BRPI0609328B1 - processos de produção de ácidos carboxílicos aromáticos e equipamentos de separação dos componentes de gás - Google Patents

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Abstract

processos de produção de ácidos carboxílicos aromáticos e equipamentos de separação dos componentes de gás. um processo e equipamento para produzir ácidos carboxílicos aromáticos que consiste numa oxidação de fase liquida de materiais de alimentação de hidrocarbonetos aromáticos e do tratamento do gás de alta pressão emitido (off-gas) da oxidação de fase liquida para separar água e solvente de reação e, preferencialmente, dividir as espécies secundárias formadas pela oxidação de fase líquida entre as fases gasosa e líquida resultantes da separação. também estão incluídos processos para produzir formas puras de ácidos carboxílicos aromáticos.

Description

“Processos de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos e Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás” Relatório Descritivo Campo da Invenção Esta invenção está relacionada com um processo e um equipamento para produzir ácidos carboxílicos aromáticos através da oxidação do material de um fluxo aromático a um produto de ácido carboxílico impuro em uma mistura de reação de oxidação de fase líquida e da separação de um gás emitido (off-gas) de alta temperatura e pressão da oxidação de fase líquida para recuperar água e solvente de reação para oxidação líquidos e dividir produtos secundários de oxidação entre as fases líquida e gasosa que também resultam da separação.
Antecedentes da Invenção O ácido tereftálico e outros ácidos carboxílicos aromáticos são aftiplamente usados na produção de poliésteres, comumente através da reação com etileno glicol, alquilenos glicóis mais altos ou combinações destes, para conversão em fibra, filme, recipientes, garrafas e outros materiais de empacotamento, e artigos moldados.
Na prática comercial, os ácidos carboxílicos aromáticos são comumente produzidos por oxidação de fase líquida, em um solvente aquoso de ácido acético, de cargas de alimentação de benzeno e naftale-no metil-substituídos, em que as posições dos substituintes de metil correspondem às posições dos grupos carboxila no produto de ácido carboxílico aromático pretendido, com ar ou outra fonte de oxigênio, que é normalmente gasosa, na presença de um catalisador promovido por brometo que consiste em cobalto e manganês. A oxidação é exotérmica e gera ácido carboxílico aromático junto com produtos secundários, incluindo produtos parciais e intermediários da oxidação da carga de alimentação aromática, e produtos da reação de ácido acético, tais como metanol, acetato de metila e brometo de metila. A água também é gerada como um produto secundário. Os ácidos carboxílicos aromáticos, tipicamente acompanhados de produtos secundários da oxidação da carga de alimentação, são comumente formados dissolvidos ou como sólidos suspendidos na mistura de reação da fase líquida e são comumente recuperados por técnicas de cristalização e de separação sólido-líquido. A reação exotérmica de oxidação é comumente conduzida em um recipiente de reação apropriado em temperatura e pressão elevadas. Uma mistura de reação de fase líquida é mantida no recipiente e uma fase de vapor formada como resultado da oxidação exotérmica é evaporada a partir da fase líquida e removida do reator para controlar a temperatura da reação. A fase de vapor consiste em vapor de água, solvente de reação de ácido acético e pequenas quantidades de produtos secundários da oxidação, incluindo tanto produtos secundários do solvente quanto produtos secundários da carga de alimentação. Ela geralmente contém também gás oxigênio não consumido, pequenas quantidades de carga de alimentação que não reagiu, óxidos de carbono e, quando a fonte de oxigênio para o processo é ar ou mistura gasosa contendo oxigênio, nitrogênio, óxidos de carbono e outros componentes gasosos inertes do gás-fonte.
As formas puras dos ácidos carboxílicos aromáticos são comumente preferidas para a produção de poliésteres para aplicações importantes, como fibras e garrafas, porque impurezas, como os produtos secundários de oxidação gerados nesses processos a partir da carga de alimentação aromática e, mais comumente, várias espécies aromáticas carbonil-substituídas, causam ou estão correlacionadas com a formação de cores em poliésteres feitos dos ácidos e, por sua vez, a cores erradas (off-coloi) em produtos convertidos de poliéster. Os ácidos carboxílicos aromáticos com níveis reduzidos de impureza podem ser produzidos através da oxidação adicional de produtos brutos da oxidação de fase líquida, como descrito acima, a um ou mais níveis de oxigênio e temperaturas progressivamente menores, e durante a cristalização para recuperar produtos da oxidação para conversão dos produtos de oxidação parcial da carga de alimentação, como sabido a partir das Patentes Norte-Americanas 4.877.900, 4.772.748 e 4.286.101. As formas puras preferidas de ácido tereftãlico e outros ácidos carboxílicos aromáticos com conteúdo baixo de impurezas, como o ácido tereftálico purificado ou “PTA”, são produzidos por meio da hidrogenação catalítica de formas menos puras dos ácidos, como o produto bruto que consiste em ácido carboxílico aromático e produtos secundários gerados pela oxidação de fase líquida da carga de alimentação aromática ou os assim chamados produtos de meia pureza, em solução, a temperatura e pressão elevadas, e usando um catalisador de metal nobre. Na prática comercial, a oxidação de fase líquida de materiais de uma alimentação alquil-aromática em ácido carboxílico aromático bruto e a purificação do produto bruto são comumente conduzidas em processos integrados contínuos, em que o produto bruto da oxidação de fase líquida é usado como o material inicial para a purificação. A fase de vapor de alta temperatura e pressão gerada pela oxidação de fase líquida nesses processos é uma fonte potencialmente valiosa de solvente de reação de ácido acético recuperável, material de alimentação que não reagiu e produtos secundários da reação, bem como de energia. O seu conteúdo substancial de água, a sua alta temperatura e pressão, e a sua natureza corrosiva, derivada de componentes como o brometo de metila, o solvente de ácido acético e a água gasosos, contudo, cria desafios técnicos e econômicos para a separação ou recuperação de componentes para reciclagem e recuperação de seu conteúdo energético. Além disso, as impurezas que permanecem não separadas nos fluxos recuperados do processo podem impedir o reuso dos fluxos se as impurezas afetarem de maneira negativa outros aspectos do processo ou a qualidade do produto. Como descrito na Patente Norte-Americana 5.200.557, por exemplo, os ácidos monocarboxílicos afetam negativamente os catalisadores de hidrogenação usados nos processos de purificação, sendo que mesmo baixos níveis de resíduos de ácido acético, como aqueles presentes nos produtos brutos de ácidos carboxílicos aromáticos recuperados dos líquidos de reação da oxidação, são considerados prejudiciais. A Patente Britânica 1.373.230, as Patentes Norte-Americanas 5.304.676; 5.723.656; 6.143.925; 6.504.051, a Patente Européia 0 498 591 BI e o Pedido Internacional WO WO 97/27168 descrevem processos de produção de ácidos carboxílicos aromáticos através da oxidação de fase líquida de materiais de uma alimentação aromática em que um gás emitido de alta pressão é removido da oxidação e tratado para a recuperação e reciclagem de porções ou componentes destes e, em alguns casos, para a recuperação de energia. A condensação de gás emitido, como na Patente Norte-Americana 5.304.676, é eficaz para a recuperação de água, ácido acético e outros componentes condensáveis do gás emitido, mas separar água, ácido acético e outros componentes no condensado resultante é tecnicamente complexo e economicamente impraticável. As separações de gás emitido de alta pressão, como nos processos das Patentes Norte-Americanas 5.723.656, 6.143.925, 6.504.051 e o Pedido Internacional WO 97/27168, podem ser eficazes para separar os gases emitidos de maneira a recuperar líquidos ricos em ácido acético e gases que consistem em vapor de água apropriados para processamento adicional. Entretanto, certos produtos secundários da oxidação tendem a ser divididos tanto entre a fase líquida quanto a gasosa nessas separações, complicando sua recuperação e potencial- mente afetando de maneira negativa outros fluxos e etapas do processo. A essas dificuldades junta-se o acúmulo desses produtos secundários em processos em que os fluxos que contêm produtos secundários, tais como o licor-mãe (motker liquot) remanescente após a recuperação das formas puras de ácidos carboxílicos aromáticos de uma mistura de reação líquida de purificação ou de gases efluentes condensados em líquidos de separações de alta pressão, são usados nas separações. Nenhum dos processos descritos nas patentes citadas usa líquidos condensados de um gás emitido de alta pressão originário de uma oxidação de fase líquida como solvente ou outro líquido que contenha água na purificação de ácidos carboxílicos aromáticos impuros, e a recuperação de materiais e energia nesses processos é comumente obtida à custa deles, por exemplo, devido à perda do conteúdo energético no resfriamento ou despressurização para recuperar materiais, à queima de materiais para controlar emissões atmosféricas e outras perdas de solvente de oxidação, à carga de alimentação e aos produtos secundários que resultam, se uma fase de vapor de alta temperatura e pressão, originária da oxidação, não for resfriada ou despressurizada para a remoção desses materiais.
As impurezas que permanecem no fluxo de reciclagem podem a-trapaíhar a operação do processo e prejudicar a qualidade do produto. Equipamentos e etapas de processo adicionais para a recuperação de materiais, energia ou ambos podem levar a um processo mais complexo e limitar ou impedir sua utilidade prática se eles adicionarem custos que os ganhos em materiais e energia. O impacto desses fatores, a perda de energia e de materiais, é aumentado pela escala das operações do processo. Em indústrias de manufatura de escala mundial, com capacidades anuais de 500.000 a 1.000.000 ou mais de toneladas de produto, mesmo frações de percentagem ou centenas de partes por milhão de carga de alimentação ou de solvente perdidos ou convertidos em produtos secundários indesejáveis ou inúteis, pequenas ineficiências na recuperação de energia e incrementos adicionais ao tratamento de água efluente se traduzem em perdas práticas significativas de materiais, em aumento do consumo de combustível ou eletricidade e em processamento extra, bem como em uma eficiência e um valor econômico do processo não calculáveis devido às diferenças e variações nos custos da energia, dos materiais e dos requisitos para o tratamento das emissões e efluentes gasosos e líquidos.
Sumário da Invenção Esta invenção fornece um processo e equipamento que, nas suas implementações e características, fornece ou permitem a produção de ácidos carboxílicos aromáticos por meio da oxidação de fase líquida de materiais de uma alimentação de hidrocarbonetos aromáticos com o tratamento melhorado de uma fase de vapor de alta pressão, originária da oxidação de fase líquida, para a separação e recuperação de solvente de reação de oxidação, água e produtos secundários da oxidação. Em algumas implementações, a invenção também pode fornecer recuperações benéficas de energia de gases emitidos da oxidação. A invenção também fornece processos e equipamentos melhorados para a produção de ácidos carboxílicos aromáticos com o controle seletivo dos produtos secundários dos materiais da alimentação aromática e do solvente de reação de ácido monocarboxílico para oxidação, gerados na oxidação de fase líquida e levados para o gás emitido a partir da reação de oxidação ou de outra maneira presentes durante o tratamento do gás emitido para a separação de água e solvente de reação de oxidação. Esses produtos secundários são preferencialmente divididos, de acordo com aspectos da invenção, em uma ou mais fases líquidas contendo solvente de reação de oxidação ou água, que são separados em alta pressão de uma fase de vapor de alta pressão originária de uma oxidação de fase líquida, ou em um gás de alta pressão resultante da separação. Outros fatores sendo constantes, o controle desses produtos secundários de acordo com a invenção pode reduzir seus níveis presentes como impurezas nos fluxos de líquido ou vapor derivados dos gases emitidos. Ele também pode facilitar o retorno desses produtos secundários para o uso em etapas do processo nas quais são úteis mais diretamente, ou em concentrações maiores do se fosse retido sem estar em uma fase líquida ou de vapor resultantes da separação.
Em processos integrados para a produção de formas puras de ácidos carboxílicos aromáticos que consistem na oxidação de materiais de uma alimentação aromática, presentes em uma reação de mistura de fase líquida, em um produto bruto que consiste em ácido carboxílico aromático e produtos secundários de oxidação do material da alimentação, e na purificação do produto bruto por hidrogenação de uma solução deste em um líquido que contém água, a invenção também pode eliminar ou reduzir os requisitos de água desmineralizada ou água pura de outras fontes e fornecer um equilíbrio entre a água gerada na oxidação de fase líquida e a água usada na purificação que não é alcançado, ou ocorre em níveis substancialmente menores, nos processos conhecidos. Além da separação substancial do solvente e da água, presentes no gás emitido da reação de oxidação, em fases líquidas apropriadas para retorno ou para uso nas etapas de oxidação e de purificação, o processo inventivo inclui implementações que consistem no direcionamento para a separação, como refluxo, de um líquido que contém o licor-mãe remanescente após a recuperação de um produto purificado de ácido carboxílico aromático a partir de uma solução de reação de purificação. Nessas implementações, não apenas os produtos secundários da oxidação, por exemplo, intermediários de oxidação de carboxibenzaldeído e ácido toluico conversíveis em ácido tereftálico ou isoftálico como produtos desejáveis de ácidos aromáticos, podem ser levados de volta à oxidação, mas também ácido monocarboxílico solvente, como os resíduos de solvente nos produtos de ácidos carboxílicos aromáticos impuros usados para formar soluções de purificação e os produtos secundários de solventes que permanecem nos gases resultantes da separação. A recuperação de ácido monocarboxílico solvente, de produtos de reação deste gerados na oxidação de fase líquida, de material da alimentação aromática que não reagiu e é originário da oxidação ou combinação destes e está presente em uma fase de vapor de alta pressão remanescente após a separação substancial do ácido monocarboxílico solvente e da água na fase de vapor da oxidação é melhorada ainda mais de acordo com outras implementações, em que um gás de alta pressão da separação é condensado para recuperar líquido que contém água, no momento em que sai de uma tubulação condensadora de alta pressão, sendo resfriado até uma temperatura na qual um ou mais agentes de captação (scrubbing) é eficaz em remover um ou mais entre material da alimentação, solvente e produtos secundários da oxidação do solvente. O gás resultante pode ser tratado mais ainda para separar o material da alimentação e/ou esses produtos secundários do solvente e, em outra implementação, um fluxo contendo materiais da alimentação, produtos secundários de solvente ou combinações destes pode ser direcionado para a oxidação de fase líquida.
Em um aspecto, a invenção fornece um equipamento para a produção de ácidos carboxílicos aromáticos. O equipamento proporciona uma capacidade melhorada para a recuperação de energia e para impedir a perda de materiais na operação do processo. Em algumas de suas implementações, o equipamento está configurado para fornecer mais benefícios, reduzindo a corrosividade dos fluxos de gás do processo, de maneira que os componentes do equipamento e, em alguns casos, de equipamentos auxiliares ou outros equipamentos do processo possam ser construídos com metais e ligas de moderada resistência à corrosão, como aços inoxidáveis, aços doces ou aços duplex, que seriam alternativas ao titânio, ligas de aço-níquel ou outros metais mais caros que são altamente resistentes à corrosão e mais convencionalmente usados na produção de ácidos carboxílicos aromáticos.
De maneira breve, o equipamento de acordo com a invenção é para separar componentes de um gás emitido reator gerado na produção de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidação de fase líquida de uma alimentação de hidrocarbonetos aromáticos substituídos em uma mistura de reação de fase líquida e consiste em um recipiente substancialmente colunar, substancialmente fechado contendo (a) pelo menos uma entrada inferior de gás para receber e direcionar, para um primeiro estágio de uma zona de fracionamento do dispositivo, uma fase de vapor de alta pressão de um recipiente de reação para oxidação de fase líquida de um material de alimentação de hidrocarboneto aromático substituído com oxigênio gasoso numa mistura de reação de fase líquida que contém solvente de ácido mono carboxílico e água sob condições nas quais uma mistura de reação de fase líquida seja mantida e uma fase de vapor de topo de alta pressão contendo vapor de água com ácido monocarboxílico solvente seja gerada no recipiente de reação; (b) uma zona de fracionamento para fazer com que as fases líquida e gasosa entre em contato em fluxo contracorrente, estando, assim, em vários estágios de equilíbrio teóricos e contendo (1) uma primeira parte que é substancialmente capaz de separar a água e o ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão em contato com um fluxo contracorrente de líquido de refluxo que contém componentes do líquido de refluxo recebidos de um estágio intermediário da zona de fracionamento, de maneira que uma fase líquida inicial rica em ácido monocarboxílico solvente é removida para o líquido de refluxo e uma fase de vapor de alta pressão intermediária inicial pobre em ácido monocarboxílico solvente e que contém vapor de água é formada, sendo que a primeira parte tem comunicação de fluxo com uma parte intermediária da zona de fracionamento para receber o líquido de refluxo de lá e repassar para lá a fase de vapor intermediária inicial, e contém ainda os meios para direcionar o líquido de refluxo, para o qual a primeira fase líquida é removida, para um reservatório de líquido; (2) uma parte intermediária que é capaz de separar os produtos secundários de oxidação de material da alimentação de hidrocarbonetos aromáticos substituídos das fases líquida e gasosa em uma fase de vapor intermediária inicial em contato com um fluxo contracorrente de líquido de refluxo que contém os componentes líquidos de um líquido de refluxo recebidos de uma parte superior do dispositivo de separação, de maneira que os produtos secundários do precursor de hidrocarbonetos aromáticos sejam removidos para o líquido de refluxo e uma segunda fase de vapor intermediária contendo vapor de água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários do precursor de hidrocarbonetos aromáticos seja formada, sendo que a parte intermediária tem comunicação de fluxo com a parte superior da zona de fracionamento para receber o líquido de refluxo de lá e repassar a segunda fase de vapor intermediária para lá; e (3) uma parte superior que é capaz de substancialmente separar a água e os produtos secundários de oxidação do ácido monocarboxílico solvente em pelo menos um entre a segunda fase de vapor intermediária e o líquido de refluxo fornecido à parte superior em contato com o fluxo de contracorrente do líquido de refluxo, de maneira que uma segunda fase líquida contendo água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e seus produtos secundários seja removida para o líquido de refluxo e uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo vapor de água e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente e substancialmente livre dos produtos secundários do precursor de hidrocarbonetos aromáticos seja formada, sendo que a parte superior possui meios de coletar em uma parte mais inferior dela pelo menos uma parte do líquido de refluxo para o qual a segunda fase líquida foi removida; (c) um reservatório de líquidos para receber a primeira parte do líquido de refluxo da zona de fracionamento para o qual a primeira fase líquida foi removida; (d) pelo menos uma saída de líquidos em comunicação com o reservatório de líquidos para remover líquidos do dispositivo; (e) pelo menos uma entrada de líquidos para introduzir o líquido de refluxo em uma região superior da parte superior da zona de fracionamento; (f) pelo menos uma entrada de líquido para introduzir um líquido de refluxo na região superior da parte inferior da zona de fracionamento; (g) pelo menos uma saída de líquidos em comunicação com os meios de coleta para remover do dispositivo pelo menos uma parte do líquido de refluxo para o qual a segunda fase líquida é removida. Em uma implementação mais específica, a zona de fracionamento fornece, preferencialmente, cerca de 20 até aproximadamente 80estágios de equilíbrio teóricos. Uma primeira parte da zona de fracionamento é capaz, de acordo com outra implementação, de separar a água e o ácido monocarboxílico solvente em um vapor de alta pressão da oxidação de fase líquida de modo que pelo menos cerca de 95% em peso ácido monocarboxílico solvente seja removido para o líquido de refluxo. Em outra implementação, a primeira parte de uma zona de fracionamento preferencialmente fornece cerca de 20 até aproximadamente 70 estágios de equilíbrio teóricos. Em outra implementação, pelo menos uma saída em comunicação com os meios de coleta para retirar o líquido de refluxo para o qual a segunda fase líquida foi removida e pelo menos uma entrada para introduzir o líquido de refluxo em uma região superior da parte inferior da zona de fracionamento são preferencialmente separadas por cerca de 1 até aproximadamente 10 estágios de equilíbrio teóricos. Em ainda outra implementação, pelo menos uma dessas saídas e pelo menos uma entrada para introduzir um líquido de refluxo em uma região superior da parte superior da zona de fracionamento são separadas por cerca de 1 e até aproximadamente 10 estágios de equilíbrio teóricos.
Um equipamento de acordo com outra implementação da invenção preferencialmente consiste num recipiente de reação para a oxidação de fase líquida de um material da alimentação de hidrocarbonetos aromáticos substituídos com oxigênio gasoso em uma reação de mistura de fase líquida contendo solvente de ácido monocarboxílico e água sob condições nas quais um mistura de reação de fase líquida seja mantida e uma fase de vapor de topo de alta pressão contendo vapores de água com ácido monocarboxílico solvente seja gerada no recipiente de reação, sendo que o recipiente de reação contém pelo menos uma saída para remover a fase vapor de topo de alta pressão de lã, essa saída tem comunicação de fluxo com pelo menos uma entrada inferior de gás para receber e direcionar a fase de vapor de topo de alta pressão para o primeiro estágio da zona de fracionamento do equipamento de separação.
Em outras implementações, o equipamento de acordo com implementações da invenção é preferencialmente adaptado para uso em processos integrados com processos para produzir formas puras de ácidos aromáticos carboxílicos que consistem em fazer uma solução contendo ácidos aromáticos carboxílicos e impurezas dissolvidos num líquido aquoso entrar em contato com hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenação, em temperatura e pressão elevadas, para formar uma mistura de reação de fase líquida e recuperar um produto sólido de ácido aromático carboxílico com menos impurezas da mistura de reação de purificação. Um equipamento desejável para a produção de ácido aromático carboxílico purificado por esse processo contém pelo menos um recipiente de reação adaptado para o contato de uma solução líquida de reação de purificação com hidrogênio, em elevada temperatura e pressão, na presença de um catalisador de hidrogenação para formar uma mistura líquida de reação de purificação e, mais preferivelmente, pelo menos um recipiente de recuperação de produto com comunicação de fluxo com o recipiente de reação para receber a mistura líquida de reação de purificação removida do recipiente de reação e recuperar de lá o produto sólido de ácido aromático carboxílico com níveis reduzidos de impurezas. Preferencialmente, esse equipamento também inclui um ou mais recipientes adicionais para, por exemplo, dissolver ácidos aromáticos carboxílicos brutos ou impuros em um solvente de reação de purificação, filtrar ou realizar outro tipo de separação e lavar um produto sólido purificado de ácido aromático carboxílico. O equipamento segundo uma implementação desse aspecto da invenção também pode incluir meios para recuperar energia na forma de trabalho ou por meio da extração de calor de uma segunda fase de vapor de alta pressão removida do equipamento de separação.
Em outro aspecto, a invenção fornece um processo para produzir ácidos aromáticos carboxílicos. 0 processo consiste em fazer um material de alimentação contendo pelo menos um precursor de hidrocarboneto aromático entrar em contato com o ácido com oxigênio gasoso em uma mistura de reação de oxidação de fase líquida, contendo solvente de ácido monocarboxílico e água, na presença de uma composição de catalisadores, contendo pelo menos um componente de metal pesado, em uma zona de reação em temperatura e pressão elevadas o suficiente para manter a mistura de reação de oxidação de fase líquida e formar um ácido aromático carboxílico e impurezas contendo produtos secundários dissolvidos ou suspensos na mistura de reação de oxidação de fase líquida e uma fase de vapor de alta pressão contendo ácido monocarboxí-lico solvente, água e pequenas quantidades do precursor de hidrocarbo-neto aromático e de produtos secundários da oxidação do precursor do ácido monocarboxílico solvente; transferir uma fase de vapor de alta pressão removida da zona de reação para uma zona de separação capaz de separar substancialmente o ácido monocarboxílico solvente, a água e os produtos secundários da oxidação em pelo menos uma segunda fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente e contendo vapor de água, de maneira que os produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático são preferencialmente alocados à primeira fase líquida e produtos secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente são preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão; e remover da zona de separação, em fluxos separados, uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste, e uma segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente livre dos produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático.
