ES2346560T3 - Procedimiento y aparato para la fabricacion de acidos carboxilicos aromaticos que incluyen formas puras de los mismos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de ácido carboxílico aromático, que comprende poner en contacto una materia prima que comprende al menos un hidrocarburo aromático sustituido en una o más posiciones con al menos un grupo que se puede oxidar a un grupo ácido carboxílico con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua en presencia de una composición catalizadora que comprende al menos un componente metálico pesado efectivo para catalizar la oxidación de la materia prima aromática al ácido carboxílico aromático en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaces para mantener una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la reacción disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y una fase de vapor de alta presión que comprende ácido monocarboxílico solvente, agua y pequeñas cantidades de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y del ácido monocarboxílico solvente; transferir una fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción a una zona de separación capaz de separar sustancialmente ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos de la oxidación en al menos una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase de vapor de alta presión de ácido monocarboxílico solvente agotado, que comprende vapor de agua, de manera que los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos preferentemente se distribuyen en la primera fase líquida y los subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente se distribuyen preferentemente en la segunda fase de vapor de alta presión; y eliminar desde la zona de separación en corrientes separadas una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos.

Description

Procedimiento y aparato para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos que incluyen formas puras de los mismos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento y a aparatos para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos mediante la oxidación de material de alimentación aromático a un producto ácido carboxílico aromático impuro en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y la separación de un gas residual a alta temperatura y presión de la oxidación en fase líquida para recuperar agua líquida y solvente de la reacción líquida para la oxidación y distribuir subproductos de la oxidación entre los líquidos y una fase de gas que también resulta de la separación.

Antecedentes de la invención

El ácido tereftálico y otros ácidos carboxílicos aromáticos se utilizan ampliamente en la fabricación de poliésteres, generalmente por reacción con etilen glicol, alquilen glicoles más elevados o combinaciones de ellos, para la conversión a fibra, película, contenedores, botellas y otros materiales de embalaje y artículos moldeados.

En la práctica comercial, comúnmente se hacen ácidos carboxílicos aromáticos por la oxidación en fase líquida acuosa en un solvente de materias primas de ácido acético de benceno metil-sustituido y naftaleno, en el que las posiciones de los sustituyentes metilo corresponden a las posiciones de los grupos carboxilo en el producto ácido carboxílico aromático deseado, con aire u otra fuente de oxígeno, que normalmente es gaseosa, en presencia de un catalizador de bromo-promovido que comprende cobalto y manganeso. La oxidación es exotérmica y produce ácido carboxílico aromático, junto con subproductos, incluyendo productos de oxidación parcial o intermedia de la materia prima aromática, y productos de reacción de ácido acético, tales como metanol, metil acetato, y metil bromuro. También se genera agua como un subproducto. Ácido carboxílico aromático, generalmente acompañado por subproductos de la oxidación de la materia prima comúnmente se forman disueltos o como sólidos en suspensión en la mezcla de reacción en fase líquida y son comúnmente recuperados por cristalización y técnicas de separación sólido-líquido. La reacción de oxidación exotérmica se realiza comúnmente en un recipiente de reacción adecuada a temperatura y presión elevadas. Una mezcla de reacción en fase líquida se mantiene en el recipiente y una fase de vapor que se forma como resultado de la oxidación exotérmica se evapora a partir de la fase líquida y se extrae del reactor para controlar la temperatura de reacción. La fase de vapor comprende vapor de agua, solvente de la reacción de ácido acético vaporizado y cantidades pequeñas de subproductos de la oxidación, incluyendo tanto solvente como subproductos de la materia prima. Por lo general, contiene también gas oxígeno no consumido en la oxidación, pequeñas cantidades de materia prima que no ha reaccionado, óxidos de carbono y, cuando la fuente de oxígeno para el proceso es aire u otra mezcla gaseosa que contiene oxígeno, nitrógeno, óxidos de carbono y otros gases inertes componentes del gas fuente.

Formas puras de ácidos carboxílicos aromáticos con frecuencia se favorecen para la fabricación de poliésteres para aplicaciones importantes, tales como fibras y botellas, ya que las impurezas, tales como los subproductos generados a partir de materias primas aromáticas en dichos procesos de oxidación y, más generalmente, se sabe que diversas especies aromáticas carbonilo-sustituidas causan o se correlacionan con la formación de color en poliésteres hechos a partir de los ácidos y, a su vez, en productos transformados de poliéster sin color. Ácidos carboxílicos aromáticos con niveles reducidos de impurezas pueden obtenerse mediante oxidación adicional de productos en bruto en fase líquida como se describió anteriormente en uno o más, temperaturas y niveles de oxígeno progresivamente más bajos, y recuperar durante la cristalización los productos de la oxidación, para la conversión de productos de oxidación parcial de materia prima al producto ácido deseado, como se conoce a partir de las patentes US 4.877.900, 4.772.748 y 4.286.101. Formas puras de preferencia de ácido tereftálico y otros ácidos carboxílicos aromáticos con menor contenido de impurezas, tales como ácido tereftálico purificado o "PTA", son hechas mediante hidrogenación catalítica de formas menos puras de los ácidos, tales como el producto crudo que comprende ácido carboxílico aromático y subproductos generados mediante oxidación en fase líquida de materias primas aromáticas o los llamados productos de mediana pureza, en la solución a temperatura y presión elevadas utilizando un catalizador de metal noble. En la práctica comercial, la oxidación en fase líquida de materias primas aromáticas alquilo a ácido carboxílico aromático crudo y la purificación del producto crudo con frecuencia se lleva a cabo en procesos continuos integrados en los que producto crudo de la oxidación en fase líquida se utiliza como material inicial para la purificación.

La fase de vapor a alta temperatura y presión generada por la oxidación en fase líquida en dichos procesos es una fuente potencialmente valiosa de solvente de la reacción de ácido acético recuperable, materia prima que no ha reaccionado y subproductos de la reacción, así como de energía. Su contenido sustancial de agua, alta temperatura y presión y naturaleza corrosiva debido a los componentes tales como el metil bromuro gaseoso, solvente ácido acético y agua, sin embargo, plantea nuevos retos técnicos y económicos para separar o recuperar componentes para reciclar y recuperar su contenido energético. Además, las impurezas que se mantienen sin separarse en las corrientes del proceso de recuperación pueden evitar la reutilización de las corrientes, si las impurezas afectan negativamente a otros aspectos de proceso o la calidad del producto. Como se describe en la patente US 5.200.557, por ejemplo, los ácidos monocarboxílicos afectan negativamente a los catalizadores de hidrogenación utilizados en los procesos de purificación, incluso con bajos niveles de residuos de ácido acético tales como los presentes en productos de ácido carboxílico aromáticos en crudo recuperados de líquidos de reacción de oxidación que se consideran perjudiciales.

La descripción de la patente británica GB 1.373.230, las patentes US 5.304.676; 5.723.656; 6.143.925; 6.504.051, descripción de la patente europea EP 0 498 591 B1 y solicitud internacional WO 97/27168 describen procesos de fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidación en fase líquida de las materias primas aromáticas en el cual un gas residual a alta presión se extrae de la oxidación y tratado para la recuperación y reciclaje de partes o componentes del mismo y, en algunos casos, la recuperación de la energía. La condensación de gases residuales, tal como en la patente US 5.304.676, es eficaz para la recuperación de agua, ácido acético y otros componentes condensables de los gases residuales, pero separando agua, ácido acético y otros componentes en el condensado resultante es técnicamente compleja y poco práctica económicamente. Las separaciones de los gases residuales a alta presión, como en los procesos de las patentes US 5.723.656, 6.143.925, 6.504.051 y WO 97/27168, puede ser eficaz para separar los gases residuales para recuperar los líquidos ricos en ácido acético y gases que comprenden vapor de agua adecuado para procesamiento adicional. Sin embargo, algunos subproductos de la oxidación tienden a distribuirse en ambas fases de líquido y gas en dichas separaciones, complicando su recuperación e impactando potencialmente de forma adversa otras corrientes y etapas de proceso. Estas dificultades se ven agravadas por la acumulación de dichos subproductos en procesos en los que corrientes que contienen subproductos, tales como licor madre que queda después de la recuperación de las formas puras de ácido carboxílico aromático de una mezcla de reacción líquida de purificación o gases efluentes condensados líquidos de separaciones de alta presión, se utilizan en las separaciones. Ninguno de los procesos según las patentes citadas usa el líquido condensado a partir de un gas residual a alta presión a partir de una oxidación en fase líquida como solvente u otro líquido que incluya agua en la purificación de ácidos carboxílicos aromáticos impuros y las recuperaciones de materiales y energía en dichos procesos a menudo se logran uno a expensas del otro, por ejemplo, debido a la pérdida del contenido energético en el enfriamiento o despresurización para recuperar materiales, la quema de materiales para controlar las emisiones atmosféricas y otras pérdidas del solvente de oxidación, materias primas y subproductos que resultan si una fase de vapor de alta temperatura y de presión de la oxidación no se enfría o despresuriza para la eliminación de dichos materiales.

Las impurezas que quedan en corrientes de recirculación pueden alterar la operación del proceso y afectar la calidad del producto. Equipos y etapas del proceso añadidos para la recuperación de materiales, energía o ambos pueden añadir complejidades adicionales del proceso y limitar o impedir su utilidad práctica si las mismas suman costes que pesan más que el ahorro de materiales y energía. El impacto de dichos factores, la energía perdida y materiales perdidos se magnifican por la escala de las operaciones de proceso. En las plantas de fabricación comercial a escala mundial con capacidades anuales de 500.000 a 1.000.000 o más toneladas de producto, porcentajes incluso fraccionados o cientos de partes por millón de materia prima y solvente perdidos o reconvertidos en subproductos no deseados o inutilizables, las ineficiencias de menor importancia en la recuperación de energía y adiciones incrementales para el tratamiento de aguas residuales se traducen en importantes pérdidas prácticas de materiales, aumentos en el consumo de combustible o electricidad y procesamiento agregado, así como las impredecibles eficiencias y economía del proceso debido a las diferencias y variaciones en los costos de la energía, materiales y requisitos para el tratamiento de emisiones gaseosas y líquidos y de efluentes.

Descripción de la invención

La presente invención proporciona un procedimiento y un aparato que, en sus realizaciones y sus características, proporciona o permite la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidación en fase líquida de materias primas de hidrocarburos aromáticos con tratamiento mejorado de una fase de vapor a alta presión de la oxidación en fase líquida para la separación y recuperación del solvente de la reacción de oxidación, agua y subproductos de la oxidación. En algunas realizaciones, la invención también puede proporcionar recuperaciones beneficiosas de la energía de los gases residuales de la oxidación.

La invención también proporciona mejores procedimientos y aparatos para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos con control selectivo de los subproductos de las materias primas aromáticas y del solvente de la reacción de ácido monocarboxílico para la oxidación generada en la oxidación de fase líquida y llevado a un gas residual de la reacción de oxidación o presente de otra manera durante el tratamiento de gases residuales para la separación de agua y solvente de reacción de oxidación del mismo. Estos subproductos son preferentemente repartidos según aspectos de la invención a una o más fases líquidas que comprenden el solvente de la reacción de oxidación o agua que se separan a alta presión de una fase de vapor a alta presión de la oxidación en fase líquida o un gas a alta presión resultante de la separación. En igualdad de condiciones, el control de dichos subproductos según la invención puede reducir los niveles de los mismos presentes como impurezas en corrientes líquidas o vapor derivadas de los gases residuales. También puede facilitar el retorno de dichos subproductos para utilizar en las etapas del proceso en las que son útiles más directamente o en concentraciones mayores que si se conserva sin la distribución en las fases líquida y vapor que resultan de la separación.

En los procesos integrados para la fabricación de formas puras de ácidos carboxílicos aromáticos que comprenden oxidar materia prima aromática en una mezcla de reacción en fase líquida al producto crudo que comprende ácido carboxílico aromático y subproductos de la oxidación de la materia prima, y la purificación del producto crudo mediante hidrogenación de una solución los mismos, en un líquido que comprende agua, la invención también puede eliminar o reducir las exigencias de agua desmineralizada o agua pura de otras fuentes y proporcionar un equilibrio entre el agua generada en la oxidación de fase líquida y el agua que se utiliza en la purificación que no se alcanza en, y sustancialmente mejorando, los procesos conocidos. Además de la separación sustancial de solvente y agua del gas residual de reacción de oxidación en fases líquidas adecuadas para el retorno o el uso en etapas de oxidación y purificación, el proceso inventado incluye realizaciones que comprenden dirigir a la separación como reflujo un líquido que comprende un licor madre de purificación que resta después de la recuperación de un ácido carboxílico aromático purificado producto de una solución de la reacción de purificación. En dichas realizaciones, no sólo la oxidación de los subproductos, por ejemplo, carboxibenzaldehido e intermedios de la oxidación de los ácidos toluicos convertibles en ácido tereftálico o isoftálico como productos ácidos aromáticos deseados, pero también ácido monocarboxílico solvente, tal como residuos de solventes en productos de ácido carboxílico aromático impuro utilizados para formar soluciones de purificación y subproductos solventes que permanecen en los gases resultantes de la separación, pueden ser devueltos a la oxidación.

Las recuperaciones de ácido monocarboxílico solvente, productos de reacción de los mismos generados en la oxidación en fase líquida, materias primas aromáticas que no han reaccionado en la oxidación o combinaciones de los mismos presentes en una fase de vapor de alta presión que queda después de la separación sustancial del ácido monocarboxílico solvente y agua en la fase de vapor de la oxidación son mejoradas adicionalmente según otras realizaciones en la que un gas de alta presión de la separación se condensa para recuperar el líquido que comprende agua, dejando un gas de escape condensador a alta presión, enfriado a una temperatura a la que uno o más agentes de depuración es eficaz para la eliminación de una o más materias primas, solventes y subproductos de oxidación del solvente. El gas resultante puede ser tratado además para la separación de materia prima y/o dichos subproductos solventes y, en una realización adicional, una corriente que comprende materias primas, subproductos solventes o combinaciones de los mismos se pueden dirigir a la oxidación en fase líquida.

En un aspecto, la invención proporciona un aparato para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos. El aparato proporciona capacidades mejoradas para la recuperación de la energía y para evitar pérdidas de materiales en la operación del proceso. En algunas de sus realizaciones, el aparato está configurado para proporcionar beneficio adicional al reducir la corrosividad de los gases de corrientes de proceso, de manera que los componentes de los aparatos y, en algunos casos, de los equipos de procesos auxiliares y otros pueden ser de metales y aleaciones con resistencia moderada a la corrosión, tales como aceros inoxidables, aceros dulces o los aceros dúplex, como alternativas al titanio, aceros de aleación de níquel y otros metales más caros, de alta resistencia a la corrosión convencionalmente utilizados en la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos.

Brevemente, el aparato según la invención es para la separación de componentes de un reactor de gas residual generado en la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidación en fase líquida de un hidrocarburo aromático sustituido en una mezcla de reacción en fase líquida y que comprende un recipiente sustancialmente en columna, sustancialmente cerrado que comprende (a) al menos una entrada inferior de gas para recibir y dirigir a una primera etapa de una zona de fraccionamiento del dispositivo una fase de vapor de encabezado de alta presión extraído de un recipiente de reacción para la oxidación en fase líquida de una materia prima de hidrocarburo aromático sustituido con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua en condiciones tales que se mantiene una mezcla de reacción en fase líquida y se genera una fase de vapor de encabezado de alta presión que comprende vapores de agua de ácido monocarboxílico solvente en el recipiente de reacción; (b) una zona de fraccionamiento para poner en contacto las fases gaseosa y líquida en flujo en contracorriente a través de la misma en una pluralidad de etapas de equilibrio teórico y que comprende (1) una primera porción que es capaz de separar sustancialmente agua y ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión en contacto con un flujo a contracorriente de líquido de reflujo que comprende componentes de un líquido reflujo recibido de una etapa intermedia de la zona de fraccionamiento, de forma de manera que se forma una primera fase líquida rica en solvente ácido monocarboxílico se extrae en el líquido de reflujo y una primera fase de vapor intermedia empobrecida con el ácido monocarboxílico solvente de alta presión que comprende vapor de agua, donde la primera parte está en comunicación de flujo con una porción intermedia de la zona de fraccionamiento para recibir el líquido de reflujo de la misma y un pasaje de la primera fase de vapor intermedia de la misma y que comprende medios para dirigir el líquido de reflujo en el que se elimina la primera fase líquida en un depósito de líquido, (2) una porción intermedia que es capaz de separar el agua y subproductos la oxidación en fase líquida de la materia prima hidrocarburo aromática sustituida en la primera fase de vapor intermedia en contacto con un flujo a contracorriente de líquido de reflujo que comprende componentes líquidos de un líquido de reflujo recibido de una porción superior del dispositivo de separación, de forma de manera que los subproductos del precursor de hidrocarburo aromático se elimina en el líquido de reflujo y se forma una segunda fase de vapor intermedia de alta presión que comprende vapor de agua prácticamente libre de ácido monocarboxílico solvente y los subproductos del precursor hidrocarburos aromático, donde la porción intermedia se encuentra en comunicación de flujo con una porción superior de la zona de fraccionamiento para recibir líquido de reflujo de la misma y el pasaje de la segunda fase de vapor intermedios al mismo, y (3) una porción superior que es capaz de separar sustancialmente agua y subproductos de la oxidación en fase líquida del solvente ácido monocarboxílico en al menos una de las segundas fases de vapor intermedias y un líquido de reflujo suministrado a la porción superior en contacto con un flujo a contracorriente de líquido de reflujo, de forma que una segunda fase líquida que comprende agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo se extraen en el líquido de reflujo y se forma una segunda fase de vapor de alta presión que comprende vapor de agua y subproductos del ácido monocarboxílico solvente y sustancialmente libre de los subproductos del precursor hidrocarburo aromático, en donde la porción superior comprende medios de recolección de una porción inferior de la misma para recoger al menos una porción del líquido de reflujo en el que se elimina la segunda fase líquida, (c) un depósito de líquido para recibir de la primera porción de la zona de fraccionamiento líquido de reflujo en que se ha eliminado la primera fase líquida, (d) al menos una salida del líquido en comunicación con el depósito de líquido para la eliminación de líquidos desde el dispositivo, (e) al menos una entrada de líquido para introducir un líquido de reflujo en una región superior de la porción superior de la zona de fraccionamiento; (f) por lo menos una entrada de líquido para introducir un líquido de reflujo hacia una región superior de la porción inferior de la zona de fraccionamiento; (g) por lo menos una salida de líquido en la comunicación con los medios de recolección para eliminar del dispositivo al menos una porción del líquido de reflujo en el que se elimina la segunda fase líquida.

En una realización más específica, la zona de fraccionamiento preferentemente proporciona aproximadamente 20 hasta aproximadamente 80 etapas de equilibrio teórico. Una primera porción de la zona de fraccionamiento según otra realización es capaz de separar agua y ácido monocarboxílico solvente en un vapor de alta presión de la oxidación en fase líquida de forma de manera que al menos aproximadamente 95% en peso del ácido monocarboxílico solvente se elimina hacia el líquido de reflujo. En otra realización, una primera porción de la zona de fraccionamiento preferentemente proporciona aproximadamente de 20 hasta aproximadamente 70 etapas de equilibrio teórico. En otra realización, por lo menos una salida en comunicación con los medios de recolección para retirar el líquido de reflujo al que se ha eliminado una segunda fase líquida y al menos una entrada para introducir un líquido de reflujo hacia una región superior de la porción inferior de la zona de fraccionamiento son preferentemente separadas por aproximadamente de 1 hasta aproximadamente 10 etapas de equilibrio teórico. En otra realización, al menos una posible de dichas salidas y al menos una entrada para introducir un líquido de reflujo hacia una región superior de la parte superior de la zona de fraccionamiento están separadas por aproximadamente de 1 hasta aproximadamente 10 etapas de equilibrio teórico.

Un aparato según otra realización de la invención comprende preferentemente un recipiente de reacción para la oxidación en fase líquida de una materia prima de hidrocarburo aromático sustituido con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de fase líquida que comprende solvente ácido monocarboxílico y agua en condiciones tales que se mantiene una mezcla de reacción en fase líquida y una fase de vapor de encabezado de alta presión que comprende vapores de agua de ácido monocarboxílico solvente se genera en el recipiente de reacción, caracterizado porque el recipiente de reacción comprende al menos un respiradero para eliminar una fase de vapor de encabezado de alta presión del mismo, estando dicho respiradero en comunicación de flujo con al menos una entrada del gas inferior para recibir y dirigir la fase de vapor de encabezado de alta presión a la primera etapa de la zona de fraccionamiento de un aparato de separación.

En otras realizaciones, el aparato según realizaciones de la invención es preferentemente adaptado para su uso en procesos integrados con procesos para hacer formas puras de ácido carboxílico aromático que comprenden poner en contacto una solución que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas disueltas en un líquido acuoso con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación a temperatura y presión elevadas para formar una mezcla de reacción de purificación de líquidos y recuperar un producto de ácido carboxílico aromático sólido con impurezas reducidas de la mezcla de reacción de purificación. Un aparato preferido para la producción de ácido carboxílico aromático purificado por dicho proceso comprende al menos un recipiente de reacción adaptado para poner en contacto una solución de reacción de purificación líquida con hidrógeno a temperatura y presión elevadas en presencia de un catalizador de hidrogenación para formar una mezcla de reacción líquida de purificación y, más preferentemente, al menos un recipiente de recuperación de producto en comunicación de flujo con el recipiente de reacción para recibir mezcla de reacción líquida de purificación eliminada del recipiente de reacción y recuperar de la misma un producto de ácido carboxílico aromático sólido con niveles reducidos de impurezas. Preferiblemente, dicho aparato también incluye uno o más recipientes adicionales, para disolver el ácido carboxílico aromático crudo o impuro en un solvente de reacción de purificación, filtrado u otra separación de un ácido carboxílico aromático purificado sólido de un medio líquido y lavado de producto de ácido carboxílico aromático purificado sólido.

Un aparato según una realización de este aspecto de la invención también puede incluir medios para recuperar energía en forma de trabajo o mediante la extracción de calor de una segunda fase de vapor de alta presión eliminada de los aparatos de separación.

En otro aspecto, la invención proporciona un procedimiento para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos. El procedimiento consiste en poner en contacto una materia prima que comprende al menos un precursor hidrocarburo aromático del ácido con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende solvente ácido monocarboxílico y agua y en presencia de una composición catalizadora que comprende al menos un componente metal pesado en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaces para mantener una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la reacción disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y una fase de vapor de alta presión que comprende ácido monocarboxílico solvente, agua y cantidades menores del precursor de hidrocarburo aromático y subproductos de la oxidación del precursor y del solvente ácido monocarboxílico; transferir una fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción a una zona de separación capaz sustancialmente de separar solvente ácido monocarboxílico, agua y subproductos de la oxidación en al menos una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase líquida rica en agua sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y al menos una segunda fase de vapor de alta presión empobrecida en ácido monocarboxílico solvente que comprende vapor de agua de forma de manera que los subproductos de oxidación del precursor de hidrocarburos aromáticos son preferentemente distribuidos en la primera fase líquida y subproductos de la oxidación del solvente ácido monocarboxílico son preferentemente distribuidos en la segunda fase de vapor de alta presión, y eliminar de la zona de separación en corrientes separadas una primera fase líquida rica en solvente ácido monocarboxílico y una segunda fase líquida rica en agua sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que está prácticamente libre de los subproductos de la oxidación del precursor hidrocarburo aromático.

En otras realizaciones, la separación de agua, solvente ácido monocarboxílico y subproductos se lleva a cabo en una zona de separación suministrada con el líquido por reflujo, que preferentemente es un líquido que comprende agua y, más preferiblemente, es un líquido condensado que comprende agua condensada en una segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de separación o de un licor madre derivado de la recuperación de las formas puras sólidas de ácidos carboxílicos aromáticos de una mezcla de reacción de purificación líquida o una combinación de ambos. En una realización aún más específico, se realiza la zona de separación y un primer líquido de reflujo suministrado a una etapa para la separación sustancial de agua y solvente ácido monocarboxílico comprende un licor madre de purificación y un líquido de reflujo adicional suministrado a una etapa de distribución subproductos de solvente en una segunda fase de vapor de alta presión que comprende líquido condensado recuperado de la segunda fase de vapor de alta presión.

