專利名稱：從混合的二甲苯制備純對苯二酸和間苯二酸的方法
相關(guān)申請本申請是共同未決美國系列申請09/074251(1998年5月7日申請，題目為“制備純對苯二酸的方法和裝置”)的部分連續(xù)，其中美國申請09/074251是共同未決美國申請08/477898(1995年6月7日申請，題目為“制備純對苯二酸的方法和裝置”，現(xiàn)為美國專利5767311)的分案申請，又是美國系列申請08/962030(1997年10月31日申請，題目為“制備純對苯二酸的方法和裝置”)的部分連續(xù)，其中美國申請08/962030是美國系列申請08/760890(1996年12月6日申請，題目為“制備純對苯二酸的方法和裝置”)的部分連續(xù)，反過來美國申請08/760890是共同未決美國系列申請08/477898(1995年6月7日申請，題目為“制備純對苯二酸的方法和裝置”，現(xiàn)為美國專利5767311)的部分連續(xù)，所有這四個(gè)申請均指定與本申請相同的受讓人，為此其中公開的全部內(nèi)容均作為參考并入本發(fā)明。
介紹本申請涉及對苯二酸和間苯二酸的制備，更具體地講涉及從混合的二甲苯中制備純對苯二酸和間苯二酸的方法和裝置。
背景為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本，傳統(tǒng)對苯二酸(TPA)的生產(chǎn)方法需要比較高純度的對二甲苯(99.7+％)。這是由于這種現(xiàn)有技術(shù)的方法采用加氫作為主要方法用于純化在所述方法的氧化區(qū)中制得的粗對苯二酸。盡管加氫方法對于通過將其轉(zhuǎn)化為對甲苯甲酸來除去主要雜質(zhì)4-羧基苯甲醛(4-CBA)具有非常高的選擇性，但是該方法僅僅在非常少量的4-CBA(優(yōu)選小于3000ppm)存在下進(jìn)行。此外，傳統(tǒng)的TPA生產(chǎn)方法也不能從其異構(gòu)體如間苯二酸(IPA)和鄰苯二酸(PA)中分離出TPA。
發(fā)明概述與上述現(xiàn)有技術(shù)的TPA方法相反，本發(fā)明提供從混合的二甲苯中制備純對苯二酸和可選的間苯二酸的方法和裝置。重要的是，該方法能夠在聯(lián)合方法中純化含有對苯二酸和間苯二酸混合物以及少量4-羧基苯甲醛(4-CBA)、3-羧基苯甲醛(3-CBA)和甲苯甲酸異構(gòu)體的氧化反應(yīng)器流出物，制備純對苯二酸和可選的純間苯二酸。這些產(chǎn)物用于生產(chǎn)纖維、薄膜、塑料瓶和聚酯樹脂結(jié)構(gòu)，通常通過其他材料如玻璃纖維加固。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在聯(lián)合方法中從混合二甲苯中制備純對苯二酸和可選的純間苯二酸的方法和裝置。在一實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括通過氧化主要含有對二甲苯和較少量的間二甲苯和其他異構(gòu)體的混合二甲苯來制備粗混合酸(包括對苯二酸和間苯二酸)。該氧化步驟不僅制備對苯二酸和間苯二酸，而且通過不完全氧化制備4-CBA、3-CBA、對甲苯甲酸、間甲苯甲酸和其他微量的酸和醛異構(gòu)體。氧化步驟得到的產(chǎn)物為一液體分散液，其中含有未反應(yīng)的起始原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物(特別是剛提及的那些)和其他在制備純對苯二酸和純間苯二酸過程中所不希望的物質(zhì)。
將反應(yīng)器流出物加入到一系列結(jié)晶器中，通過減壓蒸發(fā)反應(yīng)溶劑、優(yōu)選乙酸使得固體生長。過濾并洗滌最后一個(gè)結(jié)晶器中的淤漿。然后干燥過濾出的晶體，除去溶劑至其在得到的粗混合酸晶體中的濃度小于0.25％。將過濾后的母液加入到溶劑脫水裝置中，從水中回收溶劑(乙酸)用于循環(huán)至氧化器中。
另外根據(jù)本發(fā)明，將來自氧化區(qū)干燥器的粗混合酸再溶解于選擇性的結(jié)晶溶劑中，然后在一個(gè)或者優(yōu)選兩個(gè)結(jié)晶級(jí)中從選擇性的結(jié)晶溶劑中結(jié)晶出對苯二酸(TPA)。采取措施從本發(fā)明的溶劑中分離出結(jié)晶并進(jìn)一步純化的TPA(使用或不使用共溶劑)。洗滌最終得到的純TPA濾餅并用水浸泡以脫色并除去TPA產(chǎn)物中最后微量的選擇性的結(jié)晶溶劑。
