JPH0454149A - 高純度イソフタル酸の製造方法 - Google Patents

高純度イソフタル酸の製造方法

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JPH0454149A
JPH0454149A JP2164217A JP16421790A JPH0454149A JP H0454149 A JPH0454149 A JP H0454149A JP 2164217 A JP2164217 A JP 2164217A JP 16421790 A JP16421790 A JP 16421790A JP H0454149 A JPH0454149 A JP H0454149A
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元山 市平
Tazuo Ota
太田 多寿雄
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明はメタキシレンの液相酸化によりイソフタル酸を
製造する方法に関する。
高純度イソフタル酸は、不飽和ポリエステル樹脂、アル
キッド樹脂、改質ポリエステル繊維、耐熱性ポリアミド
等のポリマーの中間原料として有用である。
[従来の技術] 芳香族カルボン酸の製造法として、脂肪族置換基を有す
る芳香族炭化水素を酢酸等の脂肪族カルボン酸の溶媒中
で重金属と臭素からなる触媒の存在下に分子状酸素によ
り液相酸化する方法が知られており (特公昭34−2
666号等)、この方法はイソフタル酸の製造にも通用
できる。
特公昭60−48497号にはメタキシレンを酢酸溶媒
中コバルト、マンガンならびに臭素の存在下に空気によ
りメタキシレンを酸化する具体的方法が記載され、広く
工業的に実施されている。かかる方法で得られるイソフ
タル酸中には3−カルボキシベンズアルデヒド(3CB
A)をはしめ多量の不純物が含まれており、このままポ
リマーにしても色相は優れず高機能用途には通さない。
特に近年産業技術の進歩と共に高機能性材料としてのポ
リエステル製品に対する品質要求が益々厳しくなり、ポ
リエステル原料としては高純度で、かつ白色度に優れた
イソフタル酸が望まれている。
酸化で得られた粗イソフタル酸を高純度化するには、特
公昭51−38698号および特公昭51−32618
号に示されているような粗イソフタル酸の水溶液を高温
でパラジウム触媒の存在下に水素添加精製する方法が一
般に用いられる。
一方、テレフタル酸はイソフタル酸と同様の方法によっ
てパラキシレンを酸化して製造されるが、高純度テレフ
タル酸を直接製造する方法が行われている。すなわち特
公昭45−36732号には、コバルトに対しマンガン
を1〜20重量%とするコバルトを主成分とするコバル
ト・マンガン・臭素系触媒においてパラキシレンを酸化
することによる直接重合用テレフタル酸の製造方法が記
載されているた。しかしこの方法は高価なコバルトを多
量に使うことから、酸化条件や酸化方法を改良して触媒
および酢酸燃焼量を減らした高純度テレフタル酸の製造
法が数多く提案されている(特公昭57−42053号
、特開昭53−9736号、特公昭60−50775号
、特公昭56−21015号、特公昭53−30700
号、特開昭5379836、特開昭54−70235号
、特公昭56−14101号、特公昭56−5377号
、特開昭47−31947号、特開昭4571864号
)。
[発明が解決しようとする問題点] 従来のパラジウム触媒の存在下に水素添加する粗イソフ
タル酸の精製方法は、別個に水添反応装置や晶析装置等
が必要であり、精製装置に多額の投資と労力を要し製造
コストの上昇を招く。
発明者らは、前記パラキシレンの酸化による高純度テレ
フタル酸製造法をメタキシレンの酸化によるイソフタル
酸の製造に適用を試みた結果、次のような問題点があり
従来のテレフタル酸における方法をそのままイソフタル
酸の製造に適用できないことが分かった。
(1)メタキシレンの酸化でも特開昭47−31947
号に記載されているように主酸化反応の次に後酸化を行
えば中間体のメタトルイル酸と3CBAを殆ど無くする
ことができるが、3 CBAがある量よりも減らし過ぎ
ると白色度の優れたイソフタル酸は得られず、かえって
着色性不純物の増加し品質が悪化する。
(2)テレフタル酸製造法で示されている方法で酢酸を
回収することができないので酢酸の損失量が大きくなる
。これは沸点付近における酢酸に対するイソフタル酸の
溶解度はテレフタル酸よりも10倍程高く、結晶を分離
して得られる母液に溶解するイソフタル酸が多くなり、
