[发明专利]芳族羧酸的生产

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月22日提交的美国临时申请No. 61/416,071的优先权。

发明领域

本发明涉及芳族羧酸，如纯化对苯二甲酸（PTA）的生产方法和系统。本发明的一个方面涉及芳族羧酸的更有效生产方法。另一方面涉及降低芳族羧酸生产中的工艺溶剂损失的方法。

发明背景

芳族多羧酸，如对苯二甲酸是用于生产可用于纤维生产和用于制造容器、瓶子和其它模制品的工业上重要的产品（包括聚酯聚合物）的重要化学中间产物。

纯化对苯二甲酸（PTA）可以在两阶段法中生产。用于制造对苯二甲酸的现有技术涉及在溶剂中使用分子氧液相氧化芳族原料，如对二甲苯。在通常包含助催化剂，如溴的溶解的重金属催化剂体系存在下，氧化溶剂包含低级（例如C₂-C₆）脂族羧酸，通常乙酸和水。乙酸特别可用作溶剂，因为其相对抗氧化并提高对芳族原料和反应中间产物的氧化的催化途径的活性。该反应在一个或多个搅拌容器中在分别为大约150至250℃和6至30 barA的升高的温度和压力下进行并通常以例如至少95%的高收率产生粗制对苯二甲酸（CTA）。在这些条件下，CTA在氧化反应器中从溶剂中沉淀以形成CTA固体在氧化溶剂中的浆料，其通过在反应容器中搅动保持悬浮。通过经过一系列结晶器（各自在相继递减的压力下），降低浆料温度，此后CTA固体与氧化反应溶剂分离以产生氧化母液。在正压或在真空下从氧化母液中分离CTA固体。

通常，用于液相氧化的溶剂是乙酸水溶液并含有由对二甲苯和其它反应前体的氧化产生的水。该氧化反应是放热的并生成芳族羧酸、来自芳族原料的部分氧化的反应中间产物，如对甲苯酸（pTol）和副产物（包含致色化合物）、挥发性组分，如甲醇、乙酸甲酯和溴甲烷，和降解产物，如二氧化碳、一氧化碳（碳氧化物）和苯甲酸（BA）。

生产法的第二阶段是通过在水溶液中的催化氢化提纯CTA。通常，在高压（70-90 barA）和高温（275 - 290℃）下将CTA固体溶解在水中并经负载在碳上的钯的固定床催化剂氢化。所得溶液在经过一系列结晶器时冷却，在此使纯化的对苯二甲酸（PTA）结晶。将在大约140-160℃温度下的所得浆料送入合适的连续固液分离器，如离心机或旋转过滤器，在此从提纯母液流中分离PTA固体，洗涤，然后干燥。该PTA产物适合制造用于纤维、瓶子、容器和其它模制品的聚酯聚合物。

通过离开反应器的氧化溶剂的蒸发和将冷凝溶剂（其也可以进一步冷却）送回反应器，使该氧化反应保持在恒定温度。由此，利用氧化溶剂的潜热冷却氧化反应混合物。作为排气离开反应器的气相通常包含汽化乙酸、水蒸汽和挥发性反应副产物以及不可冷凝组分，包括在该氧化反应中未消耗的残留氧、氮（在使用空气作为用于该氧化反应的分子氧的来源时）和碳氧化物。

通常，通过冷凝来自氧化反应器的排气以形成冷凝物、将该冷凝物与剩余气流分离和在将剩余冷凝液作为氧化溶剂送回反应器之前将至少一部分水与其余液体冷凝物分离，使氧化反应器中的氧化溶剂中的水保持在恒定水位。从该冷凝物中分离的过量水可送入排出物处理装置以便弃置。

可以通过蒸馏从氧化反应器排气冷凝物中分离水，富含低级脂族单羧酸的料流作为塔底产物，富水流作为塔顶产物。之前对该生产法的改进是为了消除初始冷凝步骤并包括将氧化反应器排气直接送至精馏塔。这种塔可以方便地位于氧化反应器上方以将富含低级脂族单羧酸的料流直接送回氧化反应器，尽管也可以使用其它构造。

利用蒸馏从作为氧化反应器排气的冷凝物回收的水中分离低级脂族羧酸需要精馏塔中的大量蒸馏阶段和足够的含水回流至塔顶部。但是，通过使氧化反应器水浓度保持在低值限制至塔顶部的含水回流的总流量，以保持氧化反应器中的反应性。通常，该含水回流包含在冷凝离开精馏塔顶部的富水蒸气流后的一部分塔顶产物。随后从精馏塔塔顶物系统中除去剩余精馏塔冷凝物，包括反应水。

该氧化反应器在升高的压力和温度下运行，来自该氧化反应器的排气可用于回收精馏塔下游的能量。能量回收可以是直接或间接的；通过热交换以例如产生用在该方法其它地方的蒸汽，或通过经机器例如膨胀机降低气流压力。膨胀机可用于回收能量，例如为向氧化法进给空气的空气压缩机供应动力或发电。