為了從結(jié)晶器的母液(過濾除去TPA固體之后)中回收間苯二酸(IPA)，加入反溶劑(anti-solvent)使得從母液中基本上完全地沉淀出TPA。通過蒸發(fā)母液中選擇性的結(jié)晶溶劑和反溶劑濃縮基本上沒有TPA的母液，并冷卻使得粗TPA結(jié)晶。然后通過在另一種選擇性的結(jié)晶溶劑中重結(jié)晶來進(jìn)一步純化粗TPA。
本發(fā)明也考慮能夠在結(jié)晶、洗滌和最后浸泡的每一級(jí)中回收和循環(huán)本發(fā)明溶劑的步驟。也采取步驟嚴(yán)格地控制任何對環(huán)境有害物質(zhì)的排放。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面在于發(fā)現(xiàn)了這樣的溶劑，該溶劑對于通過結(jié)晶和分離步驟從含有TPA、多達(dá)20％的IPA、較少量的3-CBA、4-CBA、間甲苯甲酸、對甲苯甲酸和其他物質(zhì)的粗混合物中純化TPA以及IPA是有效的。這些發(fā)現(xiàn)可以概括如下。
對于TPA的純化，用于本發(fā)明實(shí)施的選擇性結(jié)晶溶劑包括那些溶劑，其中(a)希望從TPA中分離的雜質(zhì)(包括IPA)在處理含有TPA的溶劑的希望溫度范圍內(nèi)的幾乎每個(gè)溫度下均比TPA更易溶解于溶劑中，以及(b)TPA在升高的溫度下較易溶解，在較低或降低的溫度下較難溶解?？梢岳斫庑g(shù)語“選擇性結(jié)晶溶劑”是指包括可用于上述選擇性結(jié)晶TPA的任何溶劑。
對于IPA純化，加入到母液(來自TPA結(jié)晶的流出物)中的反溶劑應(yīng)當(dāng)使得TPA幾乎全部從母液中沉淀(或結(jié)晶)出來，然而大部分IPA仍保留在母液中。通過蒸發(fā)(或蒸餾)濃縮基本上沒有TPA的母液結(jié)晶出粗IPA，然后通過過濾分離并再溶解于第二選擇性結(jié)晶溶劑中得到純IPA。
根據(jù)本發(fā)明，用于純化TPA的主要優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，這是由于下面討論的幾種原因和其優(yōu)越的特性。它是無水、熱穩(wěn)定、無毒(對環(huán)境安全)、無腐蝕和市場上買得到的溶劑。TPA能夠在升高的溫度下溶解于NMP中并在較低的溫度下從NMP中沉淀或結(jié)晶。在所有溫度下，主要雜質(zhì)如4-CBA、3-CBA、對甲苯甲酸、間甲苯甲酸以及IPA與TPA相比在NMP中具有相對較高的溶解度。因此，通過降低溫度，僅僅是TPA容易從溶液中結(jié)晶或沉淀形成純化的TPA晶體。
盡管NMP是最優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑，但是可以理解的是，根據(jù)本發(fā)明其他優(yōu)選用于純化粗TPA的選擇性結(jié)晶溶劑可以選自許多極性有機(jī)溶劑，包括但不局限于N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲酰哌啶、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉和N-甲酰基嗎啉)、卡必醇、C1-C12醇、醚、胺、酰胺和酯及其混合物。
主要優(yōu)選的反溶劑為甲醇，盡管用于從母液中幾乎全部沉淀出TPA的反溶劑也可以選自許多極性有機(jī)溶劑，包括但不局限于甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。
主要優(yōu)選用于IPA純化的選擇性結(jié)晶溶劑為甲醇，盡管該溶劑也可以選自，但不局限于甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。
為了除去最終TPA產(chǎn)物晶體中的殘余溶劑(例如NMP)，優(yōu)選將洗滌過的TPA晶體加入到高溫的浸漬劑中，其中使用水部分或完全溶解TPA晶體。最終IPA晶體中的殘余溶劑(甲醇)可以通過干燥除去至其濃度小于0.25％。