釜残高沸物の流動性が低下するため薄膜蒸発器を使用で
きないためである。
本発明の目的は、高価な精製工程を設けることなく、酸
化工程と簡単な洗浄のみで白色度に優れた高純度イソフ
タル酸を高収率で得られる、工業的に有利な製造法を提
供することである。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、メタキシレンの酸化の特性に着目し、高
純度テレフタル酸の製造法に係わる前記の方法の通用を
更に鋭意研究を重ねた結果、特定量の含水酢酸溶媒と触
媒を用い主酸化と後酸化に分けて一定限度まで酸化を行
えば、結晶を分離した母液を薄膜蒸発器を用いて精製し
て酢酸を回収できるようになり、また反応器における酢
酸の燃焼量を減らせること、および得られた結晶を新し
い酢酸で洗浄することにより白色度に優れた高純度イソ
フタル酸の得られることを見出し本発明を完成した。
すなわち本発明は、含水酢酸溶媒中でコバルト・マンガ
ン・臭素系触媒の存在下酸素含有ガスによりメタキシレ
ンを酸化してイソフタル酸を製造する方法において、 (a)酸化反応器において溶媒重量当りイソフタル酸と
その中間体の合計量が10〜35重量%、コバルトおよ
びマンガンの合計量が300〜1500ppm、コバル
トに対するマンガンの原子比が0.5〜5倍、コバルト
およびマンガンの合計量に対する臭素の原子比が0.5
〜1.5倍となるように溶媒および触媒を供給し、温度
180〜210°C1排ガスの酸素濃度を2〜8容量χ
に維持しながら酸化反応を行い、且つ該工程で得られる
粗イソフタル酸の3−カルボキンヘンズアルデヒドの濃
度が500〜110000ppの範囲になるように酸化
反応を行う第1工程、 (b)第1工程で得られた酸化反応生成混合物を更に酸
化して粗イソフタル酸中の3−ヘンズアルデヒド濃度を
100〜800ppmとし、粗イソフタル酸を分離した
後、母液を薄r11i!蒸発装置を用いて精製して酢酸
を回収する第2工程、および (c)第2工程で得られたイソフタル酸結晶を新しい酢
酸と混合し100°C以上の温度で撹拌処理した後、精
製イソフタル酸を分離する第3工程を有することを特徴
とする高純度イソフタル酸の製造方法である。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の方法においては、まず第1工程でメタキシレン
を含水酢酸溶媒中でコバルト化合物、マンガン化合物お
よび臭素化合物からなる触媒の存在下に酸素含有ガスに
より酸化する。
酸化原料としては通常メタキシレンが使用されるが、置
換基はメチル基に限定されず、エチル、プロピル、j−
プロピル基でも良く、或いはアルデヒド、アセチル基の
如くカルボキル基に酸化されるものであれば良い。また
置換基の片方がカルボキシル基であっても良い。
メタキシレンは酸化反応器に連続的に供給される。その
供給速度は反応器保有の溶媒容積1r当り毎時0.05
〜0.2kgであり、反応時間は10〜120分、好ま
しくは20〜90分の範囲である。
反応溶媒として含水酢酸を用いる。酸化反応器における
酢酸中の水分濃度は3〜15重量%、好ましくは5〜1
2重量%の範囲である。水分濃度が低すぎるとイソフタ
ル酸のカラー品質が悪化し易く、また酢酸の燃焼量が増
加する。また水分濃度が高すぎると酸化活性が低下する
溶媒の使用量は酸化反応器においてイソフタル酸とその
中間体(メタトルイル酸及び3CBA)の合計量が10
〜35重量%となる量である。通常この場合の溶媒の供
給量はメタキシレンに対し1〜15重量倍、好ましくは
3〜12重量倍である。イソフタル酸とその中間体の合
計量の濃度が10χより低い場合には相対的に溶媒量が
多くなるために大型の結晶分離器を必要とし、また溶媒
回収工程で処理する溶媒量が多くなるので経済的でない
。またこの濃度が35χより高い場合には後酸化反応器
から粗イソフタル酸の晶析器に至る配管や晶析器等にお
いて閉塞を生し易い。
触媒のコバルト化合物、マンガン化合物および臭素化合
物は、各々、コバルトイオン、マンガンイオンおよび臭
素イオンを発生する化合物で、液相酸化に使用される周
知の化合物、たとえばコバルトおよびマンガンの炭酸塩
、酢酸塩4水和物、臭化物等が使用される。臭素化合物
は溶媒に溶解してすくにイオンに解離する無機化合物が
好ましく、特に臭化水素酸、臭化コバルト、臭化マンガ
ンなどが用いられる。
触媒の金属濃度は、上記の化合物によりコバルトおよび
マンガンの合計量で溶媒重量当り300〜1500pp
m 、好ましくは400〜1200ppmの範囲であり
、かつコバルトに対してマンガンの比率が原子比で0.
