Procedimientos para la producción de ácidos dicarboxílicos aromáticos.

Un procedimiento para la producción de un ácido dicarboxílico aromático,

en que el procedimientocomprende la combinación en un medio de reacción de un compuesto dialquilaromático, un disolvente quecomprende agua y un ácido orgánico saturado con 2-4 átomos de carbono y un gas que contiene oxígeno a unatemperatura de 130°C a 150°C, en presencia de una composición catalizadora que comprende cobalto, manganeso,circonio y bromo, en que la relación ponderal entre cobalto y manganeso en la mezcla de reacción es de 10 a 400,en que el circonio está presente en una cantidad en el intervalo de 300 ppm a 1.500 ppm con respecto al peso dellíquido en el medio de reacción.

Procedimientos para la producción de ácidos dicarboxílicos aromáticos

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a procedimientos mejorados para la producción de ácidos dicarboxílicos aromáticos mediante la oxidación en fase líquida de hidrocarburos dialquilaromáticos, en que los procedimientos resultan en una conversión mejorada, a la vez que se reduce la formación de óxidos de carbono y otros productos secundarios.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Algunos ácidos dicarboxílicos aromáticos como ácido tereftálico y ácido isoftálico se usan para producir diversos productos de poliéster, de los cuales el poli (tereftalato de etileno) y sus copolímeros son importantes ejemplos. Estos ácidos dicarboxílicos aromáticos pueden sintetizarse mediante la oxidación catalítica del compuesto dialquilaromático correspondiente. Por ejemplo, el ácido tereftálico (TPA) y el ácido isoftálico (IPA) pueden producirse mediante la oxidación en fase líquida de p-xileno y m-xileno, respectivamente.

Típicamente, estos procedimientos comprenden el suministro de uno o más hidrocarburos dialquilaromáticos, un disolvente o medio de reacción fresco y/o reciclado y componentes catalizadores a un reactor al que se suministra además un gas que contiene oxígeno molecular, típicamente cerca del fondo del reactor. Los reactores de oxidación en fase líquida convencionales están equipados con medios de agitación para mezclar el medio de reacción multifásico. La agitación del medio de reacción se lleva a cabo con el fin de estimular la disolución del oxígeno molecular en la fase líquida del medio de reacción y de facilitar el contacto entre el oxígeno disuelto y el hidrocarburo dialquilaromático en el medio de reacción. La agitación del medio de reacción que experimenta oxidación en fase líquida se lleva a cabo frecuentemente mediante medios de agitación mecánica en recipientes como, por ejemplo, reactores de tipo tanque con agitación continua (CSTR) . Los reactores de columna de burbujas suponen una alternativa atractiva a los CSTR y otros reactores de oxidación con agitación mecánica.

En estos procedimientos pueden usarse reactores de columna de burbujas con relaciones entre altura y diámetro relativamente altas. El gas del proceso que contiene oxígeno da lugar a la agitación de la mezcla de reacción al ascender a través del contenido líquido del reactor. Alternativamente, pueden usarse reactores de tipo tanque con agitación continua que, típicamente, tienen menor relación entre la altura y el diámetro que los reactores de columna de burbujas. El ácido dicarboxílico aromático producido puede extraerse continuamente como lechada a través de un puerto de salida. El gas del proceso que contiene un exceso de oxígeno puede eliminarse junto con los productos de descomposición del disolvente a través de un puerto de salida superior localizado típicamente en la parte superior del reactor o próximo a esta. El calor de la reacción puede eliminarse también a través del puerto de salida superior por vaporización del disolvente del proceso y el agua generada por la reacción.

Por lo tanto, en un ejemplo de un procedimiento tal se oxida p-xileno para producir ácido tereftálico. El p-xileno puede oxidarse de manera continua o discontinua en el reactor de oxidación primaria en la fase líquida, en presencia de un gas que contiene oxígeno, como aire. En un procedimiento tal, se combinan en el reactor como medio de reacción p-xileno, una composición catalizadora de oxidación, una fuente de oxígeno molecular y un disolvente como ácido acético acuoso para producir ácido tereftálico crudo (CTA) como producto de la reacción. Las composiciones catalizadoras de oxidación típicas incluyen un compuesto de cobalto y un compuesto de manganeso, normalmente en combinación con un promotor como un compuesto de bromo. Véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. n° 2.833.816, n° 3.089.906 y n° 4.314.073.

Debido al ácido acético y al bromo, las condiciones del procedimiento son muy corrosivas y típicamente se usa titanio en el equipo para dicho procedimiento. Véase, por ejemplo, la patente de EE. UU. n° 3.012.038. Como promotor puede usarse acetaldehído en lugar de bromo, en cuyo caso no es necesario usar materiales de titanio. El acetaldehído también es útil como iniciador. Dado que las oxidaciones en fase líquida de compuestos dialquilaromáticos recién descritas son reacciones extremadamente exotérmicas, se llevan a cabo en recipientes de reacción ventilados, en los que el calor de la reacción se elimina por vaporización del disolvente del proceso a través del puerto de salida superior.

El CTA resultante es poco soluble en el ácido acético disolvente en las condiciones de reacción y precipita de dicho disolvente para formar una suspensión. Esta suspensión de ácido tereftálico crudo incluye sólidos de ácido tereftálico, un disolvente que actúa como medio de suspensión para los sólidos y contiene una pequeña cantidad de ácido tereftálico disuelto; componentes catalizadores; p-xileno sin reaccionar; productos de oxidación intermedios parcialmente oxidados como p-tolualdehído (p-TA-1) , ácido p-toluico (p-TA) y 4-carboxibenzaldehído (4-CBA) ; e impurezas orgánicas como fluorofenonas, de las que se sabe que causan decoloración. La composición de ácido tereftálico crudo se descarga de la zona de oxidación y se somete a uno o varios procedimientos de cambio, separación, purificación o recuperación del licor madre, en que el disolvente recuperado y la composición catalizadora se reciclan de vuelta a la reacción de oxidación directamente o después de un procesamiento, por ejemplo, por recuperación del catalizador o purificación del disolvente. Es deseable minimizar la cantidad de

productos intermedios parcialmente oxidados y las impurezas coloreadas para reducir los requerimientos de purificación posteriores.

