Procedimiento para la eliminación de ácido benzoico de una corriente de purga de oxidante.

Un procedimiento para producir una corriente rica en ácido benzoico,

comprendiendo dicho procedimiento:

(a) someter una corriente de purga de oxidante a evaporación en una zona de evaporador principal para producir una corriente de vapor y una suspensión de purga superconcentrada;

(b) filtrar dicha suspensión de purga superconcentrada en una zona de separación sólido-líquido para formar una torta de filtración y aguas madres en el que dicha zona de separación sólido-líquido comprende al menos un dispositivo seleccionado del grupo que consiste en filtros de banda de presión, filtros prensa, centrífugas, filtros de hojas de presión y filtros de flujo cruzado;

(c) lavar dicha torta de filtración con una alimentación de lavado en dicha zona de separación sólido-líquido para formar una torta lavada y un filtrado de lavado;

(d) someter dichas aguas madres a evaporación en una zona de evaporadores para formar un vapor rico en disolvente; y

(e) someter dicho vapor rico en disolvente a destilación en una zona de separación para formar una corriente rica en disolvente y dicha corriente rica en ácido benzoico.

Procedimiento para la eliminación de ácido benzoico de una corriente de purga de oxidante

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la eliminación de impurezas, específicamente ácido benzoico, de las aguas madres producidas en la síntesis de ácido carboxílico, normalmente ácido tereftálico. La presente invención también se refiere a la eliminación de impurezas, específicamente ácido benzoico, de una corriente que lleva ácido benzoico producida en la síntesis de ácido carboxílico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El ácido tereftálico se produce comercialmente por oxidación de para-xileno en presencia de un catalizador tal como,

por ejemplo, Co, Mn, Br y un disolvente. El ácido tereftálico usado en la producción de fibras de poliéster, películas y resinas debe tratarse adicionalmente para eliminar impurezas formadas como resultado de la oxidación de paraxileno.

El ácido tereftálico (TPA) es un producto intermedio en la producción de poliésteres para plásticos y aplicaciones de fibra. Los procedimientos comerciales para la fabricación de TPA se basan frecuentemente en la oxidación catalizada por metal pesado de p-xileno, generalmente con un promotor de bromuro en un disolvente de ácido acético. Debido a la solubilidad limitada del TPA en ácido acético bajo condiciones de oxidación prácticas, una suspensión de cristales de TPA se forma normalmente en el reactor de oxidación. Normalmente, la suspensión de oxidante de TPA se saca del reactor, y los sólidos de TPA se separan de las aguas madres del oxidante usando técnicas de separación sólido-líquido convencionales. La aguas madres del oxidante, que contienen la mayoría del catalizador y promotor usados en el procedimiento, se recirculan al reactor de oxidación. Aparte del catalizador y promotor, la corriente de aguas madres del oxidante también contiene TPA disuelto y muchos subproductos e impurezas. Estos subproductos e impurezas se producen parcialmente a partir de impurezas menores presentes en la corriente de alimentación de p-xileno. Otras impurezas se producen debido a la oxidación incompleta de p-xileno,

produciendo productos parcialmente oxidados. Todavía otros subproductos resultan de reacciones laterales de competición formadas como resultado de la oxidación de p-xileno a ácido tereftálico.

Los sólidos de TPA se someten a separación sólido-líquido en la que se utiliza disolvente fresco para desplazar una mayor porción del componente líquido de las aguas madre del oxidante. Después del secado, los sólidos de TPA se contaminan con impurezas que estaban presentes en las aguas madres del oxidante ya que estas impurezas pueden incorporarse en los sólidos de TPA. Las impurezas también están presentes debido a oclusiones en la estructura cristalina de TPA y debido a la eliminación incompleta de las aguas madres del oxidante por el lavado con disolvente fresco.

Muchas de las impurezas en la corriente de aguas madres del oxidante que se recirculan son relativamente inertes a la posterior oxidación. Tales impurezas incluyen, por ejemplo, ácido isoftálico, ácido ftálico y ácido trimelítico. También están presentes impurezas que pueden someterse adicionalmente a oxidación, tales como, por ejemplo, 4carboxibenzaldehído, ácido p-toluico y p-tolualdehído. Las impurezas inertes a la oxidación tienden a acumularse en las aguas madres del oxidante tras la recirculación. La concentración de estas impurezas inertes aumentará en las 45 aguas madres del oxidante hasta que se alcance un equilibrio, por lo que la tasa de eliminación de cada impureza mediante el producto de TPA se equilibra con la tasa de formación y la tasa de adición al procedimiento de oxidación. El nivel normal de impurezas en TPA en bruto comercial hace inadecuado el uso directo en la mayoría de las aplicaciones de polímero.

