ES2832655T3 - Método de producción de ácido tereftálico - Google Patents

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ES2832655T3 ES17774109T ES17774109T ES2832655T3 ES 2832655 T3 ES2832655 T3 ES 2832655T3 ES 17774109 T ES17774109 T ES 17774109T ES 17774109 T ES17774109 T ES 17774109T ES 2832655 T3 ES2832655 T3 ES 2832655T3
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Hideaki Fujita
Kotaro Murakami
Ryusuke Shigematsu
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Abstract

Método de producción de ácido tereftálico, que comprende las etapas de: introducir suspensión de ácido tereftálico de partida en una parte superior de una torre de sustitución de medio de dispersión, conteniendo la suspensión de ácido tereftálico de partida un medio de dispersión y ácido tereftálico en bruto obtenido mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno; poner la suspensión de ácido tereftálico de partida en contacto con un flujo ascendente de un segundo medio de dispersión introducido desde una parte inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión para formar, en un compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, una fase de suspensión de un cristal de ácido tereftálico purificado dispersado en el segundo medio de dispersión; descargar la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y suministrar la suspensión a una cámara de cristalización dotada de una unidad para medir la concentración de suspensión; y suministrar la suspensión en la cámara de cristalización a una unidad de separación de sólido-líquido para separar un cristal de ácido tereftálico, en el que se mantienen las siguientes condiciones (1) a (3) regulando una velocidad de flujo del segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, la velocidad de flujo de la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado que se descarga a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la velocidad de flujo de la suspensión suministrada a partir de la cámara de cristalización a la unidad de separación de sólido-líquido: (1) el volumen V1 de la suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto al volumen V0 de la suspensión de ácido tereftálico entera en la torre de sustitución de medio de dispersión; (2) una posición de una región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y una suspensión de ácido tereftálico diluida en una parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión está en un intervalo de variación de ±800 mm con respecto a un nivel objetivo de control; y (3) la concentración de suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo del 25 al 40% en masa.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de producción de ácido tereftálico
Campo técnico
La presente invención se refiere a métodos de producción de ácido tereftálico. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método de producción de ácido tereftálico de alta pureza sustituyendo un medio de dispersión de suspensión de partida. La presente invención también se refiere a un método de producción de ácido tereftálico a partir de suspensión de partida que es o bien suspensión de ácido tereftálico en bruto obtenida mediante una reacción de oxidación en fase líquida y que contiene partículas de ácido tereftálico cristalinas, agua y una gran cantidad de impurezas o bien suspensión obtenida mediante hidrogenación catalítica o recristalización de ácido tereftálico en bruto, empleando el método un procedimiento de sustitución de medio de dispersión capaz de una sustitución eficiente del medio de dispersión de tal suspensión de partida por un segundo medio de dispersión.
Técnica anterior
El ácido tereftálico se produce mediante una reacción de oxidación en fase líquida de compuestos de p-fenileno tales como p-alquilbencenos representados por p-xileno. La producción de ácido tereftálico usa generalmente ácido acético como disolvente y un catalizador tal como cobalto y manganeso, opcionalmente con un promotor añadido tal como compuestos de bromo o acetaldehído. Dado que se usa ácido acético como disolvente tal como se mencionó anteriormente, la suspensión de ácido tereftálico en bruto obtenida mediante la reacción de oxidación en fase líquida contiene una gran cantidad de impurezas tales como 4-carboxibenzaldehído (4CBA), ácido para-toluico (p-TOL), ácido benzoico y diversas otras impurezas colorantes. Por tanto, el ácido tereftálico en bruto obtenido al separarse a partir de la suspensión también contiene estas impurezas y se necesita una técnica de purificación altamente sofisticada para obtener ácido tereftálico de alta pureza.
Se conocen diversos métodos para purificar ácido tereftálico en bruto, tales como un método en el que se disuelve ácido tereftálico en ácido acético, agua o disolventes mixtos de los mismos a alta temperatura y alta presión y después se somete la disolución a hidrogenación catalítica, descarbonilación, oxidación o recristalización y un método en el que se somete una suspensión que tiene cristales de ácido tereftálico parcialmente disueltos en la misma a inmersión a alta temperatura. Tanto la producción de ácido tereftálico en bruto mediante una reacción de oxidación en fase líquida como la purificación del ácido tereftálico en bruto requieren un procedimiento final para la separación de los cristales de ácido tereftálico a partir del medio de dispersión.
Productos intermedios de oxidación tales como 4CBA, p-TOL y ácido benzoico o sustancias colorantes que están presentes como impurezas en la suspensión derivada de oxidación o la suspensión resultante de la purificación de ácido tereftálico en bruto se disuelven en el medio de dispersión de la suspensión a alta temperatura. Por tanto, cuando se enfría la suspensión hasta aproximadamente 100°C para dar una suspensión que contiene cristales de ácido tereftálico, estas impurezas se incorporan en los cristales de ácido tereftálico, con el resultado de que es difícil obtener ácido tereftálico de alta pureza.
Por tanto, con el fin de separar ácido tereftálico lo más puro posible a partir del medio de dispersión de la suspensión de ácido tereftálico en bruto resultante de la reacción de oxidación o la suspensión resultante de la purificación de ácido tereftálico en bruto, la separación debe llevarse a cabo en condiciones a presión, a alta temperatura. El método que se usa lo más habitualmente para separar un medio de dispersión a partir de la suspensión que contiene cristales es la centrifugación. La centrifugación también se usa ampliamente para suspensiones resultantes de la reacción de oxidación y para suspensiones resultantes de la purificación. La centrifugación es un método en el que se introduce la suspensión en una cesta que rota a alta velocidad para provocar que el medio de dispersión desborde a partir de la parte superior de la cesta mientras que los cristales se dirigen al fondo de la cesta. Sin embargo, se sabe que el funcionamiento continuo a alta temperatura y alta presión plantea algunas dificultades que surgen de las limitaciones estructurales y funcionales de la centrífuga.
En primer lugar, los cristales son difíciles de aclarar durante la centrifugación o después de la separación, y por tanto la cantidad del medio de dispersión adherido a los cristales tiende a aumentar. Un método habitual empleado para resolver este problema es formar una torta de los cristales de ácido tereftálico separados por centrifugación para dar una suspensión con un nuevo disolvente caliente. Sin embargo, este método tiene la desventaja de requerir varias repeticiones del procedimiento de separación. Además, debido a la rotación a alta velocidad a alta temperatura y alta presión, el mantenimiento de la centrífuga es tan complicado y difícil que el coste de mantenimiento aumenta. Por tanto, la centrifugación no puede considerarse sofisticada como técnica para su uso en este campo.
Como técnica de separación alternativa a la centrifugación, se ha propuesto un aparato de sustitución de medio de dispersión que usa la sedimentación por gravedad de cristales de ácido tereftálico. Por ejemplo, el documento de patente 1 y el documento de patente 2 proponen aparatos de este tipo. Según el documento de patente 1, se proporciona una repisa lateral con una pluralidad de orificios dentro del aparato de sustitución de medio de dispersión. Se menciona que, sin una estructura de este tipo, la eficiencia de la sustitución sería insatisfactoria debido a la canalización o mezclado de nuevo del fluido en el aparato. En el documento de patente 2, se proporciona una placa de repisa que forma una pendiente para mejorar el rendimiento de sustitución. Sin embargo, cuando se trata la suspensión, en particular cuando se somete la suspensión a sustitución de medio de dispersión usando sedimentación por gravedad, proporcionar una placa de repisa de este tipo conlleva una dificultad significativa. Específicamente, la suspensión se sedimenta sobre las repisas y obstruye los orificios, lo cual requiere un esfuerzo enorme para estabilizar el funcionamiento. Por tanto, estas técnicas nunca pueden considerarse sofisticadas.