Em outras implementações, a separação da água, do ácido monocarboxílico solvente e dos produtos secundários é realizada em uma zona de separação com líquido de refluxo, o que é preferencialmente um líquido contendo água e, mais preferivelmente ainda, é um líquido condensado contendo água condensada de uma segunda fase de vapor de alta pressão removida da zona de separação ou um licor-mãe resultante da recuperação de formas puras sólidas de ácido carboxilico aromático de uma mistura líquida de reação de purificação ou uma combinação destes. Em uma implementação ainda mais específica, a zona de separação tem estágios e um primeiro líquido de refluxo fornecido a um estágio para a separação substancial da água e do ácido mono-carboxílico solvente contém um licor-mãe de purificação, e um líquido de refluxo adicional fornecido a um estágio para alocar os produtos secundários do solvente à segunda fase de vapor de alta pressão contém um líquido condensado recuperado da segunda fase de vapor de alta pressão.
Em outra implementação, a invenção fornece um processo para produzir ácido carboxilico aromático que consiste, em etapas, em pelo menos uma etapa de oxidação de fase líquida que consiste em fazer um material de alimentação contendo pelo menos um hidrocarboneto aromático substituído, no qual os substituintes são oxidáveis em grupos de ácido carboxilico, entrar em contato com oxigênio gasoso em mistura de reação de oxidação de fase líquida contendo ácido monocarboxílico solvente e água, na presença de um catalisador, contendo pelo menos um componente de metal pesado, em uma zona de reação em temperatura e pressão elevadas o suficiente para manter a mistura de reação de oxidação de fase líquida e formar um ácido aromático carboxilico e impurezas contendo produtos secundários de reação dissolvidos ou suspensos na mistura de reação de oxidação de fase líquida e uma fase de vapor de alta pressão contendo ácido monocarboxílico, água e hidrocarboneto aromático substituído que não reagiu, oxigênio e produtos secundários da reação; e de pelo menos uma etapa de purificação que consiste em fazer entrar em contato com hidrogênio em elevada temperatura e pressão, na presença de um catalisador contendo um metal catalisador de hídrogenação, uma solução de reação de purificação contendo um líquido que contém água e possui dissolvido em si ácido carboxílico aromático e impurezas, recuperadas da mistura de reação da oxidação de fase líquida, para formar uma mistura líquida de reação de purificação contendo ácido carboxílico aromático e impurezas hidroge-nadas dissolvidas em um líquido contendo água; e - pelo menos uma etapa de separação de gás emitido que consiste em transferir uma fase de vapor de alta pressão removida da zona de reação de pelo menos uma etapa de oxidação de fase líquida para uma zona de separação capaz de substancialmente separar ácido monocarboxílico solvente, água e produtos secundários de oxidação em pelo menos uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, pelo menos uma segunda fase líquida rica em água e que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente, e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente e que contém vapor de água, de maneira que os produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático sejam preferencialmente alocados à primeira fase líquida e os produtos secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente sejam preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão, e de remover da zona de separação uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e dos seus produtos secundários de oxidação e uma segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente livre dos produtos secundários de oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático; e pelo menos uma etapa que consiste em direcionar uma segunda fase líquida rica em água, que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e dos seus produtos secundários de oxidação, removida da zona de separação em pelo menos uma etapa de separação de gás emitido para uma zona de purificação de maneira que um líquido contendo água, usado em pelo menos uma etapa de purificação ou para recuperação, separação ou lavagem de um produto deste, contenha o líquido condensado. As etapas de oxidação de fase líquida, purificação e separação de gás emitido do processo de acordo com as implementações da invenção são preferencialmente integrados de maneira que um produto da oxidação de fase líquida contendo ácido carboxílico aromático e produtos secundários, e uma fase de vapor de alta pressão de uma única oxidação de fase líquida sejam direcionados para purificação e separação de gás emitido, respectivamente, com uma segunda fase líquida contendo água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e seus produtos secundários da oxidação de fase líquida, recuperada na separação de gás emitido seja direcionada para a purificação para uso como um líquido contendo água.
Em outra implementação, um processo de acordo com a invenção consiste nas etapas, (a) fazer com que um material de alimentação contendo um precursor de hidrocarboneto aromático para o acido carboxílico aromático entre em contato com oxigênio gasoso em uma mistura de reação de oxidação de fase líquida, contendo ácido monocarboxílico solvente e água, na presença de uma composição catalisadora, contendo um componente de metal pesado, em uma zona de reação com temperatura e pressão elevadas o suficiente para manter uma mistura líquida de reação e formar um ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído dissolvidos ou suspensos em uma mistura de reação de oxidação de fase líquida, e uma fase de vapor de alta pressão que contém ácido monocarboxílico solvente, água, produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente; (b) recuperar da mistura de reação da oxidação de fase líquida um produto sólido contendo ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários de reação; (c) dissolver ou suspender o produto sólido recuperado da mistura de reação da oxidação de fase líquida e contendo ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído em um líquido contendo água, sendo que pelo menos parte do qual contém uma segunda fase líquida recuperada de acordo com a etapa (i), para formar uma solução de purificação; (d) fazer a solução de purificação entrar em contato com hidrogênio em elevada temperatura e pressão, na presença de um catalisador de hidrogenação para formar uma mistura de reação de purificação líquida; (e) recuperar da mistura de reação de purificação líquida um produto purificado sólido contendo o ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas e um licor-mãe de purificação líquida contendo água e pequenas quantidades de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático, de derivados hidrogenados destes ou combinações destes; (f) transferir uma fase de vapor de alta pressão da etapa (a) contendo ácido monocarboxílico solvente, vapor de água, produtos secundários de hidrocarboneto aromático substituído e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente para uma zona de separação com um líquido de refluxo e capaz de separar substancialmente o ácido monocarboxílico solvente, a água e os produtos secundários em pelo menos uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, pelo menos uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente e que contém vapor de água, de maneira que os produtos secundários de oxidação do hidrocarboneto aromático substituído sejam substancialmente alocados à primeira fase líquida e os produtos secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente sejam substancialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão; (g) remover da zona de separação, em fluxos separados, uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste, e uma segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente livre dos produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático; e (h) direcionar uma segunda fase líquida rica em água, que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste, removida da zona de separação na etapa (g) para pelo menos uma das seguintes etapas (c), (d) ou (e), de maneira que o líquido contendo água em pelo menos uma das etapas (c), (d) ou (e) contenha a segunda fase líquida.
Em implementações mais específicas, um fluxo líquido contendo líquido rico em ácido monocarboxílico solvente da zona de separação é transferido para a zona de reação. Em outras implementações, resfria-se uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água substancialmente livre de produtos secundários de oxidação dos materiais iniciais de hidrocarboneto aromático para a oxidação de fase líquida e que é removida da zona de separação é condensada para recuperar líquido condensado contendo água por meio da transferência de calor da segunda fase de vapor para um meio de troca de calor, gerando vapor ou outro fluido aquecido sobre pressão; o vapor ou fluido aquecido sob pressão resultante pode ser usado para aquecimento em outras etapas ou processos. Alternativamente, essa segunda fase de vapor de alta pressão, uma parte dela ou um gás de exaustão de alta pressão que permanece após a condensação do gás da segunda fase de vapor de alta pressão podem ser tratados em uma ou mais etapas adicionais para recuperar materiais de alimentação que não reagiram e solvente ou produtos secundários de solventes, recuperar energia por extração de calor, como na troca de calor, recuperar energia por conversão para energia mecânica, como um expansor ou outro dispositivo apropriado, ou combinações destes.
Breve Descrição do Desenho da Invenção A invenção é descrita com referência ao desenho, no qual: A Figura 1 é um diagrama de fluxo ilustrando o equipamento e o processo de acordo com as implementações desejáveis da invenção, incluindo a integração do equipamento com outros equipamentos usados para produzir e purificar ácidos carboxílicos aromáticos de acordo com as implementações da invenção; e a Figura 2 é uma visão expandida de uma forma preferencial do equipamento de acordo com as implementações desejáveis da invenção e é útil para realizar o processo de acordo com as implementações deste.
Descrição Detalhada Os ácidos carboxílicos aromáticos para os quais a invenção é a-propriada incluem as espécie mono e poficarboxiladas que contenham um ou mais anéis aromáticos, as quais podem ser produzidas por meio da reação de reagentes gasosos e líquidos em um sistema de fase líquida. Exemplos ácidos carboxílicos aromáticos incluem o ácido tereftálico, o ácido trimésico, o ácido trimelítico, o ácido ftálico, o ácido isoftálico, o ácido benzóico e os ácidos naftaleno dicarboxílicos. A invenção é particularmente útil para produzir formas puras de ácido tereftálico, incluindo ácido tereftálico purificado e os assim chamados ácidos tereftálicos de pureza média.
Uma etapa de oxidação do processo inventivo é uma oxidação de fase líquida que consiste em fazer com que o gás oxigênio entre em contato com um material de alimentação contendo um hidrocarboneto aromático com substituintes que podem ser oxidados em grupos de ácido carboxílico em uma mistura de reação de fase líquida contendo solvente de ácido monocarboxílico e água na presença de uma composição catalisadora contendo pelo menos um componente de metal pesado. A etapa de oxidação é conduzida em temperaturas e pressões elevadas eficazes para manter a mistura de reação de fase líquida e formar uma fase de vapor de altar temperatura e pressão. A oxidação do material de alimentação aromático na etapa de oxidação de fase líquida produz ácido carboxílico aromático, bem como produtos secundários de reação, como produtos parciais ou intermediários da oxidação do material de alimentação aromático e produtos secundários do solvente. A etapa de oxidação de fase líquida e etapas associadas do processo podem ser conduzidas em lote, em um processo contínuo ou em um processo semi-contínuo. A etapa de oxidação pode ser realizada em um ou mais reatores. Materiais de alimentação aromáticos apropriados para oxidação consistem em hidrocarbonetos aromáticos substituídos em uma ou mais posições, que normalmente correspondem às posições dos grupos de ácidos carboxílicos dos ácidos carboxílicos aromáticos sendo preparados, com pelo menos um grupo que é oxidável a um grupo de ácido carboxílico. Os substituintes oxidáveis podem ser grupos alquila, como os grupos metila, etila ou isopropila, ou grupos que já contenham oxigênio, tais como os grupos hidroxialquila, formila ou ceto. Os substituintes podem ser os mesmo ou diferentes. A parte aromática dos compostos da carga de alimentação pode ser um núcleo de benzeno ou um bi ou policíclico, como núcleo de naftaleno. O número de substituintes oxidáveis da parte aromática do composto da carga de alimentação pode ser igual ao número de sítios disponíveis na parte aromática, mas geralmente é menor que o número de sítios, preferivelmente 1 até aproximadamente 4, sendo preferível 2. Exemplos de compostos de alimentação úteis, que podem ser usados sozinhos ou em conjunto, incluem tolueno, etilbenzeno e outros benzenos alquil-substituídos, o-xileno, p-xileno, m-xileno, tolualdeídos, ácidos toluicos, alcoóis alquil benzil, l-formíl-4-metilbenzeno, l-hidroximetil-4-metilbenzeno, metilace-tofenona, 1,2,4-trimetilbenzeno, l-formil-2,4-dimetil-benzeno, 1,2,4,5-tetrametilbenzeno, naftalenos alquil, formil, acil e hidroxilmetil-substituídos, como 2,6-dimetilnaftaleno, 2,6-dietÍlnaftaleno, 2,7-dimetilnaftaleno, 2,7-dietilnaftaleno, 2-formil-6-metilnaftaleno, 2-acil-6-metilnafthaleno, 2-metil-6-etilnafthaleno e derivados parcialmente oxidados dos compostos acima.
Para a produção de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidação dos seus precursores de hidrocarbonetos aromáticos substituídos correspondentemente, por exemplo, a produção de ácido benzóico a partir de benzenos monossubstituídos, ácido tereftálico a partir de benzenos paradissubstituídos, ácido ftálico a partir de benzenos ortodis-substituídos, e 2,6 ou 2,7 ácido naftaleno dicarboxílico a partir de, respectivamente, 2,6- e 2,7- naftalenos dissubstituídos, é preferível usar materiais de alimentação relativamente puros, e preferível ainda, usar materiais de alimentação nos quais o conteúdo de precursor correspondente ao ácido desejado é pelo menos 95% em peso, e mais preferivelmente pelo menos 98% em peso ou até mais. Uma alimentação de hidrocarboneto aromático preferencial para a produção de ácido tereftálico é o para-xileno. Um material preferencial para produzir ácido benzóico é o tolueno. O solvente para a reação de fase líquida do material de alimentação aromático para a produção de um produto de ácido carboxílico aromático na etapa de oxidação de fase líquida consiste num ácido monocarboxílico de baixo peso molecular, o qual preferencialmente é um ácido monocarboxílico Ci-Cs, por exemplo, ácido acético, ácido propriô-nico, ácido butírico, ácido valérico e ácido benzóico. Ácidos monocarboxí-licos alifáticos mais leves e ácido benzóico são preferidos porque eles são menos reativos com um produtos de reação indesejáveis do que ácidos monocarboxílicos de mais alto peso molecular nas condições de reação usadas para as oxidações de fase líquida de ácidos carboxílicos aromáticos e podem acentuar efeitos catalíticos na oxidação. O ácido acético é o mais preferido. Os solventes na forma de soluções aquosas destes, por exemplo, as soluções do ácido de cerca de 80 até aproximadamente 95% em peso, são mais comumente usadas nas operações comerciais. O etanol e outros materiais co-solventes que oxidam a ácidos monocarboxílicos nas condições de reação da oxidação de fase líquida também podem ser usados como são ou em conjunto com ácidos monocarboxílicos com bons resultados. Quando se usa um solvente que consiste numa mistura de ácido monocarboxílico e um co-solvente, é preferível usar co-solventes cuja oxidação leve ao mesmo monocarboxílico, de maneira que as etapas de separação do solvente não sejam complicadas ainda mais.
Em relação aos solventes para a oxidação de fase líquida de acordo com a invenção, a expressão “ácido monocarboxílico solvente”, como empregada aqui em referência a um componente de vários fluxos de gases e líquidos, se refere ácido monocarboxílico com a mesma composição química que o ácido monocarboxílico usado como solvente na oxidação de fase líquida. Esse uso também distingue essas composições químicas de outros ácido monocarboxílico que podem estar presentes como produtos secundários da oxidação. A título de exemplo, quando a mistura de reação de fase líquida para oxidação inclui o solvente de ácido acético, a expressão “ácido monocarboxílico solvente” se refere ao ácido acético, mas não a outras espécie de ácido monocarboxílico, como os ácidos benzóico e toluico, os quais são produtos secundários parciais ou intermediários comuns da oxidação de materiais de alimentação aromáticos usados de acordo com a invenção. Além disso, como ficará claro pelo contexto, a palavra “solvente”, como empregada na expressão “ácido monocarboxílico solvente”, pode se referir, mas não necessariamente o faz, à função do ácido monocarboxílico ao qual se refere. Assim, de novo a título de exemplo, o “ácido monocarboxílico solvente** descrito como componente de uma mistura de reação de oxidação de fase líquida está presente como solvente para a mistura; entretanto, quando o “ácido monocarboxílico solvente” é descrito como componente presente em uma fase de vapor de alta pressão gerada na oxidação ou como componente de uma fase líquida separada dessa fase de vapor não significa que o ácido monocarboxílico está funcionando como solvente.
Os catalisadores usados para a oxidação líquida consistem em materiais que são eficazes na catalização da oxidação de materiais de alimentação aromáticos em ácidos carboxílicos aromáticos. Os catalisadores preferidos são solúveis na mistura de reação de fase líquida usada para a oxidação, porque os catalisadores solúveis promovem o contato entre o catalisador, o gás oxigênio e os materiais de alimentação líquidos; entretanto, catalisadores heterogêneos ou componentes catalisadores também podem ser usados. Normalmente, o catalisador consiste em pelo menos um componente de metal pesado, como um metal com peso atômico na faixa de cerca de 23 até aproximadamente 178. Exemplos de metais pesados apropriados incluem cobalto, manganês, vanádio, molibdênio, cromo, ferro, níquel, zircônio, cério ou um metal lantanídeo, como o hãfnio. Formas apropriadas desses metais incluem, por exemplo, acetatos, hidróxidos e carbonatos. Os catalisadores preferenciais consistem em cobalto, manganês, combinações destes e combinações com um ou mais dos outros metais, particularmente háfnio, cério e zircônio. Nas implementações desejáveis, as composições catalisadoras para a oxidação de fase líquida também consistem num promotor, que promove a atividade oxidativa do metal catalisador, de preferência, sem gerar tipos ou níveis indesejados de produtos secundários. Os promotores que são solúveis na mistura de reação líquida usada na oxidação são preferidos para promover o contato entre o catalisador, o promotor e os reagentes. Os compostos halogênicos são comumente usados como promotores, por exemplo, haletos de hidrogênio, haletos de sódio, haletos de potássio, haletos de amônia, hidrocarbonetos substituídos com halogênio, ácidos carboxílicos substituídos com halogênio e outros compostos halogena-dos. Os promotores preferenciais consistem em pelo menos uma fonte de bromo. As fontes de bromo apropriadas incluem bromo-antracenos, Br2, HBr, NaBr, KBr, NH4Br, brometo de benzila, bromo ácido acétíco, dibro-mo ácido acético, tetrabromoetano, etileno dibrometo, brometo de bromoacetila e combinações destes. Outros promotores apropriados incluem aldeídos e cetonas, como acetaldeído e metil etil cetona.
Os reagentes para a reação de fase líquida da etapa de oxidação também incluem um gás contendo gás oxigênio. Ar enriquecido com oxigênio, oxigênio puro e outras misturas gasosas contendo oxigênio molecular, tipicamente em níveis de pelo menos cerca de 10% em volume, também são úteis. Como será notado, à medida que o conteúdo de oxigênio molecular aumenta, os requisitos sobre o compressor e a manipulação dos gases inertes no reator de gases emitidos diminuem. Quando ar ou outras misturas gasosas contendo oxigênio são usados como uma fonte de oxigênio para o processo, a fase de vapor de alta pressão gerada pela reação de fase líquida na etapa de oxidação contém nitrogênio ou outros componentes de gases inertes da fonte de oxigênio.
As proporções de material de alimentação aromático, catalisador, oxigênio e solvente não são críticos para a invenção e variam com fatores que incluem a escolha dos reagentes; solvente, composições catalisado-ras e produto desejado de ácido carboxílico aromático; detalhes do projeto do processo; e fatores de operação. Razões de peso entre solvente e carga de alimentação aromática que variem de cerca de 1:1 até apro- ximadamente 30:1 são preferidas, com cerca de 2:1 até aproximadamente 5:1 sendo mais desejáveis, embora razões mais alta e mais baixas, mesmo na faixa de centenas para um podem ser usadas. O gás oxigênio é tipicamente usado, pelo menos, em uma quantidade estequiométrica baseada no material de alimentação aromático, mas não muito grande, levando-se em consideração as condições da reação, taxas e componentes orgânicos da fase de vapor de alta pressão resultante da reação de fase líquida, e que uma mistura inflamável existe na fase de vapor. Nas operações comerciais usando materiais de alimentação aromáticos, ácido monocarboxílico solvente, composições catalisadoras e condições de operação, todos preferenciais, o gás oxigênio, mais comumente fornecido na forma de ar, é preferencialmente fornecido à oxidação de fase líquida em uma taxa eficaz para fornecer pelo menos cerca de 3 até aproximadamente 5,6 moles de oxigênio molecular por mole de material de alimentação de hidrocarboneto aromático. Uma fase de vapor de alta pressão resultante da oxidação de fase líquida é preferencialmente removida da reação em uma taxa tal que o conteúdo de oxigênio da fase de vapor na zona de reação contenha de cerca de 0,5 até aproximadamente 8% em volume de oxigênio em base livre de solvente. Sendo outras condições estáveis, variações no conteúdo de oxigênio da fase de vapor, como o aumento ou diminuição das taxas de reação através do uso de quantidades maiores ou menores de catalisador na oxidação de fase líquida, podem influenciar a geração de produtos secundários na oxidação, com conteúdos menores de oxigênio na fase de vapor, por exemplo, até cerca de 3% em volume, ou de cerca de 0,5 até aproximadamente 2,5% em volume, tendendo a favorecer uma conversão mais completa da alimentação de hidrocarbonetos aromáticos em ácidos carboxílicos aromáticos e, assim, a redução dos produto secundários da oxidação da carga de alimentação aromática, mas com aumento da geração de produtos secundários de solvente. A título de exemplo, em oxidações de fase líquida usando materiais de alimentação de para-xileno e ácido acético como solvente para oxidação, conteúdos de oxigênio da fase de vapor de cerca de 0,5 até aproximadamente 3% em volume são preferidos para se produzir produtos de ácido carboxílico aromático, sendo que nesses níveis há redução dos produtos secundários de para-xileno e aumento dos produtos secundários de ácido acético, quando comparados com os de operações utilizando conteúdos mais altos de oxigênio da fase de vapor. Apropriadamente, os catalisadores são usados em concentrações do metal catalisador, baseadas no peso da alimentação de hidrocarboneto aromático e do solvente, maiores do que cerca de 100 ppmp, de preferência maior do que cerca de 500 ppmp, e menor do que aproximadamente 10.000 ppmp, preferencialmente menor que cerca de 6.000 ppmp, sendo preferível que seja menor que aproximadamente 3.000 ppmp. É desejável que um promotor de halogênio, sendo preferível ainda que o promotor contenha bromo, esteja presente. Esse promotor está presente em quantidade tal que a razão atômica de halogênio para metal catalisador é, apropriadamente, maior do que cerca de 0,1:1, sendo desejável que seja maior do que aproximadamente 0,2:1 e, apropriadamente, menor do que cerca de 4:1, sendo desejável que seja menor que aproximadamente 3:1. A razão atômica preferível entre halogênio e metal catalisador varia entre cerca de 0,25:1 até aproximadamente 2:1. Sendo outras condições constantes, as taxas de reação e o consumo do gás oxigênio na oxidação de fase líquida aumentam e os níveis de oxigênio na fase de vapor da oxidação diminuem com o aumento da concentração de catalisador na mistura de reação da oxidação. A reação de fase líquida para a oxidação de material de alimentação aromático em produto, que consiste em ácido carboxílico aromático, é realizada numa zona de reação de oxidação apropriada, que normalmente consiste num ou mais recipientes de reação de oxidação. Recipientes de reação de oxidação apropriados são configurados e construídos para suportar as condições de alta temperatura e pressão e os conteúdos corrosivos das fases liquidas e de vapor usadas e presentes na zona de reação para permitir a adição e mistura de catalisador, reagentes líquidos e gasosos e solvente, remoção do produto de ácido carboxílico aromático ou um líquido que contém esse produto, para a recuperação deste, e remoção de uma fase de vapor de alta pressão gerada pela reação de fase líquida para controlar o calor da reação. Os tipos de reatores que podem ser usados incluem reatores de tanque de agitação contínua e reatores de fluxo pistonado {plug-flow). Comumente, os reatores de oxidação consistem num recipiente colunar, normalmente com um eixo central que fica estendido verticalmente quando o recipiente é posicionado para uso, contendo uma ou mais características de mistura para misturar reagentes líquidos e distribuir gás oxigênio dentro da mistura de reação de fase líquida em ebulição. Tipicamente, a característica de mistura consiste num ou mais pás montadas em um eixo rotativo ou que movimenta de alguma maneira. Por exemplo, as pás podem se estender de um eixo vertical central rotativo. Os reatores podem ser construídos com materiais projetados para suportar as temperaturas, pressões e compostos de reação específicos usados. Em geral, os reatores de oxidação apropriados são construídos usando materiais inertes resistentes à corrosão, como o titânio, ou, pelo menos, as superfícies que definem o espaço ou volume interior no qual a mistura de reação e o gás emitido da reação são contidos são revestidas com materiais como titânio e vidro.
