Brevet FR2459220A1 — publié le 19810109

La présente invention due à KOMATSU Makoto, ODA Ryoichi concerne un procédé de purification de l'acide téréphtalique que l'on a obtenu par oxydation du p-tolualdéhyde en phase liquide, en pré- sence d'un composé du brome à titre de catalyseur, en utilisant l'eau comme solvant. Le brevet JA n 2666/59 décrit la réaction d'oxydation du p-xylène en présence de sels de métaux lourds tels que le cobalt, le manganèse, etc. et d'un composé du brome à titre de catalyseurs, en utilisant un acide monocarboxylique aliphatique inférieur en tant que solvant, pour obtenir de l'acide téréphtalique, ce procédé est largement utilisé à échelle industrielle. On connait également d'après les brevets JA 1392/64 ou GB 833 438 la réaction d'oxydation d'un composé aromatique contenant un substituant alcoyle ou un substituant alcoyle partiellement oxydé, dans un solvant aqueux, en présence d'un i.t brome pour obtenir l'acide téréphtalique. En outre, la production d'acide téréphtalique par o;:ydation de l'acide p-toluique dans un solvant aqueux contenan de l'acide bromhydrique est décrite dans la demande de brevet E"- bliée JA 4019/71 et dans le brevet US 3 678 106. Toutefois, l'acide téréphtalique qui est produit sen l'un quelconque de ces procédés de la technique antérieure dont tient habituellement du 4-carboxy-benzaldéhyde, qui sera déJné ci-après par "4-CBA", produit de réaction intermédiaire ou d2. matières colorées ou colorantes de structures inconnues et il est coloré en jaune. Donc,l'acide téréphtalique, tel qu'il est obtenu, ne peut être utilisé directement pour une réaction avec des Li'- cols pour former des polyesters et on doit le purifier ultérieu- rement pour obtenir un acide téréphtalique qui soit rie ciuali. pour la polymérisation directe. On connait d'autre part des procédés de production d'a- cide téréphtalique de grande pureté, par purification de l'avide téréphtalique brut, contenant des impuretés, d'ars les br vets J 16P60/66 et 33189/74, selon lesquels on disout cide téréphtalique dans l'eau à titre de solvant de cristallisati,rl, on effectue une réaction d'hydrogénation ou de décarbonylation, en présence d'un catalyseur lors de la dissolution dans l'ea,l, afin de transformer les matières intermédiaires de réaction t les matières colorantes, en une matière facile à purifier, l'on recristallise l'acide téréphtal;:ue pour obtenir l'acide téréphtalique de grande pureté. La Demanderesse a effectué des études en vue de la purification de acide téréphtalique obtenu par le procéda avec solvant aqueux selon la technique décrite dans le brevet JA 16860/66, et elle a découvert que la purification de l'@@@@@ téréphtalique obtenu par le procédé à solvant aqueuse est plus difficile que celle de l'acide téréphtalique obtenu par un 1ro- cédé avec solvant d'acide acétique. En résultat des recherches intensives pour résourir- le problzme, la Demanderesse a découvert que l'acide téréphtalilue obtenu par le procédé à solvant aqueux contient une très p'-.Lte quantité de composés du brome, alors que l'acide téréphtalique obtenu par le procédé à solvant d'acide acétique ne contien pa de quantités analysables de composés-du brome. I1 résulte d'au- tres études sur le comportement de composés du brome dan la réaction d'hydrogénation faites par la Demanderesse, que le. composés du brome sont transformés en bromure d'hydrogène par action de l'hydrogène. Ceci veut dire que l'on a constaté que lorsque l'acide téréphtalique brut formé dans le solvant d'acide acétique est dissout dans l'eau et qu'on effectue l'hydrogéna- tion à température élevée selon le procédé décrit dans le br En supposant que ce bromure d'hydrogène affaiblit l'ac tivité du catalyseur d'hydrogénation, la Demanderesse a aj.'ité de l'hydroxyde de sodium contenant au moins un équivalent en poids de sodium par rapport aux atomes de brome contenus dans l'acide téréphtalique brut dans la solution aqueuse d'acide téréphtalique à purifier, et ensuite on effectue l'hydrogénation et la recristallisation*, et lton a constaté qu'on n'observe pas d'affaiblissement de l'activité du catalyseur d'hydrogénation. La présente invention est basée sur cette découverte et elle fournit un procédé de purification d'acide téréphtalique brut obtenu par oxydation de p-tolualdéhyde en phase liquide avec de l'oxygène moléculaire en présence d'un composé du brome à titre de catalyseur en utilisant l'eau comme solvant, par dissolution de l'acide téréphtalique brut dans l'eau et en effectuant l'hydrogénation de la solution