También se han propuesto aparatos de sustitución de medio de dispersión que no requieren placas de repisa (documentos de patente 3 y 4, por ejemplo). Un aparato de sustitución de medio de dispersión de este tipo que no requiere placas de repisa tiene las siguientes cuatro entradas/salidas: (1) un orificio de suministro a través del cual se suministra suspensión de partida que consiste en un primer medio de dispersión y cristales de ácido tereftálico a un compartimento superior del aparato; (2) un orificio de suministro a través del cual se introduce un segundo medio de dispersión en un compartimento inferior del aparato; (3) un orificio de salida a través del cual se descargan principalmente suspensión sometida a sustitución que consiste en cristales de ácido tereftálico y el segundo medio de dispersión a partir del compartimento inferior del aparato; y (4) un orificio de salida a través del cual se descarga principalmente el primer medio de dispersión a partir del compartimento superior del aparato. Las velocidades de flujo a través de estos orificios pueden cambiarse libremente, excepto por la velocidad de flujo de suministro a través del orificio (1). Esto proporciona flexibilidad de funcionamiento; sin embargo, el control de las velocidades de flujo es considerablemente complicado ya que cambiar las velocidades de flujo influye sobre las propiedades de rendimiento tales como la eficiencia de sustitución de medio de dispersión. Por tanto, por ejemplo, el documento de patente 3 divulga que puede permitirse fácilmente que el aparato de sustitución de medio de dispersión continúe un funcionamiento estable a una alta eficiencia de sustitución ajustando la distribución de temperatura dentro del aparato de sustitución de medio de dispersión para hacer que su parte superior esté más caliente y crear una zona que muestra un cambio pronunciado de temperatura y controlando la cantidad del segundo medio de dispersión que va a introducirse y/o la cantidad de la suspensión sometida a sustitución que va a descargarse para mantener esta zona de temperatura en una posición deseada.
El documento de patente 4 mencionado anteriormente divulga que se necesita controlar la tasa de cambio del contenido en ácido tereftálico por unidad de grosor (% en masa/m) en una región de límite para que sea de 15 o más pero 500 o menos con el fin de mejorar significativamente la eficiencia de sustitución. Sin embargo, cuando la cantidad del segundo medio de dispersión que va a introducirse y/o la cantidad de la suspensión sometida a sustitución que va a descargarse se controla basándose en la tasa de cambio del contenido en ácido tereftálico, es necesario conocer el contenido en ácido tereftálico en el aparato de sustitución de medio de dispersión.
La suspensión de ácido tereftálico suministrada a la torre de sustitución de medio de dispersión está en forma de una suspensión acuosa a aproximadamente de 140 a 190°C, mientras que se suministra agua a aproximadamente 100°C como segundo medio de dispersión a partir de la parte inferior de la torre. Por tanto, el interior del aparato de sustitución de medio de dispersión está presurizado y la densidad de ácido tereftálico es difícil de medir mediante toma de muestras dependiendo de la altura de la región de límite. El documento de patente 3 también divulga un método de detección del contenido en ácido tereftálico en suspensión con la ayuda de un densitómetro en línea dispuesto en el tubo del orificio (3) de salida anterior a través del cual se descarga principalmente la suspensión sometida a sustitución que consiste en cristales de ácido tereftálico y el segundo medio de dispersión o en el tubo diseñado para hacer circular la suspensión al interior de la torre de sustitución de medio de dispersión.
Lista de referencias
Bibliografía de patentes
Documento de patente 1: publicación de solicitud de patente japonesa sin examinar n.° 57-053431
Documento de patente 2: publicación de solicitud de patente japonesa sin examinar n.° 55-087744
Documento de patente 3: publicación de solicitud de patente japonesa sin examinar n.° 10-045667
Documento de patente 4: publicación de solicitud de patente japonesa sin examinar n.° 2008-239608
Sumario de la invención
Problema técnico
Con el fin de que la torre de sustitución de medio de dispersión mantenga de manera estable una alta eficiencia de medio de dispersión, debe estabilizarse la posición de la región de interfase (la zona que muestra un cambio pronunciado de temperatura) de la porción superior de la fase de suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución y, además, debe mantenerse el contenido en ácido tereftálico de la fase de suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución dentro de un determinado intervalo. Controlar estos factores dentro de determinados intervalos necesita detectar el contenido en ácido tereftálico en suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución. Con el método descrito en documento de patente 3 que detecta el contenido en ácido tereftálico en suspensión con la ayuda de un densitómetro en línea dispuesto en el tubo del orificio de salida a través del cual se descarga la suspensión sometida a sustitución que consiste en cristales de ácido tereftálico y el segundo medio de dispersión o en el tubo diseñado para hacer circular la suspensión al interior de la torre de sustitución de medio de dispersión, el valor medido por el densitómetro varía significativamente debido a una concentración de suspensión no uniforme en el compartimento inferior de la torre de sustitución, además de lo cual se sedimentan cristales de ácido tereftálico sobre el densitómetro durante el funcionamiento a largo plazo y provocan problemas de error de medición. Por tanto, este método es desventajoso ya que es difícil un funcionamiento estable de la torre de sustitución de medio de dispersión.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método de producción de ácido tereftálico en el que una suspensión de ácido tereftálico en bruto obtenido mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno o una suspensión de ácido tereftálico resultante de hidrogenación catalítica del ácido tereftálico en bruto se introduzca en una parte superior de una torre de sustitución de medio de dispersión mientras que un segundo medio de dispersión para sustitución se introduzca desde una parte inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión para realizar sustitución de medio de dispersión, siendo el método capaz de permitir que la torre de sustitución de medio de dispersión continúe un funcionamiento estable al tiempo que se mantiene una eficiencia extremadamente alta de sustitución de medio de dispersión.
Solución al problema
Como resultado de intensas investigaciones, los presentes inventores han encontrado que puede obtenerse de manera estable una eficiencia de sustitución extremadamente alta proporcionando una cámara de cristalización en una etapa posterior a un aparato de sustitución de medio de dispersión y manteniendo la cantidad de suspensión en la cámara de cristalización dentro de un determinado intervalo al tiempo que se mide el contenido en ácido tereftálico con un densitómetro de suspensión proporcionado en la cámara de cristalización y manteniendo constante la concentración de suspensión en la cámara de cristalización.
Es decir, la presente invención es de la siguiente manera.
[1] Un método de producción de ácido tereftálico, que comprende las etapas de:
introducir suspensión de ácido tereftálico de partida en una parte superior de una torre de sustitución de medio de dispersión, conteniendo la suspensión de ácido tereftálico de partida un medio de dispersión y ácido tereftálico en bruto obtenido mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno;
poner la suspensión de ácido tereftálico de partida en contacto con un flujo ascendente de un segundo medio de dispersión introducido desde una parte inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión para formar, en un compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, una fase de suspensión de un cristal de ácido tereftálico purificado dispersado en el segundo medio de dispersión;
descargar la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y suministrar la suspensión a una cámara de cristalización dotada de una unidad para medir la concentración de suspensión; y
suministrar la suspensión en la cámara de cristalización a una unidad de separación de sólido-líquido para separar un cristal de ácido tereftálico, en el que
se mantienen las siguientes condiciones (1) a (3) regulando una velocidad de flujo del segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, una velocidad de flujo de la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado que se descarga a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, y una velocidad de flujo de la suspensión suministrada a partir de la cámara de cristalización a la unidad de separación de sólido-líquido:
(1) el volumen V1 de la suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto al volumen V0 de la suspensión de ácido tereftálico entera en la torre de sustitución de medio de dispersión;
(2) una posición de una región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y una suspensión de ácido tereftálico diluida en una parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión está en un intervalo de variación de ±800 mm con respecto a un nivel objetivo de control; y
(3) la concentración de suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo del 25 al 40% en masa.