Uma mistura de reação para a oxidação de fase líquida é formada combinando-se componentes, que consistem em material de alimentação aromático, solvente, e adicionando-se oxigênio gasoso à mistura. Em processos contínuos ou semi-contínuos, os componentes são preferenci- almente combinados em um ou mais recipientes de mistura antes de serem introduzidos na zona de oxidação; entretanto, a mistura de reação também pode ser formada na zona de oxidação. A fonte de gás oxigênio pode ser introduzida no reator em um ou mais lugares e é tipicamente introduzida de uma maneira tal que promova o contato entre o oxigênio molecular e os outros compostos reagentes, por exemplo, introduzindo-se o ar comprimido ou outra fonte de oxigênio gasoso no corpo líquido em uma parte inferior ou intermediária do volume interior do recipiente de reação. A oxidação de material de alimentação aromático em um produto que consiste em ácido carboxílico aromático é realizada sob condições de reação de oxidação eficazes para manter uma mistura de reação de fase líquida e formar ácido carboxílico aromático e impurezas, que consistem em produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático, dissolvidos ou suspensos na mistura de reação de fase líquida e gerar uma fase de vapor de alta temperatura e pressão, cujos componéntes gasosos são principalmente ácido monocarboxílico solvente (por exemplo, ácido acético, quando o solvente da reação de oxidação inclui ácido acético), água e, em pequenas quantidades, produtos secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente, como alcoóis mais leves e ésteres de ácido monocarboxílico solvente deste (por exemplo, metanol e acetato d emetila, quando o solvente inclui ácido acético) e produtos secundários da oxidação do material d ealimentação de hidrocarboneto aromático, como produtos parciais ou intermediários da oxidação (por exemplo, ácido benzóico e ácido p-toluico, quando o material de alimentação aromático é para-xileno). O conteúdo de produtos secundários do solvente presentes na fase de vapor tipicamente variam entre cerca de 0,5 e aproximadamente 2% em peso. Os níveis de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático são tipicamente de cerca de 0,01 até aproximadamente 0,05% em peso. A fase de vapor de alta pressão comumente contém ainda material de alimentação aromático que não reagiu e gás oxigênio que entrou na fase de vapor. Quando se usa ar, como é comum na em operações de escala comercial, ou outras fontes de gás oxigênio contendo nitrogênio ou outros componentes de gases inertes, a fase de vapor também conterá esses componentes inertes. O calor gerado pela oxidação é dissipado fervendo-se a mistura de reação de fase líquida e removendo-se a fase de vapor de topo vapor da zona de reação.
Em geral, as temperaturas da reação de fase líquida são mantidas a cerca de 120°C ou mais, sendo desejável que esteja a aproximadamente 140°C ou mais, mas menos que cerca de 250°C e é desejável que seja menos que aproximadamente 230°C. As temperaturas de reação na faixa de cerca 145°C até aproximadamente 230°C são preferidas na produção de produtos de ácido carboxílico aromático, como ácido tereftá-lico, ácido benzóico e ácido naftaleno dicarboxílico. A temperaturas mais baixas que cerca de 120°C, a oxidação de fase líquida pode prosseguir em taxas ou com conversões que não são economicamente atrativas ou que podem afetar negativamente a qualidade do produto. Por exemplo, a produção de ácido tereftãlico a partir de carga de alimentação de para-xileno em temperaturas menores que cerca de 120°C pode levar mais de 24 horas para chegar até sua substancial conclusão e o produto de ácido tereftãlico resultante pode necessitar de processamento adicional devido às suas impurezas. As temperaturas acima de 250°C não são desejáveis devido ao potencial de haver uma queima indesejada e a perda do solvente. A pressão da mistura de reação de fase líquida pode ser usada para controlar a temperatura na qual a mistura de reação de fase líquida ferve e é selecionada para manter uma mistura de reação de fase líquida substancial. Pressões de cerca de 5 até aproximadamente 40 kg/cm2 são as preferidas, com as pressões desejáveis para processos específicos variando com as composições da alimentação e do solvente, com a temperatura e com outros fatores, sendo preferível que varie entre cerca de 10 até aproximadamente 30 kg/cm2. A uma pressão de reação de cerca de 7 até aproximadamente 21 kg/cm2, a temperatura de uma mistura de reação contendo ácido acético como solvente, e da fase de vapor resultante da reação de fase líquida, é de cerca de 170 até aproximadamente 210°C. Os tempos de permanência no recipiente de reação podem ser variados como apropriado para determinadas produções e condições, com cerca de 20 até aproximadamente 150 minutos sendo, em geral, apropriado para uma gama de processos. Para a produção de V. alguns ácidos carboxílicos aromáticos, como a produção de ácido tereftá-lico a partir de materiais de alimentação de para-xileno usando ácido acético como solvente para a mistura de reação, o conteúdo de sólidos na mistura de reação de fase líquida em ebulição pode ser tão alto quanto cerca de 50% em peso da mistura de reação líquida, com níveis de cerca de 10 até aproximadamente 35% em peso sendo mais comum. Em processos em que o produto de ácido aromático é substancialmente solúvel no solvente de reação, a concentração de sólidos no corpo líquido é insignificante. Como será notado por pessoas com habilidade na produção de ácidos carboxílicos aromáticos, as condições e parâmetros de operação desejáveis variam com produtos e processos diferentes, e podem variar dentro ou mesmo além das faixas especificadas acima.
Os produtos da reação de oxidação da fase líquida incluem ácido carboxílico aromático oxidado a partir do material de alimentação aromático, impurezas contendo produtos secundários gerados como resultado da reação de fase líquida e, como dito acima, uma fase de vapor de alta pressão que resulta da reação de fase líquida, incluindo a fervura da mistura de reação da fase líquida para permitir a remoção da . fase de vapor de modo a controlar a temperatura da reação. Exemplos específicos de produtos secundários do material de alimentação aromático incluem produtos parciais ou intermediários de oxidação, como ácidos toluicos, tolualdeídos, carboxibenzaldeídos ácidos benzóicos hidroxime-tü. Os produtos secundários da reação de fase líquida incluem produtos de reação do solvente, como metanol e outros alcoóis alifáticos mais leves oxidados a partir do solvente de reação e ésteres gerados pela reação desses álcoois com o solvente, cujos exemplos incluem acetato de metila, propionato de metila, butirato de metila e similares. Os produtos secundários estão comumente presentes tanto na mistura de reação de oxidação de fase líquida quanto na fase de vapor resultante desta, ou em ambas. Produtos secundários de óxido de carbono podem resultar da oxidação do solvente, dos materiais de alimentação ou dos seus produtos secundários. Em implementações da invenção nas quais a reação de fase líquida é realizada usando uma fonte de bromo como promotor, os produtos secundários também incluem, tipicamente, brometos de alquila mais leves, por exemplo, brometo de metila, quando o solvente da reação é ácido acético, que comumente se forma pela reação de íons de bromo com ácido acético. Como acima, esses produtos secundários contendo bromo e impurezas podem estar presentes tanto mistura de reação da fase líquida quanto na fase de vapor de alta pressão gerada a aprtir desta, ou em ambas. Em algumas implementações do processo inventivo, por exemplo, aquelas em que um produto sólido da oxidação de fase líquida é purificado e um licor-mãe ou outros fluxos de reciclagem, contendo líquidos ou componentes da etapa de purificação deste, são transferidos direta ou indiretamente para uma oxidação de fase líquida ou a uma separação de gás emitido como líquido de refluxo, produtos secundários adicionais, como ácido benzóico e ácidos toluicos levados para líquidos de purificação, bem como derivados hidrogenados de vários compostos de produtos secundários resultantes das etapas de purifica- ção e alimentação de hidrocarboneto aromático para oxidação que não reagiu e foi levado para a purificação, podem ser introduzidos na reação de mistura e gases emitidos da oxidação de fase líquida. A água também é produzida como um produto secundário da reação de fase líquida na etapa de oxidação. Entretanto, como a água pode estar presente na mistura de reação de fase líquida como resultado da adição nesta, por exemplo, quando se usa solventes de ácido mono-carboxílico aquoso ou em fluxos de reciclagem de outras etapas, e também devido a quantidades significativas de água presentes na etapa de oxidação, seja como produto secundário ou por adição deliberada e há uma inabilidade ou a falta de necessidade de se distinguir entre água de reação e água adicionada deliberadamente, a expressão “produtos secundários da reação de fase líquida* e expressões similares empregadas aqui não se referem à água, a menos que seja dito o contrário. Similarmente, quando água ou vapor de água é descrito aqui como um componente de vários líquidos, gases ou fluxos do processo, não está se especificando se é a água como produto secundário da oxidação de fase líquida, água adicionada deliberadamente no processo ou ambas, a menos que seja dito o contrário ou esteja claro do contexto. O produto de reação de ácido carboxílico aromático misturado em suspensão ou dissolvido em uma parte da mistura de reação da oxidação de fase líquida pode ser tratada usando qualquer técnica apropriada para recuperar produto de reação de ácido carboxílico aromático contido aí. Tipicamente, o produto e os produtos secundários de ácido carboxílico aromático da oxidação de material de alimentação aromático misturado em suspensão, dissolvido ou misturado em suspensão e dissolvido na mistura de reação líquida são removidos da zona de reação usada para a reação de fase líquida e recuperados por técnicas apropriadas. Assim, a oxidação de fase líquida de acordo com o processo inventivo pode consis- tir de, além da reação de oxidação, uma etapa que consiste na recuperação, a partir de uma mistura de reação de oxidação de fase líquida, de um produto contendo ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários da reação. O produto é preferencialmente recuperado como um sólido. O produto solúvel dissolvido no líquido pode ser recuperado por meio de cristalização, a qual é comumente obtida através do resfriamento e da liberação da pressão de uma mistura de suspensão (slurry) ou solução líquida removida da zona de reação de oxidação. O produto sólido misturado em suspensão (slurrieãj no líquido e os sólidos cristalizados a partir do líquido de reação ou dos solventes de cristalização são convenientemente separados dos líquidos por centrifugação, filtração ou combinações destas. Os produtos sólidos recuperados do líquido de reação por essas técnicas consistem em ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários do material de alimentação aromático. O líquido remanescente após a recuperação do produto sólido da mistura de reação líquida, também chamado de licor-mãe da oxidação, consiste em ácido monocarboxílico solvente, água, catalisador e promotor, produtos secundários solúveis da oxidação de fase líquida e impurezas que podem estar presentes, como as originárias dos fluxos de reciclagem, O licor-mãe normalmente contém também pequenas quantidades de ácido carboxílico aromático e produtos parciais ou intermediários da oxidação do material de alimentação aromático que permaneceram no líquido sem serem recuperados. O licor-mãe é, preferentemente, devolvido pelo menos em parte à zona de reação de pelo menos uma oxidação de fase líquida, de maneira que os componentes deste que são úteis na reação de fase líquida, como o catalisador, o promotor, o solventes os produtos secundários conversíveis no ácido carboxílico aromático desejado, possam ser reusados.
Em implementações preferidas da invenção, uma mistura de reação de fase líquida da oxidação, contendo ácido carboxílico aromático e produtos secundários da reação de oxidação de fase líquida, é recuperada do líquido por cristalização em um ou mais estágios, como em um único recipiente de cristalização ou em uma série de recipientes de cristalização, com reduções seqüenciais de temperatura e pressão dos estágios anteriores para os posteriores de modo a aumentar a recuperação do produto. A cristalização em dois ou quatro estágios, por exemplo, com temperatura de reação de oxidação na faixa de cerca de 140 até aproximadamente 250°C e pressão na faixa de cerca de 5 até aproximadamente 40 kg/cm2 e uma temperatura final de cristalização na faixa de cerca de 110 até aproximadamente 150°C e pressão de ambiente até aproximadamente 3 kg/cm2, fornece substancial cristalização do produto sólido de ácido aromático, O licor-mãe separado do produto sólido por cristalização pode ser devolvido à reação de fase líquida, como descrito acima. O calor é removido dos recipientes usados para cristalização através da remoção de uma fase de gás formada como resultado de floshing ou outro meio de redução de pressão do líquido de reação, com uma fase de vapor, removida de um ou mais estágios, preferencialmente condensada e, direta ou indiretamente, por meio de um ou mais estágios adicionais de recuperação, como discutido abaixo, devolvida pelo menos em parte à zona de reação para uso na oxidação de fase líquida. O produto sólido recuperado da oxidação de fase líquida, tipicamente consistindo de ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários de oxidação, tais como produtos intermediários da oxidação do material de alimentação aromático, pode ser separado do licor-mãe da oxidação líquida resultante da recuperação do produto sólido por qualquer técnica apropriada. Exemplos incluem centrifuga-ção, filtração a vácuo, filtração por pressão e filtração usando filtros de correia {belt filters). O produto sólido resultante é preferencialmente lavado após a separação com um liquido contendo água, tal como água pura, ou um líquido de lavagem contendo pequenas quantidades de ácido monocarboxílico solvente, catalisador, carga de alimentação aromática, produtos secundários de oxidação ou combinações destes que podem ser reciclados de maneira benéfica para a oxidação, diretamente ou em combinação com outros líquidos, como a reciclagem de licor-mãe da oxidação ou outros líquidos devolvidos à zona de reação. A separação de ácido carboxílico aromático sólido impuro recuperado a partir de um licor-mãe de oxidação e a lavagem de um produto sólido podem ser convenientemente realizadas por filtração de troca de solvente sob pressão usando filtros de pressão, como descrito nas Patentes Norte-Americanas 5.679.846 e 5.200.557. Um dispositivo de filtragem preferencial para essas separações é o BHS Fest filter, como descrito mais aprofundadamente na Patente Norte-Americana 5.200.557. O licor-mãe e os líquidos de lavagem removidos do bolo de filtragem podem ser transferidos direta ou indiretamente para a oxidação de fase líquida. A filtração e lavagem do produto sólido em estágios múltiplos e com líquidos de lavagem progressivamente mais puros, por exemplo, líquidos removidos do bolo de filtragem em estágios posteriores como líquidos de lavagem em estágios anteriores, podem fornecer benefícios adicionais concentrando o ácido monocarboxílico solvente deslocado dos sólidos filtrados para devolvê-lo à oxidação. Numa implementação mais específica, o bolo de filtragem úmido com o líquido de lavagem resultante dessa filtração de deslocamento positivo é direcionado de um estágio final de lavagem a um estágio de secagem, em que é opcionalmente posto em contato com um gás inerte, tipicamente sob pressão leve ou moderada, para a substancial remoção do líquido residual do bolo. Após a lavagem e a substancial remoção do líquido de lavagem do produto sólido conten- do ácido aromático e produtos secundários, o sólido resultante pode ser secado e direcionado para o armazenamento ou para outras etapas, as quais podem incluir a o preparo de uma solução de reação para purificação do produto sólido. De preferência, os níveis residuais do ácido monocarboxílico solvente no produto sólido direcionado à purificação são de cerca de 5.000 partes por milhão em peso (“ppmp”) ou menos. O produto sólido pode ser secado com um fluxo de nitrogênio ou outro gás inerte para reduzir os níveis residuais de solvente.
Além do produto de ácido carboxílico aromático formado na reação de fase líquida da etapa de oxidação, de acordo com o processo inventivo, uma fase de vapor de alta pressão é gerada, contendo ácido monocarboxílico solvente, água e produtos secundários da oxidação de fase líquida, como descrito acima. A fase de vapor também contém, comumente, pequenas quantidades material de alimentação aromático que não reagiram, gás oxigênio não consumido e, se presentes, componentes inertes da fonte de oxigênio. A temperatura e pressão da fase de vapor presente na zona de reação correspondem às condições da reação de fase líquida. Uma separação de gás emitido de acordo com a invenção permite a recuperação de materiais e, em algumas implementações, de energia e combinações destes a partir do gás emitido de alta temperatura e pressão, removido da reação de oxidação de fase líquida. A separação de um gás emitido, de acordo com o processo inventivo, consiste na transferência da fase de vapor removida da zona de reação de uma oxidação de fase líquida para uma zona de separação capaz de separar substancialmente o ácido monocarboxílico solvente, a água e os produtos secundários de oxidação em pelo menos uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão que está esvaziada de ácido monocarboxílico solvente e contém vapor de água, de maneira que os produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático sejam preferencialmente alocados à primeira fase líquida e os produtos secundários de oxidação do ácido monocarboxílico solvente sejam preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão. Uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários de oxidação e uma segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente livre de produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático são removidas da zona de separação. A separação é realizada com a fase de vapor de altar pressão a uma temperatura e sob uma pressão que não são substancialmente menores que a temperatura e pressão da fase de vapor na etapa de oxidação de fase líquida da qual foi removida a fase de vapor.
Mais detalhadamente, a separação consiste em direcionar uma fase de vapor de alta temperatura e pressão removida de um recipiente de reação usado para oxidação de fase líquida para uma zona de separação que é capaz de operar com a fase de vapor em alta temperatura e pressão para separar substancialmente a água e o ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor e alocar os produtos secundários da oxidação entre as fases líquida e gasosa resultantes da separação, de maneira que o conteúdo de produto secundário do solvente das fases líquidas e o conteúdo de produtos secundários da oxidação do hidrocarboneto aromático de uma fase de gás removida da separação sejam minimizados. A fase de vapor de alta pressão pode ser transferida da zona de reação da oxidação de fase líquida diretamente para a zona de separação, quando um dispositivo de separação estiver montado diretamente ou em próxima associação com recipiente de reação de oxidação ou indiretamente, por exemplo, por meio de conduítes, válvulas, bombas e similares apropriados para efetuar a transferência, Uma pequena parte da fase de vapor de alta pressão e temperatura da oxidação de fase líquida pode ser direcionada para outros usos, como a geração de vapor de alta pressão ou fluido de troca de calor. De preferência, a fase de vapor transferida para a separação permanece em uma temperatura e pressão altas o suficiente para que o conteúdo energético da fase de vapor que está entrando na zona de separação seja pelo menos substancialmente mantido e a fase de vapor forneça calor suficiente para a separação, quando em contato com o líquido de refluxo fornecido à zona de separação. É preferível que a transferência da fase de vapor para a zona de separação seja realizada diretamente da zona de reação ou por meio de tubulação apropriada para a pressão, de maneira que a temperatura da fase de vapor que está entrando na zona de separação não seja mais do que cerca de 10°C mais fria do que a temperatura de reação na oxidação de fase líquida e a pressão da fase de vapor que está entrando na zona de separação não seja mais do que cerca de 3 kg/cm2 menos do que a pressão na oxidação de fase líquida. A zona de separação também é projetada para operar a elevadas temperatura e pressão e, preferente-mente a temperaturas e pressões que não sejam substancialmente menores que a temperatura e pressão da fase de vapor de alta pressão presente na zona de reação, de maneira a evitar a perda do conteúdo energético da fase de vapor originária da zona de reação. É desejável que a zona de separação seja projetada para tratar a fase de vapor sob uma pressão de pelo menos cerca de 80%, sendo preferível pelo menos cerca de 90%, e preferível ainda pelo menos 95%, da pressão da fase de vapor na etapa de oxidação. A capacidade de pressão do equipamento da zona de separação é, preferencialmente, pelo menos cerca de 80%, sendo preferível cerca de 90 até aproximadamente 110%, da capacidade do recipiente de reação de oxidação ou da zona da etapa de oxidação do processo inventivo da qual a fase de vapor é direcionada para a separação. As temperaturas da fase de vapor na zona de separação variam preferencialmente entre cerca de 140 e aproximadamente 200°C, sendo preferível que variem entre cerca de 160 e aproximadamente 185°C. As pressões de cerca de 5 até aproximadamente 40 kg/cm2 são preferidas, com cerca de 10 até aproximadamente 20 kg/cm2 sendo preferível. A zona de separação é capaz de separar substancialmente os vapores de ácido monocarboxílico solvente e de água na fase de vapor de lata pressão introduzida na separação. De preferência, a zona de separação é capaz de separar água e solvente na fase de vapor de alta pressão de maneira que um gás de alta pressão resultante da separação contenha não mais do que 10%, sendo preferível que contenha não mais do que 5% do conteúdo de ácido monocarboxílico solvente da fase de vapor introduzida na zona de separação. É preferível que o conteúdo de ácido monocarboxílico solvente de um segundo efluente gasoso de alta pressão da separação não represente mais do que cerca de 2%, e é de maior preferência ainda que não represente mais do que cerca de 1%, do conteúdo de ácido monocarboxílico solvente da fase de vapor introduzida na zona de separação. A zona de separação também é adaptada para alocar preferentemente a pelo menos uma fase liquida os produtos secundários de oxidação do material de alimentação aromático e à uma segunda fase de vapor de alta pressão os produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente, que, de outra maneira, seriam alocados normalmente a ambas as fases líquida e de vapor na temperatura e pressão nas quais a separação é realizada. Por exemplo, no caso da oxidação de fase líquida de materiais de alimentação de para-xileno em uma mistura de reação de fase líquida contendo solvente de ácido acético, os produtos secundários de para-xileno, tais como ácido benzói- co e ácido p-toluico, e os produtos secundários do ácido acético, tais como metanol e acetato de metila, podem ser alocados em níveis praticamente significativos às fases de vapor e líquida. A zona de separação é capaz de alocar os produtos secundários de maneira que a segunda fase de vapor de alta pressão seja substancialmente livre de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático e contenha, preferencialmente, não mais do que cerca de 10% em peso, sendo preferível que contenha não mais do que cerca de 1 até aproximadamente 5% em peso destes. Os produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático removidos para a primeira fase líquida rica em ácido mono-carboxílico solvente e para a segunda fase líquida rica em água são, de preferência, alocados preferencialmente à primeira fase, sendo desejável que cerca de 75% em peso, sendo preferível ainda que cerca de 85% em peso até aproximadamente 100% em peso destes estejam presentes na primeira fase líquida, e não mais do que cerca de 25% em peso, sendo preferível ainda que não mais do que cerca de 2 até aproximadamente 10% em peso destes estejam presentes na segunda fase líquida. Os produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente, que consistem em álcoois e ésteres ácidos solventes destes, são preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão resultante da separação da água e do ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão da entrada, preferencialmente de maneira que a segunda fase líquida rica em em água contenha não mais do que cerca de 10% em peso, sendo preferível que contenha não mais do que cerca de 1 até aproximadamente 4% em peso desses produtos secundários. A zona de separação para separação de gás emitido de acordo com a invenção pode consistir de qualquer dispositivo ou meio apropriado para separar substancialmente o ácido monocarboxílico solvente e a água na fase de vapor de alta temperatura e pressão removida da oxida- ção e fase líquida e alocar produtos secundários de oxidação presentes no dispositivo em altas temperatura e pressão para obter uma fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, uma segunda fase líquida rica em água e uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água, como descrito acima.
Numa implementação, uma zona de separação desejável é adaptada para o contato entre as fases de vapor e de líquido de reíluxo fluindo contracorrente, de maneira que o ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão introduzida na zona de separação a partir de uma zona de reação de fase líquida seja substancialmente removido da fase de vapor para a fase líquida, formando uma primeira fase líquida, a qual é rica em ácido monocarboxílico solvente, e de maneira que a água resultante de fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente seja removida para uma fase de líquida de reíluxo para remoção da zona de separação de uma segunda fase líquida, que é rica em água. Os produtos secundários da oxidação de alimentação aromática na oxidação de fase líquida, que tendem a ser alocados em ambas as fases líquida e de vapor sob as condições na separação, estão presentes na fase de vapor de alta pressão introduzida na zona de separação a partir da oxidação de fase líquida e também podem ser introduzidos na zona de separação através de líquidos de reíluxo direcionados para lá. Esses produtos secundários alocados à fase líquida para a qual o ácido monocarboxílico solvente da fase de vapor de alta pressão da oxidação é removido, podem ser removidos na primeira fase líquida. Esses produtos secundários presentes na fase de vapor esvaziada de ácido monocarboxílico solvente são alocados ainda a essa fase líquida e também entram na fase líquida para a qual a água da fase de vapor esvaziada de ácido monocarboxílico solvente é removida devido ao contato com a fase de líquido de reíluxo. Os produtos secun- dários do ácido monocarboxílico solvente que tendem a ser alocados entre as fases de vapor e liquida podem estar presentes na fase de vapor de alta pressão da oxidação introduzida na zona de separação. Eles também podem estar presentes em líquidos de refluxo direcionados à zona de separação. Esses produtos secundários presentes na fase de líquido de refluxo no dispositivo de separação são extraídos da fase de vapor pelo líquido de refluxo. O fluxo do líquido de refluxo nesse dispositivo de separação consiste em componentes líquidos removidos ou alocados da fase de vapor para a fase líquida, bem como de componentes de líquidos de refluxo direcionados para a zona de separação que estão ou permanecem na fase líquida.
