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技術 加圧した粗芳香族カルボン酸供給混合物

出願人 ビーピー・コーポレーション・ノース・アメリカ・インコーポレーテッド
発明者 バートス,トーマス・エム
出願日 2018年12月27日 (1年1ヶ月経過) 出願番号 2018-245529
公開日 2019年5月23日 (9ヶ月経過) 公開番号 2019-077697
状態 未査定
技術分野 有機低分子化合物及びその製造
主要キーワード 予熱区域 精製液体 分離区域 蒸気凝縮物 液体反応物質 圧力定格 還流流 微細固体粒子
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (1)

課題

芳香族カルボン酸の製造の全体的なコストを減少させる方法の提供。

解決手段

反応区域内において、置換芳香族化合物酸化して粗芳香族カルボン酸を形成すること;前記反応区域からの流出物結晶化区域に送ること;前記粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を、前記結晶化区域から固体として回収すること;前記結晶化区域からの流出物を、周囲圧力より高い圧力で運転するように構成されている固液分離装置に送ること;混合区域内において前記固液分離装置からの粗固体生成物溶媒を混合して精製用反応混合物を形成すること;予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および前記溶媒を含む前記精製用反応混合物を加熱すること;そして精製区域内において、接触水素化によって前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成することを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。

概要

背景

[0003]テレフタル酸(TA)および他の芳香族カルボン酸は、(例えば、それらをエチレングリコールおよび/または高級アルキレングリコールと反応させることによって)ポリエステルの製造において用いることができる。ポリエステルは、次に繊維、フィルム容器ボトル、他の包装材料成形物品などを製造するために用いることができる。

[0004]商業的実施においては、芳香族カルボン酸は、水性酢酸溶媒中においてメチル置換ベンゼンおよびナフタレン供給材料液相酸化することによって製造されている。メチル置換基の位置は、芳香族カルボン酸生成物におけるカルボキシル基の位置に対応する。例えばコバルトおよびマンガンを含む臭素で促進された触媒の存在下において、空気または(例えば通常は気体状態の)他の酸素源物質酸化剤として用いている。酸化は発熱性であり、これによって芳香族カルボン酸が、芳香族供給材料の部分または中間酸化生成物、および酢酸反応生成物(例えば、メタノール酢酸メチル、および臭化メチル)などの副生成物一緒に生成する。また、水も副生成物として生成する。

[0005]重要な用途(例えば繊維およびボトル)において用いるポリエステルを製造するためには、しばしば純粋な形態の芳香族カルボン酸が望ましい。酸中の不純物(例えば、芳香族供給材料の酸化によって生成する副生成物、より一般的には種々のカルボニル置換芳香族種)は、それから製造されるポリエステルにおける色の形成を引き起こすかおよび/またはこれと関係し、その結果としてポリエステル加工製品におけるオフカラー(off-color)をもたらすと考えられている。不純物の減少したレベルを有する芳香族カルボン酸は、上記に記載の液相酸化からの粗生成物を、1以上の漸次低下する温度および酸素レベルにおいて更に酸化することによって製造することができる。更に、結晶化中に部分酸化生成物回収して、所望の酸生成物転化させることができる。

[0006]減少した量の不純物を有する純粋な形態のテレフタル酸および他の芳香族カルボン酸(例えば精製テレフタル酸PTA))は、より純度の低い形態の酸または所謂中純度生成物を、溶液中、昇温および昇圧下において、貴金属触媒を用いて接触水素化することによって製造されている。商業的実施においては、アルキル芳香族供給材料の粗芳香族カルボン酸への液相酸化、および粗生成物の精製は、しばしば、精製のための出発物質として液相酸化からの粗生成物を用いる連続統合プロセスで行われる。

[0007]従来の精製ユニットにおいては、粗芳香族カルボン酸を、通常は精製反応器に導入する前に水と混合して精製用反応混合物を形成する。混合は、芳香族カルボン酸を容器から戻して、中間体サイロから供給混合物容器への粗芳香族カルボン酸のスクリューコンベアフィードを用いることを可能にするために、周囲圧力に維持されている供給混合物容器内で行い、これは、供給混合物容器を周囲圧力で運転するサイロと圧力平衡化することが必要である。供給混合物容器が周囲圧力である場合には、容器内の水の可能な最も高い温度は、周囲圧力における水の沸点である約100℃である。精製用反応混合物は、通常は250℃〜300℃で運転する精製反応器中にそれを導入する前に予熱しなければならない。精製用反応混合物の温度を100℃以下から少なくとも250℃に上昇させるのに必要なこの加熱によって、精製芳香族カルボン酸を製造するための統合プロセスの変動費が増加する。