在一實(shí)施方案中，本發(fā)明用于從氧化混合二甲苯生成的液體分散液中純化粗對苯二酸(TPA)的方法包括如下步驟(a)在約50℃-約250℃的溫度下將粗TPA溶解于選擇性的結(jié)晶溶劑中形成溶液；(b)通過降低其溫度和/或壓力從所述的溶液中結(jié)晶出純酸；(c)從所述的溶液中分離出所述的結(jié)晶純化的TPA；(d)將所述分離出的純TPA再溶解于選擇性的結(jié)晶溶劑中形成第二次溶液；(e)通過降低溫度和壓力至足以從所述第二次溶液的所述TPA中快速蒸發(fā)溶劑但不會(huì)使溶液冷卻低于50℃，從所述的第二次溶液中結(jié)晶出第二級(jí)純化的TPA；(f)從所述的第二次溶液中分離出所述的第二級(jí)純化的TPA；(g)用水洗滌所述分離出的第二級(jí)純化的TPA；(h)在約150℃-約300℃的溫度下用水浸泡所述洗滌過的分離出的第二級(jí)純化的TPA；(i)過濾并干燥所述用水浸泡的第二級(jí)純化的TPA；(j)向(c)中所述的濾液中加入反溶劑使得幾乎全部的TPA沉淀；(k)從步驟(j)所述的溶液中分離出所述沉淀出的TPA并將所述沉淀出的TPA與步驟(a)中所述的起始的粗TPA混合；(1)從步驟(k)的所述無TPA的溶液中蒸發(fā)溶劑使得IPA在約5℃-約100℃下結(jié)晶；(m)從步驟(1)所述的溶液中分離出所述的結(jié)晶的粗IPA；(n)在約50-250℃的溫度下將粗IPA再溶解于選擇性的結(jié)晶溶劑中形成第二次的溶液；(o)通過降低溫度和壓力至足以從所述第二次溶液的所述IPA中快速蒸發(fā)溶劑但不會(huì)使溶液冷卻低于50℃，從步驟(n)所述的第二次的溶液中結(jié)晶出純IPA；以及(p)從所述的第二次溶液中分離并干燥所述的第二級(jí)純化的IPA。
在該實(shí)施方案中，分散液含有至少0-20％間苯二酸(IPA)和少量4-羧基醛(4-CBA)、3-羧基醛(3-CBA)以及選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)。用于TPA純化的選擇性結(jié)晶溶劑選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲酰哌啶、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉和N-甲?；鶈徇?、卡必醇、C1-C12醇、醚、胺、酰胺和酯及其混合物。該實(shí)施方案中用于TPA純化的選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。用于從TPA/IPA溶液中沉淀TPA的反溶劑選自甲醇、水、甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。用于重結(jié)晶IPA的選擇性結(jié)晶溶劑選自甲醇、水、甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。反溶劑/溶液的比例優(yōu)選為0.1-10、更優(yōu)選為0.5-3使得TPA沉淀。
在另一實(shí)施方案中，分散液含有至少0-20％間苯二酸(IPA)和少量4-羧基醛(4-CBA)、3-羧基醛(3-CBA)以及選自未反應(yīng)原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)。用于TPA純化的選擇性結(jié)晶溶劑選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲酰哌啶、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉和N-甲?；鶈徇?、卡必醇、C1-C12醇、醚、胺、酰胺和酯及其混合物。用于TPA純化的選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺。
下面實(shí)施例將闡述選擇性結(jié)晶溶劑在分離TPA和IPA中的有效性，這是本發(fā)明的本質(zhì)和特征。
實(shí)施例1該實(shí)施例描述了有關(guān)在大氣壓中的三種不同溫度下，TPA以及IPA在作為選擇性結(jié)晶溶劑的NMP中溶解度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在浸漬在保持預(yù)定溫度的恒溫浴的實(shí)驗(yàn)燒瓶中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過溫度計(jì)測量燒瓶中的液相溫度。對于高溫測量，采用全回流冷凝器回收由于蒸發(fā)所損失的溶劑。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，將少量遞增量的固體加入到燒瓶中一直攪拌的溶劑中直至不再有固體溶解，然后可以認(rèn)為在此溫度下該溶液被固體飽和。根據(jù)溶劑的重量和加入固體的總重量計(jì)算溶解度。表1概括了在15、40、70和160℃下TPA和IPA在NMP中的溶解度。