Uma zona de separação desejável, de acordo com uma implementação mais específica da invenção, é configurada para o contato em estágios entre as fases líquida e de vapor em fluxo contracorrente através de partes ou regiões da zona de separação. O fluxo da fase de vapor é, preferencialmente, um fluxo ascendente através das partes da zona de separação e o fluxo da fase líquida é, preferencialmente, um fluxo descendente. A separação de água, ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários é obtida por meio do direcionamento da fase de vapor de alta pressão, removida da zona de reação, para uma primeira parte da zona de separação,e do direcionamento de um líquido de refluxo para a terceira parte da zona de separação, de maneira que a fase de vapor flua da primeira parte para a segunda parte e então para a terceira parte da zona de separação e fique em contato com o fluxo contracorrente da fase líquida de refluxo da terceira para a segunda para a primeira parte da zona de separação. O líquido de refluxo direcionado à Terceira parte contém água e é, preferencialmente, substancialmente isento de produtos secundários de oxidação dos materiais de alimentação aromáti- cos para a fase líquida de oxidação. A água e o ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor e fase líquida de refluxo, que estão fluindo em contracorrente, são substancialmente separados na primeira parte, de maneira que sejam formadas uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente e uma fase de vapor de alta pressão intermediária esvaziada de ácido monocarboxílico solvente. A primeira fase líquida rica em solvente originária da primeira parte é coletada para remoção da zona de separação. O fluxo da fase de vapor que vai da primeira para a segunda parte do dispositivo de separação inclui a fase de vapor intermediária originária da primeira parte. A água e os produtos secundários na fase de vapor e na fase líquida de refluxo, que estão fluindo em contracorrente na segunda parte, são separados, de maneira que os produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático sejam removidos para a fase líquida de refluxo, e que uma segunda fase de vapor de alta pressão intermediária contendo vapor de água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático seja formada. O fluxo da fase de vapor da segunda para a terceira parte da zona de separação inclui a segunda fase de vapor intermediária. A água e os produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor e na fase líquida de refluxo, que estão fluindo em contracorrente na terceira parte, são separados, de maneira que uma segunda fase líquida rica em água e substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste, e uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo vapor de água e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente e substancialmente livre de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático sejam formadas. A segunda fase líquida rica em água originária da terceira parte é coletada para remoção do dispositivo de separação em um fluxo líquido separado daquele para o qual a primeira fase líquida é removida. A segunda fase de vapor de alta pressão é removida do dispositivo de separação como um gás de saída. O fluxo da fase liquida de refluxo através da zona de separação pode ser suplementado por meio do fornecimento de líquido de refluxo adicional contendo água para uma ou mais partes da zona de separação. Em implementações desejáveis, um líquido contendo água é fornecido como um refluxo adicional entre a segunda e a terceira partes dessa zona de separação. Nessa separação em estágios, a primeira parte da zona de separação é capaz de, preferencialmente, separar o ácido monocarboxíli-co solvente e a água, de maneira que pelo menos 95% em peso, sendo preferível que pelo menos cerca de 98% em peso do solvente seja removido para a primeira fase líquida. A segunda parte é capaz de, preferencialmente, alocar os produtos secundários do precursor aromático para a oxidação de fase líquida à primeira e à segunda fases líquidas, de modo que a segunda fase de vapor de alta pressão contenha não mais do que cerca de 10%, sendo preferível que não contenha mais do que cerca de 1 até aproximadamente 5% da quantidade desses produtos secundários presentes na primeira e segunda fases líquidas e na segunda fase de vapor de alta pressão. A terceira parte da zona de separação é capaz de, preferencialmente, alocar os produtos secundários de oxidação de fase líquida do ácido monocarboxílico solvente à segunda fase de vapor de alta pressão, de forma que a segunda fase líquida contenha não mais do que cerca de 10%, sendo preferível que não contenha mais do que cerca de 1 até aproximadamente 4% da quantidade desses produtos secundários na primeira e segunda fase líquidas e na segunda fase de vapor de alta pressão.
Em implementações preferidas, a primeira parte da zona de separação é definida como sendo a região da zona de separação localizada entre uma entrada para o recebimento na zona de separação da fase de vapor de alta pressão removida da oxidação de fase líquida e uma entrada para a introdução na zona de separação como refluxo de um líquido contendo. A segunda parte da zona de separação é definida como sendo a região da zona localizada entre uma entrada para a introdução como refluxo na primeira parte de um líquido contendo água e uma saída para remover a segunda fase líquida rica em água coletada a partir da terceira parte. A terceira parte é definida como a região entre uma saída para remover uma segunda fase líquida rica em água coletada a partir da terceira parte e uma entrada para introduzir no dispositivo de separação um líquido contendo água substancialmente livre dos produtos secundários de oxidação do material de alimentação aromático para a oxidação de fase líquida.
De acordo com implementações da invenção, uma zona de separação para a separação e alocação preferencial de água, ácido monocar-boxílico solvente e produtos secundários consiste numa zona de fracio-namento contendo pelo menos 20 estágios de equilíbrio teóricos para substancialmente separar a água e o ácido monocarboxílico solvente no vapor de alta pressão da oxidação de fase líquida. É preferível que essa zona de fracionamento tenha cerca de 20 até aproximadamente 60 estágios de equilíbrio teóricos. Uma zona de fracionamento com pelo menos 2 estágios de equilíbrio teóricos é preferida para água e produtos secundários de oxidação do material de alimentação aromático. É preferível que essa zona de fracionamento tenha cerca de 2 até aproximadamente 10 estágios de equilíbrio teóricos. Uma zona de fracionamento para separar água e produtos secundários de oxidação do ácido monocarboxílico solvente tem preferencialmente pelo menos um, sendo preferível que tenha cerca de 1 até aproximadamente 10 estágios de equilíbrio teóricos.
Os dispositivos de separação preferenciais são colunas e torres variadas, comumente chamadas de colunas ou torres de destilação, torres de desidratação, colunas de retificação, colunas de remoção de água e dispositivos de separação de alta eficiência, que são projetados para fazer as fases gasosa e líquida que estão fluindo dentro deles entrarem em contato, permitindo, assim, a transferência de massa entre as fases em diversos estágios de equilíbrio teóricos, algumas vezes também chamadas de “placas teóricas”; eles também são configurados para separar e alocar preferencialmente os componentes das fases gasosa e líquidas que estão fluindo. O contato entre as fases gasosa e líquida que estão fluindo é promovido pela estrutura interna, como no caso de bandejas ou enchimentos que fornecem superfícies para o contato gás-líquido e estágios de equilíbrio teóricos para a separação. A temperatura da fase de vapor de alta pressão removida da oxidação é normalmente alta o suficiente para que não haja necessidade de capacidade de re-ebulição além daquela fornecida pela reação de oxidação de fase líquida. O fluxo em contracorrente das fases gasosa e líquida, como o obtido ao se introduzir a fase de vapor de alta pressão da oxidação em uma parte inferior do dispositivo e o líquido de refluxo em pelo menos uma, sendo preferível em duas ou mais partes superiores, é a maneira preferida para promover o contato entre as fases gasosa e líquida no dispositivo de separação. A zona de separação Segundo a invenção pode consistir de um ou múltiplos dispositivos, como torres, colunas ou outras estruturas, em série. Quando se usa dois ou mais dispositivos em série, eles são configurados, e suas respectivas entradas e saídas se comunicam, de maneira que a fase de vapor de alta pressão removida do recipiente de reação de oxidação flua para a série, com a separação e a alocação de acido monocarboxílico solvente, água e produtos secundários em vapor em fluxo e fluxos reversos de líquido de refluxo na série e através dela. O líquido de refluxo direcionado à zona de separação contém á-gua. Qualquer fonte apropriada de um líquido contendo água e substancialmente livre de impurezas que possam prejudicar a separação pode ser utilizada. A água desmineralizada ou outras fontes purificadas podem ser usadas, mas as fontes preferidas de líquido de refluxo incluem líquidos condensados de gases de alta pressão removidos da separação e/ou zonas de condensação de acordo com o processo inventivo. Em outra implementação preferida, o licor-mãe de purificação obtido na recuperação de um produto de ácido carboxílico aromático de pelo menos uma mistura de reação de purificação líquida é direcionado para a separação, de maneira que o refluxo para a separação contenha o licor-mãe de purificação. Ê preferível que o líquido de refluxo para a separação contenha esse licor-mãe de purificação e um líquido contendo água condensada a partir de gases de alta pressão removidos da zona de separação, que podem ser fornecidos à separação individualmente ou combinados em um ou mais fluxos individuais.
Em uma separação em estágio de acordo com as implementações da invenção descritas acima, o líquido de refluxo contendo licor-mãe de purificação é introduzido na zona de separação para o fluxo dos componentes da fase líquida deste através da segunda parte da zona, e o líquido condensado recuperado de uma segunda fase de vapor de alta pressão removida da zona de separação é introduzido para fluir através da terceira parte. O licor-mãe de purificação tipicamente contém produtos secundários do material de alimentação de hidrocarboneto aromático para oxidação de fase líquida, incluindo derivados hidrogenados deste resultantes da purificação, mas esses produtos secundários são preferencialmente alocados às fases líquidas recuperadas na separação,e predomínantemente à uma fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, a qual é apropriada para ser devolvida à oxidação, de maneira a funcionar como solvente. O líquido contendo água condensada a partir da segunda fase de vapor de alta pressão removida da zona de separação é substancialmente livre de produtos secundários do material de alimentação aromático, mas, pode conter produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente colocados na segunda fase de vapor de alta pressão durante a separação, os quais, por sua vez, podem estar presentes no líquido contendo água condensada a partir do segundo gás de alta pressão. Esses produtos secundários retornados à separação no líquido de refluxo direcionado à terceira parte da zona de separação são colocados de volta na segunda fase de vapor de alta pressão durante a separação. O acúmulo índesejado desses produtos secundários é evitado em implementações desejáveis da invenção, nas quais uma parte do líquido condensado recuperado da segunda fase de vapor de alta pressão na separação é ejetado ou direcionado ao tratamento para a recuperação desses produtos secundários. O líquido de refluxo é preferencialmente fornecido em uma taxa e temperatura eficazes para dissipar o calor da reação de oxidação de fase líquida transferido para a zona de separação na fase de vapor originária da oxidação. Quando a zona de separação está acoplada a um recipiente de reação da oxidação de fase líquida para a transferência direta substancial da fase de vapor da oxidação para separação, o recipiente de reação funciona como um reaquecedor. Nessas implementações, a taxa na qual o líquido de refluxo é fornecido à zona de separação é convenientemente expressa como o peso de líquido fornecido à zona em relação ao peso do material de alimentação aromático introduzido na oxidação de fase líquida. De preferência, o líquido de refluxo fornecido à zona de separação de acordo com o processo inventivo está a uma temperatura na faixa de cerca de 120 até aproximadamente 170°C, sendo preferível que esteja na faixa de cerca de 130 até aproximadamente 160°C. Nessas temperaturas, o líquido é fornecido à separação em uma taxa de 4 até aproximadamente 5 pesos do líquido por peso do precursor aromático introduzido na oxidação de fase líquida. Quando o líquido de refluxo é fornecido separadamente a diferentes estágios de uma zona de separação, ele é preferencialmente alocado entre os diferentes estágios de maneira que o refluxo fornecido a um primeiro estágio da zona de separação responde por pelo menos 40%, sendo preferível que responda por cerca de 60 até aproximadamente 90% do fluxo volumétrico do líquido de refluxo.
Os vapores de água e ácido monocarboxílico solvente contidos no fluxo de vapor de alta pressão removido da etapa de oxidação de fase líquida e introduzido na zona de separação são separados de maneira que uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente e com pouca água seja recuperada. A primeira fase líquida separada preferencialmente consiste em pelo menos 60% em peso de ácido monocarboxílico solvente e não mais do que 35% em peso de água. Ê preferível que o conteúdo de água da fase líquida separada seja de cerca de 15 até aproximadamente 30% em peso. O fluxo líquido da separação também contém pequenas quantidades de impurezas mais pesadas, como produtos secundários parciais ou intermediários da oxigenação do material de alimentação aromático e derivados hidrogenados deste, tal qual ácido benzóico e, dependendo do precursor aromático usado na oxidação, ácido m-toluico e/ou ácido p-toluico, lavadas ou transferidas para a primeira fase líquida na zona de separação. A primeira fase líquida também pode incluir outros componentes, como o produto de acído carboxílico aromático e metais catalisadores. O conteúdo desses componentes mais pesados pode ser tão alto quanto cerca de 2% em peso, mas, preferencialmente, não é maior do que cerca de 0,5% em peso, A fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente condensada a partir da fase de vapor na zona de separação é uma fonte valiosa de solvente para a oxidação de fase líquida. Como descrito acima, ela pode incluir também produtos secundários da oxidação do material de alimentação aromático e outros componentes apropriados para serem retomados à oxidação e serem convertidos no ácido carboxílico aromático desejado. Outros usos apropriados para o condensado líquido incluem líquidos de lavagem para os filtros a vácuo rotativos ou outros dispositivos usados para separações sólido-líquido de produtos sólidos de oxidação de fase líquida recuperados de licores-mães de oxidação, solventes de cristalização e filtros de reposição (make up), como filtros de secagem de oxidação, se usados no processo. Em uma implementação desejável do processo inventivo, pelo menos uma parte, e, de maneira preferível, toda ou substancialmente toda a primeira fase líquida separada removida da zona de separação é retornada à oxidação de fase líquida, tanto diretamente para um recipiente de reação quanto para recipientes de armazenamento usados para fornecer solvente substituto à zona de reação. Nessas implementações, a água e o ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão introduzida na zona de separação são preferencialmente separados de maneira que a fase líquida resultante da separação contenha cerca de 15 até aproximadamente 30% em peso de água e, de maneira preferível, de maneira que o conteúdo do líquido separado junto com a água retornada à oxidação em outros fluxos líquidos do processo sejam substancialmente equilibrados com vapor de água removido da oxidação em uma fase de vapor de alta pressão de topo e com água líquida removida da oxidação para recuperação e separação do produto de ácido carboxílico aromático da oxidação. A segunda fase líquida recuperada da separação é rica em água e substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste da oxidação de fase líquida. Ela pode conter pequenas quantidades de produtos secundários de material de alimentação aromático para a oxidação de fase líquida como resultado da alocação preferencial desses produtos secundários às fases líquidas em separações de acordo com a invenção. O conteúdo de ácido monocarboxílico solvente da segunda fase líquida é tipicamente menor que cerca de 5% em peso, sendo preferível que esteja entre cerca de 1/2 e aproximadamente 3% em peso. Os níveis de produtos secundários do solvente tipicamente não são maiores do que 1% em peso, sendo mais desejáveis que estejam entre cerca de 0,05 e aproximadamente 0,2% em peso. Os produtos secundários dos materiais de alimentação aromáticos presentes na segunda fase líquida tipicamente variam entre cerca de 0,003 e aproximadamente 0,1% em peso, sendo preferível que estejam entre cerca de 0,05 e aproximadamente 0,05% em peso. Esse líquido é apropriado para uso como um líquido contendo água em uma ou mais etapas do processo para purificar formas impuras do ácido carboxílico aromático, como descrito mais detalhadamente aqui. Outros usos para a segunda fase líquida incluem líquidos de seal flush para dispositivos de separação sólido-ííquido usados na separação de licor-mãe de oxidação e líquidos de lavagem de produto de ácido carboxílico solvente aromático sólido impuro recuperado a partir de uma mistura de reação de oxidação de fase líquida. O segundo gás de alta pressão resultante da separação consiste num volume substancial de água e é relativamente livre de ácido monocarboxílico solvente. De preferência, o gás consiste em pelo menos cerca de 55% em volume, sendo preferível que consista de pelo menos cerca de 65% em volume, de água. O conteúdo de ácido monocarboxílico solvente do gás é em geral menor do que cerca de 5 e preferencialmente menor do que cerca de 3% em peso. O gás também pode conter material de alimentação aromático que não reagiu e produtos secundários da oxidação de fase líquida, embora eles tipicamente estejam presentes em quantidades pequenas ou traço que não superam os cerca de 2% em peso. O conteúdo de gás oxigênio do gás pressurizado originário da separação tipicamente atinge cerca de 4% em volume, sendo preferível que esteja entre cerca de 1 até aproximadamente 4% em volume. Os componentes de gás inerte da fonte de oxigênio, os quais tipicamente incluem nitrogênio e óxidos de carbono, podem constituir até cerca de 45% em volume do gás pressurizado; quando se usa ar como fonte de oxigênio gasoso, o conteúdo de nitrogênio do gás pressurizado tipicamente varia entre cerca de 30 e aproximadamente 40% em volume.
De preferência, a pressão da segunda fase de vapor originária da separação chega até cerca de 1 kg/cm2 menos que a pressão na reação de oxidação de fase líquida. A temperatura do gás de alta pressão originário da separação é, preferencialmente, cerca de 20°C menor que a temperatura da reação de oxidação de fase líquida, sendo preferível que seja cerca de 5°C a aproximadamente 15°C menor que temperatura da reação de oxidação. De preferência, o gás de alta pressão originário da separação está em uma temperatura maior do que cerca de 100°C, sendo preferível que seja maior do que cerca de 120°C, e menor do que cerca de 250°C, sendo preferível que seja menor do que cerca de 230°C. A pressão do gás pressurizado remanescente após a separação é de cerca de 4 até aproximadamente 40 kg/cm2. A segunda fase de vapor de alta pressão removida da separação pode ser direcionada à zona de condensação para ser condensada da fase vapor para um condensado líquido contendo água substancialmente livre de impurezas orgânicas, como ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários de oxidação do material de alimentação aromático e do solvente. A zona de condensação pode consistir de qualquer meio eficaz para condensar água substancialmente livre de impurezas orgânicas do gás de alta pressão introduzido na zona de condensação. De preferência, ela inclui um ou mais meios de condensação ou de troca de calor eficazes para permitir a transferência indireta de calor entre uma fase de gás de alta pressão e um material de absorção de calor, sendo preferível um fluido de troca de calor. Podem ser empregados tanto um quanto vários dispositivos em série. Trocadores de calor casco e tubo (shell and tubéje condensadores do tipo kettle são exemplos de dispositivos preferenciais. De preferência, todo ou substancialmente todo o vapor de alta pressão da separação é direcionado à zona de condensação para permitir a recuperação substancial tanto da energia calórica quanto dos materiais deste. O resfriamento é preferencialmente realizado sob condições tais que um gás de exaustão da zona de condensação sob pressão que não é substancialmente menor do que aquela do gás introduzido na zona de condensação permanece após a condensação do do condensado líquido e é retirado do meio de condensação. Esse gás de exaustão da zona de condensação pressurizado consiste em componentes inconden-sáveis do gás altamente pressurizado da zona de separação, produtos secundários gasosos da reação e também podem conter pequenas quantidades de material de alimentação aromático do gás emitido ou dos líquidos de refluxo da oxidação de fase líquida que foram direcionados para a separação e permanecem não separados na segunda fase de vapor de alta pressão. A temperatura preferível do gás de exaustão da zona de condensação é de cerca de 50 até aproximadamente 150°C, estando sob uma pressão que não ultrapassa cerca de 3 kg/cm2 menos que a pressão do gás de entrada da zona de condensação. É preferível que o diferencial de pressão entre o gás removido do dispositivo de separação e o gás de exaustão da zona de condensação após a condensação do condensado líquido seja de cerca de 2 kg/cm2 ou menos, sendo preferível ainda que seja entre cerca de 0,5 e aproximadamente 1 kg/cm2. O resfriamento de um gás de alta pressão por troca de calor com um material de absorção de calor também serve para aquecer o material de absorção de calor. O material de absorção de calor é, preferencialmente, um fluido de troca de calor, sendo preferível que seja a água. Quando se usa água como fluido de troca de calor, a troca de calor com o gás de alta pressão da separação converte a água em vapor, o qual pode ser direcionado para outras partes do processo inventivo, tanto para aquecimento quanto para outros usos fora do processo. Similarmente, a troca de calor entre gases e líquidos pressurizados de outras etapas do processo pode ser usada para aquecer esses líquidos. Assim, a invenção inclui implementações nas quais a troca de calor entre o gás de alta pressão da zona de separação introduzido na zona de condensação e o fluido de troca de calor contendo água é realizada em uma série de trocadores de calor operados em temperaturas sucessivamente mais frias, de maneira que vapor em diferentes pressões é gerado a partir da água de troca de calor. O vapor em pressões diferentes é preferencíalmente direcionado para uma ou mais etapas nas quais o vapor, sob pressões correspondentes, é útil para aquecimento, enquanto condensado líquido contendo água em temperaturas sucessivamente mais frias é gerado a partir do gás pressurizado. A energia pode ser recuperada do gás de exaustão originário da zona de condensação na forma de calor, na forma de trabalho ou como ambos. A recuperação da energia como calor para o processo pode reduzir o consume de combustível que, de outra maneira, seria necessário para gerar calor para o processo. A energia recuperada como trabalho pode ser convertida em eletricidade para uso no processo, reduzindo assim o consumo de eletricidade de fontes externas se usado no processo. Embora implementações desejáveis da invenção consistam de condenser todo ou substancialmente todo o gás de alta pressão transferido para a zona de condensação, em algumas implementações da invenção, a condensação do gás de lata pressão removido da zona de separação é realizada por meio da extração de energia calórica do gás, de maneira que apenas uma parte do conteúdo de água do gás seja condensado, ou por meio do direcionamento de uma parte da segunda fase de vapor de alta pressão da separação para o meio de condensação e o direcionamento de outra parte para o meio para a recuperação da energia por meio da conversão em energia mecânica. A condensação parcial da segunda fase de vapor de alta pressão removida da separação ou a divisão do fluxo para a a condensação de apenas uma parte deste permite a recuperação de um condensado líquido contendo água substancialmente pura com conteúdo de impurezas orgânicas leves que é útil como líquido de refluxo as para s separação descrita acima, e a recuperação de energia calórica transferida para um fluido de troca de calor por meio do resfriamento do gás de alta pressão para condensar o condensado líquido, ao mesmo tempo em que também deixa água não condensada em um gás de exaustão de alta pressão da zona de condensação para a recuperação adicional de energia na forma de trabalho.