概要

芳香族カルボン酸の製造の全体的なコストを減少させる方法の提供。反応区域内において、置換芳香族化合物を酸化して粗芳香族カルボン酸を形成すること;前記反応区域からの流出物結晶化区域に送ること;前記粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を、前記結晶化区域から固体として回収すること;前記結晶化区域からの流出物を、周囲圧力より高い圧力で運転するように構成されている固液分離装置に送ること;混合区域内において前記固液分離装置からの粗固体生成物溶媒を混合して精製用反応混合物を形成すること;予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および前記溶媒を含む前記精製用反応混合物を加熱すること;そして精製区域内において、接触水素化によって前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成することを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。なし

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および溶媒を含む精製用反応混合物を加熱すること、ここで、前記精製用反応混合物は周囲圧力より高い圧力で前記予熱区域に導入する;および前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成することを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。

請求項2

予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および溶媒を含む精製用反応混合物を加熱すること、ここで、前記精製用反応混合物は100℃より高い温度で前記予熱区域に導入する;および前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成することを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。

請求項3

混合区域内において粗芳香族カルボン酸および溶媒を混合して精製用反応混合物を形成すること、ここで、前記溶媒は周囲圧力より高い圧力で前記混合区域に供給する;予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および溶媒を含む精製用反応混合物を加熱すること、ここで、前記精製用反応混合物は100℃より高い温度で前記予熱区域に導入する;および前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成することを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。

請求項4

混合区域内において、溶媒を、粗芳香族カルボン酸を含む流れと混合することによって前記精製用反応混合物を形成することを更に含む、請求項1または2に記載の方法。

請求項5

前記溶媒を周囲圧力より高い圧力で前記混合区域に導入する、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記溶媒を少なくとも1bar(g)の圧力で前記混合区域に導入する、請求項3または5に記載の方法。

請求項7

前記溶媒を含む流れを少なくとも2bar(g)の圧力で前記混合区域に導入する、請求項3または5に記載の方法。

請求項8

前記溶媒を含む流れを100℃より高い温度で前記混合区域に導入する、請求項3または4に記載の方法。

請求項9

前記溶媒を含む流れを少なくとも120℃の温度で前記混合区域に導入する、請求項3または4に記載の方法。

請求項10

前記混合区域を少なくとも2bar(g)の圧力に維持する、請求項3または4に記載の方法。

請求項11

前記精製用反応混合物を少なくとも80bar(g)の圧力で前記予熱区域に導入する、請求項1、2、または3に記載の方法。

請求項12

前記精製用反応混合物を100℃より高い温度で前記予熱区域に導入する、請求項1または2に記載の方法。

請求項13

前記精製用反応混合物を少なくとも120℃の温度で前記予熱区域に導入する、請求項1、2、または3に記載の方法。

請求項14

芳香族カルボン酸がテレフタル酸を含む、請求項1、2、または3に記載の方法。

請求項15

反応区域内において、置換芳香族化合物酸化して前記粗芳香族カルボン酸を形成すること;前記反応区域からの流出物結晶化区域に送ること;そして前記粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を、前記結晶化区域から固体として回収すること;前記結晶化区域からの流出物を、周囲圧力より高い圧力で運転するように構成されている固液分離装置に送ることを更に含む、請求項1、2、または3に記載の方法。

請求項16

前記固液分離装置がロータリープレッシャーフィルターを含む、請求項15に記載の方法。

請求項17

前記精製区域水素化反応器を含み、精製は、前記粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を含む水溶液触媒の存在下で水素と接触させることを含む、請求項1、2、または3に記載の方法。

請求項18

前記溶媒が水を含む、請求項1、2、または3に記載の方法。

関連出願

0001

[0001]本出願は、2013年12月30日出願の米国仮出願61/921,706からの優先権の利益を主張する。

技術分野

0002

[0002]本発明は、概して芳香族カルボン酸の製造方法に関し、特に精製するための粗芳香族カルボン酸の製造方法に関する。

背景技術

0003

[0003]テレフタル酸(TA)および他の芳香族カルボン酸は、(例えば、それらをエチレングリコールおよび/または高級アルキレングリコールと反応させることによって)ポリエステルの製造において用いることができる。ポリエステルは、次に繊維、フィルム容器ボトル、他の包装材料成形物品などを製造するために用いることができる。

0004

[0004]商業的実施においては、芳香族カルボン酸は、水性酢酸溶媒中においてメチル置換ベンゼンおよびナフタレン供給材料液相酸化することによって製造されている。メチル置換基の位置は、芳香族カルボン酸生成物におけるカルボキシル基の位置に対応する。例えばコバルトおよびマンガンを含む臭素で促進された触媒の存在下において、空気または(例えば通常は気体状態の)他の酸素源物質酸化剤として用いている。酸化は発熱性であり、これによって芳香族カルボン酸が、芳香族供給材料の部分または中間酸化生成物、および酢酸反応生成物(例えば、メタノール酢酸メチル、および臭化メチル)などの副生成物一緒に生成する。また、水も副生成物として生成する。