Convencionalmente, el TPA en bruto se ha purificado tanto por conversión de un éster dimetílico como por disolución en agua con posterior hidrogenación sobre catalizadores de hidrogenación convencionales. Más recientemente se han usado tratamientos oxidantes secundarios para producir TPA de calidad polímero. Se desea minimizar la concentración de impurezas en las aguas madres y así facilitar la posterior purificación de TPA. En algunos casos no es posible producir un TPA de calidad polímero purificado, a menos que se utilicen algunos 55 medios para eliminar impurezas de la corriente de aguas madres del oxidante.

El documento WO 9730963 (A1) desvela un procedimiento para la producción de un ácido carboxílico aromático que comprende oxidar un precursor del ácido carboxílico aromático en un medio de fase líquida acuosa que comprende un ácido carboxílico alifático inferior y en presencia de un sistema de catalizadores de metal pesado, sacar de la mezcla de reacción una suspensión del ácido carboxílico aromático en aguas madres que comprenden principalmente el ácido alifático, someter la suspensión a una separación sólido-líquido para recuperar cristales de ácido carboxílico aromático, recircular una primera fracción de las aguas madres resultantes a la reacción de oxidación, concentrar una segunda fracción de las aguas madres separadas para eliminar ácido alifático y desechar

o procesar el residuo concentrado, caracterizado porque la segunda fracción de aguas madres se somete a separación sólido-líquido antes de la concentración de la misma.

El documento GB 2067563 (A) desvela un procedimiento para la síntesis de ácido tereftálico que comprende oxidar p-xileno con oxígeno en una disolución de ácido acético en presencia de un sistema de catalizadores, separar ácido 10 tereftálico sólido de las aguas de reacción madres, tratar las aguas madres para reducir el contenido de agua de las mismas y concentrar al menos una porción de las aguas resultantes para eliminar del 70 al 90 % del ácido acético 25 contenido en su interior, en el que dichas aguas madres concentradas se enfrían por debajo de WC para producir la precipitación de una fase sólida, la fase sólida se separa de la fase líquida restante que contiene impurezas orgánicas y al menos una porción de la fase sólida se recircula a la zona de síntesis; la fase líquida restante se extrae con agua o disolución acuosa de ácido acético en presencia de un coadyuvante seleccionado de p-xileno, acetato de isobutilo y acetato de butilo secundario 30 para formar una fase pesada que se separa y al menos una porción de la fase pesada se recircula a la zona de síntesis.

Una técnica para la eliminación de impurezas de una corriente de recirculación comúnmente usada en la industria del procesamiento químico es sacar o “purgar” alguna porción de la corriente de recirculación. Normalmente, la corriente de purga es simplemente desechada o, si está económicamente justificado, se somete a diversos tratamientos para eliminar impurezas no deseadas mientras que se recuperan componentes valiosos. Un ejemplo de este procedimiento es el documento nº U.S. 4.939.297. La cantidad de purga requerida para el control de impurezas es dependiente del procedimiento; sin embargo, una cantidad de purga igual al 10-40 % en peso de la corriente de aguas madres del oxidante total es normalmente suficiente para producir TPA adecuado como materia primera para la fabricación comercial de polímero. En la producción de TPA, el porcentaje de purga de la corriente de aguas madres del oxidante necesaria para mantener concentraciones de impurezas aceptables, acoplado al valor económico del catalizador metálico y componentes de disolvente en la corriente de purga de oxidante, hacen que la simple deposición de la corriente de purga de oxidante sea económicamente poco atractiva. Así, existe la necesidad

de un procedimiento que recupere esencialmente todos los catalizadores metálicos valiosos y ácido acético contenido en la corriente de purga de oxidante mientras que se elimina una porción importante de las impurezas presentes en la corriente de purga de oxidante. El catalizador metálico puede recuperarse en una forma activa adecuada para la reutilización por recirculación directa a la etapa de oxidación de p-xileno.