[2] El método de producción de ácido tereftálico según el punto [1], en el que
un agitador está dispuesto en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, y la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión está por encima de un extremo superior del agitador en un intervalo de 0,3 a 1,5 veces con respecto a un diámetro interno de la torre de sustitución.
[3] El método de producción de ácido tereftálico según el punto [1] o [2], en el que la concentración de suspensión en la cámara de cristalización se mantiene en el intervalo del 25 al 40% en masa mediante:
aumentar una velocidad de flujo de suspensión de la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado que va a descargarse a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión tras el aumento de la concentración de la suspensión en la cámara de cristalización; y
disminuir la velocidad de flujo de suspensión tras la disminución de la densidad de suspensión.
[4] El método de producción de ácido tereftálico según cualquiera de los puntos [1] a [3], en el que la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión se mantiene en el intervalo de variación de ±800 mm con respecto al nivel objetivo de control mediante:
disminuir la velocidad de flujo del segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión tras la subida de la posición de la región de interfase; y
aumentar la velocidad de flujo tras la bajada de la posición de la región de interfase.
[5] El método de producción de ácido tereftálico según cualquiera de los puntos [1] a [4], en el que
la unidad para medir la concentración de suspensión en la cámara de cristalización es un densitómetro, y el densitómetro está dispuesto en un tubo proporcionado para descargar la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado a partir de la cámara de cristalización y diseñado para hacer circular una parte de la suspensión al interior de la cámara de cristalización.
[6] El método de producción de ácido tereftálico según cualquiera de los puntos [1] a [5], en el que
una pluralidad de termómetros están dispuestos en una dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión, y
la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión se detecta midiendo un cambio de temperatura en la dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión.
[7] El método de producción de ácido tereftálico según cualquiera de los puntos [1] a [6], en el que
la suspensión de ácido tereftálico de partida es una suspensión obtenida mediante: formar una suspensión de ácido tereftálico en bruto mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno seguido por despresurización y calentamiento hasta alta temperatura; separar un medio de dispersión de reacción a partir de la suspensión de ácido tereftálico en bruto para obtener un cristal de ácido tereftálico en bruto; disolver el cristal de ácido tereftálico en bruto en agua a alta temperatura y alta presión; someter la disolución resultante a hidrogenación catalítica; y someter el fluido de reacción resultante a despresurización gradual y enfriamiento usando una cámara de cristalización de múltiples etapas para cristalizar ácido tereftálico.
Efectos ventajosos de la invención
La presente invención hace posible, en un procedimiento de producción de ácido tereftálico que usa una torre de sustitución de medio de dispersión, estabilizar la posición de una región de interfase de una porción superior de una fase de suspensión en un compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y controlar el contenido en ácido tereftálico de la fase de suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución dentro de un determinado intervalo. Esto permite que la torre de sustitución de medio de dispersión funcione a una alta eficiencia de sustitución de medio de dispersión a lo largo de un periodo de tiempo prolongado.
Breve descripción del dibujo
[Figura 1] La figura 1 ilustra un aparato de sustitución de medio de dispersión usado en los ejemplos.
Descripción de la realización
A continuación en el presente documento, se describirá en detalle una realización de la presente invención (esta realización se denominará simplemente “presente realización” a continuación en el presente documento). La presente realización descrita a continuación es un ejemplo ilustrativo de la presente invención y no se pretende que limite la presente invención al contenido de la siguiente descripción. La presente invención puede llevarse a cabo con modificaciones apropiadas que se encuentren dentro de la esencia de la invención.
Un método de producción de ácido tereftálico según la presente realización comprende las etapas de:
introducir suspensión de ácido tereftálico de partida en una parte superior de una torre de sustitución de medio de dispersión, conteniendo la suspensión de ácido tereftálico de partida un medio de dispersión y ácido tereftálico en bruto obtenido mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno;
poner la suspensión de ácido tereftálico de partida en contacto con un flujo ascendente de un segundo medio de dispersión introducido desde una parte inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión para formar, en un compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, una fase de suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado dispersado en el segundo medio de dispersión (esta etapa puede denominarse a continuación en el presente documento “etapa de sustitución de medio de dispersión”);
descargar la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y suministrar la suspensión a una cámara de cristalización dotada de una unidad para medir la concentración de suspensión; y
suministrar la suspensión en la cámara de cristalización a una unidad de separación de sólido-líquido para separar un cristal de ácido tereftálico.
Adicionalmente, en el método de producción de ácido tereftálico según la presente realización, se mantienen las siguientes condiciones (1) a (3) regulando una velocidad de flujo del segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, una velocidad de flujo de la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado que se descarga a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, y una velocidad de flujo de la suspensión suministrada a partir de la cámara de cristalización a la unidad de separación de sólido-líquido:
(1) el volumen V1 de la suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto al volumen V0 de la suspensión de ácido tereftálico entera en la torre de sustitución de medio de dispersión;
(2) una posición de una región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y una suspensión de ácido tereftálico diluida en una parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión está en un intervalo de variación de ±800 mm con respecto a un nivel objetivo de control; y
(3) la concentración de suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo del 25 al 40% en masa.
El ácido tereftálico en bruto en la presente realización se obtiene mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno. El compuesto de p-fenileno usado tiene, en posiciones para, grupos carboxilo y/o sustituyentes oxidables a partir de los cuales pueden producirse grupos carboxilo mediante oxidación en aire en fase líquida. Los ejemplos de los sustituyentes oxidables incluyen grupos metilo, etilo, propilo, isopropilo, aldehído y acetilo. Los sustituyentes oxidables pueden ser iguales o diferentes unos con respecto a otros.
El oxidante usado para la oxidación en una fase líquida es, por ejemplo, oxígeno o aire, y no está limitado a ninguno de los mismos. Cuando la oxidación se lleva a cabo en disolución de ácido acético en presencia de un catalizador de cobalto y un catalizador de manganeso y un compuesto de bromo que sirve como cocatalizador, es suficiente usar aire como oxidante. Cuando la oxidación se lleva a cabo en disolución de ácido acético en presencia de un catalizador de cobalto, el oxidante es preferiblemente oxígeno.
Cuando el catalizador usado es un catalizador de cobalto y un catalizador de manganeso, es preferible usar además un compuesto de bromo. Generalmente se considera que los compuestos de bromo actúan como cocatalizadores y se prefiere bromuro de hidrógeno o bromuro de sodio. Cuando se usa un catalizador de cobalto, es preferible usar además acetaldehído, metil etil cetona o similares como promotor.
La reacción de oxidación se lleva a cabo a alta temperatura y alta presión para fomentar la reacción. Normalmente, la temperatura de reacción es preferiblemente de 150 a 240°C y la presión es preferiblemente de 1 a 3 MPa.
El ácido tereftálico en bruto obtenido mediante oxidación en fase líquida en disolución de ácido acético contiene generalmente muchas impurezas tales como 4-carboxibenzaldehído (4CBA), y la DO340, que es una medida de blancura, del ácido tereftálico en bruto no es suficiente para usarse en sí mismo como material de polímero para moldeo. Por tanto, se requiere una etapa de tratamiento posterior tal como retirada de impurezas. Los límites superiores del contenido de 4CBA y el contenido de otras impurezas en el ácido tereftálico en bruto sometido a la etapa de tratamiento posterior no están particularmente definidos. El límite superior de la DO340 en la etapa de tratamiento posterior tampoco está particularmente definido. La pérdida de ácido acético mediante quemado debido a la reacción de oxidación puede reducirse empleando condiciones de reacción de oxidación en las que el contenido en 4CBA será algo alto. Por tanto, teniendo en cuenta las etapas en su conjunto, resulta ventajoso establecer condiciones en las que el contenido en 4CBA en el ácido tereftálico en bruto obtenido mediante la etapa de oxidación en fase líquida será de 500 ppm o más.