0005

[0005]重要な用途(例えば繊維およびボトル)において用いるポリエステルを製造するためには、しばしば純粋な形態の芳香族カルボン酸が望ましい。酸中の不純物(例えば、芳香族供給材料の酸化によって生成する副生成物、より一般的には種々のカルボニル置換芳香族種)は、それから製造されるポリエステルにおける色の形成を引き起こすかおよび/またはこれと関係し、その結果としてポリエステル加工製品におけるオフカラー(off-color)をもたらすと考えられている。不純物の減少したレベルを有する芳香族カルボン酸は、上記に記載の液相酸化からの粗生成物を、1以上の漸次低下する温度および酸素レベルにおいて更に酸化することによって製造することができる。更に、結晶化中に部分酸化生成物回収して、所望の酸生成物転化させることができる。

0006

[0006]減少した量の不純物を有する純粋な形態のテレフタル酸および他の芳香族カルボン酸(例えば精製テレフタル酸PTA))は、より純度の低い形態の酸または所謂中純度生成物を、溶液中、昇温および昇圧下において、貴金属触媒を用いて接触水素化することによって製造されている。商業的実施においては、アルキル芳香族供給材料の粗芳香族カルボン酸への液相酸化、および粗生成物の精製は、しばしば、精製のための出発物質として液相酸化からの粗生成物を用いる連続統合プロセスで行われる。

0007

[0007]従来の精製ユニットにおいては、粗芳香族カルボン酸を、通常は精製反応器に導入する前に水と混合して精製用反応混合物を形成する。混合は、芳香族カルボン酸を容器から戻して、中間体サイロから供給混合物容器への粗芳香族カルボン酸のスクリューコンベアフィードを用いることを可能にするために、周囲圧力に維持されている供給混合物容器内で行い、これは、供給混合物容器を周囲圧力で運転するサイロと圧力平衡化することが必要である。供給混合物容器が周囲圧力である場合には、容器内の水の可能な最も高い温度は、周囲圧力における水の沸点である約100℃である。精製用反応混合物は、通常は250℃〜300℃で運転する精製反応器中にそれを導入する前に予熱しなければならない。精製用反応混合物の温度を100℃以下から少なくとも250℃に上昇させるのに必要なこの加熱によって、精製芳香族カルボン酸を製造するための統合プロセスの変動費が増加する。

発明が解決しようとする課題

0008

[0008]芳香族カルボン酸の製造の全体的なコストを減少させる必要性が継続して存在する。

課題を解決するための手段

0009

[0009]本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、この概要における記述によってはいかなるようにも影響を受けない。
[0010]本発明の一形態によれば、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法が提供される。粗芳香族カルボン酸および水を含む精製用反応混合物を、予熱区域内において予熱する。精製用反応混合物は、周囲圧力より高い圧力で予熱区域に導入する。次に、精製用反応混合物中の粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成する。

0010

[0011]本発明の他の形態によれば、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法が提供される。粗芳香族カルボン酸および水を含む精製用反応混合物を、予熱区域内において予熱する。精製用反応混合物は、100℃より高い温度で予熱区域に導入する。次に、精製用反応混合物中の粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成する。

0011

[0012]本発明の他の形態は、以下の記載を考慮して当業者に明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0012

[0013]図1は、本発明による、精製形態の芳香族カルボン酸を製造するためのプロセスフロー図を示す。

実施例

0013

[0014]概略の紹介として、本発明による精製芳香族カルボン酸の製造方法は、予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および水を含む精製用反応混合物を加熱し、精製用反応混合物は周囲圧力より高い圧力で予熱区域に導入し;そして、精製用反応混合物中の粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成する;ことを含む。幾つかの態様においては、精製用反応混合物はまた100℃より高い温度で予熱区域に導入するが、これは精製用反応混合物を予熱区域中に供給する前に周囲圧力に維持した場合には可能ではない。したがって、従来のプロセスと比べて、予熱区域内の温度を精製反応器に必要な温度まで上昇させるためにより少ない熱しか必要でない。

0014

[0015]幾つかの態様においては、精製用反応混合物は、約1.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約2.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約3.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約4.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約5.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約6.0bar(g)より高い圧力で予熱区域中に導入する。幾つかの態様においては、精製用反応混合物は、約105℃より高い温度で予熱区域中に導入する。幾つかの態様においては、この温度は約115℃より高く、幾つかの態様においては約120℃より高く、幾つかの態様においては約125℃より高く、幾つかの態様においては約130℃より高く、幾つかの態様においては約140℃より高い。

