JP3319044B2 - 高純度テレフタル酸の製造方法 - Google Patents

高純度テレフタル酸の製造方法

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高純度テレフタル酸の
製造方法に関する。詳しくは、パラキシレンの酸化反応
により得られた粗テレフタル酸の水溶液を白金族金属の
存在下、精製することにより高純度のテレフタル酸を高
収率で得る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】パラキシレンの酸化によって得られる粗
テレフタル酸中には、通常、4−カルボキシベンズアル
デヒド(「4CBA」と略して示す)をはじめとする各
種不純物が比較的多量に含まれており、従来、これを精
製した後、ポリエステルの原料として用いている。
【0003】このような粗テレフタル酸の精製方法とし
ては、粗テレフタル酸を水素化処理あるいは、酸化処理
する方法が知られている。このうち、テレフタル酸を水
素化処理する方法として、高温、高圧下において粗テレ
フタル酸の水溶液を水素化触媒の存在下に還元処理し、
かつ、処理された水溶液からテレフタル酸の結晶を回収
する方法が提案されている(特公昭41−16860号
公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような精製処理
後、冷却して大部分のテレフタル酸を1番結晶として分
離した後の母液には未だ溶解しているテレフタル酸の
他、安息香酸、パラトルイル酸等の有機不純物や鉄等の
金属類を含有している。従って、この母液に溶解してい
るテレフタル酸の有効利用が望まれるものの、母液を更
に冷却して晶析させた2番結晶は、品質的に極めて劣る
ため、通常は利用されることなく廃棄処分されるのが現
状である。しかし、2番結晶中のテレフタル酸は精製テ
レフタル酸に対して1%程度に相当し、工業的に大量生
産されているテレフタル酸製造業において、これを有効
利用することができれば、公害防止上の面からも、経済
上の面からもその意義は大きい。
【0005】この課題を解決する方法として、上記2番
結晶をパラキシレンの酸化反応工程に供給する方法が提
案されている(特公昭52−128344号)。この方
法では、2番結晶中のテレフタル酸の回収と、パラトル
イル酸等の中間酸化物を有効利用することはできるが、
2番結晶と共に一定量の水を酸化工程に持込むことにな
るため、パラキシレン液相酸化反応の制御が難しくなる
という問題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは以上の問題
点に鑑み、鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。
本発明の要旨は、パラキシレンを液相酸化して得られた
粗テレフタル酸を220〜320℃で水に溶解させ、該
水溶液を白金族金属触媒と接触させて精製し、次いで、
該水溶液を冷却することによりテレフタル酸の1番結晶
を回収し、更に、母液を冷却して2番結晶を析出させ、
該2番結晶の少なくとも一部を前記の精製工程に循環す
ることを特徴とする高純度テレフタル酸の製造方法に存
する。以下、本発明を詳細に説明する。
【0007】テレフタル酸の製造方法としては、パラキ
シレンを、低級脂肪族カルボン酸からなる溶媒中にて、
触媒としての遷移金属化合物及び臭素化合物の存在下、
分子状酸素によって液相酸化する方法が一般的である。
かかるテレフタル酸の製造方法において、通常、溶媒と
しては、酢酸が用いられている。触媒としての遷移金属
化合物としては、マンガン、コバルト、鉄、ニッケル、
クロム等の遷移金属の臭素塩、安息香酸塩、ナフテン酸
塩、酢酸塩等のカルボン酸塩、アセチルアセトナート等
が、また、臭素化合物としては、マンガン、コバルト、
鉄、ニッケル、クロム等の臭素塩、臭化水素酸、臭化ナ
トリウム、ジブロモエチレン、テトラブロモエタン等が
用いられている。遷移金属の臭素塩は、遷移金属化合物
成分と臭素化合物成分とを兼ねることができる。
【0008】パラキシレンを酸化するための分子状酸素
としては、純酸素、空気、純酸素と不活性ガスとの混合
物等が用いられる。より具体的には、例えば、原料パラ
キシレンは、通常、溶媒に対して1〜50重量%の割合
で用いられる。触媒としてコバルト化合物又はマンガン
化合物と臭素化合物が用いられるときは、これらの化合
物は、溶媒に対して、通常、コバルト原子が10〜50
00重量ppm、マンガン原子が10〜5000重量p
pm、臭素原子が10〜10000重量ppmとなるよ
うに用いられる。また、反応器に供給する分子状酸素は
通常、パラキシレン1モルに対して酸素として3〜20
モルの割合となるように用いられる。そして、反応は通
常、反応温度160〜260℃、反応圧力4〜50kg
/cm2G、滞留時間10〜200分の範囲で行われ
る。
【0009】このようにして得られる粗テレフタル酸
は、通常、不純物として4CBAを50〜10000重
量ppm含んでおり、ポリエステルの原料として用いる
ためには精製が行われる。即ち、加熱により粗テレフタ
ル酸を水に溶解させ、220〜320℃で、通常、水素
の存在下、場合によっては水素の不存在下で白金族金属
と接触させることにより精製して、この後、晶析によっ
て高純度テレフタル酸を得る。
【0010】白金族金属触媒と接触させて行う精製は、
4CBAのような分離し難い不純物を分離容易な不純物
に変えることによって精製する方法であり、例えば、水
素存在下で精製する場合は4CBAはパラトルイル酸に
還元され、また、水素不存在下の場合は安息香酸への脱
カルボニル反応が起こる。粗テレフタル酸水溶液の調製
にあたっては、水100重量部に対して粗テレフタル酸
を通常、1〜80重量部、好ましくは、15〜65重量
部を溶解させる。溶解温度は通常、220〜320℃、
好ましくは260〜300℃で完全に溶解させることが
望ましい。
【0011】得られた粗テレフタル酸水溶液をルテニウ
ム、ロジウム、パラジウム、白金、オスミウム等の白金
族金属と1〜100分間接触させる。これら白金族金属
は、通常、テレフタル酸水溶液に不溶性の担体、例え
ば、活性炭等に担持させて用いられる。これらの触媒の
中では、特に、活性炭に担持させたパラジウム(以下、
「Pd/C」と略す)を固定床として用いるのが精製効
果の点から好ましい。この時、粗テレフタル酸水溶液1
t/H当たり分子状水素が0.05〜10Nm3/H存
在することが好ましい。
【0012】このようにして精製処理したテレフタル酸
の水溶液は、次いで、70〜180℃、好ましくは11
0〜170℃迄冷却され、溶解していたテレフタル酸の
大部分を晶析させ(以下、この結晶を「1番結晶」と称
する)、分離回収される。冷却は1槽または多槽の晶析
槽を用いて段階的に行われる。3ないし5段の晶析槽を
用いる場合、例えば、1段目では200〜280℃、2
段目では180〜230℃、3〜5段目では70〜18
0℃に冷却される。本反応における1番結晶とは、上記
の如き多段の晶析槽を用いた場合には、1段目(第1晶
析槽)で晶析したテレフタル酸結晶のみを指すものでは
なく、製品としてのテレフタル酸を分離するまでの全量
を意味する。即ち、精製処理の温度から1番結晶の析出
温度まで冷却したときに晶析したテレフタル酸結晶全て
を指す。晶析が多段階で行われても、晶析したテレフタ
ル酸の分離は通常はまとめて1回の操作で行われる。
【0013】1番結晶を回収する際の晶析率は、通常、
90〜99.5%、好ましくは92〜99%である。晶
析率をこれ以上高くするとパラトルイル酸、安息香酸等
の他、構造不明の有機性不純物及び、鉄等の金属類がテ
レフタル酸結晶中に混入する恐れがあり、90%未満の
場合は精製効果の上からは問題ないが生産性に劣るので
上記範囲が選択される。
【0014】1番結晶を分離した後の母液は、更に、冷
却して母液中に溶解しているテレフタル酸を晶析させる
(以下、この結晶を「2番結晶」と称する)。この場合
の析出温度は20〜130℃で、かつ、1番結晶の析出
温度より20℃以上、好ましくは50℃以上低い温度が
選ばれる。2番結晶の析出温度は好ましくは30〜50
℃である。2番結晶には、パラトルイル酸、安息香酸等
の他、構造不明の有機性不純物及び、鉄等の金属類を多
量に同伴しているので、そのまま製品化するこはできな
い。
【0015】本発明では、この純度の低い2番結晶の少
なくとも一部を白金族金属触媒による精製工程に循環し
て有効利用することを特徴とする。この2番結晶は、含
水ケーキとしてそのまま精製工程へ循環してもよいし、
乾燥させてから循環してもよい。循環量は好ましくは全
量であるが、製品の品質を考慮のうえ適宜変更すること
ができる。このような操作を繰り返しても得られるテレ
フタル酸の純度は、従来の2番結晶を廃棄処分していた
プロセスでの1番結晶と全く変わりはなく、収率向上の
寄与は大きい。2番結晶を分離した後の母液には不純物
が濃縮されほとんどテレフタル酸は含まれていないの
で、中和処理、活性汚泥処理等のために系外の廃水処理
設備に導かれる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。実施例において、吸光度(「OD340」と略して
