добавления диола из трубопровода 370 в зону 360 удаления жидкости с получением смеси карбоновая кислота/диол в трубопроводе 375.

Задача зоны 360 удаления жидкости состоит в замене загрязненной воды диолом из трубопровода 370. Загрязненная вода содержит воду и обычные загрязнители. Диол из трубопровода 370 выбран из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, н-бутиленгликоль, изобутиленгликоль, н-пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, циклогександиметанол и их смеси. Предпочтительно диол в трубопроводе 370 представляет собой этиленгликоль. Диол из трубопровода 370 вводят в зону 360 удаления жидкости через трубопровод 370. Удаление загрязненной воды через трубопровод 365 из зоны 360 удаления жидкости может быть осуществлено с использованием ряда методик, включая, но без ограничения, циклоны, центрифуги и фильтры. Ключевым фактором зоны 360 удаления жидкости является выбор температурного интервала, в котором типичные загрязнители предпочтительно остаются в водной маточной жидкости, вместо того, чтобы оставаться в карбоновой кислоте. Полученную смесь карбоновая кислота/диол выводят через трубопровод 375. Полученная смесь карбоновая кислота/диол в трубопроводе 375 представляет собой подходящее сырьевое вещество для этерификации карбоновой кислоты диолом с получением сложного эфира карбоновой кислоты.

В седьмом варианте осуществления настоящего изобретения способ производства смеси терефталевая кислота/диол включает удаление части загрязненной п-толуиловой кислотой воды из водной суспензии терефталевой кислоты путем добавления диола в зоне удаления жидкости с получением указанной смеси терефталевая кислота/диол.

Зона удаления жидкости, водная суспензия терефталевой кислоты и способ получения водной суспензии описаны по существу в восьмом варианте осуществления настоящего изобретения.

В восьмом варианте настоящего изобретения предлагается способ производства смеси терефталевая кислота/диол, который представлен на фиг.4.

Стадия (1) включает смешение порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405 с водой из трубопровода 415 в зоне 410 смешения с получением раствора сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 420. Смешение порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405 с водой из трубопровода 415 в зоне 410 смешения может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Исходный сырьевой материал представляет собой порошок сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405. Общее количество п-толуиловой кислоты и 4-карбоксибензальдегида в порошке сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 405 составляет менее 6000 ч./млн из расчета на массу. Другой характеристикой порошка 405 сырой терефталевой кислоты является цвет, который при измерении показателя b* имеет значение меньше 7. Предпочтительно цвет, измеренный с помощью b*, имеет значение от 4 до 6. Такой порошок сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405 вводят в зону 410 смешения. Зона 410 смешения может представлять собой любой сосуд или оборудование, способные смешивать порошок сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405 с водой из трубопровода 415.

Порошок сырой терефталевой кислоты и воду нагревают до температуры 230°С или выше для растворения порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405 в зоне 410 смешения с получением раствора сырой терефталевой кислоты в трубопроводе 420. Предпочтительно раствор сырой терефталевой кислоты в зоне 410 смешения нагревают до температуры в интервале от 240 до 300°С. Давление зоны 410 смешения составляет от 900 до 1400 фунт/кв.дюйм для растворения порошка сырой терефталевой кислоты из трубопровода 405 в зоне 410 смешения. Обычно концентрация порошка 405 сырой терефталевой кислоты в растворе 420 сырой терефталевой кислоты составляет от 15 до 35 мас.%, предпочтительно от 20 до 30 мас.%.

Стадия (2) представляет собой обесцвечивание раствора сырой терефталевой кислоты из трубопровода 420 в зоне 425 реактора с получением обесцвеченного раствора терефталевой кислоты в трубопроводе 435.

Обесцвечивание раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 420 может быть осуществлено с помощью любых средств, известных в данной области. Предпочтительно обесцвечивание может быть проведено путем взаимодействия раствора сырой карбоновой кислоты из трубопровода 420 с водородом из трубопровода 430 в присутствии катализатора в зоне 425 реактора с получением обесцвеченного раствора карбоновой кислоты.