0015

[0016]幾つかの態様においては、本方法は、水を含む流れを、粗芳香族カルボン酸を含むスラリーと混合することによって精製用反応混合物を形成することを更に含む。幾つかの態様においては、混合区域は、約1.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約2.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約3.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約4.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約5.0bar(g)より高く、幾つかの態様においては約6.0bar(g)より高い圧力に維持される。幾つかの態様においては、混合区域は約105℃より高い温度に維持する。幾つかの態様においては、この温度は約115℃より高く、幾つかの態様においては約120℃より高く、幾つかの態様においては約125℃より高く、幾つかの態様においては約130℃より高く、幾つかの態様においては約140℃より高い。

0016

[0017]幾つかの態様においては、精製用反応混合物の精製は、粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を含む水溶液を触媒の存在下において水素と接触させることを含む。
[0018]幾つかの態様においては、本方法は、置換芳香族炭化水素を、モノカルボン酸溶媒、水、および触媒組成物を含む液相酸化反応合物中で気体状酸素によって酸化することを更に含む。幾つかの態様においては、精製は、粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を含む水溶液を触媒の存在下において水素と接触させることを含む。

0017

[0019]幾つかの態様においては、本方法は、反応区域内においてパラキシレンを酸化して粗テレフタル酸を形成し、ここで酸化は、パラキシレンを、酢酸、水、および臭素で促進された触媒組成物を含む液相酸化反応混合物中で気体状酸素と接触させることを含み;粗テレフタル酸を結晶化し;粗テレフタル酸の少なくとも一部を、周囲圧力よりも高い圧力に維持されている混合区域に送り;粗テレフタル酸を、水を含む流れと混合して精製用反応混合物を形成し;精製用反応混合物を予熱区域に導入して、精製用反応混合物を少なくとも250℃に加熱し;そして、水素化反応器内において、精製用反応混合物を触媒の存在下において水素と接触させることによって粗テレフタル酸を精製する;ことを含む。

0018

[0020]ここで、図面を参照して本発明による精製形態の芳香族カルボン酸を製造するための上記の方法の更なる特徴を記載する。
[0021]図1は、本発明の一態様による精製形態の芳香族カルボン酸を製造するためのプロセスフロー図を示す。簡単な導入として、プロセス100は、供給材料を液相酸化するように構成されている酸化反応器110;液相酸化反応混合物から粗固体生成物を形成するように構成されており、結晶化容器152および156を含む結晶化区域;粗固体生成物(および酸化副生成物)を液体から分離するように構成されている固液分離装置190;精製反応溶媒中の粗固体生成物の混合物を調製するように構成されている精製用反応混合物補給容器200を含む混合区域;精製用反応混合物を精製区域中に導入する前に加熱するための熱交換器208を含む予熱区域;粗芳香族カルボン酸を精製するように構成されている精製反応器210を含む精製区域;精製溶液から精製固体生成物を形成するように構成されている容器220を含む結晶化区域;および精製固体生成物を液体から分離するように構成されている固液分離装置230;を含む。図1における複数のプロセスの統合は単に例示を意味し、種々の他の統合および非統合構成を同様に用いることができる。

0019

[0022]図1において示すプロセスにおいて用いる液体および気体の流れおよび材料は、例えばプロセスの使用および安全性のために適当な材料から構成されている好適な移送ライン導管、および配管を通して送って移送することができる。特定の部材を物理的に並置することができ、適当な場合には、これらは可撓性の領域、剛性の領域、または両方の組合せを有していてよいことが理解されるであろう。流れまたは化合物を送る際には、介在する装置および/または随意的な処理を含ませることができる。例として、ポンプバルブマニホールド、気体および液体流量計および分配器サンプリングおよび検出装置、および(例えば、圧力、流れ、および他の運転パラメーター監視、制御、調節、および転換するための)他の装置を存在させることができる。