En otra realización, la invención proporciona un proceso para la fabricación de ácido carboxílico aromático que incluye, en etapas, al menos una etapa de oxidación en fase líquida que comprende poner en contacto una materia prima que comprende al menos un hidrocarburo aromático sustituido en el que los sustituyentes son oxidables a grupos ácidos carboxílicos con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua y en presencia de una composición catalizadora que comprende al menos un componente metal pesado en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaz para mantener una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la reacción disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y una fase de vapor a alta presión que comprende agua, ácido monocarboxílico, hidrocarburos aromáticos sustituidos que no han reaccionado, oxígeno y subproductos de la reacción, y al menos una etapa de purificación que comprende contactar con hidrógeno a temperatura y presión elevadas en presencia de un catalizador que comprende un metal catalizador de hidrogenación, una solución de la reacción de purificación que comprende un líquido que comprende agua y se ha disuelto en el mismo el ácido carboxílico aromático e impurezas recuperados de la mezcla de reacción de oxidación de fase líquida de al menos una etapa de oxidación de fase líquida para formar una mezcla de reacción líquida de purificación que comprende el ácido carboxílico aromático e impurezas hidrogenadas disueltas en un líquido que comprende agua, y al menos una etapa de fuera separación de gases residuales que comprende la transferencia de una fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción de al menos una etapa de oxidación en fase líquida a una zona de separación capaz sustancialmente de separar ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos de la oxidación en al menos una primera fase líquida rica en solvente ácido monocarboxílico y al menos una segunda fase líquida rica en agua que es sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y al menos una segunda fase de vapor de alta presión empobrecida en solvente ácido monocarboxílico que comprende vapor de agua de forma de manera que los subproductos de oxidación del precursor hidrocarburo aromático son preferentemente distribuidos en la primera fase líquida y subproductos de la oxidación del solvente ácido monocarboxílico se distribuirán preferentemente en la segunda fase de vapor de alta presión y eliminar de la zona de separación una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y de los subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación del precursor de hidrocarburo aromático, y al menos una etapa que comprende dirigir una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y subproductos de oxidación del mismo eliminados de la zona de separación en al menos una etapa de separación de los gases residuales a una zona de purificación de forma de manera que un líquido que comprende agua utilizado en al menos una etapa de purificación o de recuperación, separación o lavado de un producto del mismo comprende el condensado líquido.

Las etapas de fase de oxidación líquida, purificación y separación de gases residuales del proceso según realizaciones de la invención de preferencia se integran de forma de manera que un producto de oxidación en fase líquida que comprende ácido carboxílico aromático y subproductos y una fase de vapor de alta presión de una sola oxidación de fase líquida se dirigen a la purificación y separación de gases residuales, respectivamente, con una segunda fase líquida que comprende agua sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y sus subproductos de la oxidación en fase líquida recuperados en esa separación de gases residuales que se dirige a la purificación para su uso como un líquido que comprende agua.

En otra realización, un proceso según la invención comprende en etapas, (a) poner en contacto una materia prima que comprende un precursor hidrocarburo aromático con el ácido aromático carboxílico y oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende solvente ácido monocarboxílico y agua y en presencia de una composición catalizadora que comprende un componente metal pesado en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaz para mantener una mezcla de reacción líquida y para formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción de oxidación de fase líquida y una fase de vapor de alta presión que comprende solvente ácido monocarboxílico, agua, subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y subproductos del ácido monocarboxílico solvente; (b) recuperar de la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida un producto sólido que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden los subproductos de reacción; (c) disolver o suspender el producto sólido recuperado de la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos del hidrocarburo aromático sustituido en un líquido que comprende agua, al menos una porción de la cual comprende una segunda fase líquida recuperada según la etapa (i), para formar una solución de purificación; (d) poner en contacto la solución de purificación a temperatura y presión elevadas con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para formar una mezcla de reacción líquida de purificación, (e) la recuperación de la mezcla de reacción líquida de purificación un producto purificado sólido que comprende ácido carboxílico aromático con reducidos niveles de impurezas y un licor madre líquido de purificación que comprende agua y pequeñas cantidades de subproductos del precursor hidrocarbonado sustituido aromático, derivados hidrogenados del mismo, o combinaciones de los mismos; (f) transferir una fase de vapor de alta presión de la etapa (a) que comprende el solvente ácido monocarboxílico, vapor de agua, subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y subproductos del solvente ácido monocarboxílico a una zona de separación suministrada con líquido de reflujo y capaz sustancialmente de separar solvente ácido monocarboxílico, agua y subproductos en al menos una primera fase líquida rica en solvente ácido monocarboxílico y al menos un segunda fase líquida rica en agua que sustancialmente está libre de solvente ácido monocarboxílico y al menos una segunda fase de vapor de alta presión empobrecida de solvente ácido monocarboxílico que comprende vapor de agua de forma de manera que los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos se distribuyen sustancialmente a la primera fase líquida y subproductos de la oxidación del solvente ácido monocarboxílico se distribuyen sustancialmente a la segunda fase de vapor de alta presión; (g) eliminar de la zona de separación en corrientes separadas una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que está prácticamente libre de los subproductos del precursor hidrocarburo aromático, y (h) dirigir una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo eliminados de la zona de separación en la etapa (g) para al menos una de las etapas (c), (d) o (e) de forma de manera que un líquido que comprende agua en al menos una de las etapas (c), (d) o (e) comprende la segunda fase líquida.

En más realizaciones concretas, una corriente líquida que comprende el solvente líquido rico en ácido monocarboxílico de la zona de separación se transfiere a la zona de reacción. En otras realizaciones, el enfriamiento de una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de materias primas de hidrocarburos aromáticos para la oxidación en fase líquida que se elimina de una zona de separación se condensa para recuperar el líquido condensado que comprende agua mediante la transferencia de calor de la segunda fase de vapor a un medio de intercambio de calor para generar vapor u otro fluido calentado bajo presión; el vapor o el líquido calentado bajo presión resultante puede ser utilizado para calentamiento en otras etapas o procesos. Alternativamente, dicha segunda fase de vapor de alta presión o una porción de la misma, o un gas de escape de alta presión que queda después de la condensación del gas de la segunda fase de vapor de alta presión puede ser tratado en una o más etapas adicionales para recuperar las materias primas que no han reaccionado y solvente o subproductos del solvente, recupera energía mediante la extracción de calor, tal como por intercambio de calor, recuperar energía mediante su conversión en energía mecánica, tal como por un expansor u otros dispositivos adecuados, o combinaciones de los mismos.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe en relación con los dibujos, en los que:

La figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra un aparato y proceso según realizaciones preferidas de la invención, incluyendo la integración del aparato con otro equipo utilizado para la fabricación y purificación de ácidos carboxílicos aromáticos según realizaciones de la invención, y

La figura 2 es una vista en expansión de una forma preferida del aparato según realizaciones preferidas de la invención y útil para llevar a cabo el proceso según realizaciones de la misma.

Descripción detallada

Los ácidos carboxílicos aromáticos para los que la invención es adecuada incluyen especies mono- y policarboxiladas que tienen uno o más anillos aromáticos y que pueden ser fabricadas por la reacción de los reactivos gaseosos y líquidos en un sistema en fase líquida. Ejemplos de estos ácidos carboxílicos aromáticos incluyen el ácido tereftálico, ácido trimésico, ácido trimelítico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido benzoico y ácidos dicarboxílicos naftaleno. La invención es especialmente adecuada para la fabricación de las formas puras de ácido tereftálico, incluido el ácido tereftálico purificado y los llamados ácidos tereftálico de pureza media.

Una etapa de oxidación del proceso inventado es una oxidación en fase líquida que comprende poner en contacto gas de oxígeno y una materia prima que comprende un hidrocarburo aromático con sustituyentes oxidables a grupos de ácido carboxílico en una mezcla de reacción en fase líquida que comprende un solvente ácido monocarboxílico y agua en presencia de una composición catalizadora que comprende al menos un componente metal pesado. La etapa de oxidación se lleva a cabo a temperatura y presión elevadas eficaces para mantener una mezcla de reacción en fase líquida y formar una fase de vapor de alta temperatura, alta presión. La oxidación de la materia prima aromática en la etapa de oxidación de fase líquida produce ácido carboxílico aromático, así como subproductos de la reacción tales como productos de oxidación parcial o intermedia de la materia prima aromática y subproductos del solvente. La etapa de oxidación en fase líquida y etapas del proceso asociadas pueden llevarse a cabo como un proceso por lotes, un proceso continuo, o un proceso semi-continuo. La etapa de oxidación se puede realizar en uno o varios reactores.

Las materias primas aromáticas adecuadas para la oxidación generalmente comprenden un hidrocarburo aromático sustituido en una o más posiciones, que normalmente corresponde a las posiciones de los grupos ácidos carboxílicos del ácido carboxílico aromático que se prepara, con al menos un grupo que es oxidable a un grupo ácido carboxílico. El sustituyente o sustituyentes oxidable puede ser grupos alquilo, como un grupo metilo, etilo o isopropilo, o grupos que ya contienen oxígeno, como un hidroxialquilo, formilo o un grupo ceto. Los sustituyentes pueden ser iguales o diferentes. La porción aromática de los compuestos de la materia prima puede ser un núcleo de benceno o puede ser bilateral o policíclico, tal como un núcleo de naftaleno. El número de sustituyentes oxidables en la porción aromática del compuesto de materia prima puede ser igual al número de sitios disponibles en la porción aromática, pero generalmente es menos de todos estos sitios, de preferencia de 1 hasta aproximadamente 4 y más preferentemente 2. Ejemplos de compuestos de materia prima útiles, que pueden utilizarse solos o en combinaciones, incluyen tolueno, etilbenceno y otros bencenos alquil-sustituidos, o-xileno, p-xileno, m-xileno, tolualdehídos, ácidos toluico, alcoholes bencil alquilo, 1-formil-4-metilbenceno, 1-hidroximetil-4-metilben-ceno, metilacetofenona, 1,2,4-trimetilbenceno, 1-formil-2,4-dimetil-benceno, 1,2,4,5-tetrametilbenzeno, naftalenos alquilo, formil-, acil-, e hidroxilmetil sustituidos, tales como 2,6-dimetilnaftaleno, 2,6-dietilnaftaleno, 2,7-dimetilnaftaleno, 2,7-dietilnaftaleno, 2-formil-6-metilnaftaleno, 2-acil-6-metilnaftaleno, 2-metil-6-etilnaftaleno y derivados parcialmente oxidados de los anteriores.

Para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidación de sus correspondientes precursores hidrocarburos aromáticos sustituidos, por ejemplo, la fabricación de ácido benzoico a partir de bencenos mono-sustituidos, ácido tereftálico a partir de bencenos para-disustituidos, ácido ftálico a partir de bencenos orto-disustituidos, y 2,6 o 2,7 ácidos dicarboxílicos naftaleno, respectivamente, a partir de naftalenos 2,6- y 2,7-disustituidos, es preferible utilizar materias primas relativamente puras, y más preferiblemente, materias primas en las que el contenido del pre-cursor correspondiente al ácido deseado es al menos aproximadamente 95% en peso, y más preferiblemente al menos 98% en peso o incluso más. Una fuente preferida de hidrocarburos aromáticos para su uso para la fabricación de ácido tereftálico comprende para-xileno. Una materia prima preferida para la fabricación de ácido benzoico comprende tolueno.

El solvente para la reacción en fase líquida de la materia prima aromática al producto ácido carboxílico aromático en la etapa de la oxidación de fase líquida comprende un ácido monocarboxílico de bajo peso molecular, que es preferentemente un ácido monocarboxílico C_{1}-C_{8}, por ejemplo, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico y ácido benzoico. Se prefieren ácidos monocarboxílicos alifáticos menores y ácido benzoico porque son menos reactivos a los productos de reacción no deseados que los ácidos monocarboxílicos de mayor peso molecular bajo condiciones de reacción utilizados en las oxidaciones en fase líquida a ácidos carboxílicos aromáticos y pueden aumentar los efectos catalizadores en la oxidación. El ácido acético es el de mayor preferencia. Solventes en forma de soluciones acuosas del mismo, por ejemplo, soluciones de aproximadamente 80 hasta aproximadamente 95% en peso del ácido son los más comúnmente utilizados en las operaciones comerciales. El etanol y otros materiales co-solventes que se oxidan a ácidos monocarboxílicos bajo condiciones de reacción de oxidación de fase líquida también se pueden utilizar tal cual o en combinación con ácidos monocarboxílicos con buenos resultados. Cuando se utiliza un solvente que comprende una mezcla de un ácido monocarboxílico y dicho co-solvente, co-solventes oxidables al mismo monocarboxílico se utilizan preferentemente de forma que las etapas de separación del solvente no se complican adicionalmente.

En lo que se refiere a los solventes para la oxidación en fase líquida según la invención, la expresión "ácido monocarboxílico solvente" como se usa aquí en referencia a un componente de varias corrientes gaseosas o líquidas se refiere a un ácido monocarboxílico que tiene la misma composición química del ácido monocarboxílico utilizado como solvente para la oxidación en fase líquida. Este uso también distingue aquellos compuestos químicos de otros ácidos monocarboxílicos que pueden estar presentes como subproductos de la oxidación. A modo de ejemplo, cuando la mezcla de reacción de fase líquida para la oxidación incluye solvente ácido acético, la expresión "ácido monocarboxílico solvente" se refiere al ácido acético, pero no a otras especies de ácido monocarboxílico tales como los ácidos benzoico y toluico que son subproductos comunes de la oxidación parcial o intermedia de materias primas aromáticas utilizadas según la invención. También, como se desprende del contexto, la palabra "solvente" como se usa en la expresión "ácido monocarboxílico solvente" puede, pero no necesariamente, referirse a la función del ácido monocarboxílico a que se refiere. Así, nuevamente a modo de ejemplo, "ácido monocarboxílico solvente" descrito como un componente de una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida está presente como solvente para la mezcla, sin embargo, "ácido monocarboxílico solvente", descrito como un componente presente en una fase de vapor de alta presión generada en la oxidación o como componente de una fase líquida separada de dicha fase de vapor no da a entender que el ácido monocarboxílico funcione como solvente.

Los catalizadores utilizados para la oxidación líquida incluyen materiales eficaces para catalizar la oxidación de la materia prima aromática al ácido carboxílico aromático. Los catalizadores preferidos son solubles en la mezcla de reacción de fase líquida utilizada para la oxidación debido a que los catalizadores solubles promueven el contacto entre catalizadores, gas oxígeno y materias primas líquidas, sin embargo, los catalizador heterogéneo o componentes del catalizador también pueden utilizarse. Normalmente, el catalizador comprende al menos un componente metal pesado tal como un metal con el peso atómico en el intervalo de aproximadamente 23 hasta aproximadamente 178. Ejemplos de metales pesados adecuados incluyen cobalto, manganeso, vanadio, molibdeno, cromo, hierro, níquel, circonio, cerio, o un metal lantánido como hafnio. Formas adecuadas de estos metales incluyen, por ejemplo, acetatos, hidróxidos y carbonatos. Los catalizadores preferidos comprenden cobalto, manganeso, combinaciones de los mismos y combinaciones con uno u otros metales más y particularmente hafnio, cerio y circonio.

En realizaciones preferidas, las composiciones catalizadoras para la oxidación de fase líquida también comprenden un promotor, que promueve la actividad de oxidación del metal catalizador, preferiblemente sin generación de tipos o niveles de subproductos no deseados. Los promotores que son solubles en la mezcla de reacción líquida utilizada en la oxidación son preferidos por promover el contacto entre catalizador, promotor y reactivos. Los compuestos halogenados son generalmente utilizados como un promotor, por ejemplo, haluros de hidrógeno, haluros de sodio, haluros de potasio, haluros de amonio, hidrocarburos sustituidos por halógenos, ácidos carboxílicos sustituidos por halógenos y otros compuestos halogenados. Los promotores preferidos comprenden al menos una fuente de bromo. Las fuentes adecuadas de bromo incluyen bromo-antracenos, Br_{2}, HBr, NaBr, KBr, NH_{4}Br, bencil bromuro, ácido acético bromo, ácido acético dibromo, tetrabromoetano, dibromuro de etileno, bromoacetil bromuro y combinaciones de los mismos. Otros promotores adecuados incluyen aldehídos y cetonas, tales como acetaldehído y metil etil cetona.

Reactivos para la reacción en fase líquida de la fase de oxidación incluyen también un gas que comprende oxígeno molecular. El aire es convenientemente utilizado como una fuente de gas oxígeno. Aire enriquecido con oxígeno, oxígeno puro y otras mezclas de gases que comprenden oxígeno molecular, generalmente a niveles de al menos un 10% en volumen, también son útiles. Como se apreciará, al incrementarse el contenido de oxígeno molecular de la fuente, los requisitos del compresor y la manipulación de gases inertes en los gases residuales del reactor se reducen. Cuando el aire u otras mezclas gaseosas que contienen oxígeno se utilizan como una fuente de oxígeno para el proceso, la fase de vapor de alta presión generada por la reacción en fase líquida en la etapa de oxidación comprende nitrógeno u otros componentes de gases inertes de la fuente de oxígeno.

Las proporciones de materia prima aromática, catalizador, oxígeno y solvente no son críticas para la invención y varían según factores que incluyen la elección de los reactivos, solventes y composiciones catalizadoras y producto ácidos carboxílicos aromático previsto, los detalles del diseño del proceso y factores de operación. Se prefieren proporciones en peso de solvente respecto a la materia prima aromática que oscilan desde aproximadamente 1:1 hasta aproximadamente 30:1, con aproximadamente de 2:1 hasta aproximadamente 5:1 siendo las más preferidas, aunque proporciones superiores e inferiores, incluso en el rango de cientos a uno también pueden ser utilizadas. El oxígeno gaseoso típicamente se utiliza en al menos una cantidad estequiométrica basada en materia prima aromática, pero no tan grande, teniendo en cuenta las condiciones de reacción, las tasas y los componentes orgánicos de la fase de vapor de alta presión resultante de la reacción en fase líquida, que una mezcla inflamable existe en la fase de vapor. En las operaciones comerciales que utilizan materias primas aromáticas preferidas, ácido monocarboxílico solvente, composiciones catalizadoras y condiciones de funcionamiento, el gas oxígeno, más comúnmente suministrado en forma de aire, es preferible suministrado a la oxidación en fase líquida a una tasa efectiva para proporcionar al menos aproximadamente de 3 hasta aproximadamente 5,6 moles de oxígeno molecular por mol de materia prima hidrocarburo aromático. Una fase de vapor de alta presión que resulta de la oxidación en fase líquida es preferentemente eliminada de la reacción a una tasa de manera que el contenido de oxígeno de la fase de vapor en una zona de reacción contiene aproximadamente de 0,5 hasta aproximadamente 8% en volumen de oxígeno medido sobre una base libre de solvente. En igualdad de condiciones, las variaciones en los contenidos de oxígeno de la fase de vapor, por ejemplo, aumentando o disminuyendo las tasas de reacción mediante el uso de cantidades mayores o menores de catalizador en la oxidación en fase líquida, pueden influir en la generación de subproductos en la oxidación, con unos contenidos menores de oxígeno en la fase de vapor, por ejemplo, hasta aproximadamente 3% en volumen, o desde aproximadamente 0,5 hasta aproximadamente 2,5% en volumen, tendiendo a favorecer la conversión más completa de hidrocarburo aromático al ácido carboxílico aromático y, a su vez, reducir los subproductos de la oxidación de la materia prima aromática, pero con una mayor generación de subproductos del solvente. A modo de ejemplo, en las oxidaciones de fase líquida utilizando materias primas para-xileno y ácido acético como solvente para la oxidación, son preferidos contenidos de oxígeno en la fase de vapor de aproximadamente 0,5 hasta aproximadamente 3% en volumen para la fabricación de productos ácidos carboxílicos aromáticos en los que los niveles de subproductos para-xileno se reducen pero los subproductos del ácido acético se incrementan en comparación con la operación a mayores contenidos de oxígeno en la fase de vapor. Convenientemente se utiliza catalizador en las concentraciones de catalizador metálico, basado en el peso de la materia prima hidrocarburo aromático y solvente, que es superior a aproximadamente 100 ppmw, preferentemente mayor de aproximadamente 500 ppmw, y menos de aproximadamente 10.000 ppmw, preferiblemente menos de aproximadamente 6.000 ppmw, más preferiblemente menos de aproximadamente 3.000 ppmw. Preferiblemente está presente un promotor halógeno y más preferiblemente un promotor que incluye bromo. Dicho promotor está presente en una cantidad de manera que la relación de átomos de halógeno con el metal catalizador es adecuadamente mayor de aproximadamente 0,1:1, de preferencia mayor de aproximadamente 0,2:1 y convenientemente es menor a aproximadamente 4:1, preferiblemente menos de un 3:1. La relación de átomos de halógeno con el metal catalizador más preferentemente oscila desde aproximadamente 0,25:1 hasta aproximadamente 2:1. En igualdad de condiciones, las tasas de reacción y el consumo de gas oxígeno en la oxidación de fase líquida aumentan y los niveles de oxígeno que no ha reaccionado en la fase de vapor de la oxidación disminuyen, con concentraciones de catalizador mayores en la mezcla de reacción de oxidación.

La reacción en fase líquida para la oxidación de la materia prima aromática hasta el producto que comprende ácido carboxílico aromático se lleva a cabo en una zona de reacción de oxidación adecuada, que normalmente comprende uno o más recipientes de reacción de oxidación. Recipientes de reacción de oxidación adecuados se configuran y construyen para resistir las condiciones de alta temperatura y presión y contenidos de líquidos corrosivos y de la fase de vapor utilizados y presentes en la zona de reacción y para prever la adición y la mezcla del catalizador, reactivos líquidos y gaseosos y solvente, eliminación del producto ácido carboxílico aromático o un líquido que comprende dicho producto para la recuperación del mismo y eliminación de una fase de vapor de alta presión generada por la reacción de fase líquida para controlar el calor de reacción. Tipos de reactores que pueden ser utilizados incluyen reactores de tanque agitados continuamente y reactores de flujo de pistón. Comúnmente, los reactores de oxidación comprenden un recipiente de columna, normalmente con un eje central que se extiende verticalmente cuando el recipiente se coloca para el uso en el proceso, que tienen una o más características de mezcla para mezclar reactivos líquidos y distribuir gas oxígeno dentro de la mezcla de reacción hirviente de fase líquida. Por lo general, la característica de mezcla comprende uno o más impulsores montados sobre un eje giratorio o móvil de otra forma. Por ejemplo, impulsores podrían extenderse desde un eje vertical central rotativo. Los reactores pueden construirse con materiales diseñados para resistir las temperaturas, las presiones y reacción de los compuestos particulares utilizados. En general, los reactores de oxidación adecuados se construyen utilizando materiales inertes, resistentes a la corrosión como el titanio o, con al menos sus superficies que definen el espacio interior o el volumen en el que se contienen la mezcla de reacción líquido y los gases de reacción revestidos con materiales tales como el titanio o de vidrio.

Una mezcla de reacción para la oxidación en fase líquida está formada por la combinación de componentes que comprenden materia prima aromática, solvente y catalizador y la adición de oxígeno gaseoso a la mezcla. En los procesos continuos o semi-continuos, preferentemente los componentes se combinan en uno o más recipientes de mezcla antes de ser introducidos en la zona de oxidación, sin embargo, la mezcla de reacción también puede formarse en la zona de oxidación. La fuente de gas oxígeno puede ser introducida en el reactor en una o más ubicaciones y por lo general se introduce de forma tal que promueva el contacto entre el oxígeno molecular y los otros compuestos de reacción, por ejemplo, mediante la introducción de aire comprimido u otra fuente de oxígeno gaseoso en el cuerpo de líquido dentro de una porción menor o intermedia del volumen interior del recipiente de reacción.

La oxidación de materia prima al producto aromático que comprende ácidos carboxílicos aromáticos se lleva a cabo bajo condiciones de reacción de oxidación efectivas para mantener una mezcla de reacción en fase líquida y formar ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos del precursor de hidrocarburo aromático disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción en fase líquida y generar una fase de vapor de alta temperatura y presión, componentes gaseosos los cuales son principalmente solvente ácido monocarboxílico (por ejemplo, ácido acético, cuando el solvente de la reacción de oxidación incluye ácido acético) y agua y, en cantidades menores, subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente, como alcoholes inferiores y ésteres de ácido monocarboxílico solvente de los mismos (por ejemplo, metanol y metil acetato cuando el solvente incluye ácido acético) y los subproductos de la oxidación de la materia prima de hidrocarburo aromático tales como productos de oxidación parcial e intermedia (por ejemplo, ácido benzoico y ácido p-toluico cuando la materia prima aromática incluye para-xileno). Los contenidos de subproductos del solvente de la fase de vapor suelen oscilar entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 2% en peso. Los niveles de subproductos del precursor hidrocarburo aromático son típicamente de aproximadamente 0,01 hasta aproximadamente 0,05% en peso. La fase de vapor de alta presión comúnmente también comprende materia prima aromática que no ha reaccionado y gas de oxígeno que entra en la fase de vapor. Cuando se utiliza aire, como una práctica común en las operaciones a escala comercial, u otras fuentes de gas de oxígeno que comprenden nitrógeno u otros componentes de gases inertes, la fase de vapor también comprenderá aquellos componentes inertes. El calor generado por la oxidación se disipa al hervir la mezcla de reacción en fase líquida y eliminando una fase de vapor de encabezado de la zona de reacción.