5〜5倍、好ましくは0.8〜4倍であるある。臭素は
コバルトおよびマンガンの合計量に対して原子比で0.
5〜1.5倍、好ましく0.6〜1.2倍の比率になる
濃度で用いられる。各金属成分の濃度を上記範囲とする
ことにより、主酸化および後酸化を経て3CBA濃度が
適当に保たれ、且つ色相の優れたイソフタル酸が得られ
、また酢酸の燃焼量を極めて低くできる。
第1工程の反応温度は180〜210°Cである。圧力
は溶媒の液相を保持するに十分な圧力であり、通常10
〜25 kg/c+n”の範囲で反応が行われる。
酸素含有ガスとしては通常空気が用いられる。
酸化反応の排ガス中の酸素濃度が2〜8容1χ、好まし
くは3〜6容量χに維持されるように、反応液中に空気
を供給する。
第1工程の主酸化反応においては、上に記載した範囲の
条件下で酸化して得られる粗イソフタル酸の3CBAを
500〜110000ppの範囲となるように滞留時間
、反応温度等の操作因子を制御する。
この段階で3CBAが低すぎると酸化度が過度になり、
結果的に着色性不純物を増すことになって後酸化しても
効果が上がらず、カラー品質は良くならない。また酢酸
燃焼量が増えることになって経済的に極めて不利になる
。この範囲を越えて3CBAが多くなると後酸化しても
3CBAが十分に酸化されず高純度イソフタル酸が得ら
れない。
なお上記の粗イソフタル酸の3CBAは、第1工程の反
応器から抜き出した酸化反応混合物を固液分離して得た
粗イソフタル酸結晶について測定したものである。
第2工程においてはまず第1工程の酸化反応生成混合物
が酸素含有ガスにより後酸化される。通常この後酸化は
、連続式の場合には第1工程の主酸化反応器から晶析槽
に移して行われるが、第1工程の主反応に引続く冷却過
程で行うこともできる。後酸化の温度は第1工程の酸化
反応温度とそれより30°C低い温度の間の温度である
。第2工程の酸化反応温度を第1工程の温度より高くす
ることは、加熱を必要とするので工業的に不利であるば
かりでなく、カラー品質の悪化を招き易い。また温度が
低すぎると後酸化が不十分になり、高純度イソフタル酸
が得られない。
後酸化に用いる酸素含有ガスとしでは空気が使用できる
が、また第1工程の酸化排ガスを使うこともできる。第
2工程における排ガス中の酸素濃度は2〜7容量χを維
持する。
後酸化の処理時間は実質的に目的の酸化が進行するに十
分な時間を与えれば良く、1〜300分、好ましくは2
〜120分の範囲である。
第2工程において最も重要な点は後酸化において得られ
る酸化反応液中の3CBAの濃度を100〜800pp
mとすることである。これは次の理由からであり、発明
者等が鋭意検討した結果得られたものである。
(])酸化処理した反応混合物は冷却してイソフタル酸
を晶出させ、結晶のイソフタル酸を固液分離し、イソフ
タル酸は次の第3工程で精製されるが、酸化反応液中の
3CBAの濃度を上記範囲とすることにより第3工程に
おいて高純度で且つ白色度の優れたイソフタル酸を得る
ことができる。
(2)イソフタル酸を固液分離した際に得られる母液に
は酢酸、水、安息香酸、メタトルイル酸、3CBA、イ