De acordo com outras implementações da invenção, toda ou substancialmente toda a segunda fase de vapor de alta pressão da separação de ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão da oxidação e produtos secundários da oxidação é condensada por troca de calor com um fluido de absorção de calor. A condensação de todos ou substancialmente todos os componentes condensãveis do gás de alta pressão da separação reduz o fluxo volumétrico de gás remanescente após a condensação para as etapas subsequentes de processamen- to e permite o uso de metais com apenas baixa ou moderada resistência à corrosão, como aços inoxidáveis, aços doces ou aços duplex, os quais são alternativas aos metais e ligas mais caros e mais resistentes à corrosão nos equipamentos para etapas subsequentes de tratamento do gás emitido. A condensação substancialmente completa de componentes condensáveis de um gás de alta pressão removido da separação também aumenta o volume do condensado líquido contendo água substancialmente livre de impurezas orgânicas gerado de acordo com o processo inventivo e pode facilitar a recuperação melhorada de material de alimentação aromático e ácido monocarboxílico solvente ou de produtos secundários de oxidação destes em gases não condensados remanescentes após a condensação. A condensação pode ser conduzida em uma única etapa. Ela também pode ser conduzida em múltiplas etapas, nas quais um fluxod e gás contendo gás de alta pressão removido de uma zona de separação é resfriado até uma primeira temperature em um primeiro estágio para produzir um líquido condensado de primeiro estágio e uma pirção não condensada do gás, a qual é seubsequentemente condensada em uma temperatura mais baixa em um segundo estágio para produzir um líquido condensado de segundo estágio e uma parte não condensada do gás introduzido no segundo estágio, e opcionalmente um ou mais estágios nos quais a parte não condensada do gás de um estágio anterior é condensada em uma temperatura mais baixa do que a do estágio anterior para formar um condensado líquido e uma parte gasosa não condensada remanescente. A troca de calor entre o gás pressurizado e as porções não condensadas deste nos condensadores de estágio produz fluido de troca de calor em várias ou pressões, por exemplo, vapor de pressão moderada ou baixa, o qual pode ser usado para aquecimento em outras etapas do processo ou for a do processo. Em implementações desejáveis da invenção, dois ou mais níveis de vapor são produzidos para a recuperação de energia, a qual é convenientemente atingida uma turbina de vapor de baixa pressão ou condensadora. Nessas implementações, o líquido condensado removido em diferentes temperaturas pode ser direcionado para outros usos no processo que tenham temperaturas correspondentes, evitando assim o aquecimento ou resfriamento adicional das porções condensadas e, em alguns casos, limitando o acúmulo de impurezas, como os produtos secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente, nas etapas para as quais os líquidos condensados são reciclados. Por exemplo, os líquidos condensados recuperados em temperaturas mais altas, por exemplo, na faixa de cerca de 130 até aproximadamente 160°C, são bastante apropriados, sem qualquer ou com pouco calor adicional, como refluxo para a separação, seja sozinhos ou em conjunto com líquidos aquosos de outros processos, como o licor-mãe remanescente apôs a recuperação e/ou separação do ácido carboxí-lico aromático purificado na etapa de purificação. Esses líquidos condensados de alta temperatura podem conceder benefícios adicionais quando usados como refluxo para a separação devido ao seu conteúdo mais baixo de componentes leves, como os alcoóis mais leves ésteres de ácido monocarboxílico solvente deste, os quais são gerados como produtos secundários do solvente na oxidação de fase líquida e tendem a se condensar em maiores concentrações em líquidos condensados de mais baixa temperatura. Os condensados de temperatura mais baixa, por exemplo, aqueles na faixa de cerca de 60 até aproximadamente 90°C, também são bastante apropriados para usos de condensados quentes, como líquidos de lavagem para separações de produto e líquidos de seal flush em oxidação de fase líquida, purificação ou ambos, e condensados ainda mais frios, por exemplo, na faixa de cerca de 40 até aproximadamente 50°C, são apropriados para usos de condensado frio, como lavagem de filtro. Embora a condensação em diferentes temperaturas, de maneira que o líquido condensado possa ser direcionado para outros usos do processo com temperaturas compatíveis, forneça opções para o gerenciamento energético favorável no processo inventivo, será notado que as porções ou fluxos do condensado líquido que forem condensados em temperaturas mais altas ou mais baixas do que aquelas que são necessárias ou desejáveis para o uso em outras etapas podem ser resfriados ou aquecidos a contento, por exemplo, por troca de calor, para uso nessas etapas. O gás de exaustão originário da zona de condensação está, preferencialmente, sob pressão e, embora substancialmente livre de vapor de água de acordo com implementações desejáveis da invenção, pode reter uma parte da água da segunda fase de vapor de alta pressão da separação, dependendo da extensão da condensação na etapa de condensação. Além desse vapor de água que pode estar presente no gás de exaustão, o gás pode conter componentes incodensáveis do gás emitido da oxidação de fase líquida, vomo oxigênio da oxidação que não reagiu, nitrogênio, óxidos de carbono e outros componentes de gases inertes, se presentes na fonte de oxigênio para a oxidação, e pode conter pequenas quantidades de produtos secundários da oxidação de ácido monocarboxílico solvente e traços de ácido monocarboxílico solvente, outros produtos secundários que não reagiram e material de alimentação de hídrocarbo-neto aromático que não reagiu e não foi removido em outras etapas. Mesmo quando a água no gás de exaustão está substancialmente condensada de maneira completa no condensado líquido, de maneira que o gás de exaustão não condensado remanescente após a condensação esteja substancialmente livre de água, a pressão do gás de exaustão também é suficientemente alta e, especialmente quando a fonte de oxigênio gasoso para a oxidação de fase líquida é ar ou outra mistura gasosa com conteúdo significativo de gás inerte, de modo que a fase de vapor removida da oxidação e, por sua vez gases pressurizados originários das zonas de separação e condensação contenham substancial conteúdo de gás inerte, o volume do gás da zona de exaustão é tal que ele pode ser uma fonte útil para a recuperação de energia.
De acordo com implementações da invenção, a energia pode ser recuperada do gás de exaustão pressurizado da condensação. De preferência, a energia é recuperada na forma de trabalho. Nessas implementações, um fluxo pressurizado de gás contendo gás de exaustão da zona de condensação é transferido, direta ou indiretamente, para um dispositivo para a recuperação da energia na forma de trabalho. Um dispositivo de recuperação de energia preferido é um expansor ou equipamento similar adaptado para receber um fluxo de gás sob pressão e equipado com lâminas capazes de serem rotacionadas pelo gás em fluxo, gerando assim trabalho útil para outras etapas do processo ou fora do processo e um gás resfriado sob pressão reduzida. O trabalho extraído do gás pressurizado pode ser usado, por exemplo, para gerar eletricidade usando um gerador, para operar um compressor usado para comprimir ar ou fontes de oxigênio gasoso usados na oxidação de fase líquida ou para outro equipamento que necessite de trabalho mecânico. Essa energia extraída pode ser usada em outra parte do processo ou em outros processos. Alternativamente, ela pode ser armazenada ou distribuída para uma rede elétrica para transmissão para outros locais. O geas de exaustão remanescente após a recuperação da energia como trabalho pode ser espelido, de preferência após ter sido submetido a outros tratamento, por exemplo, condensação para remover a água, se presente em quantidades apreciáveis no gás de exaustão da zona de condensação, e filtragem cáustic apara remover bromo ou outros compostos cuja liberação atmosférica pode não ser desejada. Se desejado, a recuperação de energia pode ser realizada após a filtrar ou tratar de outra maneira o gás para a remoção de componentes corrosivos. A remoção de componentes corrosivos antes da recuperação de energia pode ser benéfica ao permitir que os componentes internos do expansor ou de outro dispositivo de recuperação de energia sejam construídos com materiais menos resistentes à corrosão do que seria desejável; entretanto, o tratamento para a remoção desses componentes também pode reduzir o nível de energia que pode ser recuperada do gás. Como uma alternativa à recuperação de energia de um gás de exaustão de alta pressão originário da zona de condensação ou, mais preferencialmente, como uma etapa adicional que precede a recuperação de energia na forma de trabalho, como descrito acima, o gás de exaustão da condensação pode ser tratado para a remoção de compostos orgânicos e outros compostos combustíveis, bem como componentes corrosivos. Esses tratamentos, em algumas implementações, são particularmente úteis para recuperar pequenas quantidades de produtos de reação de ácido monocarboxílico solvente da oxidação, bem como quantidades traço de material de alimentação de hidrocarboneto aromático que não reagiu e que possam estar no gás de exaustão. Em implementações da invenção nas quais a condensação de um gás de alta pressão da separação inclui uma ou mais condensações em uma temperatura baixa o suficiente para . que água no gás esteja substancialmente, e preferivelmente a pelo menos cerca de 80%, condensada e impurezas voláteis, como alcoóis mais leves e produtos de reação éster de ácido monocarboxílico solvente, são substancialmente retidos em uma fase de gás de exaustão não condensada que é resfriada suficientemente, e preferivelmente a uma temperatura na faixa de cerca de 40 até aproximadamente 90°C, o tratamento para a recuperação dessas é facilitado porque o gás de exaustão não condensado da condensação é frio o suficiente para o uso de agentes líquidos de filtragem para a recuperação. Em outras implementações, o tratamento é benéfico para reduzir ou eliminar espécies orgânicas, como material de alimentação que não reagiu e produtos secundários do solvente, se estes não forem removidos de outra maneira, bem como produtos secundários de reação de brometo de alquila na oxidação de fase líquida na qual uma fonte de bromo é usada como promotor para o catalisador de oxidação de fase líquida e levada para a fase de vapor de alta pressão gerada na oxidação de fase líquida e, por sua vez, para o gás de alta pressão removido da separação e o gás de exaustão removido da condensação. Será notado que esses tratamentos podem afetar a quantidade de energia recuperável do gás de exaustão após a condensação. Dessa maneira, em implementações da invenção nas quais o gás de exaustão da zona de condensação é tratado antes da recuperação de energia na forma de trabalho, os tratamentos preferenciais são realizados sem perda substancial da pressão ou do volume do gás. Quando o gás de exaustão da zona de condensação tem um conteúdo de água apreciável, também se prefere que qualquer tratamento desse tipo seja realizado sem uma condensação apreciável de água do gás ou um resfriamento tal que a recuperação de energia na forma de trabalho resulte em uma significativa condensação de água. Nessas implementações, o pré-aquecimento do gás a ser tratado antes da recuperação de energia pode ser benéfico.
Em implementações da invenção contendo o tratamento d e um gás de exaustão pressurizado para a remoção de material de alimentação que não reagiu e produtos secundários de solvente gerados na oxidação de fase líquida, como ésteres de alquila mais leves de ácido monocarboxí-lico solvente, o tratamento é benéfico para permitir o retomo desses componentes à oxidação. O tratamento também pode reduzir a presença dessas impurezas em fluxos de reciclagem do processo e em níveis de equilíbrio homeostático (steaãy State) destes na operação do processo como um todo. O gás não condensado sob pressão removido da condensação pode entrar em contato, de preferência a uma temperatura de cerca de 35 até aproximadamente 60°C, com agentes líquidos de filtragem para produzir uma fase gasosa filtrada com níveis reduzidos de material de alimentação aromático e/ou produtos secundários de solvente, e um produto líquido contendo o agente de filtragem e rico em pelo menos um entre material de alimentação que não reagiu e produtos de reação do ácido monocarboxílico solvente da oxidação de fase líquida. O produto líquido é preferencialmente retornado à zona de reação em uma etapa de oxidação de fase líquida. A filtragem pode ser alcançada usando qualquer dispositivo e agentes apropriados de filtragem para fazer o contato do fluxo de gás contendo o gás de exaustão de alta pressão da condensação para remover componentes voláteis, como material de alimentação que não reagiu e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente oriundos da oxidação do gás em uma fase líquida. Colunas de absorção de alta pressão com estruturas internas, como bandejas ou leitos de enchimento, para promover o contato entre os gases a serem filtrados e o agente líquido de filtragem são comumente usados. Os agentes de filtragem apropriados de filtragem são materiais que são líquidos a temperatura do gás a ser filtrado e nos quais os materiais a serem recuperados têm uma substancial solubilidade. Exemplos incluem alcoóis mais leves e ácidos carboxílicos Ci-8, como ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico e similares. Um agente líquido de filtragem preferencial é o ácido monocarboxílico usado como solvente para a oxidação de fase líquida e misturas deste com água. Agentes de filtragem, equipamentos e usos apropriados destes para a recuperação de componentes do gás emitido da oxidação de fase líquida de materiais de alimentação aromáticos em ácidos carboxílicos aromáti- cos são descrito em mais detalhes na Patente Norte-Americana 6.143.925, a qual é incorporada aqui por referência. O gãs de exaustão pressurizado do condensador, com ou sem tratamento prévio, como para a filtragem de material de alimentação que não reagiu e produtos secundários de solvente, como descrito acima, pode também ser tratado para remover materiais corrosivos ou outros materiais combustíveis. Embora qualquer meio para essa remoção que não acarreta substancial perda de pressão e volume do gás possa ser empregado, o gás preferivelmente é submetido a um processo de oxidação, sendo preferível que seja um processo de oxidação catalítica para a remoção de componentes combustíveis e corrosivos. Esses tratamentos em geral consistem em se aquecer um gás não condensado sob pressão, contendo gás de exaustão sob pressão removido da condensação ou após filtragem ou outro tratamento, e oxigênio gasoso em uma zona de combustão sob uma pressão que não seja substancialmente menor do que aquela do gás pressurizado e a uma temperatura eficaz para oxidar componentes orgânicos, combustíveis e corrosivos em um gás menos corrosivo ou mais compatível ambientalmente contendo dióxido de carbono e água. O aquecimento sob pressão com o gás oxigênio é preferencialmente realizado na presença de um catalisador de oxidação apropriado localizado dentro da zona de combustão de modo a não interromper o fluxo do gás pressurizado. O gás pressurizado pode, opcionalmente, ser submetido a pré-aquecimento antes da oxidação. O pré-aquecimento pode ser obtido por qualquer meio apropriado, como troca de calor, injeção direta de vapor ou outro meio apropriado. Opcionalmente, o tratamento de combustão também pode incluir a filtragem de um gás pressurizado removido da combustão para remover materiais acídicos inorgânicos, como bromo e brometo de hidrogênio, os quais são gerados pela oxidação de brometos de alquila presentes no gás de exaustão do condensador quando uma fonte de bromo é usada para a oxidação de fase líquida, como notado acima. Os catalisadores para a oxidação catalítica em geral consistem em pelo menos um elemento de grupo de transição da Tabela Periódica (IUPAC). Os metais do Grupo VIII são preferidos, como platina, paládio e combinações destes, sendo especialmente desejável que haja um ou mais metais adicionais ou adjuvantes. Esses metais catalisadores podem ser usados em formas compostas, como óxidos. Tipicamente, os metais catalisadores estão localizados em um material de suporte ou carreador de baixa ou nenhuma atividade catalítica, mas com força e estabilidade suficientes para suportar o ambiente de oxidação de alta temperatura e pressão da zona de combustão. Os materiais de suporte de catalisador apropriados incluem óxidos de metal contendo um ou mais metais, exemplos dos quais incluem mulita, espinélio, areia, sílica, alumina sílica alumina, titânia and zircônia. Diversas formas cristalinas desses materiais podem ser usadas, como aluminas alfa, gama, delta e eta, e titânia rutilo e anatase. As cargas de metal catalisador nas composições de suporte variam, apropriadamente, de frações até vários percentuais por peso, com cargas maiores sendo preferidas para tratar gases com um conteúdo significativo de vapor de água, como cerca de 20% em volume ou mais. Os catalisadores podem ser usados em qualquer configuração, forma ou tamanho conveniente. Por exemplo, o catalisador pode estar na forma de pelotas {peílets), grânulos, anéis, esferas e similares, e deve ser preferencialmente formado ou disposto em uma configuração estrutural celular rígida, de colméia, perfurada ou porosa para promover o contato com os gases presentes na zona de combustão sem impedir o fluxo de gás pela zona. Exemplos específicos de catalisadores de oxidação catalítica para o tratamento de combustão do gás de exaustão removido da condensação no tratamento de gás emitido de acordo com a invenção consistem em cerca de meio até aproximadamente 1% em peso de paládio disposto em um suporte de monolito de alumina.
Em implementações da invenção nas quais energia na forma de trabalho é recuperada de um gás contendo gás de exaustão removido de uma zona de condensação, e especialmente quando esse gás contém uma quantidade apreciável de água, por exemplo, pelo menos cerca de 5% em volume, o gás pode opcionalmente ser aquecido para prevenir a presença de água líquida no gás direcionado à recuperação de energia. Esse aquecimento pode acontecer antes, depois ou em conjunto com outros tratamentos ou etapas de tratamento, como oxídações térmicas ou catalíticas. Nessas implementações, o aquecimento pode ser obtido por qualquer técnica apropriada, como troca de calor ou injeção direta de vapor ou de outro gás aquecido. O aquecimento até cerca de 200°C ou mais é eficaz para impedir a condensação de água, com temperaturas de cerca de 250 até aproximadamente 350° sendo preferidas, Além do gás de exaustão da zona de condensação que permanece após a condensação de um gás de alta pressão removido da zona de separação, a condensação de acordo com uma etapa de tratamento de gás emitido do processo inventivo resulta na condensação de um líquido a partir do gás pressurizado. O líquido condensado contendo água de pureza substancial, como descrito acima, e, de acordo com implementações desejáveis da invenção, é direcionado, pelo menos em parte, para a zona de separação, de maneira que o líquido de refluxo fornecido à zona de separação contenha esse líquido condensado. O líquido condensado também é apropriado para outros usos, tais como líquido de lavagem para separações sólido-líquido de produtos impuros de ácido carboxílico aromático da oxídação de fase líquida. Entre o líquido condensado e a segunda fase líquida rica em água removida da separação de gás emitido de acordo com o processo inventivo, a segunda fase líquida é preferida para uso nos processos integrado que incluem a purificação de ácidos carboxílicos aromáticos impuros, como aqueles que são recuperados da oxidação de fase líquida, devido ao conteúdo mais baixo de produtos secundários de ácido monocarboxílico solvente existente nela do que no líquido condensado recuperado da segunda fase de vapor de alta pressão oriunda da separação.
Em implementações da invenção que contêm a purificação ou produção de ácidos carboxílicos aromáticos purificados, a purificação contém pelo menos uma etapa que consiste em fazer o contato entre o hidrogênio, em temperatura e pressão elevadas, na presença de um catalisador contendo um metal catalisador de hidrogenação, e uma solução de reação de purificação contendo um líquido que contenha água e tem dissolvido era si ácido carboxílico aromático e impurezas para formar uma mistura de reação de purificação líquida contendo o ácido carboxílico aromático e impurezas hidrogenadas dissolvidos em um líquido contendo água. Em implementações desejáveis, uma solução de reação de purificação é formada dissolvendo-se, em um líquido contendo água, o produto sólido bruto recuperado da oxidação de fase líquida que contém ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários da oxidação o material de alimentação aromático para a oxidação. As formas puras de produto de ácido carboxílico aromático contendo níveis reduzidos de impurezas podem ser recuperadas da mistura de reação de purificação líquida, de preferência por cristalização, e a forma pura do produto resultante pode ser separada de um licor-mãe de purificação líquida remanescente após a recuperação da forma pura do produto e/ou de um ou mais líquidos contendo água, como solventes de cristalização ou líquidos de lavagem. A invenção inclui implementações nas quais pelo menos um líquido contendo água que é usado na purificação consiste numa segunda fase líquida rica em água removida da zona de separação de uma separação de gás emitido de acordo com a invenção. Como indicado acima, em outras implementações o licor-mãe de purificação de pelo menos uma purificação é direcionado à separação de gás emitido para introdução em uma zona de separação como líquido de refluxo contendo água.
Como descrito acima, os produtos de ácido carboxílico aromático obtidos por oxidação de fase líquida de materiais de alimentação contendo compostos aromáticos com substituintes oxidáveis, também chamado de produto bruto de ácido carboxílico aromático ou produto bruto de oxidação de fase líquida, consistem num ácido carboxílico aromático e um ou mais intermediários ou produtos secundários. Embora as composições químicas especificas dos intermediários e produtos secundários variem dependendo da composição do material de alimentação da oxidação, das condições da reação de oxidação e de outros fatores e mesmo para um dado material de alimentação podem não ser conhecidas, sabe-se que elas consistem num ou mais compostos de carbonila aromática, como benzaldeídos, carboxibenzaldeídos, fluorenonas e antraquinonas, que causam ou estão correlacionados com uma cor indesejável dos produtos de ácido carboxílico aromático ou dos poliéste-res feitos a partir destes e podem ser hidrogenados para espécies mais solúveis em solução aquosa do que os compostos de carbonila aromática e o ácido carboxílico aromático ou para espécies com menos cor ou tendências de formação de cor. Os produtos de ácido carboxílico aromático impuros preferidos para serem purificados de acordo com implementações da invenção são produtos brutos, que consistem em ácido carboxílico aromático e produtos secundários produzidos por oxidação de fase líquida de material de alimentação aromático em uma oxidação de fase líquida, sendo preferível processos contínuos nos quais as etapas de oxidação de fase líquida e purificação são integradas de maneira que o produto sólido bruto de uma oxidação de fase líquida seja o material inicial para a purificação. Entretanto, também será de observar que o material inicial para a purificação pode ser ou incluir um produto impuro contendo um ácido carboxílico aromático e impurezas de carbo-nila aromática, como descrito acima, seja porque estão presentes ou porque foram gerados como produtos secundários de uma oxidação de fase líquida, integrada ou não integrada, de material de alimentação aromático ou de outros processos ou fontes. Assim, a invenção inclui implementações em que um material inicial de purificação de produto de ácido carboxílico aromático impuro consiste em ácido carboxílico aromático e pelo menos uma impureza de carbonila aromática que forma um produto aromático hidrogenado carbonila-substituído com mais solubili-dade em solução aquosa ou menos cor ou tendências de formação de cor do que a impureza de carbonila aromática não hidrogenada. As formas impuras de produto de ácido carboxílico aromático que são apropriadas como materiais inicias de purificação, incluindo produtos brutos recuperados de uma oxidação de fase líquida de acordo com as implementações da invenção, também podem conter pequenas quantidades de resíduos de ácido monocarboxílico solvente que permanecem no produto impuro. Quantidades que variam de várias centenas até milhares de ppmp, como comumente presentes em oxidações de fase líquida de escala comercial, não afetam negativamente a purificação de acordo com o processo inventivo. É preferível que o conteúdo de ácido monocarboxílico solvente de um produto de ácido carboxílico aromático a ser purificado não exceda cerca de 10% em peso. Mais detalhadamente, uma etapa desejável de purificação de acordo com a invenção consiste em dissolver, em um líquido contendo água, pelo menos uma parte do qual consiste, de modo desejável, numa segunda fase líquida contendo água removida da separação de gás emitido de acordo com a invenção, um produto sólido contendo ácido carboxílico aromático e impurezas para formar uma solução de reação de purificação, fazer o contato da solução de purificação, em elevada temperatura e pressão, com hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenação para formar uma mistura de reação de purificação líquida, recuperar da mistura de reação de purificação líquida um produto sólido purificado contendo ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas e separar um licor-mãe aquoso de purificação líquida, contendo produtos secundários de oxidação, produtos de hidrogenação destes e combinações destes, do produto sólido purificado recuperado. A hidrogenação de ácidos carboxílicos aromáticos impuros para reduzir níveis de impurezas é conduzida com o ácido impuro em uma solução aquosa. Um solvente preferencial para a solução de purificação em algumas implementações da invenção consiste numa segunda fase líquida removida da zona de separação de uma separação de gás emitido de acordo com a invenção. O fornecimento de uma segunda fase líquida diretamente da separação e sem tratamentos adicionados ou intermediários para a remoção de produtos secundários ou impurezas é preferível em operações de processo continuo ou integrado para evitar custos, complexidade e equipamento adicional para manuseio, armazenamento ou tratamento extras do líquido condensado, no entanto, será de observar que esses tratamentos extras, embora desnecessários para tomar a segunda fase líquida apropriada como solvente para purificação, não estão excluídos. De modo similar, embora desnecessárias para a obtenção de um líquido de suficiente pureza para uso como solvente de purificação de acordo com a invenção, será de observar que a invenção contempla o uso de outras fontes apropriadas de água, como água doce desmineralizada ou outras fontes purificadas de água, além da, ou como alternativa à segunda fase líquida da separação do gás emitido. De preferência, a segunda fase líquida rica em água oriunda da separação de acordo com a invenção representa pelo menos cerca de 50% do solvente para a solução de reação de purificação, sendo preferível que represente cerca de 80 até aproximadamente 100%.
As concentrações, no solvente de purificação, do ácido carboxílico aromático impuro a ser tratado na etapa de purificação são, em geral, baixas o bastante para que o ácido impuro seja substancialmente dissolvido e altas o suficiente para operações práticas do processo e para o uso e manuseio eficiente do líquido usado como solvente e que permanece como o licor-mãe de purificação após a recuperação da forma pura do ácido carboxílico aromático com impurezas reduzidas oriundos da mistura de reação de purificação. Apropriadamente, as soluções contendo cerca de 5 até aproximadamente 50 partes em peso de ácido carboxílico aromático impuro por centenas de partes em peso de solução nas temperaturas do processo fornecem uma solubilidade adequada para operações práticas. As soluções preferidas de reação de purificação contêm cerca de 10 até aproximadamente 40% em peso, sendo preferível que contenham cerca de 20 até aproximadamente 35% em peso, de ácido carboxílico aromático impuro nas temperaturas usadas para purificação por hidrogenação catalítica. Os catalisadores apropriados para o uso em reações de hidrogenação de purificação consistem num ou mais metais que tenham atividade catalítica para hidrogenação de impurezas em produtos de ácido carboxílico aromático impuro, como intermediários e produtos secundários de oxidação e/ou espécies de carbonila aromática. O metal catalisador, preferencialmente, está em um suporte ou é levado em um material de suporte que é insolúvel em água e não reage com os ácidos carboxílícos aromáticos nas condições do processo de purificação. Os metais catalisadores apropriados são do Grupo VIII da Tabela Periódica de Elementos (versão IUPAC), incluindo paládio, platina, ródio, ósmio, rutênio, irídio e combinações destes. O paládio ou combinações destes metais que incluam o paládio são mais desejáveis. Carbonos e carvões com áreas de superfície de centenas ou milhares de m2/g e suficiente força e resistência ao atrito para o uso prolongado sob condições de operação são os suportes preferidos. As cargas de metal não são críticas, mas as cargas preferidas praticamente são de cerca de 0,1% em peso até aproximadamente 5% em peso baseado no peso total do suporte e do metal ou metais catalisadores. Os catalisadores preferidos para a conversão das impurezas presentes em produtos de ácido carboxílico aromático impuro, que consistem em ácido tereftálico bruto obtido por oxidação de fase líquida de um material de alimentação contendo para-xileno, contêm cerca de 0,1 até aproximadamente 3% em peso, sendo preferível que contenham cerca de 0,2 até aproximadamente 1% em peso, de metal de hidrogenação. Para esses usos, o metal mais pretendido consiste em paládio.