*在110℃下**在23℃下根據(jù)表1中所示的溶解度數(shù)據(jù)，表明TPA能夠通過結(jié)晶從TPA、IPA和4-CBA(3-CBA)的混合物中純化，因?yàn)檩^高的溶解度使得IPA和CBAs容易保留在母液中。由母液中得到的TPA晶體比起母液中含有的那些，應(yīng)當(dāng)具有相對于其他組份而言多得多的TPA。
實(shí)施例2根據(jù)160℃下TPA在NMP中的溶解度，將含有約95重量％TPA和5重量％IPA的固體混合物加入到NMP中。然后將該混合物轉(zhuǎn)移到裝有為了使得晶體破壞降低至最小而特別設(shè)計(jì)的攪拌器、加熱夾套和蒸汽冷凝器的冷卻結(jié)晶器中。將該結(jié)晶器緩慢加熱至160℃并在此溫度下保持1小時(shí)以確保所有固體溶解。然后在90分鐘內(nèi)將結(jié)晶器冷卻至45℃，使得TPA晶體生長。將該結(jié)晶器中內(nèi)含物轉(zhuǎn)移到夾套過濾器中并很快過濾，同時(shí)保持溫度在40-45℃。使用適當(dāng)量的熱溶劑(50-70℃)洗滌濾餅。在某些情況下，熱溶劑洗滌之后在95℃下用熱水洗滌濾餅。干燥洗滌過的濾餅并通過氣相色譜分析以測定產(chǎn)物組份。表2總結(jié)出了結(jié)果。
上述表2中的數(shù)據(jù)證明TPA中IPA的含量令人驚奇地降低(23-39倍)，這取決于清洗條件。當(dāng)在70℃下用溶劑清洗來自結(jié)晶過程的TPA濾餅、然后在95℃下用水清洗(實(shí)驗(yàn)2B)時(shí)，通過單級(jí)結(jié)晶使得IPA含量確實(shí)降低39倍。進(jìn)行同樣的步驟，通過兩級(jí)結(jié)晶，TPA混合物中IPA的含量能夠從5重量％降低至33份/百萬重量份(ppmw)。
實(shí)施例3該實(shí)施例給出了有關(guān)在大氣壓中的不同溫度下，TPA以及IPA在作為選擇性結(jié)晶溶劑的甲醇中溶解度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)裝置和步驟與上述實(shí)施例1中提及的相同，不同的是蒸汽壓高于大氣壓。根據(jù)溶劑的重量和加入固體的總重量計(jì)算溶解度。表3概括了在不同溫度下TPA和IPA在甲醇中的溶解度。
從表3中可以看出在25-50℃的溫度下，IPA在甲醇中的溶解度比TPA大約高8-20倍。TPA在甲醇中的溶解度只有在壓力和較高溫度如160-200℃下才變得顯著。
實(shí)施例4從實(shí)施例3中發(fā)現(xiàn)在室溫(25℃-50℃)下IPA在甲醇中的溶解度比TPA高得多。因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以測定是否可以通過向溶液中加入適當(dāng)量的甲醇而將TPA從含有TPA、IPA和少量4-CBA的溶液中沉淀出來。該溶液可以是用過濾器除去TPA晶體之后TPA結(jié)晶器中的母液。母液可以含有如下組份100g NMP,20g TPA,10g IPA和少量4-CBA(和3-CBA)。
該實(shí)施例表明向母液中加入甲醇基本上能夠引起所有TPA沉淀，而僅僅只有少量的IPA沉淀。向室溫下含有100g NMP、4gTPA和1.5gIPA的混合物中加入約210g甲醇?？偦旌衔飻嚢杓s90分鐘以使得固體從混合物中結(jié)晶和沉淀。將晶體過濾、洗滌并干燥用于分析。發(fā)現(xiàn)回收了母液中47.5％TPA，晶體中含有約99.0重量％TPA和1.0重量％IPA。
為了增加TPA的回收，通過除去部分NMP來濃縮母液，這樣混合物含有100g NMP、20g TPA和10gIPA。向混合物中加入約260g甲醇使得TPA在室溫下從混合物中結(jié)晶出來。加入甲醇后，在從淤漿中過濾出TPA晶體之前將混合物攪拌90分鐘。發(fā)現(xiàn)從母液中回收多達(dá)97.5％TPA,TPA晶體中含有97.3重量％TPA和2.7重量％IPA。該數(shù)據(jù)表明通過從母液(較高濃度)中除去更多的NMP或向母液中加入更多的甲醇或者結(jié)合這兩種方法可以實(shí)現(xiàn)100％的TPA收。
