ES2237914T3

ES2237914T3 - Metodo para preparar acido tereftalico y acido isoftalico purificados a partir de xilenos mixtos.

Info

Publication number: ES2237914T3
Application number: ES99923195T
Authority: ES
Inventors: Fu-Ming Lee; Wiston Lamshing; Randi Wright Wytcherley
Original assignee: GTC Technology Inc
Current assignee: GTC Technology Inc
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2005-08-01
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: KR20010043917A; TR200100191T2; AU4002199A; BR9910817A; KR100552262B1; CN1314878A; CA2333706A1; CN1191224C; ID28612A; IL139973A0; DE69923839T2; EP1082286A1; EP1082286B1; DE69923839D1; WO1999062857A1

Abstract

Un proceso para separar y purificar ácido tereftálico (TPA) y ácido isoftálico (IPA) en bruto de una dispersión líquida que consiste en TPA, IPA y otras impurezas producidas a partir de la oxidación de xilenos mixtos que comprende: a) disolver el TPA bruto en un disolvente de cristalización selectivo a una temperatura de entre 50ºC y 250ºC para formar una disolución; b) cristalizar ácido purificado de dicha disolución reduciendo la temperatura y/o presión de la misma, y separar dicho TPA purificado cristalizado de dicha disolución; c) añadir un antidisolvente a dicha disolución de la que dicho TPA purificado cristalizado es separado para causar la precipitación de sustancialmente todo el TPA restante en dicha disolución; d) separar dicho TPA precipitado; e) evaporar los disolventes de la disolución para causar la cristalización de IPA, y purificar y recuperar el IPA purificado de ese modo.

Description

Método para preparar ácido tereftálico y ácido isoftálico purificados a partir de xilenos mixtos.

Introducción

El presente invento se refiere a la producción de los ácidos tereftálico e isoftálico y, más específicamente, a un método para preparar ácido tereftálico y ácido isoftálico purificados a partir de xilenos mixtos.

Antecedentes

El proceso convencional de fabricación del ácido tereftálico (TPA) requiere una pureza relativamente alta de p-xileno (99,7+%) para mejorar la calidad del producto y reducir los costes de fabricación. Esto es debido al hecho de que tales procesos de la técnica anterior usan hidrogenación como el método principal para purificar el ácido tereftálico bruto producido en la sección de oxidación de dichos procesos. Aunque el método de hidrogenación es muy selectivo para eliminar la principal impureza, el 4-carboxibenzaldehído (4-CBA) convirtiéndolo en ácido p-toluico, el método sólo opera en presencia de una cantidad muy pequeña de 4-CBA (preferiblemente menos de 3000 ppm). También, los procesos de fabricación de TPA convencionales no son capaces de separar el TPA de sus isómeros, tales como el ácido isoftálico (IPA) y ácido ftálico (PA).

[Otros documentos antecedentes incluyen el documento de patente GB 818 211 A, por Jock Usch y otros, que enseña un método para la fabricación del ácido tereftálico en el que se usa la N:N-dimetilformamida como un disolvente para recristalizar el ácido tereftálico y liberarlo de impurezas. La referencia enseña que disolviendo ácido tereftálico bruto a la temperatura de ebullición del disolvente seguido del enfriado, es posible obtener una forma pura de ácido tereftálico.

El documento de patente GB 849 189 A, por Bille y otros, se refiere a un proceso en el que las impurezas orgánicas se eliminan del ácido tereftálico mediante recristalización a partir de disolventes orgánicos, específicamente de una N-alquil pirrolidina.

El documento de patente norteamericana US 2.949.483, por Ham, se refiere a un método para purificar ácidos dicarboxílicos aromáticos usados en la fabricación de poliésteres y copoliésteres que forman fibras y filamentos, por medio de recristalización de disolventes orgánicos.]

Sumario del invento

En comparación con los procesos de la técnica anterior para preparar TPA descritos anteriormente, el presente invento proporciona un método y los aparatos para preparar ácido tereftálico y ácido isoftálico purificados a partir de xilenos mixtos. En gran medida, el método puede purificar el efluente del reactor de oxidación que contiene la mezcla de ácido tereftálico y ácido isoftálico, así como otras impurezas tales como cantidades pequeñas de 4-carboxibenzaldehído (4-CBA), 3-carboxibenzaldehído (3-CBA), e isómeros de ácido toluico, para producir un ácido tereftálico purificado y ácido isoftálico purificado en un proceso integrado. Estos productos son útiles para la producción de fibras, películas, botellas de plástico, y estructuras de resina de poliéster, reforzadas con frecuencia por otros materiales tales como fibra de vidrio.

Un proceso para separar y purificar ácido tereftálico (TPA) y ácido isoftálico (IPA) brutos, a partir de una dispersión líquida que consiste en TPA, IPA y otras impurezas producidas a partir de la oxidación de xilenos mixtos que comprende:

(a): disolver el TPA bruto en un disolvente de cristalización selectiva a una temperatura entre 50ºC y 250ºC para formar una disolución;

(b): cristalizar ácido purificado a partir de dicha disolución reduciendo la temperatura y/o presión de la misma, y separar dicho TPA purificado cristalizado de dicha disolución;

(c): añadir un antidisolvente a dicha disolución a partir de la que dicho TPA purificado cristalizado se separa para causar la precipitación de sustancialmente todo el TPA restante en dicha disolución;

(d): separar dicho TPA precipitado;

(e): evaporar los disolvente de la disolución para causar la cristalización de IPA, y purificar y recuperar de ese modo el IPA purificado.

