Oxidación en fase líquida optimizada de para-xileno.

Un procedimiento de oxidación que comprende las siguientes etapas:

(a) introducir una corriente de alimentación en fase líquida que comprende para-xileno en una zona dereacción (28), que comprende un extremo inferior (52) y una mitad del fondo, de un reactor de columna deburbujeo (20), en el que al menos una parte de dicha zona de reacción (28) está definida por una o máspared(es) vertical(es) de dicho reactor (20), en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho paraxilenoentra en dicha zona de reacción (28) en una o más localizaciones separadas interiormente almenos 0,05D de dichas paredes verticales, en el que dicha zona de reacción (28) tiene un diámetromáximo (D); y

(b) introducir una corriente de oxidante en fase gaseosa que comprende oxígeno molecular en la zona dereacción (28) para oxidar al menos una parte del para-xileno en una fase líquida de un medio de reaccióntrifásico (36) contenido en dicha zona de reacción (28), en el que dicha oxidación forma ácido tereftálicoen bruto en dicho medio de reacción (36), en el que la cantidad de sólidos presentes en dicho medio dereacción (36) se mantiene en el intervalo del 5 al 40 por ciento en peso con respecto a una basepromediada en el tiempo y promediada en el volumen, en el que el término "promediado en el tiempo"debe indicar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas igualmente durante un periodo continuo deal menos 100 segundos, y el término "promediado en el volumen" debe indicar un promedio de al menos10 mediciones tomadas a separación tridimensional uniforme en todo un cierto volumen;caracterizado porque más del 50% de la corriente de oxidante se introduce en la zona de reacción (28) dentro de0,25D del extremo inferior (52) de la zona de reacción (28), y porque al menos el 75% en peso de la corriente dealimentación en fase líquida se introduce en la mitad del fondo de la zona de reacción (28).

Oxidación en fase líquida optimizada de para-xileno

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere generalmente a un procedimiento para la oxidación catalítica en fase líquida de paraxileno para producir ácido tereftálico en bruto que puede después someterse a purificación y separación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las reacciones de oxidación en fase líquida se emplean en una variedad de procedimientos comerciales existentes. Por ejemplo, la oxidación en fase líquida se usa actualmente para la oxidación de aldehídos a ácidos (por ejemplo, propionaldehído a ácido propiónico) , la oxidación de ciclohexano a ácido adípico y la oxidación de compuestos aromáticos de alquilo a alcoholes, ácidos o diácidos. Un procedimiento de oxidación comercial particularmente significativo en la última categoría (oxidación de compuestos aromáticos de alquilo) es la oxidación parcial catalítica en fase líquida de para-xileno a ácido tereftálico. El ácido tereftálico es un compuesto importante con una variedad de aplicaciones. El uso primario del ácido tereftálico es como materia prima en la producción de politereftalato de etileno (PET) . El PET es un plástico muy conocido usado en grandes cantidades en el mundo para preparar productos tales como botellas, fibras y envases.

En un procedimiento de oxidación en fase líquida típico, que incluye oxidación parcial de para-xileno a ácido tereftálico, una corriente de alimentación en fase líquida y una corriente de oxidante en fase gaseosa se introducen en un reactor y forman un medio de reacción multifásico en el reactor. La corriente de alimentación en fase líquida introducida en el reactor contiene al menos un compuesto oxidable orgánico (por ejemplo, para-xileno) , mientras que la corriente de oxidante en fase gaseosa contiene oxígeno molecular. Al menos una parte del oxígeno molecular introducida en el reactor como gas se disuelve en la fase líquida del medio de reacción proporcionando la disponibilidad del oxígeno para la reacción en fase líquida. Si la fase líquida del medio de reacción multifásico contiene una concentración insuficiente de oxígeno molecular (es decir, si ciertas porciones del medio de reacción están “privadas de oxígeno”) , reacciones secundarias no deseables pueden generar impurezas y/o las reacciones previstas pueden ser de tasa retardada. Si la fase líquida del medio de reacción contiene demasiado poco compuesto oxidable, la tasa de reacción puede ser indeseablemente lenta. Además, si la fase líquida del medio de reacción contiene un exceso de concentración del compuesto oxidable, reacciones secundarias no deseables adicionales pueden generar impurezas.