En general, las temperaturas de la reacción en fase líquida se mantienen a aproximadamente 120ºC o más, y de preferencia a aproximadamente 140ºC o más, pero menos de aproximadamente 250ºC y preferiblemente de menos de aproximadamente 230ºC. Temperaturas de reacción en un intervalo de aproximadamente 145ºC hasta aproximadamente 230ºC son las preferidas en la fabricación de productos ácidos carboxílicos aromáticos tales como el ácido tereftálico, ácido benzoico y ácido dicarboxílico naftaleno. A temperaturas inferiores a unos 120ºC, la oxidación en fase líquida puede proceder a tasas o con conversiones que no son económicamente atractivas o pueden afectar negativamente a la calidad del producto. Por ejemplo, la fabricación de ácido tereftálico a partir de materia prima para-xileno a una temperatura inferior a aproximadamente 120ºC puede tomar más de 24 horas para proceder hasta la terminación sustancial y el producto ácido tereftálico resultante puede requerir tratamiento adicional debido a su contenido de impurezas. Las temperaturas superiores a 250ºC no son preferidas debido al potencial de quemado y la pérdida de solvente no deseados. La presión de la mezcla de reacción en fase líquida se puede utilizar para controlar la temperatura a la que hierve la mezcla de reacción de fase líquida y es seleccionada para mantener una mezcla de reacción de fase sustancialmente líquida. Se prefieren presiones de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 40 kg/cm^{2} de calibre, con presiones preferidas para procesos particulares variando la materia prima y composiciones de solventes, temperaturas y otros factores y más preferiblemente oscilando entre aproximadamente 10 hasta aproximadamente 30 kg/cm^{2}. A una presión de reacción de aproximadamente 7 a 21 kg/cm^{2}, la temperatura de una mezcla de reacción que comprende ácido acético como solvente, y de la fase de vapor resultante de la reacción en fase líquida, es de aproximadamente 170 hasta aproximadamente 210ºC. Los tiempos de residencia en el recipiente de reacción pueden variarse según sea apropiado para rendimientos y condiciones dados, siendo convenientes aproximadamente 20 hasta aproximadamente 150 minutos para una gama de procesos. Para la fabricación de algunos ácidos carboxílicos aromáticos, como la fabricación de ácido tereftálico a partir de materias primas para-xileno utilizando solvente ácido acético para la mezcla de reacción, los contenidos sólidos en la mezcla de reacción de fase líquida en ebullición puede ser de hasta unos 50% en peso de la mezcla de reacción líquida, siendo más comunes niveles de aproximadamente desde 10 hasta aproximadamente 35% en peso. En los procesos en los que el producto ácido aromático es sustancialmente soluble en el solvente de reacción, la concentración de sólidos en el cuerpo líquido es insignificante. Como será apreciado por los expertos en la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos, condiciones y parámetros preferentes de funcionamiento varían con diferentes productos y procesos, y puede variar dentro o incluso fuera de los rangos especificados anteriormente.

Productos de la reacción de oxidación en fase líquida incluyen ácido carboxílico aromático oxidado a partir de la materia prima aromática, impurezas que comprenden subproductos generados como resultado de la reacción en fase líquida y, como se señaló anteriormente, una fase de vapor de alta presión que resulta de la reacción en fase líquida, incluyendo la ebullición de la mezcla de reacción en fase líquida para permitir la extracción de la fase de vapor para el control de temperatura de reacción. Ejemplos concretos de los subproductos de la materia prima aromática incluyen productos de la oxidación parcial o intermedia, tales como ácidos toluico, tolualdehidos, carboxibenzaldehidos y ácidos benzoico hidroximetil. Los subproductos de la reacción en fase líquida también incluyen los productos de reacción solvente como el metanol y otros alcoholes alifáticos inferiores oxidados a partir de la reacción de solvente y ésteres generados por la reacción de dichos alcoholes con el solvente, ejemplos que incluyen metil acetato, metil propionato, metil butirato y similares. Los subproductos comúnmente están presentes en una o ambas de las mezclas de reacción de oxidación de fase líquida y de la fase de vapor resultante de la misma. Subproductos óxido de carbono pueden resultar de la oxidación del solvente, materias primas, o sus subproductos. En realizaciones de la invención en las que la reacción en fase líquida se realice utilizando una fuente de bromo como promotor, por lo general los subproductos también incluyen menos bromuros de alquilo, por ejemplo, metil bromuro utilizando ácido acético como solvente de la reacción, que comúnmente se forma mediante reacción de iones bromuro con ácido acético. Como anteriormente, estos subproductos e impurezas que contienen bromo pueden estar presentes en uno o ambas de la mezcla de reacción en fase líquida y la fase de vapor de alta presión generada de las mismas. En algunas realizaciones del proceso inventado, por ejemplo aquellas en las que se purifica producto sólido de la oxidación en fase líquida y un licor madre u otras corrientes de recirculación que comprenden líquidos de las etapas de purificación o sus componentes se transfieren directa o indirectamente a una oxidación en fase líquida o a separación de gases residuales como líquido de reflujo, subproductos adicionales como el ácido benzoico y ácidos toluicos transportados en líquidos de depuración, así como los derivados hidrogenados de varios compuestos de subproductos resultantes de las etapas de purificación y materia prima de hidrocarburo aromático que no ha reaccionado a la oxidación llevada a purificación también puede ser introducida en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y gases residuales.

El agua también se produce como un subproducto de la reacción de fase líquida en la etapa de oxidación. Sin embargo, dado que el agua también puede estar presente en la mezcla de reacción en fase líquida como consecuencia de la adición a la misma, por ejemplo utilizando solventes ácidos monocarboxílicos acuosos o en corrientes de recirculación desde otras etapas del proceso, y también debido a las significativas cantidades de agua presente en la etapa de oxidación, ya sea como subproducto o por adición deliberada, y la incapacidad o la falta de necesidad de distinguir entre el agua de la reacción y el agua añadida deliberadamente, la expresión "subproductos de la reacción en fase líquida" y expresiones similares utilizadas en este documento no se refieren al agua a menos que se indique lo contrario. Del mismo modo, cuando el vapor de agua o el agua se describe aquí como un componente diverso líquido, gas o corriente del proceso, es sin tener en cuenta si el agua es el agua sub-producto de la oxidación en fase líquida, añadida deliberadamente en el proceso, o ambas a menos que se indique lo contrario o claramente a partir del contexto.

El producto de la reacción del ácido carboxílico aromático en forma de fango o disuelto en una porción de la mezcla de reacción líquida de la oxidación en fase líquida se puede tratar usando cualquier técnica adecuada para la recuperación de productos de reacción de ácido carboxílicos aromáticos contenidos en el mismo. Por lo general, productos de ácido carboxílico aromático y subproductos de la materia prima a la oxidación aromática en forma de fango, disueltos o en forma de fango y disueltos en mezcla de reacción líquida se retiran de la zona de reacción utilizada para la reacción en fase líquida y se recuperan mediante las técnicas adecuadas. Por lo tanto, la oxidación en fase líquida según el procedimiento inventado puede comprender, además de la reacción de oxidación, una etapa que comprende la recuperación a partir de una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida de un producto que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden los subproductos de la reacción. El producto, preferentemente se recupera como un producto sólido.

El producto soluble disuelto en el líquido puede ser recuperado por cristalización, que generalmente se lleva a cabo por el enfriamiento y liberación de la presión sobre un fango líquido o solución eliminada de la zona de reacción de oxidación. Producto sólido en forma de fango en el líquido y los sólidos cristalizados del líquido de reacción o a partir de solventes de cristalización son convenientemente separados de los líquidos por centrifugación, filtración o combinaciones de las mismas. Los productos sólidos recuperados del líquido de reacción mediante dichas técnicas comprenden ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden los subproductos de la materia prima aromática. El líquido que queda después de la recuperación del producto sólido de la mezcla de reacción líquida, también conocido como licor madre de oxidación, comprende solvente ácido monocarboxílico, agua, catalizador y promotor, subproductos solubles de la oxidación en fase líquida e impurezas que pueden estar presentes tales como a partir de corrientes de recirculación. El licor madre normalmente contiene también cantidades menores de ácido carboxílico aromático y productos de oxidación parcial o intermedia de la materia prima aromática que restan sin recuperar del líquido. El licor madre preferentemente se devuelve al menos en parte, a la zona de reacción de al menos una oxidación en fase líquida de forma que componentes del mismo que son útiles en la reacción en fase líquida, como catalizador, promotor, solvente y subproductos convertibles a los ácidos carboxílicos aromáticos deseados, se pueden reutilizar.

En realizaciones preferidas de la invención, una mezcla de reacción en fase líquida a partir de la oxidación que comprende ácido carboxílico aromático y subproductos de una reacción de oxidación en fase líquida se recupera del líquido mediante cristalización en una o más etapas, tal como en un único recipiente de cristalización o en una serie de recipientes de cristalización, con reducciones secuenciales de la temperatura y la presión desde las primeras a las últimas etapas para aumentar la recuperación del producto. La cristalización en dos a cuatro etapas, por ejemplo, desde una temperatura de reacción de oxidación en un intervalo de aproximadamente 140 hasta aproximadamente 250ºC y la presión en el rango de 5 hasta aproximadamente 40 kg/cm^{2} de calibre a una temperatura final de cristalización en un rango de aproximadamente 110 hasta aproximadamente 150ºC y la presión del ambiente hasta aproximadamente 3 kg/cm^{2}, proporciona una cristalización sustancial del producto ácido aromático sólido. El licor madre separado del producto sólido por cristalización puede ser devuelto a la reacción en fase líquida como se describió anteriormente. El calor es eliminado de los recipientes utilizados para la cristalización mediante la eliminación de una fase de gas que formada como consecuencia de la bajada intermitente u otra de la presión del líquido de la reacción, con una fase de vapor eliminada de una o más etapas preferentemente condensadas y, directa o indirectamente a través de una o más etapas de recuperación adicional, como se verá a continuación, devuelta al menos en parte, a la zona de reacción para su uso en la oxidación en fase líquida.

El producto sólido recuperado de la oxidación en fase líquida, que por lo general comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden los subproductos de la oxidación, tales como los productos de oxidación intermedia de la materia prima aromática, se pueden separar del licor madre de la oxidación líquida resultante de la recuperación del producto sólido por cualquier técnica adecuada. Los ejemplos incluyen centrifugación, filtración en vacío, filtración a presión y filtración con filtros de banda. El producto sólido resultante preferentemente se lava después de la separación con líquido que incluye agua tal como agua pura o un líquido de lavado que incluye pequeñas cantidades de ácido monocarboxílico solvente, catalizador, materias primas aromáticas, subproductos de la oxidación o combinaciones de los mismos que pueden ser beneficiosamente reciclados a la oxidación, ya sea directamente o en combinación con otros líquidos, tales como el licor madre de la oxidación reciclado u otros líquidos devueltos a la zona de reacción. La separación de ácido carboxílico aromático sólido impuro recuperado de un licor madre de oxidación y lavado del producto sólido puede ser realizada convenientemente por filtración de intercambio de solvente bajo presión utilizando filtros de presión, como se exponen en US 5.679.846, y US 5.200.557. Un dispositivo de filtración preferido para dichas separaciones es un filtro BHS Fest como se describe con más detalle en la patente US 5.200.557. El licor madre y los líquidos de lavado eliminados de la torta de filtrado se pueden transferir directa o indirectamente a la oxidación en fase líquida. La filtración y lavado del producto sólido en múltiples etapas y con líquidos de lavado cada vez más puros, por ejemplo líquidos retirados de torta de filtro en las etapas posteriores como líquido de lavado en las etapas previas, puede proporcionar beneficios adicionales mediante la concentración de ácido monocarboxílico solvente desplazado de los sólidos filtrados para volver a la oxidación. En una realización más específica, la torta filtrada mojada con el líquido de lavado resultante de dicha filtración de desplazamiento positivo se dirige desde una etapa de lavado final a una etapa de secado, donde opcionalmente contacta con gas inerte, por lo general bajo presión de leve a moderada, para la eliminación sustancial de líquido residual de la torta. Después del lavado y la eliminación sustancial del líquido de lavado del producto sólido que comprende ácido aromático y subproductos, el sólido resultante se puede secar y dirigirse al almacenamiento o a otras etapas, que pueden incluir la preparación de una solución de reacción para la purificación del producto sólido. Preferentemente, los niveles de ácido monocarboxílico solvente residual en el producto sólido dirigido a la purificación son de aproximadamente 5.000 partes por millón en peso ("ppmw") o menos. El producto sólido puede secarse con una corriente que fluye de nitrógeno u otro gas inerte para reducir los niveles de solvente residual.

Además del producto de reacción de ácido carboxílico aromático formado en la reacción en fase líquida de una etapa de oxidación según el procedimiento inventado, se genera una fase de vapor de alta presión, que comprende ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos de la oxidación en fase líquida, como se describió anteriormente. La fase de vapor comúnmente contiene también pequeñas cantidades de materia prima aromática que no ha reaccionado, gas oxígeno sin consumir y, si están presentes, componentes inertes de la fuente de oxígeno. La temperatura y la presión de la fase de vapor presente en la zona de reacción corresponden a las condiciones de la reacción en fase líquida. Una separación de gases residuales según la invención prevé la recuperación de materiales y en algunas realizaciones, energía y combinaciones de los mismos de los gases residuales de alta temperatura y presión eliminados de una reacción de oxidación en fase líquida.

Una separación de gases residuales según el procedimiento inventado comprende transferir la fase de vapor eliminada de la zona de reacción de una fase líquida de oxidación a una zona de separación capaz sustancialmente de separar solvente ácido monocarboxílico, agua y subproductos de la oxidación en al menos una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase líquida rica en agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase de vapor de alta presión de ácido monocarboxílico solvente empobrecido que comprende vapor de agua de forma de manera que subproductos de la oxidación del precursor hidrocarburo aromático son preferentemente distribuidos a la primera fase líquida y los subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente son preferentemente distribuidos a la segunda fase de vapor de alta presión. Una primera fase líquida rica en solvente ácido monocarboxílico y una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de solvente ácido monocarboxílico y subproductos de la oxidación de los mismos y una segunda fase de vapor de alta presión que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación del precursor hidrocarburo aromático se eliminan de la zona de separación. La separación se lleva a cabo con la fase de vapor de alta presión a una temperatura y bajo presión no sustancialmente menores que la temperatura y la presión de la fase de vapor en la etapa de oxidación de fase líquida de la que se elimina la fase de vapor.

En mayor detalle, la separación comprende dirigir una fase de vapor de alta presión y temperatura eliminada del recipiente de reacción utilizado para la oxidación en fase líquida a una zona de separación que es capaz de operar con la fase de vapor a alta temperatura y presión para separar sustancialmente agua y solvente ácido monocarboxílico en la fase de vapor y distribuir los subproductos de la oxidación entre las fases líquida y gaseosa resultantes de la separación de forma de manera que el contenido de subproducto del solvente de las fases líquida y el contenido de subproducto de la oxidación de hidrocarburos aromáticos de una fase gaseosa eliminado de la separación se reducen al mínimo. La fase de vapor de alta presión puede ser transferida desde la zona de reacción de una fase líquida de oxidación directamente a la zona de separación, como cuando un dispositivo de separación se monta directamente o en estrecha asociación con un recipiente de reacción de oxidación u otra zona de reacción, o indirectamente, por ejemplo mediante conductos, válvulas, bombas y similares adecuados para efectuar la transferencia. Una porción menor de la fase de vapor de alta presión y alta temperatura de la oxidación en fase líquida puede ser dirigida a otros usos, tales como la generación de vapor de alta presión o fluido de intercambio de calor. Preferiblemente, la fase de vapor transferida a la separación se mantiene a temperatura y presión suficientemente altas para que el contenido energético de la fase de vapor que se introduce en la zona de separación es al menos sustancialmente retenida y la fase de vapor proporciona calor suficiente para la separación en contacto con el líquido de reflujo suministrado a la zona de separación. Más preferentemente, la transferencia de la fase de vapor a la zona de separación se logra mediante el pasaje directamente desde la zona de reacción o por medio de tuberías de presión adecuadas con capacidad, de forma de manera que la temperatura de la fase de vapor que entra en la zona de separación no es más que aproximadamente 10ºC más fría que la temperatura de reacción en la oxidación en fase líquida y la presión de la fase de vapor que entra en la zona de separación no es más que aproximadamente 3 kg/cm^{2} menor que la presión en la oxidación en fase líquida. La zona de separación también está diseñada para operar a temperatura y presión altas, y preferentemente a temperaturas y presiones no sustancialmente inferiores a la temperatura y la presión de la fase de vapor de alta presión presente en la zona de reacción para evitar la pérdida del contenido energético de la fase de vapor de la zona de reacción. Más preferiblemente, la zona de separación está diseñada para el tratamiento de una fase de vapor a una presión de al menos aproximadamente 80%, más preferiblemente al menos aproximadamente 90%, y aún más preferiblemente al menos aproximadamente 95%, de la presión de la fase de vapor en la etapa de oxidación. La resistencia a la presión de los equipos de la zona de separación preferentemente es al menos aproximadamente 80%, más preferiblemente entre aproximadamente 90 y aproximadamente 110%, de la clasificación del recipiente de reacción de oxidación o etapa de la zona de oxidación del proceso inventado desde el cual la fase de vapor se dirige a la separación. Las temperaturas de la fase de vapor en la zona de separación preferentemente varían desde aproximadamente 140 hasta aproximadamente 200ºC y más preferiblemente de aproximadamente 160 hasta aproximadamente 185ºC. Se prefieren presiones de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 40 kg/cm^{2}, siendo más preferidas de aproximadamente 10 hasta 20 kg/cm^{2}.

La zona de separación es capaz sustancialmente de separar ácido monocarboxílico solvente y vapores de agua en la fase de vapor de alta presión introducida para separación. Preferentemente la zona de separación es capaz de separar agua y solvente en la fase de vapor de alta presión de forma de manera que un gas de alta presión resultante de la separación no contiene más de aproximadamente 10%, y más preferiblemente no más de aproximadamente 5% del contenido de ácido monocarboxílico solvente de la fase de vapor introducida en la zona de separación. Más preferiblemente, el contenido de ácido monocarboxílico solvente de un segundo efluente gaseoso de alta presión de la separación no es más de aproximadamente 2%, y aún más preferiblemente no más de aproximadamente 1%, del contenido de ácido monocarboxílico solvente de la fase de vapor introducida en la zona de separación. La zona de separación también está adaptada para distribuir preferentemente al menos a una fase líquida de los subproductos de la materia prima aromática a la oxidación y a la segunda fase de vapor de alta presión los subproductos del ácido monocarboxílico solvente que de otra manera normalmente se distribuye tanto a fases vapor y líquida en las temperaturas y presiones a las que se lleva a cabo la separación. Por ejemplo, en el caso de la oxidación en fase líquida de las materias primas para-xileno en una mezcla de reacción de fase líquida que comprende solvente ácido acético, ácido benzoico y ácido p-toluico los subproductos del para-xileno y metanol y subproductos metil acetato del ácido acético pueden distribuirse prácticamente en niveles significativos entre las fases vapor y líquida. La zona de separación es capaz de distribuir los subproductos de forma que la segunda fase de vapor de alta presión está prácticamente libre de los subproductos del precursor de hidrocarburos aromáticos y preferentemente contiene no más de aproximadamente 10% en peso, y más preferiblemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 5% en peso de los mismos. Los subproductos del precursor de hidrocarburos aromáticos eliminados a la primera, la fase líquida enriquecida en ácido monocarboxílico solvente y la segunda fase líquida enriquecida en agua se distribuirán preferentemente a la primera fase, y más preferiblemente de forma que aproximadamente 75% en peso, más aún preferentemente al menos aproximadamente 85% en peso hasta aproximadamente 100% en peso de los mismos, están presentes en la primera fase líquida y no más de aproximadamente 25% en peso, aún más preferiblemente no más de aproximadamente 2 hasta aproximadamente 10% en peso de las mismas están presentes en la segunda fase líquida. Los subproductos del ácido monocarboxílico solvente que comprenden alcoholes y ésteres de ácido solvente del mismo preferentemente se distribuirán a la segunda fase de vapor de alta presión resultante de la separación de agua y ácido monocarboxílico solvente en la entrada de la fase de vapor de alta presión, preferentemente de forma que de manera que la segunda fase líquida, enriquecida en agua, contiene no más de aproximadamente 10% en peso, y más preferiblemente no más de aproximadamente de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 4 sobre % en peso de dichos subproductos.

La zona de separación para la separación de gases residuales según la invención puede comprender cualquier dispositivo o medio adecuado para separar sustancialmente ácido monocarboxílico solvente y agua en la fase de vapor de alta temperatura y presión eliminada de la oxidación en fase líquida y la distribución de los subproductos de la oxidación presentes en el dispositivo a alta temperatura y presión para obtener una fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente, una segunda fase líquida enriquecida en agua y una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua, como se describió anteriormente.

En una realización, una zona de separación preferida está adaptada para el contacto entre el vapor y fases líquidas de reflujo que fluyen a través de ella en contracorriente de forma de manera que el ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión introducida en la zona de separación desde una zona de reacción en fase líquida es sustancialmente eliminado de la fase de vapor a la fase líquida para formar una primera fase líquida enriquecida en ácido monocarboxílico solvente, y que el agua de una fase de vapor de alta presión eliminada de ácido monocarboxílico solvente resultante se elimina en la fase líquida de reflujo para la extracción de la zona de separación de una segunda fase líquida enriquecida en agua. Los subproductos de la oxidación de la materia prima aromática a la oxidación en fase líquida que tienden a distribuirse entre ambas fases vapor y líquida bajo las condiciones en la separación están presentes en la fase de vapor de alta presión introducida en la zona de separación desde una oxidación en fase líquida y puede ser también introducida en la zona de separación en los líquidos de reflujo suministrados a la misma. Estos subproductos distribuidos a la fase líquida a la que el ácido monocarboxílico solvente de la fase de vapor de alta presión de la oxidación se elimina pueden ser quitados de la primera fase líquida. Dichos subproductos presentes en la fase de vapor de ácido monocarboxílico solvente empobrecido son distribuidos adicionalmente a esa fase líquida y también entran en la fase líquida a la que el agua de la fase de vapor de solvente agotado se elimina debido al contacto con la fase líquida reflujo. Los subproductos del ácido monocarboxílico solvente que tienden a distribuirse entre el vapor y la fase líquida pueden presentarse en la fase de vapor de alta presión desde la oxidación introducida en la zona de separación. También pueden estar presentes en el reflujo de líquidos suministrados a la zona de separación. Dichos subproductos presentes en la fase de líquido de reflujo en el dispositivo de separación se eliminan de la fase de vapor mediante el líquido en reflujo.

El flujo del líquido de reflujo en dicho dispositivo de separación comprende componentes líquidos eliminados o distribuidos de la fase de vapor a la fase líquida, así como componentes de los líquidos de reflujo suministrados a la zona de separación que son o permanecen en la fase líquida.