En una realización, el proceso del presente invento incluye la producción de ácidos mixtos brutos (incluyendo ácido tereftálico y ácido isoftálico) mediante la oxidación de los xilenos mixtos que contienen principalmente p-xileno y porciones más pequeñas de m-xileno y otros isómeros. La etapa de oxidación produce no sólo ácido tereftálico y ácido isoftálico, sino que también, mediante oxidación incompleta otras impurezas tales como 4-CBA, 3-CBA, ácido p-toluico y otras cantidades traza de isómeros del ácido y del aldehído. El producto resultante de la etapa de oxidación es una dispersión líquida que contiene materiales de partida sin reaccionar, disolventes, si se ha usado alguno, los productos de las reacciones secundarias, particularmente los recién mencionados, y otros materiales que no se desean en el ácido tereftálico purificado y ácido isoftálico purificado buscados.

El efluente del reactor puede ser alimentado a una serie de cristalizadores que permiten que los sólidos crezcan evaporando el disolvente de la reacción, preferiblemente ácido acético, a través de reducciones de presión. La suspensión del último cristalilzador se filtra y se lava. Los cristales filtrados se secan después para eliminar el disolvente hasta un nivel de menos del 0,25% en los cristales de ácido mixto bruto resultante. Las aguas madres obtenidas de la filtración son alimentadas a la unidad de deshidratación del disolvente para recuperar el disolvente (ácido acético) del agua para reciclarlo al tanque de oxidación.

Además, de acuerdo con el invento, los ácidos mixtos brutos del secador de la sección de oxidación se vuelven a disolver en un disolvente de cristalización selectivo y después el ácido tereftálico (TPA) se obtiene cristalizado del disolvente de cristalización selectivo por ejemplo en una o, preferiblemente, en dos etapas de cristalización. Se toman precauciones para separar el TPA cristalizado y progresivamente purificado del disolvente (con o sin codisolventes) del invento. La galleta del filtro del TPA purificado obtenida finalmente se lava y se humedece con agua para eliminar el color y las cantidades trazas finales del disolvente de cristalización selectivo del TPA producto.

Para recuperar el ácido isoftálico (IPA) de las aguas madres del cristalizador (después de que los sólidos de TPA son eliminados mediante filtración), se añade un antidisolvente para causar la precipitación sustancialmente completa del TPA a partir de las aguas madres. Las aguas madres sustancialmente libres de TPA se concentran, evaporando el disolvente de cristalización selectiva y el antidisolvente, de las aguas madres, y se enfría para causar la cristalización del IPA bruto. El IPA bruto puede ser después purificado mediante cristalización en otro disolvente de cristalización selectivo.

El invento también contempla etapas para recuperar y reciclar los disolventes del invento en cada etapa de cristalización y lavado, y remojo finales. Las etapas también se toman para controlar de cerca la liberación de cualquier material dañino para el medioambiente.

Un aspecto importante del presente invento es el descubrimiento de disolventes que son eficaces para provocar la purificación del TPA así como del IPA partir de una mezcla bruta que contiene TPA, hasta un 20% de IPA, cantidades más pequeñas de 3-CBA, 4-CBA, ácido m-toluico, ácido p-toluico, y otros, a través de etapas de cristalización y separación. Estos descubrimientos se pueden resumir como sigue.

Para la purificación del TPA, los disolventes útiles para la cristalización selectiva en la práctica del presente invento incluyen aquellos en los que (a) las impurezas (incluyendo IPA) que se desea separar del TPA son relativamente más solubles en el disolvente que lo es el TPA a, sustancialmente, cada temperatura dentro del intervalo deseado de temperaturas a las que se manejan los disolventes que contienen TPA, y (b) el TPA es más soluble a una temperatura elevada y menos soluble a una temperatura inferior o reducida. Se ha de entender que el término "disolvente de cristalización selectiva" pretende incluir cualquier disolvente útil en la cristalización selectiva de TPA como se describe anteriormente.

Para la purificación de IPA, el antidisolvente que se ha de añadir a las aguas madres (del efluente de cristalización de TPA) debería causar sustancialmente una precipitación total (o cristalización ) de TPA de las aguas madres y conservar aún la porción principal de IPA en las aguas madres. Las aguas madres sustancialmente libres de TPA se concentran mediante evaporación (o destilación) para cristalizar el IPA bruto, que puede ser entonces separado mediante filtración y redisuelto en una segunda cristalización selectiva para dar el IPA purificado.

De acuerdo con el invento, el disolvente de cristalización selectiva preferido en primer lugar para purificar el TPA es la N-metil pirrolidona (NMP), por varias razones tratadas a continuación, y por su superior rendimiento. No es acuoso, es térmicamente estable, no tóxico (medioambientalmente inocuo), no corrosivo, y disponible comercialmente. El TPA puede ser disuelto en NMP a elevadas temperaturas, y precipitado o cristalizado a partir de NMP a temperaturas inferiores. Las principales impurezas tales como 4-CBA, 3-CBA, ácido p-toluico, ácido m-toluico, así como IPA, tienen una solubilidad relativamente mayor en NMP que el TPA a cualquier temperatura. Por lo tanto, disminuyendo la temperatura, sólo el TPA tiende a cristalizar o precipitar de la disolución para formar cristales purificados de
TPA.