aqueuse résultante, en présence d'un catalyseur d'hydrogénation avec de l'hydrogèr. moléculaire et la recristallisation de l'acide téréphtalique prG venant de la solution qui consiste à ajouter une matière alcaline à l'acide téréphtalique avant l'hydrogénation. La quantité de matière alcaline à ajouter doit être au moins d'un équivalent en poids par rapport aux atomes de brome contenus dans l'acide téréphtalique brut à purifier. Môme ; la quantité de matière alcaline à ajouter est en excès par rapport aux atomes de brome en équivalent pondéral, l'activité catalytique elle-même n'est pas défavorablement influencée ou plutôt, on peut parfois en obtenir un résultat préférable, parce qu'il semble que l'on peut empêcher qu'une très petite quantité d'impuretés polymères s'accumule dans les pores du charbon activé en tant que support du catalyseur d'hydrogénation, mais la raison exacte n'a toutefois pas encore été élucidée. il va de soi qu'il n'est pas préférable d'accroître la quantité de matière al alir dans une mesure telle que ceci- diminue l'efficacité de la purification de l'acide téréphtalique. La matière alcaline que l'on utilise selon la présente invention comprend les hydroxydes, carbonates, bicarbonates, etc., de sodium, de potassium, de calcium, de baryum, etc. Le catalyseur que l'on utilise lors de l'oxydation de p-tolualdéhyde selon la présente invention, est un composé du brome capable d'engendrer des ions brome dans les conditions réactionnelles, tels que le bromure d'hydrogène (acide bromhydrique), le bromure d'éthyle, le bromure de sodium plus le chlorure d'hydrogène (acide chlorhydrique), etc. Des métro; lourds tels que le cobalt, le manganèse, etc., ne sont pas toujours nécessaires. La quantité de composé du brome à ajouter est de 'Ci,8 à 10 % en poids sous forme d'atomes de brome par rapport à l'eau en.tant que solvant. Lorsque la quantité de composé du brome es inférieure à 0,8 ,0 en poids, la matière de départ, le p-tolualdéhyde subit une vigoureuse réaction de combustion, ce qui aEfaiblit le rendement en acide téréphtalique. Lorsque la quantité de composé du brome est trop bportante d'autre part, a réaction d'oxydation s'effectue rapidement et l'on ne peut k tenir l'acide téréphtalique pur blanc, et des produits secor,- daires tels que 4-CBA augmentent, ce qui diminue le rendement en acide téréphtalique souhaité.La quantité de composé du brome qui est préférable pour avoir le-meilleur rendement tt,t de 2 à 7% en poids en tant qu'atomes de brome par rapport à l'eau à titre de solvant. La température de la réaction d'oxydation est comprise dans la gamme de 180 à 2500C, de préférence de 200 à 240"C. Lors que la température réactionnelle d'oxydation est trop basse, la réaction d'oxydation n'a pas lieu suffisamment, tandis que si la température est trop élevée la réaction de cpmbustion se produi rapidement et l'on ne peut obtenir l'acide téréphtalique pur blanc. La pression de la réaction d'oxydation dépend généralement automatiquement de l'étape consistant à garder constante la température réactionnelle par évaporation du solvant aqueux et à effectuer des opérations de condensation et de reflux, mai il est possible de tenir la pression réactionnelle à une valeur constante désirée à laide d'un dispositif d'échange de chaleur extérieur. La gamme des pressions n'-est pas particulièrement rigoureuse, dans la mesure dù la solution réactionnelle peut être retenue en phase liquide, mais elle est habituellement de 10 à 70 kg/cm2 au manomètre. Un agent d'oxydation est soit l'oxygène soit l'air, mais économiquement, on utilise l'air avantageusement. Le solvant qui est utilisé lors de la réaction d'oxydation est l'eau, et il est nécessaire d'ajouter de l'eau en tant que solvant au système réactionnel en une quantité qui est d'au moins 1,5 fois en poids celle de la matière de départ, le p-tolualdéhyde. L'acide téréphtalique qui résulte de la réaction d'oxydation est un acide téréphtalique brut contenant 0,01 à 1,0 % en poids, en particulier 0,05 à 0,3% en poids de 4-CBA, et après avoir été séparé du solvant aqueux, on redissout l'acide téréphtalique brut dans l'eau et on effectue l'hydrogéna- tion en présence d'un catalyseur d'hydrogénation. on peut utiliser dans ce but divers catalyseurs d'hydrogénation, et par exemples des métaux nobles du Groupe VIII du Tableau périodique des e*lents-, bers que le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osnium, l'iridium, le platine, etc., et le fer, le cobalt, le nickel, etc., sur un support tel que le charbon