Procedimiento para purificar ácidos carboxílicos aromáticos.

Un procedimiento para purificar un ácido carboxílico aromático que comprende poner en contacto con hidrógeno,

en condiciones de hidrogenación y en presencia de un catalizador, una disolución acuosa que comprende un ácido carboxílico aromático, en el que el catalizador comprende un metal catalizador de hidrogenación del grupo VIII dispuesto sustancialmente sobre la superficie de un soporte que comprende carburo de silicio que tiene una superficie específica BET de al menos 10 m2/g, y el catalizador tiene una pérdida por desgaste inicial de acuerdo con la norma ASTM D-4058 de hasta 1, 2% en peso y el carburo de silicio es sustancialmente estable en la disolución acuosa en las condiciones de la reacción de hidrogenación, indicado por una pérdida de peso del catalizador de menos de 2% en peso después de 20 días de exposición a una disolución al 20% en peso de ácido tereftálico a 275ºC y 5860 kPa manométricos (850 psig) .

Procedimiento para purificar ácidos carboxílicos aromáticos.

Campo de la invención [0001] Esta invención se refiere al tratamiento de ácidos carboxílicos aromáticos impuros para reducir los niveles de impurezas y, más en particular, a la purificación de un ácido tereftálico impuro, tal como un producto de ácido tereftálico bruto hecho por oxidación de un material de alimentación que comprende para-xileno, por

hidrogenación catalítica de una disolución acuosa del producto que se va a tratar a temperatura y presión elevadas, en presencia de un catalizador que comprende un metal que tiene actividad catalítica para la hidrogenación y un soporte que comprende carburo de silicio.

Antecedentes de la invención [0002] La purificación de ácidos carboxílicos aromáticos por hidrogenación catalítica en general implica poner en contacto una disolución acuosa que comprende un producto ácido impuro que contiene un ácido carboxílico aromático deseado e impurezas, tal como un producto bruto hecho por oxidación de materiales de alimentación aromáticos sustituidos con alquilo o con otros, con hidrógeno a temperatura y presión elevadas en presencia de un catalizador que comprende un metal con actividad catalítica para la hidrogenación, dispuesto sustancialmente sobre la superficie de un vehículo sólido que es inerte con los reaccionantes y sustancialmente insoluble en la mezcla de reacción líquida en las condiciones de reacción. La hidrogenación de la disolución acuosa de producto impuro permite la separación de un producto sólido purificado de la disolución de la reacción hidrogenada con una parte mayor de las impurezas que afectan a la calidad del producto ácido carboxílico aromático contenidas en las aguas madre que quedan como resultado de la hidrogenación a especies con mayor solubilidad acuosa de modo que permanecen disueltas en las aguas madre, o a especies menos perjudiciales para la calidad si están presentes en el producto purificado.

A modo de ejemplo, el ácido tereftálico se usa ampliamente para la fabricación de poliésteres de poli (tereftalato de etileno) usado para hacer fibras, películas y botellas entre otras cosas, y habitualmente se hace por oxidación en fase líquida catalizada por metales pesados de materiales de alimentación de para-xileno. El producto de oxidación bruto resultante típicamente comprende el ácido tereftálico deseado y cantidades de productos intermedios y otros subproductos de oxidación, tales como 4-carboxibenzaldehído y ácido p-toluico, y especies coloreadas o que forman color tales como 2, 6-dicarboxifluorenona y 2, 6-dicarboxiantraquinona. El producto bruto con hasta aproximadamente 5.000 a 10.000 partes por millón en peso ("ppmp") de 4-carboxibenzaldehído no es poco común, y cantidades incluso tan bajas como 25 ppmp pueden ser o se pueden correlacionar con niveles de impurezas que pueden ser perjudiciales para el color de los poliésteres. Como se sabe del documento US 3.584.039, la purificación de dicho producto bruto y otros productos de ácido tereftálico impuros por hidrogenación catalítica de una disolución acuosa de los mismos a temperaturas y presiones elevadas, convierte el 4

carboxibenzaldehído en ácido hidroximetilbenzoico, que a su vez se convierte en ácido p-toluico, los cuales son ambos más solubles en el líquido de la reacción acuosa que el ácido tereftálico. El ácido tereftálico sólido con niveles reducidos de 4-carboxibenzaldehído comparado con el producto bruto de partida, se puede cristalizar en el líquido de reacción, mientras que el ácido hidroximetilbenzoico y el ácido p-toluico que resultan de la hidrogenación del 4-carboxibenzaldehído permanecen en disolución. La hidrogenación del producto bruto también convierte 45 especies de bencilo, fluorenona y antraquinona coloreadas y que forman color tales como el 2, 6-dicarboxifluoreno y la 2, 6-dicarboxiantraquinona, en los correspondientes compuestos hidrogenados incoloros o menos coloreados. La purificación relacionada de productos de ácido isoftálico impuros, hecha habitualmente por oxidación en fase líquida de materiales de alimentación de meta-xileno, se describe en el documento US 4.933.492.