Aunque el NMP es el disolvente de cristalización selectiva más preferido, se ha de entender que, de acuerdo con el presente invento, otros disolventes de cristalización selectiva preferidos para la purificación de TPA bruto pueden ser seleccionados de diversos disolventes orgánicos polares incluyendo, pero no se pretende limitar a, la N,N-dimetil acetamida, N,N-dimetil formamida, N-formil piperidina, N-alquil-2-pirrolidona (tal como N-etil pirrolidona), N-mercaptoalquil-2-pirrolidona (tal como N-mercaptoetil-2-pirrolidona), N-alquil-2-tiopirrolidona (tal como N-metil-2-tiopirrolidona), N-hidroxialquil-2-pirroli-dona (tal como N-hidroxietil-2-pirrolidona), los morfolinos (tal como el morfolino, y N-formil morfolino), los carbitoles, los alcoholes C_{1} a C_{12}, los éteres, las aminas, las amidas, y los ésteres, y las mezclas de los mismos.

El antidisolvente preferido en primer lugar es metanol, aunque el antidisolvente para la precipitación sustancialmente total del TPA de las aguas madres puede seleccionarse también de diversos disolventes orgánicos polares incluyendo, pero no se pretende limitarlos a, metiletilcetona, acetona, alcoholes C_{1} a C_{12}, los carbitoles, los ésteres, los éteres, los ácidos carboxílicos C_{1} a C_{12}, agua, y mezclas de los mismos.

El disolvente de cristalización selectiva preferido en primer lugar para la purificación de IPA es el metanol, aunque el disolvente puede seleccionarse también del grupo, pero no limitado a, metiletilcetona, acetona, alcoholes C_{1} a C_{12}, los carbitoles, los ésteres, éteres, ácidos carboxílicos C_{1} a C_{12}, agua, y mezclas de los mismos.

Para eliminar el disolvente residual (por ejemplo, NMP) atrapado en los cristales del TPA producto final, los cristales de TPA lavados son preferentemente alimentados a un humidificador de elevada temperatura en el que el agua se usa para disolver parcial o completamente los cristales de TPA. El disolvente residual (metanol) atrapado en los cristales del IPA final puede ser eliminado mediante secado hasta el nivel de menos del 0,25%.

En una realización, el método del presente invento comprende las etapas de: (a) disolver el TPA bruto en un disolvente de cristalización selectiva a una temperatura de desde 50ºC hasta 250ºC para formar una disolución; (b) cristalizar el ácido purificado de dicha disolución reduciendo la temperatura y/o presión de la misma, (c) separar dicho TPA purificado cristalizado de dicha disolución; (d) redisolver dicho TPA purificado separado en un disolvente de cristalización selectiva para formar una segunda disolución; (e) cristalizar el TPA purificado de la segunda etapa de dicha segunda disolución reduciendo la temperatura y presión lo suficiente para evaporar de modo instantáneo el disolvente de dicho TPA de dicha segunda disolución pero sin enfriar dicha disolución por debajo de 50ºC; (f) separar dicho TPA purificado de segunda etapa de dicha segunda disolución; (g) lavar dicho TPA purificado de segunda etapa con agua; (h) humedecer dicho TPA purificado de segunda etapa separado y lavado, con agua a temperatura entre 150ºC y alrededor de 300ºC; (i) filtrar y secar dicho TPA purificado en segunda etapa humedecido con agua; (j) añadir un antidisolvente a dicha disolución filtrada en (c) para causar la precipitación de sustancialmente todo el TPA; (k) separar dicho TPA precipitado de dicha disolución en la etapa (j) y combinar dicho TPA precipitado con dicho TPA bruto original para procesar en la etapa (a); (l) evaporar los disolventes de dicha disolución filtrada libre de TPA en la etapa (k) para causar la cristalización de IPA a una temperatura desde 5ºC hasta 100ºC; (m) separar dicho IPA bruto cristalizado de dicha disolución en la etapa (l); (n) redisolver el IPA bruto en un disolvente de cristalización selectivo a una temperatura desde 50ºC hasta 250ºC para formar una segunda disolución ; (o) cristalizar el IPA purificado de dicha segunda disolución en la etapa (n) reduciendo la temperatura y presión lo suficiente para evaporar instantáneamente el disolvente de dicho IPA de dicha segunda disolución pero sin enfriar dicha disolución por debajo de 50ºC; y (p) separar y secar dicho IPA purificado de segunda etapa de dicha segunda
disolución.