0020

[0023]酸化反応器110において用いるのに好適な代表的な芳香族供給材料としては、1以上の位置においてカルボン酸基に酸化することができる少なくとも1つの基で置換されている芳香族化合物(例えば炭化水素)が挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの態様においては、置換基の位置は、製造する芳香族カルボン酸のカルボン酸基の位置に対応する。幾つかの態様においては、酸化可能な置換基としては、アルキル基(例えば、メチル、エチル、および/またはイソプロピル基)が挙げられる。他の態様においては、酸化可能な置換基としては、ヒドロキシアルキルホルミルアルデヒド、および/またはケト基のような酸素含有基が挙げられる。置換基は同一であっても異なっていてもよい。供給材料化合物の芳香族部分ベンゼン核であってよく、或いは二環式または多環式(例えば、ナフタレンおよび/またはアントラセン核)であってよい。幾つかの態様においては、供給材料化合物の芳香族部分上の酸化可能な置換基の数は、芳香族部分上の利用できる部位の数に等しい。他の態様においては、供給材料の芳香族部分上の酸化可能な置換基の数は、全てのかかる部位よりも少ない(例えば、幾つかの態様においては1〜4個、幾つかの態様においては2である)。本発明にしたがって用いることができる代表的な供給材料化合物としては、(単独かまたは組み合わせて)トルエンエチルベンゼンおよび他のアルキル置換ベンゼンo−キシレンp−キシレンm−キシレントルアルデヒド類トルイル酸類、アルキルベンジルアルコール、1−ホルミル−4−メチルベンゼン、1−ヒドロキシメチル−4−メチルベンゼン;メチルアセトフェノン;1,2,4−トリメチルベンゼン;1−ホルミル−2,4−ジメチルベンゼン;1,2,4,5−テトラメチルベンゼン;アルキル−、ホルミル−、アシル−、およびヒドロキシメチル−置換ナフタレン(例えば2,6−ジメチルナフタレン、2,6−ジエチルナフタレン、2,7−ジメチルナフタレン、2,7−ジエチルナフタレン、2−ホルミル−6−メチルナフタレン、2−アシル−6−メチルナフタレン、2−メチル−6−エチルナフタレンなど);など;および上記のいずれかの部分酸化誘導体;並びにこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの態様においては、置換芳香族化合物は、メチル−、エチル−、および/またはイソプロピル−置換芳香族炭化水素を含む。幾つかの態様においては、置換芳香族化合物は、アルキル置換ベンゼン、o−キシレン、p−キシレン、m−キシレンなど、またはこれらの組合せを含む。

0021

[0024]本発明にしたがって製造される芳香族カルボン酸は限定されず、1以上の芳香環を有するモノおよびポリカルボキシル化種が挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの態様においては、芳香族カルボン酸は、液相系中における気体状および液体反応物質の反応によって製造される。幾つかの態様においては、芳香族カルボン酸は1つのみの芳香環を含む。他の態様においては、芳香族カルボン酸は、幾つかの態様においては縮合しており(例えばナフタレン、アントラセン等)、他の態様においては縮合していない複数(例えば2つ以上)の芳香環を含む。幾つかの態様においては、芳香族カルボン酸は、1つのみのカルボン酸(例えば−CO2H)部分、またはその塩(例えば−CO2X(ここで、Xは、金属カチオンアンモニウムイオンなど(しかしながらこれらに限定されない)のカチオン種である))を含む。他の態様においては、芳香族カルボン酸は、複数(例えば2つ以上)のカルボン酸基またはその塩を含む。代表的な芳香族カルボン酸としては、テレフタル酸、トリメシン酸トリメリット酸フタル酸イソフタル酸安息香酸ナフタレンジカルボン酸など、およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの態様においては、本発明は、精製テレフタル酸(PTA)などの純粋な形態のテレフタル酸および所謂中純度テレフタル酸の製造に関する。

0022

[0025]酸化反応器110内で行うことができる代表的なタイプの酸化は、酸素ガス、およびカルボン酸基に酸化することができる置換基を有する芳香族炭化水素を含む供給材料を、液相反応混合物中で接触させることを含む液相酸化である。幾つかの態様においては、液相反応混合物は、モノカルボン酸溶媒および水を、少なくとも1種類の重金属成分(例えば、Co、Mn、V、Mo、Cr、Fe、Ni、Zr、Ce、Hfなど、およびこれらの組合せ)並びに促進剤(例えばハロゲン化合物等)を含む触媒組成物の存在下で含む。幾つかの態様においては、酸化は、液相反応混合物を維持し、高温高圧蒸気相を形成するのに有効な昇温および昇圧において行う。幾つかの態様においては、液相酸化で芳香族供給材料を酸化することによって、芳香族カルボン酸、および芳香族供給材料の部分または中間酸化生成物、および/または溶媒副生成物のような反応副生成物が生成する。幾つかの態様においては、芳香族カルボン酸はテレフタル酸を含み、酸化は、パラキシレンを、酢酸、水、および臭素で促進された触媒組成物を含む液相酸化反応混合物中で気体状酸素と接触させることを含む。液相酸化および関連するプロセスは、バッチプロセス、連続プロセス、または半連続プロセスとして実施することができる。酸化は、1以上の反応器内で行うことができる。

0023

[0026]図1に示すように実施することができるような代表的な態様においては、少なくとも約99重量%の置換芳香族炭化水素を含む液体供給材料酢酸水溶液(例えば約70〜約95重量%の酢酸を含む)、触媒金属源物質としてコバルトおよびマンガンの可溶性化合物(例えばそれらのそれぞれの酢酸塩など)、触媒促進剤として臭素(例えば臭化水素)、および空気を、流入口112のような流入口を通して酸化反応容器110に連続的に充填することができる。幾つかの態様においては、容器110は圧力定格連続撹拌タンク反応器である。

