Proceso de extracción para la eliminación de impurezas de las aguas madres en la síntesis de ácido tereftálico.

Un proceso para la recuperación de un catalizador metálico a partir de unas aguas madres (101)obtenidas en un proceso de síntesis oxidativa de un ácido tereftálico,

en el que dichas aguas madres (101) sirvencomo corriente de suministro en el presente proceso, comprendiendo las aguas madres (101) ácido tereftálico, agua,un disolvente, comprendiendo el disolvente ácidos alifáticos monocarboxílicos o ácido benzoico y mezclas de losmismos y mezclas con agua, un catalizador metálico e impurezas, comprendiendo las impurezas bromurosorgánicos y metales de corrosión, en el que dichos metales de corrosión se eligen de entre compuestos de hierro yde cromo, comprendiendo dicho proceso las siguientes etapas:

(a) evaporar dichas aguas madres (101) que comprenden el ácido tereftálico, dicho catalizador metálico, lasimpurezas, el agua y el disolvente en una primera zona de evaporación (121) para producir una corriente devapor (104) y una corriente de aguas madres concentrada (105), en las que entre el 50% en peso y el 80% enpeso de dicho disolvente y del agua se eliminan de dichas aguas madres (101); y en las que la evaporaciónse realiza a una presión de desde 0,98 bar hasta 9,8 bar (entre 1 y 10 atmósferas);

(b) evaporar dicha corriente de aguas madres concentrada (105) en una segunda zona de evaporación (150)para formar una corriente rica en disolvente (144) y una corriente de aguas madres muy concentrada (145),en la que entre el 75% en peso y el 99% en peso de dicho disolvente y del agua se eliminan de dichas aguasmadres (101) en la etapa (a) y la etapa (b) combinadas, en la que dicha segunda zona de evaporación (150)comprende un evaporador operado a una temperatura de entre 20°C y 70°C; y en la que la evaporación serealiza en condiciones de vacío;

(c) separar las impurezas orgánicas (146) con una disolución acuosa de disolvente (149) a partir de dichacorriente de aguas madres muy concentrada (145) en una zona de separación sólido-líquido (151) paraformar una corriente acuosa (147) y una segunda corriente acuosa (148);

en la que la etapa de separación sólido-líquido comprende el suministro de la corriente de aguas madres muyconcentrada (145) a dicha zona de separación sólido-líquido (151) para producir impurezas orgánicas (146),la corriente acuosa (147) y la segunda corriente acuosa (148); en la que dicha zona de separación de sólidos(151) comprende al menos un aparato de separación sólido-líquido seleccionado de entre filtros, centrífugas,ciclones e hidrociclones;

en la que la corriente acuosa (147) se produce mediante la filtración de la corriente de aguas madres muyconcentrada (145); y

en la que la segunda corriente acuosa (148) se produce mediante la filtración de la corriente de aguasmadres muy concentrada (145) y el lavado con la disolución acuosa de disolvente (149);

y en la que las impurezas orgánicas (146) separadas a partir de las aguas madres muy concentradas (145)en la zona de separación sólido-líquido (151) se someten a una extracción del catalizador metálico deoxidación mediante la introducción de la disolución acuosa de disolvente (149) para formar la segundacorriente acuosa (148), en la que se recupera al menos el 80% del catalizador metálico de oxidación en lasfases acuosas de la corriente acuosa (147) y de la segunda corriente acuosa (148); y en la que el agua de ladisolución acuosa de disolvente (149) tiene una temperatura en el intervalo de desde 20ºC hasta 70°C;

(d) mezclar en una zona de mezcla (122) agua (106) y opcionalmente un disolvente de extracción (108) condicha corriente acuosa (147) y dicha segunda corriente acuosa (148) para formar una mezcla acuosa (107);

(e) añadir un disolvente de extracción (108) a dicha mezcla acuosa (107) en una zona de extracción (123)para formar una corriente de extracción (109) y una corriente de refinado (110), comprendiendo la corrientede extracción (109) disolvente, agua, impurezas orgánicas y disolvente orgánico que forma una fase ligera, ycomprendiendo la corriente de refinado (110) el catalizador metálico, los metales de corrosión y el agua, queforma la fase pesada; en la que la corriente de extracción (109) se extrae como una corriente de cabeza y lacorriente de refinado (110) se extrae del fondo del extractor en la zona de extracción (123).