En esta realización, la dispersión contiene hasta un 20% de ácido isoftálico (IPA), y cantidades menores de 4-carboxialdehído (4-CBA), 3-carboxialdehído (3-CBA) e impurezas selccionadas de materiales de partida sin reaccionar, disolventes, productos de reacciones secundarias y/u otros materiales no deseados. El disolvente de cristalización selectiva para la purificación del TPA se selecciona del grupo que consiste en N-metil pirrolidona, (NMP), N,N-dimetil acertamida, N,N-dimetil formamida, N-formil piperidina, N-alquil-2-pirrolidona (tal como N-etil pirrolidona), N-mercaptoalquil-2-pirrolidona (tal como N-mercaptoetil-2-pirrolidona), N-alquil-2-tiopirrolidona (tal como N-metil-2-tiopirrolidona), N-hidroxialquil-2-pirroli-dona (tal como N-hidroxietil-2-pirrolidona), los morfolinos (tal como morfolino, y N-formil morfolino), los carbitoles, alcoholes C_{1} a C_{12}, los éteres, las aminas, las amidas, y los ésteres, y mezclas de los mismos. El disolvente de cristalización selectiva para la purificación del TPA en esta realización es la N-metil pirrolidona o N,N-dimetil acetamida o N-metil pirrolidona. El antidisolvente para la precipitación del TPA a partir de la disolución TPA/IPA se selecciona del grupo que consiste en metanol, agua, metil etil cetona, acetona, alcoholes C_{1} a C_{12}, los carbitoles, los ésteres, los éteres, los ácidos carboxílicos C_{1} a C_{12}, agua, y mezclas de los mismos. El disolvente de cristalización selectiva para la recristalización de IPA se selecciona del grupo de metanol, agua, metil etil cetona, acetona, alcoholes C_{1} a C_{12}, los carbitoles, los ésteres, éteres, ácidos carboxílicos C_{1} a C_{12}, agua, y mezclas de los mismos. El antidisolvente está preferiblemente en una relación antidisolvente/disolución de 0,1 a 10, y más preferiblemente a una relación de entre 0,5 a 3, para causar la precipitación del
TPA.

En otra realización, la dispersión contiene al menos 0 a 20% de ácido isoftálico (IPA) y cantidades menores de 4-carboxialdehído (4-CBA), 3-carboxialdehído (3-CBA), e impurezas selccionadas de materiales de partida sin reaccionar, disolventes, productos de reacciones secundarias y/u otros materiales no deseados. El disolvente de cristalización selectiva para la purificación del TPA se selecciona del grupo que consiste en N-metil pirrolidona (NMP), N,N-dimetil acetamida, N,N-dimetil formamida, N-formil piperidina, N-alquil-2-pirrolidona (tal como N-etil pirrolidona), N-mercaptoalquil-2-pirrolidona (tal como N-mercaptoetil-2-pirrolidona), N-alquil-2-tiopirrolidona (tal como el N-etil-2-tiopirrolidona), N-hidroxialquil-2-pirrolidona (tal como N-hidroxietil-2-pirrolidona), los morfolinos (tal como morfolino, y N-formil morfolino), los cabitoles, alcoholes C_{1} a C_{12}, los éteres, las aminas, las amidas, y los ésteres, y mezclas de los mismos. El disolvente de cristalización selectiva para la purificación del TPA es la N-metil pirrolidona o N,N-dimetil acetamida.

Los siguientes ejemplos ilustran la eficacia del disolvente de cristalización selectiva para separar TPA e IPA, que es el principio y la característica de este invento:

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Ejemplo 1

Este ejemplo describe los datos experimentales sobre la solubilidad del TPA, así como del IPA, en NMP como el disolvente de cristalización selectiva a tres diferentes temperaturas a presión atmosférica. Los experimentos fueron llevados a cabo en un frasco de laboratorio que fue sumergido en un baño mantenido a una temperatura constante a una temperatura predeterminada. La temperatura de la fase líquida en el frasco fue medida por un termómetro. Para medidas a temperartura elevada, se usó un condensador de reflujo para recuperar el disolvente perdido debido a la evaporación. Durante un ensayo experimental, se añadió una cantidad con pequeños incrementos de sólidos al disolvente agitado de modo constante en el frasco hasta que no se disolvieron más sólidos y la disolución se consideró por tanto saturada con los sólidos a esa temperatura. La solubilidad fue calculada en base al peso del disolvente y el peso total de los sólidos añadidos. La Tabla 1 resume la solubilidad del TPA e IPA en NMP a 15, 40, 70, y
160ºC.

1

*	a 110ºC
**	a 23ºC

En base a los datos de solubilidad mostrados en la Tabla 1, se ilustra que el TPA puede purificarse de la mezcla de TPA, IPA, y 4-CBA (3-CBA) mediante cristalización, puesto que ambos IPA y CBA tienden a permanecer en las aguas madres debido a sus elevadas solubilidades. Los cristales de TPA producidos a partir de las aguas madres deberían tener una porción sustancialmente mayor de TPA relativa a otros componentes que los contenidos en las aguas
madres.