ソフタル酸と、フタル酸、トリメリット酸および着色性
物質等の高沸物が含まれる。発明者等の詳細検討の結果
、高沸物の流動性はイソフタル酸に対する安息香酸、3
CBA、メタトルイル酸、トリメリット酸の組成比に大
きく依存し、3 CBAを上記範囲とすることにより酢
酸溶液と他の成分を薄膜蒸発器を使用して分離すること
ができことが分かった。従って3CBAの濃度を上記範
囲とすることにより、酢酸が回収できるようになる。
なお後酸化において得られる酸化反応液中の3CBAの
濃度が800ppmよ、り高い場合には第3工程におい
て精製しても高純度のイソフタル酸が得られない。また
後酸化で3 CBAの濃度を1100ppより低くする
場合には精製イソフタル酸が着色し易く、更にメタトル
イル酸等も同時に著しく減少するため母液の蒸留により
得られる高沸物の流動性が著しく低下し、薄膜蒸発器に
よる酢酸の分離ができなくなる。
後酸化により得られる酸化反応液は、通常晶析器に移し
て最終的に110〜80°Cに冷却してイソフタル酸結
晶を析出させる。次に濾過操作により結晶は分離して第
3工程に送られる。母液の大部分は第1工程の酸化反応
器に戻されるが、一部は薄膜蒸発器で精製してメルト状
の高沸物と酢酸とに分離し、酢酸が回収される。なお薄
膜蒸発器の負荷を下げるために母液の一部を予め蒸留し
、その塔底液を薄膜蒸発器で精製することが好ましい。
上記の如くこの液には酢酸、イソフタル酸、安息香酸、
メタトルイル酸、3CBAおよび高沸物が適度に含まれ
いるので薄膜蒸発器を使用して酢酸を分離することがで
きる。なお本発明において用いられる薄膜蒸発器として
は例えばLuwa社製の形式のものが好適であり、濃縮
液が130〜230°Cとなるように熱媒流量を調整す
る。また母液の蒸留塔から分離される酢酸水溶液や薄膜
蒸発器からの酢酸は更に精留することが好ましく、この
精留により生成水が分離される。回収された酢酸は第1
工程の溶媒や第3工程の洗浄用に用いられる。
第3工程においては、第2工程の反応混合物から分離さ
れたイソフタル酸結晶を新しい酢酸を用いて懸濁液とし
、100°C以上の温度で撹拌処理した後イソフタル酸
結晶を分離する。
このイソフタル酸結晶の洗浄に用いられる酢酸には、前
工程において粗イソフタル酸の結晶から分離された母液
ではない新しい酢酸を用いる。この酢酸は含水酢酸でも
良く、その量はイソフタル酸に対し1〜5重量倍である
。撹拌処理の保持温度は100°C以上あれば十分であ
り、必ずしもイソフタル酸が完全に溶解する温度にまで
高める必要はない。また保持時間は10〜60分の範囲
である。
このような洗浄処理後、乾燥することにより白色度の極
めて優れた精製イソフタル酸が得られる。
第3工程においてイソフタル酸結晶を分離した後の母液
は、第1工程および第2工程の液相酸化の溶媒に使用で
き、これにより母液中に溶解したイソフタル酸が酸化工
程で回収される。
[実施例コ 次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。但
し本発明はこれらの実施例により制限されるものではな
い。