Los reactores de oxidación en fase líquida convencionales están equipados con medios de agitación para mezclar el medio de reacción multifásico contenido en su interior. La agitación del medio de reacción se suministra en un esfuerzo por promover la disolución de oxígeno molecular en la fase líquida del medio de reacción, mantener concentraciones relativamente uniformes de oxígeno disuelto en la fase líquida del medio de reacción y mantener concentraciones relativamente uniformes del compuesto oxidable orgánico en la fase líquida del medio de reacción.

La agitación del medio de reacción que se somete a oxidación en fase líquida se proporciona frecuentemente por medios de agitación mecánicos en recipientes tales como, por ejemplo, reactores de tanque agitado continuo (CSTR) . Aunque los CSTR pueden proporcionar la mezcla continua del medio de reacción, los CSTR tienen varios inconvenientes. Por ejemplo, los CSTR tienen un coste de capital relativamente alto debido a su requisito de motores caros, rodamientos herméticos a fluidos y ejes de accionamiento, y/o mecanismo de agitación complejo. Además, los componentes mecánicos de rotación y/u oscilación de CSTR convencionales requieren mantenimiento regular. El tiempo de trabajo y de parada asociado a un mantenimiento tal se añade al coste de operación de los CSTR. Sin embargo, incluso con mantenimiento regular, los sistemas de agitación mecánicos empelados en CSTR tienen tendencia a fallo mecánico y puede requerir la sustitución durante periodos de tiempo relativamente cortos.

Los reactores de columna de burbujeo proporcionan una atractiva alternativa a los CSTR y otros reactores de oxidación mecánicamente agitados. Los reactores de columna de burbujeo proporcionan agitación del medio de reacción sin requerir equipo mecánico caro y no fidedigno. Los reactores de columna de burbujeo normalmente incluyen una zona de reacción vertical alargada dentro de la cual está contenido el medio de reacción. La agitación del medio de reacción en la zona de reacción se proporciona principalmente por la flotabilidad natural de las burbujas de aire que suben por la fase líquida del medio de reacción. Esta agitación por flotabilidad natural proporcionada en reactores de columna de burbujeo reduce los costes de capital y mantenimiento con respecto a reactores mecánicamente agitados. Además, la ausencia sustancial de partes mecánicas en movimiento asociadas a los reactores de columna de burbujeo proporciona un sistema de oxidación que es menos propenso a fallo mecánico que el de los reactores mecánicamente agitados.

Si la oxidación parcial en fase líquida de para-xileno se lleva a cabo en un reactor de oxidación convencional (CSTR o columna de burbujeo) , la extracción del producto del reactor es normalmente una suspensión que comprende ácido tereftálico en bruto (CTA) y una disolución madre. El CTA contiene niveles relativamente altos de impurezas (por ejemplo, 4-carboxibenzaldehído, ácido para-toluico, fluorenonas y otros cuerpos de color) que lo hacen inadecuados como materia prima para la producción de PET. Así, el CTA producido en reactores de oxidación convencionales se somete normalmente a un procedimiento de purificación que convierte el CTA en ácido tereftálico (PTA) purificado adecuado para preparar PET.

Un procedimiento de purificación típico para convertir CTA en PTA incluye las siguientes etapas: (1) sustituir la disolución madre de la suspensión que contiene CTA con agua, (2) calentar la suspensión de CTA/agua para disolver el CTA en agua, (3) hidrogenar catalíticamente la disolución de CTA/agua para convertir impurezas en compuestos más deseables y/o fácilmente separables, (4) precipitar el PTA resultante de la disolución hidrogenada mediante múltiples etapas de cristalización, y (5) separar el PTA cristalizado de los líquidos restantes. Aunque eficaz, este tipo de procedimiento de purificación convencional puede ser muy caro. Factores individuales que contribuyen al alto coste de los procedimientos de purificación de CTA convencionales incluyen, por ejemplo, la energía térmica requerida para promover la disolución del CTA en agua, el catalizador requerido para la hidrogenación, la corriente de hidrógeno requerida para la hidrogenación, la pérdida de rendimiento producida mediante hidrogenación de algo de ácido tereftálico, y los múltiples recipientes requeridos para la cristalización de múltiples etapas. Así, sería deseable proporcionar un producto de CTA que pudiera purificarse sin requerir disolución promovida por calor en agua, hidrogenación y/o cristalización de múltiples etapas.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento más eficaz y económico para la oxidación parcial catalítica en fase líquida de para-xileno a ácido tereftálico.