在一典型的母液中，4-CBA的含量應(yīng)當(dāng)為每100gNMP約0.01g(0.01％)。由于母液中4-CBA的含量非常少而且在室溫左右4-CBA在NMP中的溶解度非常高(如表1中所示)，加入甲醇不應(yīng)該引起4-CBA從母液中沉淀出來。
通過加入甲醇從母液中回收1.00％TPA并循環(huán)之后，可以進(jìn)一步處理沒有TPA的母液以回收IPA。該工藝路線的詳細(xì)內(nèi)容見附圖1并在下一部分描述。


附圖1為實(shí)施本發(fā)明用于制備TPA和IPA優(yōu)選實(shí)施方案的工廠的流程示意圖；以及附圖2為實(shí)施本發(fā)明用于僅僅制備TPA的另一優(yōu)選實(shí)施方案的工廠的流程示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述附圖1中介紹了本發(fā)明用于制備純TPA和IPA的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。
現(xiàn)對照附圖1，通過管線1將來自反應(yīng)器氧化區(qū)(未標(biāo)出)的含有約95％TPA、5％IPA和少量其他雜質(zhì)(4-CBA、3-CBA、對甲苯甲酸、間甲苯甲酸等)的粗TPA加入第一溶解器100中，與來自過濾器Ⅱ105的母液(通過管線7)和來自過濾器Ⅳ113的淤漿(通過管線19)混合。將第一溶解器100中的溫度保持在160-180℃以完全溶解固體和蒸發(fā)幾乎所有從管線19中帶出的甲醇。
然后在30-50℃下，通過管線2將來自第一溶解器100的飽和溶液連續(xù)加入到第一冷卻結(jié)晶器101中生成TPA鹽晶體。含有TPA鹽晶體的淤漿通過管線3離開第一冷卻結(jié)晶器101至過濾器Ⅰ102，其中除去粗晶體濾餅并通過管線4加入到第二溶解器103中。在第二溶解器103中，將濾餅再溶解在通過管線35從溶劑回收體系循環(huán)的干凈NMP中。又將第二溶解器103中的溫度再次保持在160-180℃以完全溶解TPA鹽晶體。通過管線5將來自第二溶解器103的飽和溶液連續(xù)加入到第二快速結(jié)晶器104中，其中溫度保持在最低60℃以防止TPA鹽晶體的形成。通過減壓從結(jié)晶器中閃蒸出的NMP的量來控制結(jié)晶器中溫度降低的程度。閃蒸出的NMP通過管線36循環(huán)至第一溶解器100中。
通過管線6將來自第二結(jié)晶器104的淤漿加入到過濾器Ⅱ105中，其中回收純TPA固體濾餅并送入濾餅洗滌106中，同時(shí)通過管線7將母液循環(huán)至第一溶解器100中。在濾餅洗滌裝置106中，濾餅中大量殘余的NMP通過用水逆流洗滌除去，將洗滌過的濾餅通過管線10加入到浸泡器107中，通過在160-280℃下用水浸泡除去TPA固體中最后微量的NMP。將沒有NMP的濾餅在過濾器Ⅲ108中過濾并在干燥器Ⅰ109中干燥生成最終TPA產(chǎn)物。
通過管線15將來自過濾器Ⅰ102的母液轉(zhuǎn)移到沉淀器112中。在此過程中，將其通過氧化器111，該氧化器可用于實(shí)施共同未決美國申請系列09/098060(標(biāo)題為“降低對苯二酸或間苯二酸中羧基苯甲醛異構(gòu)體的方法”，歸本發(fā)明的受讓人所有)中公開和要求的相關(guān)發(fā)明，為此其公開內(nèi)容作為參考并入本發(fā)明。通過管線16將甲醇加入到沉淀器中使得從母液中完全沉淀(或結(jié)晶)出TPA和沉淀出少量IPA。通過管線18將來自沉淀器112的淤漿加入到過濾器Ⅳ113中，從淤漿中除去大部分母液，然后通過管線19將其循環(huán)至第一溶解器100中。
將來自過濾器Ⅳ113中的母液送入蒸發(fā)器114中，通過熱以及真空蒸發(fā)除去NMP和甲醇，使得濃縮的母液變成飽和IPA溶液，將其加入到第一IPA結(jié)晶器115中，通過冷卻或閃蒸在30-50℃下結(jié)晶IPA。將蒸發(fā)器114中蒸發(fā)出的NMP和甲醇加入到蒸餾塔110中，在底部生成NMP，塔頂生成甲醇。通過管線16將甲醇流循環(huán)至沉淀器112中，同時(shí)通過管線35將NMP流加入到第二溶解器103中。將來自第一IPA結(jié)晶器115中的淤漿轉(zhuǎn)移到過濾器Ⅴ116中生成粗IPA濾餅和母液。通過管線17將母液送入沉淀器112中，但是一部分17流通過管線37凈化以防止雜質(zhì)和發(fā)色體的聚集。