示す)とは、粗テレフタル酸7.5gを2規定の水酸化
カリウム水溶液50mlに溶解した溶液を光路長1cm
の石英セルで測定した340mμ波長光での吸光度を意
味する。
【0017】比較例1 水スラリー化槽、計量槽、スラリーフィードポンプ、ス
ラリー加熱ライン、スラリー溶解槽、0.5重量%のP
dを活性炭に担持させた触媒を充填した水添反応器及び
晶析槽を備えた装置を用いて固定床流通方式で粗テレフ
タル酸の水添精製を行った。本装置は、ラインや、機器
については閉塞防止のために電気ヒーターと保温材及
び、圧力調整器で温度、圧力を正確に制御されている。
最初に、スラリー化槽及び、計量槽を除く全系を窒素ガ
スで十分置換した後、90kg/cm2 Gに加圧した。
次に、計量槽内に仕込んだ水をスラリーフィードポンプ
を用いてスラリー加熱ライン、溶解槽、反応器を経由し
て晶析槽へと順次流通させ、系内を加熱して290℃に
昇温した。
【0018】温度が安定したところで予め、容量50リ
ットルの撹拌機付きスラリー化槽で4CBAを2850
ppmを含み、OD340が0.420の粗テレフタル
酸30重量部、水70重量部から調整したスラリーを計
量槽に移送し、水からスラリーに切り替えてフィードを
開始した。このスラリーはスラリー加熱ライン、溶解槽
を経由し、2分後には完全に溶解し、290℃のテレフ
タル酸水溶液が得られた。該水溶液を6リットル/Hで
3リットル/Hの水素と共に水添反応器に導入して還元
精製処理した。
【0019】その後、反応器から流出してくるテレフタ
ル酸水溶液を晶析槽に移送して150℃に冷却した。1
番結晶としてテレフタル酸を晶析させ、同温度で母液か
ら分離した。テレフタル酸水溶液中に含まれるテレフタ
ル酸の98%が回収された。1番結晶を分離した後の母
液を更に40℃迄冷却して2番結晶を晶析させた。な
お、この2番結晶は1番結晶に対して(乾燥重量換算)
1.1重量%、テレフタル酸含有量は93重量%であっ
た。粗テレフタル酸結晶、精製テレフタル酸結晶(1番
結晶)及び、2番結晶の物性値を表−1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】実施例1 比較例1において、2番結晶の全量を、水分を固相に対
して15%含んだ状態で粗テレフタル酸のスラリー化槽
に戻してテレフタル酸水溶液の原料の一部として用い、
繰り返し24時間反応を行った。比較例1と同様に冷却
し、分離したテレフタル酸の品質には全く問題がなく、
1番結晶として高純度のテレフタル酸が回収された。粗
テレフタル酸結晶、精製テレフタル酸結晶(1番結晶)
及び、スラリー化槽に戻した2番結晶(以下「リサイク
ルケーキ」と略す)の物性値を表−2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】本発明は、液相酸化工程等に負荷をかけ
ることなく高純度テレフタル酸の品質を維持しつつ、2
番結晶を回収、利用することができ、高収率で高純度テ
レフタル酸を製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−58948(JP,A) 特開 昭52−128344(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 51/43 C07C 51/487 C07C 63/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パラキシレンを液相酸化して得られた粗
    テレフタル酸を220〜320℃で水に溶解させ、該水
    溶液を白金族金属触媒と接触させて精製し、次いで、該
    水溶液を冷却することによりテレフタル酸の1番結晶を
    回収し、更に、母液を冷却して2番結晶を析出させ、該
    2番結晶の少なくとも一部を前記の精製工程に循環する
    ことを特徴とする高純度テレフタル酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 1番結晶の析出温度が、70〜180℃
    であることを特徴とする請求項1の製造方法。
  3. 【請求項3】 2番結晶の析出温度が、1番結晶の析出
    温度より20℃以上低く、かつ20〜130℃の範囲で
    あることを特徴とする請求項1の製造方法。
  4. 【請求項4】 テレフタル酸水溶液中に含まれるテレフ
    タル酸の90〜99.5%を1番結晶として回収する請
    求項1の製造方法。
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