Una zona de separación preferida según una realización más específica de la invención está configurada para el contacto por etapas entre las fases líquida y vapor en el flujo en contracorriente a través de porciones o regiones de la zona de separación. El flujo de la fase de vapor es preferentemente un flujo ascendente a través de las porciones de la zona de separación y el flujo de la fase líquida preferentemente es un flujo descendente a través de la misma. La separación de agua, ácido monocarboxílico solvente y subproductos se logra dirigiendo la fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción a una primera parte de la zona de separación y un líquido de reflujo a una tercera parte de la zona de separación de forma de manera que una fase de vapor fluye a través de la primera parte hacia una segunda parte hacia una tercera parte de la zona de separación está en contacto con un flujo a contracorriente de fase líquida de reflujo a través de la tercera hacia la segunda hacia la primera parte de la zona de separación. El líquido de reflujo suministrado a la tercera parte comprende agua y, preferentemente está sustancialmente libre de subproductos de la oxidación de la materia prima aromática para la oxidación en fase líquida. El agua y el ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor en que fluye contracorriente y la fase líquida de reflujo son sustancialmente separadas en la primera porción de modo de manera que se forman una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y una fase intermedia de vapor a alta presión agotada de ácido monocarboxílico solvente. La primera fase líquida rica en solvente de la primera parte se recoge para la eliminación de la zona de separación. El flujo de la fase de vapor de la primera a la segunda parte del dispositivo de separación incluye la fase intermedia de vapor de la primera parte. El agua y los subproductos en la fase de vapor que fluye a contracorriente y la fase líquida de reflujo en la segunda parte son separadas de tal forma que los subproductos del precursor de hidrocarburo aromático se eliminan a la fase líquida de reflujo y se forma una segunda fase de vapor intermedia de alta presión que comprende vapor de agua considerablemente libre de ácido monocarboxílico solvente y los subproductos del precursor de hidrocarburo aromático. El flujo de la fase de vapor de la segunda a la tercera porción de la zona de separación incluye la segunda fase intermedia de vapor. El agua y los subproductos del ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor que fluye en contracorriente y la fase líquida de reflujo en la tercera porción son separadas de modo de manera que se forman una segunda fase líquida enriquecida en agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que comprende vapor de agua y los subproductos del ácido monocarboxílico solvente y sustancialmente libre de los subproductos del precursor de hidrocarburo aromático. La segunda fase líquida enriquecida en agua de la tercera parte se recoge para extracción desde el dispositivo de separación en una corriente líquida separada de aquella en la que se retira de la primera fase líquida. La segunda fase de vapor de alta presión se elimina del dispositivo de separación como un gas de salida. El flujo de la fase líquida de reflujo a través de la zona de separación puede ser complementada mediante el suministro de líquido de reflujo adicional que comprende agua a una o más porciones de la zona de separación. En realizaciones preferidas, el líquido que comprende agua se suministra como reflujo adicional entre la segunda y tercera parte de dicha zona de separación.

En dicha separación por etapas, la primera parte de la zona de separación preferentemente es capaz de separar ácido monocarboxílico solvente y agua de forma de manera que al menos 95% en peso, y más preferiblemente al menos aproximadamente 98% en peso, del solvente se elimina a la primera fase líquida. La segunda parte es preferentemente capaz de distribuir los productos del precursor aromático de la oxidación de fase líquida a la primera y segunda fase líquida de forma de manera que la segunda fase de vapor de alta presión no contiene más de aproximadamente 10%, y más preferiblemente de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5% de la cantidad de dichos subproductos presentes en las primera y segunda fase líquida y la segunda fase de vapor de alta presión. La tercera porción de la zona de separación preferentemente es capaz de distribuir los subproductos de la oxidación en fase líquida del ácido monocarboxílico solvente a la segunda fase de vapor de alta presión de forma que la segunda fase líquida contiene no más de aproximadamente 10%, y más preferiblemente aproximadamente 1 hasta aproximadamente 4%, de la cantidad de dichos subproductos presentes en la primera y segunda fase líquida y la segunda fase de vapor de alta presión.

En realizaciones preferidas, una primera porción de la zona de separación se define como una región de la zona de separación situada entre una entrada para recibir la fase de vapor de alta presión eliminada de una oxidación en fase líquida dentro de la zona de separación y una entrada para la introducción de un líquido que comprende agua a la zona de separación como reflujo. Una segunda porción de la zona de separación se define por una región de la zona situada entre una entrada para introducir agua líquida que comprende agua como reflujo a la primera parte y una salida para eliminar la segunda fase líquida rica en agua recogida de la tercera porción. La tercera parte se define como una región entre una salida para eliminar la segunda fase líquida rica en agua recogida de la tercera porción y una entrada para introducir líquido que comprende agua sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de la materia prima aromática para la oxidación en fase líquida al dispositivo de separación.

Según realizaciones de la invención, una zona de separación para la separación y la distribución preferencial de agua, ácido monocarboxílico solvente y subproductos comprende una zona de fraccionamiento que tiene al menos aproximadamente 20 etapas de equilibrio teórico para separar sustancialmente agua y ácido monocarboxílico solvente en el vapor de alta presión de la oxidación en fase líquida. Mas preferiblemente, dicha zona de fraccionamiento tiene aproximadamente 20 hasta aproximadamente 60 etapas de equilibrio teórico. Se prefiere una zona de fraccionamiento con al menos aproximadamente 2 etapas de equilibrio teórico para la separación de agua y subproductos de la oxidación de la materia prima aromática. Mas preferiblemente, dicha zona de fraccionamiento proporciona aproximadamente 2 hasta aproximadamente 10 etapas de equilibrio teórico. Una zona de fraccionamiento para separar agua y subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente preferentemente tiene al menos una, y más preferiblemente aproximadamente de 1 hasta aproximadamente 10 etapas de equilibrio teórico.

Los dispositivos de separación preferidos son varias columnas o torres, a menudo conocidas como columnas y torres de destilación, torres de deshidratación, columnas de rectificación, columnas de eliminación de agua y dispositivos de alta eficiencia de separación, que se han diseñado para el contacto entre las fases de gas y líquida que fluyen a través los mismos para la transferencia de masa entre las fases en una pluralidad de etapas de equilibrio teórico, también referida a veces como "placas teóricas", configuradas para separar y distribuir de forma preferente los componentes de las fases de gas y líquida que fluyen. El contacto entre las fases de gas y líquida que fluyen es promovido por la estructura interna, tales como bandejas o superficies que proporcionan una cubierta para el contacto gas-líquido y etapas de equilibrio teórico para las separaciones. La temperatura de la fase de vapor de alta presión eliminada de la oxidación normalmente es lo suficientemente alta para que no haya necesidad de capacidad de volver a hervir más allá de la proporcionada por la reacción de oxidación de fase líquida. El flujo en contracorriente de las fases gaseosa y líquida, tal como mediante la introducción de la fase de vapor de alta presión de la oxidación en una parte inferior del dispositivo y el líquido de reflujo en al menos una, y preferentemente dos o más porciones superiores, se prefiere para promover el contacto entre las fases de gas y líquida en el dispositivo de separación.

La zona de separación según la invención puede comprender un único dispositivo o múltiples dispositivos, tales como torres, columnas u otra estructura, en serie. Cuando se utilizan dos o más dispositivos en serie, se configuran, y sus respectivas entradas y salidas se comunican de modo que la fase de vapor de alta presión eliminada de un recipiente de reacción de oxidación fluye en la serie con la separación y distribución de ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos en el vapor que fluye y flujo revertido del líquido de reflujo en y a través de la serie.

El líquido de reflujo suministrado a la zona de separación comprende agua. Puede ser utilizada cualquier fuente adecuada de líquido que comprenda agua y sustancialmente libre de impurezas perjudiciales para la separación. El agua desmineralizada u otras fuentes purificadas pueden ser utilizadas, pero las fuentes preferidas de líquido de reflujo incluyen líquidos condensados de los gases de alta presión eliminados de las zonas de separación y/o condensación según el procedimiento inventado. En otra realización preferida, licor madre de purificación obtenido en la recuperación de un producto de ácido carboxílico aromático purificado procedentes de al menos una mezcla de reacción líquida de purificación se dirige a la separación de forma que el reflujo a la separación comprende el licor madre de purificación. Más preferentemente, el líquido de reflujo para la separación comprende dicho licor madre de purificación y líquido que comprende agua condensado a partir de gases de alta presión eliminados de la zona de separación, que puede ser suministrado a la separación individualmente o combinado en una o más corrientes individuales.

En una separación por etapas según realizaciones preferidas de la invención como se describió anteriormente, el líquido de reflujo que comprende licor madre de purificación se introduce en la zona de separación para el flujo de los componentes de fase líquida del mismo a través de la segunda parte de la zona y el líquido condensado recuperado de una segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de separación se introduce para el flujo a través de la tercera porción. El licor madre de purificación normalmente contiene subproductos de la materia prima de hidrocarburos aromáticos a la oxidación en fase líquida, incluidos los derivados hidrogenados resultantes de la purificación, pero dichos subproductos son preferentemente distribuidos a las fases líquidas recuperadas en la separación, y predominantemente a una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente, que es adecuada para regresar a la oxidación para proporcionar solvente de relleno. El líquido que comprende agua condensada a partir de la segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de separación está sustancialmente libre de los subproductos de la materia prima aromática, pero puede contener subproductos del ácido monocarboxílico solvente eliminado en la segunda fase de vapor de alta presión en la separación que, a su vez, pueden estar presentes en el líquido que comprende agua condensado a partir del segundo gas de alta presión. Estos subproductos devueltos a la separación en líquido de reflujo suministrado una tercera porción de la zona de separación son eliminados nuevamente en la segunda fase de vapor de alta presión en separación. La acumulación no deseada de dichos subproductos se evita en realizaciones preferidas de la invención en las que una parte del líquido condensado recuperado de la segunda fase de vapor de alta presión de la separación se purga o se dirige a un tratamiento para la recuperación de dichos subproductos.

El líquido de reflujo, preferentemente se suministra a una tasa y temperatura efectivas para apagar el calor de la reacción de oxidación en fase líquida transferido a la zona de separación en la fase de vapor de la oxidación. Cuando la zona de separación se acopla a un recipiente de reacción de la oxidación en fase líquida de para sustancialmente dirigir la transferencia de la fase de vapor de la oxidación a la separación, el recipiente de reacción funciona como una caldera. En dichas realizaciones, la tasa a la cual el líquido de reflujo se suministra a la zona de separación es convenientemente expresada en peso de líquido provisto a la zona relativa al peso de la materia prima aromática introducida en la oxidación en fase líquida. Preferiblemente, el líquido de reflujo suministrado a la zona de separación según el procedimiento inventado está a una temperatura en el rango de aproximadamente 120 a aproximadamente 170ºC y más preferiblemente de aproximadamente 130 hasta aproximadamente 160ºC. A tales temperaturas, el líquido preferentemente se suministra para la separación a una tasa de aproximadamente de 4 hasta aproximadamente 5 pesos del líquido por peso de los precursores aromáticos introducidos en la oxidación en fase líquida. Cuando el líquido de reflujo se suministra separadamente a diferentes etapas de una zona de separación preferentemente se distribuye entre las diferentes etapas de forma de manera que el reflujo suministrado a la primera etapa de la zona de separación representa al menos el 40%, y más preferiblemente entre aproximadamente 60 y aproximadamente 90%, del flujo volumétrico de líquido de reflujo.

Vapores de agua y ácido monocarboxílico solvente contenidos en la corriente de vapor de alta presión eliminada de una etapa de la fase de oxidación líquida e introducida en la zona de separación son separados de forma de manera que se recupera una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente que es pobre en agua. La primera fase líquida separada preferiblemente comprende al menos aproximadamente 60% en peso de ácido monocarboxílico solvente y no más de aproximadamente 35% de agua en peso. Más preferiblemente, el contenido de agua de la fase líquida separada es de aproximadamente 15 hasta aproximadamente 30% en peso. La corriente de líquido de la separación también contiene pequeñas cantidades de impurezas más pesadas, tales como subproductos parciales o intermedios de la oxidación de la materia prima aromática y derivados hidrogenados de los mismos, como el ácido benzoico y, dependiendo de los precursores aromáticos utilizados en la oxidación, ácido m-toluico y/o ácido p-toluico, lavado o transferido a la primera fase líquida en la zona de separación. La primera fase líquida también puede incluir otros componentes, tales como productos ácidos carboxílicos aromáticos y metales catalizadores. El contenido de los componentes más pesados puede ser tan alto como aproximadamente 2% en peso, pero preferentemente no es más de aproximadamente 0,5% en peso.

La fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente condensada a partir de la fase de vapor en la zona de separación es una valiosa fuente de solvente para la oxidación en fase líquida. Como se describió anteriormente, también puede incluir subproductos de la oxidación de la materia prima aromática y otros componentes adecuados para ser devueltos a la oxidación y convertidos en el ácido carboxílico aromático deseado. Otros usos adecuados para el condensado líquido incluyen líquidos de lavado para filtros rotativos de vacío u otros dispositivos empleados para la separación sólido-líquido de los productos sólidos recuperados de una oxidación en fase líquida de licores madre de oxidación o solventes de cristalización y llevarse a los depuradores, como depuradores secadores de oxidación si se utiliza en el proceso. En una realización preferida del procedimiento inventado, al menos una parte, y, más preferiblemente, todos o prácticamente toda la primera fase líquida separada eliminada de la zona de separación se devuelve a la oxidación en fase líquida, ya sea directamente a un recipiente de reacción o a recipientes de espera utilizados para el suministro de reabastecimiento de solvente a una zona de reacción. En tales realizaciones, el agua y el ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión introducida en la zona de separación son preferentemente separados de forma de manera que una fase líquida resultante de la separación contiene aproximadamente 15 hasta aproximadamente 30% en peso de agua y, más preferiblemente, de forma que el contenido de agua del líquido separado junto con el agua devuelta a la oxidación de otras corrientes de líquidos del proceso están sustancialmente equilibrado con el vapor de agua extraído de la oxidación en la fase de vapor de alta presión de encabezado y el agua líquida eliminada de la oxidación para la recuperación y separación de productos de ácido carboxílico aromáticos de la oxidación.

La segunda fase líquida recuperada de la separación está enriquecida en agua y sustancialmente libre de subproductos de ácido monocarboxílico solvente del mismo a partir de la oxidación en fase líquida. Puede contener pequeñas cantidades de subproductos de la materia prima aromática a la oxidación en fase líquida como consecuencia de la distribución preferencial de dichos subproductos a las fases líquidas en las separaciones según la invención. El contenido de ácido monocarboxílico solvente de la segunda fase líquida normalmente es de menos de aproximadamente 5% en peso y preferiblemente de aproximadamente 1/2 hasta aproximadamente 3% en peso. Los niveles de subproductos solvente normalmente no son mayores de aproximadamente 1% en peso y preferiblemente aproximadamente 0,05 a alrededor de 0,2% en peso. Los subproductos de las materias primas aromáticas presentes en la segunda fase líquida normalmente oscilan entre aproximadamente 0,003 a aproximadamente 0,1% en peso y, preferentemente, de aproximadamente 0,005 a aproximadamente 0,05% en peso. Dicho líquido es apto para utilizarse como líquido que comprende agua en una o varias etapas de un proceso de purificación de las formas impuras de ácidos carboxílicos aromáticos como se describe con más detalle aquí. Otros usos para la segunda fase líquida incluyen líquidos de descarga de sellado para los dispositivos de separación sólido-líquido que utilizados para la separación del licor madre de oxidación y los líquidos de lavado de productos de ácidos carboxílicos aromáticos sólidos impuros recuperados de una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida.

El segundo gas de alta presión resultante de la separación comprende un sustancial volumen de agua y está relativamente libre de ácido monocarboxílico solvente. Preferiblemente, el gas comprende al menos aproximadamente 55% en volumen, y más preferiblemente, al menos aproximadamente 65% en volumen de agua. El contenido del ácido monocarboxílico solvente del gas es generalmente menor de aproximadamente 5 y preferiblemente menos de aproximadamente 3% en peso. El gas también puede contener materia prima aromática y subproductos de la oxidación en fase líquida que no ha reaccionado a pesar de que normalmente están presentes en cantidades menores o trazas no superiores a aproximadamente 2% en peso. El contenido de gas oxígeno del gas a presión de la separación típicamente oscila hasta aproximadamente 4% en volumen, preferiblemente desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 4% en volumen. Los componentes de gas inerte de la fuente de oxígeno, que suelen incluir nitrógeno y óxidos de carbono, pueden constituir hasta aproximadamente 45% en volumen del gas a presión; cuando se utiliza el aire como una fuente de oxígeno gaseoso, el contenido en nitrógeno del gas a presión típicamente oscila entre aproximadamente 30 hasta aproximadamente 40% en volumen.

Preferentemente, la presión de la segunda fase de vapor de alta presión de la separación es de hasta aproximadamente 1 kg/cm^{2} de calibre inferior a la presión en la reacción de oxidación de la fase líquida. La temperatura del gas de alta presión de la separación es preferentemente hasta aproximadamente 20ºC inferior a la temperatura de la reacción de oxidación en fase líquida, y más preferentemente aproximadamente de 5ºC hasta aproximadamente 15ºC inferior a la temperatura de la reacción de oxidación. Preferentemente, el gas de alta presión de la separación está a una temperatura superior a aproximadamente 100ºC, más preferentemente superior a aproximadamente 120ºC, y menos de aproximadamente 250ºC, más preferiblemente de menos de aproximadamente 230ºC. La presión del gas a presión que queda después de la separación es de aproximadamente 4 hasta aproximadamente 40 kg/cm^{2} de calibre.

La segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la separación puede ser dirigida a una zona de condensación para la condensación a partir de la fase de vapor de un líquido condensado que comprende agua sustancialmente libre de impurezas orgánicas tales como ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la materia prima aromática y solvente de la oxidación. La zona de condensación puede comprender cualquier medio eficaz para la condensación del agua sustancialmente libre de impurezas orgánicas a partir del gas de alta presión introducido a la zona de condensación. Preferentemente, se incluye uno o más condensadores o medios de intercambio de calor eficaces para proporcionar la transferencia de calor indirecta entre una fase de gas de alta presión y un material disipador de calor y, preferiblemente, un fluido de intercambio de calor. Puede emplearse un solo dispositivo o una pluralidad de dispositivos en serie. Intercambiadores de calor Shell y de tubo y condensadores de tipo caldera son ejemplos de dispositivos preferidos. Preferentemente, todo o prácticamente todo el vapor de alta presión de la separación se dirige a la zona de condensación para permitir la recuperación sustancial tanto de la energía térmica como de los materiales del mismo. El enfriamiento se lleva a cabo preferentemente en condiciones tales que una zona de condensación de gas de escape bajo presión no sustancialmente reducida de la del gas introducido a la zona de condensación permanece después de la condensación del líquido condensado y se extrae de los medios de condensación. Esos gases residuales de la zona de condensación a presión comprenden componentes no condensables del gas a alta presión de la zona de separación, subproductos de la reacción gasesosa y también puede contener pequeñas cantidades de materia prima aromática de los gases residuales de oxidación de la fase líquida o líquidos de reflujo dirigidos a la separación y que permaneces sin separar en la segunda fase de vapor de alta presión. El gas residual de la zona de condensación más preferiblemente está a una temperatura de aproximadamente 50 a aproximadamente 150ºC y bajo una presión que no es más de aproximadamente 3 kg/cm^{2} inferior a la presión del gas de entrada a la zona de condensación. Mas preferiblemente, el diferencial de presión entre un gas extraído del dispositivo de separación y el gas residual de la zona de condensación después de la condensación del líquido condensado es de aproximadamente 2 kg/cm^{2} o menos, y más preferiblemente de aproximadamente 0,5 hasta aproximadamente 1 kg/cm^{2}.

El enfriamiento del gas a alta presión mediante el intercambio de calor con un material disipador de calor en la zona de condensación también sirve para calentar el material disipador de calor. El material disipador de calor preferentemente es un líquido disipador de calor y, más preferiblemente, agua. Cuando se usa agua como fluido de intercambio de calor, el intercambio de calor con el gas a alta presión de la separación convierte el agua en vapor que puede dirigirse a otras partes del proceso inventado para calefacción o para usos fuera del proceso. Del mismo modo, el intercambio de calor entre el gas a presión y los líquidos de otras etapas del proceso se pueden utilizar para calentar dichos líquidos. Así, la invención incluye realizaciones en que el intercambio de calor entre el gas de alta presión de la zona de separación introducida a la zona de condensación y el líquido de intercambio de calor que comprende agua se lleva a cabo en una serie de intercambiadores de calor operados sucesivamente a temperaturas más frías, de forma de manera que el vapor a diferentes presiones se genera a partir del agua de intercambio de calor. El vapor a diferentes presiones es preferentemente dirigido a una o más etapas de proceso en las que el vapor a presión o presiones correspondientes es útil para la calefacción, mientras que el condensado líquido que comprende agua a temperaturas sucesivamente inferiores se genera a partir del gas a presión.

La energía puede ser recuperada de los gases residuales de la zona de condensación en forma de calor, en la forma de trabajo o como ambas cosas. La recuperación de energía en forma de calor para el proceso puede reducir el consumo de combustible que de otro modo sería necesario para generar calor para el proceso. La energía recuperada como trabajo puede ser convertida en electricidad para su uso en el proceso, reduciendo así el consumo de electricidad procedente de fuentes externas si se utilizan en el proceso.

Mientras que realizaciones preferidas de la invención comprenden condensar todo o prácticamente todo el gas de alta presión trasferido a la zona de condensación, en algunas realizaciones de la invención, la condensación del gas de alta presión eliminado de la zona de separación se realiza extrayendo la energía calorífica del gas de forma de manera que sólo una parte del contenido de agua del gas se condensa o dirigiendo una parte de la segunda fase de vapor de alta presión de la separación a medios de condensación y dirigiendo otra parte a los medios para la recuperación de energía mediante su conversión en energía mecánica. La condensación parcial de la segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la separación o la división de la corriente para la condensación de sólo una parte la misma permite la recuperación de un condensado líquido que comprende sustancialmente agua pura con bajo contenido de impurezas orgánicas y útil como líquido de reflujo para la separación como se describió anteriormente y la recuperación de la energía térmica transferida a un fluido intercambiador de calor en el enfriamiento del gas de alta presión para condensar el vapor condensado líquido, dejando al mismo tiempo agua no condensada en un gas de escape de la zona de condensación de alta presión para la recuperación adicional de energía en forma de trabajo.

Según otras realizaciones de la invención, toda o casi toda la segunda fase de vapor de alta presión de la separación de ácido monocarboxílico y agua en la fase de vapor de alta presión de la oxidación y los subproductos de la oxidación se condensa por intercambio de calor con un fluido disipador de calor. La condensación de todos o casi todos los componentes condensables del gas de alta presión de la separación reduce el flujo volumétrico de gas que queda después de la condensación para posteriores etapas de transformación y permite el uso de metales con sólo baja o moderada resistencia a la corrosión, tales como aceros inoxidables, aceros dulces o aceros dúplex, como alternativas a los más caros, los metales o aleaciones de alta resistencia a la corrosión en el equipo para posteriores etapas de tratamiento de gases residuales pueden incluirse en el proceso. Sustancialmente la condensación completa de los componentes condensables de un gas de alta presión eliminado de la separación también aumenta el volumen de condensado líquido que comprende agua sustancialmente libre de impurezas orgánicas generadas según el procedimiento inventado y que puede facilitar una recuperación mejorada de materia prima aromática y el ácido monocarboxílico solvente o subproductos de oxidación en fase líquida que quedan en los gases no condensados que quedan después de la condensación.

