JPS62129247A - 粗テレフタル酸の精製法 - Google Patents

粗テレフタル酸の精製法

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JPS62129247A
JPS62129247A JP61238987A JP23898786A JPS62129247A JP S62129247 A JPS62129247 A JP S62129247A JP 61238987 A JP61238987 A JP 61238987A JP 23898786 A JP23898786 A JP 23898786A JP S62129247 A JPS62129247 A JP S62129247A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、比較的低水準の4−カルボキシベンズアルデ
ヒド水準へのテレフタル酸の精製法、並びにこのような
精製を行なう手段に関する。
ポリマーグレードのテレフタルl(T八)は、ポリエヂ
レンテレフタレット(PET)の出発物質でありそれは
、ポリエステルフィルム、ポリエステルフィルム、並び
にびんなどの容器用樹脂のための主要ポリマーである。
ポリエステルII維は、織物並びにタイヤコードのよう
な工業的応用において使用される。接着剤及びエマルジ
ョンによって被覆されたポリエステルフィルムは、包装
用テープ、写真フィルム、記録用テープなどとして有用
である。
ポリマーグレードのテレフタル酸は、マイヤーへの米国
特許第3.584.039号中記載されているような貴
金属触媒および水素を利用する、比較的純粋でない、テ
クニカルグレードのテレフタル酸の′M製によって得ら
れる。この精製法においては、不純なテレフタル酸は、
高温において水に溶解さ、  れ、得られる溶液は、ボ
ールマンへの米国特許第3.726,915号中記載さ
れているように、水素添加触媒、例えばカーボン支持体
上パラジウムの存在下に水素添加される。この水素添加
工程は、比較的不純なテレフタル酸中に存在する種々の
着色体を無色の生成物に変換する。主な原料の不純物1
、 4−カルボキシベンズアルデヒド(4−C3A)は
p−トルイル酸(TOL)に変換される。不純物中に存
在する色形成性プレカーサー及び着色体は、ベンジル、
フルオレノン及び(又は)アン2ト、ラキノン型である
と考えられる。
得られる精製された生成物、ポリマーグレードのテレフ
タル酸は、結晶化、遠心分離、並びに乾燥によって回収
される。ボ゛リアルキル芳香族炭化水素の液相接触酸化
によって得られる芳香族ポリカルボン酸の、他の関連し
た水添による精製法は、ステツらへの米国特許第4,4
05,809号に記載されている。
シカシ、丁AノW fi r、約100p100pp 
4− CBA amにおいては、4−CBへのTOLへ
の還元速度はかなりおそくなる。還元速度は成る反応条
件下では全く停止することもありうる。加えて非還元又
は部分還元4−CBAが次にTAと共結晶化されるので
、望ましくない不純物を含有するTAA成物を得られる
その上、Pd /C触媒床は、それらが使用されるに従
って、活性が小さくなる。最終的にこのような床は、精
製■^に対する製品規格からはずれるのでその使用を解
除しなければならない。
従って、規格低水準4− CBA誘導不純物を有する精
製TAを得るためには、精製IA中全全4−CB^水準
低下させ、かつPd /C触媒床の有用寿命を延長する
ことが望ましい。本発明は、前述した要件を両方共満足
する。
本発明は4−カルボキシベンズアルデヒドの含。
有水準が比較的低いものをうるための積層(layer
ed)粒子状触媒床中での水素添加による比較的不純な
テレフタル酸水溶液の精製を意図する。
積層粒子状触媒床は、活性炭担体上支持されたパラジウ
ムにより構成される一次層及び、一次層から下流に、活
性炭担体上に支持されたロジウムにより構成される二次
層を含む。
本発明によれば、重量で、10.000ppmまでの4
−カルボキシベンズアルデヒドを含有する比較的不純な
テレフタル酸水溶液は、Pd /C触媒層を離れる水素
添加されたテレフタル酸水溶液が次にRh/C触媒層に
はいるように配置された液で満された積層触媒層中で水
素添加される。
Pd /C触媒層中水素添加は、約100℃〜約350
℃の温度において、かつ溶液を液相に保つのに十分な圧
力、通常的200 psig〜約1,500 psig
の圧力において実施される。水素添加され更に精製され
た水溶液、即ち、触媒床からの液体流出分は、その後冷
却されて、結晶化によって溶液から比較的高純度のテレ
フタル酸の分離が行なわれる。
比較的不純、即ち、粗製テレフタル酸(TA)は、p−
キシレンのようなパラジアルキルベンゼンの液相酸化に
よって得られる。得られる生成物は、比較的大量の4−
カルボキシベンズアルデヒド(4−CBA)のような不
純物−これらは、重Mで、テレフタル酸の約10.00
01)l)+1までの伍で存在する可能性がある−を含
む■^水溶液である。これらの不純物は、ポリエチレン
テレフタレート(PET)を得るテレフタル酸重合反応
に悪影響を及ぼし、また得られるPUTポリマーの望ま
しくない着色をおこす。従来、生産量中水素添加によっ
て精製された丁A水溶液の4−CBA含争についての実
際的な限度は、TAを基にして、約1100ppであっ
た。
本発明を具体化した方法は、積層された固定触媒床中高
い温度及び圧力において行なわれる。下降流及び上昇流
反応器を共に使用することができる。精製されるべきテ
レフタル酸は、水または同様の極性溶媒に溶解される。
水が好適な溶媒である;しかじ、他の適省な極性溶媒は
、比較的低分子量のアルキルカルボン酸で、単独又は水
と混合したものである。
精製の間反応器、従ってTへ溶液の、温度は約ioo℃
(約212下)〜約350℃(約660下)の範囲であ
ることができる。好適にはこの温度は、約275℃(約
503下)〜約300℃(約572下)の範囲である。
反応器の圧力は、主として精製が実施される温度によっ
てきまる。不純なテレフタル酸の実際的な聞を溶解する
ことができる温度が、極性溶媒の正常沸点より実質的に
上であるかぎり、処理圧力は、溶液を液相に保つために
必然的に大気圧のかなり上である。反応器が液体で充た
されている場合には、反応器の圧力は、供給ポンプ速度
によって制御することができる。反応器がヘッドスペー
スを持っている場合には、反応器の圧力は、ヘッドスペ
ース中ガス状水素単独によるか又は水蒸気及びく又は)
窒素のような不活性ガスと混合して保つことができる。
水素と混合状態の不活性ガスの使用は又、特に比較的低
い水素分圧において、反応器の水素分圧を変調させるた
めの有利な手段どなる。この目的のためには、不活性ガ
スは、好適には反応器中に導入する前に水素と混合され
る。
一般に、水素添加の間の反応器の圧力は、約200〜約
1,500 psigの範囲であることができ、通常約
900〜約1,200 DSigの範囲である。
水添反応器は、数種の様態で操作することができる。例
えば、反応器中子室された液の水準を保ち、ある任意の
反応器圧力において、予定された液の水準を保つのに十
分な速度で水素を注入することができる。実際の反応器
の圧力と存在するテレフタル酸溶液の蒸気圧との差が、
反応器の蒸気スペース中の水素分圧である。別法として
、水素が窒素のような不活性ガスと混合状態で注入され
る場合には、実際の反応器の圧力と存在するテレフタル
酸溶液との差は、水素及びそれと混合されている不活性
ガスの合わされた分圧である。この場合には水素分圧は
、混合状態で存在する水素及び不活性ガスの既知の相対
φから計算することができる。
更に他の操作様態においては反応器は、反応器の蒸気ス
ペースをなくするようにテレフタル酸溶液で満たすこと
ができる。即ら、反応器は、液体で満たされている系と
して操作されることができ、溶解水素がフローコントロ
ールによって反応器に供給される。このような場合には
、溶液水素濃度は、反応器への水素の流入速度を調節す
ることによって変節することができる。
処理のコントロールが水素分圧を調整することによって
行なわれる場合には、反応器中の水素分圧は、反応器の
使用圧力級別値、不純なテレフタル酸の汚染の程度及び
用いられる粒子状触媒の使用時間などの操作条件を考慮
してきめられるが、好適には約10psi〜200ps
iの範囲である。
プロセスコントロールが、供給原料溶液中水素濃度を直
接調節することによって行なわれる場合には、原料溶液
は、水素について飽和されてはお溶液中の水素濃度の所
望のコントロールが得られる。
本発明による4 −CBAを含有するTA水溶液の精製
に際しては、溶液は、最初P(1/C触媒層、次にRh
/C触媒層を通される。次の主な反応がおこると考えら
れる。Pd /C触媒層においては、4− CBAは、
次のとおりTOLに変換されると考えられる。
TOし 次に、一次IPd /C触媒層から下流の二次Rh /
C触媒層において、残留4−CBAの大部分(全部でな
くとも)は、次のようにして脱カルボニル化され安患香
酸になると考えられる。
例えば、メタン 及びH20 BAへのTAの若干の分解及び4− CBAへの■^の
若干の水素添加もおこることがある;しかじ、これらは
共にマイナーな反応であると考えられる。かくして、粗
TA中に存在する実質的な量の4− CBAは、一次P
d /C触媒層中水素添加される■叶となり、一方残り
の大部分は、一次Pd /C触111から下流の二次R
h /C触媒層中脱炭酸されてBAとなる。BAは、水
によく溶ける副生物であり、結晶化及び得られた■^結
晶の収得の間に容易に分離することができる。
4− CBA水素添加反応器中の一卵化炭素の存在は、
先行技術において問題であると認識されている(例えば
、キム2らの米国特許第4,201,872号参照)。
−酸化炭素は、水素添加触媒の活性を阻触媒層中、−m
化炭素の発生に有利な条件を保つことにより、又フィッ
シャー−トロピッシュ型の反応であると考えられるもの
により、発生した一酸化炭素素の少なくとも一部分の炭
化水素部分への変換をRh /C触媒層中で行なうこと
によって、この問題を避けている。1qられた炭化水素
副生物は精製■^に関して不活性であり、処理流出流と
共に触媒床から追い出され、そしてパージングによるか
又は任意の他の便利な方式で得られる反応生成物の混合
物から容易に分離することができる。
脱カルボニル化及び炭化水素部分への一酸化炭素の変換
は、本発明の積層固定触媒床のRh /C触媒層中実質
的に同時におこると考えられる。
;BET法)、好適には約800m27g〜約1500
 m2/gの表面積を有する顆粒の形態でココナツト炭
から誘導される活性炭である。しかし、他の多孔性炭素
質支持体又は基質は、表面積要件が満たされることがで
きるかぎり使用することができる。ココナツト炭の他に
、他の植物から又は動物源から誘導される活性化炭を利
用することができる。反応器中Pd /C触媒層及びR
h /C触媒層の両方に対して、同じ型の活性炭が好適
に使用される。
パラジウムに対する担体上触媒金属の装荷は、触媒の全
重量1叩ち、金属プラス活性炭担体を基にして、かつ元
素状金属として計算して、約0.1重量%〜約2重M%
の範囲であることができる。
一方、ロジウムに対する担体上の装荷ぽは、より広い範
囲、特定すれば、触媒の全M@を基にして、かつ元素状
金属として計算して、約0.01〜約21%の範囲をも
つことができる。好適には、ロジウム金属装荷は約0.
5重6%ある。このような触媒は市販されている。
適当なPd /C触媒は、例えば「活性化炭顆粒(カー
ボンコードCG−5)上パラジウム」という名称で、ニ
ュージャーシイ州ニューアークのエンゲルハード・コー
ポレーションから得ることができる。同様に、適当なR
h/C触媒は、[活性化炭顆粒(カーボンコードCG−
5>上ロジウム」及び「活性化炭顆粒(カーボンコード
CG−21)上ロジウム」という名称で、エンゲルハー
ド・コーポレーションから得ることができる。これらの
Rh /G触媒は共に、約1,0001112IQのB
ET; N2表面積を有し、又米国ふるい系列4×8メ
ツシユの粒子径を有する。同様な径及び表面積の他の適
当なRh /C触媒が、「11766蒸気活性化炭顆粒
、無水上ロジウム、1%」という名称で、ニューハンプ
シャー州シーブルックのジョンソン・マツシイ・インコ
ーホレーテッドから入手できる。
水素添加床中粒子状触媒床の相対的厚さに変えることが
できる:しかし、Pd /C触媒層が、好適には触媒床
のより大きな部分を構成し、Rh/C触媒層が、触媒床
のより小さい部分を構成する。
触媒床は常に、粗テレフタル酸水溶液供給原料がそこを
通るに際して、層中での実質的なチャンネリングが避け
られるのに十分な厚さのものとする。
この目的に対して、又実際問題として、触媒床の直径が
いくらであっても、Rh /C触媒層は、少なくとも約
50mm(約2インチ)の厚さである。
容量では、一次Pd /C触媒層は、好適には二次Rh
 /C触媒層の容積の約2〜約20倍である。
即ち、一次触媒層対二次触媒層の容量比は約2:1〜約
20:1である。好適には、この容量比は約10:1で
ある。
Pd lC層及びRh/C層中触媒金属の相対mは変る
ことができる。一般に、それぞれの床層中パラジウム及
びロジウムは、約2:1〜約100:1のモル比、好適
には約10=1のモル比で存在する。
反応条件下に供給される水素の量は、所望の程度のTO
Lへの4−CBAの水素添加を達成し、かつ所望の炭化
水素部分への発生した一酸化炭素の変換を行なうのに十
分でなければならない。
■叶への4−CBへの変換の場合には、化学R部上の水
素の必要量は、このように変換される4−CBA各モル
に対して2モルである。BAへの4−CBAの変換の場
合には、化学量論上の水素の必要量は発生する一酸化炭
素のためである。メタンへのすべての発生した一酸化炭
素の変換のためには、この必要mは、BAへ変換される
4 −CBA各モルに対し水素3モルである。好適には
、触媒床に供給される水素の同は、触媒床中でおこって
いる前述した主な反応に対して化学量論上必要な伍の約
2倍である。
粗TA水溶液の触媒床を通る空間速度(TA溶液ボンド
/触媒ポンド/時間)は、約5時間−1〜約25時間 
、好適には約10時間 〜約15時間−1である。
触媒床中TA浴溶液滞留時間は、存在する触媒の活性に
よって変る。しかし、一般に、Pd /C触媒層中のT
A水溶液の滞留時間は、触媒床中のT汽水溶液の全滞留
時間の約65%〜約95%である。
4− CBAを含有する比較的不純な■^水溶液の水素
添加によって、本発明を実、施するのに適当な積層触媒
床を図1に承り。反応器10は、M製されるべき粗TA
水溶液12で液体で充たされて示される。
この供給溶液は、コンジット14を経て反応器10には
いり、比較的低い4−CB^BAを有する精製T八木溶
液は、コンジット16を経て流出液として底部において
反応器を出る。固定粒子状触媒床18は、上部Pd /
C触媒層22及びそれより下部のRh/C触媒層24よ
り構成される。
本発明は、次の実施例によって更に例示される。
例1ニーCBへの  によ゛【  d Pd /C及びRh /C触媒の4− CBAを変換す
る性能を、約1ガロンの容量を有するチタンオートクレ
ーブ中で試験した。両触媒は、0.5重量%の触媒金属
装荷を有し、熱時洗浄、水素及びテレフタル酸の存在下
72時間オートクレーブ中で経時させた。
Pd/C触媒は、エンゲルハード・コーポレーションか
ら得られる市販の触媒であった。Rh/C触媒は、水中
2のI)l−(値において、又支持体としてノース・ア
メリカン活性炭G −201を使用して、プレカーサー
どじて硝酸ロジウムから製造された。
触媒の活性は、水(約1190g>中に粗TA(約29
0g)を溶解することによって製造された粗Tへ水溶液
中の4−CBへの消失をモニターすることによって確か
められた。調製された溶液をオートクレーブに仕込み、
約530下に保った。その後水素 (反応器において5
0psi )及び触媒(約4g)をオートクレーブに添
加した。触媒添加の前、その後定期的間隔で粗I^溶液
の試料を取り、4−C3A含伍について分析した。次に
得られた分析結果をプロットし、図2に示される活性プ
ロフィルが得られた。図中Pd /C触媒について活性
プロフィルは破線として示され、Rh /C触媒につい
て活性プロフィルは実線として示される。
例2:  −の TAの 。
直径1インチそして固定触媒床を備えた、下降流型のバ
イロット・プラント反応器を使用して、約280℃(5
35下)において、文種々の反応器圧力及び水素分圧に
おいて粗テレフタル酸水溶液(約12重量%のTA)を
精製した。反応器への溶液の供給速度は1時間あたり溶
液的1.6に9であった。
一連の実験の間、固定触媒床は、市販のPd/C触ts
(活性炭支持体上0,5重量%のPd;エンゲルハード
)40gにより構成されていた。
他の一連の実験の間、固定触媒床は、上部触媒層どして
前記のPd /C触@409及び底部触ts層として粒
子状Rh/C触媒(0,11但%のRh;上の例1中製
造>49により構成されていた。
積層触媒床を使用する更に他の一連の実験においては、
底部触媒層は、0.5重量%のRhを含有し、かつ0.
1重量%のRh /C触媒を製造したのと同様に製造さ
れたRh /C触媒ににり構成されていた。
これらの実験において使用された触媒を、例1ど同様に
T^水溶液及び水素の存在下にオートクレーブ中72時
間経時させた。
観察された結果を下の人工にまとめる。
上の結果は、反応器からの水素添加された流出流中4−
 CBA 8度の実質的な減少の処理を受ける流れと接
触する最後の層としてRh /C触媒層を使用すること
によって得られることを明示する。
前述した討論及び実施例は、本発明の例示を意図し、限
定としてとられるべきでない。本発明の範囲内でその他
の変法が可能である。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明を用いる積層粒子状触媒床のダイアグラ
ム図である。反応器101粗TA水溶液12、固定粒子
状触媒床14である。 図2は、Pd /C及びRh /C触媒による4−CB
Aの変化を示すグラフである。Pd /C触媒の活性プ
ロフィルは破線、Rh /C触媒の活性プロフィルは実
線によって示される。 特許出願人  アモコ・コーポレイション介Zろ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量で、約10,000ppmまでの4−カルボキ
    シベンズアルデヒドを含有する比較的不純なテレフタル
    酸の精製法であって、次の工程、すなわち 該不純なテレフタル酸の水溶液を約100℃〜約350
    ℃の温度において、かつ溶液を液相に保つのに十分な圧
    力において、粒子状触媒床に、かつ水素の存在下に通し
    ;該粒子状触媒床は、活性炭担体上に支持されたパラジ
    ウムより構成される一次触媒層及び活性炭担体上支持さ
    れたロジウムより構成された二次触媒床を含み、そして
    該水溶液は最初触媒床の一次層に、次に触媒床の二次層
    に通され;そして その後水素添加された水溶液を冷却して、 結晶化によって該溶液から比較的純粋なテレフタル酸の
    分離を行なうことからなる上記精製法。 2、水素添加が約275℃〜約300℃の温度及び約9
    00psig〜約1,200psigの圧力において実
    施され、又水素が、化学量論上所要の量の約2倍の量で
    存在することよりなる特許請求の範囲第1項記載の方法
    。 3、触媒床を通るテレフタル酸水溶液の空間速度が、約
    5時間^−^1〜約25時間^−^1であることよりな
    る特許請求の範囲第1項記載の方法。 4、触媒床を通るテレフタル酸水溶液の空間速度が、約
    10時間^−^1〜約15時間^−^1であることより
    なる特許請求の範囲第1項記載の方法。 5、該一次触媒層中テレフタル酸水溶液の滞留時間が、
    粒子状触媒床中のテレフタル酸水溶液の全滞留時間の約
    65%〜約95%であることよりなる特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 6、ロジウムが、触媒の全重量を基にして、かつ元素状
    金属として計算して、二次触媒層中約0.01〜約2重
    量%の濃度で存在することよりなる特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 7、粒子状活性炭担体上パラジウムにより構成される一
    次触媒層;及び 該一次触媒層より下流の、かつ粒子状活性 炭担体上ロジウムにより構成される二次触媒層からなる
    4−カルボキシベンズアルデヒドを含有する比較的不純
    なテレフタル酸の水溶液の水素添加に適した積層触媒床
    。 8、該一次触媒層が触媒床のより大きい部分を構成し、
    又該二次触媒層が触媒床のより小さい部分を構成するこ
    とよりなる特許請求の範囲第7項記載の積層触媒床。 9、該ロジウムが、触媒の合わせた重量を基にして、か
    つ元素状金属として計算して、その粒子状担体上に約0
    .01〜約2重量%の量で存在することよりなる特許請
    求の範囲第7 項記載の積層触媒床。 10、該ロジウムが、担体とロジウムとの合わせた重量
    を基にして、かつ元素状金属として計算して、その粒子
    状担体上約0.5重量%の量で存在することよりなる特
    許請求の範囲第7項記載の積層触媒床。 11、二次触媒層が少なくとも約50mmの厚さである
    ことよりなる特許請求の範囲第7項記載の積層触媒床。 12、一次触媒層対二次触媒層の容積比が約2:1〜約
    20:1であることよりなる特許請求の範囲第7項記載
    の積層触媒床。 13、一次触媒層対二次触媒層の容積比が約10:1で
    あることよりなる特許請求の範囲第7項記載の積層触媒
    床。 14、一次触媒層中該パラジウム対二次触媒層中ロジウ
    ムのモル比が約2:1〜100〜1であることよりなる
    特許請求の範囲第7項記載の積層触媒床。 15、一次触媒層中該パラジウム対二次触媒層中にロジ
    ウムのモル比が約10:1であることよりなる特許請求
    の範囲第7項記載の積層触媒床。 16、一次触媒層中パラジウム濃度が、元素状金属とし
    て計算して、その触媒の約0.1〜約2重量%であり、
    又二次触媒中ロジウム濃度が、元素状金属として計算し
    て、その触媒の約 0.01〜約2重量%であることよりなる特許請求の範
    囲第7項記載の積層触媒床。 17、一次触媒層中パラジウム濃度が、元素状金属とし
    て計算して、約0.5重量%であり、又二次触媒層中ロ
    ジウム濃度が、元素状金属として計算して、約0.5重
    量%であることよりなる特許請求の範囲第7項記載の積
    層触媒床。
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