El ácido tereftálico en bruto producido mediante reacción de oxidación cristaliza parcialmente y está presente en forma de suspensión en el reactor. Después se somete esta suspensión a una etapa de cristalización en la que se disminuyen gradualmente la temperatura y presión. Después de eso, se separan cristales de ácido tereftálico a partir del disolvente de ácido acético mediante un separador de sólido-líquido. En el método de producción de ácido tereftálico según la presente realización, se proporciona una torre de sustitución de medio de dispersión descrita más adelante para la etapa de cristalización posterior a la reacción de oxidación para sustituir el medio de dispersión (primer medio de dispersión) de la suspensión de ácido tereftálico por otro medio de dispersión (segundo medio de dispersión), y una etapa de cristalización de este tipo va seguida por una separación de sólido-líquido. El segundo medio de dispersión para sustituir al medio de dispersión de la suspensión de ácido tereftálico resultante de la reacción de oxidación es preferiblemente ácido acético acuoso o agua.
Después se transfiere el ácido tereftálico en bruto obtenido mediante reacción de oxidación a una etapa de hidrogenación catalítica. Se somete disolución del ácido tereftálico en bruto a esta hidrogenación catalítica, que por tanto se lleva a cabo a alta temperatura y alta presión para mantener el estado de disolución. Habitualmente se usa agua como disolvente y la temperatura de hidrogenación catalítica es de 200°C o superior y preferiblemente está en el intervalo de 240 a 30o°C. La concentración del ácido tereftálico en bruto está preferiblemente en el intervalo del 10 al 40% en masa. La presión está preferiblemente en el intervalo de 30 a 80 atm con el fin de mantener la fase líquida y garantizar una presión parcial de hidrógeno apropiada para la reacción de hidrogenación catalítica.
De manera adecuada se usa un metal noble del grupo VIII como catalizador para la reacción de hidrogenación catalítica. Como metal noble del grupo VIII se prefieren paladio, platino, rutenio y rodio, y se prefieren más paladio y platino. No se necesita que el metal noble del grupo VIII usado consista en un metal noble del grupo VIII solo. Pueden usarse dos o más metales nobles del grupo VIII en combinación si es necesario.
Generalmente el catalizador se usa preferiblemente en forma de estar soportado sobre un soporte, aunque la forma de este catalizador no está necesariamente limitada a la forma de estar soportado sobre un soporte. Normalmente se usa un cuerpo poroso como soporte. En cuanto al material del soporte, se prefieren materiales a base de carbono, se prefiere más carbono activado, y se prefiere incluso más carbón de nuez de coco. El intervalo de la cantidad del catalizador soportado sobre el soporte no está particularmente limitado, dado que una pequeña cantidad del catalizador puede ser eficaz. Con el fin de mantener la actividad a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, la cantidad del catalizador soportado sobre el soporte es preferiblemente del 0,1 al 0,5% en masa.
La cantidad molar de hidrógeno para la hidrogenación catalítica es de al menos 2 veces con respecto a la cantidad molar de 4CBA. Sólo se necesita que el tiempo de hidrogenación catalítica sea suficiente para una hidrogenación sustancialmente completa y está normalmente en el intervalo de 1 a 60 minutos, preferiblemente de 2 a 20 minutos. La hidrogenación catalítica se realiza normalmente en un esquema continuo.
La disolución de ácido tereftálico en bruto resultante de la hidrogenación catalítica se filtra a través de un filtro realizado de titanio sinterizado, otro metal sinterizado o partículas de carbono con el fin de prevenir la contaminación de polvos finos producidos a partir de la abrasión del soporte de catalizador usado tal como carbono activado. Después de eso, se introduce la disolución en un cristalizador que consiste en de dos a seis etapas conectadas en serie o en un cristalizador discontinuo. Se disminuye gradualmente la presión para provocar la evaporación de agua y de ese modo disminuir la temperatura hasta entre 120 y 200°C, lo cual da como resultado la formación de cristal de ácido tereftálico y por tanto la suspensión.
La suspensión de ácido tereftálico de partida en la presente realización es preferiblemente una suspensión obtenida mediante: formar una suspensión de ácido tereftálico en bruto mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno seguido por despresurización y calentamiento hasta alta temperatura; separar un medio de dispersión de reacción a partir de la suspensión de ácido tereftálico en bruto para obtener un cristal de ácido tereftálico en bruto; disolver el cristal de ácido tereftálico en bruto en agua a alta temperatura y alta presión; someter la disolución resultante a hidrogenación catalítica; y someter el fluido de reacción resultante a despresurización gradual y enfriamiento usando una cámara de cristalización de múltiples etapas para cristalizar ácido tereftálico.
En el método de producción de ácido tereftálico según la presente realización, una suspensión de cristal de ácido tereftálico que contiene un cristal de ácido tereftálico y un medio de dispersión, que se ha obtenido a partir de un cristalizador de etapa central en la etapa de cristalización de múltiples etapas de cristalizar ácido tereftálico después de la hidrogenación catalítica y se ha enfriado hasta una temperatura de entre 120 y 200°C, se somete a una etapa de sustitución de medio de dispersión, es decir, una etapa de sustituir el medio de dispersión (primer medio de dispersión) que contiene una gran cantidad de impurezas por un medio de dispersión nuevo (segundo medio de dispersión). Posteriormente, la suspensión resultante que contiene el cristal de ácido tereftálico y el segundo medio de dispersión se somete a separación de sólido-líquido para obtener el cristal de ácido tereftálico. Cuando la suspensión de ácido tereftálico resultante de la hidrogenación catalítica se somete a sustitución de medio de dispersión, es preferible usar agua como segundo medio de dispersión.
El aparato usado para realizar la etapa de sustitución de medio de dispersión de la presente realización, concretamente la torre de sustitución de medio de dispersión, está dividido por lo general en un compartimento superior de torre, un compartimento inferior de torre y una parte central de torre. El diámetro de la parte central de torre puede hacerse variar según sea apropiado dependiendo de la cantidad de la suspensión que va a tratarse y es preferiblemente de tal manera que el área en sección transversal de torre por producción de cristal de ácido tereftálico de 1 t/h es de 0,2 a 2 m2 Los diámetros del compartimento superior de torre y el compartimento inferior de torre pueden ser similares al de la parte central de torre y pueden ser más grandes. El compartimento superior de torre tiene una porción a través de la cual se introduce la suspensión de partida que contiene el primer medio de dispersión y cristal de ácido tereftálico. Esta porción de introducción de suspensión de partida puede desembocar en la pared interior del compartimento superior de torre. Con el fin de dispersar bien el cristal, la porción de introducción de suspensión de partida es preferiblemente una que se extiende al y desemboca en el interior del compartimento superior de torre. El extremo de abertura puede estar orientado hacia abajo. El extremo de abertura puede estar equipado con un mecanismo tal como una placa de dispersión que ayuda a dispersar el cristal. El compartimento superior de torre incluye además una porción de descarga de primer medio de dispersión, a través de la cual se descarga el primer medio de dispersión que contiene unos pocos cristales de ácido tereftálico y se introduce en una determinada cámara de tratamiento. El compartimento inferior de torre incluye una porción de suministro de segundo medio de dispersión, un orificio de descarga a través del cual se descarga la suspensión de ácido tereftálico resultante de la sustitución por el segundo medio de dispersión, reguladores para la velocidad de flujo del segundo medio de dispersión que va a suministrarse y la velocidad de flujo de la suspensión sometida a sustitución que va a descargarse, y un dispositivo de agitación para la suspensión en el compartimento inferior de torre. El orificio de descarga a través del cual se descarga la suspensión sometida a sustitución resultante de la sustitución por el segundo medio de dispersión está preferiblemente situado, tal como se describió anteriormente, en las inmediaciones de la parte inferior del compartimento inferior de torre, dado que la suspensión sometida a sustitución tiene una alta densidad relativa. La suspensión sometida a sustitución descargada a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión se suministra a la cámara de cristalización y después a la unidad de separación de sólido-líquido, mediante lo cual se separan cristales de ácido tereftálico a partir del medio de dispersión. Puede usarse de manera adecuada un separador de sólido-líquido como unidad de separación de sólido-líquido.
