用于制备芳族二羧酸的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种用于制备芳族二羧酸的设备。
【背景技术】
[0002] 芳族二羧酸通常通过烃前体在有机溶剂中的催化氧化制备。实例是对苯二甲酸 (TA)，其广泛用于制备聚酯，如聚（对苯二甲酸乙二酯）（PET)。作为用于PET制备的反应物 所需的TA被称为"纯化的对苯二甲酸"（PTA)，并且通常含有超过99. 97重量％、优选地超 过99. 99重量％的对苯二甲酸，以及少于25ppm 4-羧基苯甲醛（4-CBA)。在工业规模上，适 于在PET制造中使用的PTA通常以两段方法制备。首先，将对二甲苯在金属催化剂（例如， 钴和/或锰盐或化合物）的存在下氧化（例如，在空气中）以提供"粗对苯二甲酸"（CTA)， 如在例如US 2, 833, 816中所述。然后，将通过该氧化反应制备的CTA纯化，因为其通常被 杂质如4-CBA、对甲基苯甲酸，以及赋予TA淡黄色的各种有色杂质所污染。CTA的纯化除了 需要至少一个物理过程（例如，结晶、洗涤等）之外，通常还需要至少一种化学转化（例如， 氢化）以产生PTA。
[0003] PTA通常被视为批量商品项，其年产量有数百万吨，并且因此制造商期望降低其成 本以使PTA制造的经济性和效率最大化。这可通过降低资本成本（例如，设备成本）和可 变成本（例如，与废弃物处置、起始物质使用、有机溶剂、加热燃料和去离子水相关的成本） 实现。
[0004] EP-A-0962442公开了这样的方法，其中将已经将PTA晶体从其分离出的含水纯化 母液引导至冷却容器中，并且冷却以使有机化合物如对甲基苯甲酸沉淀。将这些有机化合 物在分离器中与母液分离，然后对其进行对二甲苯萃取并且作为浆状水使用，并且用作用 于分离乙酸和水的蒸馏塔的中间部分的回流液。然而，该冷却和过滤方法不仅导致热从含 水纯化母液以及从而从蒸馏塔的损失，而且还导致包括可以氧化为TA的化合物以及少量 TA自身的有价值的有机化合物从反应体系的移除。
[0005] 本公开的目的是提供一种用于制造芳族二羧酸的更经济且更有效的方法和设备 并且，具体地，提供克服前述缺点的方法和设备。进一步的目的将从以下说明书易见。 【实用新型内容】
[0006] 本公开提供一种用于制备芳族二羧酸的设备，所述设备包括：
[0007] a)将来自氧化段的排出气体分离为富含有机溶剂的液体流和富含水的蒸气流的 蒸馏段；以及
[0008] b)将包含有机化合物的含水纯化母液与纯化的芳族二羧酸晶体分离的分离段；
[0009] c)从所述分离段接收所述含水纯化母液，并且将所述有机化合物通过使所述含水 纯化母液与有机液体接触从所述含水纯化母液萃取，并且将水相传送至所述蒸馏段的萃取 段。
[0010] 本公开还提供了一种用于制备芳族二羧酸的方法，所述方法包括烃前体在有机溶 剂中的催化氧化，所述方法包括以下步骤：
[0011] i)将来自氧化段的排出气体在蒸馏段中分离为富含有机溶剂的液体流和富含水 的蒸气流中；以及
[0012] ii)将包含有机化合物的含水纯化母液在分离段中从纯化的芳族二羧酸晶体分 离，
[0013] 其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
[0014] iii)将来自所述分离段的所述含水纯化母液传送至萃取段；
[0015] iv)将所述有机化合物通过在所述萃取段中在至少90°C的温度使所述含水纯化 母液与有机液体接触从所述含水纯化母液萃取，以形成水相和有机相，其中所述有机化合 物在所述水相中的浓度低于所述有机化合物在所述含水纯化母液中的浓度；以及
[0016] V)将所述水相传送至所述蒸馏段。
[0017] 步骤iii)可以包括将所述含水纯化母液用含水液体（例如，水）稀释。步骤iii) 可以包括将所述含水纯化母液加热。可以包括这些步骤，以溶解存在于含水纯化母液中的 任何固体有机化合物，所述固体有机化合物不仅可以引起萃取段的堵塞，而且还可以导致 萃取段中水相与有机相之间的界面的失控，导致在水相中遗留有机液体，反之亦然。对于步 骤iii)，避免进料至萃取段的含水纯化母液中存在的少量固体有机化合物的另一个选择是 包括将含水纯化母液过滤。然而，该选择是次优选的，因为它导致有机化合物从含水纯化母 液的移除，防止这些有机化合物至有机相中的回收。因此，可以将含水纯化母液在不经过中 间冷却步骤及后续的中间分离步骤的情况下在步骤iii)中从分离段传送至萃取段，从而 通过该机制避免有机化合物从含水纯化母液的移除。
