PTA生产工艺过程可分氧化单元和加氢精制单元两部分。原料对二甲苯以醋酸为溶剂,在催化剂作用下经空气氧化成粗对苯二甲酸,再依次经结晶、过滤、干燥为粗品;粗对苯二甲酸经加氢脱除杂质,再经结晶、离心分离、干燥为PTA成品。粗对苯二甲酸的提纯方法:包括如下步骤,将粗对苯二甲酸烘干,球磨,筛分,使粒径达到1~5μm,在60℃-100℃的温度下,浸渍于水中,搅拌,澄清、撇水,Zui后离心分离,80℃-105℃烘干,获得纯对苯二甲酸。所说的粗对苯二甲酸为碱减量废水经酸析后的沉淀物,杂质的干基重量含量为15%-18%。精对苯二甲酸(PTA)工艺的主要专利厂商是BP-Amoco、Dupont-ICI和三井油化等公司,经多年发展,上述三公司技术大同小异、各有特点,水平不相上下。世界采用BP-Amoco工艺的PTA装置生产能力总计达717.6万t/a,Dupont-ICI工艺为349.5万t/a,三井油化工艺为102.5万t/a。,4-C6H4(COOH )2。无色晶体。300℃ 以上即升华。在水中溶解度极小,溶于二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、六甲基磷酰三胺。由于它溶解度小和熔点高,提纯困难。
生产方法在19世纪就已发现了PTA,直到1949年英国卜内门化学工业公司发现PTA(或其衍生物对苯二甲酸二甲酯)是制造聚酯主要原料后,才开始广泛生产。1981年世界PTA产量已达3.485Mt。第一个工业化的生产方法是硝酸氧化法。随着聚酯工业的发展,已开发出从多种原料出发、通过多种途径生产PTA的方法(图1)。Zui经济、采用Zui广的是以对二甲苯为原料的高温液相氧化法(见彩图),此法收率高,流程短。对二甲苯低温氧化法反应条件较温和,腐蚀性小,但流程较长,只在少数工厂采用。也有人提出先使对二甲苯经氨化氧化反应生成对苯二腈,水解生成PTA,但此法还未大规模生产。由于从混合二甲苯中分离对二甲苯成本较高,也开发了一些从其他原料出发的方法。这些方法中有的虽早已工业化,但并无发展,有的则只是处于中间试验阶段。对二甲苯高温液相氧化法 此法由美国中世纪公司及英国卜内门化学工业公司于1955年提出,19 图158年由美国阿莫科化学品公司工业化生产。 总的反应式为(图1): 但实际过程复杂得多,有人认为是经过下列步骤(图2): 图2由于第二个甲基不易氧化,反应过程易停止在对甲基苯甲酸或对羧基苯甲醛阶段。为使氧化反应能继续进行,阿莫科化学品公司采用高温和在醋酸钴-醋酸锰催化剂(见络合催化剂)中加入助催化剂溴化物(常用四溴乙烷)的流程(图3)。溴化物所产生的溴可引发产生自由基链式氧化反应。氧化反应一般在塔式反应器中进行。反应温度为175~230℃,但多数是高于200℃。较高的温 图3度可以加速反应,减少中间产物,但分解所得副产物也增加。因反应热是依靠蒸发反应生成的水和溶剂醋酸移走的,故反应压力与蒸发量有关,一般为1.5~3.0MPa。停留时间为0.5~3h。醋酸钴和醋酸锰的浓度增加,可缩短停留时间或降低反应温度。高温氧化过程以对二甲苯计收率可达90%以上。由于反应温度高,又存在溴,具有强烈的腐蚀作用,故反应器需用钛或衬钛材料。PTA在醋酸中溶解度不大,氧化产物呈泥浆状,经离心分离、干燥后即得固体的粗TPA,其中Zui有害的杂质是对羧基苯甲醛(含量1000~5000ppm)。粗TPA可经对苯二甲酸二甲酯生产聚酯,但更好的方法是提纯,用精TPA直接作聚酯的原料。常用的精制方法是阿莫科公司采用的加氢法,即在高温、高压下使粗TPA溶于水,在钯催化剂存在下对杂质进行加氢,再经结晶、过滤,即得纤维级(适于纺丝的纯度规格)精PTA,产品中对羧基苯甲醛的含量可小于25ppm。精制过程中对苯二甲酸收率大于97%。精制方法除加氢外,还有升华等方法。对二甲苯低温氧化法此法反应温度一般低于150℃,催化剂虽也用醋酸钴,但不用溴化物。此时为使第二个甲基转化成羧基,一般要加入在氧化反应时易产生过氧化物的共氧化物。例如,美国莫比尔化学公司用甲基乙基酮,美国伊斯曼-柯达公司用乙醛,日本东丽公司用三聚乙醛。这些物质氧化后也都生成醋酸,而醋酸就是氧化时所使用的溶剂。反应条件以东丽法为例:温度120~150℃,压力3MPa,产率为96%。低温氧化法由于无溴化物,且反应温度低,反应器可以不用钛材。折叠苯酐转位法 联邦德国亨克尔公司的专利(图4中的11、12、13、16流程),又称亨克尔Ⅰ法(Henkel Ⅰ)。 图4由日本帝人公司实现工业化。该法将邻苯二甲酸酐先转化为邻苯二甲酸二钾盐,经转位反应可得对苯二甲酸二钾盐,再经酸化(或称酸析)即可得PTA。在这些步骤中Zui困难的是转位反应,此反应用镉或锌催化剂,反应温度350~450℃,压力1~5MPa,反应器结构也很复杂。用硫酸酸化后生成的硫酸钾,转化为氢氧化钾再循环使用很困难,只能用作钾肥。亨克尔Ⅰ法原料贵,技术复杂,虽已工业化,但并未得到推广。折叠甲苯氧化歧化法又称亨克尔Ⅱ法(即图4中的1、12、14、16流程)。即以甲苯为原料,先经氧化制成苯甲酸,将其钾盐进行歧化,生成苯和对苯二甲酸二钾盐,经酸化即成PTA。其中Zui关键的是歧化反应,反应在400℃、2MPa和二氧化碳存在下进行。此法于1963年在日本由三菱化学工业公司实现了工业化。因成本高,于1975年停产。但又因原料甲苯比对二甲苯便宜得多,仍有一些国家的公司在研究改进此法。