La condensación puede llevarse a cabo en una única etapa. También puede llevarse a cabo en múltiples etapas en las que una corriente de gas que comprende gas de alta presión eliminado de la zona de separación se enfría a una primera temperatura en una primera etapa para obtener un líquido condensado de primera etapa y una porción no condensada del gas que es subsecuentemente condensado a una temperatura más baja en una segunda etapa para proporcionar un condensado líquido de segunda etapa y una porción de gas no condensado introducida en la segunda etapa, y, opcionalmente, una o varias etapas adicionales en las que una parte de gas no condensado de una fase anterior se condensa a una temperatura más baja que en la etapa anterior para formar un líquido condensado y una porción restante de gas no condensado. Intercambiadores de calor entre el gas a presión y partes no condensadas de los mismos en los condensadores por etapas suministra líquido de intercambio de calor a diferentes temperaturas o presiones, por ejemplo vapor de presión moderada y baja, que puede ser usado para la calefacción en otras etapas o fuera del proceso. En realizaciones preferidas de la invención, se producen dos o más niveles de vapor para la recuperación de energía, que es convenientemente lograda utilizando una turbina de vapor de condensación u otro tipo de baja presión. En tales realizaciones, el condensado líquido eliminado a diferentes temperaturas puede ser dirigido a otros usos del proceso con temperaturas correspondientes, a fin de evitar un calentamiento o enfriamiento adicional de las partes condensadas y, en algunos casos, limitando la acumulación de impurezas, tales como subproductos de la oxidación de ácido monocarboxílico solvente en etapas a las que los líquidos condensados son reciclados. Por ejemplo, líquidos condensados recuperados a temperaturas más altas, por ejemplo, en el rango de aproximadamente 130 a aproximadamente 160ºC, son muy adecuadas, con poco o ningún aporte de calor adicional, como reflujo a la separación como tal o en combinación con líquidos acuosos procedentes de otras etapas del proceso tales como licor madre que queda después de la recuperación y/o separación de ácido carboxílico aromático purificado en una etapa de purificación. Estas líquidos condensados a altas temperaturas pueden proporcionar beneficios adicionales cuando se utilizan como reflujo a la separación debido a su menor contenido de componentes livianos, como alcoholes inferiores y ésteres de ácido monocarboxílico solvente del mismo que se generan como subproductos del solvente en la oxidación en fase líquida y tienden a condensarse en mayores concentraciones en líquidos condensados a menores temperaturas. Condensados a menores temperaturas, por ejemplo aquellos en el rango de unos 60 a unos 90ºC, también son muy adecuados para usos de condensado caliente tales como líquidos de lavado para la separación de productos líquidos y líquidos de descarga de sellado en la oxidación en fase líquida, purificación o ambas, y condensado aún más frío, por ejemplo, en un intervalo de aproximadamente 40 a 50ºC, para usos de condensado frío como lavados depuradores. Mientas la condensación a diferentes temperaturas tales que el condensado líquido puede ser dirigido a otros usos del proceso con temperaturas compatibles proporciona opciones para la gestión de la energía favorable en el proceso inventado, se apreciará que porciones o corrientes del condensado líquido condensadas a temperaturas mayores o menores de las que pueden ser necesarias o preferidas para su uso en otras etapas pueden ser enfriadas o calentadas como se desee, por ejemplo mediante el intercambio de calor, para su uso en dichas otras etapas.

El gas de escape de la zona de condensación preferentemente se encuentra bajo presión y, aunque sustancialmente está libre de vapor de agua según realizaciones preferidas de la invención, puede retener una porción del agua de la segunda fase de vapor de alta presión de la separación dependiendo del grado de condensación en la etapa de condensación. Además de dicho vapor de agua que pueda estar presente en el gas de escape, el gas puede incluir componentes no condensables de la oxidación de los gases residuales de la fase líquida, tales como oxígeno que no ha reaccionado de la oxidación, nitrógeno, óxidos de carbono y otros componentes de gases inertes si están presentes en la fuente de oxígeno para la oxidación, y óxidos de carbono, y pueden contener pequeñas cantidades subproductos de ácido monocarboxílico solvente de la oxidación y trazas de ácido monocarboxílico solvente, otros subproductos de la oxidación y materia prima hidrocarburo aromático que no ha reaccionado no eliminada en otras etapas. Incluso cuando el agua en los gases de escape sustancialmente está totalmente condensada en el condensado líquido, de forma de manera que el gas de escape no condensado que queda después de la condensación está sustancialmente libre de agua, la presión del gas de escape es lo suficientemente alta y, especialmente cuando la fuente de oxígeno gaseoso para la oxidación de fase líquida es aire u otra mezcla gaseosa con un contenido significativo de gas inerte de forma que la fase de vapor eliminada de la oxidación y, a su vez, los gases a presión de la separación y las zonas de condensación contienen un contenido sustancial de gas inerte, el volumen de gas de escape de la zona de condensación es de manera que puede ser una fuente útil para la recuperación de la energía.

Según realizaciones de la invención, la energía puede ser recuperada del gas de escape a presión de la condensación. Preferiblemente, la energía se recupera en forma de trabajo. En estas realizaciones, una corriente de gas presurizado que comprende gas de escape de la zona de condensación se transfiere, directa o indirectamente, a un dispositivo para recuperar la energía como trabajo. Un dispositivo de recuperación de energía preferida es un expansor o aparato similar adaptado para recibir un flujo de gas a alta presión y equipado con cuchillas capaces de girar por el gas que circula, generando así trabajo útil en otras etapas del proceso o fuera del proceso y un gas de refrigeración bajo presión reducida. El trabajo extraído del gas a presión se puede utilizar, por ejemplo, para generar electricidad mediante un generador o para operar un compresor que se usa para comprimir el aire o fuentes de oxígeno gaseoso utilizado en la oxidación en fase líquida u otros equipos que requieran un trabajo mecánico. Dicha energía extraída puede ser utilizada en otras partes del proceso o en otros procesos. Alternativamente, puede ser almacenada o entregada a una red eléctrica para la transmisión a otros lugares. El gas de escape que queda después de la recuperación de la energía como trabajo puede ser descargado, preferentemente después de haber sido sometido a tratamientos adicionales, por ejemplo, condensación para eliminar el agua si está presente en cantidades apreciables en el gas de escape de la zona de condensación, y depuración cáustica para eliminar bromo u otros compuestos que pueden resultar no deseables para su liberación a la atmósfera. Si se desea, la recuperación de energía puede realizarse después de la depuración o tratando de otra forma el gas para eliminar los elementos corrosivos. La eliminación de componentes corrosivos antes de la recuperación de la energía puede ser beneficiosa al permitir a los componentes internos de un expansor u otro dispositivo de recuperación pueda estar construido con materiales menos resistentes a la corrosión que podrían ser por lo demás preferidos; sin embargo, el tratamiento para la eliminación de dichos componentes también puede reducir la potencia recuperable a partir del gas.

Como alternativa a la recuperación de energía de un gas de escape de alta presión de una zona de condensación o, más preferiblemente, como una etapa adicional anteriora la recuperación de la energía en forma de trabajo como se describió anteriormente, el gas de escape de la condensación puede ser tratado para la eliminación de compuestos orgánicos y otros combustibles y componentes corrosivos. Dichos tratamientos, en algunas realizaciones, son particularmente útiles para la recuperación de pequeñas cantidades de productos de reacción del ácido monocarboxílico solvente de la oxidación, así como trazas de materia prima hidrocarburo aromático que no ha reaccionado que puedan quedar en los gases de escape. En realizaciones de la invención en las que gas de alta presión de la condensación de la separación incluye una o más condensaciones a una temperatura lo suficientemente baja de manera que el agua en el gas es considerablemente y, preferentemente al menos aproximadamente 80%, impurezas condensadas y volátiles tales como el alcohol y el éster de productos menores de la reacción del ácido monocarboxílico solvente son sustancialmente retenidas en una fase de gas de escape no condensado que está lo suficientemente frío, preferiblemente a una temperatura en el rango de aproximadamente 40 a aproximadamente 90ºC, el tratamiento para la recuperación de dichas impurezas se facilita porque el gas de escape no condensado de la condensación está lo suficientemente frío como para el uso de agentes de depuración líquidos para la recuperación. En otras realizaciones, el tratamiento es beneficioso para reducir o eliminar especies orgánicas, como la materia prima y subproductos del solvente que no han reaccionado si no se eliminan de otra manera, así como subproductos de la reacción bromuro de alquilo corrosiva de las oxidaciones en fase líquida en las que una fuente de bromo es utilizada como promotor para el catalizador de oxidación de fase líquida y trasladada a la fase de vapor de alta presión generada en la oxidación en fase líquida y, a su vez, en el gas de alta presión eliminado de la separación y el gas de escape eliminado de la condensación. Se apreciará que estos tratamientos pueden afectar la cantidad de energía recuperable del gas de escape después de la condensación. En consecuencia, en realizaciones de la invención en las que el gas de escape de la zona de condensación es tratado antes de la recuperación de energía en forma de trabajo, los tratamientos preferidos son realizados sin una pérdida significativa de la presión o el volumen del gas. Cuando el gas de escape de la zona de condensación tiene un contenido apreciable de agua también es preferible que dicho tratamiento se lleve a cabo sin condensación apreciable de agua del gas o refrigeración hasta un punto en que la recuperación de la energía en forma de trabajo resulte en condensación significativa de agua. En tales realizaciones, el precalentamiento del gas tratado antes de la recuperación de la energía puede ser beneficioso.

En realizaciones de la invención que comprenden el tratamiento de un gas de escape a presión de la condensación para la eliminación de materia prima que no ha reaccionado y subproductos del solvente generados en la oxidación en fase líquida, tales como ésteres alquílicos menores del ácido monocarboxílico solvente, el tratamiento es beneficioso al permitir el retorno de dichos componentes a la oxidación. El tratamiento también puede reducir la presencia de dichas impurezas en corrientes de reciclaje del proceso de las y niveles de equilibrio de estado constante del mismo en la operación del proceso global. El gas no condensado a presión eliminado de la condensación puede ser contactado, preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 35 a aproximadamente 60ºC, con el agente de depuración líquido para proporcionar una fase gaseosa depurada con niveles reducidos de materia prima aromática y/o subproductos del solvente y un producto líquido que comprende el agente depurador y enriquecido en al menos una de las materias primas aromáticas que no ha reaccionado y productos de la reacción del ácido monocarboxílico solvente de la oxidación en fase líquida. El producto líquido preferentemente se devuelve a la zona de reacción en una etapa de la oxidación en fase líquida. La depuración se puede lograr utilizando cualquier dispositivo de depuración y agentes de depuración adecuados para poner en contacto una corriente de gas que comprende el gas de escape de condensación de alta presión para eliminar los componentes volátiles tales como materia prima que no ha reaccionado y subproductos del ácido monocarboxílico solvente de la oxidación del gas en una fase líquida. Se utilizan habitualmente columnas de absorción de alta presión con estructura interna, como bandejas o lechos de relleno, para promover el contacto entre los gases a depurar y el agente de depuración líquido. Agentes de depuración adecuados son materiales que son líquidos a la temperatura del gas a depurar y en el que los materiales a recuperar tienen una solubilidad sustancial. Los ejemplos incluyen alcoholes inferiores y ácidos carboxílicos C_{1-8} tales como el ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico y similares. Un agente depurador líquido preferido es el ácido monocarboxílico utilizado como solvente para la oxidación en fase líquida y mezclas del mismo con agua. Agentes de depuración adecuados, equipos y el uso de los mismos para la recuperación de los componentes del gas residual de la oxidación en fase líquida de las materias primas aromáticas para los ácidos carboxílicos aromáticos se describen en mayor detalle en la patente US 6.143.925.

El gas de escape del condensador a presión, con o sin tratamiento previo como para la depuración de la materia prima que no ha reaccionado o subproductos del solvente como se describió anteriormente, también pueden ser tratados para eliminar los materiales corrosivos u otros combustibles. Mientras que se puede emplear cualquier medio para dicha eliminación sin pérdida sustancial de la presión y el volumen del gas, el gas preferentemente se somete a un proceso de oxidación y, más preferiblemente, a un proceso de oxidación catalítica para la eliminación de componentes orgánicos, combustibles y corrosivos. Dichos tratamientos generalmente incluyen calentamiento del gas no condensado bajo presión, y comprende gases de escape bajo presión eliminados de la condensación o después de la depuración u otros tratamientos, y el oxígeno gaseoso en una zona de combustión bajo presión no sustancialmente menor de la del gas a presión y a temperatura elevada efectiva para oxidar componentes orgánicos, combustibles y corrosivos a un gas menos corrosivo o más ambientalmente compatible que comprende dióxido de carbono y agua. El calentamiento bajo presión con gas oxígeno se lleva a cabo preferentemente en presencia de un catalizador de oxidación adecuado dispuesto dentro de la zona de combustión a fin de no interrumpir el flujo del gas a presión a través del mismo. El gas a presión, opcionalmente, puede ser sometido a precalentamiento antes de la oxidación. El precalentamiento se puede realizar por cualquier medio apropiado, tal como intercambio de calor, inyección directa de vapor u otros medios adecuados. Opcionalmente, el tratamiento de combustión también puede incluir una depurar un gas a presión eliminado de la combustión para eliminar materiales ácidos, inorgánicos como el bromo y bromuro de hidrógeno que se generan por la oxidación de los bromuros de alquilo presentes en el condensador de gases de escape, cuando se utiliza una fuente de bromo para la oxidación de fase líquida como se señaló anteriormente.

Catalizadores para la oxidación catalítica generalmente comprenden al menos un elemento del grupo de transición de la Tabla Periódica (IUPAC). Se prefieren metales del grupo VIII, siendo especialmente preferidos platino, paladio y combinaciones de los mismos y con uno o más metales adicionales o adyuvantes. Dichos metales catalizadores pueden ser usados en formas compuestas, tales como óxidos. Normalmente, los metales catalizadores se disponen sobre un soporte o material de soporte de menor o ninguna actividad catalítica, pero con fuerza y estabilidad suficientes para soportar el ambiente oxidante de alta temperatura y presión de la zona de combustión. Materiales de soporte del catalizador adecuados incluyen óxidos de manera que contengan uno o más metales, ejemplos de los cuales incluyen de mullita, espinelas, arena, sílice, alúmina sílice alúmina, titania y zirconio. Diversas formas cristalinas de dichos materiales pueden ser utilizadas, como las alúminas alfa, gamma, delta y eta, y titanias rutilo y anatasa. Las cargas de metal catalizador en las composiciones de soporte adecuadamente son de fracciones a varios porcentajes en peso, siendo preferidas las de mayor saturación para su uso en el tratamiento de los gases con contenido de vapor de agua significativo, tal como aproximadamente 20% en volumen o más. Los catalizadores se pueden utilizar en cualquier configuración, forma o tamaño conveniente. Por ejemplo, el catalizador puede estar en forma de pastillas, gránulos, anillos, esferas, y similares y preferentemente se puede formar en o disponer sobre una configuración estructural celular rígida, de nido de abeja, perforada o porosa para promover el contacto con los gases presentes en la zona de combustión sin obstaculizar el flujo de gas a través de la zona. Ejemplos específicos de catalizadores de oxidación catalítica para el tratamiento de la combustión de los gases de escape eliminados de la condensación en el tratamiento de gases residuales según la invención comprenden aproximadamente desde la mitad hasta aproximadamente un % en peso de paladio soportado en un soporte monolito de alúmina.

En realizaciones de la invención en las que la energía en forma de trabajo se recupera del gas que comprende los gases de escape eliminados de la zona de condensación, y especialmente cuando dicho gas comprende de agua apreciable, por ejemplo, al menos aproximadamente 5% en volumen, el gas puede, opcionalmente, ser calentado para prevenir contra la presencia de agua líquida en el gas dirigido a la recuperación de energía. Dicho tipo de calentamiento puede tener lugar antes, después o en combinación con otros tratamientos o etapas de tratamiento tales como oxidaciones térmicas o catalíticas. En dichas realizaciones, el calentamiento puede realizarse por cualquier técnica apropiada, como por intercambio de calor o la inyección directa de vapor u otro gas calentado. El calentamiento hasta aproximadamente 200ºC o más es eficaz para evitar la condensación de agua, prefiriéndose temperaturas de aproximadamente 250 hasta aproximadamente 350ºC.

Además de los gases de escape de la zona de condensación que quedan después de la condensación del gas de alta presión eliminado de la zona de separación, la condensación según una etapa de tratamiento de gases residuales del proceso inventado resulta en la condensación de un líquido del gas a presión. El líquido condensado comprende agua de la pureza sustancial como se describió anteriormente y, según realizaciones preferidas de la invención, se dirige al menos en parte, a la zona de separación de forma de manera que el líquido de reflujo suministrado a la zona de separación comprende dicho líquido condensado. El líquido condensado también es adecuado para otros usos como líquido de lavado para separaciones sólido-líquido de productos de ácidos carboxílicos aromáticos impuros de la oxidación en fase líquida. Como entre el líquido condensado y la segunda fase líquida enriquecida en agua eliminada de la separación de gases residuales según el procedimiento inventado, la segunda fase líquida es preferida para utilizarla en el proceso integrado que incluye la purificación de ácidos carboxílicos aromáticos impuros, tales como se recuperan de la oxidación en fase líquida, debido al menor contenido de subproductos de oxidación de ácido monocarboxílico solvente que en el líquido condensado recuperado de la segunda fase de vapor de alta presión de la separación.

En realizaciones de la invención que comprenden la purificación o fabricación de los ácidos carboxílicos aromáticos purificados, la purificación comprende al menos una etapa que comprende contactar con hidrógeno a temperatura y presión elevadas en presencia de un catalizador que comprende un metal catalizador de hidrogenación una solución de la reacción de purificación que comprende un líquido que comprende agua y tiene disuelto en ella ácido carboxílico aromático e impurezas para formar una mezcla de reacción líquida de purificación que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas hidrogenadas disueltas en un líquido que comprende agua. En realizaciones preferidas, una solución de la reacción de purificación se forma disolviendo en un líquido que comprende agua un producto sólido crudo recuperado de la oxidación en fase líquida que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la oxidación de la materia prima aromática para la oxidación. Formas puras de productos ácidos carboxílicos aromáticos que contienen niveles reducidos de impurezas pueden ser recuperados de la mezcla de reacción líquida de purificación, preferentemente por la cristalización, y la forma pura resultante del producto puede ser separada de un licor madre de purificación líquido que queda después de la recuperación de la forma pura de producto y/o de uno o más líquidos que comprenden agua, tales como solventes de cristalización y líquidos de lavado. La invención incluye realizaciones en las que al menos un líquido que comprende agua que se utiliza en la purificación comprende una segunda fase líquida enriquecida en agua eliminada de la zona de separación de una separación de gases residuales según la invención. Como se indicó anteriormente, en otras realizaciones el licor madre de purificación de al menos una purificación se dirige a la separación de gases residuales para su introducción a la zona de separación como líquido de reflujo que comprende agua.

Como se describió anteriormente, los productos ácidos carboxílicos aromáticos obtenidos por oxidación en fase líquida de materias primas que contienen compuestos aromáticos con sustituyentes oxidables, también referido a veces como producto ácido carboxílico aromático crudo o producto crudo de la oxidación en fase líquida, comprenden ácido carboxílico aromático y uno o más intermedios de la oxidación o subproductos. Aunque las composiciones químicas específicas de intermedios y subproductos varían dependiendo de la composición de la materia prima de la oxidación, las condiciones de reacción de la oxidación y otros factores, e incluso para las materias primas dadas pueden no ser plenamente conocidos, se sabe que incluyen uno o varios compuestos carbonílicos aromáticos, como benzaldehídos, carboxibenzaldehídos, fluorenonas y antraquinonas, que causan o se correlacionan con el color no deseado de los productos ácidos carboxílicos aromáticos deseados o de poliésteres hechos de las mismas y pueden ser hidrogenados a especies más solubles en solución acuosa que los compuestos carbonílicos aromáticos y ácidos carboxílicos aromáticos o especies con menos color o tendencias a formar color. Los productos ácidos carboxílicos aromáticos impuros preferidos para ser purificados según realizaciones de la invención son producto crudo que comprende ácido carboxílico aromático y subproductos producidos por oxidación en fase líquida de materia prima aromática en una oxidación en fase líquida, y, más preferentemente, procesos continuos en los que la oxidación de fase líquida y etapas de purificación están integradas de forma de manera que un producto sólido bruto de la oxidación en fase líquida es un material inicial para la purificación. Sin embargo, también se apreciará que el material inicial para la purificación puede ser o incluir un producto impuro que comprende un ácido carboxílico aromático e impurezas carbonilo aromáticas como se describió anteriormente, ya sea presentes o generadas como subproductos de una fase de oxidación líquida integrada o no integrada de materia prima aromática o a partir de otros procesos o fuentes. Así, la invención incluye realizaciones en las que un material inicial producto de ácidos carboxílicos aromáticos impuros para la purificación comprende ácido carboxílico aromático y al menos una impureza carbonilo aromática que forma un producto aromático carbonilo sustituido hidrogenado con mayor solubilidad en solución acuosa o menos color o tendencias de formación de color que la impureza carbonilo aromática no hidrogenada. Formas impuras de producto ácido carboxílico aromático adecuadas como material inicial para la purificación, incluyendo los productos crudos recuperados de una oxidación en fase líquida según realizaciones de la invención, puede contener también pequeñas cantidades de residuos de ácido monocarboxílico solvente que permanecen en el producto impuro. Cantidades que oscilan desde varios cientos a miles de ppmw comúnmente presentes en productos de oxidaciones en fase líquida de escala comercial no afectan negativamente a la purificación según el procedimiento inventado. Más preferentemente, el contenido de ácido monocarboxílico solvente de un producto ácido carboxílico aromático a purificar no excede de aproximadamente 10% en peso.

En mayor detalle, una fase de purificación preferida según la invención comprende disolver en un líquido que comprende agua, al menos una parte del cual más preferiblemente comprende una segunda fase líquida que comprende el agua eliminada de la separación de gases residuales según la invención, un producto sólido que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas para formar una solución de reacción de purificación, poner en contacto la solución de purificación a temperatura y presión elevadas con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para formar una mezcla de reacción líquida de purificación, recuperar de la mezcla de reacción líquida de purificación un producto sólido purificado que comprende ácido carboxílico aromático con niveles reducidos de impurezas y separar un licor madre de purificación líquido acuoso que comprende subproductos de la oxidación, productos de hidrogenación del mismo y combinaciones de los mismos a partir del producto purificado sólido recuperado.

La hidrogenación de los ácidos carboxílicos aromáticos impuros para reducir los niveles de impurezas se realiza con el ácido impuro en solución acuosa. Un solvente preferido para la solución de purificación en algunas realizaciones de la invención comprende una segunda fase líquida eliminada de la zona de separación de una separación de gases residuales según la invención. El suministro de segunda fase líquida directamente de la separación y sin tratamientos añadidos o intermedios para la eliminación de los subproductos o impurezas es preferido en las operaciones de proceso continuo e integrado para evitar costes, complejidades y equipo adicional para el manejo añadido, almacenamiento o tratamiento del condensado líquido, aunque se apreciará que dichos tratamientos añadidos, mientras que son innecesarios para volver apropiada la segunda fase líquida como solvente para la purificación, no están excluidos. Del mismo modo, mientras que son innecesarios para obtener un líquido de pureza suficiente para su uso como solvente de purificación según la invención, se apreciará que la invención contempla el uso de otras fuentes adecuadas de agua, tales como agua fresca desmineralizada u otras fuentes de agua purificada además o como alternativas a la segunda fase líquida de la separación de gases residuales. Preferentemente la segunda fase líquida enriquecida en agua de la separación según la invención comprende al menos aproximadamente 50% del solvente para la solución de la reacción de purificación y más preferentemente entre aproximadamente 80 y aproximadamente 100%.

Las concentraciones en el solvente de purificación de ácido carboxílico aromático impuro para ser tratados en una etapa de purificación generalmente son suficientemente bajas para que el ácido impuro sea sustancialmente disuelto y suficientemente altas como para operaciones de proceso prácticas y uso y manejo eficientes de líquido utilizado como solvente y que permanece como licor madre de la purificación después de la recuperación de una forma pura de ácido carboxílico aromático con impurezas reducidas a partir de mezclas de reacción de purificación. Convenientemente, las soluciones que comprenden aproximadamente 5 hasta aproximadamente 50 partes en peso de ácido carboxílico aromático impuro por cada cien partes en peso de solución a temperaturas de proceso proporcionan una solubilidad adecuada para las operaciones prácticas. Las soluciones de reacción de purificación preferidas contienen aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 40, y más preferiblemente entre aproximadamente 20 y aproximadamente 35% en peso de ácido carboxílico aromático impuro a las temperaturas usadas para la purificación por hidrogenación catalítica.

Los catalizadores adecuados para su uso en reacciones de hidrogenación de purificación comprenden uno o más metales que tienen una actividad catalítica para la hidrogenación de impurezas en productos ácidos carboxílicos aromáticos impuros, tales como intermedios y subproductos de oxidación y/o especies carbonilo aromáticas. El metal catalizador preferentemente es soportado o transportado en un material de soporte que es insoluble en agua y que no reacciona con los ácidos carboxílicos aromáticos en condiciones de proceso de purificación. Los metales catalizadores adecuados son los metales del Grupo VIII de la Tabla Periódica de los Elementos (versión IUPAC), incluido paladio, platino, rodio, osmio, rutenio, iridio y combinaciones de los mismos. El paladio o combinaciones de dichos metales que incluyen paladio son de mayor preferencia. Carbones y carbones vegetales, con áreas de superficie de varios cientos o miles m^{2}/g de área de superficie y fuerza y resistencia de desgaste suficientes para un uso prolongado en condiciones de funcionamiento son soportes preferidos. Las cargas de metal no son críticas, pero las cargas preferidas prácticamente son de aproximadamente 0,1% en peso hasta aproximadamente 5% en peso basado en el peso total del soporte y metal o metales catalizadores. Los catalizadores preferidos para la conversión de las impurezas presentes en productos aromáticos impuros que comprenden ácido carboxílico tereftálico crudo obtenido mediante oxidación en fase líquida de una materia prima que comprende para-xileno contienen aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 3% en peso y más preferentemente de aproximadamente 0,2 hasta aproximadamente 1% en peso de metal de hidrogenación. Para dichos usos, el metal más preferiblemente comprende paladio.