0024

[0027]幾つかの態様においては、撹拌は、そのシャフト外部動力源(図示せず)によって駆動する撹拌機120の回転によって与えることができる。シャフト上に載置され、液体内に配置されるインペラーは、液体を混合し、液体内で気体を分散させ、それによって液体の下部領域内での固体の沈降を防ぐための力を与えるように構成されている。

0025

[0028]幾つかの態様においては、パラキシレンは、反応器110内において主としてテレフタル酸に酸化される。テレフタル酸に加えて形成される可能性がある副生成物としては、部分および中間酸化生成物(例えば、4−カルボキシベンズアルデヒド、1,4−ヒドロキシメチル安息香酸p−トルイル酸、安息香酸など、およびこれらの組合せ)が挙げられるが、これらに限定されない。酸化反応は発熱性であるので、反応によって生成する熱により液相反応混合物を沸騰させて、気化酢酸、水蒸気、酸化反応からの気体状副生成物、炭素酸化物、反応に充填された空気からの窒素、未反応の酸素など、およびこれらの組合せを含む塔頂蒸気相を形成することができる。

0026

[0029]塔頂蒸気は、排気口116を通して反応器から取り出して、流れ111中で高圧蒸留カラム330に送ることができる。分離区域は、溶媒モノカルボン酸から水を分離し、溶媒に富む液相をライン331を通して反応器に戻すように構成されている。水に富む気相が分離区域からライン334を通して取り出され、例えば膨張器によってエネルギーを取り出すことによって、精製区域またはプロセスの他の部分において用いるために気体流から水を凝縮することによって、並びに廃棄気体を処理することによって更に処理される。還流は、ライン335を通してカラム330に戻す。還流流体には、水に富む気体流334の凝縮部分を含ませることができ、或いは他の供給源からの流体を含ませることができる。塔頂気体流の更なる処理および還流流体の供給源の例は、米国特許第5,723,656号、米国特許第6,137,001号、米国特許第7,935,844号、米国特許第7,935,845号、および米国特許第8,173,834号においてより完全に記載されている。

0027

[0030]幾つかの態様においては、液相反応混合物中でスラリー化している固体酸化生成物を含む液体流出物は、スラリー流出口114を通して反応容器110から取り出して、固体生成物を回収するために、流れ115中で結晶化容器152、次に結晶化容器156に送る。

0028

[0031]幾つかの態様においては、固体粗生成物は、単一の結晶化容器内、或いは図1に示すように一連の複数の撹拌結晶化容器内のような1以上の段階の結晶化によって液体から回収することができる。幾つかの態様においては、結晶化プロセスは、生成物回収率を増加させるために、初期段階から後期段階へ温度および圧力を逐次減少させることを含む。例として図1に示すように、結晶化容器152および156を直列で且つ流体連通させて与えて、容器152からの生成物スラリーを容器156に送ることができるようにすることができる。結晶化容器内における冷却は、圧力解放によって行うことができる。1以上の結晶化容器を例えば排気口154および158において排気して、圧力降下およびフラッシングした蒸気からの水蒸気の生成によって得られる蒸気を熱交換手段(図示せず)に取り出すことができる。

0029

[0032]図1に示すように、結晶化容器156は固液分離装置190と流体連通している。固液分離装置190は、結晶化容器156からの固体生成物のスラリーを受容するように構成されている。幾つかの態様においては、固液分離装置190は更に、液体から粗固体生成物および副生成物を分離するように構成されている。幾つかの態様においては、分離装置190は、遠心分離器ロータリー真空フィルター加圧フィルターなど、或いはこれらの組合せである。幾つかの態様においては、分離装置190は、(例えばフィルターケーキ中の母液加圧下において水を含む洗浄液容積式(positive displacement)によって)溶媒交換するように構成されている加圧フィルターを含む。分離から得られる酸化母液は、母液ドラム192に送るために流れ191中で分離装置190から排出することができる。母液の一部、幾つかの態様においては母液の大部分は、ドラム192から酸化反応器110に送ることができる。このようにして、母液中に溶解しているかおよび/または微細固体粒子として存在しているモノカルボン酸溶媒、水、触媒、および/または酸化反応副生成物を液相酸化反応に戻すことができる。