Proceso de extracción para la eliminación de impurezas de las aguas madres en la síntesis de ácido tereftálico

ÁMBITO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a la recuperación de un catalizador metálico a partir de las aguas madres producidas en la síntesis del ácido tereftálico. Más particularmente, el proceso implica la adición de agua a una corriente de aguas madres muy concentrada para recuperar el catalizador metálico, y someter después una mezcla acuosa así formada a una única etapa de extracción para eliminar las impurezas orgánicas para producir una corriente de extracción y una corriente de refinado que comprenden el catalizador metálico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El ácido tereftálico se produce comercialmente mediante la oxidación de paraxileno en presencia de un catalizador, tal como, por ejemplo, Co, Mn, Br y un disolvente. El ácido tereftálico usado en la producción de fibras, películas y resinas de poliéster debe ser tratado adicionalmente para eliminar las impurezas presentes debidas a la oxidación del paraxileno.

El ácido tereftálico (TPA) es un intermedio en la producción de poliésteres para aplicaciones en plásticos y fibras. Los procesos comerciales para la elaboración del TPA se basan en la oxidación del p-xileno catalizada por un metal pesado, generalmente con un promotor de bromuro en un disolvente de ácido acético. Debido a la limitada solubilidad del TPA en ácido acético en las condiciones de oxidación prácticas, se forma una suspensión de cristales de TPA en el reactor de oxidación. Típicamente, los cristales de TPA se retiran del reactor y se separan de las aguas madres de la reacción usando técnicas de separación sólido-líquido convencionales. Las aguas madres, que contienen la mayor parte del catalizador y del promotor usados en el proceso, se reciclan al reactor de oxidación. Además del catalizador y del promotor, las aguas madres también contienen TPA disuelto y muchos subproductos e impurezas. Estos subproductos e impurezas surgen parcialmente de las impurezas menores presentes en la corriente de suministro de p-xileno. Otras impurezas surgen debido a la incompleta oxidación del p-xileno, que da como resultado productos parcialmente oxidados. Aún se forman otros subproductos por las reacciones laterales de competición en la oxidación del p-xileno a ácido tereftálico.

Los cristales sólidos de TPA obtenidos mediante la separación sólido-líquido se lavan generalmente con disolvente nuevo para desplazar la mayor porción de las aguas madres, y después se secan para eliminar la mayoría del

disolvente de ácido acético. Los cristales secos en bruto de TPA están contaminados por impurezas que estaban presentes en las aguas madres, dado que estas impurezas han coprecipitado con los cristales de TPA. También hay impurezas presentes debido a la oclusión en la estructura cristalina del TPA y debido a la incompleta eliminación de las aguas madres por el lavado con disolvente nuevo.

Muchas de las impurezas de las aguas madres que son recicladas son relativamente inertes a una oxidación adicional. Dichas impurezas incluyen, por ejemplo, ácido isoftálico, ácido ftálico y ácido trimelítico. También hay presentes impurezas que experimentan una oxidación adicional, tales como, por ejemplo, 4-carboxibenzaldehído, ácido p-toluico y p-tolualdehído. La concentración de las impurezas inertes a la oxidación tiende a acumularse en las aguas madres. La concentración de estas impurezas inertes aumentará en las aguas madres hasta que se alcance 45 un equilibrio por el cual la cantidad de cada impureza contenida en el producto seco de TPA equilibra su velocidad de formación o de adición al proceso de oxidación. Los niveles normales de impurezas en el TPA en bruto lo hacen inadecuado para su uso directo en la mayoría de las aplicaciones poliméricas.

Tradicionalmente, el TPA en bruto se ha purificado bien mediante la conversión al correspondiente dimetil éster o 50 bien mediante su disolución en agua con la subsiguiente hidrogenación con catalizadores de hidrogenación estándar. Más recientemente, se han usado tratamientos de oxidación secundarios para producir TPA de calidad polimérica. Independientemente del procedimiento usado para purificar el TPA para hacerlo adecuado para su uso en la elaboración de poliéster, es deseable minimizar la concentración de impurezas en las aguas madres y facilitar así la subsiguiente purificación del TPA. En muchos casos no es posible producir un TPA purificado de calidad

polimérica salvo que se utilice un medio para eliminar las impurezas de las aguas madres.