В случае зоны 425 реактора отсутствуют специальные ограничения по ее форме и конструкции, при условии, что устройство, которое позволяет подавать водород из трубопровода 430, обеспечивает контакт суспензии 420 сырой терефталевой кислоты с катализатором в зоне реактора. Обычно катализатор представляет собой один металл группы VIII или комбинацию металлов группы VIII. Предпочтительно катализатор выбирают из группы, включающей палладий, рутений, родий и их комбинацию. Наиболее предпочтительно катализатор представляет собой палладий. Обычно катализатор нанесен на подложку, предпочтительно на пористый уголь.

Зона 425 реактора включает реактор гидрирования, который работает при температуре 230°С или выше. Предпочтительно реактор гидрирования работает в интервале температур от 240 до 300°С. Реактор гидрирования работает при давлении от 900 до 1400 фунт/кв.дюйм и при парциальном давлении водорода, по меньшей мере, 100 фунт/кв.дюйм. Предпочтительно парциальное давление водорода находится в интервале от 100 до 300 фунт/кв.дюйм. За счет гидрирования характерно желтые соединения в растворе 420 сырой терефталевой кислоты превращаются в бесцветные производные. Кроме того, в зоне реактора часть 4-карбоксибензальдегида превращается в п-толуиловую кислоту.

Водород из трубопровода 430 подают в количестве, по меньшей мере, 1,5 мольного отношения, необходимых для превращения 4-карбоксибензальдегида в суспензии 420 сырой терефталевой кислоты в п-толуиловую кислоту. Предпочтительно водород 430 подают в количестве, по меньшей мере, 2,0 мольного отношения, необходимого для превращения 4-карбоксибензальдегида в суспензии 420 сырой терефталевой кислоты в п-толуиловую кислоту. Цветовой показатель b* в обесцвеченном растворе терефталевой кислоты из трубопровода 435 находится в интервале от 0,5 до 4. Предпочтительно цветовой показатель b* раствора терефталевой кислоты в трубопроводе 435 находится в интервале от 0,5 до 2. Наиболее предпочтительно цветовой показатель b* обесцвеченного раствора терефталевой кислоты в трубопроводе 435 находится в интервале от 0,5 до 1,5.

Стадия (3) включает кристаллизацию обесцвеченного раствора терефталевой кислоты из трубопровода 435 в зоне 445 кристаллизации с получением водной суспензии терефталевой кислоты в трубопроводе 455.

Зона 445 кристаллизации включает один сосуд или множество сосудов, способных удалять воду через трубопровод 450 из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты из трубопровода 435 с получением водной суспензии терефталевой кислоты в трубопроводе 455. Обычно сосуды включают, по меньшей мере, один кристаллизатор, как это описано ранее. В общем случае водная суспензия терефталевой кислоты из трубопровода 455 имеет концентрацию терефталевой кислоты от 10 до 60 мас.%, предпочтительно от 20 до 40 мас.%. Примеры таких систем можно найти в патентах США 5567842 и 3931305, которые оба включены в качестве ссылки. Температурный интервал водной суспензии терефталевой кислоты в трубопроводе 455 составляет от 120 до 270°С. Интервал давления при кристаллизации составляет от 75 до 1400 фунт/кв.дюйм.

Стадия (4) включает удаление части загрязненной п-толуиловой кислотой воды через трубопровод 465 из водной суспензии 455 путем добавления диола из трубопровода 470 в зону 460 удаления жидкости с получением указанной смеси терефталевая кислота/диол в трубопроводе 475.