Los catalizadores convencionales para aplicaciones comerciales prácticas de dichos procedimientos, normalmente comprenden paladio soportado sobre un soporte de carbón granular inerte. Los soportes de carbón se pueden obtener fácilmente y son químicamente estables en los entornos ácidos, a alta temperatura, de los procedimientos de las reacciones de purificación. Sin embargo, los soportes de carbón tienden a ser frágiles y los catalizadores soportados sobre carbón son dañados fácilmente por los cambios bruscos de flujo, presión y

temperatura del procedimiento. Incluso un daño pequeño puede producir partículas de catalizador finas que pueden ser arrastradas con el producto desde un reactor de purificación y contaminan el producto purificado. En el caso de productos de ácido tereftálico purificados, esta contaminación típicamente se pone de manifiesto por niveles de contaminación de partículas altos, indicados por medidas estándar tales como los valores L*, que indican la tonalidad grisácea en una escala de 100 (que corresponde a blanco o incoloro) a 0 (que corresponde a negro) , considerándose en general los valores por debajo de 98 pobres para el ácido tereftálico purificado.

El daño más grave a los catalizadores soportados sobre carbón puede degradar el lecho catalítico de forma tan extensa que la caída de presión del reactor se hace inaceptable. En dichos casos, debe sustituirse el 5 lecho del catalizador entero. Otra consecuencia de la fragilidad de los soportes de carbón convencionales es la pérdida de metales catalizadores a lo largo de la vida útil de un lecho de catalizador debido a los finos generados durante los cambios bruscos y procedimientos de carga y mantenimiento del catalizador. Los lechos de catalizador gastados que contienen 70% o incluso menos de su contenido de metal catalizador inicial no son poco comunes. La pérdida de metales catalizadores no solo disminuye la actividad catalítica y la vida útil sino que también crea una penalización económica por la propia pérdida de los metales, en especial en el caso de metales caros tales como el paladio.

Un soporte de catalizador más fuerte podría reducir estas dificultades con los soportes de carbón. Con respecto a esto, propiedades tales como la resistencia a la compresión y resistencia a la abrasión, formación de 15 finos de catalizador y pérdida de metales catalizadores en las condiciones de manejo, almacenamiento y uso, son atributos importantes de un soporte. Sin embargo, la mejora de propiedades a veces es difícil de lograr sin sacrificar otras. Además de la fortaleza y resistencia a la abrasión, la utilidad de un soporte con metales catalizadores particulares para reacciones químicas particulares en una escala y en condiciones adecuadas para aplicaciones prácticas en procedimientos, está afectada, a menudo de forma impredecible, por su actividad o falta de actividad, 20 por reacciones secundarias y afinidad o falta de la misma, por la adsorción y otros fenómenos superficiales en las condiciones de uso, características de la superficie, tales como la superficie específica, el tamaño y volumen de poros, idoneidad para cargas de metales catalizadores fáciles y adecuadas en la preparación de catalizadores y velocidades de reacción eficaces durante el uso del catalizador y otros factores. El dióxido de titanio en forma de rutilo, por ejemplo, es más fuerte y resistente a la abrasión que los soportes de carbón convencionales, a pesar de 25 superficies específicas de solo aproximadamente 10 a aproximadamente 40 m2/g comparado con cientos a miles de m2/g en el caso de soportes de carbón, y los catalizadores de purificación de ácidos aromáticos con metales catalizadores soportados sobre dióxido de titanio rutilo se conocen del documento US 5.362.908. Sin embargo, el documento US 5.616.792 indica que permanecen cuerpos de color después de la hidrogenación del ácido tereftálico bruto usando catalizadores soportados sobre dióxido de titanio rutilo. Por lo tanto, a pesar de la mejor fuerza y

resistencia a la abrasión comparados con los soportes de carbón convencionales, el rendimiento de los catalizadores de platino y paladio soportados sobre dióxido de titanio rutilo en la purificación del ácido tereftálico es inferior a la de los catalizadores con soportes de carbón convencionales.

El documento US 3.584.039, indicado antes, describe metales catalizadores y soportes para purificar

ácido tereftálico impuro por hidrogenación catalítica de ácido tereftálico impuro en disolución en... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para purificar un ácido carboxílico aromático que comprende poner en contacto con hidrógeno, en condiciones de hidrogenación y en presencia de un catalizador, una disolución acuosa que 5 comprende un ácido carboxílico aromático, en el que el catalizador comprende un metal catalizador de hidrogenación del grupo VIII dispuesto sustancialmente sobre la superficie de un soporte que comprende carburo de silicio que tiene una superficie específica BET de al menos 10 m2/g, y el catalizador tiene una pérdida por desgaste inicial de acuerdo con la norma ASTM D-4058 de hasta 1, 2% en peso y el carburo de silicio es sustancialmente estable en la disolución acuosa en las condiciones de la reacción de hidrogenación, indicado por una pérdida de peso del catalizador de menos de 2% en peso después de 20 días de exposición a una disolución al 20% en peso de ácido tereftálico a 275ºC y 5860 kPa manométricos (850 psig) .