Ejemplo 2

Una mezcla sólida que contiene aproximadamente 95% de TPA y 5% en peso de IPA fue añadida al NMP según la solubilidad del TPA en NMP a 160ºC. La mezcla fue después transferida a un cristalizador de enfriado equipado con un mezclador especialmente diseñado para minimizar la ruptura del cristal, una manta de calor, y un condensador de vapor. El cristalizador fue calentado lentamente hasta 160ºC y mantenido a esta temperatura durante una hora para asegurar que todos los sólidos estuvieran disueltos. El cristalizador fue después enfriado hasta los 45ºC en 90 minutos para permitir que crecieran los cristales de TPA. El contenido del cristalizador fue transferido a una filtro recubierto y filtrado rápidamente mientras se mantenía la temperatura entre 40º y 45ºC. Se usó una cantidad apropiada de disolvente caliente (entre 50 y 70º) para lavar la galleta. En algunos casos, se llevó a cabo un lavado de la galleta con agua caliente a 95ºC después de un lavado con disolvente caliente. La galleta lavada fue secada y analizada mediante cromatografía de gases para determinar la composición del producto. La Tabla 2 expone un resumen de los
resultados.

2

Los datos en la Tabla 2 anterior demuestran que el contenido de IPA en TPA se redujo de modo sorprendente (23 a 39 veces) dependiendo de las condiciones de lavado. Cuando la galleta de TPA a partir de la cristalización fue lavada con disolvente a 70ºC seguido de un lavado en agua a 95ºC (ensayo 2B), el contenido en IPA se redujo efectivamente 39 veces mediante una cristalización en una única etapa. Siguiendo el mismo procedimiento, el contenido de IPA en TPA
se redujo desde un 5% en peso hasta 33 partes por millón en peso (ppmp) a través de una cristalización en dos etapas.

Ejemplo 3

Este ejemplo da los datos experimentales sobre la solubilidad del TPA, así como del IPA, en metanol como la cristalización selectiva a diversas temperaturas a presión atmosférica. El aparato experimental y los procedimientos son los mismos que los expuestos para el Ejemplo 1 anterior, con la excepción que la presión de vapor es mayor que la atmosférica. La solubilidad fue calculada en base al peso del disolvente y al peso total de sólidos añadidos. La Tabla 3 resume la solubilidad del TPA e IPA en metanol a diversas temperaturas.

4

Se observa de la Tabla 3 que la solubilidad del IPA en metanol es aproximadamente 8 a 20 veces superior que la del TPA a la temperatura que oscila entre 25 y 50ºC. La solubilidad del TPA en metanol se vuelve significativa sólo a temperaturas superiores, tales como 160 a 200ºC bajo presión.

Ejemplo 4

Del Ejemplo 3, se encontró que la solubilidad del IPA en metanol es sustancialmente superior que la del TPA a temperatura ambiente (25ºC a 50ºC). Consecuentemente, los experimentos fueron llevados a cabo para determinar si la precipitación del TPA de la disolución de TPA, IPA y en menor cantidad de 4-CBA pudiera ser efectuada añadiendo la cantidad apropiada de metanol a la disolución. Esta disolución puede ser las aguas madres del cristalizador de TPA después de que los cristales de TPA fueran retirados con un filtro. Las aguas madres pueden tener la siguiente composición: 100 gramos de NMP, 20 gramos de TPA, 10 gramos de IPA, y una cantidad menor de 4-CBA (y 3-CBA).

Este ejemplo muestra que la adición de metanol a las aguas madres puede causar esencialmente la precipitación total del TPA, pero sólo una pequeña precipitación de IPA. A una mezcla de 100 gramos de NMP, 4 gramos de TPA, y 1,5 gramos de IPA, se añadieron aproximadamente 210 gramos de metanol a la mezcla a temperatura ambiente. La mezcla total fue agitada durante alrededor de 90 minutos para permitir que los sólidos cristalizaran y precipitaran a partir de la mezcla. Los cristales fueron filtrados, lavados y secados para su análisis. Se encontró que el 47,5% de TPA en las aguas madres fue recuperado, y que los cristales contenían aproximadamente 99,0% en peso de TPA y 1,0% en peso de IPA.

Para aumentar la recuperación del TPA, se concentraron las aguas madres eliminando una parte de NMP y la mezcla contuvo 100 gramos de NMP, 20 gramos de TPA y 10 gramos de IPA. Se añadieron aproximadamente 260 gramos de metanol a la mezcla para causar que el TPA cristalizara de la mezcla a temperatura ambiente. Tras la adición de metanol, la mezcla se agitó durante 90 minutos antes de filtrar los cristales de TPA a partir de la suspensión. Se encontró que se recuperó hasta un 97,5% del TPA de las aguas madres, y que los cristales de TPA contenían 97,3% en peso de TPA y 2,7% en peso de IPA. Los datos indican que se puede lograr una recuperación del 100% de TPA eliminando más NMP de las aguas madres (concentración superior), o añadiendo más metanol a las aguas madres, o la combinación de ambos.

En unas aguas madres típicas, el contenido en 4-CBA debería estar alrededor de 0,01 gramos por 100 gramos de NMP (0,01%). Puesto que la cantidad de 4-CBA en las aguas madres es muy pequeña y la solubilidad del 4-CBA en NMP es muy alta a temperatura ambiente (mostrado en la Tabla 1), la adición de metanol no debería causar la precipitación de 4-CBA a partir de las aguas madres.

Después de que se ha recuperado y reciclado un 1,00% de TPA a partir de las aguas madres añadiendo metanol, las aguas madres libres de TPA pueden ser procesadas adicionalmente para recuperar el IPA. Los detalles del esquema del proceso se presentan en la Figura 1 y se describen más adelante en la sección siguiente.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 es un organigrama diagramático para una planta para practicar una realización preferida del invento para producir tanto TPA como IPA; y

La Figura 2 es un organigrama diagramático para una planta para practicar otra realización preferida del invento para producir solamente TPA.