然后通過管線25將來自過濾器Ⅴ116的濾餅轉(zhuǎn)移到IPA溶解器117中，其中在合適的溫度和壓力下用甲醇溶解粗IPA濾餅。在過濾器Ⅵ118中過濾飽和IPA溶液以除去微量的不溶物用于經(jīng)管線28的凈化。將沒有固體的溶液通過管線29加入到第二IPA結(jié)晶器119中，通過減壓下從結(jié)晶器中閃蒸出的甲醇生成IPA晶體。通過管線30將來自第二IPA結(jié)晶器119的淤漿轉(zhuǎn)移到過濾器Ⅶ120中以回收并洗滌純IPA晶體，最后在干燥器Ⅱ121中干燥生成最終IPA產(chǎn)物，同時(shí)通過管線31將過濾器Ⅶ120中的母液循環(huán)至蒸發(fā)器114中。
附圖2申闡述了另一種本發(fā)明用于僅僅制備純TPA的優(yōu)選實(shí)施方案。通過管線201將粗TPA(含有約90-99％TPA和1-10％IPA)加入到溶解器Ⅰ200中，與過濾器Ⅱ206中的母液M/L-2(經(jīng)管線220循環(huán))和過濾器Ⅴ215中循環(huán)的濾餅(經(jīng)管線221循環(huán))混合。溶解器中的溫度保持在140-200℃以溶解幾乎所有的固體。然后通過管線222將飽和溶液加入到第一結(jié)晶器202中，其中通過冷卻或溶劑蒸發(fā)(減壓)將溫度降低至30-60℃使得TPA晶體生長。
通過管線223將第一結(jié)晶器202中的淤漿連續(xù)或分批轉(zhuǎn)移到過濾器Ⅰ203中回收固體濾餅。在過濾器Ⅰ203中要求洗滌稀或飽和的NMP以代替濾餅中的母液，然后通過管線224將其轉(zhuǎn)移到溶解器Ⅱ204中，其中濾餅與經(jīng)管線225閃蒸的NMP和經(jīng)管線226和227蒸發(fā)的NMP混合。將溶解器Ⅱ204中的溫度再次保持在140-200℃以溶解幾乎所有的固體。通過管線228將飽和溶液加入到第二結(jié)晶器205中，其中通過冷卻或溶解蒸發(fā)(減壓)將溫度降低至30-60℃使得純TPA晶體生長。
再次通過管線229將第二結(jié)晶器205中的淤漿加入到過濾器Ⅱ206中回收濾餅，然后通過管線230將其轉(zhuǎn)移到逆流接觸器207中，用水洗滌以從濾餅中除去大量游離的NMP。將水洗滌過的固體通過管線231送入浸泡器208中，通過在150-280℃下在浸泡器208中部分或全部溶解固體從純TPA固體中除去微量殘余的NMP。通過管線233將沒有NMP的固體送入過濾器Ⅲ209中，其中通過管線232除去水并將TPA濾餅通過管線234送入并在干燥器中干燥，生成最終純TPA產(chǎn)物。
通過管線235將過濾器Ⅰ203中的母液M/L-1送入蒸發(fā)器Ⅰ210中除去大量的NMP。濃縮的溶液通過管線236轉(zhuǎn)移到結(jié)晶器Ⅲ211中使得低純度的TPA晶體生長。然后從過濾器Ⅳ212中回收晶體并通過管線237循環(huán)至溶解器Ⅰ200中。經(jīng)管線238將過濾器Ⅳ212中的母液M/L-3轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)器Ⅱ213中、然后至結(jié)晶器Ⅳ214和過濾器Ⅴ215中，回收殘余的低純度的TPA，經(jīng)管線239循環(huán)至溶解器Ⅰ200中。來自過濾器Ⅴ215中主要含有IPA、NMP和少量TPA的最終母液M/L-4經(jīng)過管線240，有待于處理用于進(jìn)一步回收NMP，處理前將其與水混合。
權(quán)利要求
1．從氧化混合二甲苯生成的液體分散液中純化粗對苯二酸(TPA)的方法，包括(a)在約50℃-約250℃的溫度下將粗TPA溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成溶液；(b)通過降低其溫度和/或壓力從所述的溶液中結(jié)晶出純酸；(c)從所述的溶液中分離出所述結(jié)晶的純TPA；(d)將所述分離出的純TPA再溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成第二次的溶液；(e)通過降低溫度和壓力使之足以從所述第二次的溶液的所述TPA中快速蒸發(fā)溶劑但不會(huì)使所述溶液冷卻低于50℃，從而從所述第二