Una técnica para eliminar las impurezas a partir de una corriente de reciclado usada habitualmente en la industria del procesado químico es extraer o "purgar" alguna porción de la corriente de reciclado. Típicamente, la corriente de purga simplemente se desecha, o si está justificado económicamente, se somete a varios tratamientos para eliminar

las impurezas indeseadas y recuperar componentes valiosos. Un ejemplo es el documento U.S. # 4.939.297. La cantidad de purga necesaria para el control de las impurezas depende del proceso; sin embargo, una cantidad de purga igual al 10 -40% de las aguas madres totales es habitualmente suficiente para la elaboración del TPA. En la producción del TPA, el nivel de purga de las aguas madres necesario para mantener unas concentraciones 5 aceptables de impurezas, acoplado con el elevado valor económico de los componentes de catalizador metálico y de disolvente, hacen que la eliminación de la corriente de purga no sea económicamente atractiva. Por lo tanto, existe una necesidad de un proceso que recupere esencialmente la totalidad de los caros catalizadores metálicos y ácido acético contenidos en las aguas madres mientras se elimina una porción importante de las impurezas presentes en la corriente de purga. El catalizador metálico debería recuperarse en una forma activa adecuada para su reutilización mediante el reciclado en la etapa de oxidación de p-xileno.

Esta invención es una notable mejora con respecto a los procesos de purga típicos. Algunas de las ventajas son:

1) mejora en la operabilidad y la fiabilidad debido a la reducción en el potencial taponamiento; 15 2) reducción del uso global de energía.

La invención mejora la eficacia de eliminación de impurezas del proceso y la operabilidad del proceso en comparación con los procesos existentes.

Algunos procedimientos adicionales para la elaboración del ácido tereftálico en los que se eliminan el catalizador metálico o las impurezas se desvelan en los siguientes documentos:

El documento US4939297 se refiere a un procedimiento para la eliminación de impurezas a partir de las aguas madres de la síntesis oxidativa del ácido tereftálico que contienen ácido acético, agua, metales de corrosión, un 25 catalizador metálico e impurezas, que comprenden las etapas de (a) eliminar de las aguas madres mediante evaporación el 50 -95% del ácido acético y del agua contenidos en las mismas; (b) añadir una cantidad de agua a las aguas madres concentradas, suficiente para disolver el catalizador metálico y formar una mezcla acuosa; (c) extraer la mezcla acuosa mediante una extracción a contracorriente con un disolvente orgánico sustancialmente insoluble en agua, para producir una fase ligera que contiene el disolvente orgánico, una cantidad menor de agua,

ácido acético y las impurezas orgánicas, y una fase pesada que contiene una cantidad mayor de agua, los metales de corrosión y el catalizador metálico, y; (d) eliminar los metales de corrosión de la fase pesada mediante calentamiento y filtración, y; (e) eliminar las impurezas orgánicas de la fase ligera mediante destilación.

El documento US4356319 se refiere a un procedimiento para la recuperación del catalizador en forma activa a partir

de las aguas madres acéticas de la síntesis del ácido tereftálico. A partir de dichas aguas madres, tras la eliminación del agua, se elimina mediante evaporación una cantidad de desde el 70 hasta el 90% del CH3COOH presente en las mismas. Las aguas concentradas se enfrían por debajo de 60ºC y la fase sólida que precipita se recoge y se recicla para su reutilización en la síntesis. La fase líquida se extrae con agua o con una disolución acuosa de ácido acético en presencia de unos coadyuvantes en particular, tales como acetato de isobutilo, y la fase acuosa, que contiene el

catalizador recuperado, se recicla a la síntesis original.

El documento EP0764627A1 se refiere a un proceso para la producción de ácido tereftálico altamente puro que somete un compuesto de p-fenileno a una oxidación en... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la recuperación de un catalizador metálico a partir de unas aguas madres (101) obtenidas en un proceso de síntesis oxidativa de un ácido tereftálico, en el que dichas aguas madres (101) sirven como corriente de suministro en el presente proceso, comprendiendo las aguas madres (101) ácido tereftálico, agua, un disolvente, comprendiendo el disolvente ácidos alifáticos monocarboxílicos o ácido benzoico y mezclas de los mismos y mezclas con agua, un catalizador metálico e impurezas, comprendiendo las impurezas bromuros orgánicos y metales de corrosión, en el que dichos metales de corrosión se eligen de entre compuestos de hierro y de cromo, comprendiendo dicho proceso las siguientes etapas:

(a) evaporar dichas aguas madres (101) que comprenden el ácido tereftálico, dicho catalizador metálico, las impurezas, el agua y el disolvente en una primera zona de evaporación (121) para producir una corriente de vapor (104) y una corriente de aguas madres concentrada (105) , en las que entre el 50% en peso y el 80% en peso de dicho disolvente y del agua se eliminan de dichas aguas madres (101) ; y en las que la evaporación se realiza a una presión de desde 0, 98 bar hasta 9, 8 bar (entre 1 y 10 atmósferas) ;

(b) evaporar dicha corriente de aguas madres concentrada (105) en una segunda zona de evaporación (150) para formar una corriente rica en disolvente (144) y una corriente de aguas madres muy concentrada (145) , en la que entre el 75% en peso y el 99% en peso de dicho disolvente y del agua se eliminan de dichas aguas madres (101) en la etapa (a) y la etapa (b) combinadas, en la que dicha segunda zona de evaporación (150)

comprende un evaporador operado a una temperatura de entre 20°C y 70°C; y en la que la evaporación se realiza en condiciones de vacío;

(c) separar las impurezas orgánicas (146) con una disolución acuosa de disolvente (149) a partir de dicha corriente de aguas madres muy concentrada (145) en una zona de separación sólido-líquido (151) para formar una corriente acuosa (147) y una segunda corriente acuosa (148) ;

en la que la etapa de separación sólido-líquido comprende el suministro de la corriente de aguas madres muy concentrada (145) a dicha zona de separación sólido-líquido (151) para producir impurezas orgánicas (146) , la corriente acuosa (147) y la segunda corriente acuosa (148) ; en la que dicha zona de separación de sólidos (151) comprende al menos un aparato de separación sólido-líquido seleccionado de entre filtros, centrífugas, ciclones e hidrociclones;

en la que la corriente acuosa (147) se produce mediante la filtración de la corriente de aguas madres muy concentrada (145) ; y en la que la segunda corriente acuosa (148) se produce mediante la filtración de la corriente de aguas madres muy concentrada (145) y el lavado con la disolución acuosa de disolvente (149) ; y en la que las impurezas orgánicas (146) separadas a partir de las aguas madres muy concentradas (145)

en la zona de separación sólido-líquido (151) se someten a una extracción del catalizador metálico de oxidación mediante la introducción de la disolución acuosa de disolvente (149) para formar la segunda corriente acuosa (148) , en la que se recupera al menos el 80% del catalizador metálico de oxidación en las fases acuosas de la corriente acuosa (147) y de la segunda corriente acuosa (148) ; y en la que el agua de la disolución acuosa de disolvente (149) tiene una temperatura en el intervalo de desde 20ºC hasta 70°C;

(d) mezclar en una zona de mezcla (122) agua (106) y opcionalmente un disolvente de extracción (108) con dicha corriente acuosa (147) y dicha segunda corriente acuosa (148) para formar una mezcla acuosa (107) ;

(e) añadir un disolvente de extracción (108) a dicha mezcla acuosa (107) en una zona de extracción (123) para formar una corriente de extracción (109) y una corriente de refinado (110) , comprendiendo la corriente de extracción (109) disolvente, agua, impurezas orgánicas y disolvente orgánico que forma una fase ligera, y

comprendiendo la corriente de refinado (110) el catalizador metálico, los metales de corrosión y el agua, que forma la fase pesada; en la que la corriente de extracción (109) se extrae como una corriente de cabeza y la corriente de refinado (110) se extrae del fondo del extractor en la zona de extracción (123) .

2. El proceso según la reivindicación 1 en el que entre el 85% en peso y el 99% en peso de dicho 50 disolvente y de agua se elimina de dichas aguas madres (101) en la etapa (a) y la etapa (b) combinadas.

3. El proceso según la reivindicación 3 en el que dicha zona de extracción (123) comprende un extractor a contracorriente.

4. El proceso según la reivindicación 3 en el que dicha zona de extracción (123) comprende un extractor de etapa única.

5. El proceso según la reivindicación 3 en el que dicha corriente rica en disolvente (144) comprende un disolvente seleccionado de entre el grupo que consiste en acetato de n-propilo, acetato de isopropilo, acetato de

isobutilo, acetato de sec-butilo, acetato de etilo y acetato de n-butilo.

6. El proceso según la reivindicación 1, en el que el ácido monocarboxílico contiene entre 2 y 6 átomos de carbono.

7. El proceso según la reivindicación 1, en el que el disolvente es ácido acético mezclado con agua.