Descripción de las realizaciones preferidas

Una de las realizaciones preferidas de este invento para producir tanto TPA como IPA purificados se presenta en la Figura 1.

En referencia ahora a la Figura 1, el TPA bruto de la sección de oxidación de un reactor (no mostrado) que contiene aproximadamente 95% de TPA, 5% de IPA, y cantidades menores de otras impurezas (4-CBA, 3-CBA, ácido p-toluico, ácido m-toluico, etc.), es alimentado al Primer Tanque de Disolución 100 a través de la tubería 1 para mezclarlo con las aguas madres del Filtro II 105 (a través de la tubería 7) y la suspensión procedente del Filtro IV 113 (a través de la tubería 19). La temperatura en el Primer Tanque de Disolución 100 se mantiene entre 160 y 180ºC para disolver completamente los sólidos y evaporar sustancialmente todo el metanol llevado a través de la Tubería 19.

La disolución saturada del Primer Tanque de Disolución 100 se alimenta entonces de modo contínuo al Primer Cristalizador de Enfriado 101 a través de la Tubería 2 para generar cristales de sal de TPA entre 30 y 50ºC. La suspensión que contiene cristales de sal de TPA sale del Primer Cristalizador de Enfriado 101 a través de la Tubería 3 al Filtro I 102 en el que la galleta de cristal bruto se retira y se alimenta al Segundo Tanque de Disolución 103 a través de la Tubería 4. En el Segundo Tanque de Disolución 103, el pastel se redisuelve en NMP limpio reciclado a través de la Tubería 35 del sistema de recuperación del disolvente. De nuevo, la temperatura en el Segundo Tanque de Disolución 103 se mantiene entre 160 y 180ºC para disolver completamente los cristales de sal de TPA. La disolución saturada del Segundo Tanque de Disolución 103 se alimenta de modo contínuo a través de la Tubería 5 a un Segundo Cristalizador de Proyección 104 en el que la temperatura se mantiene a un mínimo de 60ºC para impedir la formación de cristales de sales de TPA. El grado de reducción de la temperatura en el cristalizador se controla por la cantidad de NMP que se proyecta desde el cristalizador a través de la reducción de presión. El NMP proyectado se recicla al Primer Tanque de Disolución 100 a través de la Tubería 36.

La suspensión del Segundo Cristalizador 104 se alimenta al Filtro II 105 a través de la Tubería 6 en la que la galleta de TPA sólido se retira y se envía al Lavado de la galleta 106, mientras que las aguas madres se reciclan al Primer Tanque de Disolución 100 a través del a Tubería 7. En la unidad de Lavado de la Galleta 106, el volumen de NMP residual en la galleta se elimina mediante lavado a contracorriente con agua y la galleta lavada se alimenta a través de la Tubería 10 a un Humidificador 107 para eliminar las trazas finales de NMP en los sólidos de TPA humedeciendo con agua a temperaturas entre 160 y 280ºC. La galleta libre de NMP Se filtra en un Filtro III 108 y se seca en un Secador I 109 para dar el TPA producto final.

Las aguas madres del Filtro I 102 se transfieren a través de la Tubería 15 al Precipitador 112. Al hacer esto, pasa a través del Tanque de Oxidación 111, que es útil en la práctica de un invento relacionado descrito y reivindicado en la solicitud de patente norteamericana copendiente con Nº de serie 09/098, 060, titulado "Method to Reduce Carboxybenzaldehyde Isomers in Terephthalic Acid or Isophtalic Acid," poseída por el firmante de la presente solicitud, cuya descripción está aquí incorporada mediante referencia para todos los propósitos. El metanol se añade al Precipitador a través de la Tubería 16 para causar la completa precipitación (o cristalización) del TPA y una pequeña cantidad de precipitación de IPA a partir de las aguas madres. La suspensión del Precipitador 112 se alimenta al Filtro IV 113 a través de la Tubería 18 para eliminar la porción principal de las aguas madres de la suspensión antes de que se recicle al Primer Tanque de Disolución 100 a través de la Tubería 19.

Las aguas madres del Filtro IV 113 son enviadas al Evaporador 114 para eliminar el NMP y el metanol mediante evaporación a través de calor así como mediante vacío, de modo que las aguas madres concentradas se vuelven una disolución saturada de IPA, que se alimenta al Primera Cristalizador de IPA 115 para cristralizar IPA a una temperatura entre 30 y 50ºC mediante enfriado o proyección. El NMP vaporizado y el metanol del Evaporador 114 se alimentan a la Columna de Destilación 110 para dar NMP desde la parte inferior y metanol desde la parte superior de la columnas. La corriente de metanol se recicla al Precipitador 112 a través de la Tubería 16, mientras que la corriente de NMP se alimenta a un Segundo Tanque de Disolución 103 a través de la Tubería 35. La suspensión del Primer Cristalizador de IPA 115 se transfiere al Filtro V 116 para producir la galleta de IPA bruto y las aguas madres. Las aguas madres se envían al Precipitador 112 a través de la Tubería 17, pero una porción de la Corriente 17 se purga a través de la Tubería 37 para impedir la acumulación de las impurezas y los cuerpos de color.