実施例1 (第1工程)攪拌装置、還流冷却装置、加熱装置を装備
し、原料導入口、空気導入口、排ガス排出口、還流液還
流口を有する耐圧チタン類の第1反応器、同様に攪拌装
置、還流冷却装置、加熱装置を装備し、空気導入口、排
ガス排出口、還流液還流口および反応生成物の送入口と
抜き出し口を有する耐圧チタン類の第2反応器および晶
析器を用いメタキシレンの連続酸化反応を行った。
第1反応器にメタキシレン100重量部、これにに対し
酢酸コバルト4水塩0.561部、酢酸マンガン4水塩
1.656  部、臭化水素酸(47χ) 1.117
部及び酢酸(水分10χ) 896.7部の割合からな
る原料液として連続的に送入しく触媒濃度は溶媒重量当
りコバルト147 ppm、マンガン412 ppm−
臭素576 ppm) 、空気を吹き込みながら酸化し
た。
温度200°C1圧力16.5kg/cm2Gの条件に
保ち、酸化排ガスの酸素濃度は5zに保つよう空気供給
量を調節した。この場合のメタキシレン供給速度は反応
器保有の溶媒容積1i当り毎時0.17kgで、平均滞
留時間は約30分であり、酸化反応器中のイソフタル酸
とその中間体の合計量の濃度は15.6χであった。
(第2工程)第1反応器で得られた酸化反応混合物は第
2反応器に移送し、温度195°C1圧力12kg/c
m2G、平均滞留時間50分の条件下で空気により後酸
化を行った。この時の排ガスの酸素濃度は3χに保持し
た。なお酢酸燃焼の指標になる酸化工程に於ける排ガス
中の(cO□+Co)生成量は、原料メタキシレン1モ
ル当り0.41モルであった。
第2反応器で後酸化処理された酸化反応混合物を100
″Cの晶析器に移しイソフタル酸結晶を析出させた。得
られたスラリーからイソフタル酸を酢酸で洗浄しながら
濾過分離した。分離された母液を蒸留により濃縮し、そ
の蒸留塔底液を260°Cに保持した熱媒が循環された
薄膜蒸発器に濃縮液が200°Cとなるように熱媒流量
を調節しながら6時間連続的に供給したところ高沸物が
良好に分離することができた。
(第3工程)濾過分離したイソフタル酸結晶に1.5重
量倍の新しい酢酸(水分10χ)を加えてなる懸濁液を
洗浄槽に移し、攪拌下で温度150°Cに30分間保持
した。洗浄処理したP!濁液を100°Cまで冷却し、
再び濾過分離した後乾燥し、精製イソフタル酸155重
量部を得た。この結果、原料のメタキシレンに対するイ
ソフタル酸の収率は93.0モルχであり、高純度でか
つ白色度の優れた精製イソフタル酸が得られた。
実施例2 実施例1において第1工程の触媒濃度を1,5倍とし、
温度200″Cで酸化反応を行った。この結果、高純度
でかつ白色度の優れた精製イソフタル酸が得られ、また
第2工程で薄膜蒸発器における高沸物の分離も良好であ
った。
ル較炎上 実施例2において第1工程の温度215°Cで酸化反応
を行った。この結果、第2工程の後酸化による粗イソフ
タル酸結晶における3 CBAの濃度が低いため高沸物
の流動性が悪く、薄膜蒸発器が操作不能であった。
失旌炎主 第1反応器にメタキシレン60重量部、これに対し酢酸
コバルト4水塩0.561部、酢酸マンガン4水塩1.
