專利名稱：通過結(jié)晶提純間苯二甲酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從間二甲苯制備間苯二甲酸(IPA)的方法和設(shè)備。它還涉及在一個(gè)綜合的方法中，提純含有間苯二甲酸以及少量3-羧基苯甲醛(3-CBA)、m-甲苯甲酸和其它少量雜質(zhì)的氧化器流出物，以制造純間苯二甲酸的方法和設(shè)備。間苯二甲酸用于共聚工藝中，用來制造纖維、薄膜、塑料瓶和經(jīng)常用其它材料，如玻璃纖維增強(qiáng)的聚酯樹脂結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述按照本發(fā)明，提出了一種在一個(gè)綜合的方法中，從間二甲苯制造純間苯二甲酸的方法和設(shè)備。在一個(gè)方面，此方法包括通過氧化間二甲苯制造粗間苯二甲酸。此氧化步驟不僅得到間苯二甲酸，而且還由于不完全的氧化產(chǎn)生3-CBA、間甲苯甲酸和其它痕量的酸和醛異構(gòu)體。在氧化步驟中產(chǎn)生的產(chǎn)物是一種分散液，它含有未反應(yīng)的原料、溶劑(如果使用)、特別是那些剛才提到的副反應(yīng)產(chǎn)物和其它在追求的純間苯二甲酸中不需要的物質(zhì)。
將反應(yīng)器流出物送入一組結(jié)晶器中，通過減壓蒸發(fā)掉反應(yīng)溶劑，優(yōu)選乙酸，使間苯二甲酸晶體生長。從最后一個(gè)結(jié)晶器中出來的漿液被過濾和洗滌。然后將濾出的晶體干燥，將溶劑除去到低于粗IPA晶體的0.25％的水平。過濾出來的母液被送到溶劑脫水裝置，從水中回收溶劑(乙酸)，用于循環(huán)到氧化器中。
進(jìn)一步按照本發(fā)明，從氧化段的干燥器出來的粗IPA重新溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中，然后在一個(gè)，或者優(yōu)選在兩個(gè)結(jié)晶步驟中從選擇性結(jié)晶溶劑中結(jié)晶出來。制定出措施來分離出結(jié)晶的IPA和要從本發(fā)明的溶劑(使用或不使用助溶劑)繼續(xù)提純的IPA。洗滌最終得到的純IPA濾餅，并浸入本發(fā)明的另一種溶劑中，以從IPA產(chǎn)物中除去顏色和最后的痕量選擇性結(jié)晶溶劑。
本發(fā)明還設(shè)想了一些步驟，在結(jié)晶和洗滌，以及最后的浸漬的每個(gè)步驟中精制和循環(huán)本發(fā)明的溶劑。也采取了一些步驟來嚴(yán)密控制任何有害物質(zhì)向環(huán)境中的排放。
在一個(gè)重要的方面，本發(fā)明基于對溶劑的發(fā)現(xiàn)，此種溶劑有效地通過結(jié)晶和分離步驟實(shí)現(xiàn)了對粗IPA的提純?？梢园聪旅鎺追N方式來概括這些發(fā)現(xiàn)。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)使用的選擇性結(jié)晶溶劑包括這樣一些溶劑，其中(a)基本在處理含有IPA的溶劑所需溫度范圍內(nèi)的各種溫度下，要與IPA分離的雜質(zhì)在該溶劑中的溶解度都大于IPA在其中的溶解度，以及(b)在升高的溫度下IPA的溶解度要更高，而在較低或降低的溫度下IPA的溶解度要更低。應(yīng)該理解，術(shù)語“選擇性結(jié)晶溶劑”指的是在如上所述，以及在下面要詳細(xì)敘述和在

圖1中顯示的IPA選擇性結(jié)晶中使用的溶劑。
按照本發(fā)明，由于下面討論的幾個(gè)原因以及其優(yōu)秀的性能，首先優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。這種溶劑是非水的、熱穩(wěn)定的、無毒的(環(huán)境安全的)、無腐蝕的和可市購的。如在圖1中所顯示，它的溶解度對溫度的曲線表明，在升高的溫度下IPA可以溶解于NMP中，而在低溫下則從NMP中沉淀或結(jié)晶出來。在所有溫度下，主要雜質(zhì)如CBA(由4-CBA所指示)和甲苯甲酸(由對甲苯甲酸來指示)在NMP中的溶解度都高于IPA。因此降低溫度，只有IPA傾向于從溶液中結(jié)晶或沉淀出來，形成純的IPA晶體。