La galleta del Filtro V 116 es transferida después a través de la Tubería 25 al Tanque de Disolución de IPA 117 en el que la galleta de IPA bruto se disuelve mediante metanol a una temperatura y presión adecuadas. La disolución de IPA saturada se filtra en el filtro VI 118 para eliminar las trazas insolubles para purgar a través de la Tubería 28. La disolución libre de sólidos es alimentada a través de la Tubería 29 a un Segundo Cristalizador de IPA 119 para producir cristales de IPA proyectando rápidamente metanol desde el cristalizador a través de la reducción de presión. La suspensión del Segundo Cristalizador 119 se transfiere a través de la Tubería 30 al Filtro VII 120 para recuperar y lavar los cristales purificados de IPA para el secado final en el Secador II 121 para producir el IPA producto final, mientras que las aguas madres del Filtro VII 120 se reciclan al Evaporador 114 a través del a Tubería 31.

Otra realización preferida de este invento para producir sólo TPA purificado se ilustra en la Figura 2. El TPA bruto (que contiene aproximadamente 90 a 99% de TPA y 1 a 10% de IPA) se alimenta al Tanque de Disolución I 200 a través de la Tubería 201 para mezclarlo con las aguas madres M/L-2 del Filtro II 206 (reciclado a través de la Tubería 220) y la galleta reciclada del Filtro V 215 (reciclado a través de la Tubería 221). La temperatura en el tanque de disolución se mantiene entre 140 y 200ºC para disolver sustancialmente todos los sólidos. La disolución saturada se alimenta después a través de la Tubería 222 al Primer Cristalizador 202 en el que la temperatura se reduce a entre 30 y 60ºC enfriando o mediante la evaporación del disolvente (con reducción de presión) para permitir que crezcan los cristales de TPA.

La suspensión del Primer Cristalizador 202 es transferida de modo contínuo o de modo discontínuo a través de la Tubería 223 al Filtro I 203 para recuperar la galleta sólida. Se requiere el lavado del NMP usado o saturado en el Filtro I 203 para desplazar las aguas madres de la galleta antes de que sea transferido a través de la Tubería 224 al Tanque de Disolución II 204, en el que la galleta se mezcla con el NMP proyectado desde la Línea 225 y el NMP evaporado desde las Tuberías 226 y 227. De nuevo, la temperatura en el Tanque de Disolución II 204 se mantiene a 140 hasta 200ºC para disolver sustancialmente todos los sólidos. La disolución saturada se alimenta a través de la Tubería 228 al Segundo Cristalizador 205 en el que la temperatura se reduce a entre 30 y 60ºC enfriando o mediante la evaporación del disolvente (con reducción de presión) para permitir que los cristales de TPA purificados crezcan.

De nuevo, la suspensión del Segundo Cristalizador 205 se alimenta a través de la Tubería 229 al Filtro II 206 para recuperar la galleta, que se transfiere entonces a través de la Tubería 230 a un Tanque de Contacto 207 a contracorriente para ser lavada con agua para eliminar el volumen de NMP libre de la galleta. Los sólidos lavados con agua son enviados a través de la Tubería 231 al Humidificador 208 para eliminar las cantidades traza del NMP atrapado de los sólidos de TPA purificados disolviendo parcial o totalmente los sólidos en el humidificador 208 a una temperatura de 150 a 280ºC. Los sólidos libres de NMP son enviados a través de la Tubería 233 al Filtro III 209 en el que el agua se elimina a través de la Tubería 232 y la galleta de TPA se envía a través de la Tubería 234 para ser secada en un secador para producir el TPA producto final purificado.

Las aguas madres M/L-1 del Filtro I 203 se envían a través de la Tubería 235 al Evaporador I 210 para eliminar una cantidad sustancial de NMP. La disolución concentrada es transferida a través de la Tubería 236 al Cristalizador III 211 para provocar que los cristales de TPA de baja pureza crezcan. Los cristales son recuperados después del Filtro IV 212 y reciclados al Tanque de Disolución I 200 a través de la Línea 237. Las aguas madres M/L-3 del Filtro IV 212 son transferidas vía la Tubería 238 al Evaporador II 213, después al cristalizador IV 214 y al Filtro V 215, para recuperar el TPA de baja pureza residual para reciclar, al Tanque de Disolución I 200 vía la Tubería 239. Las aguas madres finales M/L-4 del Filtro V 215 que contienen principalmente IPA, NMP y una cantidad menor de TPA pasan a través de la Tubería 240 y tienen que ser tratadas para una recuperación de NMP adicional mezclándolo con agua antes de ser eliminado.