Todavía otro objetivo de la invención es proporcionar un sistema más eficaz y económico para producir ácido tereftálico puro (PTA) mediante oxidación en fase líquida de para-xileno para producir ácido tereftálico en bruto (CTA) y posteriormente, purificar el CTA a PTA.

de los objetivos anteriormente enumerados. Objetivos y ventajas adicionales de la presente invención serán rápidamente evidentes para un experto en la materia tras revisar la siguiente descripción detallada y los dibujos asociados.

El documento US 3 240 803 se refiere a un procedimiento para la preparación continua de partículas de ácido bencenodicarboxílico. El procedimiento comprende etapas de introducir continuamente en una porción intermedia de la longitud global de una zona de reacción global verticalmente alargada un miembro seleccionado de m-xileno o p-xileno e introducir continuamente en una menor porción de dicha zona global un gas que contiene oxígeno.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un procedimiento de oxidación que comprende las siguientes etapas:

(a) introducir una corriente de alimentación en fase líquida que... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de oxidación que comprende las siguientes etapas:

(a) introducir una corriente de alimentación en fase líquida que comprende para-xileno en una zona de reacción (28) , que comprende un extremo inferior (52) y una mitad del fondo, de un reactor de columna de burbujeo (20) , en el que al menos una parte de dicha zona de reacción (28) está definida por una o más pared (es) vertical (es) de dicho reactor (20) , en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho paraxileno entra en dicha zona de reacción (28) en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichas paredes verticales, en el que dicha zona de reacción (28) tiene un diámetro máximo (D) ; y

(b) introducir una corriente de oxidante en fase gaseosa que comprende oxígeno molecular en la zona de reacción (28) para oxidar al menos una parte del para-xileno en una fase líquida de un medio de reacción trifásico (36) contenido en dicha zona de reacción (28) , en el que dicha oxidación forma ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que la cantidad de sólidos presentes en dicho medio de reacción (36) se mantiene en el intervalo del 5 al 40 por ciento en peso con respecto a una base promediada en el tiempo y promediada en el volumen, en el que el término “promediado en el tiempo” debe indicar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas igualmente durante un periodo continuo de al menos 100 segundos, y el término “promediado en el volumen” debe indicar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas a separación tridimensional uniforme en todo un cierto volumen;

caracterizado porque más del 50% de la corriente de oxidante se introduce en la zona de reacción (28) dentro de 0, 25D del extremo inferior (52) de la zona de reacción (28) , y porque al menos el 75% en peso de la corriente de alimentación en fase líquida se introduce en la mitad del fondo de la zona de reacción (28) .

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la cantidad de sólidos presentes en dicho medio de reacción (36) se mantiene en el intervalo del 15 al 30 por ciento en peso con respecto a dicha base promediada en el tiempo y promediada en el volumen.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo de un modo tal que cuando dicha zona de reacción (28) se reparte teóricamente en 2.000 rebanadas horizontales discretas de igual volumen, menos de 40 de dichas rebanadas horizontales tienen una retención de gas promedio inferior a 0, 3, en el que la retención de gas de dicho medio de reacción (36) se mantiene por encima de 0, 4 con respecto a dicha base promediada en el tiempo y promediada en el volumen.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la retención de gas de dicho medio de reacción (36) se mantiene en el intervalo de 0, 6 a 0, 9 con respecto a dicha base promediada en el tiempo y promediada en el volumen; o

en el que la retención de gas de dicho medio de reacción (36) se mantiene en el intervalo de 0, 65 a 0, 85 con respecto a dicha base promediada en el tiempo y promediada en el volumen, en el que dicha oxidación se lleva a cabo de un modo tal que cuando dicha zona de reacción (28) se reparte teóricamente en 2.000 rebanadas horizontales discretas de igual volumen, menos de 20 de dichas rebanadas horizontales tienen una retención de gas inferior a 0, 3 con respecto a dicha base promediada en el tiempo y promediada en el volumen.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce al menos 10 por ciento en peso de dicho para-xileno para formar partículas de ácido tereftálico en bruto sólido en dicho medio de reacción (36) .