En el método de producción de ácido tereftálico según la presente realización, las condiciones y el modo de funcionamiento de la torre de sustitución de medio de dispersión son importantes para reducir el contenido en impurezas en ácido tereftálico y obtener ácido tereftálico de alta pureza. A continuación en el presente documento, se describirán ejemplos específicos de condiciones y modo preferidos del funcionamiento de la torre de sustitución de medio de dispersión.
El cristal de ácido tereftálico en la suspensión de partida introducida en el compartimento superior de torre de la torre de sustitución de medio de dispersión sedimenta por gravedad a través de la parte central de torre y entran en contacto con un flujo aguas arriba del segundo medio de dispersión introducido desde una parte inferior de la torre como contracorriente. El cristal de ácido tereftálico que ha sedimentado en el compartimento inferior de torre se dispersa en el segundo medio de dispersión de sustitución para formar una fase de suspensión con una concentración de cristal superior a la de la parte central de torre, y la suspensión resultante se descarga fuera de la torre de sustitución de medio de dispersión a través de la porción de descarga de suspensión.
La temperatura del segundo medio de dispersión puede establecerse a un nivel similar al de la suspensión de partida introducida en el compartimento superior de torre. Cuando la temperatura del segundo medio de dispersión se establece a una temperatura de 20 a 100°C por debajo de la de la suspensión de partida, puede mejorarse adicionalmente la eficiencia de sustitución de medio de dispersión. En el contexto de la presente solicitud, la eficiencia de sustitución de medio de dispersión se evalúa usando una razón de sustitución de medio de dispersión calculada a partir del grado de retirada de impurezas disueltas en el medio de dispersión de la suspensión de partida.
Se necesita que la presión en la torre de sustitución de medio de dispersión sea al menos suficiente para mantener las temperaturas de la suspensión de partida y el segundo medio de dispersión. El límite superior de la presión no está definido por requisitos operativos; sin embargo, el funcionamiento a una presión excesivamente alta requiere la potenciación de la resistencia a la presión de la torre de sustitución, provocando un aumento del coste de equipo. La presión en la torre de sustitución de medio de dispersión es preferiblemente de 0,1 a 2 MPa (presión manométrica) y más preferiblemente de 0,2 a 1,5 MPa.
La velocidad lineal del flujo ascendente del segundo medio de dispersión en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión depende, por ejemplo, de la estructura del aparato y del tamaño del cristal, y es preferiblemente de 0,2 a 1,5 m/h (velocidad de superficie) y más preferiblemente de 0,5 a 1,0 m/h. Si la velocidad lineal es excesivamente baja, la separación entre el primer medio de dispersión y el cristal de ácido tereftálico será insuficiente, de modo que la pureza de ácido tereftálico será baja. Desafortunadamente una velocidad lineal excesivamente alta conducirá a un aumento de la cantidad del segundo medio de dispersión que va a usarse.
Es importante que la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión mantenga su fluidez. Esto se debe a que si la fase de suspensión formada mediante sedimentación de cristal de ácido tereftálico se consolida completamente, se pierde la fluidez como suspensión, de modo que no puede descargarse la suspensión a partir de la torre de sustitución de medio de dispersión mediante ninguna técnica de ingeniería. Para prevenir esta situación, se necesita que la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico en el compartimento inferior de torre esté siempre fluidizada. Por tanto, en la torre de sustitución de medio de dispersión usada en la presente realización, se proporciona una paleta de agitación dentro de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre para dispersar bien el contenido de la fase de suspensión y prevenir la canalización o el flujo no uniforme del segundo medio de dispersión. La paleta de agitación proporcionada para conferir una fluidez apropiada a la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre no está particularmente limitada y puede ser cualquier paleta de agitación que tenga una porción de paleta que se extiende de manera horizontal desde el árbol de la paleta de agitación. El número y la forma de los álabes de la porción de paleta no están particularmente limitados y pueden ser de tal manera que la porción de paleta presente una forma de línea recta, forma de cruz o forma de tomoe cuando se observa desde arriba en la dirección del árbol de la paleta de agitación. Se necesita que el tamaño de la porción de paleta de la paleta de agitación sea suficiente para fluidizar la totalidad de la fase de sedimentación de cristal de ácido tereftálico y es preferiblemente de 0,2 a 0,8 veces con respecto al diámetro del compartimento inferior de torre de la torre de sustitución de medio de dispersión y más preferiblemente de 0,3 a 0,7 veces con respecto al diámetro del compartimento inferior de torre de la torre de sustitución de medio de dispersión.
La velocidad de rotación de la paleta de agitación es preferiblemente de 0,1 a 20 rotaciones por minuto y más preferiblemente de 0,5 a 10 rotaciones por minuto. La potencia de la paleta de agitación, según se expresa mediante la potencia por unidad de volumen de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre, es preferiblemente de 0,05 a 1,0 kWh/m3, más preferiblemente de 0,1 a 0,8 kWh/m3, e incluso más preferiblemente de 0,2 a 0,7 kWh/m3. Cuando la potencia de agitación está en el intervalo de 0,05 a 1,0 kWh/m3, puede conferirse una fluidez apropiada a la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre para prevenir la solidificación o adhesión de la suspensión y obstrucción del orificio de descarga, además de lo cual puede lograrse una alta razón de sustitución de medio de dispersión.
Con el fin de que el segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión se distribuya bien en la fase de suspensión y pueda prevenirse la canalización o flujo no uniforme del segundo medio de dispersión, resulta eficaz suministrar el segundo medio de dispersión a partir de la paleta de agitación proporcionada dentro de la fase de suspensión usando la paleta de agitación de una manera de tipo aspersor o suministrar el segundo medio de dispersión mediante un burbujeador en forma de anillo proporcionado dentro de la fase de sedimentación. Con estas técnicas, puede mantenerse la fluidez de la fase de suspensión para prevenir la solidificación de la suspensión y adhesión del cristal al compartimento inferior de torre o a la paleta de agitación. La distribución uniforme del segundo medio de dispersión en la fase de sedimentación de cristal de ácido tereftálico puede prevenir la canalización del segundo medio de dispersión y también proporcionar la ventaja de hacer posible limpiar eficazmente diversas impurezas, etc., que se adhieren a las superficies de cristal.
El método de producción de ácido tereftálico según la presente realización es capaz de adaptarse, por ejemplo, a la fluctuación de carga de cristal de ácido tereftálico y proporcionar una alta razón de sustitución de medio de dispersión de manera estable a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, porque la etapa de sustitución de medio de dispersión se realiza de la manera descrita a continuación mientras que se cumplen las condiciones de funcionamiento descritas anteriormente en el presente documento. Para mantener de manera estable una alta razón de sustitución de medio de dispersión, es importante que la posición de la región de límite descrita a continuación formada en una porción superior de la fase de suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución se mantenga en un determinado intervalo y que la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre se mantenga en un determinado intervalo.
La región de límite formada en una porción superior de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre de la torre de sustitución de medio de dispersión se refiere a una región de límite que muestra una distribución de temperatura característica, concretamente un cambio pronunciado de temperatura en la dirección arriba-abajo, que está provocado aumentando la temperatura del compartimento superior de la torre de sustitución de medio de dispersión con respecto al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y manteniendo la concentración de suspensión en el compartimento inferior superior a la de la parte central. La posición de la región de límite puede detectarse, por ejemplo, disponiendo una pluralidad de termómetros en la dirección vertical dentro del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y midiendo de ese modo el cambio de temperatura en la dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión. Es decir, en el método de producción según la presente realización, es preferible que una pluralidad de termómetros estén dispuestos en la dirección vertical dentro del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión para medir el cambio de temperatura en la dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión y detectar de ese modo la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico, que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, y una suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión.
