[发明专利]用纯氧氧化对二甲苯制备优异光学性质的对苯二甲酸

说明书

本发明涉及制备对苯二甲酸(TA)，尤其是具有优异光学性质的TA的方法。

将对二甲苯氧化可制成对苯二甲酸。该氧化经过复杂的反应途径进行，其中反应中的几种中间体浓度都很高。这些中间体可相互反应而生成不需要的高分子量有色副产品，而且这些产品极为稳定。这些副产品包括，但不仅限于芴酮，二苯(甲)酮，联苯，蒽醌及其衍生物。这些副产品的存在会降低TA产品的价值，因为在这种情况下必须向该TA制成的聚酯中加入染色剂或光学光亮剂。

典型的用空气制备TA的方法已见于US3089906及最近的US5081290和5371283。在该方法中液态对二甲苯送入搅拌釜反应器中。一元脂肪酸如乙酸用作溶剂。溶剂与反应物的比例典型为2-6体积溶剂/单位反应物体积(2∶1至6∶1)。该反应用乙酸盐形式的重金属或重金属混合物，通常是钴和锰催化。溴作为助催化剂并且典型的是呈溴酸形式。反应器保持在170-225℃操作温度下。操作压力应使液体保持在反应区中，约为483-2415kPa(70-350psig)。将压缩空气送入反应器底部。来自空气的氧气溶于液相中并且与对二甲苯反应生成TA。中间氧化产物和副产物的生成量取决于反应条件。在1小时停留时间下，对二甲苯转化率典型为99％以上，而对TA收率典型为95％以上。

进料空气必须压缩到比反应器操作压力高出一定水平的压力后才经管道或其他浸入的分布器吹入反应器中。常用搅拌器将气泡分散并全面通过液相，在此过程中气泡中的氧气浓度随着氧气的溶解和反应而降低。气泡与液相脱离后收集在反应器的顶部而构成连续气相。该废气必须排出以便给新鲜空气进料让出空间并且保持适当的气体积累，从而促使氧气从气相转入液相。

为了避免起火或爆炸的可能性，反应器顶部气体空间中的氧气浓度必须保持在可燃极限以下。实际上，氧气浓度必须保持在低于8-的是，气体空间中的氧气浓度保持在5vol％以下以在可燃或自燃极限以上提供一定安全限度。因此，在良好混合的搅拌釜反应器中氧气泡平均浓度必须低于5％以保证顶部空间中收集的气体中氧气平均浓度不可燃或不自燃。

气体空间中的氧气浓度与将空气送入反应器的流速或流量以及反应消耗空气中的氧气的速度有关。反应速度以及随之而来的的TA产量/单位反应器体积随温度，压力，液相中的氧气浓度，对二甲苯浓度，助催化剂浓度和催化剂浓度的提高而加大。由于对于给定反应条件而言液相中溶解的氧气的浓度以及随之而来的氧气反应速度与气相中氧气浓度成比例，因此5％的氧气限制可有效地限制氧气反应速度。

本技术领域里的某些研究或实践人员试图尽可能减少高分子量副产物的生成量，其中调节通过反应器的空气流速或流量并且对于给定烃进料流速或流量和反应条件，也调节排出物流中氧气浓度，这已在US4835307中作了说明。该方法可有效地提高液体中平均氧气浓度。但是，由于有易燃易爆的危险，所以空气流速或流量可调的范围是有限的，因为最大的排出氧气浓度必须保持低于8-9％。

已提出来尽可能减少缺氧面积或范围的另一方法已由Huber和Zeitlin在US5099064中作了说明。在该方法中，反应物浓度在反应器的进料口处人为地从大约25％降到7％。作者指出，入口效果，即反应器中具有烃浓度相对于可获得的氧气而言显得高的区域所达到的效果会增大高分子量副产物的生成量。作者声称，通过尽可能降低烃相对于氧气的浓度，即可尽可能地减少染色物质生成量。据认为，要达到该目的的方法就要求在氧化反应器的上游将蒸发的反应混合物的那部分回流冷凝液与氧化反应器液态进料物流组合起来而形成温度低于反应器中的物料温度的含有回流液的液态进料混合物。

由于TA制备过程是很典型的工业操作过程，所以本技术领域迫切需要改进的TA生产方法。更具体地讲，需要尽可能减少影响到最终产品的光学质量的中间高分子量染色杂质的生成量。

因此，本发明目的是提出改进的对苯二甲酸生产方法。

本发明另一目的是提出改进的用氧气进行的TA生产方法。

本发明再一目的是提出能够制成具有优异光学性能的TA的TA

本发明再一目的是提出能够制成具有优异光学性能的TA的TA生产方法。

考虑到这些以及其他目的，以下将详述本发明，而本发明的新的特征尤其可参见权利要求书。

二甲苯氧化制成对苯二甲酸的方式是通过采用纯的或几乎纯的氧气(纯的或几乎纯的氧气，是指含有至少75vol％氧气的气体)来尽可能降低液相中的氧气浓度，而同时又通过用反应器中的物料迅速稀释而尽可能降低烃进料浓度。

特别优选的对苯二甲酸生产方法的步骤包括：