雖然NMP是最優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑，應(yīng)該理解，按照本發(fā)明，用來提純粗IPA的其它優(yōu)選的選擇性結(jié)晶溶劑可選自各種極性有機(jī)溶劑，包括但不限于N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲?；哙?、N-烷基-2-吡咯烷酮(如N-乙基吡咯烷酮)、N-巰基烷基-2-吡咯烷酮(如N-巰基乙基-2-吡咯烷酮)、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮(如N-甲基-2-硫代吡咯烷酮)、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(如N-羥乙基-2-吡咯烷酮)、嗎啉類(如嗎啉、N-甲酰基嗎啉)、卡必醇、C1-C12醇、醚類、胺類、酰胺類、酯類和它們的混合物。
為了除去在最終IPA產(chǎn)品晶體中所截留的殘留溶劑，洗滌過的IPA晶體優(yōu)選送入高溫浸漬器，在這里用水部分或完全溶解IPA晶體。當(dāng)IPA晶體再次沉淀，或者按另外的方式與浸漬水分離時(shí)，殘留的溶劑就留在水中。除了水以外(水是優(yōu)選的)，可以使用其它的溶劑代替選擇性結(jié)晶溶劑，包括甲醇、甲乙酮和丙酮。優(yōu)選在約150～約280℃下在水中浸漬或再溶解純的IPA濾餅，以除去最后的痕量結(jié)晶溶劑，并得到所需的IPA顆粒大小和形狀。
下面的各個(gè)實(shí)施例說明本發(fā)明的原理和特征。
實(shí)施例1通過冷卻結(jié)晶提純粗IPA在一個(gè)裝有加熱套筒、熱電偶、冷凝器和頂部攪拌器的結(jié)晶器中加入350g NMP(溶劑)、207.9g間苯二甲酸(IPA)、2.1g 3-CBA和0.21g間甲苯甲酸。將該混合物加熱到125℃，直至在攪拌下固體完全溶解，并在125℃保持此溶液約1小時(shí)，然后開始冷卻。在2～4hr內(nèi)，溶液被緩慢冷卻到40℃，讓IPA晶體成長。然后從結(jié)晶器放出漿液，在45～50℃過濾。用630g被IPA飽和的NMP溶液(該溶液中，每100g NMP含25g IPA)淋洗濾餅(210g)，以從濾餅中除去截留的母液?？梢杂们鍧嵉腘MP進(jìn)行淋洗，但優(yōu)選使用被IPA飽和的NMP，以盡量減少由于濾餅洗滌造成的損失。在室溫下將一半淋洗過的濾餅再次用等量的飽和NMP溶液(每100g NMP含11g IPA)淋洗。除了清潔的或飽和的NMP以外，可以使用其它的溶劑進(jìn)行洗滌，包括對二甲苯、甲醇、丙酮和甲乙酮。
將淋洗過的晶體進(jìn)行干燥，并用氣相色譜分析組成，結(jié)果匯總?cè)缦略辖M成產(chǎn)品晶體組成批次％3-CBA％間甲苯甲酸％溶劑％3-CBA％間甲苯甲酸1a 1.00 0.10 58.3 0.0139 ＜2ppm1b 1.00 0.10 58.5 0.0039 ＜2ppm2a 1.00 0.10 58.5 0.0038 ＜2ppm2b 1.00 0.10 58.8 0.0027 ＜2ppm注(a)第2批是第1批的重復(fù)(b)“a”是在40℃用3∶1的飽和NMP淋洗晶體的分析結(jié)果；“b”是在室溫下按1∶1比例對由“a”得到的晶體再淋洗一次得到的分析結(jié)果在第1批次中，用一步結(jié)晶，將3-CBA從1.00％顯著地減少到39ppm，而間甲苯甲酸從0.10％減少到小于2ppm(實(shí)驗(yàn)檢出限)。在第2批次中，用一步結(jié)晶，3-CBA從1.00％減少到27ppm，而間甲苯甲酸從0.10％減少到小于2ppm。因此，可以得出結(jié)論，使用NMP作為溶劑，僅需要一步結(jié)晶就可以將含3-CBA可達(dá)1％、間甲苯甲酸可達(dá)0.1％的粗IPA提純?yōu)楹?-CBA少于40ppm，而間甲苯甲酸少于2ppm的IPA產(chǎn)品。
溶液的溫度優(yōu)選降低到約5℃～約100℃，特別優(yōu)選被降低到約10℃～約45℃。
實(shí)施例2從4-CBA以及對甲苯甲酸中分離IPA重復(fù)實(shí)施例1中的實(shí)驗(yàn)步驟，只是用4-CBA代替3-CBA，用對甲苯甲酸代替間甲苯甲酸。進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)在粗IPA中的少量其它雜質(zhì)異構(gòu)體，如4-CBA和對甲苯甲酸，在本發(fā)明制造純IPA的方法中不會引起任何問題。下面給出純IPA的氣相色譜分析結(jié)果。還是使用NMP作為溶劑的一步結(jié)晶進(jìn)行提純。