La pluralidad de termómetros comprenden preferiblemente dos o más termómetros y más preferiblemente comprenden cinco o más termómetros.
La posición de la región de límite es sensible al flujo ascendente de medio de dispersión dentro de la torre, y el flujo ascendente de medio de dispersión dentro de la torre puede controlarse ajustando la posición de la región de límite. La posición de la región de límite se hace subir a medida que el flujo ascendente de medio de dispersión se vuelve más fuerte y se hace bajar a medida que el flujo ascendente de medio de dispersión se vuelve más débil. Por tanto, la detección de la bajada de la posición de la región de límite indica una disminución de la velocidad del flujo ascendente de medio de dispersión. Cuando se disminuye la velocidad del flujo ascendente de medio de dispersión, se realiza un procedimiento para aumentar la velocidad del flujo ascendente de medio de dispersión. Los ejemplos del procedimiento para aumentar la velocidad del flujo ascendente de medio de dispersión incluyen: aumentar la cantidad del segundo medio de dispersión que va a suministrarse; y realizar un procedimiento para disminuir la velocidad de flujo de la suspensión sometida a sustitución que va a descargarse. Se prefiere aumentar la cantidad del segundo medio de dispersión que va a suministrarse. Cuando se ajusta la posición de la región de interfase mediante el procedimiento para disminuir la velocidad de flujo de la suspensión sometida a sustitución que va a descargarse, puede disminuir la razón de sustitución de medio de dispersión y por tanto puede deteriorarse la calidad de ácido tereftálico. Por eso es preferible ajustar la posición de interfase mediante la cantidad del segundo medio de dispersión que va a suministrarse.
La posición de la región de límite está preferiblemente por encima del extremo superior del agitador dispuesto en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión en el intervalo de 0,3 a 1,5 veces con respecto al diámetro interno de la torre de sustitución desde el extremo superior. La posición de la región de límite se ajusta preferiblemente para que se encuentre dentro del intervalo de variación de ±800 mm con respecto al nivel objetivo y más preferiblemente se ajusta para que se encuentre dentro del intervalo de variación de ±500 mm con respecto al nivel objetivo.
Para ajustar la distribución de temperatura en la dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión de modo que su parte superior tenga una temperatura superior, puede establecerse la temperatura del segundo medio de dispersión inferior a la temperatura de la suspensión suministrada. Ajustando la distribución de temperatura en la dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión de modo que su parte superior tiene una temperatura superior, no sólo puede mantenerse alta la eficiencia de sustitución del aparato de sustitución de medio de dispersión, sino que además puede hacerse que la densidad relativa del medio de dispersión de la suspensión en el compartimento inferior sea superior a la densidad relativa del medio de dispersión de la suspensión suministrada, de modo que puede formarse un sistema más estable.
Una posible técnica para mantener la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre dentro de un determinado intervalo es, por ejemplo, medir directamente la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre y, basándose en la concentración medida, regular la velocidad de flujo de la suspensión que va a descargarse o la velocidad de flujo del segundo medio de dispersión que va a suministrarse. Sin embargo, con esta técnica en la que se mide directamente la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre, el valor medido de la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre varía de manera tan significativa que resulta difícil la regulación basada en la concentración de la velocidad de flujo de la suspensión que va a descargarse o la velocidad de flujo del segundo medio de dispersión que va a suministrarse. Además, la medición directa de la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre tiende a presentar obstrucción de los tubos para la medición de la concentración.
En la presente realización, la medición de la concentración de suspensión se realiza preferiblemente en la suspensión en la cámara de cristalización al interior de la cual se descarga la suspensión que contiene cristal de ácido tereftálico y el segundo medio de dispersión a partir de la torre de sustitución. Específicamente, un densitómetro está dispuesto en un tubo de descarga de suspensión para la descarga a partir de la cámara de cristalización, y la concentración de suspensión se calcula a partir de la densidad de suspensión medida. Más preferiblemente, un densitómetro está dispuesto en un tubo que se bifurca a partir del tubo de descarga de suspensión para la descarga a partir de la cámara de cristalización y diseñado para hacer circular la suspensión al interior de la cámara de cristalización. Cuando se mide la concentración de la suspensión en la cámara de cristalización, la medición de concentración de suspensión puede llevarse a cabo con una variación reducida y, por tanto, puede reducirse la variación de concentración de suspensión dentro de la torre de sustitución, de modo que puede lograrse un control estable.
En la presente realización, la concentración de suspensión medida mediante un densitómetro en la cámara de cristalización está en el intervalo del 25 al 40% en masa, tal como se expresa mediante el porcentaje en masa de cristal de ácido tereftálico en la suspensión. Si la concentración de suspensión es inferior al 25% en masa, la cantidad de aguas residuales que van a tratarse en la etapa de separación de sólido-líquido posterior aumenta, lo cual provoca un aumento de carga. Si la concentración de suspensión es superior al 40% en masa, la viscosidad de la suspensión aumenta, lo cual aumenta la probabilidad de defectos tales como un aumento de la presión diferencial dentro de los tubos y obstrucción de los tubos. Con el fin de limitar el aumento de carga en la etapa de separación de sólido-líquido y prevenir el aumento de presión diferencial o la obstrucción de los tubos de suspensión, la concentración de suspensión está preferiblemente en el intervalo del 30 al 40% en masa.
En la presente realización, el volumen V1 de la suspensión de ácido tereftálico en la cámara de cristalización se regula y se mantiene en el intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto al volumen V0 de la suspensión de ácido tereftálico en la torre de sustitución de medio de dispersión con el fin de controlar de manera estable la concentración de suspensión en la torre de sustitución de medio de dispersión. Si el volumen de suspensión V1 en la cámara de cristalización es excesivamente pequeño, la variación de concentración de suspensión se vuelve tan grande que el control de la concentración de suspensión en la torre de sustitución de medio de dispersión es difícil. Si el volumen de suspensión V1 en la cámara de cristalización es excesivamente grande, la variación de la concentración de suspensión detectada se vuelve tan pequeña que el control de la concentración de suspensión en la torre de sustitución de medio de dispersión es difícil. Por tanto, desde el punto de vista de la facilidad de control de la concentración de suspensión en la torre de sustitución de medio de dispersión, V1 está en el intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto a V0 y preferiblemente en el intervalo de 0,10 a 0,50 veces con respecto a V0.
A continuación en el presente documento, se describirá un ejemplo preferido mostrado en la figura 1 de la presente realización. En la figura 1, el volumen V0 de la suspensión de ácido tereftálico en la torre 1 de sustitución de medio de dispersión corresponde al volumen de la porción de la torre de sustitución que está situada por debajo de la boquilla 3 de introducción de suspensión de partida. El volumen de suspensión V1 en la cámara 11 de cristalización se ajusta en el intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto a Vc, y por tanto se facilita el control de la concentración de suspensión de la fase de suspensión b en el compartimento inferior de la torre de sustitución.