Para aplicações práticas, é preferível que o catalisador seja usado na forma particulada, por exemplo, como pelotas, extrudado, esferas ou grânulos, embora outras formas sólidas também sejam apropriadas. O tamanho da partícula do catalisador é selecionado de maneira que um leito (hed) de partículas do catalisador seja facilmente mantida em um reator de purificação apropriado, mas que permita o fluxo da mistura de reação de purificação pelo leito sem quedas indesejáveis de pressão. Os tamanhos preferidos das partículas são tais que permitam que as partículas catalisadoras passem por uma tela de trama 2 (2-mesh), mas que sejam retidas em uma tela de trama 24 (24-mesh) (U.S. Sieve Series), sendo preferível que passem por uma tela de trama 4 (4-mesh), mas sejam retidas em uma de trama 12 (12-mesh), e preferível ainda uma tela de trama 8 (8-mesh), O contato da solução aquosa de reação de purificação com hidrogênio na presença de catalisador para purificação é realizado em temperaturas e pressões elevadas. As temperaturas variam entre cerca de 200 e aproximadamente 370°C, sendo preferível que variem entre cerca de 225 e aproximadamente 325°C, sendo preferível ainda entre 240 e aproximadamente 300°C. A pressão é a um nível suficiente para manter a fase líquida contendo a solução aquosa de reação. A pressão total é pelo menos igual, e de preferência, a soma das pressões parciais do gãs hidrogênio introduzido no processo e do vapor de água que evapora da solução aquosa de reação na temperatura da operação. As pressões preferidas são de cerca de 35, sendo preferível cerca de 70, até aproximadamente 105 kg/cm2. A solução aquosa de reação de purificação entra em contato com o gás hidrogênio sob condições de hidrogenação, como descrito acima, em um recipiente de reação apropriado capaz de suportar as temperaturas e pressões da reação e também a natureza ácida dos conteúdos líquidos. Um configuração de reator preferida é a de um reator cilíndrico com um eixo substancialmente central, o qual, quando o dispositivo está posicionado para uso no processo, fica disposto verticalmente. Tanto reatores de fluxo ascendente quanto de fluxo descendente podem ser usados. 0 catalisador tipicamente está presente no reator em um mais leitos fixos de partículas mantidos com um suporte mecânico para manter as partículas catalisadoras no leito e permitir a passagem relativamente livre da solução de reação. Um único leito de catalisador é normalmente preferido, embora múltiplos leitos do mesmo catalisador, ou de um diferente, ou um único leito com camadas de diferentes catalisadores, por exemplo, em relação ao tamanho da partícula ou aos metais ou cargas de metais catalisadoras, ou com catalisadores e outros materiais com abrasivos para proteger o catalisador, também podem ser usados e podem gerar benefícios. Suportes mecânicos na forma de telas chatas de trama ou de uma grade formada de fios paralelos apropriadamente espaçados são comumente empregados. Outros meios apropriados de reter o catalisador incluem, por exemplo, uma tela Johnson tubular ou uma placa perfurada. Os componentes e superfícies internos do reator e o suporte mecânico para o leito de catalisador são construídos de materiais que são apropriadamente resistentes à corrosão proveniente do contato com a solução de reação ácida e com a solução do produto de reação. Mais apropriadamente, os suportes para leitos de catalisadores têm aberturas de cerca de 1 mm ou menos e são construídos com metais como aços inoxidáveis, titânio ou Hastelloy C.
Em implementações desejáveis da invenção, uma solução aquosa de ácido carboxílico aromático impuro a ser purificada é adicionada ao recipiente reator, à elevada temperatura e pressão, em uma posição no topo, ou próximo a ele, do recipiente reator e a solução flui para baixo através do leito de catalisador contido no recipiente reator na presença de gás hidrogênio, sendo que as impurezas são reduzidas com hidrogênio, em muitos casos a produtos hidrogenados com solubilidade maior na mistura de reação do que o ácido carboxílico aromático desejado ou com menos cor ou tendências de formação de cor. Nesse modo desejável, uma mistura de reação de purificação líquida contendo ácido carboxílico aromático e impurezas hidrogenadas é removida do recipiente reator de uma posição no parte inferior ou no fundo do reator. Os reatores usados para a purificação podem ser operados em diversos modos. Em um modo, um nível pré-determinado de líquido é mantido no reator e, para uma dada pressão do reator, hidrogênio é fornecido em uma taxa suficiente para manter o nível pré-determinado de líquido. A diferença entre a pressão real do reator e a pressão de vapor da solução de purificação vaporizada presente no espaço do topo do reator é a pressão parcial do hidrogênio no espaço do topo. Alternativamente, o hidrogênio pode ser suprido misturado com um gás inerte, como nitrogênio ou vapor de água, em cujo caso a diferença entre a pressão real do reator e a pressão de vapor da solução de reação vaporizada presente é a pressão parcial combinada do hidrogênio e do gás inerte misturados. Nesses casos, a pressão parcial do hidrogênio pode ser calculada a partir das quantidades relativas conhecidas do hidrogênio e do gás inerte presentes na mistura.
Em outro modo de operação, o reator pode ser preenchido com a solução de reação líquida aquosa, de maneira que não haja, essencialmente, qualquer espaço de vapor no reator, a não ser uma bolha de hidrogênio no topo ou head do reator, a qual expande ou contrai seu tamanho para suprir volume ao head do reator, de maneira que o hidrogênio adicionado ao reator seja dissolvido na solução de reação de purificação que está entrando. Nessa implementação, o reator é operado como um sistema hidráulico completo com hidrogênio dissolvido sendo alimentado ao reator por controle de fluxo. A concentração de hidrogênio em solução pode ser modulada ajustando-se a taxa de fluxo do hidrogênio para o reator. Se desejado, um pseudovalor de pressão parcial de hidrogênio pode ser calculado a partir da concentração de hidrogênio da solução, a qual, por sua vez, pode ser correlacionada com a taxa de fluxo do hidrogênio para o reator.
Quando a operação é realizada de maneira que o controle do processo seja feito pelo ajuste da pressão parcial de hidrogênio, a pressão parcial do hidrogênio no reator está preferencialmente na faixa de cerca de meio até aproximadamente 15 kg/cm2 ou mais, dependendo da pressão do reator, dos níveis de impureza do ácido carboxílico aromático impuro, da atividade e da idade do catalisador, e de outras considerações conhecidas das pessoas com habilidade na arte. Em modos de operação que envolvem o ajuste direto da concentração de hidrogênio na solução de alimentação, a solução normalmente é menos do que saturada em relação ao hidrogênio e o reator está hidraulicamente cheio. Assim, um ajuste na taxa de íluxo do hidrogênio para o reator resultará no controle desejado da concentração de hidrogênio na solução. A velocidade de espaço, expressa como peso do ácido aromático impuro na solução de reação de purificação por peso do catalisador por hora, durante a hidrogenação é tipicamente de cerca de 1 hora-1 até aproximadamente 25 horas-1, e preferencialmente de 2 horas-1 até aproximadamente 15 horas-1. O tempo de residência do fluxo do líquido de purificação no leito de catalisador varia dependendo da velocidade de espaço.
As formas puras do produto de ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas em relação ao produto bruto ou impuro de ácido carboxílico aromático usado para preparar a solução de purificação é recuperada da mistura de reação da purificação líquida. A mistura de reação de purificação, contendo solvente de reação aquoso que contém dissolvido dentro de si carboxílico aromático e impurezas aromáticas hidrogenadas que possuem maior solubilidade no líquido de reação aquoso do que os seus precursores não hidrogenados, é resfriada para separar uma forma pura de carboxílico aromático com impurezas reduzidas da reação de mistura, deixando um licor-mãe de purificação líquida contendo impurezas hidrogenadas dissolvidas nele. A separação é comumente obtida por meio do resfriamento até uma temperatura de cristalização, a qual é suficientemente baixa para que a cristalização do carboxílico aromático ocorra, produzindo assim cristais dentro da fase líquida. A temperatura de cristalização é suficientemente alta que impurezas dissolvidas e seus produtos de redução resultantes da hidrogenação permanecem dissolvidos na fase líquida. As temperaturas de cristalização em geral chegam até cerca de 160°C e, preferencialmente, até aproximadamente 150°C. Em operações contínuas, a separação normalmente consiste na remoção da mistura de reação de purificação líquida do reator de purificação e na cristalização de carboxílico aromático em um ou mais recipientes de cristalização. Quando realizada em uma série de estágios ou recipientes de cristalização separados, as temperaturas nos diferentes estágios ou recipientes podem ser diferentes ou as mesmas e preferencialmente diminuem de estágio ou recipiente para o próximo. A cristalização também tipicamente resulta no flashing de líquido da mistura de reação de purificação líquida, o qual pode ser recuperado por condensação e pode ser reciclado para um ou mais entre purificação, um ou mais estágios posteriores de cristalização ou, em implementações desejáveis da invenção, para separação de ácido mono-carboxílico solvente e vapor de água em uma fase de vapor de alta pressão oriunda da oxidação de fase líquida. Um líquido contendo água, o qual preferencialmente consiste em líquido rico em água recuperado como uma segunda fase líquida em uma separação de gás emitido de acordo com o processo inventivo, é preferencialmente adicionado ao produto cristalizado recuperado da mistura de reação de purificação líquida recuperada em cristalizações em estágio, tanto diretamente quanto, preferível, indiretamente em um ou mais líquidos de lavagem para o produto cristalizado.
Depois disso, o produto de ácido carboxílico aromático purificado cristalizado é separado do licor-mãe de purificação, incluindo impurezas hidrogenadas dissolvidas aí. A separação do produto cristalizado é comumente realizada por centrifugação ou filtração. Uma separação preferida consiste numa filtração por pressão de uma mistura de suspensão aquosa de formas puras de ácido carboxílico aromático e de lavagem do bolo de filtragem resultante da filtração com um líquido contendo água, como descrito na Patente Norte-Americana 5.175.355, a qual é incorporada aqui por referência. A segunda fase líquida rica em água da separação de um gás emitido, como descrito aqui, é um líquido contendo água preferido para uso como líquido de lavagem para a forma pura do ácido carboxílico aromático. O licor-mãe de purificação remanescente após a recuperação do ácido carboxílico aromático sólido purificado da mistura de reação de purificação consiste em água e derivados hidrogenados de produtos secundários ou impurezas presentes no material inicial de ácido carboxílico aromático impuro. O licor-mãe também comumente inclui pequenas quantidades de ácido carboxílico aromático que permanecem em solução. Esses derivados hidrogenados incluem compostos apropriados para conversão em ácido carboxílico aromático por oxidação de fase líquida e, de maneira apropriada, em implementações desejáveis da invenção, pelo menos uma parte desses derivados hidrogenados são transferidos direta ou indiretamente para uma oxidação de fase líquida. O ácido carboxílico aromático residual presente no licor-mãe também pode ser transferido direta ou indiretamente para a oxidação de fase líquida após a separação dos derivados hidrogenados, ou em conjunto com estes. A transferência desses derivados e do ácido carboxílico aromático para a oxidação é convenientemente obtida por meio do direcionamento de pelo menos parte de um licor-mãe de purificação, remanescente após a separação de uma forma pura sólida de ácido carboxílico aromático, para a etapa de oxidação de fase líquida. O conteúdo de água do licor-mãe de purificação pode atrapalhar o equilíbrio de água na oxidação, a menos que a água do licor-mãe de purificação direcionada à oxidação seja compensada em outros fluxos que podem ser retornados à oxidação. A transferência de impurezas hidrogenadas em um licor-mãe de purificação, tanto sozinhas quanto, preferencialmente, em conjunto com ácido carboxílico aromático presente no licor-mãe, para a oxidação de fase líquida é preferencialmente obtida sem afetar o equilíbrio de água na oxidação. Ê preferível que pelo menos uma parte, e preferível ainda que todo um licor-mãe líquido, remanescente após a separação do ácido carboxílico aromático sólido purificado da mistura de reação de purificação líquida, seja transferido direta ou indiretamente para a zona de separação de um gás emitido de acordo com a invenção, onde ele é usado como líquido de refluxo, como previamente descrito. As configurações e detalhes de operação do reator de purificação e do leito de catalisador, as técnicas de cristalização e recuperação de produto e os equipamentos úteis no processo de acordo com esta invenção estão descritos mais detalhadamente nas patentes norte-americanas 3.584.039, 4.626.598, 4.629.715, 4.782.81, 4.892.972, 5.175.355, 5.354.898, 5.362.908 e 5.616.792, as quais estão incorporadas aqui por referência. A Figura 1 ilustra em mais detalhes implementações de um processo para a produção de ácidos carboxílicos aromáticos e um equipamento para a separação de gás emitido de acordo com a invenção. Embora a figura ilustre e seja descrita com referência específica à produção de um ácido carboxílico aromático específico, o ácido tereftáli-co, por oxidação de fase líquida de para-xileno como carga de alimentação preferida em uma mistura de reação de fase líquida contendo água e ácido acético como ácido monocarboxílico solvente para a oxidação e separação de gás emitido de ácido acético, água e produtos secundários da oxidação, e implementações e características desejáveis adicionais da invenção de acordo com as quais a oxidação e a separação são integradas com etapas adicionais, incluindo a recuperação e separação de um produto bruto da oxidação de fase líquida e diversas outras recuperações de produtos secundários e energia, deve-se entender que as implementações, características, detalhes e preferências específicas são descritas para facilitar o entendimento, mas não para limitar a invenção ou suas características em qualquer aspecto ou implementação. O processo ilustrado na Figura 1 também reflete implementações desejáveis do processo inventivo nas quais oxidação de fase líquida, separação de gás emitido e purificação são integradas, de maneira que um produto bruto de ácido carboxílico aromático da oxidação de fase líquida seja direcionado para a purificação para uso na formação de uma solução de purificação, um gás emitido de alta pressão da oxidação é direcionado para a separação de gás emitido, uma fase líquida da separação de gás emitido é usada como líquido de purificação, e um líquido de refluxo para a separação consiste num licor-mãe da purificação; entretanto, deve ser entendido que a invenção não deve ser considerada ao esquema particular de integração representado na figura e que várias configurações de múltiplos conjuntos (traiu), conjuntos compartilhados e outras integradas e não integradas são contempladas de acordo com a invenção. A título de exemplo ilustrativo, um produto, contendo ácido carboxílico aromático e produtos secundários de reação de múltiplas oxidações de fase líquida, pode ser direcionado para uma única etapa de purificação, na qual a fase líquida recuperada na separação de gás emitido de uma fase de vapor de alta pressão oriunda de uma ou mais daquelas oxidações de fase líquida é direcionada para uso como um líquido do processo. Como exemplos adicionais, o produto bruto de uma única oxidação de fase líquida pode ser purificado em trains de purificação separados operados em paralelo, com a fase de vapor de alta pressão da oxidação líquida submetida à separação de gás emitido para a recuperação de uma fase líquida rica em água substancialmente livre de produtos secundários de solvente e transferida daí para um ou ambos trains de purificação, ou como alternativa ou adicionalmente, para um processo no qual ácido carboxílico aromático impuro oriundo de uma oxidação ou processo separado é purificado em um processo, ou etapas de um processo, de purificação, como descrito aqui. A figura também representa o equipamento de separação de a-cordo com a invenção e também de acordo com implementações adicionais da invenção, nos quais o equipamento é integrado com outros equipamentos, como o recipiente de reação para oxidação de fase líquida. Os fluxos líquidos e gasosos e os materiais usados e presentes no processo representado na Figura 1 são tipicamente direcionados e transferidos através de linhas de transferência, conduítes e tubulações apropriadas construídos com materiais apropriados para o uso e segurança do processo. Deve ser entendido que elementos particulares podem estar fisicamente justapostos e podem, quando apropriado, terem regiões flexíveis, regiões rígidas ou ambas. Ao direcionar fluxos e compostos, equipamentos intermediários ou tratamentos opcionais podem ser incluídos. Por exemplo, bombas, válvulas, canos de distribuição (mani-folds), medidores de fluxo de gás e líquido e distribuidores, dispositivos de amostragem e sensoreamento, e outros equipamentos para monitorar, controlar, ajustar e desviar pressão, fluxos e outros parâmetros operacionais podem estar presentes.
Referindo-se à figura, o equipamento de separação 330 é uma estrutura colunar que define um espaço interior fechado e é adaptado para receber uma fase de vapor de alta pressão do reator de oxidação 110 no fluxo 111 e para remover uma segunda fase de vapor de alta pressão através da saída de gás 334. Ele também inclui entradas, como em 335 e 344, para a introdução de líquidos de refluxo fornecidos por fontes externas, como em fluxos de outras etapas do processo ou de recipientes de armazenamento. Uma saída, como em 345, está posicionada de maneira intermediária em relação às entradas de refluxo 336 e 344 para . a remoção da segunda fase líquida coletada na coluna. A estrutura no espaço interior da coluna e posicionada de maneira intermediária entre a entrada para recebimento da fase de vapor de alta pressão do reator de oxidação 110 e a entrada de refluxo 336 fornece uma zona de fraciona-mento no interior. O dispositivo de separação é projetado de maneira que, durante a operação, seja capaz de separar substancialmente o ácido monocarboxí-lico Ci-8 e a água no gás de topo de alta temperatura e pressão do reator de oxidação introduzido no dispositivo e preferencialmente alocar os produtos secundários da oxidação de fase líquida, de modo uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico, uma segunda fase líquida rica em água mas substancialmente livre de solvente e produtos secundários deste gerados na oxidação de fase líquida, e uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água e substancialmente livre de solvente e produtos secundários da alimentação aromática para oxidação de fase líquida sejam formadas. Em implementações desejáveis, a associação direta ou o acoplamento próximo do reator de oxidação com o dispositivo de separação são feitos através da conexão direta ou por tubulações apropriadas resistentes à pressão ou outros conduítes, uma ou mais saídas no recipiente de reação de oxidação e uma ou mais entradas de gás para o dispositivo de separação, de maneira que uma fase de vapor sob as condições de reação de fase líquida seja removido do recipiente de reação e introduzido no dispositivo de separação nas mesmas, ou substancialmente as mesmas, temperatura e pressão da zona de reação.
Uma zona de fracionamento do equipamento de separação é configurado com vários estágios de equilíbrio teóricos, como os que podem ser supridos por bandejas internas, enchimentos estruturado, combinações de bandejas e enchimentos, ou outras estruturas ou combinações destes que criem superfícies no interior do dispositivo para transferência de massa entre as fases gasosas e líquidas presentes no dispositivo. Pelo menos cerca de 20 estágios de equilíbrio teóricos são fornecidos. A eficiência da separação aumenta com o aumento dos estágios de equilíbrio teóricos, sendo outros fatores constantes, logo, não há um limite teórico máximo para o número de estágios de equilíbrio que podem ser incluídos no equipamento de separação usado de acordo com a invenção. Entretanto, por questões práticas, uma separação na qual o ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão introduzida no dispositivo de separação é substancialmente removido para a fase líquida pode ser realizada com pelo menos cerca de 20, e preferencialmente pelo menos cerca de 25 estágios de equilíbrio teóricos, enquanto que uma separação que ultrapasse essa por cerca de 100 desses estágios torna estágios adicionais impraticáveis ou economicamente ineficientes.
Um dispositivo de separação desejável com enchimentos estruturado tem pelo menos cerca de 3 leitos ou zonas de enchimentos, sendo preferível cerca de 4 até aproximadamente 8 desses leitos, para fornecer superfícies e estágios de equilíbrio teóricos adequados para a separação. Um exemplo de um material apropriado de enchimentos é o enchimentos estruturado Flexipac, o qual está disponível pela KGGP LLC na forma de folhas finas de metal corrugado arranjadas em uma forma entrecruzada para criar canais de fluxo e de maneira que suas interseções criem pontos de mistura para as fases líquida e de vapor. Um dispositivo de separação com bandejas inclui de 30 até cerca de 90 bandejas, pelo menos cerca de 70% das quais são posicionadas entre uma entrada para o gás de alta pressão introduzido no dispositivo de separação a partir do recipiente de reação, como mais bem visto na Figura2 em 338, e pelo menos uma entrada de líquido de refluxo. As bandejas na forma de peneiras ou bandejas de tampão de bolha (bubble cap) são preferidas e, preferencialmente, possuem eficiências de separação de cerca de 30 até aproximadamente 60%. O número de bandejas para um dado número de estágios de equilíbrio teóricos pode ser calculado dividindo-se o número de estágios pela eficiência das bandejas.
No uso do processo, as fases gasosa líquida introduzidas no dispositivo de separação e presentes nele estão a elevadas temperatura e pressão e incluem água, ácido monocarboxílico solvente e outros componentes corrosivos, por exemplo, compostos de bromo e seus produtos de dissociação, como brometo de hidrogênio, que estão presentes no gás de topo de uma reação de oxidação quando o catalisador usado para a oxidação inclui uma fonte de bromo. Portanto, em implementações desejáveis da invenção, a estrutura interna e outras características do equipamento de separação que fazem o contato de gases e líquidos durante a operação do processo são construídos de metais apropriados para resistir a corrosão e outros danos oriundos desse contato. O metal titânio é o material de construção preferido para essas superfícies, incluindo bandejas, enchimentos de outras estruturas da zona de fracionamento. As superfícies de titânio dessa estrutura podem estar submetidas a um acúmulo indesejável de depósitos sólidos contendo óxidos de ferro oriundos de impurezas presentes em líquidos que circulam pelo equipamento. Os processos para controlar o acúmulo de depósitos de óxido de ferro ou o conteúdo de impurezas solúveis de ferro nos líquidos do processo são descritos nas patentes norte-americanas 6.852.879 e 2002/374719, as quais são incorporadas aqui por referência.
Na implementação da invenção representada no desenho, o dispositivo de separação 330 é uma coluna de destilação de alta pressão contendo várias bandejas, exemplos individuais das quais são mais bem vistas em 333 e 337, na Figura 2. Também como visto na Figura2, a coluna consiste em pelo menos uma saída inferior, como em 332, para a remoção de líquido da coluna, por exemplo, para oxidação. A entrada de gás 338 está posicionada em uma parte mais baixa da coluna para receber o gás emitido do reator de oxidação e a saída 334 está localizada em uma parte mais alta para a remoção da segunda fase de vapor de alta pressão como um gás de saída. Para separações em estágio de acordo com a invenção, a região entre a entrada de gás 338 e a entrada de líquido de refluxo 344 inclui bandejas que fornecem estágios de equilíbrio teóricos para a separação substancial de ácido monocarboxílico solvente e água na fase de vapor de alta pressão, a qual foi removida da oxidação de fase líquida, em um primeiro estágio ou parte da coluna 330. As bandejas posicionadas entre a entrada de refluxo 344 e a segunda saída de líquido 345 e que fornecem estágios de equilíbrio teóricos para a separação de produtos secundários de um material de alimentação aromático para a oxidação e água, de maneira a alocar esses produtos secundários a uma fase líquida de refluxo, fornecem a segunda parte de uma zona de separação na coluna. As bandejas posicionadas entre a saída de líquido 345 e a entrada de refluxo 336, como ilustrado em 333 e 337, fornecem estágios teóricos para a separação de produtos secundários da oxidação de ácido monocarboxílico solvente e água em uma terceira parte da zona de separação. A saída de líquido 332 está posicionada para a remoção, como líquido de fundo, de uma primeira fase líquida, que é rica em ácido monocarboxílico solvente separado do gás emitido da oxidação, em uma primeira parte zona de separação. Uma bandeja configurada com uma bainha [boot], depressão (trough), canal de acumulação ou outro meio de coleta em um limite circunferente desta, como em 339, tem comunicação de fluxo com a saída de líquido 345 e é adaptada para a coleta de uma segunda fase líquida que flui através da separação para a remoção pela saída 345. A saída 345, em conjunto com a estrutura interna associada do equipamento de separação para a coleta de uma fase líquida de refluxo nas, ou entre as, bandejas, leitos de enchimento ou outra estrutura da zona de fracionamento, como o meio de coleta 339, fornece um dreno lateral da coluna para coletar e remover uma segunda fase líquida rica em água recuperada no equipamento.