Claims

1. Un proceso para separar y purificar ácido tereftálico (TPA) y ácido isoftálico (IPA) en bruto de una dispersión líquida que consiste en TPA, IPA y otras impurezas producidas a partir de la oxidación de xilenos mixtos que comprende:

a): disolver el TPA bruto en un disolvente de cristalización selectivo a una temperatura de entre 50ºC y 250ºC para formar una disolución;

b): cristalizar ácido purificado de dicha disolución reduciendo la temperatura y/o presión de la misma, y separar dicho TPA purificado cristalizado de dicha disolución;

c): añadir un antidisolvente a dicha disolución de la que dicho TPA purificado cristalizado es separado para causar la precipitación de sustancialmente todo el TPA restante en dicha disolución;

d): separar dicho TPA precipitado;

e): evaporar los disolventes de la disolución para causar la cristalización de IPA, y purificar y recuperar el IPA purificado de ese modo.

2. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además previamente a la etapa (c);

(i) redisolver dicho TPA purificado separado en un disolvente de cristalización selectiva para formar una segunda disolución;

(ii) cristalizar el TPA purificado en segunda etapa de dicha segunda disolución reduciendo la temperatura y la presión lo suficiente para evaporar de modo instantáneo el disolvente de dicho TPA de dicha segunda disolución pero sin enfriar dicha disolución por debajo de 50ºC;

(iii) separar dicho TPA purificado en segunda etapa de dicha disolución;

(iv) lavar dicho TPA purificado separado en segunda etapa, con agua;

(v) humedecer dicho TPA purificado separado en segunda etapa lavado con agua a una temperatura entre 150ºC y 300ºC;

(vi) filtrar y secar dicho TPA purificado en segunda etapa humedecido con agua, y en el que la etapa (d) de la reivindicación 1 comprende además;

(vii) separar dicho TPA precipitado de dicha disolución en (c) y combinar dicho TPA precipitado con dicho TPA bruto original para procesar en (a); y la etapa (e) de la reivindicación 1 comprende además;

(viii) evaporar los disolventes de dicha disolución libre de TPA filtrada en (vii) para causar la cristalización de IPA a una temperatura desde 5ºC a 100ºC;

(ix) separar dicho IPA bruto cristalizado de dicha disolución en (viii),

(x) redisolver el IPA bruto en un disolvente de cristalización selectiva a una temperatura entre 50ºC y 250ºC para formar una segunda disolución;

(xi) cristalizar el IPA purificado de dicha segunda disolución en (x) reduciendo la temperatura y presión lo suficiente para evaporar instantáneamente el disolvente de dicho IPA de dicha segunda disolución pero sin enfriar dicha disolución por debajo de 50ºC; y

(xii) separar y secar dicho IPA purificado en segunda etapa de dicha segunda disolución.

3. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicha dispersión contiene hasta un 20% de ácido isoftálico, y cantidades menores de 4-carboxialdehído (4-CBA), 3-carboxialdehído (3-CBA) e impurezas seleccionadas de materiales de partida sin reaccionar, disolventes, productos de reacciones secundarias y/u otros materiales no
deseados.

4. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho disolvente de cristalización selectiva para la purificación del TPA se selecciona del grupo que consiste en N-metilpirrolidona (NMP), N,N-dimetil-acetamida, N,N-dimetil-formamida, N-formil-piperidina, N-alquil-2-pirroli-dona, N-mercaptoalquil-2-pirrolidona, N-alquil-2-tiopirro-lidona, N-hidroxialquil-2-pirrolidona, los morfolinos, los carbitoles, alcoholes C_{1} a C_{12}, los éteres, las aminas, las amidas, y los ésteres, y mezclas de los mismos.

5. El proceso de la reivindicación 4, en el que dicho disolvente de cristalización selectiva para la purificación del TPA es N-metil pirrolidona o N,N-dimetil acetamida.

6. El proceso de la reivindicación 5, en el que dicho disolvente cristalizado para la purificación del TPA es N-metil pirrolidona.

7. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho antidisolvente para la precipitación del TPA a partir de la disolución de TPA/IPA se selecciona del grupo que consiste en metanol, agua, metil-etil-cetona, acetona, alcoholes C_{1} a C_{12}, los carbitoles, los ésteres, los éteres, ácidos carboxílicos C_{1} a C_{12}, agua y mezclas de los mismos.

8. El proceso de la reivindicación 7, en el que dicho antidisolvente para la precipitación del TPA a partir de la disolución de TPA/IPA es metanol o agua.

9. El proceso de la reivindicación 8, en el que dicho antidisolvente para la precipitación del TPA a partir de la disolución de TPA/IPA es metanol.

10. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho disolvente de cristalización selectiva para la recristalización de IPA se selecciona del grupo de metanol, agua, metil etil cetona, acetona, alcoholes C_{1} a C_{12}, los carbitoles, los ésteres, los éteres, ácidos carboxílicos C_{1} a C_{12}, agua y mezclas de los mismos.

11. El proceso de la reivindicación 10, en el que dicho disolvente de cristalización selectiva para recristalizar el IPA purificado es metanol o agua.

12. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho disolvente está en una relación disolvente/disolución de 0,1 a 10 para causar la precipitación del TPA.

13. El proceso de la reivindicación 12, en el que dicha relación antidisolvente/disolución está preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 3.

14. El proceso de la reivindicación 1 y adicionales, que comprende disolver y cristalizar dicho IPA purificado para obtener IPA de pureza deseada.

15. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho método comprende además la repetición de dicha disolución y la cristalización de dicho TPA, si es necesario, para obtener un TPA purificado de pureza deseada previamente a añadir el antidisolvente.