656部、臭化水素酸(47χN、551部および酢酸
(水分10χ) 496.2部の割合からなる原料液と
して連続的に送入しく触媒濃度は溶媒重量当りコバルト
276 pprrl、マンガン773 ppm、臭素1
500pI)m)、空気を吹き込みながら酸化した。こ
の酸化においては温度190°C1圧力16.5kg/
cm2Gの条件に保ち、酸化排ガスの酸素濃度は5χに
保つよう空気供給量を調節した。メタキシレン供給速度
は反応器保有の酢酸溶媒容積1!当り毎時0.09kg
で、平均滞留時間は約55分であり、酸化反応器中のイ
ソフタル酸とその中間体の合計量の濃度は19.0χで
あった。
第1反応器で得られた酸化反応混合物は第2反応器に移
送し、温度185°C1圧力12kg/cm2G、平均
滞留時間50分の条件下で空気により後酸化を行った。
排ガスの酸素濃度は3χに保った。
以下実施例1と同様の操作を行った結果、高純度でかつ
白色度の優れた精製イソフタル酸が得られ、また第2工
程で薄膜蒸発器における高沸物の分離も良好であった。
比較例2 実施例3において酢酸コバル) 1.795部、酢酸マ
ンガン4水塩を0.442部(コバルトに対するマンガ
ンの比率0.25)とした以外は同様とした。
この結果、第2工程の後酸化イソフタル酸結晶における
3CBAの濃度が低いため高沸物の流動性が悪く、薄膜
蒸発器が操作不能であった。
比較例3 第1工程を実施例1と同様とし、第2工程の後酸化を1
65°C1圧力フkg/cm2Gで行った。この結果、
薄膜蒸発器の処理は良好であったが、精製イソフタル酸
は3CBAが高濃度であり、着色していた。
此1■」± 第1工程及び第2工程を実施例1と同様とし、第3工程
における洗浄温度を90°Cとした。この結果、精製イ
ソフタル酸に着色が見られた。
各実施例および比較例の主要操作条件と、粗イソフタル
酸および精製イソフタル酸の結晶の分析結果を第1表に
示す。
なお第1表における粗イソフタル酸は第1反応器および
第2反応器から直接耐圧試料容器に酸化反応混合物をと
り100°Cで酢酸洗浄しなから固液分離して得られた
ものである。
また3CBAおよび樹脂色の測定方法は次の通りである
(1)3CBA:ポーラログラフイーによる定量値、な
お高純度イソフタル酸としては3CBAを50ppm以
下である必要がある。
(2)樹脂色: イソフタル酸:フマル酸:ネオペンチルグリコール:プ
ロピレングリコール=57:43:50:53の割合(
モル比)で重合させ、得られた樹脂のスチレン溶液(樹
脂60訂χ)について樹脂色をハーゼン色数で示す。樹
脂色はハーゼン色数が小さいほど良好であり、高純度イ
ソフタル酸としては少6なくとも30以下である必要が
ある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高機能化用途の不飽和ポリエステル樹
脂、アルキッド樹脂、耐熱性ポリアミド等のポリマー原
料として極めてカラー品質の優れた高純度イソフタル酸
が工業的に極めて容易に得られる。また本発明の方法で
は高価な精製工程が不要であるので建設費が小さく、酢
酸の使用量が少なくて済み、高純度イソフタル酸が高収
率で得られる。
特許出願人 三菱瓦斯化学株式会社 代理人 弁理士 小 堀 貞 文

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 含水酢酸溶媒中でコバルト・マンガン・臭素系触媒の存
    在下酸素含有ガスによりメタキシレンを酸化してイソフ
    タル酸を製造する方法において、 (a)酸化反応器において溶媒重量当りイソフタル酸と
    その中間体の合計量が10〜35重量%、コバルトおよ
    びマンガンの合計量が300〜1500ppm、コバル
    トに対するマンガンの原子比が0.5〜5倍、コバルト
    およびマンガンの合計量に対する臭素の原子比が0.5
    〜1.5倍となるように溶媒および触媒を供給し、温度
    180〜210℃、排ガスの酸素濃度を2〜8容量%に
    維持しながら酸化反応を行い、且つ該工程で得られる粗
    イソフタル酸の3−カルボキンベンズアルデヒドの濃度
    が500〜10000ppmの範囲になるように酸化反
    応を行う第1工程、 (b)第1工程で得られた酸化反応生成混合物を更に酸
    化して粗イソフタル酸中の3−ベンズアルデヒド濃度を
    100〜800ppmとし、粗イソフタル酸を分離した
    後、母液を薄膜蒸発装置を用いて精製して酢酸を回収す
    る第2工程、および (c)第2工程で得られたイソフタル酸結晶を新しい酢
    酸と混合し100℃以上の温度で撹拌処理した後、精製
    イソフタル酸を分離する第3工程 を有することを特徴とする高純度イソフタル酸の製造方
    法。
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