次的溶液中結(jié)晶出第二級(jí)純化的TPA；(f)從所述的第二次的溶液中分離出所述的第二級(jí)純化的TPA；(g)用水洗滌所述分離出的第二級(jí)純化的TPA；(h)在約150℃-約300℃的溫度下用水浸泡所述洗滌過的分離出的第二級(jí)純化的TPA；(i)過濾并干燥所述用水浸泡過的第二級(jí)純化的TPA；(j)向(c)中所述的濾液中加入反溶劑使得幾乎全部的TPA沉淀；以及(k)從(j)中所述的溶液中分離出所述沉淀出的TPA并將所述沉淀出的TPA與(a)中所述的起始的粗TPA混合；(l)蒸發(fā)(k)中所述無TPA的濾液中的溶劑，使得IPA在約5℃-約100℃下結(jié)晶；(m)從(1)中所述的溶液中分離出所述的結(jié)晶的粗IPA；(n)在約50-250℃的溫度下將粗IPA再溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成第二次的溶液；(o)通過降低溫度和壓力使之足以從所述第二次溶液的所述IPA中快速蒸發(fā)溶劑但不會(huì)使溶液冷卻低于約50℃，從而從(n)中所述的第二次的溶液中結(jié)晶出純IPA；以及(p)從所述的第二次的溶液中分離并干燥所述的第二級(jí)純化的IPA。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的分散液中含有至少0-20％間苯二酸(IPA)和少量4-羧基醛(4-CBA)、3-羧基醛(3-CBA)以及選自未反應(yīng)的起始原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲酰哌啶、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉和N-甲?；鶈徇?、卡必醇、C1-C12醇、醚、胺、酰胺和酯及其混合物。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于從TPA/IPA溶液中沉淀TPA的所述反溶劑選自甲醇、水、甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中用于從TPA/IPA溶液中沉淀TPA的所述反溶劑為甲醇或水。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中用于從TPA/IPA溶液中沉淀TPA的所述反溶劑為甲醇。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于重結(jié)晶IPA的所述選擇性結(jié)晶溶劑選自甲醇、水、甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中用于重結(jié)晶純IPA的所述選擇性結(jié)晶溶劑為甲醇或水。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使得TPA沉淀的反溶劑以所述反溶劑/溶液的比例為0.1-10使用。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述反溶劑/溶液的比例優(yōu)選為0.5-3。
13．從氧化混合二甲苯生成的液體分散液中純化粗對苯二酸(TPA)的方法，包括(a)在約50℃-約250℃的溫度下將粗TPA溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成溶液；(b)通過降低其溫度和/或壓力從所述的溶液中結(jié)晶出純酸；(c)從所述的溶液中分離出所述結(jié)晶的純TPA；(d)將所述分離出的純TPA再溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成第二次的溶液；(e)通過降低溫度和壓力使之足以從第二次的溶液的所述TPA中快速蒸發(fā)溶劑但不會(huì)使所述溶液冷卻低于50℃，從而從所述的第二次的溶液中結(jié)晶出第二級(jí)純化的TPA；(f)從所述的第二次的溶液中分離出所述的第二級(jí)純化的TPA；(g)用水洗滌所述分離出的第二級(jí)純化的TPA；(h)在約150℃-約300℃的溫度下用水浸泡所述洗滌過的分離出的第二級(jí)純化的TPA；(i)過濾并干燥所述用水浸泡的第二級(jí)純化的TPA；(j)通過蒸發(fā)濃縮(c)中所述的濾液并冷卻濃縮的溶液，使得TPA和較少部分IPA結(jié)晶；(k)從(j)中所述的溶液中分離出所述沉淀出的TPA和較少部分的IPA并循環(huán)所述的固體混合物用于(a)中操作；(1)通過第二次蒸發(fā)濃縮(k)中所述的濾液并冷卻濃縮的溶液，使得TPA和較少部分IPA進(jìn)一步結(jié)晶；(m)從(l)中所述的溶液中分離出所述的結(jié)晶的TPA和較少部分的IPA，并循環(huán)固體混合物用于(a)中操作；以及(n)將(m)中所述的濾液轉(zhuǎn)移到廢處理設(shè)備中或進(jìn)一步處理。