Para aplicaciones prácticas, el catalizador preferentemente es más utilizado en forma de partículas, por ejemplo en forma de gránulos, extruidos, esferas o gránulos, aunque otras formas sólidas también son adecuadas. El tamaño de las partículas del catalizador es elegido de modo que un lecho de partículas del catalizador es fácilmente mantenimiento en un reactor de purificación adecuado, pero permite el flujo de la mezcla de reacción de purificación a través del lecho sin caída de presión indeseable. Tamaños de partícula promedio preferidos son tales que las partículas del catalizador pasan a través de una pantalla de malla 2, pero son retenidas en una pantalla de malla 24 (serie de tamices EE.UU.) y, más preferiblemente, a través de una pantalla de malla 4, pero con retención en una malla 12 y, más preferentemente pantalla de malla 8.

El contacto con solución de reacción de purificación acuosa con hidrógeno en presencia de catalizador para la purificación se lleva a cabo a temperaturas y presiones elevadas. Las temperaturas oscilan entre aproximadamente 200 hasta aproximadamente 370ºC, prefiriéndose de aproximadamente 225 a aproximadamente 325ºC y aproximadamente 240 a aproximadamente 300ºC siendo el más preferido. La presión está a un nivel suficiente para mantener una fase líquida que comprende la solución acuosa de reacción. La presión total es al menos igual a, y preferentemente excede, la suma de las presiones parciales del gas de hidrógeno introducido en el proceso y vapor de agua que se evapora de la solución de reacción acuosa a la temperatura de operación. Presiones preferidas están en aproximadamente 35, y más preferiblemente aproximadamente 70, hasta aproximadamente 105 kg/cm^{2}.

La solución de reacción de purificación acuosa se pone en contacto con el gas hidrógeno en condiciones de hidrogenación como se describió anteriormente en un recipiente de reacción adecuado capaz de soportar las temperaturas y presiones de reacción, así como la naturaleza ácida de su contenido líquido. Una configuración preferida del reactor es un reactor cilíndrico con un eje sustancialmente central que, cuando el reactor se coloca para el uso de proceso, se dispone verticalmente. Pueden utilizarse tanto reactores de flujo ascendente como descendente. El catalizador normalmente está presente en el reactor en uno o más lechos fijos de partículas mantenidos con un soporte mecánico para soportar las partículas de catalizador en el lecho mientras que permite el pasaje relativamente libre de la solución de reacción a través del mismo. Un único lecho del catalizador es a menudo preferido, aunque múltiples lechos del mismo o diferente catalizador o un lecho individual con capas de diferentes catalizadores, por ejemplo, con respecto al tamaño de las partículas, metales catalizadores de la hidrogenación o cargas de metal, o con catalizador y otros materiales como abrasivos para proteger el catalizador, también pueden ser utilizados y pueden proporcionar beneficios. Soportes mecánicos en forma de pantallas de malla plana o una cuadrícula formada por alambres paralelos adecuadamente espaciados se emplean comúnmente. Otros medios de retención del catalizador adecuados, por ejemplo, una pantalla tubular Johnson o una placa perforada. Los componentes internos y las superficies del reactor y el soporte mecánico para el lecho del catalizador están construidos con materiales que son suficientemente resistentes a la corrosión por el contacto con la solución de reacción ácida y la mezcla de producto de la reacción. Más convenientemente, los soportes para lechos de catalizadores tienen aberturas de aproximadamente 1 mm o menos y están fabricadas con metales como el acero inoxidable, titanio o Hastelloy C.

En realizaciones preferidas de la invención, la solución acuosa de ácido carboxílico aromático impuro a purificar se agrega al recipiente del reactor a temperatura y presión elevadas en una posición en o cerca de la parte superior del recipiente del reactor y la solución fluye hacia abajo a través del lecho del catalizador contenido en el recipiente del reactor en presencia de gas hidrógeno, donde se reducen las impurezas con hidrógeno, en muchos casos a productos hidrogenados, con mayor solubilidad en la mezcla de reacción que los ácidos carboxílicos aromáticos deseados o con menos color o tendencias a formar color. En esa manera preferible, una mezcla de reacción de purificación líquida que comprende ácido carboxílico aromático y las impurezas hidrogenadas se elimina del recipiente del reactor en una posición en o cerca de una porción inferior o la parte inferior del reactor.

Reactores utilizados para la purificación pueden funcionar en varios modos. En un modo, un nivel predeterminado de líquido se mantiene en el reactor y, para una presión de reactor dada, el hidrógeno se alimenta a una tasa suficiente para mantener el nivel de líquido predeterminado. La diferencia entre la presión real del reactor y la presión de vapor de la solución de purificación vaporizada presente en el espacio de cabeza del reactor es la presión parcial de hidrógeno en el espacio de cabeza. Por otra parte, el hidrógeno puede ser alimentado mezclado con gas inerte tal como nitrógeno o vapor de agua, en cuyo caso la diferencia entre la presión real del reactor y la presión de vapor de la solución de reacción vaporizada presente es la presión parcial combinada de hidrógeno y el gas inerte mezclado con el mismo. En dichos casos la presión parcial de hidrógeno puede calcularse a partir de las cantidades relativa conocidas de hidrógeno y gas inerte presente en la mezcla.

En otro modo de funcionamiento, el reactor puede ser llenado con la solución de reacción líquida acuosa de modo que esencialmente no hay espacio de vapor del reactor, sino una burbuja de hidrógeno en la parte superior o en la cabeza del reactor que se expande o contrae en tamaño para proporcionar volumen en la cabeza del reactor para que el hidrógeno añadido al reactor se disuelva en la solución de purificación de la reacción entrante. En este tipo de realización, el reactor funciona como un sistema hidráulico completo con el hidrógeno disuelto siendo alimentado al reactor mediante control de flujo. La concentración de hidrógeno en solución puede ser modulada mediante el ajuste de la tasa de flujo de hidrógeno al reactor. Si se desea, un valor de pseudo-presión parcial de hidrógeno puede ser calculado a partir de la concentración de hidrógeno en solución que, a su vez, puede estar correlacionada con la tasa de flujo de hidrógeno al reactor.

Cuando se opera de forma de manera que el control del proceso se realiza mediante el ajuste de la presión parcial de hidrógeno, la presión parcial del hidrógeno en el reactor es preferentemente en el rango de aproximadamente la mitad hasta aproximadamente 15 kg/cm^{2} de calibre o superior, dependiendo de la clasificación de presión del reactor, los niveles de impurezas de los ácidos carboxílicos aromáticos impuros, la actividad y la edad del catalizador y otras consideraciones conocidas para los expertos en la materia. En los modos de funcionamiento que implican ajustar directamente la concentración de hidrógeno en la solución de alimentación, la solución usualmente es inferior a la saturada con respecto al hidrógeno y el reactor en sí está hidráulicamente completo. Por lo tanto, un ajuste de la tasa de flujo de hidrógeno al reactor resultará en el control deseado de la concentración de hidrógeno en la solución.

La velocidad espacial, expresada en peso del ácido aromático impuro en la solución de reacción de purificación por peso de catalizador por hora, durante la hidrogenación es típicamente aproximadamente 1 hora^{-1} hasta aproximadamente 25 horas^{-1}, y de preferencia hasta aproximadamente 2 horas^{-1} hasta aproximadamente 15 horas^{-1}. El tiempo de residencia de la corriente líquida de purificación en el lecho del catalizador varía en función de la velocidad espacial.

Formas puras de productos ácidos carboxílicos aromáticos con reducidos niveles de impurezas relativos al producto ácido carboxílico aromático crudo u otro impuro utilizado para preparar la solución de la purificación se recupera de la mezcla de reacción de purificación líquida. La mezcla de reacción de purificación, que comprende un solvente de reacción acuoso que tiene disueltos en él ácido carboxílico aromático e impurezas aromáticas hidrogenadas con una mayor solubilidad en el líquido de reacción acuoso que sus precursores no hidrogenados, se enfría para separar una forma pura de ácidos carboxílicos aromáticos sólidos con impurezas reducidas de la mezcla de reacción, dejando un licor madre de purificación líquido que tiene impurezas hidrogenadas disueltas en él. La separación se logra normalmente mediante enfriamiento a una temperatura de cristalización, que es suficientemente baja para que se produzca la cristalización del ácido carboxílico aromático, produciendo así cristales dentro de la fase líquida. La temperatura de cristalización es lo suficientemente alta para que las impurezas disueltas y sus productos de reducción resultantes de la hidrogenación permanezcan disueltos en la fase líquida. Las temperaturas de cristalización en general, oscilan hasta 160ºC y preferentemente hasta aproximadamente 150ºC. En las operaciones continuas, la separación normalmente comprende eliminar la mezcla de reacción de purificación líquida del reactor de purificación y cristalizar el ácido carboxílico aromático en uno o más recipientes de cristalización. Cuando se lleva a cabo en una serie de etapas o recipientes de cristalización separados, las temperaturas en las diferentes etapas o recipientes pueden ser iguales o diferentes y, preferentemente, disminuyen de cada etapa o recipiente al siguiente. La cristalización normalmente también resulta en evaporación de líquido de la mezcla de reacción de purificación líquida, que pueden ser recuperados mediante condensación y reciclados a una o más etapas de purificación, una o más etapas anteriores de cristalización o, en realizaciones preferidas de la invención, a la separación del ácido monocarboxílico solvente y vapor de agua en una fase de vapor de alta presión de la oxidación en fase líquida. El líquido que comprende agua, que preferentemente comprende el líquido enriquecido en agua recuperado como una segunda fase líquida en una separación de gases residuales según el procedimiento inventado, es preferentemente añadido al producto cristalizado recuperado de la mezcla de reacción líquida de purificación recuperada en cristalizaciones en etapas ya sea directa o, más preferiblemente, indirectamente en uno o más líquidos de lavado para el producto cristalizado.

A partir de entonces, el producto ácido carboxílico aromático purificado cristalizado se separa del licor madre de purificación, incluyendo las impurezas hidrogenadas disueltas en él. La separación del producto cristalizado es comúnmente llevada a cabo por centrifugación o por filtración. Una separación preferida comprende la filtración a presión de un fango acuoso de formas puras de ácido carboxílico aromático y el lavado de pasta de filtro resultante de la filtración con líquido que comprende agua como se describe en la patente US 5.175.355. La segunda fase líquida enriquecida en agua de una separación de gases residuales como se describió aquí antes es un líquido preferido que comprende agua para su uso como líquido de lavado para la forma pura de ácido carboxílico aromático.

El licor madre de purificación que queda después de la recuperación de ácido carboxílico aromático sólido purificado de la mezcla de reacción de purificación comprende agua y derivados hidrogenados de los subproductos o impurezas presentes en el material inicial de ácido carboxílico aromático impuro. El licor madre comúnmente también incluye pequeñas cantidades de ácido carboxílico aromático que permanecen en solución. Estos derivados hidrogenados incluyen compuestos adecuados para la conversión de ácido carboxílico aromático por oxidación en fase líquida y, en consecuencia, en realizaciones preferidas de la invención, al menos una porción de tales derivados hidrogenados se transfieren directa o indirectamente a una oxidación en fase líquida. El ácido carboxílico aromático residual presente en el licor madre también se puede transferir directa o indirectamente a la oxidación en fase líquida después de la separación de, o más preferiblemente, junto con, dichos derivados hidrogenados. La transferencia de dichos derivados y ácido carboxílico aromático a la oxidación se logra convenientemente dirigiendo al menos una parte de un licor madre de purificación que queda tras la separación de una forma pura sólida de ácido carboxílico aromático a una etapa de oxidación de fase líquida. El contenido de agua del licor madre de la purificación puede alterar el equilibrio del agua en la oxidación a menos que el agua del licor madre de purificación dirigido a la oxidación, se explique en otras corrientes que pueden ser devueltas a la oxidación. La transferencia de impurezas hidrogenadas en un licor madre de purificación, sola o preferentemente en combinación con ácido carboxílico aromático presente en el licor madre, a la oxidación en fase líquida es preferentemente llevada a cabo sin alterar el balance de agua en la oxidación. Más preferentemente, al menos una parte, y más preferiblemente sustancialmente todo, de un licor madre líquido que queda después de la separación del ácido carboxílico aromático purificado sólido de la mezcla de reacción de purificación líquida se transfiere directa o indirectamente a una zona de separación de separación de gases residuales según la invención donde se utiliza como líquido de reflujo como se describió anteriormente. El reactor de purificación y las configuraciones del lecho catalizador y detalles de funcionamiento y técnicas de cristalización y de recuperación de producto y equipo útil en el proceso según la presente invención se describen con mayor detalle en las patentes US 3.584.039, US 4.626.598, US 4.629.715, US 4.782.181US 4.892.972, US 5.175.355, US 5.354.898, US 5.362.908 y US 5.616.792.

La figura 1 ilustra en mayor detalle realizaciones de un proceso de fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos y aparatos para la separación de gases residuales según la invención. Mientras la cifra ilustra, y se describe con referencia específica a la fabricación de un ácido carboxílico aromático seleccionado, ácido tereftálico, por oxidación en fase líquida de para-xileno como materia prima preferida en una mezcla de reacción de fase líquida que comprende agua y ácido acético como ácido monocarboxílico solvente para la oxidación y la separación de gases residuales de ácido acético, agua y subproductos de la oxidación, y realizaciones adicionales preferidas y las características de la invención, según la cual la oxidación y la separación de gases residuales se integran con etapas adicionales, incluyendo la recuperación y la separación de producto crudo de la oxidación en fase líquida, la purificación de producto de oxidación de fase líquida y varios subproductos adicionales y las recuperaciones de energía, se entenderá que realizaciones concretas, características, detalles y preferencias se describen para ayudar a comprender la invención, pero no para limitar la invención o sus características en cualquier aspecto o realización.

El proceso ilustrado en la figura 1 también refleja realizaciones preferidas del proceso inventado en las que la oxidación en fase líquida, la separación de gases residuales y la purificación se integran de forma de manera que el producto ácido carboxílico aromático crudo de la oxidación en fase líquida se dirige a la purificación para su uso para formar una solución de purificación, gases residuales de alta presión de la oxidación se dirige a la separación de gases residuales, la fase líquida de la separación de gases residuales se utiliza como un líquido de purificación, y el líquido de reflujo a la separación comprende licor madre de la purificación, sin embargo, se entenderá que la invención no se considera limitada al esquema de integración particular, representado en la figura y que diferentes trenes múltiples, tren compartido y otras formaciones integradas y no integradas, son contemplan según la invención. A modo de ejemplos ilustrativos, el producto que comprende ácido carboxílico aromático y los subproductos de la reacción de múltiples oxidaciones en fase líquida se puede dirigir a una única fase de purificación en la que una fase líquida recuperada en la separación de gases residuales de una fase de vapor de alta presión de una o más de esas o de otras oxidaciones en fase líquida se dirige para su uso como líquido de proceso. Como adicional a esos ejemplos, el producto crudo de una única oxidación en fase líquida puede ser purificado en trenes de purificación separados operados en paralelo, con fase de vapor de alta presión de la oxidación líquida sometida a la separación de gases residuales para la recuperación de una fase líquida enriquecida en agua sustancialmente libre de subproductos del solvente y la transferencia del mismo a cualquiera o a ambos de dichos trenes de purificación, o como alternativa o además de, a un proceso en el cual ácido carboxílico aromático impuro de una oxidación o proceso separado se purifica en un proceso de purificación o etapas de proceso como se describió aquí.

La figura también representa un aparato de separación según la invención y también según más realizaciones de la invención en las que el aparato se integra con otros equipos tales como un recipiente de reacción para la oxidación en fase líquida.

Corrientes líquidas y gaseosas y materiales utilizados y presentes en el proceso representado en la figura 1 típicamente son dirigidos y transferidos a través de las líneas de transferencia, conductos y tuberías adecuadas construidos de materiales apropiados para el uso y seguridad de los procesos. Se entenderá que determinados elementos pueden ser físicamente yuxtapuestos y se puede, en su caso, tener regiones flexibles, regiones rígidas o ambas. En la dirección de las corrientes o compuestos, pueden incluirse aparatos de intervención o tratamientos opcionales. Por ejemplo, bombas, válvulas, colectores, gas y medidores de flujo de líquidos y distribuidores adecuados, dispositivos de muestreo y detección y pueden estar presentes otros equipos para monitorizar, controlar, ajustar y desviar presiones, flujos y otros parámetros de funcionamiento.

Refiriéndose a la figura, el aparato de separación 330 es una estructura de columna que define un espacio interior cerrado y está adaptado para la recepción de una fase de vapor de alta presión eliminada de un reactor de oxidación 110 en la corriente 111 y para la eliminación de una segunda fase de vapor de alta presión a través de la salida del gas 334. También incluye las entradas como en 336 y 344 para la introducción de líquidos de reflujo suministrados desde fuentes externas, como en las corrientes de las etapas del proceso o de otros recipientes de espera. Una salida como en 345 se coloca de forma intermedia en relación con las entradas de reflujo 336 y 344 para la eliminación de una segunda fase líquida recogida en la columna. La estructura en el espacio interior de la columna y posicionada de forma intermedia entre una entrada para la recepción de la fase de vapor de alta presión del reactor de la oxidación 110 y la entrada de reflujo 336 proporciona una zona de fraccionamiento en el interior.

El dispositivo de separación está diseñado para que en funcionamiento sea capaz de separar sustancialmente ácidos monocarboxílicos C_{1-8} y agua en las altas presión y temperatura de oxidación del gas de encabezado del reactor introducido en el dispositivo y preferentemente distribuyendo los subproductos de la oxidación en fase líquida de forma de manera que se forma una primera fase líquida rica en el ácido monocarboxílico, una segunda fase líquida rica en agua, pero sustancialmente libre del solvente y los subproductos generados en la oxidación de fase líquida y una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua y sustancialmente libre de solvente y subproductos de la materia aromática a la oxidación en fase líquida. En realizaciones preferidas, asociación directa o acoplamiento próximo del reactor de oxidación y el dispositivo de separación son efectuados por conexión directa o por tubería de presión tasada adecuadamente u otros conductos entre una o más aberturas en el recipiente de reacción de oxidación y una o más entradas de gas a un dispositivo de separación, de forma que una fase de vapor en condiciones de reacción en fase líquida se elimina del recipiente de reacción y se introduce en el dispositivo de separación a las mismas o sustancialmente las mismas temperatura y presión que en la zona de reacción.

Una zona de fraccionamiento de los aparatos de separación está configurada con una pluralidad de etapas de equilibrio teórico, que pueden estar provistas mediante bandejas internas, embalaje estructurado, combinaciones de bandejas y envasado, u otra estructura o combinaciones de las mismas proporcionando superficies en el interior del dispositivo para la transferencia en masa entre las fases gaseosa y líquida presentes en el dispositivo. Se proporcionan al menos aproximadamente 20 etapas de equilibrio teórico. La eficiencia de separación aumenta con el aumento de etapas de equilibrio teórico, en igualdad de condiciones, así que no hay límite superior teórico al número de etapas de equilibrio que pueden incluirse en el aparato de separación utilizado según la invención. Sin embargo, a efectos prácticos, la separación de forma que el ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión introducida en el dispositivo de separación es sustancialmente eliminado en una fase líquida se puede lograr con un mínimo de aproximadamente 20, y preferentemente al menos aproximadamente 25 etapas de equilibrio teórico, mientras que la separación más allá de esto proporcionada por aproximadamente 100 de dichas etapas hacen imprácticas las etapas adicionales o económicamente ineficientes.

Un dispositivo de separación preferido con la cubierta estructurada tiene al menos aproximadamente 3 lechos o zonas de envase, y más preferiblemente entre aproximadamente 4 y aproximadamente 8 de dichos lechos, para proporcionar la superficie adecuada y etapas teóricas de equilibrio para la separación. Un ejemplo de un material de cubierta adecuado es el embalaje estructurado Flexipac, que está disponible en KGGP LLC en forma de delgadas láminas de metal corrugado dispuestas en una relación entrecruzada para crear canales de flujo y de forma de manera que sus intersecciones crean puntos de mezclado para las fases líquida y vapor. Un dispositivo de separación preferido con bandejas incluye de 30 hasta aproximadamente 90 bandejas, al menos aproximadamente un 70% de las cuales se sitúan entre una entrada para el gas de alta presión introducido en el dispositivo de separación del recipiente de reacción, como puede verse mejor en la figura 2 en 338, y al menos una entrada de líquido de reflujo. Se prefieren bandejas en la forma de tamiz o bandejas del casquillo de burbuja y preferentemente tienen unas eficiencias de separación de aproximadamente 30 hasta aproximadamente 60%. El número de bandejas para un determinado número de etapas de equilibrio teórico se puede calcular dividiendo el número de etapas por la eficiencia de las bandejas.

En el uso del proceso, las fases gaseosa y líquida introducidas en el dispositivo de separación y presentes en el mismo se encuentran a temperaturas elevadas e incluyen agua, ácido monocarboxílico solvente y otros componentes corrosivos, por ejemplo, compuestos de bromo y sus productos de disociación como el bromuro de hidrógeno que están presentes en un gas de encabezado de reacción de oxidación cuando el catalizador utilizado para la oxidación incluye una fuente de bromo. Por lo tanto, en realizaciones preferidas de la invención, la estructura interna y otras características de los aparatos de separación que contactan gases y líquidos durante la operación del proceso se construyen de metales adecuados para resistir la corrosión y otros daños debidos a dicho contacto. El metal titanio es un material preferido de la construcción de dichas superficies, incluyendo las bandejas, envases u otra estructura de la zona de fraccionamiento. Las superficies de titanio de dicha estructura pueden estar sujetas a la acumulación no deseada de depósitos sólidos que comprenden óxidos de hierro de las impurezas presentes en los líquidos que circulan por el equipo. Procesos para el control de la acumulación de depósitos de óxido de hierro o el contenido de impurezas de hierro soluble en líquidos de proceso se describen en las patentes US 6.852.879 y US 2002/374719 del mismo titular.

En la realización de la invención representada en el dibujo, el dispositivo de separación 330 es una columna de destilación de alta presión que tiene una pluralidad de bandejas, ejemplos individuales de los cuales se ven mejor en 333 y 337 en la figura 2. También como se ve en la figura 2, la columna comprende al menos una salida más baja, como en 332, para la extracción de líquido de la columna, por ejemplo a la oxidación. La entrada de gas 338 se coloca en una parte inferior de la columna para la recepción de los gases residuales y la ventilación del reactor de oxidación 334 se encuentra en una porción superior de eliminación de la segunda fase de vapor de alta presión como un gas de salida. Para las separaciones por etapas acuerdo con la invención, la región entre la entrada de gas 338 y la entrada del líquido de reflujo 344 incluye bandejas que proporcionan etapas de equilibrio teórico para la separación sustancial del ácido monocarboxílico solvente y el agua en la fase de vapor de alta presión eliminada de la oxidación en fase líquida en una primera etapa o parte de la columna 330. Bandejas colocadas entre la entrada del reflujo 344 y la segunda salida del líquido 345 y que proporcionan etapas de equilibrio teórico de la separación de los subproductos de una materia prima aromática a la oxidación y agua para distribuir dichos subproductos a una fase líquida que refluye ofrecen una segunda parte de una zona de separación en la columna. Las bandejas colocadas entre la salida de líquido 345 y la entrada del reflujo 336, como se ilustra en 333 y 337, proporcionan etapas teóricas para la separación de subproductos de la oxidación de ácido monocarboxílico solvente y agua en una tercera parte de la zona de separación. La salida del líquido 332 se coloca para la eliminación como un líquido de fondo de una primera fase líquida que se ha enriquecido en ácido monocarboxílico solvente separado de la oxidación de los gases residuales en una primera parte de la zona de separación. Una bandeja configurada con una cubierta, un canal, canal de acumulación u otros medios de recopilación en un límite circunferencial de la misma en 339 está en comunicación fluida con la salida del líquido 345 y adaptada para la recogida de una segunda fase líquida de líquido de reflujo que fluye a través de la separación para la eliminación a través de la salida 345. La salida 345 en combinación con la estructura interna asociada del aparato de separación para recoger una fase de líquido de reflujo en o desde las bandejas o lechos de cubierta u otra estructura de una zona de fraccionamiento, como medios de recogida 339, proporcionan un drenaje lateral de la columna para la recogida y la eliminación de una segunda fase líquida enriquecida en agua recuperada en el aparato.