El densitómetro 12 está dispuesto en un tubo que se bifurca a partir de un tubo para descarga y transferencia de la suspensión de ácido tereftálico desde la parte inferior de la cámara 11 de cristalización hasta la etapa posterior y diseñado para hacer circular la suspensión al interior de la cámara 11 de cristalización. La operación se realiza de tal manera que la densidad de suspensión según se mide por el densitómetro 12 se mantiene dentro de un determinado intervalo y que la posición a de la región de límite que se determina con la ayuda de termómetros proporcionados en la torre de sustitución de medio de dispersión está en el intervalo de variación de ±800 mm con respecto a un nivel objetivo ubicado por encima del extremo superior del agitador 8 con una longitud de 0,3 a 1,5 veces el diámetro interno de la torre de sustitución. El funcionamiento de esta manera permite mantener de manera continua una eficiencia de sustitución extremadamente alta. Tras el aumento de la densidad de suspensión, puede aumentarse la velocidad de flujo a través del orificio 5 de descarga de suspensión de ácido tereftálico purificada y después mantenerse constante. El procedimiento opuesto puede realizarse tras la disminución de la densidad de suspensión. Es preferible aumentar la cantidad del segundo medio de dispersión que va a suministrarse tras la bajada de la posición a de la región de límite de la fase de suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución y disminuir la cantidad del segundo medio de dispersión que va a suministrarse tras la subida de la posición a de la región de límite.
En el método de producción de ácido tereftálico según la presente realización,
1) la posición de la región de límite formada en la porción superior de la fase de suspensión en el compartimento inferior de la torre de sustitución se mantiene dentro de un determinado intervalo, y 2) el volumen de suspensión de la suspensión de ácido tereftálico descargada a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución y contenida en la cámara de cristalización se mantiene dentro del intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto al volumen de la suspensión de ácido tereftálico en la torre de sustitución de medio de dispersión mientras que la concentración de suspensión en la cámara de cristalización se mantiene en el intervalo del 25 al 40% en masa, de modo que la concentración de la fase de suspensión en el compartimento inferior de torre se controla dentro de un determinado intervalo.
Por consiguiente, puede mantenerse de manera estable una alta razón de sustitución de medio de dispersión a lo largo de un periodo de tiempo prolongado y puede obtenerse ácido tereftálico de alta calidad.
Ejemplos
A continuación, se describirá la presente invención más específicamente usando ejemplos. Debe observarse que la presente invención no se limita a estos ejemplos.
La razón de sustitución de medio de dispersión determinada en los ejemplos descritos a continuación es la razón de la cantidad de ácido benzoico contenido en el medio de dispersión sometido a sustitución que desborda a través del orificio 4 de salida de primer medio de dispersión con respecto a la cantidad de ácido benzoico contenido como subproducto en el medio de dispersión de la suspensión de partida.
La suspensión acuosa de ácido tereftálico usada en los ejemplos se produjo de la siguiente manera. En primer lugar, se realizó una etapa de oxidación en la que se dejó que tuviera lugar una reacción de oxidación en fase líquida de pxileno o similar usando un disolvente de ácido acético y que estuvo seguida por una etapa de cristalización en la que se cristalizó ácido tereftálico en bruto mediante enfriamiento. Se separó el cristal del ácido tereftálico en bruto resultante en una etapa de separación y se secó en una etapa de secado seguida por una etapa de hidrogenación en la que se purificó el ácido tereftálico en bruto mediante una reacción de hidrogenación catalítica en presencia de un disolvente acuoso para dar una disolución acuosa de ácido tereftálico purificado. Posteriormente se sometió esta disolución acuosa a una etapa de cristalización y, por tanto, se obtuvo la suspensión acuosa de ácido tereftálico.
<Ejemplo 1>
Se usó el aparato mostrado en la figura 1 para llevar a cabo un experimento en el que el medio de dispersión de la suspensión acuosa de ácido tereftálico obtenida mediante las etapas de hidrogenación y cristalización se sustituyó por agua limpia. En la figura 1, la torre 1 de sustitución de medio de dispersión era un recipiente de acero inoxidable, el diámetro de torre era de 4 m y el volumen de suspensión de ácido tereftálico Vc dentro de la torre de sustitución era de 86 m3 La boquilla 3 para introducir la suspensión acuosa de ácido tereftálico como material de partida (esta suspensión puede denominarse a continuación en el presente documento “suspensión de partida”) estaba dispuesta dentro de la parte superior de la torre de sustitución de medio de dispersión, y esta boquilla 3 de introducción de suspensión de partida estaba conectada a la bomba 2 de suministro de suspensión de partida. El orificio 4 de salida de medio de dispersión se proporcionó en la parte superior de la torre. El compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión estaba en forma de un cuenco semielíptico y la suspensión de ácido tereftálico purificada resultante de la sustitución de medio de dispersión se descargó a través del orificio 5 de descarga de suspensión de ácido tereftálico purificada. La velocidad de flujo a través del orificio 5 de descarga pudo controlarse mediante una válvula proporcionada aguas abajo. La paleta 8 de agitación usada era una paleta de agitación que tenía una porción de paleta de 2 m de diámetro que consistía en cuatro álabes inclinados 45 grados dispuestos para presentar una forma de cruz. El lado inferior de cada álabe tenía orificios 9 de introducción de segundo medio de dispersión que estaban uniformemente distribuidos y cuyo número era de 12. Un termómetro 10 estaba dispuesto en la pared interior en una posición 0,3 m por encima del extremo superior de la paleta 8 de agitación y, comenzando a partir de este termómetro, un total de siete termómetros 10 estaban dispuestos a intervalos regulares de 1 m en la dirección ascendente para medir la distribución de temperatura. La suspensión descargada a través del orificio 5 de descarga de suspensión de ácido tereftálico purificada se condujo a la cámara 11 de cristalización y se sometió a cristalización adicional. El tubo para descarga y transferencia de la suspensión de ácido tereftálico purificada desde la parte inferior de la cámara 11 de cristalización hasta la etapa posterior estaba bifurcado para hacer circular una parte de la suspensión de ácido tereftálico purificada al interior de la cámara 11 de cristalización. El densitómetro 12 de suspensión estaba dispuesto en el tubo de circulación para permitir la medición de la densidad de suspensión.
En primer lugar, se accionó la bomba 6 de suministro de agua en la figura 1 para alimentar agua a 100°C al interior del sistema a través de los orificios 9 de introducción de segundo medio de dispersión a una velocidad de 80 m3/h. Una vez que el agua comenzó a desbordar a través del orificio 4 de salida de medio de dispersión, se accionó el motor 7 para hacer rotar la paleta 8 de agitación a una velocidad de ocho rotaciones por minuto. Posteriormente, se accionó la bomba 2 de suministro de suspensión de partida para suministrar la suspensión de partida a 165°C a través de la boquilla 3 de introducción de suspensión de partida a 109 m3/h, y se comenzó la descarga de suspensión a través del orificio 5 de descarga de suspensión con la velocidad de flujo de descarga establecida a 100 m3/h. Una vez que el volumen de suspensión V1 en la cámara 11 de cristalización alcanzó 30 m3, se comenzó la descarga de suspensión a partir de la cámara 11 de cristalización para suministrar la suspensión a un separador de sólido-líquido. Después de eso, se reguló la cantidad de la suspensión descargada al separador de sólido-líquido para mantener el volumen de suspensión V1 en la cámara 11 de cristalización. Adicionalmente, la velocidad de flujo a través del orificio 5 de descarga de suspensión de la torre de sustitución de medio de dispersión se reguló para ajustar el valor medido por el densitómetro 12 dispuesto en la cámara 11 de cristalización al 30% en masa o más, y se estabilizó el valor en el intervalo del 31 al 32% en masa. Basándose en la indicación de los termómetros 10, se reguló la velocidad de flujo de la bomba 6 de introducción de segundo medio de dispersión de modo que la región de interfase estaba ubicada en los termómetros segundo más bajo y tercero más bajo.
Después de que el sistema alcanzara un estado estacionario, se leyeron los valores instantáneos de las diversas velocidades de flujo de la siguiente manera: 109 m3/h para la bomba 2 de suministro de suspensión de partida, 97 m3/h para el orificio 5 de descarga de suspensión de ácido tereftálico purificada, 75 m3/h para la bomba 6 de suministro de agua, y 88 m3/h para el desbordamiento a través del orificio 4 de salida de medio de dispersión. El valor del densitómetro 12 dispuesto en la cámara 11 de cristalización era del 31,6% en masa y los valores de los termómetros 10 del aparato de sustitución de medio de dispersión eran de 133°C, 150°C, 161°C, 162°C, 161°C, 162°C y 163°C en orden desde el termómetro más bajo. Por tanto, se determinó que la región de interfase estaba ubicada a una altura entre los termómetros segundo más bajo y tercero más bajo. Después de alcanzarse el estado estacionario, la razón de sustitución de medio de dispersión pudo mantenerse de manera estable en el intervalo del 93% al 96%.