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述的分散液中含有至少0-20％間苯二酸(IPA)和少量4-羧基醛(4-CBA)、3-羧基醛(3-CBA)以及選自未反應(yīng)的起始原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)。
15．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲酰哌啶、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉和N-甲?；鶈徇?、卡必醇、C1-C12醇、醚、胺、酰胺和酯及其混合物。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
18．從氧化混合二甲苯生成的液體分散液中純化粗對苯二酸(TPA)的方法，包括(a)在約50℃-約250℃的溫度下將粗TPA溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成溶液；(b)通過降低其溫度和/或壓力從所述的溶液中結(jié)晶出純酸，并從所述的溶液中分離出所述結(jié)晶的純TPA；(c)如需要，重復(fù)所述的溶解作用并結(jié)晶出所述的TPA，獲得所需純度的純TPA；(d)將反溶劑加入到分離出所述結(jié)晶的純TPA的溶液中，使得殘留在所述溶液中的幾乎所有TPA沉淀；(e)分離所述沉淀出的TPA；(f)蒸發(fā)通過加入反溶劑并除去沉淀出的TPA而獲得的溶液中的溶劑使得IPA結(jié)晶，純化并由此回收純IPA。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括溶解并結(jié)晶所述的純IPA以獲得所需純度的IPA。
20．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述的分散液中含有至少0-20％間苯二酸(IPA)和少量4-羧基醛(4-CBA)、3-羧基醛(3-CBA)以及選自來反應(yīng)的起始原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其他不希望物質(zhì)的雜質(zhì)。
21．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中用于TPA純化的所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲酰哌啶、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉和N-甲?；鶈徇?、卡必醇、C1-C12醇、醚、胺、酰胺和酯及其混合物。
22．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中用于從TPA/IPA溶液中沉淀TPA的所述反溶劑選自甲醇、水、甲基乙基酮、丙酮、C1-C12醇、卡必醇、酯、醚、C1-C12羧酸、水及其混合物。
全文摘要
一種用于從混合的二甲苯中制備純對苯二酸和可選的間苯二酸的方法和裝置。本發(fā)明方法純化含有對苯二酸和間苯二酸混合物以及少量4－羧基苯甲醛(4－CBA)、3－羧基苯甲醛(3－CBA)和甲苯甲酸異構(gòu)體的氧化反應(yīng)器流出物,在一聯(lián)合方法中制備純對苯二酸和可選的純間苯二酸。
文檔編號(hào)C07C51/43GK1314878SQ9980904
公開日2001年9月26日 申請日期1999年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月29日
發(fā)明者F·M·李, W·拉姆興, R·W·維特徹利 申請人:Hfm國際公司