Refiriéndose nuevamente a la figura 1, el aparato de separación está adaptado para recibir una fase de vapor de alta presión de la zona de reacción de oxidación en fase líquida 110. En algunas realizaciones, el aparato según la invención comprende un aparato de separación en combinación con al menos un reactor de oxidación de fase líquida en de comunicación de flujo con el aparato de separación de forma de manera que un gas de encabezado a presión alta eliminado del recipiente a través de al menos una salida de gas de cabeza, como en 116, se recibe en el dispositivo de separación. En dichas realizaciones, el recipiente de reacción 110 preferentemente cuenta con una carcasa sustancialmente cilíndrica que define un volumen interior sustancialmente cerrado. En el uso, una parte inferior del volumen interior contiene un cuerpo de reacción líquido mientras que gases residuales de reacción de encabezado son contenidos en una parte del volumen interior por encima del nivel del líquido. El volumen interior está en comunicación con el exterior del recipiente de reacción a través de una pluralidad de entradas, un ejemplo de lo cual se observa como 112 en la figura 1, a través de las cuales la materia prima aromática líquida, solventes y formas solubles del catalizador se introducen desde los recipientes de carga líquida (no mostrados) y aire comprimido u otra fuente de gas oxígeno se introduce desde un compresor u otro dispositivo adecuado (no mostrado) a través de líneas de transferencia adecuadas (no mostradas). Las entradas preferentemente están dispuestas de forma de manera que los componentes líquidos y gaseosos se introducen por debajo del nivel de líquido en el interior del recipiente. El recipiente de reacción también incluye al menos una salida, como en 114, para eliminar del interior una mezcla de reacción líquida de fase que incluye un producto crudo que comprende ácido carboxílico aromático y subproductos de la oxidación. El recipiente de reacción 110 también comprende al menos una salida de ventilación o salida en 116 para la extracción del interior del recipiente de una fase de vapor de alta presión evaporada del cuerpo de reacción líquido. La salida 116 preferentemente se coloca para corresponder a una porción superior del recipiente cuando se encuentre en posición de uso del proceso.

Un diseño de recipiente de reacción preferido es un recipiente sustancialmente cilíndrico con un eje central que se extiende de forma sustancialmente vertical cuando el recipiente se coloca para el uso del proceso. El recipiente está adaptado para su uso con un dispositivo de agitación 120 que comprende un eje que tiene uno o más impulsores instalados en el mismo, y que puede ser rotado en el interior del recipiente de reacción para agitar la mezcla de reacción líquida presente en el recipiente durante el uso del proceso. En realizaciones preferidas de la invención, al menos dos impulsores o dispositivos de mezclado se montan en el eje para el mezclado de los componentes gaseosos y líquidos en el cuerpo de reacción líquido sin deposición adversa de sólidos en las partes inferiores del recipiente. Impulsores de flujo axial, generalmente configurados como hélices, mezcladores de flujo radial, tales como turbinas de discos de hoja plana y discos dispersores, elementos de mezclado de cinta helicoidal, turbinas de hoja con pasos con hojas para flujo ascendente o descendente, mezcladores de tipo anclaje que proporcionan flujo predominantemente tangencial y otras configuraciones son adecuadas para la mezcla del sistema de reacción de oxidación en fase líquida y preferentemente se utilizan en diversas combinaciones para dar cuenta de un mayor contenido de sólidos en regiones más bajas de la mezcla de reacción líquida, mayor contenido de gas en las regiones superiores y otras características de la mezcla de reacción en fase líquida que pueden variar a lo largo del cuerpo líquido. Otros diseños se exponen en la patente US 5.198.156, describiendo elementos de mezcla con hojas rotatorias extendidas radialmente, montadas sobre un rotor plano y con una configuración con un borde de ataque discontinuo, borde de arrastre continuo, ausencia de superficies cóncavas externas y un extremo externo abierto y, preferentemente, utilizado junto con un tubo vertical o rociador de gas perforado para la distribución de gas, y US 5.904.423, que describe un mezclador en el que elementos de agitación están montados en un ángulo hacia abajo en un eje rotativo central, y que son en forma de cuña en la dirección del movimiento a través del líquido, con extremos interiores radiales de los bordes de arrastre de las hojas en ángulo hacia el exterior en el dirección del movimiento de las hojas, y se utiliza con dispositivos para la introducción de un gas desde debajo de los elementos de agitado en una cavidad central formada por un disco cónico en un extremo del eje. Al menos aquellas partes del recipiente de reacción, el eje del agitador y elementos de mezclado en contacto con la mezcla de reacción líquida y el gas de encabezado en el uso de proceso están construidas con materiales sustancialmente resistentes a la corrosión. Algunos ejemplos incluyen metal de titanio, que es preferido, aleaciones y aceros inoxidables dúplex.

Según la realización del proceso preferida representada en la figura 1, materia prima para-xileno líquida que comprende al menos aproximadamente 99% en peso de para-xileno, solución de ácido acético acuoso, preferentemente que contenga aproximadamente de 70 hasta aproximadamente 95% en peso de ácido acético, compuestos solubles de cobalto y manganeso, tales como sus respectivos acetatos, como fuentes de metales catalizadores de oxidación y de bromo, como el bromuro de hidrógeno como promotor para el catalizador y el aire se cargarán continuamente al recipiente de reacción de oxidación 110, que es un reactor de tanque continuamente agitado de presión nominal, a través de entradas, una de las cuales se representa con fines de ilustración como en 112. El solvente y materias primas para-xileno se cargan a tasas que proporcionen una relación de peso de un solvente respecto a la materia prima desde aproximadamente 2:1 hasta aproximadamente 5:1. Se utilizan preferentemente fuentes cobalto y manganeso en cantidades que proporcionen aproximadamente de 100 hasta aproximadamente 800 ppmw cada uno basado en el peso de la materia prima para-xileno. El bromo se utiliza preferentemente en una cantidad de manera que la relación de átomos de bromo respecto a los metales catalizadores es de aproximadamente 0.1:1 hasta aproximadamente 1.5:1.

La agitación es proporcionada por la rotación del agitador 120, cuyo eje es impulsado por una fuente de energía externa (no mostrada) haciendo que impulsores montados en el eje y situados en el cuerpo líquido en el reactor para proporcionar fuerzas para la mezcla de líquidos y la dispersión de los gases dentro del cuerpo de líquido y evitando la sedimentación de sólidos en sus regiones más bajas. Catalizador y promotor, cada uno preferentemente como una solución en solvente ácido acético, se introducen en el cuerpo de líquido en el recipiente de reacción. El aire se suministra desde abajo y dentro de la trayectoria de barrido de un impulsor inferior a una tasa efectiva para proporcionar al menos aproximadamente 3 moles de oxígeno molecular por mol de materia prima aromática.

El para-xileno se oxida en la mezcla de reacción líquida agitada en el reactor 110, predominantemente a ácido tereftálico, pero también reacciona para formar subproductos, incluidos productos de oxidación parcial e intermedia, tales como el 4-carboxibenzaldehido, 1,4-hidroximetil ácido benzoico y ácido p-toluico, y otros tales como el ácido benzoico. Los productos de reacción sólidos que comprenden ácido tereftálico y subproductos de oxidación de para-xileno precipitados de la mezcla de reacción líquida, con cantidades menores del mismo que quedan disueltas en el líquido. El contenido de sólidos del fango líquido suele oscilar hasta aproximadamente 50% en peso y preferiblemente de aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40% en peso. El agua también se genera como producto de la oxidación. La reacción de oxidación es exotérmica y el calor generado por la reacción causa la ebullición de la mezcla de reacción en fase líquida y la formación de una fase de vapor de encabezado que comprende ácido acético vaporizado, vapor de agua y subproductos gaseosos de la reacción de oxidación, óxidos de carbono, nitrógeno del aire cargado a la reacción y oxígeno que no ha reaccionado. La fase de vapor también puede incluir pequeñas cantidades de materia prima para-xileno que no haya reaccionado. El volumen interior del reactor 110 se mantiene a una presión suficiente para mantener la naturaleza de la fase líquida de la mezcla de reacción, preferentemente en aproximadamente de 5 hasta aproximadamente 21 kg/cm^{2} de calibre. El vapor de encabezado se elimina del reactor a través de ventilación 116. El contenido del reactor se mantiene a una temperatura de funcionamiento en el rango de aproximadamente 160 hasta aproximadamente 225ºC sobre la base de la tasa de eliminación de la fase de vapor también teniendo en cuenta las temperaturas y tasas de flujo de las corrientes extraídas y devueltas al reactor nuclear como se describe a continuación.

Un líquido efluente que comprende productos de oxidación para-xileno sólidos, incluyendo ácido tereftálico, disuelto en la mezcla de reacción en fase líquida, que también contiene para-xileno disuelto, subproductos de la oxidación y metales catalizadores, se elimina del recipiente de reacción 110 través de la salida de fango 114 y se dirige en la corriente 115 a una zona de cristalización para la recuperación de un producto sólido de la oxidación que comprende ácido tereftálico y subproductos de la oxidación de la materia prima para-xileno.

En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, la cristalización se lleva a cabo en múltiples recipientes cristalización agitados, 152 y 156 en serie y en comunicación de flujo para transferir de producto de lodo de un recipiente 152 al recipiente 156. El enfriamiento en los recipientes de cristalización se lleva a cabo por la liberación de presión, con el fango refrigerado en el recipiente 152 a una temperatura en un intervalo de aproximadamente 150-190ºC y luego adicionalmente hasta aproximadamente 110-150ºC en el colector 156. Uno o más de los recipientes de cristalización se ventila, como en 154 y 158, respectivamente, para la eliminación de medios de intercambio de calor (no mostrados) de vapor resultante de la bajada de presión y la generación de vapor a partir del vapor flash. El vapor retirado de uno o más recipientes de cristalización anteriores, como el recipiente 152, a medios de intercambio de calor es preferentemente condensado y el líquido condensado que comprende agua, ácido acético, solventes y productos y subproductos solubles de la oxidación puede dirigirse a uno o más recipientes de cristalización posteriores, como en 156, para permitir la recuperación de los componentes cristalizables, tales como el ácido tereftálico y subproductos de la oxidación que se introducen y condensados a partir de los vapores flash de uno o más recipientes anteriores.

El recipiente de cristalización 156 está en comunicación fluida con un dispositivo de separación sólido-líquido 190, que está adaptado para recibir del recipiente de cristalización un fango de producto sólido que comprende ácido tereftálico y subproductos de la oxidación en un licor madre de la oxidación que comprende ácido acético y agua, y para separar un producto sólido crudo que comprende ácido tereftálico y subproductos del líquido. El dispositivo de separación 190 es un filtro de vacío rotatorio, centrífugo o filtro de presión. En realizaciones preferidas de la invención, el dispositivo de separación es un filtro de presión adaptado para el intercambio de solvente por desplazamiento positivo bajo la presión del licor madre en una torta de filtro con líquido de lavado que comprende agua. El licor madre de oxidación que resulta de la separación sale del dispositivo de separación 190 en la corriente 191 para su traslado al tambor de licor madre 192. Una parte importante del licor madre se transfiere del tambor 192 al reactor de oxidación 110 para volver a la reacción de oxidación en fase líquida del ácido acético, agua, catalizador y subproductos de la reacción de oxidación disueltos o presentes como partículas sólidas finas en el licor madre. El producto sólido bruto que comprende ácido tereftálico e impurezas que comprenden los subproductos de la oxidación de la materia prima para-xileno se conduce, con o sin secado y almacenamiento intermedio, del dispositivo de separación 190 al recipiente de composición de la solución de purificación 202 en la corriente 197. El producto sólido crudo se disuelve en el recipiente de composición 202 en solventes de la reacción de purificación, todo o al menos una parte, y de preferencia desde aproximadamente 60 hasta aproximadamente 100% en peso, de los cuales, comprende una segunda fase líquida de una separación de gases residuales de agua y ácido acético en una fase de vapor eliminada del reactor 110 a la columna 330 y subproductos de la oxidación. Si se utiliza, solvente de composición, tal como el agua desmineralizada fresca o corrientes de recirculación adecuadas como líquido condensado de los vapores resultantes de la bajada de presión en la cristalización del producto ácido tereftálico purificado como veremos más adelante, pueden dirigirse al tanque de composición 202 desde el recipiente 204. La temperatura del fango en el tanque de composición preferentemente es de aproximadamente 80 hasta aproximadamente 100ºC.

El producto crudo se disuelve para formar una solución de reacción de purificación por calentamiento, por ejemplo, aproximadamente a 260 hasta aproximadamente 290ºC en el tanque de composición 202 o mediante el pasaje por intercambiadores de calor (no mostrado) cuando se transfiere al reactor de purificación 210. En el reactor 210, la solución de reacción de purificación se pone en contacto con hidrógeno bajo presión preferiblemente oscilando desde aproximadamente 85 hasta aproximadamente 95 kg/cm^{2}.

Una porción de la mezcla de reacción líquida de purificación es continuamente eliminada del reactor de hidrogenación 210 en la corriente 211 a los recipientes de cristalización 220 donde el ácido tereftálico y niveles reducidos de impurezas se cristalizan a partir de la mezcla de reacción mediante la reducción de la presión sobre el líquido. El fango resultante de ácido tereftálico purificado y líquido formado en el recipiente 220 se dirige a los aparatos de separación sólido-líquido 230 en línea de corriente 221. Los vapores resultantes de la bajada de presión en el reactor de cristalización pueden ser condensados mediante el pasaje a intercambiadores de calor (no mostrado) para la refrigeración y el líquido condensado resultante ser redirigido al proceso, por ejemplo como reciclaje al tanque de composición de alimentación de purificación 202, a través de líneas de transferencia adecuadas (no mostradas). El ácido tereftálico purificado sale del dispositivo de separación sólido-líquido 230 en la corriente 231. El dispositivo de separación sólido-líquido puede ser una centrífuga, un filtro de vacío rotatorio, un filtro de presión o una combinación de uno o varios de ellos. Una segunda fase líquida eliminada de la columna 330 puede dirigirse al dispositivo de separación como líquido de lavado para la separación para sustituir o reducir los requerimientos de agua desmineralizada para el lavado final del producto purificado.

El licor madre de purificación del que se separa el producto del ácido tereftálico purificado sólido en el separador sólido-líquido 230 comprende agua, cantidades pequeñas de ácido tereftálico e impurezas disueltos y suspendidos incluyendo subproductos de la oxidación hidrogenados disueltos o suspendidos en el licor madre. Según la realización del proceso preferida ilustrada en la figura 1, al menos una parte, y preferentemente todo o casi todo, del licor madre de la purificación se dirige en la corriente 233 a la separación de gases residuales de reacción de oxidación en la columna de destilación de alta presión 330 y se introduce en la misma. El licor madre de purificación dirigido a la columna 330 se introduce en la columna en una parte inferior de la misma, como en 344, para proporcionar reflujo de líquido para la separación. Transferencia de licor madre de purificación de un dispositivo de separación sólido-líquido 230 a la columna de destilación a presión alta también permite el reciclado de ácido tereftálico e impurezas en el licor madre, tales como subproductos de ácido benzoico y ácido p-toluico al reactor de oxidación 110 donde se oxidan o se convierten en ácido tereftálico, mientras que el contenido de agua del licor madre de purificación se evapora y refluye en la columna de destilación, saliendo en un gas a presión y/o una segunda fase líquida eliminada de la columna, sin afectar significativamente el balance de agua en la oxidación. La transferencia del licor madre de purificación de un dispositivo de separación sólido-líquido 230 a la columna de destilación también reduce el volumen del efluente líquido que necesita ser dirigido al tratamiento de residuos líquidos y prevé la devolución de ácido tereftálico valioso a la oxidación y, a su vez, la eliminación del mismo para la recuperación en los cristalizadores de oxidación 152 y 156.

La reacción de los gases generados por la oxidación en fase líquida de la materia prima para-xileno en el recipiente del reactor 110 se elimina del reactor a través de la ventilación 116 y se dirige en la corriente 111 a la separación en la columna 330 que, como se muestra en la figura 2, representa una columna de destilación de alta presión que tiene una pluralidad de bandejas preferentemente proporcionando aproximadamente de 28 hasta aproximadamente 63 placas teóricas y a las que se suministra líquido para reflujo a través de entradas de líquido 336 y 344. La corriente de vapor de la oxidación se introduce a la columna 330 preferiblemente a temperatura y bajo la presión de aproximadamente 150 hasta aproximadamente 225ºC y de aproximadamente 4 hasta aproximadamente 21 kg/cm^{2} de calibre, respectivamente, y no sustancialmente menos que en el reactor de oxidación 110. Como se describió anteriormente, la figura 1 ilustra una realización preferida en la que el líquido de reflujo introducido en la columna comprende licor madre de purificación del que se separa ácido tereftálico purificado sólido en el dispositivo de separación sólido-líquido 230. La columna 330 incluye 80 bandejas, aproximadamente 50 hasta aproximadamente 70 de las cuales están dispuestas debajo de la entrada del reflujo 344, mientras que el resto sitúa por encima de la entrada de reflujo 344 pero por debajo de la introducción de un segundo líquido de reflujo en el 336. Las entradas 336 y 344 se colocan de forma de manera que están separadas por las bandejas correspondientes a al menos aproximadamente tres etapas de equilibrio teórico, y preferiblemente de aproximadamente 3 hasta aproximadamente 20 de dichas etapas. Según realizaciones preferidas de la invención como se representan en la figura 1, el líquido de reflujo suministrado a la columna en 336 es preferentemente un líquido condensado recuperado por condensación de una segundo fase de vapor de alta presión y temperatura eliminada de la columna de destilación 330 en la zona de condensación 350 y dirigida a la columna en la corriente 355, mientras que el líquido de reflujo suministrado en el puerto de entrada de reflujo 344 de la corriente 233 es preferiblemente un licor madre de purificación dirigido a la columna para ese uso desde la separación sólido-líquido de un producto purificado de la oxidación en fase líquida. El reflujo suministrado a la columna en la entrada preferentemente proporciona aproximadamente 70 hasta aproximadamente 85% del flujo volumétrico de líquido de reflujo añadido a la columna en las entradas 344 y 336.

Una primera fase líquida rica en solvente ácido acético para la oxidación en fase líquida recuperada a partir del gas de entrada de alta presión a la columna 330 junto con subproductos de la oxidación de para-xileno como el ácido benzoico y p-toluico distribuidos en la fase líquida en la columna 330 se recoge en una porción inferior de la columna. Una segunda fase líquida, que es predominantemente agua, pero también contiene pequeñas cantidades de subproductos de ácido benzoico y ácido p-toluico distribuidos en la fase líquida, se recoge y se elimina de la columna en salida de drenaje lateral 345. Un segundo vapor de alta presión que comprende vapor de agua, componentes no condensables de la oxidación de los gases residuales y subproductos de ácido acético tales como metanol y metil acetato preferentemente distribuidos en la fase gaseosa se elimina de la columna como un gas de salida a través de ventilación de encabezado 334.

La primera fase líquida rica en ácido acético resultante de la separación en la columna de destilación 330 sale de la columna en una parte inferior de la misma y, preferentemente, se devuelve directa o indirectamente al reactor de oxidación 110, como en la corriente 331. El retorno de la fase líquida a la oxidación proporciona ácido acético solvente de composición para la reacción de oxidación y reduce la pérdida de materia prima al permitir la conversión a productos deseados de productos intermedios y subproductos condensados a partir de la fase de vapor de oxidación, así como de aquellos reciclados del reflujo de licor madre de purificación a la columna. La segunda fase líquida extraído de la columna en la salida de drenaje lateral 345 se dirige al recipiente de composición de solución de purificación 202 en la corriente 357 para su uso en la formación el fango de producto crudo y la solución de purificación de reacción que se dirige al reactor de purificación 210. Otros recipientes de purificación y equipos de recepción del líquido y usos a los que la segunda fase líquida enriquecida en agua se puede dirigir incluyen el recipiente de cristalización 220 para su uso como solvente de composición limpio para reemplazar el líquido de la reacción de purificación vaporizado en el cristalizador y el dispositivo de separación sólido líquido 230 para su uso como líquido de lavado o descarga de sellado. El líquido condensado también es apto para usos fuera de una fase de purificación, tales como el líquido de lavado para los filtros de intercambio de solvente.

El gas de salida extraído de la columna en la ventilación 334 se dirige a los medios de condensación 350, que como se muestra en la figura 1, incluye condensadores 352 y 362, y el tambor de desacoplado 372. Preferiblemente, la condensación se lleva a cabo de forma de manera que el agua condensada líquida a una temperatura de 40 hasta aproximadamente 60ºC se recupera en al menos una etapa. En la realización ilustrada en la figura, la condensación se realiza por intercambio de calor indirecto en el medio de condensación 352 con agua a una temperatura de aproximadamente 120 hasta aproximadamente 170ºC y el condensado líquido resultante se dirige a la columna 330 en la corriente 355 para sumarse en la entrada de reflujo 336. Líquido y gas no condensado del condensador 352 se dirige al condensador 362 en la corriente 361 para la condensación utilizando agua de refrigeración aproximadamente de 30 hasta aproximadamente 40ºC. Gas y efluente líquido de condensador 362 se dirigen en la corriente 363 al tambor 372 en el que líquido condensado que comprende agua se recoge y se elimina en la corriente 373, que puede ser dirigida a otros usos tales como líquido de descarga de sellado o a una corriente de purga. Un condensador de los gases de escape bajo presión se extrae como en la corriente 375.

El agua utilizada como fluido de intercambio de calor para la condensación del segundo gas de alta presión de la columna de destilación 330 es calentada por intercambio de calor en los medios de condensación 350 para generar vapor a presión que puede ser dirigido a un dispositivo de recuperación de energía, como la turbina de vapor 450 en el proceso de realización representado en la figura 1. La condensación utilizando dos o más condensadores en serie utilizando fluidos de intercambio de calor a temperaturas sucesivamente inferiores permite la generación de vapor a diferentes presiones, permitiendo así la eficiencia en el uso de vapor a las diferentes presiones al coincidir con las diferentes entradas de calor o energía para las operaciones en las que se utiliza el vapor.

El gas de escape no condensado de la condensación eliminado en la corriente 375 comprende una parte no condensable, tal como oxígeno no consumido por la oxidación, nitrógeno del aire utilizado como fuente de oxígeno para la oxidación, óxidos de carbono del aire, así como de las reacciones de oxidación, y trazas de para-xileno que no ha reaccionado y sus sub-productos de oxidación, metilo acetato y metanol y metil bromuro formado por el promotor de bromo usado en la oxidación. En la realización ilustrada en la figura, el gas no condensado está sustancialmente libre de vapor de agua debido sustancialmente a la condensación completa en el líquido condensado recuperado en el medio de condensación.

El gas de escape no condensados de los medios de condensación 350 está bajo presión de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 15 kg/cm^{2} y se puede transferir directamente a un dispositivo de recuperación de energía o en un dispositivo de control de la contaminación para la eliminación de especies corrosivas y combustibles antes de la recuperación de energía. Tal como se ilustra en la figura 1, el gas no condensado se dirige primero al tratamiento para eliminar las materias primas que no han reaccionado y trazas de ácido acético solvente y/o productos de reacción del mismo que quedan en el gas. Por lo tanto, el gas no condensado se transfiere en el flujo de 375 al absorbedor de alta presión 380 para la absorción de para-xileno, ácido acético, metanol y metil acetato, sin pérdida sustancial de la presión. La torre de absorción 380 está adaptada para la recepción del gas sustancialmente agotado de agua que queda después de la condensación y la separación de para-xileno, ácido acético solvente y productos de reacción de los mismos de la oxidación del gas por el contacto con uno o más agentes de depuración líquidos. Una configuración de absorbedor preferida, que se ilustra en la figura, comprende la torre 380 que tiene una pluralidad de bandejas o lechos o cubierta estructurada (no mostrados) dispuestos internamente para proporcionar la superficie para la transferencia de masa entre las fases gaseosa y líquida. Las entradas (no mostradas) para la adición de agente de depuración para el absorbente en las corrientes 381 y 383, respectivamente, están dispuestas en una o más porciones alta de la torre, y una o más porciones bajas de la torre. El absorbedor también incluye una ventilación superior 382 partir de la cual un gas depurado a presión que comprende componentes no condensables del gas de entrada al absorbedor se elimina en la corriente 385 y una salida inferior 384 para la eliminación de una corriente de ácido acético líquido en la que los componentes de la fase gaseosa que comprendan uno o más de para-xileno, ácido acético, metanol y/o metil acetato ha sido depurado. Un líquido del fondo se elimina de una porción inferior de la torre y se dirige al recipiente de reacción 110 para la reutilización de los componentes recuperados.