原料組成產(chǎn)品晶體組成批次％4-CBA％對甲苯甲酸％4-CBA％對甲苯甲酸1 1.00 0.00 0.00150.00002 0.99 0.10 0.00350.00073 1.00 0.10 0.00290.00084 1.00 0.10 0.00640.00095 1.00 0.10 0.00390.0015注所有產(chǎn)品晶體都是在40℃用飽和NMP以3∶1的溶劑/固體比進(jìn)行淋洗產(chǎn)品的分析再次表明，通過使用NMP作為溶劑的一步結(jié)晶，可以有效地將4-CBA(1.00％)和對甲苯甲酸(0.10％)降低到ppm的水平。
權(quán)利要求
1.從含有選自未反應(yīng)的原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其它不需要物質(zhì)的雜質(zhì)的間苯二甲酸(IPA)分散液提純粗間苯二甲酸的方法，該方法包括過濾所述分散液形成粗IPA濾餅；在約50℃～約200℃的升高的溫度下將所述濾餅溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成溶液；通過降低溫度或降低壓力至足以從所述溶液的所述IPA中閃蒸出溶劑，在所述結(jié)晶溶劑中從所述溶液中結(jié)晶出純IPA；將所述結(jié)晶的純IPA與所述溶液分離；用清潔的溶劑或IPA飽和的溶劑洗滌純IPA，以代替母液和有色物質(zhì)；以及在升高的溫度下將洗滌過的IPA濾餅再次溶解或浸漬于水中。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述分散液含有3-羧基苯甲醛(3-CBA)和m-甲苯甲酸。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液的溫度降低到約5℃～約100℃。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述溶液的溫度降低到約10～℃～約45℃。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲?；哙ぁ-烷基-2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-巰基烷基(mercatoalkyl)-2-吡咯烷酮、N-巰基乙基-2-吡咯烷酮、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮、N-甲基-2-硫代吡咯烷酮、N-羥烷基-2-吡咯烷酮、N-羥乙基-2-吡咯烷酮、嗎啉類、N-甲?；鶈徇⒖ū卮?、C1～C12醇、醚類、胺類、酰胺類、酯類和它們的混合物。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述濾餅的洗滌步驟使用了選自清潔NMP或IPA飽和的NMP、對二甲苯、甲醇、丙酮和甲乙酮的洗滌溶劑。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述洗滌溶劑是清潔的NMP或IPA飽和的NMP。
9.按照權(quán)利要求1的方法，在結(jié)晶步驟之后進(jìn)一步包括用選自水、甲醇、甲乙酮和丙酮的替代溶劑代替所述選擇性結(jié)晶溶劑的步驟。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中所述替代溶劑是水。
11.按照權(quán)利要求1的方法，其中在大約180℃～大約280℃的溫度下將提純的IPA濾餅再次溶解于或浸漬于水中，以除去最后痕量的結(jié)晶溶劑并得到所需的IPA顆粒度和形狀。
12.制備間苯二甲酸(IPA)的方法，該方法包括在反應(yīng)溶劑中氧化間二甲苯，得到IPA在所述反應(yīng)溶劑中的分散液，所述分散液還含有選自未反應(yīng)的原料、夾帶的反應(yīng)溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其它不需要的物質(zhì)的雜質(zhì)；過濾所述分散液形成粗IPA濾餅；在約50℃～約200℃的升高的溫度下，將所述濾餅溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中以形成溶液；通過降低溫度或降低壓力至足以從所述溶液的所述IPA中閃蒸出溶劑，在所述結(jié)晶溶劑中從所述溶液里結(jié)晶出純IPA；將所述結(jié)晶的純IPA與所述溶液分離；用清潔的溶劑或被IPA飽和的溶劑洗滌純IPA濾餅，以替換母液和有色物質(zhì)；以及在升高的溫度下將洗滌過的IPA濾餅再次溶解或浸漬于水中。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述間二甲苯進(jìn)行氧化的溶劑是乙酸。