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo en presencia de un sistema de catalizador que comprende cobalto; o

en el que dicha oxidación se lleva a cabo en presencia de un sistema de catalizador que comprende cobalto, en el que dicho sistema de catalizador comprende además bromo y manganeso.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho medio de reacción (36) tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación de H:W de al menos 3:1; o

en el que dicho medio de reacción (36) tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación de H:W de al menos 3:1, en el que dicha relación de H:W está en el intervalo de 8:1 a 20:1; o en el que dicho medio de reacción tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación de H:W de al menos 3:1, en el que dicha corriente de alimentación en fase líquida comprende ácido acético; o en el que dicho medio de reacción tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación de H:W de al menos 3:1, en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción (28) dentro de 2, 5W de la localización más baja en la que dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción (28) ; o en el que dicho medio de reacción (36) tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación de H:W de al menos 3:1, en el que dicha corriente de alimentación en fase líquida comprende ácido acético, en el que dicha corriente de alimentación se introduce en dicha zona de reacción (28) mediante una pluralidad de aberturas de alimentación (32a, b, c, d) , en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación (32a, b, c, d) están verticalmente separadas entre sí por al menos 0, 5W; en el que dicha anchura máxima (W) es igual a dicho diámetro máximo (D) .

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho para-xileno se introduce en dicha zona de reacción (28) a un flujo másico de al menos 8.000 kilogramos por hora; o en el que dicho para-xileno se introduce en dicho reactor de columna de burbujeo (20) a un flujo másico en el intervalo de 18.000 a 50.000 kilogramos por hora, en el que dicho para-xileno se introduce en dicha zona de reacción (28) a una relación espacio-tiempo en el intervalo de 35 a 150 kilogramos por metro cúbico por hora.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además someter al menos una parte de dicho ácido tereftálico en bruto a oxidación en un reactor de oxidación secundaria; o en el que dicho procedimiento comprende además someter al menos una parte de dicho ácido tereftálico en bruto a oxidación en un reactor de oxidación secundaria, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio al menos 10 ºC superior a dicha oxidación en dicho reactor de oxidación inicial; o en el que dicho procedimiento comprende además someter al menos una parte de dicho ácido tereftálico en bruto a oxidación en un reactor de oxidación secundaria, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 20 a 80 ºC superior a la temperatura promedio de dicho reactor de oxidación inicial, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación inicial se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 140 a 180 ºC, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 180 a 220 ºC.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas de ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto tiene una o más de las siguientes características:

(i) contiene menos de 12 ppmp de 4, 4-dicarboxiestilbeno (4, 4-DCS) ,

(ii) contiene menos de 800 ppmp de ácido isoftálico (IPA) ,

(iii) contiene menos de 100 ppmp de 2, 6-dicarboxifluorenona (2, 6-DCF) ,

(iv) tiene un porcentaje de transmitancia a 340 nanómetros (% de T340) superior a 25.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto se disuelve en un minuto a una concentración de al menos 500 ppm en THF cuando se somete a la prueba de disolución cronometrada definida en el presente documento.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto tiene una constante de tiempo “C” superior a 0, 5 minutos recíprocos como se ha determinado por el modelo de disolución cronometrada definido en el presente documento.

13. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto tiene un área superficial BET promedio superior a 0, 6 metros cuadrados por gramo.

14. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que dicha muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto tiene un tamaño de partícula medio en el intervalo de 20 a 150 micrómetros.

15. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción (36) , en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto tiene un tamaño de partícula D (v, 0, 9) en el intervalo de 30 a 150 micrómetros.