Referindo-se novamente à Figura 1, o equipamento de separação é adaptado para receber uma fase de vapor de alta pressão oriunda da zona de reação de oxidação de fase líquida 110. Em algumas implementações, o equipamento de acordo com a invenção consiste num equipamento de separação em conjunto com pelo menos um reator de oxidação de fase líquida com comunicação de fluxo com o equipamento de separação, de maneira que um gás de topo de alta pressão removido do recipiente através de pelo menos uma saída de gás de topo, como 116, seja recebido no dispositivo de separação. Nessas implementações, o recipiente de reação 110 preferencialmente consiste num casco substancialmente cilíndrico que define um volume interior substancialmente fechado. Quando em uso, uma parte inferior do volume interior contém um corpo de reação líquido, enquanto um gás emitido de reação de topo está contido em uma parte do volume interior acima do nível do líquido. O volume interior está em comunicação com o exterior do recipiente de reação por várias entradas, um exemplo das quais é visto em 112, na Figura 1, através das quais o material de alimentação aromático líquido, o solvente e as formas solúveis do catalisador são introduzidas a partir de recipientes de carga líquida (não mostrados) e ar comprimido ou outra fonte de gás oxigênio é introduzida a partir de um compressor ou outro dispositivo apropriado (não mostrados) por meio de linhas de transferência apropriadas (não mostradas). As entradas estão preferencialmente dispostas de maneira que os componentes líquidos e gasosos sejam introduzidos abaixo do nível do líquido no interior do recipiente. O recipiente de reação também inclui pelo menos uma saída, como em 114, para a remoção, do interior, de uma mistura de reação de fase líquida, a qual inclui um produto bruto contendo ácido carboxílico aromático e produtos secundários de oxidação. O recipiente de reação 110 também consiste em pelo menos uma saída, como em 116, para a remoção, do interior do recipiente, de uma fase de vapor de alta pressão evaporada do corpo de reação líquido. A saída 116 está preferencialmente posicionada de maneira a corresponder a uma parte superior do recipiente, quando está em posição para o uso do processo.
Um projeto de recipiente de reação preferido é o de um recipiente substancialmente cilíndrico tendo um eixo central que se estende substancialmente na vertical quando o recipiente está posicionado para uso no processo. O recipiente está adaptado para uso com um mecanismo de agitação 120 contendo uma barra com uma ou mais pás montadas nela e capaz de ser rotacionada dentro do interior do recipiente de reação para a agitar a mistura de reação líquida presente no recipiente durante o uso no processo. Em implementações desejáveis da invenção, pelo menos duas pás ou mecanismo de mistura são montados na barra para misturar componentes líquidos e gasosos dentro do corpo de reação líquido sem causar a deposição adversa dos sólidos nas partes inferiores do recipiente. Pás de fluxo axial, geralmente configuradas como hélices, misturadores de fluxo radial, como turbinas de disco de lâmina chata, elementos misturadores de fita helical, turbinas de lâmina inclinada com as lâminas inclinadas para fluxo ascendente e descendente, misturadores tipo âncora fornecendo predominantemente fluxo tangencial e outras configurações são apropriadas para misturar o sistema de reação de oxidação de fase líquida e, preferencialmente, são usados em várias combinações para darem conta de sólidos maiores nas regiões inferiores da mistura de reação líquida, de maior conteúdo de gás nas regiões superiores e de outras características da mistura de reação de fase líquida que podem variar ao longo de todo o corpor líquido. Outros projetos são revelados na Patente Norte-Americana 5.198.156, que descreve elementos misturadores com lâminas rotativas, que se estendem radialmente, montadas em um rotor chato e tendo uma configuração de lâmina oca com uma borda frontal descontínua, borda traseira contínua, ausência de superfícies côncavas externas e uma terminação exterior aberta, e, preferencialmente, usadas em conjunto com uma tubulação vertical ou um aspersor perfurado de gás para distribuição de gás, e na Patente Norte-Americana 5.904.423, que descreve um misturador no qual os elementos de agitação estão montados em ângulo descendente em uma barra central rotativa e têm forma de cunha, que está direcionada para a direção do movimento pelo líquido, com as terminações internas radiais das bordas traseiras inclinas para o exterior na direção do movimento das lâminas, e usados com mecanismos para introduzir o gás de baixo dos elementos de agitação em uma cavidade central formada por um disco cônico no fim da barra.
Pelo menos aquelas partes do recipiente de reação, da barra de agitação e dos elementos misturadores que entram em contato com a mistura de reação líquida e o gás de topo no uso do processo são construídos de materiais substancialmente resistentes à corrosão. Exemplos incluem metal titânio, o que é o preferido, ligas e metais inoxidáveis duplex.
De acordo com a implementação desejável de processo representada na Figura 1, material de alimentação líquido de para-xileno contendo pelo menos cerca de 99% em peso de para-xileno, solução aquosa de ácido acético preferencialmente contendo cerca de 70 até aproximadamente 95% em peso de ácido acético, compostos solúveis de cobalto e manganês, como seus respectivos acetatos, bem como fontes de bromo e metais catalisadores de oxidação, tais como brometo de hidrogênio como promotor para o catalisador, e ar são continuamente carregados no recipiente de reação de oxidação 110, que é um reator tanque de agitação contínua resistente à pressão, através de entradas, uma das quais aparece, com fins de ilustração, em 112. As alimentações de solvente e para-xileno são carregadas em taxas que resultam em uma razão de solvente para a alimentação de cerca de 2:1 até aproximadamente 5:1. As fontes de cobalto e manganês, preferencialmente, são usadas em quantidades que fornecem cerca de 100 até aproximadamente 800 ppmp cada, baseado no peso do material de alimentação de para-xileno. O brorno, preferencialmente, é usado em uma quantidade na qual a razão atômica do bromo para os metais catalisadores é de cerca de 0,1:1 até aproximadamente 1.5:1. A agitação é fornecida pela rotação do agitador 120, cuja barra é movida por uma fonte de energia externa (não mostrada), o que faz com que as pás montadas na barra e localizadas dentro do corpo líquido no reator gerem forças para misturar os líquidos e dispersar os gases dentro do corpo líquido, e evitem a deposição de sólidos nas suas regiões inferiores. O catalisador e o promotor, cada um como uma solução solvente de ácido acético, são introduzidos em um corpo líquido no recipiente de reação. É fornecido ar de baixo e dentro do caminho de arrasto {sweep path) de uma pá inferior a uma taxa eficaz para fornecer pelo menos cerca de 3 moles de oxigênio molecular por mole de material de alimentação aromático. O para-xileno oxida na mistura de reação líquida agitada no reator 110, predominantemente para ácido tereftálico, mas também reage para formar produtos secundários, incluindo produtos parciais e intermediários de oxidação, como 4-carboxibenzaldeído, 1,4-hidroximetil ácido benzóico, ácido p-toluico e outros, tais como o ácido benzóico. Os produtos de reação sólidos contendo ácido tereftálico e produtos secundários da oxidação de para-xileno precipitam da mistura de reação líquida, com pequenas quantidades destes permanecendo dissolvidas no líquido. O conteúdo sólido da mistura de suspensão líquida tipicamente chega até cerca de 50% em peso, sendo desejável que fique entre cerca de 20 e aproximadamente 40% em peso. A água também é gerada como um produto da oxidação. A reação de oxidação é exotérmica e o calor gerado pela reação ferve a mistura de reação de fase líquida e forma uma fase de vapor de topo contendo ácido acético vapori-zado, vapor de água e produtos secundários gasosos da reação de oxidação, óxidos de carbono, nitrogênio do ar carregado na reação e oxigênio que não reagiu. A fase de vapor também pode incluir pequenas quantidades de alimentação de para-xileno que não reagiu. O volume interior do reator 110 é mantido sob pressão suficiente para manter a natureza de fase líquida da mistura de reação, preferencialmente a cerca de 5 até aproximadamente 21 kg/cm2. O vapor de topo é removido do reator pela saída 116. O conteúdo do reator é mantido a uma temperatura de operação na faixa de cerca de 160 até aproximadamente 225°C, baseada na taxa de remoção da fase de vapor e também levando em conta as temperaturas e taxas de fluxo dos fluxos removidos e retornados ao reator, como descrito abaixo.
Um efluente líquido contendo produtos sólidos de oxidação de para-xileno, incluindo ácido tereftálico, misturado em suspensão na mistura de reação de fase líquida, que também contém para-xileno, produtos secundários de oxidação e metais catalisadores dissolvidos, é removido do recipiente de reação 110 através de uma saída de mistura de suspensão 114 e direcionado no fluxo 115 a uma zona de cristalização para a recuperação de um produto sólido de oxidação que consiste em ácido tereftálico e produtos secundários da oxidação da carga de alimentação de para-xileno.
Na implementação da invenção ilustrada na Figura 1, a cristalização é conduzida em múltiplos recipientes de cristalização agitados, 152 e 156 em série e com comunicação de fluxo para a transferência do produto de uma mistura de suspensão do recipiente 152 para o recipiente 156. O resfriamento nos recipientes de cristalização é obtido por liberação de pressão, com a mistura de suspensão resfriada no recipiente 152 a uma temperatura na faixa de cerca de 150-190°C e então resfriada ainda mais para cerca de 110-150°C no recipiente 156. Um ou mais dos recipientes de cristalização é ventilado, como em 154 e 158, respectivamente, para a remoção, para os meios de troca de calor (não mostrados), do vapor resultante da diminuição da pressão e para a formação de vapor a partir do vapor ventilado. O vapor removido de um ou mais recipientes de cristalização anteriores, como o recipientes 152, para os meios de troca de calor é preferencialmente condensado e o condensado líquido, contendo água, solvente de ácido acético e produtos solúveis, e produtos secundários da oxidação, pode ser direcionado a um ou mais recipientes de cristalização posteriores, como em 156, para permitir a recuperação de componentes cristalizãveis, tais como ácido tereftálico e produtos secundários de oxidação entrando e sendo condensados dos vapores ventilados de um ou mais recipientes anteriores. O recipiente de cristalização 156 tem comunicação de fluido com o dispositivo de separação sólido-líquido 190, o qual está adaptado para receber, do recipiente de cristalização, uma mistura de suspensão de um produto sólido, contendo ácido tereftálico e produtos secundários de oxidação em um licor-mãe de oxidação contendo ácido acético e água, e para separar um produto bruto sólido, contendo ácido tereftálico e produtos secundários, do líquido. O dispositivo de separação 190 é uma centrífuga, um filtro a vácuo rotativo ou um filtro de pressão. Em implementações desejáveis da invenção, o dispositivo de separação é um filtro de pressão adaptado para troca de solvente por deslocamento positivo sob pressão de um licor-mãe em um bolo de filtragem com líquido de lavagem contendo água. O licor-mãe de oxidação que resulta da separação sai do dispositivo de separação 190 no fluxo 191 para transferência para um galão de licor-mãe 192. Grande parte do licor-mãe é transferida do galão 192 para o reator de oxidação 110 para retomo à reação de oxidação de fase líquida de ácido acético, água, catalisador e produtos secundários da reação de oxidação dissolvidos ou presentes como partículas sólidas finas no licor-mãe. O produto bruto sólido contendo ácido tereftálico e impurezas, contendo produtos secundários de oxidação da carga de alimentação de para-xileno, é levado, com ou sem secagem e armazenamento intermediário, do dispositivo de separação 190 para o recipiente de solução de purificação de reposição 202 no fluxo 197. O produto bruto sólido é misturado em suspensão no recipiente de reposição 202 em solvente de reação de purificação, que, em sua totalidade ou apenas em parte, preferencialmente de cerca de 60 até aproximadamente 100% em peso, consiste numa segunda fase líquida oriunda da separação de gás emitido de água e ácido acético em uma fase de vapor removida do reator 110 para a coluna 330 e produtos secundários da oxidação. Se usado, o solvente de reposição, como água doce desmineralizada ou fluxos de reciclagem apropriados, como líquido condensado de vapores resultantes de diminuição de pressão na cristalização de produto purificado de ácido tereftálico, como discutido abaixo, pode ser direcionado para o tanque de reposição 202 a partir do recipiente 204. A temperatura da mistura de suspensão no tanque de reposição é preferencialmente de cerca de 80 até aproximadamente 100°C. O produto bruto é dissolvido para formar uma solução de reação de purificação por aquecimento, por exemplo, de cerca de 260 até aproximadamente 290°C no tanque de reposição 202, ou pela passagem por trocadores de calor (não mostrado) ao ser transferido para o reator de purificação 210. No reator 210, a solução de reação de purificação entra em contato com hidrogênio sob pressão, preferencialmente variando entre cerca de 85 até aproximadamente 95 kg/cm2.
Uma parte da mistura de reação de purificação líquida é continuamente removida do reator de hidrogenação 210 no fluxo 211 para o recipiente de cristalização 220, onde o ácido tereftálico e os níveis reduzidos de impurezas são cristalizados a partir da mistura de reação por meio da redução da pressão sobre o líquido. A mistura de suspensão resultante de ácido tereftálico purificado e líquido formado no recipiente 220 é direcionada ao equipamento de separação sólido-líquido 230 na linha de fluxo 221. Os vapores resultantes da redução de pressão no reator de cristalização podem ser condensados pela passagem por trocadores de calor (não mostrado) para resfriamento e o líquido condensado resultante pode ser redirecionado para o processo, por exemplo, como reciclagem para o tanque de reposição de alimentação de purificação 202, através de linhas de transferência apropriadas (não mostradas), O ácido tereftálico purificado sai do dispositivo de separação 230 no fluxo 231. O dispositivo de separação sólido-líquido pode ser uma centrífuga, um filtro a vácuo rotativo, um filtro de pressão ou combinações de um ou mais destes. Uma segunda fase líquida removida da coluna 330 pode ser direcionada para o dispositivo de separação como um líquido de lavagem para a separação, de maneira a substituir ou reduzir o uso de água desmineralizada para a lavagem final do produto purificado. O licor-mãe de purificação do qual o produto purificado sólido de ácido tereftálico é separado no separador sólido-líquido 230 contém água, pequenas quantidades, dissolvidas e suspensas, de ácido tereftálico e impurezas, incluindo produtos secundários hidrogenados de oxida-ção, dissolvidos ou suspensos no licor-mãe. De acordo com uma implementação desejável do processo ilustrada na Figura 1, pelo menos uma parte, e preferencialmente todo ou substancialmente todo, o licor-mãe de purificação é direcionado no fluxo 233 à separação de gás emitido de oxidação na coluna de destilação de alta pressão 330 e introduzido aí. O licor-mãe de purificação direcionado à coluna 330 é introduzido na S coluna em uma parte inferior desta, como em 344, para fornecer líquido de refluxo para a separação. A transferência do licor-mãe de purificação do dispositivo de separação sólido-líquido 230 para a coluna de destilação de alta pressão também permite a reciclagem de ácido tereftálico e impurezas no licor-mãe, como produtos secundários de ácido benzóico e ) ácido p-toluico, para o reator de oxidação 110, onde são oxidados ou convertidos em ácido tereftálico, enquanto o conteúdo de água do licor-mãe de purificação vaporiza e entre em refluxo na coluna de destilação, saindo em um gás pressurizado e/ou uma segunda fase líquida removida da coluna sem ter um impacto significativo no equilíbrio de água na > oxidação. A transferência de licor-mãe de purificação do dispositivo de separação sólido-líquido 230 para a coluna de destilação também reduz o volume de efluentes líquidos que precisa ser direcionado ao tratamento de dejetos líquidos e permite o retorno de um valioso ácido tereftálico para a oxidação e, assim, a remoção deste para recuperação nos cristali-) zadores de oxidação 152 e 155. O gás emitido de reação gerado pela oxidação de fase líquida da carga de alimentação de para-xileno no recipiente reator 110 é removido do reator através da saída 116 e direcionado no fluxo 111 para a separação na coluna 3330, a qual, como mostrado na Figura 2, representa uma ί coluna de destilação de alta pressão contendo várias bandejas, preferencialmente fornecendo cerca de 28 até aproximadamente 63 placas teóricas, e para a qual é fornecido líquido para refluxo através das entradas 336 e 344. O fluxo de vapor da oxidação é introduzido na coluna 330 preferencialmente a uma temperatura e sob uma pressão de cerca de 150 até aproximadamente 225°C e cerca de 4 até aproximadamente 21 kg/cm2, respectivamente, e que não sejam substancialmente menores que aquelas no reator de oxidação 110. Como descrito acima, a Figura 1 ilustra uma implementação desejável em que o líquido de refluxo introduzido na coluna consiste num licor-mãe de purificação a partir do qual ácido tereftálico purificado sólido é separado em um dispositivo de separação sólido-líquido 230. A coluna 330 inclui 80 bandejas, sendo que cerca de 50 até aproximadamente 70 das quais estão dispostas abaixo da entrada de refluxo 344, e o restante posicionado acima da entrada de refluxo 344, mas, abaixo da introdução de um segundo liquido de refluxo em 336. As entradas 336 e 344 estão posicionadas de maneira que estejam separadas por bandejas correspondendo a pelo menos três estágios de equilíbrio teóricos, e preferencialmente a cerca de 3 até aproximadamente 20 desses estágios. De acordo com implementações desejáveis da invenção, como representada na Figura 1, o líquido de refluxo fornecido à coluna em 336 é preferencialmente um líquido condensado recuperado por meio de condensação de uma segunda fase de vapor de alta pressão e temperatura removida da coluna de destilação 330 na zona de condensação 350 e direcionada à coluna no fluxo 335, enquanto o líquido de refluxo fornecido na entrada de refluxo 344, do fluxo 233, é preferencialmente um licor-mãe de purificação direcionado à coluna para esse uso vindo da separação sólido-líquido de um produto purificado da oxidação de fase líquida. O refluxo fornecido à coluna na entrada preferencialmente fornece cerca de 70 até aproximadamente 85% do fluxo volumétrico do líquido de refluxo adicionado à coluna nas entradas 344 e 336.
Uma primeira fase líquida rica em ácido acético para a oxidação de fase líquida recuperada do gás de alta pressão introduzido na coluna 330, junto com produtos secundários de oxidação de para-xileno, como ácido benzóico e ácido p-toluico alocados â fase líquida na coluna 330, é coletada em uma parte inferior da coluna. Uma segunda fase líquida, a qual é predominantemente feita de água, mas que também contém pequenas quantidades de produtos secundários de ácido benzóico e ácido p-toluico alocados à fase líquida, é coletada e removida da coluna em uma saída de dreno lateral, 345. Um segundo vapor de alta pressão, contendo vapor de água, componentes incondensáveis do gás emitido da oxidação e produtos secundários de ácido acético, como metanol e acetato de metila preferencialmente alocados à fase gasosa, é removido da coluna como um gás de saída através da saída de topo 334. A primeira fase líquida rica em ácido acético, resultante da separação na coluna de destilação 330, sai da coluna por uma parte inferior desta e, preferencialmente, é retornada direta ou indiretamente ao reator de oxidação 110, como no fluxo 331. O retorno da fase líquida para a oxidação fornece ácido acético solvente de reposição para a reação de oxidação e reduz a perda de carga de alimentação ao permitir a conversão para produtos desejados de intermediários e produtos secundários condensados da fase de vapor, bem como daqueles reciclados do licor-mãe de purificação para a coluna. A segunda fase líquida retirada da coluna pela saída de dreno lateral 345 é direcionada ao recipiente de reposição de solução de purificação 202, no fluxo 357, para uso na formação da mistura de suspensão de produto bruto e de solução de reação de purificação que é direcionada ao reator de purificação 210. Outros recipientes de purificação, equipamentos de recebimento de líquido e usos para os quais a segunda fase líquida rica em água possa ser direcionada incluem o recipiente de cristalização 220, para uso como solvente make-up limpo, de maneira a substituir o líquido de reação de purificação vaporizado no cristalizador, e o dispositivo de separação sólido-líquido 230, para uso como líquido de lavagem ou seal flush O líquido condensado também é apropriado para usos fora da etapa de purificação, como líquido de lavagem para filtros de troca de solvente. O gás de saída retirado da coluna na saída 334 é direcionado aos meios de condensação 350, os quais, como mostrado na Figura 1, incluem os condensadores 352 e 362, e o tambor de desligamento (disengagement drum) 372. Preferencialmente, a condensação é realizada de maneira que a água do condensado líquido a uma temperatura de cerca de 40 até aproximadamente 60°C é recuperada em pelo menos um estágio. Na implementação ilustrada na figura, a condensação é realizada por troca de calor indireta nos meios de condensação 352, com a água a uma temperatura de cerca de 120 até aproximadamente 170°C, e o condensado líquido resultante é direcionado à coluna 330 no fluxo 355 para adição na entrada de refluxo 336. O líquido e o gás não condensado do condensador 352 são direcionados ao condensador 362, no fluxo 361, para condensação usando água resfriada a uma temperatura de cerca de 30 até aproximadamente 40°C. O efluente de gás e líquido do condensador 362 é direcionado no fluxo 363 ao galão 372, em que o líquido condensado contendo água é coletado e removido no fluxo 373, e que pode ser direcionado para outros usos, como líquido de seal flush ou para ejetar um fluxo. Um gás de exaustão de um condensador sob pressão é retirado como no fluxo 375. A água usada como fluido de troca de calor para a condensação do segundo gás de alta pressão oriundo da coluna de destilação 330 é aquecida por troca de calor nos meios de condensação 350 para gerar vapor pressurizado, que pode ser direcionado para um dispositivo de recuperação de energia, como uma turbina a vapor 450, na implementação do processo mostrado na Figura 1. A condensação usando dois ou maís condensadores em série utilizando fluídos de troca de calor em temperaturas sucessivamente mais baixas permite a geração de vapor sob diferentes pressões, permitindo assim eficiência no uso do vapor nas diferentes pressões ao combiná-las com diferentes entradas de calor e nas operações em que o vapor é usado. O gás de exaustão da condensação não condensado removido no fluxo 375 consiste em componentes incondensáveis, como oxigênio não consumido na oxidação, nitrogênio do ar usado como fonte de oxigênio para a oxidação, óxidos de carbono desse ar e de reações na oxidação, traços de para-xileno não reagido e seus produtos secundários, acetato de metila e metanol, e brometo de metila formado do promotor de bromo usado na oxidação. Na implementação ilustrada na Figura, o gás não condensado está substancialmente livre de vapor de água graças à condensação substancialmente completa em líquido condensado recuperado nos meios de condensação. O gás de exaustão não condensado dos meios de condensação 350 está sob uma pressão de cerca de 10 até aproximadamente 15 kg/cm2 e pode ser transferido diretamente para um dispositivo de recuperação de energia ou para um dispositivo de controle de poluição para a remoção de espécies corrosivas e combustíveis antes da recuperação de energia. Como mostrado na in Figura 1, o gás não condensado é primeiramente direcionado para tratamento para remover materiais de alimentação que não reagiram e traços de ácido acético solvente e/ou produtos de reação destes que ainda permanecem no gás. Assim, o gás não condensado é transferido no fluxo 375 para um absorvedor de alta pressão 380 para absorção do para-xileno, do ácido acético, do metanol e do acetato de metila sem a perda substancial de pressão. A torre de absorção 380 é adaptada para receber o gás substancialmente esvaziado de água remanescente após a condensação e para a separação de para-xileno, ácido acético solvente e seus produtos de reação da oxidação do gás por meio de agentes de captação líquidos. Uma configuração de absorvedor preferida, ilustrada na Figura, consiste numa torre 380 tendo diversos leitos, bandejas ou enchimentos estruturados dispostos internamente (não mostrado) para fornecer superfície para a transferência de massa entre as fases líquida e gasosa. As entradas (não mostradas) para a adição de um agente de captação no absorvedor nos fluxos 381 e 383, respectivamente, estão dispostas em uma ou mais partes superiores e uma ou mais partes inferiores da torre. O absorvedor também inclui uma saída superior 382, pela qual um gás que foi submetido a agentes de captação, está sob pressão e contém componentes incondensáveis do gás que entrou no absorvedor é removido no fluxo 385, e uma saída inferior 384 para a remoção de um fluxo líquido ácido acético para o qual componentes da fase gasosa contendo um ou mais entre para-xileno, ácido acético, metanol e/ou acetato de metila foram captados. Um líquido de fundo é removido de uma parte inferior da torre e é direcionado a um recipiente de reação 110 para reuso de componentes recuperados. O gás pressurizado removido dos meios de condensação 350 ou, como mostrado na Figura 1, da saída 382 do absorvedor de alta pressão, pode ser direcionado para os meios de controle de poluição, como em 390, para a conversão de componentes orgânicos e monóxido de carbono no gás do condensador ou do absorvedor em dióxidos de carbono e água. Um meio de controle de poluição preferido é uma unidade de oxidação catalítica adaptada para receber o gás, opcionalmente aquecendo-o para promover combustão, e direcionar o gás para entrar em contato com um catalisador estável em altas temperaturas disposto num suporte celular ou de outro tipo, de maneira que o fluxo de gás pelo dispositivo não é substancialmente afetado. O gás de topo do absorvedor 380 é direcionado para o sistema de controle de poluição 390, o qual inclui o pré-aquecedor 392 e a unidade de oxidação catalítica 394. O gás é aquecido até uma faixa entre cerca de 250 e aproximadamente 450°C no pré- aquecedor e passado sob uma pressão de cerca de 10 até aproximadamente 15 kg/cm2 para a unidade de oxidação 394, onde os componentes e produtos secundários orgânicos são oxidados em compostos mais apropriados para um gerenciamento ambiental benéfico. O gás de alta pressão oxidado é direcionado da unidade de oxidação catalítica 394 para o expansor 400, que está conectado ao gerador 420. A energia do gás de alta pressão oxidado é convertida em trabalho no expansor 400 e esse trabalho é convertido em energia elétrica no gerador 420. O gás expandido sai do expansor e pode ser liberado na atmosfera, de preferência após a captação cáustica e/ou outros tratamentos para gerenciar de maneira apropriada essas liberações. "Processos de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos e Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás”

Claims (45)

1 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, caracterizado por que consiste em fazer um material de alimentação, contendo pelo menos um precursor de hidrocarboneto aromático para o ácido, entrar em contato com oxigênio gasoso numa mistura de reação de oxidação de fase líquida, contendo solvente de ácido monocarboxílico e água, na presença de uma composição catalisadora, contendo pelo menos um componente de metal pesado, numa zona de reação a temperatura e pressão elevadas eficazes para manter a mistura de reação de oxidação de fase líquida e formar um ácido carboxílico aromático e impurezas que consistem em produtos secundários de reação dissolvidos ou suspensos na mistura de reação de fase líquida e uma fase de vapor de alta pressão contendo ácido monocarboxílico solvente, água, pequenas quantidades de precursor de hidrocarboneto aromático e produtos secundários de oxidação do precursor e do ácido monocarboxílico solvente; transferir a fase de vapor de alta pressão removida da zona de reação para uma zona de separação capaz de separar substancialmente o ácido monocarboxílico solvente, a água e os produtos secundários de oxidação em pelo menos uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, pelo menos uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente contendo vapor de água, de maneira que os produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático sejam preferencialmente alocados à primeira fase líquida e os produtos secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente sejam preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão; e remover da zona de separação, em fluxos separados, a primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, a segunda fase líquida rica em água que é substancialmente isento de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste e a segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente isenta de produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático.