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el catalizador contiene de 0, 1 a 5% en peso de metal catalizador de hidrogenación.

1.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el metal catalizador de hidrogenación comprende paladio.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el ácido carboxílico aromático comprende ácido 20 tereftálico.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el ácido carboxílico aromático comprende un producto ácido carboxílico aromático bruto obtenido por oxidación en fase líquida de un material de alimentación que comprende un compuesto aromático con uno o más sustituyentes oxidables a un grupo ácido carboxílico y que comprende ácido carboxílico aromático y al menos un producto intermedio o subproducto de oxidación.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que el producto ácido carboxílico aromático bruto comprende ácido tereftálico.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el ácido carboxílico aromático comprende ácido carboxílico aromático y al menos un compuesto carbonílico aromático que forma un compuesto hidrogenado más soluble en disolución acuosa que el compuesto carbonílico aromático y que el ácido carboxílico aromático o con menos color o tendencia a formar color.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el que el compuesto carbonílico aromático comprende al menos uno de benzaldehído, 2-, 3- y 4-carboxibenzaldehído, 2, 6-dicarboxifluorenona o 2, 6dicarboxiantraquinona 9. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende separar del líquido de reacción 40 acuoso hidrogenado un producto ácido carboxílico aromático sólido.

10. El procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que además comprende las etapas que comprenden:

poner en contacto un material de alimentación que comprende un compuesto aromático con sustituyentes oxidables con oxígeno en presencia de un catalizador de metal pesado en una mezcla de reacción líquida en condiciones de reacción de oxidación;

separar de la mezcla de reacción líquida un producto bruto que comprende el ácido carboxílico aromático y al menos 50 un producto intermedio o subproducto de oxidación; y

formar una disolución acuosa que comprende el producto bruto.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que el producto intermedio o subproducto de la 55 oxidación comprende al menos un carboxibenzaldehído.

12. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que el producto intermedio o subproducto de la oxidación comprende 4-carboxibenzaldehído.

13. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que el catalizador tiene una superficie específica BET de al menos 20 m2/g.

14. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el ácido carboxílico aromático comprende ácido tereftálico y al menos una impureza que comprende 4-carboxibenzaldehído, ácido hidroximetil-benzoico, ácido p-toluico, 2, 6-dicarboxifluorenona, 2, 6-dicarboxiantraquinona, 2, 4’, 5tricarboxibifenilo, 2, 5-dicarboxifenil-4-carboxifenil-metano, 3, 4’- y 4, 4’-dicarboxibifenilo, y 2, 6-dicarboxifluoreno.

15. Un procedimiento para fabricar ácido tereftálico en forma purificada de acuerdo con cualquiera de las 10 reivindicaciones 1 a 9, que comprende las etapas que comprenden:

poner en contacto en condiciones de reacción de oxidación, un material de alimentación que comprende p-xileno con oxígeno en presencia de un catalizador de metal pesado en una mezcla de reacción líquida que incluye un disolvente que comprende un ácido monocarboxílico de bajo peso molecular y agua;

separar de la mezcla de reacción líquida un producto bruto que comprende ácido tereftálico y al menos un producto intermedio o subproducto de oxidación; y

formar una disolución acuosa que comprende el producto bruto;

poner en contacto la disolución acuosa con hidrógeno, en presencia de un catalizador a una temperatura de 200 a 370ºC a una presión eficaz para mantener una fase líquida que comprende la disolución de la reacción, en el que el catalizador comprende un metal catalizador de hidrogenación que comprende paladio dispuesto sustancialmente sobre la superficie de un soporte que comprende carburo de silicio que tiene una superficie específica BET de al

menos 10 m2/g, el catalizador tiene una pérdida por desgaste inicial de acuerdo con la norma ASTM D-4058 de hasta 1, 2% en peso y el carburo de silicio es sustancialmente estable en la disolución acuosa en las condiciones de la reacción de hidrogenación; y

recuperar de la disolución acuosa hidrogenada un ácido tereftálico purificado.

3.

16. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el soporte comprende carburo de silicio que tiene una superficie específica media de al menos 10 m2/g y una pérdida por desgaste de acuerdo con la norma ASTM D-4058 de hasta 1, 2% en peso en contacto con agua o una disolución acuosa de ácido orgánico de 100 a 300ºC y una presión de 101, 325 kPa a 10132, 5 kPa (de 1 a 100 atmósferas) .