El gas a presión eliminado de los medios de condensación 350 o, como se muestra en la figura 1, de la ventilación 382 del absorbedor de alta presión, puede ser dirigido a medios de control de contaminación, como en 390, para la conversión de los componentes orgánicos y el monóxido de carbono en el gas del condensador o del absorbedor a dióxido de carbono y agua. Un medio de control de la contaminación preferido es una unidad de oxidación catalítica adaptada para recibir el gas, opcionalmente calentándolo para promover la combustión y dirigir el gas en contacto con un catalizador de alta temperatura estable dispuesto en un soporte celular o de otro tipo de manera que el flujo de gas a través del dispositivo sustancialmente no es afectado. El gas de encabezado del absorbedor 380 se dirige al sistema de control de la contaminación 390 que incluye un precalentador 392 y la unidad de oxidación catalítica 394. El gas se calienta a aproximadamente 250 hasta aproximadamente 450ºC en el precalentador y pasa bajo la presión de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 15 kg/cm^{2} a la unidad de oxidación 394 donde los componentes orgánicos y subproductos se oxidan a compuestos más adecuados para la gestión ambiental beneficiosa.

Un gas de alta presión oxidado se dirige desde la unidad de oxidación catalítica 394 al expansor 400 que está conectado al generador 420. La energía del gas de alta presión oxidado se convierte en trabajo en el expansor 400 y dicho trabajo se convierte en energía eléctrica mediante el generador 420. El gas expandido sale del expansor y puede ser liberado a la atmósfera, preferentemente después de depuración cáustica y/u otros tratamientos para el manejo adecuado dichas liberaciones.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad al respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 4877900 A [0004]

\bullet US 4772748 A [0004]

\bullet US 4286101 A [0004]

\bullet US 5200557 A [0005] [0044]

\bullet GB 1373230 A [0006]

\bullet US 5304676 A [0006]

\bullet US 5723656 A [0006]

\bullet US 6143925 A [0006] [0075]

\bullet US 6504051 A [0006]

\bullet EP 0498591 B1 [0006]

\bullet WO 9727168 A [0006]

\bullet US 6504051 B [0006]

\bullet US 5679846 A [0044]

\bullet US 5175355 A [0095] [0096]

\bullet US 3584039 A [0096]

\bullet US 4626598 A [0096]

\bullet US 4629715 A [0096]

\bullet US 4782181 A [0096]

\bullet US 4892972 A [0096]

\bullet US 5354898 A [0096]

\bullet US 5362908 A [0096]

\bullet US 5616792 A [0096]

\bullet US 6852879 B [0105]

\bullet US 2002374719 A [0105]

\bullet US 5198156 A [0108]

\bullet US 5904423 A [0108]

Claims (45)

1. Procedimiento para la fabricación de ácido carboxílico aromático, que comprende

poner en contacto una materia prima que comprende al menos un hidrocarburo aromático sustituido en una o más posiciones con al menos un grupo que se puede oxidar a un grupo ácido carboxílico con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua en presencia de una composición catalizadora que comprende al menos un componente metálico pesado efectivo para catalizar la oxidación de la materia prima aromática al ácido carboxílico aromático en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaces para mantener una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la reacción disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y una fase de vapor de alta presión que comprende ácido monocarboxílico solvente, agua y pequeñas cantidades de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y del ácido monocarboxílico solvente;

transferir una fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción a una zona de separación capaz de separar sustancialmente ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos de la oxidación en al menos una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase de vapor de alta presión de ácido monocarboxílico solvente agotado, que comprende vapor de agua, de manera que los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos preferentemente se distribuyen en la primera fase líquida y los subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente se distribuyen preferentemente en la segunda fase de vapor de alta presión; y

eliminar desde la zona de separación en corrientes separadas una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que también comprende la separación del ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos de la oxidación en la zona de separación en etapas, que comprenden

dirigir la fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción a una primera etapa del dispositivo de separación y un líquido de reflujo a una tercera etapa del dispositivo de separación de modo que un flujo de fase de vapor de la primera etapa a una segunda etapa a una tercera etapa de la zona de separación está en contacto con un flujo a contracorriente de fase de líquido de reflujo de la tercera a la segunda a la primera etapa de la zona de separación;

separar sustancialmente agua y ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor que fluye en contracorriente y la fase líquida de reflujo en la primera etapa de forma, de manera que se forman una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y una fase de vapor intermedia del ácido monocarboxílico solvente agotado a alta presión, y

separar sustancialmente agua y subproductos en la fase de vapor que fluye en contracorriente y la fase líquida de reflujo en la segunda etapa de forma de manera que los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos se eliminan a la fase líquida de reflujo y se forma una segunda fase de vapor intermedia de alta presión que comprende vapor de agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos, y

separar sustancialmente agua y subproductos del ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor que fluye en contracorriente y la fase líquida de reflujo en la tercera etapa de forma de manera que se forman una segunda fase líquida enriquecida en agua una sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que comprende vapor de agua y los subproductos del ácido monocarboxílico solvente y sustancialmente libre de los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, que también comprende la extracción de la zona de separación de una segunda fase líquida que comprende el agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, que también comprende dirigir la segunda fase líquida retirada de la zona de separación a una zona de purificación de ácidos carboxílicos aromáticos de manera que al menos un líquido que comprende agua en la zona de purificación comprende la segunda fase líquida.

5. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la primera etapa del dispositivo de separación comprende etapas teóricas de equilibrio capaces de separar agua y ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión trasferida a la zona de separación de manera que al menos aproximadamente el 95% en peso del ácido monocarboxílico solvente se elimina al líquido de reflujo en la primera etapa.

6. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que un líquido de reflujo se suministra en la primera etapa de la zona de separación.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el líquido por reflujo suministrado a la primera etapa comprende un licor madre de purificación dirigido a la zona de separación desde una zona de purificación.

8. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el líquido por reflujo suministrado a la tercera fase de la zona de separación comprende un líquido condensado a partir de la segunda fase de vapor de alta presión que comprende vapor de agua y subproductos del ácido monocarboxílico solvente y sustancialmente libre de los subproductos del hidrocarburo aromático sustituido.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el hidrocarburo aromático sustituido es para-xileno, el ácido monocarboxílico solvente comprende ácido acético, la segunda fase líquida eliminada de la zona de separación comprende agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente, metanol y metil acetato, y la segunda fase de vapor de alta presión comprende vapor de agua sustancialmente libre de ácido p-toluico.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, que también comprende condensar una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación para formar un líquido condensado que comprende agua y un gas de escape de condensación de alta presión y recuperar al menos un subproducto del ácido monocarboxílico solvente del gas de escape de alta presión de condensación.

11. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 7, en el que un procedimiento para purificar un ácido carboxílico aromático impuro en la zona de purificación comprende, en etapas,

(a) formar una solución de reacción de purificación que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas disueltas o fangosas en un líquido que comprende agua;

(b) poner en contacto una solución de reacción de purificación que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas en un líquido que comprende agua a temperatura y presión elevadas con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para formar una mezcla de reacción líquida de purificación;

(c) recuperar de una mezcla de reacción líquida de purificación que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas un producto sólido purificado que comprende ácido carboxílico aromático con reducidos niveles de impurezas y un licor madre de purificación;

(d) lavar con al menos un líquido que comprende agua un producto ácido carboxílico aromático purificado sólido recuperado de una mezcla de reacción líquida de purificación que comprende el ácido carboxílico aromático, impurezas y un líquido que comprende agua.

12. Procedimiento para la fabricación de ácido carboxílico aromático que comprende, en etapas,

al menos una oxidación en fase líquida que comprende poner en contacto una materia prima con al menos un hidrocarburo aromático sustituido en el que los sustituyentes son oxidables a grupos de ácido carboxílico con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende solvente ácido monocarboxílico y agua y en presencia de una composición catalizadora que comprende al menos un componente metálico pesado efectivo para catalizar la oxidación de la materia prima aromática al ácido carboxílico aromático en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaces para mantener una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la reacción disueltos o suspendidos en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y una fase de vapor de alta presión que comprende agua, ácido monocarboxílico, hidrocarburos aromáticos sustituidos que no han reaccionado, oxígeno y subproductos de la reacción, y

al menos una purificación que comprende poner en contacto con hidrógeno a temperatura y presión elevadas en presencia de un catalizador que comprende un metal catalizador de hidrogenación una solución de reacción de purificación que comprende un líquido que comprende agua y que tiene disuelto en él el ácido carboxílico aromático e impurezas recuperados de la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida de al menos una oxidación en fase líquida para formar una mezcla de reacción líquida de purificación que incluye el ácido carboxílico aromático e impurezas hidrogenadas disueltas en un líquido que comprende agua, y

al menos un gas residual de separación que comprende la transferencia de una fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de reacción de al menos una oxidación en fase líquida a una zona de separación capaz de separar sustancialmente ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos de la oxidación en al menos una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase de vapor de alta presión ácido monocarboxílico solvente agotado que comprende vapor de agua de forma de manera que los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos son preferentemente distribuidos a la primera fase líquida y los subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente son preferentemente distribuidos a la segunda fase de vapor de alta presión, y la eliminación de la zona de separación de una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta pre-
sión que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos, y

al menos una etapa que comprende dirigir una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación de los mismos eliminados de la zona de separación en al menos la separación de gases residuales a una zona de purificación de forma de manera que un líquido que comprende agua utilizado en al menos una purificación o para la recuperación, separación o lavado de un producto derivado comprende el líquido condensado.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que al menos una purificación comprende una etapa que comprende la disolución en un líquido que comprende agua el producto sólido que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la oxidación recuperados de la mezcla de reacción de oxidación de líquidos en al menos una oxidación en fase líquida para formar la solución de purificación y el líquido que comprende el agua comprende una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación de los mismos eliminada de la zona de separación en al menos una separación de gases residuales.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que al menos una purificación comprende una etapa que comprende la formación de una suspensión en un fango en un líquido que comprende agua de un producto sólido que comprende ácido carboxílico aromático y niveles reducidos de impurezas recuperados de la mezcla de reacción líquida de purificación y el líquido que comprende agua comprende una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación eliminados de la zona de separación en al menos una separación de gases residuales.

15. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que al menos una purificación comprende una etapa que comprende lavar con un líquido que comprende agua un producto sólido que comprende ácido carboxílico aromático con niveles reducidos de impurezas recuperados de la mezcla de reacción líquida de purificación y el líquido que comprende agua comprende una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación eliminados de la zona de separación al menos en la separación de gases residuales.

16. Procedimiento según la reivindicación 12, que también comprende al menos una etapa en la que una forma pura sólida del ácido carboxílico aromático con reducidos niveles de impurezas y un licor madre de purificación se recuperan de la mezcla de reacción líquida de purificación en al menos una purificación y el licor madre de purificación se dirige a la al menos una separación de los gases residuales de forma de manera que un líquido de reflujo suministrado a la zona de separación comprende el licor madre de purificación.

17. Procedimiento de la reivindicación 12, que también comprende la condensación de una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación en al menos una separación de gases residuales para formar un líquido condensado que comprende agua.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, que también comprende dirigir el líquido condensado que comprende agua a la zona de separación en al menos una separación de gases residuales de forma de manera que un líquido de reflujo suministrado a la zona de separación comprende el líquido condensado que comprende agua.

19. Procedimiento según la reivindicación 12, que también comprende la recuperación de energía a partir de una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación en al menos una separación de gases residuales.

20. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el hidrocarburo aromático sustituido en al menos una oxidación en fase líquida es para-xileno y el ácido monocarboxílico solvente en la oxidación en fase líquida comprende ácido acético.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, en el que la segunda fase líquida que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación de los mismos eliminados de la zona de separación en al menos la separación de gases residuales deben estar sustancialmente libres de ácido acético, metanol y metil acetato y la segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de separación está sustancialmente libre de ácido p-toluico.

22. Procedimiento según la reivindicación 12, que también comprende la condensación una segunda fase de vapor de alta presión que comprende agua que está sustancialmente libre de los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación en al menos una separación de gases residuales para formar un líquido condensado que comprende agua y un gas de escape de condensación de alta presión y recuperar al menos un subproducto del ácido monocarboxílico solvente, materia prima aromática que no ha reaccionado o combinaciones de los mismos del gas de escape de la condensación de alta presión.

23. Procedimiento para la fabricación de ácidos carboxílicos aromáticos que comprende, en etapas,

(a) poner en contacto una materia prima que contiene un hidrocarburo aromático sustituido en una o más posiciones con al menos un grupo que es oxidable a un grupo ácido carboxílico y oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua en presencia de una composición catalizadora que comprende un componente metálico pesado efectivo para catalizar la oxidación de la materia prima aromática al ácido carboxílico aromático en una zona de reacción a temperatura y presión elevadas eficaces para mantener una mezcla de reacción líquida y para formar un ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden por subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos disueltas o suspendidas en la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida y una fase de vapor de alta presión que comprende ácido monocarboxílico solvente, agua, subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y subproductos del ácido monocarboxílico solvente,

(b) recuperar de la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida un producto sólido que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden subproductos de la reacción;

(c) disolver o suspender el producto sólido recuperado de la mezcla de reacción de oxidación en fase líquida que comprende ácido carboxílico aromático e impurezas que comprenden los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituido en un líquido que comprende agua, al menos una parte del cual comprende una segunda fase líquida recuperada según la etapa (g), para formar una solución de purificación;

(d) poner en contacto la solución de purificación a temperatura y presión elevadas con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para formar una mezcla de reacción líquida de purificación;

(e) recuperar de la mezcla de reacción líquida de purificación un producto purificado sólido que comprende ácido carboxílico aromático con niveles reducidos de impurezas y un licor madre de purificación líquido que comprende agua y pequeñas cantidades de subproductos hidrogenados de los hidrocarburos aromáticos sustituidos derivados de los mismos o combinaciones de los mismos;

(f) transferir una fase de vapor de alta presión de la etapa (a) que comprende ácido monocarboxílico solvente, vapor de agua, subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos y subproductos del ácido monocarboxílico solvente a una zona de separación suministrada con el líquido de reflujo y capaz sustancialmente de separar ácido monocarboxílico solvente, agua y subproductos en al menos una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y al menos una segunda fase de vapor de alta presión de ácido monocarboxílico solvente agotado que comprende vapor de agua de forma de manera que los subproductos de la oxidación de los hidrocarburos aromáticos sustituidos se distribuyen sustancialmente a la primera fase líquida y los subproductos de la oxidación del ácido monocarboxílico solvente se distribuyen sustancialmente a la segunda fase de vapor de alta presión, y

(g) eliminar de la zona de separación en corrientes separadas una primera fase líquida rica en ácido monocarboxílico solvente y una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de la oxidación del mismo y una segunda fase de vapor de alta presión que está sustancialmente libre de los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos;

(h) dirigir una segunda fase líquida rica en agua que está sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo eliminado de la zona de separación en el etapa (g) a al menos a una de las etapas (c), (d) o (e) de forma de manera que un líquido que comprende agua en al menos una de los etapas (c), (d) o (e) de la segunda fase líquida.

24. Procedimiento según la reivindicación 23, que también comprende dirigir el licor madre de purificación recuperado según la etapa (e) a la etapa (f) de forma de manera que el líquido de reflujo suministrado a la zona de separación en la etapa (f) comprende el licor madre de purificación.

25. Procedimiento según la reivindicación 23, que también comprende la recuperación de un líquido condensado que comprende agua de la segunda fase de vapor de alta presión sustancialmente libre de los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación según la etapa (g).

26. Procedimiento según la reivindicación 23, que también comprende dirigir el líquido condensado que comprende agua recuperado de la segunda fase de vapor de alta presión a la etapa (f) de forma de manera que el líquido de reflujo suministrado a la zona de separación en la etapa (f) comprende el líquido condensado.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, que también comprende dirigir el licor madre de purificación recuperado según la etapa (e) a la etapa (f) de forma de manera que el líquido de reflujo suministrado a la zona de separación en la etapa (f) comprende el licor madre de purificación.

28. Procedimiento según la reivindicación 27, en el que un líquido de reflujo que comprende el líquido condensado se suministra a la zona de separación en una porción superior de la misma.

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29. Procedimiento según la reivindicación 28, en el que un líquido de reflujo que comprende el licor madre de purificación se suministra a la zona de separación en una parte inferior de la misma.

30. Procedimiento según la reivindicación 27, en el que un líquido de reflujo que comprende el licor madre de purificación se suministra en la zona de separación en una parte inferior de la misma.

31. Procedimiento según la reivindicación 30, en el que la segunda fase líquida eliminada de la zona de separación según la etapa (g) se elimina de la zona de separación en una porción intermedia de la misma entre las partes superior e inferior.

32. Procedimiento según la reivindicación 25, que comprende además la recuperación de energía a partir de una segunda fase de vapor de alta presión sustancialmente libre de los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación según la etapa (g).

33. Procedimiento según la reivindicación 23, que comprende además la recuperación de energía de la segunda fase de vapor de alta presión sustancialmente libre de los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos eliminados de la zona de separación según la etapa (g).

34. Procedimiento según la reivindicación 33, en el que la energía se recupera en forma de trabajo.

35. Procedimiento según la reivindicación 33, en el que la energía se recupera en forma de calor.

36. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 35, en el que el hidrocarburo aromático sustituido es para-xileno y el ácido monocarboxílico solvente comprende ácido acético.

37. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 35, en el que la segunda fase líquida eliminada de la zona de separación en la etapa (g) está sustancialmente libre de ácido acético, metanol y metil acetato y la segunda fase de vapor de alta presión eliminada de la zona de separación está sustancialmente libre del ácido p-toluico.

38. Aparato para la separación de los componentes de un reactor de los gases residuales generados en la fabricación de ácido carboxílico aromático por oxidación en fase líquida de un hidrocarburo aromático sustituido en una mezcla de reacción en fase líquida que comprende un recipiente sustancialmente en columna, sustancialmente cerrado que define un volumen interior y que comprende

al menos una entrada de gas inferior para recibir y dirigir a una primera etapa de una zona de fraccionamiento una fase de vapor de encabezado de alta presión eliminada de un recipiente de reacción para la oxidación en fase líquida de una materia prima hidrocarburo aromático sustituido con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua en condiciones tales que se mantiene una mezcla de reacción en fase líquida y una fase de vapor de encabezado de alta presión que comprende vapores de agua ácido monocarboxílico solvente se genera en el recipiente de reacción; y

una zona de fraccionamiento en el volumen interior del recipiente para poner en contacto las fases gaseosa y líquida en flujo en contracorriente a través de ella en una pluralidad de etapas de equilibrio teórico y que comprende

una primera parte que es capaz de separar sustancialmente agua y ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión en contacto con un flujo a contracorriente de líquido de reflujo que comprende los componentes de un líquido de reflujo recibido desde una fase intermedia de la zona de fraccionamiento, de forma de manera que se forma una primera fase líquida rico en ácido monocarboxílico solvente se elimina en el líquido y una primera fase de vapor intermedia de ácido monocarboxílico solvente agotado de alta presión que comprende vapor de agua, en la que la primera parte está en comunicación de flujo con una porción intermedia de la zona de fraccionamiento para recibir el líquido de reflujo del mismo y el pasaje de la primera fase intermedia de vapor a la misma y comprende medios para dirigir el líquido de reflujo en el que se elimina la primera fase líquida a un depósito de líquido, y

una porción intermedia que es capaz de separar agua y subproductos de la oxidación en fase líquida de la materia prima hidrocarburo aromático sustituido en la primera fase intermedia de vapor en contacto con un flujo a contracorriente de líquido de reflujo que comprende los componentes líquidos de un líquido de reflujo recibido desde una porción superior del dispositivo de separación, de forma de manera que los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos se eliminan en el líquido de reflujo y se forma una segunda fase intermedia de vapor de alta presión la que comprende vapor de agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos, en donde la porción intermedia está en comunicación de flujo con una parte superior de la zona de fraccionamiento para la recepción del líquido de reflujo de las mismas y el pasaje de la segunda fase intermedia de vapor a la misma, y

una porción superior que es capaz sustancialmente de separar agua y subproductos de la oxidación en fase líquida del ácido monocarboxílico solvente en al menos una de la segunda fase de vapor intermedia y un líquido de reflujo suministrado a la parte superior en contacto con una contracorriente de líquido de reflujo, de forma que se forma una segunda fase líquida que comprende agua sustancialmente libre de ácido monocarboxílico solvente y subproductos del mismo se elimina al líquido de reflujo y una segunda fase de vapor de alta presión compuesta por vapor de agua y subproductos del ácido monocarboxílico solvente y sustancialmente libre de los subproductos de los hidrocarburos aromáticos sustituidos, en la que la parte superior cuenta con los medios de recolección en una parte inferior de la misma para recoger al menos una porción del líquido de reflujo en el que se elimina la segunda fase líquida, y

un depósito de líquido para la recepción desde la primera parte de la zona de fraccionamiento líquido de reflujo en el que se ha eliminado la primera fase líquida, y

al menos una salida del líquido en comunicación con el reservorio de líquido para la eliminación de líquido del aparato, y

al menos una entrada de líquido para la introducción de un líquido de reflujo en una región superior de la parte superior de la zona de fraccionamiento, y

al menos una entrada de líquido para la introducción de un líquido de reflujo hacia una región superior de la porción inferior de la zona de fraccionamiento, y

al menos una salida del líquido en comunicación con los medios de recepción para eliminar del dispositivo al menos una porción del líquido de reflujo en el que se elimina la segunda fase líquida.

39. Aparato según la reivindicación 38, en el que la zona de fraccionamiento proporciona aproximadamente de 20 hasta aproximadamente 80 etapas de equilibrio teórico.

40. Aparato según la reivindicación 38, en el que la primera porción de la zona de fraccionamiento es capaz de separar agua y ácido monocarboxílico solvente en la fase de vapor de alta presión de manera que al menos aproximadamente el 95% en peso del ácido monocarboxílico solvente se elimina el líquido de reflujo.

41. Aparato según la reivindicación 38, en el que al menos una salida en comunicación con los medios de recolección y al menos una entrada para la introducción de un líquido de reflujo hacia una región superior de la porción inferior de la zona de fraccionamiento están separadas por aproximadamente de 1 hasta aproximadamente 10 etapas de equilibrio teórico.

42. Aparato según la reivindicación 38, en el que al menos una salida en comunicación con los medios de recolección y al menos una entrada para la introducción de un líquido de reflujo hacia una región superior de la parte superior de la zona de fraccionamiento están separadas por aproximadamente de 1 hasta aproximadamente 10 etapas de equilibrio teórico.

43. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 38 a 42, en forma de al menos una columna de destilación.

44. Aparato según la reivindicación 43, que también comprende un recipiente de reacción para la oxidación en fase líquida de una materia prima de hidrocarburo aromático sustituido con oxígeno gaseoso en una mezcla líquida que comprende la fase de reacción ácido monocarboxílico solvente y agua en condiciones tales que se mantiene una mezcla de reacción en fase líquida y una fase de vapor de encabezado de alta presión que comprende vapores de agua de ácido monocarboxílico solvente se genera en el recipiente de reacción, caracterizado porque el recipiente de reacción comprende al menos una válvula de escape para la eliminación de una fase de vapor de encabezado de alta presión desde el mismo en de comunicación de flujo con al menos una entrada inferior de gas para la recepción y la dirección de la fase de vapor de encabezado de alta de presión a la primera etapa de la zona de fraccionamiento.

45. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 38 a 42, que también comprende un recipiente de reacción para la oxidación en fase líquida de una materia prima hidrocarburo aromático sustituido con oxígeno gaseoso en una mezcla de reacción de fase líquida que comprende ácido monocarboxílico solvente y agua en condiciones tales que se mantiene una mezcla de reacción en fase líquida y se genera una fase de vapor de encabezado de alta presión que comprende vapores de agua ácido monocarboxílico solvente en el recipiente de reacción, caracterizado porque el recipiente de reacción comprende al menos una válvula ventilación para la eliminación de una fase de vapor de encabezado de alta presión desde el mismo en comunicación de flujo con al menos una entrada inferior de gas para la recepción y la dirección de fase de vapor de encabezado de alta presión a la primera etapa de la zona de fraccionamiento.