2 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que compreende ainda a separação do ácido monocarboxílico solvente, da água e dos produtos secundários de oxidação na zona de separação em etapas que consistem em direcionar a fase de vapor de alta pressão removida da zona de reação para um primeiro estágio do dispositivo de separação e um líquido de refluxo para um terceiro estágio do dispositivo de separação, de maneira que o fluxo da fase de vapor do primeiro estágio para o segundo estágio e, depois, para o terceiro estágio da zona de separação Fique em contato com um íluxo em contracorrente da fase líquida de refluxo que vai do terceiro estágio para o segundo estágio e, depois, para o terceiro estágio da zona de separação; separar substancialmente água e ácido monocarboxílico solvente nas fases de vapor e líquido de refluxo que estão fluindo em contracorrente no primeiro estágio, de forma que sejam formadas uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente e uma fase de vapor de alta pressão intermediária esvaziada de ácido monocarboxílico solvente; separar substancialmente água e produtos secundários nas fases de vapor e de líquido de refluxo fluindo em contracorrente no segundo estágio, de modo que os produtos secundários precursor de hidrocarboneto aromático sejam removidos para a fase líquida de refluxo e uma segunda fase de vapor de alta pressão intermediária contendo vapor de água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático seja formada; e separar substancialmente água e produtos secundários de ácido monocarboxílico solvente nas fases de vapor e líquido de refluxo que estão fluindo em contracorrente no terceiro estágio, de maneira que uma segunda fase líquida rica em água substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste e uma segunda fase de vapor de alta pressão que contém vapor de água e produtos secundários de ácido monocarboxílico solvente e substancialmente livre de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático sejam formadas.
3 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por que compreende ainda a retirada da zona de separação de uma segunda fase líquida contendo água substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste.
4 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por que consiste ainda no direcionamento de uma segunda fase líquida retirada da zona de separação para uma zona de purificação de ácido carboxílico aromático, de maneira que pelo menos um líquido contendo água na zona de purificação consista na segunda fase líquida.
5 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por que o primeiro estágio do dispositivo de separação consiste em estágios de equilíbrio teóricos capazes de separar água e ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão transferida para a zona de separação, de forma que pelo menos cerca de 95 % em peso de ácido monocarboxílico solvente seja removido para o líquido de refluxo no primeiro estágio.
6 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por que é fornecido um líquido de refluxo ao primeiro estágio da zona de separação.
7 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por que o líquido de refluxo fornecido ao primeiro estágio consiste num licor-mãe de purificação direcionado à zona de separação a partir da zona de purificação.
8 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por que o líquido de refluxo fornecido ao terceiro estágio da zona de separação consiste num líquido condensado da segunda fase de vapor de alta pressão contendo vapor de água e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente e substancialmente livre de produtos secundários do precursor de hidro-carboneto aromático.
9 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que o precursor de hídrocarboneto aromático é o para-xileno, o solvente de ácido monocarboxílico consiste em ácido acético, a segunda fase líquida removida da zona de separação consiste em água substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente, metanol e acetato de metila, e a segunda fase de vapor de alta pressão consiste em vapor de água substancialmente isento de ácido p-toluico.
10 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que compreende ainda a condensação de uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água que é substancialmente isenta de produtos secundários da oxida-ção de precursor de hídrocarboneto aromático removida da zona de separação para formar um líquido condensado contendo água e um gás de exaustão da condensação de alta pressão e para recuperar pelo menos um produto secundário de ácido monocarboxílico solvente do gás de exaustão de condensação de alta pressão.
11 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 4 ou 7, caracterizado por que um processo para purificar um ácido carboxílico aromático impuro na zona de purificação consiste nas etapas de (a) formar uma solução de reação de purificação contendo ácido carboxílico aromático e impurezas dissolvidos ou misturados em suspensão em um líquido contendo água; (b) fazer uma solução de reação de purificação contendo ácido carboxílico aromático e impurezas em um líquido contendo água a elevadas temperatura e pressão entrar em contato com hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenação para formar uma mistura de reação de purificação líquida; (c) recuperar de uma mistura de reação de purificação líquida contendo ácido carboxílico aromático e impurezas um produto purificado sólido contendo ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas e um licor-mãe de purificação; (d) lavar com pelo menos um líquido contendo água um produto de ácido carboxílico aromático purificado sólido recuperado de uma mistura de reação de purificação líquida contendo o ácido carboxílico aromático, impurezas e um líquido contendo água.
12 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, caracterizado por que consiste nas etapas de pelo menos uma oxidação de fase líquida que consiste em fazer o material de alimentação contendo pelo menos um hidrocarboneto aromático substituído em que os substi-tuintes são oxidáveis em grupos de ácido carboxílico entrar em contato com oxigênio gasoso numa mistura de reação de oxidação de fase líquida contendo ácido monocarboxílico solvente e água na presença de uma composição catalisadora contendo pelo menos um componente de metal pesado em uma zona de reação à temperatura e pressão elevadas eficazes em manter a mistura de reação de oxidação e formar um ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários de reação dissolvidos ou suspensos na mistura de reação de oxidação de fase líquida e uma fase de vapor de alta pressão contendo água, ácido monocarboxílico que não reagiu, hidrocarboneto aromático substituído que não reagiu, oxigênio e produtos secundários da reação; e pelo menos uma purificação que consiste em fazer entrar em contato com hidrogênio à temperatura e pressão elevadas na presença de um catalisador que consiste num metal catalisador de hidrogenação, uma solução de reação de purificação contendo um líquido que consiste em água e tem dissolvido em si ácido carboxílico aromático e impurezas recuperadas da mistura de reação de oxidação de fase líquida para formar uma mistura de reação de purificação líquida contendo o ácido carboxílico aromático e impurezas hidrogenadas dissolvidas em um líquido contendo água; e pelo menos uma separação de gás emitido que consiste em transferir uma fase de vapor de alta pressão removida da zona de reação de pelo menos uma oxidação de fase líquida para uma zona de separação capaz de substancialmente separar ácido monocarboxílico solvente, água e produtos secundários de oxidação em pelo menos uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, pelo menos umà segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente contendo vapor de água, de maneira que os produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático são preferencialmente alocados à primeira fase líquida e os produtos secundários da oxidação ácido monocarboxílico solvente são preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão, e remover da zona de separação uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste e uma segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente livre de produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarbonetos aromáticos; e pelo menos uma etapa que consiste em direcionar uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido mono-carboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido para uma zona de purificação ou para recuperação, separação ou lavagem de um produto que consiste no líquido condensado.
13 ■ Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que pelo menos uma purificação consiste numa etapa que consiste em dissolver em um líquido contendo água o produto sólido contendo ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários de oxidação recuperados da mistura de reação de oxidação líquida em pelo menos uma oxidação de fase líquida para formar a solução de purificação e o líquido que contém água consiste numa segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste removido da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido.
14 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que pelo menos uma purificação consiste numa etapa que consiste em formar uma mistura de suspensão em um líquido contendo água de um produto sólido contendo ácido carboxílico aromático e níveis reduzidos de impurezas recuperado da mistura de reação de purificação líquida e o líquido que contém água consiste numa segunda fase líquida rica em água que é substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido.
15 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que pelo menos uma purificação consiste numa etapa que consiste em lavar com um líquido contendo água um produto sólido contendo ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas recuperado da mistura de reação de purificação líquida e o líquido que contém água consiste numa segunda fase líquida rica em água que é substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido
16 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que consiste ainda em pelo menos uma etapa em que uma forma pura sólida de ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas e um licor-mãe de purificação são recuperados de uma reação de mistura de purificação líquida em pelo menos uma purificação e o licor-mãe de purificação é direcionado a pelo menos uma separação de gás emitido, de maneira que um líquido de refluxo fornecido â zona de separação consista no licor-mãe de purificação.
17 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda a condensação de uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água que é substancialmente livre de produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido para forma um líquido condensado contendo água.
18 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por que consiste ainda no direcionamento do líquido condensado contendo água à zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido, de maneira que um líquido de refluxo fornecido à zona de separação consiste num líquido condensado contendo água.
19 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda a recuperação de energia de uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água que é substancialmente isenta de produtos secundários da oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido.
20 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que o hidrocarboneto aromático substituído em pelo menos uma oxidação de fase líquida é o para-xileno e o ácido monocarboxílico solvente na oxidação de fase líquida consiste em ácido acético.
21 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por que a segunda fase líquida que é substancialmente isenta de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido é substancialmente isenta de ácido acético, metanol e acetato de metila e a segunda fase de vapor de alta pressão removida da zona de separação é substancialmente isenta de ácido p-toluico.
22 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda a condensação de uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo água que é substancialmente isenta de produtos secundários de oxidação do precursor de hidrocarboneto aromático removida da zona de separação em pelo menos uma separação de gás emitido para formar um líquido condensado contendo água e um gás de exaustão de condensação de alta pressão e recuperar pelo menos um produto secundário do ácido monocarboxílico solvente, do material de alimentação aromático que não reagiu ou combinações destes do gás de exaustão de condensação de alta pressão.
23 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, caracterizado por que consiste nas etapas de (a) fazer um material de alimentação contendo um precursor de hidrocarboneto aromático do ácido carboxílico aromático entrar em contato com oxigênio gasoso em uma mistura de reação de oxidação de fase líquida contendo ácido monocarboxílico solvente e água na presença de uma composição catalisadora contendo um componente de metal pesado numa zona de reação â temperatura e pressão elevadas para manter a mistura de reação líquida e para formar um ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído dissolvidos ou suspensos na mistura de reação de oxidação de fase líquida e uma fase de vapor de alta pressão que consiste em ácido monocarboxílico solventes, água, produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído e produto secundários do ácido monocarboxílico solvente, (b) recuperar de uma mistura de reação de fase líquida um produto sólido contendo ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários de reação; (c) dissolver ou suspender o produto sólido recuperado da mistura de reação de oxidação de fase líquida contendo ácido carboxílico aromático e impurezas contendo produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído em um líquido contendo água, pelo menos uma parte do qual consiste numa segunda fase líquida recuperada de acordo com a etapa (g), para formar uma solução de purificação; (d) fazer a solução de purificação à elevada temperatura e pressão entrar em contato com hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenação para formar uma mistura de reação de purificação líquida; (e) recuperar da mistura de reação de purificação líquida um produto purificado sólido contendo ácido carboxílico aromático com níveis reduzidos de impurezas e um licor-mãe de purificação contendo água e pequenas quantidades de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático substituído, derivados hidrogenados deste ou combinações destes; (f) transferir uma fase de vapor de alta pressão da etapa (a) contendo ácido monocarboxílico solvente, vapor de água, produtos secundários do hidrocarboneto aromático substituído e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente para uma zona de separação suprida com líquido de refluxo e capaz de substancialmente separar ácido monocarboxílico solvente, água e produtos secundários em pelo menos uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, pelo menos uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e pelo menos uma segunda fase de vapor de alta pressão esvaziada de ácido monocarboxílico solvente contendo vapor de água, de maneira que os produtos secundários da oxidação do hidrocarboneto aromático substituído sejam preferencialmente alocados à primeira fase líquida e os produto secundários da oxidação do ácido monocarboxílico solvente sejam preferencialmente alocados à segunda fase de vapor de alta pressão; (g) remover da zona de separação em fluxos separados uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente, uma segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários da oxidação deste e uma segunda fase de vapor de alta pressão que é substancialmente livre de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático; (h) direcionar a segunda fase líquida rica em água que é substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste removida da zona de separação na etapa (g) para pelo menos uma das etapas (c), (d) ou (e), de maneira que o líquido contendo água em pelo menos uma das etapas (c), (d) ou (e) consista na segunda fase líquida.
24 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por que consiste ainda no direcionamento do licor-mãe de purificação de acordo com a etapa (e) para a etapa (f), de maneira que o líquido de refluxo fornecido à zona de separação na etapa (f) consista no licor-mãe de purificação.
25 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por que compreende ainda a recuperação de um líquido condensado que contém água da segunda fase de vapor de alta pressão substancialmente isenta de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático removido da zona de separação de acordo com a etapa (g).
26 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por que consiste ainda no direcionamento do líquido condensado contendo água recuperado da segunda fase de vapor de alta pressão para a etapa (f), de maneira que o líquido de refluxo fornecido à zona de separação na etapa (f) consista no líquido condensado.
27 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por que consiste ainda no direcionamento do licor-mãe recuperado de acordo com a etapa (e) para a etapa (f), de forma que o líquido de refluxo fornecido à zona de separação na etapa (f) consista no licor-mãe de purificação.
28 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por que é fornecido um líquido de refluxo contendo o líquido condensado à zona de separação numa parte superior desta.
29 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por que é fornecido um líquido de refluxo contendo o licor-mãe de purificação à zona de separação numa parte inferior desta.
30 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por que é fornecido um líquido de refluxo contendo o licor-mãe de purificação à zona de separação numa parte inferior desta.
31 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado por que a segunda fase líquida removida da zona de separação de acordo com a etapa (g) é removida da zona de separação a partir de uma parte intermediária desta, entre as partes superior e inferior.
32 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por que compreende ainda a recuperação de energia a partir de uma segunda fase de vapor de alta pressão substancialmente isenta de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático removida da zona de separação de acordo com a etapa (g).
33 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por que compreende ainda a recuperação de energia a partir da segunda fase de vapor de alta pressão substancialmente isenta de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático removida da zona de separação de acordo com a etapa (g).
34 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado por que a energia é recuperada na forma de trabalho.
35 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado por que a energia é recuperada na forma de calor.
36 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com qualquer das reivindicações de 23 a 35, caracterizado por que o hidrocarboneto aromático substituído é para-xileno e o ácido monocarboxílico solvente consiste em ácido acético.
37 - Processo de Produção de Ácidos Carboxílicos Aromáticos, de acordo com qualquer das reivindicações de 23 a 35, caracterizado por que a segunda fase líquida removida da zona de separação na etapa (g) é substancialmente isenta de ácido acético, metanol e acetato de metila e a segunda fase de vapor de alta pressão removida da zona de separação é substancialmente isenta de ácido p-toluico.
38 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, emitido de reator gerado na produção de ácidos carboxílicos aromáticos por oxidação em fase líquida de carga de hidrocarboneto aromático numa mistura de reação de fase líquida contendo um recipiente substancialmente colunar, substancialmente fechado, que define um volume interior e caracterizado por que contém pelo menos uma entrada inferior de gás para receber e direcionar para um primeiro estágio de uma zona de fracionamento uma fase de vapor de topo de alta pressão removida do recipiente de reação para oxidação de fase líquida de um material de alimentação de hidrocarboneto aromático substituído com oxigênio gasoso numa mistura de reação de fase líquida contendo ácido monocarboxílico solvente e água sob condições tais que a mistura de reação de fase líquida seja mantida e uma fase de vapor de topo de alta pressão contendo vapores de ácido monocarboxílico solvente e água seja gerada no recipiente de reação; e uma zona de fracionamento dentro do volume interior do recipiente para fazer as fases líquida e gasosa entrarem em contato em fluxo contracorrente em vários estágios de equilíbrio teóricos e compreendendo uma primeira parte que é capaz de substancialmente separar água e ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão em contato com um fluxo em contracorrente de líquido de refluxo contendo componentes de um líquido de refluxo recebido de um estágio intermediário da zona de fracionamento, de maneira que seja removida uma primeira fase líquida rica em ácido monocarboxílico solvente para o líquido de refluxo e uma fase de vapor de alta pressão intermediária esvaziada de ácido monocarboxílico solvente seja formada, sendo que a primeira parte tem comunicação de fluxo com a parte intermediária da zona de fracionamento para o recebimento de um líquido de refluxo e passagem de uma primeira fase de vapor intermediária para lá e contém os meios para direcionar o líquido de refluxo para o qual a primeira fase líquida é removida para um reservatório de líquidos; e uma parte intermediária que ê capaz de separar água produtos secundários da oxidação de fase líquida do material de alimentação do hidrocarboneto aromático substituído na primeira fase de vapor intermediária em contato com um fluxo em contracorrente de líquido de refluxo contendo componentes líquidos de um líquido de refluxo recebido de uma parte superior do dispositivo de separação, de maneira que os produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático sejam removidos para o líquido de refluxo e uma segunda fase de vapor intermediária de alta pressão contendo vapor de água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático seja formada, sendo que a parte intermediária tem comunicação de fluxo com uma parte superior da zona de fracionamento para o recebimento de líquido de refluxo daí e passagem de uma segunda fase de vapor intermediária para lá; e uma parte superior que é capaz de substancialmente separar água e produtos secundários da oxidação de fase líquida do ácido monocarboxílico solvente em pelo menos uma segunda fase de vapor intermediária e um líquido de refluxo fornecido à parte superior em contato com um fluxo em contracorrente de liquido de refluxo, de maneira que a segunda fase líquida contendo água substancialmente livre de ácido monocarboxílico solvente e produtos secundários deste seja removida para o líquido de refluxo e uma segunda fase de vapor de alta pressão contendo vapor de água e produtos secundários do ácido monocarboxílico solvente e substancialmente livre de produtos secundários do precursor de hidrocarboneto aromático seja formada, sendo que a parte superior contém meios de coleta em uma parte mais baixca dela para coletar pelo menos uma parte do líquido de refluxo para o qual a segunda fase líquida é removida; e; um reservatório de líquidos para receber da primeira parte da zona de fracionamento o líquido de refluxo para o qual a primeira fase líquida foi removida; e pelo menos uma saída de líquido em comunicação com o reservatório de líquidos para remover líquido do aparato; e pelo menos uma entrada de líquido para a introdução do líquido de refluxo em uma região superior da parte superior da zona de fracionamento; e pelo menos uma entrada de líquido para introduzir um líquido de refluxo em uma região superior da parte inferior da zona de fracionamento; e pelo menos uma saída de líquido em comunicação com os meios de coleta para remover do dispositivo pelo menos uma parte do líquido de refluxo para o qual a segunda fase líquida é removida.
39 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado por que a zona de fracionamento fornece cerca de 20 até aproximadamente 80 estágios de equilíbrio teórico.
40 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado por que a primeira parte da zona de fracionamento é capaz de separar água e ácido monocarboxílico solvente na fase de vapor de alta pressão, de forma que pelo menos cerca de 95% em peso do ácido monocarboxílico solvente seja removido para o líquido de refluxo.
41 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado por que pelo menos uma saída em comunicação com os meios de coleta e pelo menos uma entrada para a introdução do líquido de refluxo em uma região superior da parte inferior da zona de fracionamento estão separadas por cerca de 1 até aproximadamente 10 estágios de equilíbrios teóricos.
42 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado por que pelo menos uma saída em comunicação com os meios de coleta e pelo menos uma entrada para a introdução do líquido de refluxo em uma região superior da parte superior da zona de fracionamento estão separadas por cerca de 1 até aproximadamente 10 estágios de equilíbrios teóricos.
43 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 38 a 42, caracterizado por que é na forma de pelo menos uma coluna de destilação.
44 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado por que compreende ainda um recipiente de reação para oxidação de fase líquida de um material de alimentação de hidrocarboneto aromático substituído com oxigênio gasoso em uma mistura de reação de fase líquida contendo ácido monocarboxílico solvente e água sob condições tais que uma mistura de reação de fase líquida seja mantida e uma fase de vapor de topo de alta pressão contendo vapores de ácido monocarboxílico solvente e água seja gerada no recipiente de reação, sendo que o recipiente de reação contém pelo menos uma saída de gás para remover uma fase de vapor de topo de alta pressão daí com comunicação de fluxo com pelo menos uma entrada de gás para receber e direcionar a fase de vapor de topo de alta pressão para o primeiro estágio da zona de fracionamento.
45 - Equipamentos de Separação dos Componentes de Gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 38 a 42, caracterizado por que compreende ainda num recipiente de reação para oxidação de fase líquida de um material de alimentação de hidrocarboneto aromático substituído com oxigênio gasoso em uma mistura de reação de fase líquida contendo ácido monocarboxílico solvente e água sob condições tais que uma mistura de reação de fase líquida seja mantida e uma fase de vapor de topo de alta pressão contendo vapores de ácido monocarboxílico solvente e água seja gerada no recipiente de reação, sendo que o recipiente de reação contém pelo menos uma saída de gás para remover uma fase de vapor de topo de alta pressão daí com comunicação de fluxo com pelo menos uma entrada de gás para receber e direcionar a fase de vapor de topo de alta pressão para o primeiro estágio da zona de fracio-namento.
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