Otros productos secundarios de la oxidación en fase líquida que se eliminan parcial o totalmente de la mezcla de reacción en el reactor de oxidación son los gases de escape, que incluyen agua, disolvente, oxígeno sin reaccionar y otros gases sin reaccionar que se encuentran en la fuente del oxígeno molecular gaseoso, como nitrógeno y dióxido de carbono, y cantidades adicionales de dióxido de carbono y monóxido de carbono que son pérdidas oxidativas resultantes en parte de la descomposición catalítica del disolvente y de otros compuestos oxidables en las condiciones de oxidación. Los gases de escape se purgan en la cabecera del reactor de oxidación a una columna de destilación o a un condensador para separar el disolvente de los otros gases de escape como agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, nitrógeno y compuestos gaseosos de bromo como bromuro de metilo.

Aunque es deseable recuperar y reciclar tanto disolvente como sea posible, el disolvente se descompone oxidativamente en cierta medida en sus productos gaseosos constituyentes, dióxido de carbono y monóxido de carbono, con lo que se requiere una fuente fresca de disolvente preparado. Normalmente, esta descomposición oxidativa se denomina en la industria combustión del disolvente o combustión ácida y, generalmente, se cree que es responsable en parte de la formación de óxidos de carbono, aunque una porción de los óxidos de carbono producidos es también el resultado de la descomposición oxidativa de los compuestos dialquilaromáticos o los productos intermedios de la reacción. El control o la reducción de la formación de óxidos de carbono disminuiría significativamente los costes del proceso de oxidación, al permitir la recuperación y el reciclaje de una mayor cantidad de disolvente de vuelta a la zona de oxidación y, posiblemente también, al reducir las pérdidas de rendimiento por la descomposición oxidativa de los reactantes aromáticos. Sin embargo, una reducción de la formación de óxidos de carbono no debería tener lugar a expensas de una reducción significativa del rendimiento o la conversión o de un aumento de la cantidad de productos de oxidación incompleta en la mezcla cruda y, si es posible, sería deseable reducir la formación de óxidos de carbono y simultáneamente aumentar la conversión. Sin embargo, típicamente un aumento de la conversión viene acompañado de un aumento de la formación de óxidos de carbono.

La patente de EE. UU. n° 3.920.735 desvela un procedimiento para la oxidación de di- o trimetilbencenos con oxígeno molecular para formar ácidos bencenodi- o -tricarboxílicos en condiciones de fase líquida mediante sistemas catalizadores que incluyen cobalto, bromo y circonio; o cobalto, manganeso, bromo y circonio. De acuerdo con esta descripción, estos sistemas catalizadores deben contener... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la producción de un ácido dicarboxílico aromático, en que el procedimiento comprende la combinación en un medio de reacción de un compuesto dialquilaromático, un disolvente que comprende agua y un ácido orgánico saturado con 2-4 átomos de carbono y un gas que contiene oxígeno a una temperatura de 130°C a 150°C, en presencia de una composición catalizadora que comprende cobalto, manganeso, circonio y bromo, en que la relación ponderal entre cobalto y manganeso en la mezcla de reacción es de 10 a 400, en que el circonio está presente en una cantidad en el intervalo de 300 ppm a 1.500 ppm con respecto al peso del líquido en el medio de reacción.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que la relación ponderal entre cobalto y manganeso en la mezcla de reacción es de 12 a 300.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que la relación ponderal entre cobalto y manganeso en la mezcla de reacción es de 15 a 250.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el compuesto dialquilaromático comprende p-xileno y el ácido dicarboxílico aromático producido comprende ácido tereftálico.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el ácido orgánico saturado comprende ácido acético.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el circonio se proporciona como uno o más de: óxido de circonio, bromuro de circonio, cloruro de circonio, acetato de circonio, acetato de hidróxido de circonio, acetilacetonato de circonio, hidróxido de circonio, butóxido de circonio, propóxido de circonio o acetato de circonilo.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el circonio se proporciona como acetato de circonio, acetato de hidróxido de circonio o acetato de circonilo.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el gas que contiene oxígeno comprende aire.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el cobalto se proporciona en una cantidad de 500 ppm a 6.000 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el cobalto se proporciona en una cantidad de 750 ppm a 4.500 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el cobalto se proporciona en una cantidad de 1.000 ppm a 4.000 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el manganeso se proporciona en una cantidad de 20 ppm a 425 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el manganeso se proporciona en una cantidad de 20 ppm a 300 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el manganeso se proporciona en una cantidad de 20 ppm a 200 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el bromo se proporciona en una cantidad de 750 ppm a 6.000 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el bromo se proporciona en una cantidad de 900 ppm a 5.000 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el bromo se proporciona en una cantidad de 1.000 ppm a 4.500 ppm, con respecto al peso de líquido en el medio de reacción.

18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que la relación ponderal entre cobalto y bromo es de 0, 6 a 10.

19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que la relación ponderal entre cobalto y bromo es de 0, 7 a 8.

20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que la relación ponderal entre cobalto y bromo es de 0, 8 a 5.

21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en que el procedimiento no produce más de 1, 2 mol de COx por mol de compuesto dialquiaromático proporcionado al medio de reacción.