14.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述分散液含有3-羧基苯甲醛(3-CBA)和間甲苯甲酸。
15.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述溶液的溫度降低到約5℃～約100℃。
16.按照權(quán)利要求15的方法，其中所述溶液的溫度降低到約10℃～約45℃。
17.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
18.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述選擇性結(jié)晶溶劑選自N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲?；哙?、N-烷基-2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-巰基烷基(mercatoalkyl)-2-吡咯烷酮、N-巰基乙基-2-吡咯烷酮、N-烷基-2-硫代吡咯烷酮、N-甲基-2-硫代吡咯烷酮、N-羥烷基-2-吡咯烷酮、N-羥乙基-2-吡咯烷酮、嗎啉類、N-甲?；鶈徇?、卡必醇、C1～C12醇、醚類、胺類、酰胺類、酯類和它們的混合物。
19.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述濾餅的洗滌步驟使用了選自清潔NMP或IPA飽和的NMP、對二甲苯、甲醇、丙酮和甲乙酮的洗滌溶劑。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述洗滌溶劑是清潔的NMP或IPA飽和的NMP。
21.按照權(quán)利要求12的方法，在結(jié)晶步驟之后進(jìn)一步包括用選自水、甲醇、甲乙酮和丙酮的替代溶劑代替選擇性結(jié)晶溶劑的步驟。
22.按照權(quán)利要求21的方法，其中所述替代溶劑是水。
23.按照權(quán)利要求12的方法，其中在約180℃～約280℃的溫度下將提純的IPA濾餅再次溶解于或浸漬于水中，以除去最后痕量的結(jié)晶溶劑，并得到所需的IPA顆粒大小和形狀。
24.按照權(quán)利要求12的方法，其中通過將來自所述氧化步驟的物流送入一組結(jié)晶器中，經(jīng)蒸發(fā)反應(yīng)溶劑使間苯二甲酸晶體成長、過濾所述晶體形成所述粗IPA濾餅，以及干燥所述粗IPA濾餅除去反應(yīng)溶劑，從而形成所述分散液，
25.按照權(quán)利要求24的方法，其中將來自所述過濾步驟的母液脫水以回收溶劑，并將其循環(huán)到所述氧化步驟中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從間二甲苯制備間苯二甲酸的方法,特別是提純在該方法的過程中產(chǎn)生的粗間苯二甲酸(IPA),或者按另外的方式,從還含有選自未反應(yīng)的原料、溶劑、副反應(yīng)產(chǎn)物和/或其它不需要物質(zhì)的雜質(zhì)的間苯二甲酸分散液提純粗間苯二甲酸的方法。該方法的提純部分包括以下步驟:(1)過濾所述分散液形成粗IPA濾餅;(2)在升高的溫度下將所述濾餅溶解于選擇性結(jié)晶溶劑中形成溶液;(3)通過降低溶液的溫度或壓力,或同時(shí)降低二者,從結(jié)晶溶劑中的溶液里結(jié)晶出純IPA;(4)將結(jié)晶的純IPA與溶液分離;(5)在升高的溫度下將洗滌過的純IPA濾餅再次溶解于或浸漬于水中,以除去最后痕量的結(jié)晶溶劑,并得到所需的顆粒大小和形狀。選擇性結(jié)晶溶劑優(yōu)選是N－甲基吡咯烷酮。
文檔編號C07C51/43GK1308601SQ99808268
公開日2001年8月15日 申請日期1999年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月6日
發(fā)明者F·M·李, W·拉姆興, R·W·懷特徹爾利 申請人:Hfm國際公司