0030

[0033]図1に示すように、加熱された粗固体生成物を含む流れ197は、反応混合物補給容器200を含む混合区域に送ることができる。流れ197中の粗固体生成物は、補給容器200内で、ライン202を通して容器200に導入される補給溶媒と混合してスラリー化して、精製用反応混合物を形成することができる。幾つかの態様においては、精製補給溶媒は水を含む。幾つかの態様においては、溶媒ライン202は、補給溶媒を収容するための保持容器(図示せず)に接続される。他の態様においては、溶媒は、脱気装置から供給される新しい脱塩水を含む。他の態様においては、溶媒は統合プロセス100の他の部分から供給される。例えば一態様においては、溶媒は、カラム330におけるオフガス分離から、または結晶化区域から回収される蒸気から得られる凝縮物を含む。精製補給溶媒の供給源は、例えば米国特許第5,723,656号、米国特許第6,137,001号、米国特許第7,935,844号、米国特許第7,935,845号、および米国特許第8,173,834号においてより完全に記載されている。

0031

[0034]混合区域は、周囲圧力よりも高い圧力で運転するように構成されている。容器200内のこの圧力は、流入口ライン197および202をポンプ、フィルター制御バルブ、またはロータリーバルブ(図示せず)によって、流出口ライン204をポンプ206によってシールすることによって維持される。一態様においては、容器200の圧力シールは、固液分離190としてロータリープレッシャーフィルターを与えることによって行われる。ロータリープレッシャーフィルターは、装置190から排出され、ライン197に導入される放出されるスラリーを加圧する。好適なロータリープレッシャーフィルターはBHS-Sonthofenによって販売されており、例えば米国特許第2,741,369号、米国特許第7,807,060号、および米国特許出願公開第2005/0051473号において開示されている。精製用反応混合物は、容器200内で調製され、ライン204を通して排出されてポンプ206に送られ、これは容器200内の圧力を維持するようにも作用する。容器200を周囲圧力より高い圧力に維持することによって、精製補給溶媒202を容器200に導入して、容器200内において周囲圧力より高い圧力に維持することができ、したがって容器を周囲温度に維持した場合に可能であろう温度よりも高い温度で導入して維持することができる。例えば、精製補給溶媒中の水は、容器を1絶対気圧に維持した場合には最高で100℃で容器に加えることしかできないであろう。精製補給溶媒が、容器200に導入される際により高い圧力および温度を有するようにすることによって、容器200内で形成される得られる精製用反応混合物は、容器200を加圧下に維持しなかった場合に可能であろう温度よりも高い温度を有する。

0032

[0035]加圧精製補給溶媒の好適な供給源としては、脱イオン水蒸気凝縮物、酸化セクションにおける蒸留からの凝縮物、例えば流れ334から凝縮される塔頂流、および220のような精製結晶化器からの凝縮物が挙げられる。

0033

[0036]ライン204を通して容器200から排出される精製用反応混合物は、予熱区域に導入される。精製用反応混合物は、周囲圧力より高い圧力で予熱区域中に導入され、これによって精製用反応混合物を加圧していない場合に可能であった温度よりも高い温度で導入することが可能になる。図1に示す予熱区域は、ポンプ206および熱交換器208を含む。当業者であれば、図1には1つのみの熱交換器が示されているが、予熱区域に直列または並行に構成されている更なる複数の熱交換器を含ませることができることを認識するであろう。熱交換器208は、精製用反応混合物の温度を、下記に記載する精製反応のために必要な温度に上昇させる。一態様においては、温度は少なくとも250℃に上昇させる。一態様においては、温度は約290℃に上昇させる。精製用反応混合物は従来の非加圧システムにおけるよりも高い温度で導入されるので、予熱区域において精製用反応混合物を加熱するために必要なエネルギーは、従来の非加圧システムに関して必要なものよりも少ない。

0034

[0037]加熱された精製用反応混合物は、予熱区域から排出されて、精製区域に導入される。精製区域は精製反応器210を含む。幾つかの態様においては、精製反応器210における精製は、精製用反応混合物を、昇温および昇圧において、水素化触媒の存在下で水素と接触させることを含む。幾つかの態様においては、圧力は約85〜約95kg/cm2の範囲である。幾つかの態様においては、精製液体反応混合物の一部を、流れ211中で水素化反応器210から連続的に取り出して、下流の結晶化区域内の結晶化容器220に送ることができる。結晶化容器220においては、テレフタル酸および減少したレベルの不純物を、(例えば液体上の圧力を減少させることによって)反応混合物から結晶化させることができる。容器220内で形成される得られる精製テレフタル酸および液体のスラリーは、流れ221中で固液分離装置230に送ることができる。結晶化反応器220内の圧力降下によって得られる蒸気は、冷却のために熱交換器(図示せず)に送ることによって凝縮させることができる。得られる凝縮液は、例えば精製供給流補給タンク(図示せず)への再循環流として、好適な移送ライン(図示せず)を通してプロセスに再び送ることができ、および/または廃水処理(WWT)に送ることができる。精製テレフタル酸は、流れ231中で固液分離装置230から排出される。幾つかの態様においては、例えば米国特許第5,723,656号、米国特許第6,137,001号、米国特許第7,935,844号、米国特許第7,935,845号、および米国特許第8,173,834号により完全に記載されているように、精製母液の少なくとも一部、幾つかの態様においては全部または実質的に全部を、流れ233中で高圧蒸留カラム330へ還流として送ることができる。他の態様においては、流れ233は廃水処理施設に送ることができる。固液分離装置230は、遠心分離器、ロータリー真空フィルター、加圧フィルターなど、またはこれらの組合せであってよい。