Задача зоны 460 удаления жидкости состоит в замене загрязненной п-толуиловой кислотой воды диолом из трубопровода 470. Диол из трубопровода 470 выбран из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, н-бутиленгликоль, изобутиленгликоль, н-пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, циклогександиметанол и их смеси. Предпочтительно диол из трубопровода 470 представляет собой этиленгликоль. Диол из трубопровода 470 вводят в зону 460 удаления жидкости через трубопровод 470. Удаление загрязненной п-толуиловой кислотой воды через трубопровод 465 в зоне 460 удаления жидкости может быть осуществлено с использованием ряда методик, включая, но без ограничения, циклоны, центрифугирование и фильтрование. Ключевым фактором зоны 460 удаления жидкости является выбор температурного интервала, в котором п-толуиловая кислота и 4-карбоксибензальдегид предпочтительно остаются в водной маточной жидкости, вместо того, чтобы оставаться в терефталевой кислоте. Зона 460 удаления жидкости работает в интервале температур от 120 до 270°С, предпочтительно в интервале от 120 до 150°С. Загрязненную п-толуиловой кислотой воду выводят через трубопровод 465. Полученную смесь терефталевая кислота/диол выводят через трубопровод 475. Полученная смесь терефталевая кислота/диол в трубопроводе 475 представляет собой подходящее исходное вещество для этерификации терефталевой кислоты диолом с получением сложного эфира терефталевой кислоты.

Реферат

Изобретение относится к усовершенствованному способу, по которому смесь карболовая кислота/диол, подходящую в качестве исходного вещества для производства сложного полиэфира, получают из обесцвеченного раствора карбоновой кислоты без выделения по существу твердой сухой карбоновой кислоты. Более конкретно, изобретение относится к способу производства смеси карбоновая кислота/диол, где указанный способ включает добавление диола к обесцвеченному раствору карбоновой кислоты, включающему карбоновую кислоту и воду, в зоне реактора этерификации, где диол находится при температуре, достаточной для испарения части воды, чтобы стать основной суспендирующей жидкостью с образованием указанной смеси карбоновая кислота/диол; где указанные карбоновая кислота и диол затем вступают в реакцию в указанной зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира. Изобретение также относится к следующим вариантам способа: способу производства смеси карбоновая кислота/диол, где указанный способ включает следующие стадии: (а) смешение порошка сырой карбоновой кислоты с водой в зоне смешения с образованием раствора сырой карбоновой кислоты; где указанная карбоновая кислота выбрана из группы, включающей терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту и их смеси; (b) обесцвечивание указанного раствора сырой карбоновой кислоты в зоне реактора с получением обесцвеченного раствора карбоновой кислоты; (с) необязательно, мгновенное испарение указанного обесцвеченного раствора карбоновой кислоты в зоне мгновенного испарения для удаления части воды из указанного обесцвеченного раствора карбоновой кислоты; и (d) добавление диола к указанному обесцвеченному раствору карбоновой кислоты в зоне реактора этерификации, где указанный диол находится при температуре, достаточной для испарения части воды, чтобы стать основной суспендирующей жидкостью с образованием указанной смеси карбоновая кислота/диол; где указанные карбоновая кислота и диол затем вступают в реакцию в указанной зоне этерификации с образованием потока сложного гидроксиалкилового эфира; и относится к способу производства смеси карбоновая кислота/диол, где указанный способ включает следующие стадии: (а) смешение порошка сырой карбоновой кислоты с водой в зоне смешения с образованием раствора сырой карбоновой кислоты; (b) обесцвечивание указанного раствора сырой карбоновой кислоты в зоне реактора с образованием обесцвеченного раствора карбоновой кислоты; (с) кристаллизация указанного обесцвеченного раствора карбоновой кислоты в зоне кристаллизации с образованием водной суспензии; и (d) удаление части загрязненной воды в указанной водной суспензии и добавление диола в зону удаления жидкости с получением указанной смеси карбоновая кислота/диол, где диол находится при температуре, достаточной для испарения части загрязненной воды из указанной водной суспензии, чтобы стать основной суспендирующей жидкостью. 6 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула