MXPA01011434A

MXPA01011434A - Proceso de purificacion de agua de lavado a partir de la produccion de acidos aromaticos.

Info

Publication number: MXPA01011434A
Application number: MXPA01011434A
Authority: MX
Inventors: Michael D Kelly
Original assignee: Mobile Process Technology Co
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2002-06-04
Also published as: KR20020034176A; AU5490799A; DE69937205T2; ATE374070T1; EP1224026B1; DE69937205D1; JP2003507156A; KR100459530B1; EP1224026A4; EP1224026A1; ES2293732T3

Abstract

Un aparato y metodo mejorados para la purificacion de agua de lavado de desecho derivada a partir de la produccion de acidos aromaticos. Se recuperan el producto de acido aromatico perdido y el catalizador de oxidacion de metal pesado y el agua purificada es reciclada hacia el proceso. El proceso incluye las etapas de filtracion para recuperar el acido aromatico insoluble, intercambio ionico para recuperar y purificar el catalizador de oxidacion de metal pesado, y un sistema de osmosis inversa para recuperar el agua para reutilizacion.

Description

PROCESO DE PURIFICACIÓN DE AGUA DE LAVADO A PARTIR DE LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDOS AROMÁTICOS Campo Técnico El campo de la invención se refiere a procesos para la producción de ácidos aromáticos y, en particular, a un proceso de manufactura de ácido aromático mejorado que recupera producto perdido, catalizador de oxidación de metal pesado y agua de proceso utilizada en la manufactura de ciertos ácidos aromáticos. Los ácidos aromáticos incluyen, aunque no están limitados a ácidos tereftálico (TA) e isoftálico (I PA) .

Técnica Anterior Dickerson et al . (Patente de los Estados U nidos de Norteamérica No. 4, 540,493) describen un proceso para tratar agua de lavado a partir de la manufactura de ácido tereftálico. El proceso incluye las etapas de pasar el agua de lavado a través de un medio de filtro para remover los sólidos de ácido tereftálico no disueltos, pasar el agua filtrada a través de una resina de intercambio catiónico en forma de hidrógeno para remover los catalizadores metálicos y, pasar el agua a través de una resina de intercambio aniónico para remover el ácido tereftálico disuelto y los productos secundarios de ácido orgánico disueltos. Sin embargo, este proceso tiene la I L t. .. .... desventaja de que el uso de la I ER catiónica en la forma de hidrógeno puede resultar en ensuciamiento de la resina ya que el ion de hidrógeno podría reaccionar con los ácidos aromáticos solubles y provocan que se precipiten y ensucien la resina. La resina de anión consume también considerables cantidades de hidróxido de sodio para remover los ácidos aromáticos. Asimismo este proceso no se recupera directamente para reutilizar el catalizador de cobalto/manganeso. Es deseable recuperar todos los componentes del agua de lavado para recirculación.

Descripción de la Invención La presente invención es un proceso mejorado para ia purificación de ácidos aromáticos. La invención recupera el producto de ácido aromático perdido y el catalizador de oxidación de metal pesado y recicla ei agua purificada. El proceso incluye las etapas de filtración para recuperar el ácido aromático insoluble, intercambio iónico para recuperar y purificar el catalizador de oxidación de metal pesado y un sistema de osmosis inversa para recuperar el agua para reutilización . El agua de lavado contiene cantidades importantes de ácido aromático insoluble. El ácido aromático puede recuperarse por medio de dispositivos de filtración convencionales tales como filtros tubulares de lavado a contra corriente o filtros de placa horizontal. El método preferido es un filtro de flujo cruzado continuo. Los filtros de flujo cruzado compuestos de materiales inorgánicos son particularmente efectivos para remover partículas muy finas bajo condiciones de operación severas de temperatura y condiciones acidas o alcalinas La permeación de filtro contiene bajas concentraciones de metales pesados. Los principales metales pesados son cobalto y manganeso que comprenden el catalizador de oxidación . Además del catalizador de oxidación, otros metales pesados que están presentes incluyen hierro, cromo y níquel . Los metales son removidos pasando el agua de lavado a través de un recipiente que contiene una resina de catión de ácido fuerte (SAC). Después de la regeneración la resina SAC es enjuagada con agua y devuelta para el servicio. El regenerador que contiene el catalizador Co/Mn y otras impurezas metálicas de metal pesado es tratado adicionalmente por medio de un proceso de intercambio iónico para purificar y recuperar el catalizador para reciclaje hacia el proceso de manufactura de ácido aromático . El catalizador Co/Mn recuperado es purificado y recuperado desde la solución de regenerador mediante un proceso de tres etapas: ( 1 ) precipitación del metal suelto mediante el ajuste del pH seguido por la filtración para remover los metales precipitados, (2) remoción del catalizador Co/Mn desde la solución de salmuera pasándolo a través de un recipiente que contiene una resina de intercambio iónico especial ( I ER) que remueve selectivamente el catalizador Co/Mn en presencia de iones de sodio, (3) regeneración de la I ER especial para recuperar el catalizador Co/Mn. U n sistema de osmosis inversa convencional proporciona excelente separación de los ácidos orgánicos del agua. La 5 permeación es adecuada para reciclaje hacia el proceso de purificación. La retención que contiene las sales orgánicas es enviada a una planta de tratamiento de agua. Por lo tanto es un objeto de la presente invención proporcionar la recuperación eficiente del producto de ácido aromático a partir del 10 agua de lavado producida en la manufactura de ácidos aromáticos. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar la recuperación eficiente del catalizador metálico . Es también un objeto de la presente invención proporcionar la recuperación eficiente del agua de lavado. 15 Estos y otros objetos de la presente invención serán evidentes a partir de la consideración de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas en conjunción con los dibujos anexos como se describen a continuación . 20 Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es un diagrama de flujo generalizado del proceso mejorado de la presente invención que describe las etapas de proceso de ( 1 ) filtración para recuperar el ácido aromático insoluble, 25 (2) intercambio iónico para recuperar y purificar el catalizador de ^ m oxidación de metal pesado, y (3) osmosis inversa para recuperar el agua para reutilización; la figura 2 es un diagrama de flujo detallado del proceso de tratamiento de agua de lavado; la figura 3 es un diagrama de flujo detallado del proceso de recuperación de catalizador para la purificación del catalizador Co/Mn recuperado en un proceso de tres etapas: (1) precipitación de los metales sueltos mediante el ajuste del pH seguido por la filtración para remover los metales precipitados, (2) remoción del catalizador Co/Mn de la solución de salmuera pasándolo a través de un recipiente que contiene una resina de intercambio iónico especial (IER) que remueve selectivamente el catalizador Co/Mn en presencia de iones de sodio, (3) regeneración de la IER especial para recuperar el catalizador Co/Mn.

Mejor forma de Llevar a Cabo la Invención Con referencia a la figura 1, puede describirse la modalidad preferida de la presente invención. La presente invención es un aparato u método mejorados para la purificación de agua de lavado de ácido aromático generada en el proceso de purificación del ácido aromático. La invención recupera el producto de ácido aromático perdido y el catalizador de oxidación de metal pesado y recicla el agua purificada. Como se ilustra en la figura 1, el agua de lavado de desecho 20 a partir del proceso de purificación de ácido aromático (no mostrado) se filtra primero en el sistema de filtración 10 para recuperar el ácido aromático insoluble 21, después se emplea el proceso de recuperación de intercambio iónico 11 para recuperar y purificar el catalizador de metal pesado 12 y finalmente el sistema de osmosis inversa recupera el agua purificada 14 para reutilización. La modalidad preferida del proceso se muestra en detalle en las figuras 2 y 3. El agua de lavado de desecho 20 a partir del proceso de purificación de ácido aromático contiene cantidades importantes de ácido aromático insoluble 21. El ácido aromático insoluble 21 es recuperado por medio del sistema de filtración 10, el cual puede incluir dispositivos de filtración convencionales tales como filtros tubulares de lavado a contracorriente o filtros de placa horizontal. El método preferido como se muestra en la figura 2 es un filtro de flujo cruzado continuo 30. El filtro de flujo cruzado 30 emplea preferiblemente una membrana 31 compuesta de materiales inorgánicos, la cual es particularmente efectiva para remover partículas muy finas bajo condiciones de operación severas de temperatura y condiciones acidas o alcalinas. La membrana inorgánica 31 puede estar compuesta de diferentes materiales cerámicos tales como, pero sin limitarse a, alúmina, carbón, etc. Otro tipo de material inorgánico que es particularmente efectivo son las aleaciones metálicas en polvo concrecionadas, incluyendo materiales tales como, pero sin limitarse a acero inoxidable, titanio, etc. El filtro de flujo cruzado 30 opera sobre el principio de mantener el flujo de fluido a una velocidad suficientemente alta para conservar la superficie de la membrana 31 esencialmente libre de partículas.

^^^^ Una bomba 33 circula el agua de lavado 21 a través de la membrana 31 y desde ahí hacia un tanque de recirculación 34. El agua de lavado de desecho 21 permea a través de la membrana 31 con los sólidos que permanecen suspendidos en la corriente de flujo cruzado rechazada 32. La concentración de sólidos puede incrementarse hasta una concentración de unos cuantos miligramos por l itro hasta 5-20%. El grado de concentración depende de varios factores, tales como el tamaño de partícula, fluido, viscosidad, etc. Una porción de la corriente de rechazo de ácido aromático concentrada 35 es extraída y enviada hacia un espesador/sedimentador (no mostrado) y después reciclada hacia el proceso de manufactura de ácido aromático. La permeación li bre de partícula 36 es pasada después a través del proceso de intercambio iónico como se describirá de forma más completa a continuación . La permeación del filtro 36 contiene bajas concentraciones de metales pesados. Los principales metales pesados son cobalto y manganeso, los cuales comprenden el catalizador de oxidación . Además del catalizador de oxidación , otros metales pesados q ue están presentes incluyen hierro, cromo y níquel . Los metales son removidos pasando el agua de lavado a través de un recipiente 40 que contiene una resina de catión de ácido fuerte (SAC). Preferiblemente, la resina SAC es un pol ímero de poliesti reno entrelazado y sulfonado. Se prefiere la resina SAC ya que es efectiva para remover cationes en presencia de iones de hidrógeno . La permeación 36 contiene un nivel importante de iones de hidrógeno debido a la concentración de ácidos orgánicos solubles La resina SAC puede colocarse en la forma de hidrógeno o sodio antes de introducir la permeación 36 a través del recipiente de resina SAC 40. La forma preferida es sodio debido a razones económicas. Una solución de cloruro de sodio (salmuera) acida es el regenerador preferido. La solución salina intercambia sodio para los metales pesados a un bajo pH de 1 -3. El pH bajo se requiere para evitar que los metales pesados se precipiten como un hidróxido metálico y ensucien la resina SAC. Después de la regeneración se enjuaga la resina SAC con agua y después es devuelta para servicio. U n proceso alternativo para la regeneración de la resina SAC Es convertir la resina SAC desde el sodio a la forma de hidrógeno pasando el ácido a través de la resina SAC . El regenerador 41 que contiene el catalizador Co/Mn y otras impurezas de metal pesado se trata adicionalmente por medio de un proceso de intercambio iónico para purificar y recuperar el catalizador para reciclaje hacia el proceso de elaboración del ácido aromático . El catalizador Co/Mn es purificado y recuperado desde el regenerador 41 mediante un proceso de tres etapas como se ilustra en la figura 3. Primero los metales sueltos son precipitados en un recipiente 50 mediante ajuste del pH del regenerador 41 con sosa cáustica seguido por filtración en el filtro de metal suelto 51 para remover los metales sueltos precipitados . La solución de salmuera 52 que pasa a través del filtro de metal suelto 51 contiene el •-~**--»»***— catalizador Co/Mn. A continuación, el catalizador Co/Mn es removido de la solución de salmuera 52 pasándolo a través de un recipiente 53 que contiene una resina de intercambio iónico especial (I ER) que remueve selectivamente el catalizador Co/Mn en presencia de iones de sodio. Finalmente, la I ER especial es regenerada para recuperar el catalizador Co/Mn . Este tipo especial de I ER es referida comúnmente como una I ER quelante o una IER selectiva. Las lER's selectivas que son adecuadas para este proceso contienen grupos funcionales tales como, pero sin lim itarse a, ácido aminodiacético, aminofosfónico y poliacrílico. El Co/Mn es removido desde la I ER selectiva pasando u na solución de ácido bromhídrico (H Br) 62 a través del recipiente 53. La solución de catalizador recuperada resultante 54 que contiene el catalizador y H Br es de u na concentración y pu reza suficientes que puede ser devuelta al proceso de manufactura de ácido aromático. El pH de la solución de salmuera 63 que pasa a través de la I ER selectiva se reduce hasta aproximadamente 1 .5-3 con HCl 64 y se reutiliza para la regeneración de la resina SAC. Con referencia a la figura 2 , el pH del regenerador 41 a partir del recipiente de resina SAC 40 está comúnmente en la escala de 1 .5-3. El pH se ajusta a 5-7 con NaOH 65. Las sales disueltas en el agua de lavado de desecho son sales de sodio de varios ácidos orgánicos tales como benzoico, ¡softálico, tereftálico y paratoluico. Ya que la temperatu ra del agua de lavado de desecho 69 después de pasar a través del recipiente de resina ^j^g^ SAC 40 está a aproximadamente 75-95°C, se requiere un intercambiador térmico 70 para enfriar el agua de lavado 69 a una temperatura de aproximadamente 25-45°C para el sistema de osmosis inversa (RO) 80. Un sistema de osmosis inversa 5 convencional proporciona excelente separación de los ácidos orgánicos desde el agua de lavado. La permeación 81 desde el sistema de osmosis inversa 80 es adecuada para reciclaje al proceso de purificación . La retención 82 que contiene sales inorgánicas es enviado a tratamiento de desecho (no mostrado) . Los rangos de 10 recuperación típicos para el agua de lavado de desecho que contiene bajos niveles de sales de ácido orgánico es de aproximadamente 85% .

Aplicabilidad I ndustrial 15 En todo el mundo se producen cada año cantidades muy grandes de ácidos aromáticos. Los principales ácidos aromáticos producidos son TA e I PA que son las materias pri mas para fibras textiles y resinas y pelícu las de empaque de alimentos. El ácido 20 aromático típico se produce a partir de la oxidación , en la presencia de un catalizador de oxidación de metal pesado, de alquilaromáticos tales como paraxileno y metaxileno para el ácido aromático correspondiente. ' El proceso de oxidación genera un producto de grado técnico que comúnmente no es adecuado para ciertas 25 aplicaciones debido a las impurezas producidas durante el proceso |^||j|j| ^ ^^ a,.^J- de oxidación. Las impurezas son de manera usual intermedios parcialmente oxidados (ácido paratoluico, 4-carboxibenzaldehido, etc.) y formadores de color tales como 2,6-dicarboxifluorenona. Las impurezas crean efectos nocivos sobre los productos de polímero producidos a partir del ácido aromático de grado técnico. El TA e I PA de grado técnico son purificados adicionalmente para remover las impurezas mediante la disolución del ácido aromático en agua desmineralizada muy caliente a temperatura y presión elevadas. La solución acuosa y el hidrógeno son pasados a través de un recipiente que contiene un catalizador de hidrogenación que purifica adicionalmente el producto de ácido aromático. La solución acuosa es enfriada después provocando que el ácido aromático se cristalice fuera de solución. El ácido aromático es recuperado después a través de medios convencionales tales como centrifugación o filtración al vacío giratoria. Las impurezas hidrogenadas permanecieron disueltas en el agua de lavado. El agua de lavado generada desde el proceso contiene las impurezas indeseables así como cantidades residuales del ácido aromático y el catalizador de oxidación de metal pesado. Típicamente el agua de lavado es enviada a un proceso de tratamiento de agua de lavado que resulta en la pérdida del producto de ácido aromático, el catalizador de oxidación de metal pesado y agua. En consecuencia, existe una necesidad para la recuperación eficiente del producto de ácido aromático, el catalizador de oxidación de metal pesado y el agua de lavado.