0035

[0038]本明細書において引用する全ての特許および非特許刊行物の全ての内容は参照として本明細書中包含するが、本明細書と矛盾する開示または定義の場合には、本明細書中の開示または定義が優先される。

0036

[0039]上記の詳細な説明および添付の図面は説明および例示の目的で与えるものであり、添付の特許請求の範囲を限定することは意図しない。ここに示す現在好ましい態様における多くのバリエーションは、当業者に明らかであり、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等範囲内に包含される。

0037

[0040]添付の特許請求の範囲において示す部材および特徴を異なるように組み合わせて、これも同様に本発明の範囲内に含まれる新しい請求項を形成することができると理解すべきである。而して、下記の添付の従属請求項は単一の独立請求項または従属請求項のみに従属しているが、これらの従属請求項は、或いは代わりに任意の先行する請求項(独立請求項であっても従属請求項であっても)に従属させることができ、かかる新しい組合せは本発明の一部を形成すると理解されることを理解すべきである。
[発明の態様]
[1]
予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および溶媒を含む精製用反応混合物を加熱し、前記精製用反応混合物は周囲圧力より高い圧力で前記予熱区域に導入し;そして
前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成する;
ことを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。
[2]
予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および溶媒を含む精製用反応混合物を加熱し、前記精製用反応混合物は100℃より高い温度で前記予熱区域に導入し;そして
前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成する;
ことを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。
[3]
混合区域内において粗芳香族カルボン酸および溶媒を混合して精製用反応混合物を形成し、前記溶媒は周囲圧力より高い圧力で前記混合区域に供給し;
予熱区域内において、粗芳香族カルボン酸および溶媒を含む精製用反応混合物を加熱し、前記精製用反応混合物は100℃より高い温度で前記予熱区域に導入し;そして
前記精製用反応混合物中の前記粗芳香族カルボン酸を精製して、精製芳香族カルボン酸生成物を形成する;
ことを含む、精製芳香族カルボン酸を製造するための方法。
[4]
混合区域内において、溶媒を、粗芳香族カルボン酸を含む流れと混合することによって前記精製用反応混合物を形成する;
ことを更に含む、[1]または[2]に記載の方法。
[5]
前記溶媒を周囲圧力より高い圧力で前記混合区域に導入する、[4]に記載の方法。
[6]
前記溶媒を少なくとも1bar(g)の圧力で前記混合区域に導入する、[3]または[5]に記載の方法。
[7]
前記溶媒を含む流れを少なくとも2bar(g)の圧力で前記混合区域に導入する、[3]または[5]に記載の方法。
[8]
前記溶媒を含む流れを100℃より高い温度で前記混合区域に導入する、[3]または[4]に記載の方法。
[9]
前記溶媒を含む流れを少なくとも120℃の温度で前記混合区域に導入する、[3]または[4]に記載の方法。
[10]
前記混合区域を少なくとも2bar(g)の圧力に維持する、[3]または[4]に記載の方法。
[11]
前記精製用反応混合物を少なくとも80bar(g)の圧力で前記予熱区域に導入する、[1]、[2]または[3]に記載の方法。
[12]
前記精製用反応混合物を100℃より高い温度で前記予熱区域に導入する、[1]または[2]に記載の方法。
[13]
前記精製用反応混合物を少なくとも120℃の温度で前記予熱区域に導入する、[1]、[2]または[3]に記載の方法。
[14]
芳香族カルボン酸がテレフタル酸を含む、[1]、[2]または[3]に記載の方法。
[15]
反応区域内において、置換芳香族化合物を酸化して前記粗芳香族カルボン酸を形成し;
前記反応区域からの流出物を結晶化区域に送り;そして
前記粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を、前記結晶化区域から固体として回収し;
前記結晶化区域からの流出物を、周囲圧力より高い圧力で運転するように構成されている固液分離装置に送る;
ことを更に含む、[1]、[2]または[3]に記載の方法。
[16]
前記固液分離装置がロータリープレッシャーフィルターを含む、[15]に記載の方法。
[17]
前記精製区域が水素化反応器を含み、精製は、前記粗芳香族カルボン酸の少なくとも一部を含む水溶液を触媒の存在下で水素と接触させることを含む、[1]、[2]または[3]に記載の方法。
[18]
前記溶媒が水を含む、[1]、[2]または[3]に記載の方法。

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