<Ejemplo comparativo 1>
Se hizo funcionar la torre de sustitución de medio de dispersión de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se intentó el control de la posición de interfase fijando la velocidad de suministro de suspensión de partida a 109 m3/h, fijando la velocidad de flujo de la bomba 6 de suministro de segundo medio de dispersión a 75 m3/h, y regulando la velocidad de flujo a través del orificio 5 de descarga de suspensión de ácido tereftálico purificada en el intervalo de 95 a 100 m3/h. El valor del densitómetro 12 estaba en el intervalo del 31 al 32% en masa; sin embargo, la posición de interfase varió entre el termómetro más bajo y el tercer termómetro más bajo, concretamente en el intervalo de aproximadamente ±1000 mm con respecto al nivel objetivo de control, y la razón de sustitución varió en el intervalo del 86 al 95%.
<Ejemplo comparativo 2>
Se hizo funcionar la torre de sustitución de medio de dispersión de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se reguló la cantidad de la suspensión descargada a partir de la cámara de cristalización de modo que el volumen de suspensión V1 en la cámara de cristalización era de 4 m3 Se intentó la regulación de la velocidad de flujo a través del orificio 5 de descarga de suspensión de la torre de sustitución de medio de dispersión para mantener el valor del densitómetro 12 en el intervalo del 31 al 32% en masa; sin embargo, el valor del densitómetro 12 varió en el intervalo del 29 al 35%, y la razón de sustitución de medio de dispersión varió en el intervalo del 82 al 90%.
<Ejemplo comparativo 3>
Se hizo funcionar la torre de sustitución de medio de dispersión de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se reguló la cantidad de la suspensión descargada a partir de la cámara de cristalización de modo que el volumen de suspensión V1 en la cámara de cristalización era de 80 m3 Durante la operación, se reguló la velocidad de flujo a través del orificio 5 de descarga de suspensión de la torre de sustitución de medio de dispersión para mantener el valor del densitómetro 12 en el intervalo del 31 al 32% en masa. Sin embargo, la razón de sustitución de medio de dispersión varió en el intervalo del 85 al 95%. Cuando la cantidad de la suspensión contenida en la cámara de cristalización era excesivamente grande, la variación de la razón de sustitución de medio de dispersión fue grande a pesar de que la concentración de suspensión era estable.
La presente solicitud se basa en la solicitud de patente japonesa presentada en la Oficina japonesa de patentes el 31 de marzo de 2016 (solicitud de patente japonesa n.° 2016-071319).
Lista de signos de referencia
1 Torre de sustitución de medio de dispersión
2 Bomba de suministro de suspensión de partida
3 Boquilla de introducción de suspensión de partida
4 Orificio de salida de medio de dispersión
5 Orificio de descarga de suspensión de ácido tereftálico purificada
6 Bomba de suministro de segundo medio de dispersión
7 Motor
8 Paleta de agitación
9 Orificio de introducción de segundo medio de dispersión
10 Termómetro
11 Cámara de cristalización
12 Densitómetro de suspensión
a Región de límite de fase de suspensión
b Fase de suspensión de cristal de ácido tereftálico

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    Método de producción de ácido tereftálico, que comprende las etapas de:
    introducir suspensión de ácido tereftálico de partida en una parte superior de una torre de sustitución de medio de dispersión, conteniendo la suspensión de ácido tereftálico de partida un medio de dispersión y ácido tereftálico en bruto obtenido mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno; poner la suspensión de ácido tereftálico de partida en contacto con un flujo ascendente de un segundo medio de dispersión introducido desde una parte inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión para formar, en un compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, una fase de suspensión de un cristal de ácido tereftálico purificado dispersado en el segundo medio de dispersión;
    descargar la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y suministrar la suspensión a una cámara de cristalización dotada de una unidad para medir la concentración de suspensión; y
    suministrar la suspensión en la cámara de cristalización a una unidad de separación de sólido-líquido para separar un cristal de ácido tereftálico, en el que
    se mantienen las siguientes condiciones (1) a (3) regulando una velocidad de flujo del segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, la velocidad de flujo de la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado que se descarga a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la velocidad de flujo de la suspensión suministrada a partir de la cámara de cristalización a la unidad de separación de sólido-líquido: (1) el volumen V1 de la suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo de 0,050 a 0,80 veces con respecto al volumen V0 de la suspensión de ácido tereftálico entera en la torre de sustitución de medio de dispersión;
  2. (2) una posición de una región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y una suspensión de ácido tereftálico diluida en una parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión está en un intervalo de variación de ±800 mm con respecto a un nivel objetivo de control; y
  3. (3) la concentración de suspensión en la cámara de cristalización está en un intervalo del 25 al 40% en masa. Método de producción de ácido tereftálico según la reivindicación 1, en el que
    un agitador está dispuesto en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión, y la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión está por encima de un extremo superior del agitador en un intervalo de 0,3 a 1,5 veces con respecto a un diámetro interno de la torre de sustitución.
    Método de producción de ácido tereftálico según la reivindicación 1 ó 2, en el que la concentración de suspensión en la cámara de cristalización se mantiene en el intervalo del 25 al 40% en masa mediante: aumentar una velocidad de flujo de suspensión de la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado que va a descargarse a partir del compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión tras el aumento de la concentración de la suspensión en la cámara de cristalización; y
    disminuir la velocidad de flujo de suspensión tras la disminución de la densidad de suspensión.
    Método de producción de ácido tereftálico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión se mantiene en el intervalo de variación de ±800 mm con respecto al nivel objetivo de control mediante:
    disminuir la velocidad de flujo del segundo medio de dispersión suministrado al compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión tras la subida de la posición de la región de interfase; y aumentar la velocidad de flujo tras la bajada de la posición de la región de interfase.
    Método de producción de ácido tereftálico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la unidad para medir la concentración de suspensión en la cámara de cristalización es un densitómetro, y el densitómetro está dispuesto en un tubo proporcionado para descargar la suspensión del cristal de ácido tereftálico purificado a partir de la cámara de cristalización y diseñado para hacer circular una parte de la suspensión al interior de la cámara de cristalización.
    Método de producción de ácido tereftálico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que una pluralidad de termómetros están dispuestos en una dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión, y
    la posición de la región de interfase entre la fase de la suspensión de cristal de ácido tereftálico que se forma en el compartimento inferior de la torre de sustitución de medio de dispersión y la suspensión de ácido tereftálico diluida en la parte central de la torre de sustitución de medio de dispersión se detecta midiendo un cambio de temperatura en la dirección vertical dentro de la torre de sustitución de medio de dispersión. Método de producción de ácido tereftálico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la suspensión de ácido tereftálico de partida es una suspensión obtenida mediante: formar una suspensión de ácido tereftálico en bruto mediante oxidación en fase líquida de un compuesto de p-fenileno seguido por despresurización y calentamiento hasta alta temperatura; separar un medio de dispersión de reacción a partir de la suspensión de ácido tereftálico en bruto para obtener un cristal de ácido tereftálico en bruto; disolver el cristal de ácido tereftálico en bruto en agua a alta temperatura y alta presión; someter la disolución resultante a hidrogenación catalítica; y someter el fluido de reacción resultante a despresurización gradual y enfriamiento usando una cámara de cristalización de múltiples etapas para cristalizar ácido tereftálico.
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