La presente invención se ha descrito con referencia a ciertas modalidades preferidas y alternativas que están destinadas a ser solamente ilustrativas y no limitantes del alcance total de la presente invención como se establece en las reivindicaciones anexas. * * i M -mimi"**

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para la purificación y reciclaje del agua de lavado de desecho a partir de la purificación de ácidos aromáticos en donde 5 el agua de lavado de desecho comprende ácido aromático insoluble, catalizador de oxidación de metal pesado, otras impurezas de metal pesado y sales inorgánicas, que comprende las etapas de: (a) pasar el agua de lavado de desecho a través de un filtro de flujo cruzado continuo para recuperar el ácido aromático insoluble; 10 (b) pasar el agua de lavado de desecho a través de una resina de intercambio iónico para remover el catalizador de oxidación de 'metal pesado y otras impurezas de metal pesado; (c) pasar el agua de lavado de desecho a través de un sistema de osmosis inversa para remover las sales orgánicas; y 15 (d) devolver el agua de lavado de desecho hacia un proceso de purificación de ácido aromático.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro de flujo cruzado continuo es un filtro cerámico. 20

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro de flujo cruzado continuo es un filtro de aleación metálica de polvo concrecionado.

4. El método de conformidad con lá reivindicación 1, caracterizado porque la resina de intercambio iónico de la etapa (b) 25 es una resina de catión de ácido fuerte en la forma de sodio. ?ma**^^..^^ _IUIÉÉitai_ÉlÉ

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, que comprende además la etapa de regenerar la resina de catión de ácido fuerte a fin de producir un regenerador que comprende catalizador de oxidación de metal pesado y otras impurezas de metal pesado.

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, que comprende además las etapas de recuperar el catalizador de oxidación de metal pesado mediante el ajuste del pH del regenerador a fin de precipitar las impurezas de metal pesado, remover las impurezas de metal pesado precipitadas mediante filtración , pasar el regenerador a través de una resina de intercambio iónico quelante para remover selectivamente el catalizador de oxidación de metal pesado y regenerar la resina de intercambio iónico quelante para recuperar el catalizador de oxidación de metal pesado.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el catalizador de oxidación de metal pesado comprende cobalto y manganeso.

8. El método de conformidad con la reivindicación 6 , caracterizado porque el regenerador es cloruro de sodio. ü^. ^" • - • - itiífu?iri _¿?i_ MÉS RESU MEN Un aparato y método mejorados para la purificación de agua de lavado de desecho derivada a partir de la producción de ácidos aromáticos. Se recuperan el producto de ácido aromático perdido y el catalizador de oxidación de metal pesado y el agua purificada es reciclada hacia el proceso. El proceso incluye las etapas de filtración para recuperar el ácido aromático insoluble, intercambio iónico para recuperar y purificar el catalizador de oxidación de metal pesado, y un sistema de osmosis inversa para recuperar el agua para reutilización. [ l a -*- --**-