[0018] 本公开还提供了一种用于制备芳族二羧酸的设备，所述设备包括：
[0019] a)蒸馏段，所述蒸馏段配置为将来自氧化段的排出气体分离为富含有机溶剂的液 体流和富含水的蒸气流；以及
[0020] b)分离段，所述分离段配置为将包含有机化合物的含水纯化母液与纯化的芳族二 羧酸晶体分离；
[0021] 其特征在于，所述设备还包括：
[0022] c)萃取段，所述萃取段配置为从所述分离段接收所述含水纯化母液，并且将所述 有机化合物通过在至少90°C的温度使所述含水纯化母液与有机液体接触从所述含水纯化 母液萃取，以形成水相和有机相，其中所述有机化合物在所述水相中的浓度低于所述有机 化合物在所述含水纯化母液中的浓度；其中所述萃取段还配置为将所述水相传送到所述蒸 馏段。
[0023] 该设备还可以包括将所述含水纯化母液在其由萃取段接收之前用含水液体稀释 的装置。该设备还可包括将含水纯化母液在其由萃取段接收之前加热的装置。可以包括这 些特征，以溶解存在于含水纯化母液中的任何固体有机化合物，所述固体有机化合物不仅 可以引起萃取段的堵塞，而且还可以导致萃取段中水相与有机相之间的界面的失控，导致 在水相中遗留有机液体，反之亦然。对于该设备，避免进料至萃取段的含水纯化母液中存在 的少量固体有机化合物的另一个选择是进一步包括用于将含水纯化母液过滤的装置。然 而，该选择是次优选的，因为它导致有机化合物从含水纯化母液的移除，防止这些有机化合 物至有机相中的回收。因此，萃取段可以配置为在没有中间冷却步骤及后续的中间分离步 骤的情况下从分离段接收含水纯化母液，从而通过该机制避免有机化合物从含水纯化母液 的移除。
[0024] 发明人已发现，可以将适于返回至蒸馏段的水相在至少90°C的温度从含水纯化母 液萃取。本发明方法和设备允许重复使用水相，从而减少用水量并且消除可能的流出物流， 同时避免对含水纯化母液进行中间冷却和分离步骤的资本成本和可变成本。
【附图说明】
[0025] 图1为根据本公开的方法和设备的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 本文描述了本公开的多个实施方案。应当认识到，每个实施方案中指定的特征可 以与其他指定特征结合以提供另外的实施方案。
[0027] 应当理解，用于通过烃前体在有机溶剂中的催化氧化制备芳族二羧酸的方法和设 备的一般操作是众所周知的。例如，如上所述，适于在PET制备中使用的对苯二甲酸（即， 纯化的对苯二甲酸）通常以两段方法制备。首先，将对二甲苯在金属催化剂（例如，钴和/ 或锰盐或化合物）的存在下氧化（例如，在空气中）以提供粗对苯二甲酸（上述步骤i)和 段a)形成该段的一部分）。然后，将通过该氧化反应制备的粗对苯二甲酸纯化以去除杂质， 如4-CBA和对甲基苯甲酸，以产生纯化的对苯二甲酸（上述步骤ii)和段b)构成该段的一 部分）。粗对苯二甲酸的纯化除了需要至少一个物理过程（例如，结晶、洗涤等）之外，通常 还需要至少一种化学转化（例如，氢化）。
[0028] 芳族二羧酸
[0029] 本公开的方法和设备中制备的芳族二羧酸优选选自对苯二甲酸、邻苯二甲酸和间 苯二甲酸。芳族二羧酸优选为对苯二甲酸。烃前体为可氧化形成芳族二羧酸的化合物。因 此，烃前体通常为在所需的最终产物中的羧酸取代基的位置被如Q 6烷基、甲酰基或乙酰基 取代的苯或萘。优选的烃前体为c16烷基取代的苯，具体地，为对二甲苯。有机溶剂通常为 脂族羧酸，如乙酸，或一种或多种此类脂族羧酸与水的混合物。氧化反应可在其中有氧气 的任何条件下进行，例如，该反应可在空气中进行。反应催化剂通常包含可溶形式的钴和/ 或锰（例如，它们的乙酸盐），使用溴源（如溴化氢）作为促进剂。氧化反应的温度通常在 约100-250°c的范围内，优选地为约150-220°c。任何常规的压力都可用于该反应，以适当 地将该反应混合物保持在液态下。
[0030] 从含水纯化母液中萃取的有机化合物通常包括对苯二甲酸自身、对甲基苯甲酸、 苯甲酸或它们的混合物。可以将每种有机化合物的一部分或全部从含水纯化母液萃取。优 选地，该有机化合物包括对甲基苯甲酸、苯甲酸或它们的混合物。
[0031] 氧化段
[0032] 氧化段通常包括氧化反应器，并且执行将烃前体在有机溶剂中催化氧化的功能， 从而形成产物流和排出气体。产物流通常传送至结晶段，以形成粗芳族二羧酸晶体的第一 浆液和塔顶蒸气。通常将粗芳族二羧酸晶体的第一浆液传递至分离段