Un beneficio de la presente invención es los ahorros de costes de energía y capital en comparación con el procedimiento de purga basado en la extracción previamente descrita.

Otro beneficio de la presente invención es su eficacia en comparación con los procedimientos de purga de extracción con respecto a la utilidad de la (s) corriente (s) de disolvente recirculada (s) al procedimiento de TPA. La motivación primaria en un procedimiento de extracción de líquido se basa en la suposición de que la introducción... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir una corriente rica en ácido benzoico, comprendiendo dicho procedimiento: 5

(a) someter una corriente de purga de oxidante a evaporación en una zona de evaporador principal para producir una corriente de vapor y una suspensión de purga superconcentrada;

(b) filtrar dicha suspensión de purga superconcentrada en una zona de separación sólido-líquido para formar una torta de filtración y aguas madres en el que dicha zona de separación sólido-líquido comprende al menos

un dispositivo seleccionado del grupo que consiste en filtros de banda de presión, filtros prensa, centrífugas, filtros de hojas de presión y filtros de flujo cruzado;

(c) lavar dicha torta de filtración con una alimentación de lavado en dicha zona de separación sólido-líquido para formar una torta lavada y un filtrado de lavado;

(d) someter dichas aguas madres a evaporación en una zona de evaporadores para formar un vapor rico en 15 disolvente; y

(e) someter dicho vapor rico en disolvente a destilación en una zona de separación para formar una corriente rica en disolvente y dicha corriente rica en ácido benzoico.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que del 50 % en peso al 80 % en peso de dicho 20 disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) .

3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que del 75 % en peso al 99 % en peso de dicho disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) .

4. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que del 85 % en peso al 99 % en peso de dicho disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) .

5. El procedimiento según las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, en el que dicha alimentación de lavado se añade a dicha zona de separación sólido-líquido a un intervalo de temperatura de 20 ºC a 100 ºC. 30

6. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicha alimentación de lavado se añade a dicha zona de separación sólido-líquido a un intervalo de temperatura de 30 ºC a 50 ºC.

7. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha corriente rica en ácido benzoico 35 comprende ácido benzoico en una cantidad superior al 30 % en peso.

8. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha zona de evaporador principal comprende al menos un evaporador operado a una temperatura de 20 ºC a 70 ºC.

9. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha zona de separación sólido-líquido comprende al menos un dispositivo de filtración a presión.

10. El procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo de filtración a presión opera a una temperatura entre 25 ºC y 160 ºC. 45

11. El procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo de filtración a presión opera a una presión de 1 × 105 Pa (1 atmósfera) a 5 × 106 Pa (50 atmósferas) .

12. El procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en el que dicho dispositivo de filtración a presión

comprende al menos una celda de filtración y, en el que al menos una celda de filtración acumula al menos 0, 64 cm (0, 25 pulgadas) de profundidad de dicha torta de filtración.

13. El procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en el que dicho dispositivo de filtración a presión comprende al menos una celda de filtración y, en el que al menos una celda de filtración acumula al menos 1, 3 cm 55 (0, 5 pulgadas) de profundidad de dicha torta de filtración.

14. El procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en el que dicho dispositivo de filtración a presión comprende al menos una celda de filtración y, en el que al menos una celda de filtración acumula al menos 3 cm (1 pulgada) de profundidad de dicha torta de filtración.

15. El procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en el que dicha alimentación de lavado forma un depósito sobre dicha torta de filtración que tiene al menos 0, 64 cm (0, 25 pulgadas) de profundidad.

16. El procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en el que dicho dispositivo de filtración a presión opera a una temperatura entre 25 ºC y 160 ºC

17. El procedimiento según la reivindicación 16, en el que dicho dispositivo de filtración a presión opera a una presión de 1 × 105 Pa (1 atmósfera) a 5 × 106 Pa (50 atmósferas) . 10

18. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que dicho secado produce dicha torta desaguada que tiene un contenido de humedad del 10 % en peso al 50 % en peso.

19. El procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en el que dicho dispositivo de filtración a presión es 15 un filtro de tambor rotatorio a presión.

20. El procedimiento según la reivindicación 19, en el que dicho filtro de tambor rotatorio a presión se opera a una presión de 1 × 105 Pa (1 atmósfera) a 5 × 105 Pa (5 atmósferas) .

21. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho lavado es a contracorriente.

22. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la etapa (a) comprende:

(a1) someter la corriente de purga de oxidante a evaporación en una primera zona de evaporadores para 25 producir una corriente de vapor y una suspensión de purga concentrada; y

(a2) someter dicha suspensión de purga concentrada a evaporación en una segunda zona de evaporadores para formar una corriente rica en disolvente y la suspensión de purga superconcentrada.

23. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que del 50 % en peso al 80 % en peso de dicho 30 disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) .

24. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que del 75 % en peso al 99 % en peso de dicho disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) y etapa (b) combinadas.

25. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que del 85 % en peso al 99 % en peso de dicho disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) y etapa (b) combinadas.

26. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que del 90 % en peso al 99 % en peso de dicho disolvente y agua se elimina de dicha corriente de purga de oxidante en la etapa (a) y etapa (b) combinadas. 40

27. El procedimiento según las reivindicaciones 22, 23, 24 ó 25, en el que dicha alimentación de lavado se añade a dicha zona de separación sólido-líquido a un intervalo de temperatura de 20 ºC a 100 ºC.

28. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicha alimentación de lavado se añade a dicha 45 zona de separación sólido-líquido a un intervalo de temperatura de 30 ºC a 50 ºC.

29. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicha corriente rica en ácido benzoico comprende ácido benzoico en una cantidad superior al 30 % en peso.

30. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicha segunda zona de evaporadores comprende un evaporador operado a una temperatura de 20 ºC a 70 ºC.

31. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicha segunda zona de evaporadores comprende al menos un evaporador que opera a condiciones de vacío. 55

32. El procedimiento según la reivindicación 30, en el que dicha segunda zona de evaporadores comprende un evaporador que opera a condiciones de vacío.

33. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicho al menos un dispositivo es un dispositivo

de filtración a presión y dicho dispositivo de filtración a presión opera a una temperatura entre 25 ºC y 160 ºC.

34. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicho al menos un dispositivo es un dispositivo

de filtración a presión y dicho dispositivo de filtración a presión opera a una presión de 1 × 105 Pa (1 atmósfera) a 5 × 5 106 Pa (50 atmósferas) .

35. El procedimiento según la reivindicación 33 ó 34, en el que dicho dispositivo de filtración a presión comprende al menos una celda de filtración y, en el que al menos una celda de filtración acumula al menos 0, 64 cm (0, 25 pulgadas) de profundidad de dicha torta de filtración.

36. El procedimiento según la reivindicación 33 ó 34, en el que dicho dispositivo de filtración a presión comprende al menos una celda de filtración y, en el que al menos una celda de filtración acumula al menos 1, 3 cm (0, 5 pulgadas) de profundidad de dicha torta de filtración.

37. El procedimiento según la reivindicación 33 ó 34, en el que dicho dispositivo de filtración a presión comprende al menos una celda de filtración y, en el que al menos una celda de filtración acumula al menos 3 cm (1 pulgadas) de profundidad de dicha torta de filtración.

38. El procedimiento según la reivindicación 33 ó 34, en el que dicha alimentación de lavado forma un 20 depósito sobre dicha torta de filtración que tiene al menos 0, 64 cm (0, 25 pulgadas) de profundidad.

39. El procedimiento según la reivindicación 33 ó 34, en el que dicho dispositivo de filtración a presión opera a una temperatura entre 25 ºC y 160 ºC.

40. El procedimiento según la reivindicación 39, en el que dicho dispositivo de filtración a presión opera a una presión de 1 × 105 Pa (1 atmósfera) a 5 × 106 Pa (50 atmósferas) .

41. El procedimiento según la reivindicación 40, en el que dicho desagüe produce dicha torta desaguada que tiene un contenido de humedad del 10 % en peso al 50 % en peso. 30

42. El procedimiento según la reivindicación 33 ó 34, en el que dicho dispositivo de filtración a presión es un filtro de tambor rotatorio a presión.

43. El procedimiento según la reivindicación 42, en el que dicho filtro de tambor rotatorio a presión opera a 35 una presión de 1 × 105 Pa (1 atmósfera) a 5 × 105 Pa (5 atmósferas) .