activé, la terre de diatomées, etc. utilisés sous forme d'une poudre très fine ou comme sel ou sous la forme du nickel Raney ou dfJ noir de platine ou de palladium. La température d'hydrogénation doit être au moins une température commode pour la dissolution complète de l'acide téréphtalique, et elle est habituellement comprise entre 200 et 3300C, de préférence entre 225 et 300"C. La pression d'hydrogénation n'est pas particulièrenlent rigoureuse dans la mesure où l'on peut tenir la solution aqueuse en phase liquide et elle est habituellement de 16 à 100 kg/cm2 ac manomètre. La durée de l'hydrogénation dépend de la pureté souhai tée pour l'acide téréphtalique purifié et des conditions de contact avec l'hydrogène, et elle est habituellement de 0,005 à 10 heures, de préférence de 0,01 à 2 heures. Lorsque l'on effectue la mise en oeuvre de la présente invention, on fournit continuellement du p-tolualdéhyde dans un solvant aqueux contenant 0,8 à 10 % en poids d'ions brome sous la forme d'atomes de brome ou dans un réacteur avec le solvant aqueux et l'onxyde en continu avec de l'oxygène moléculaire dans des conditions de réaction d'oxydation qui sont Température réactionnelle 180 à 240"C Allure de charge de p-tolualdéhyde 0,1 à 0,35 kg/h.litre (LSV) (par rapport au solvant) on sépare l'acide téréphtalique résultant d'avec la solution réactionnelle et on le redissout dans l'eau pour dissoudre totalement l'acide téréphtalique brut précipité.On ajoute ensuite une matière alcaline à la solution aqueuse d'acide téréphtalique et l'on amène en contact la solution aqueuse d'acide téréphtalique avec l'hydrogène en présence d'un catalyseur d'hydrogénation à température de 200 à 330"C, pendant une durée de contact de 0,005 à 10 heures. On refroidit la solution aqueuse hydrogénée et l'on sépare l'acide téréphtalique pur précipité d'avec la solution, et l'on recycle la liqueur-mère vers ld réaction d'oxydation pour la réutiliser en tant que solvant. Lors de la réaction d'oxydation, on utilise de l'eau à titre de solvant, mais on peut rapidement produire de l'acide téréphtalique de grande pureté par hydrogénation selon la pré sente invention alors que l'on peut prévenir efficacement en même temps la diminution de l'activité du catalyseur d'hydrogénation. EXEMPLE On charge en continu du p-tolualdéhyde en autoclave (capacité nette de 2 litres) rempli avec 900 g d'eau en tant que solvant, contenant 3 % en poids de bromure d'hydrogène (acide bromhydrique) à raison de 300 g par heure à 2300C pendant une heure, et l'on conduit l'oxydation en semi-continu. Après refroidissement, on retire l'acide téréphtalique résultant de l'autoclave, on le lave à l'eau à la température ambiante et on le sèche. Les propriétés de l'acide téréphtalique sont les suivantes 4-CBA 3 030 ppm OD340 1,23 OD340 représente l'absorption en 340 mu obtenue par mesure, en plaçant une solution de 2 g d'acide téréphtalique dans 25 ml de KOH 2N, dans une cellule de 50 mm. L'acide téréphtalique résultant contient 2100 ppm de composés du brome en tant qu'atomes de brome. On charge dans un autoclave de capacité nette de 2 litres et muni d'un agitateur, 300 g d'acide téréphtalique brut résultant (contenant 0,63 g d'atomes de brome, c'est-à-dire 7,9 . lo 3 équi- valents-grammes d'atomes de brome) 0,35 g d'hydroxyde de sodium (contenant 8,75 . 10 équivalents-grammes d'atomes de sodium) et 900 g d'eau. On remplit ensuite-l'autoclave avec de l'hydrogène sous 2 pression de 15 kg/cm2 au manomètre et l'on chauffe à 2800c Lors- que l'autoclave a atteint cette température, on plonge un petit casier, rempli de 27 g de catalyseur au palladium sur charbon activé dont on a excité l'activité initiale par une réaction dhy- drogénation préalable et dont l'activité est stable, dans la solution d'acide téréphtalique dans l'autoclave, à la suite d'un signal extérieur et on conserve en l'état à 2800C pendant une heure. Après l'achèvement de la réaction d'hydrogénation, on refroidit l'autoclave lentement pour précipiter l'acide téréphtalique. Les propriétés de l'acide téréphtalique purifié résultant sont données ci-dessous 4-CBA 10 ppm ou340 0,088 EXEMPLE COMPARATIF On purifie l'acide téréphtalique brut obtenu dans les mêmes conditions d'oxydation que celles de l'exemple, de la meme façon que dans l'exemple à ceci près que l'on n'ajoute pas d'hydroxyde de sodium. Les propriétés de l'acide téréphtalique-purifiées sont les suivantes 4-C8A 35 ppm OD340 0, 119 EXEMPLE DE REFERENCE On purifie de la meme façon que dans l'exemple, de l'acide téréphtalique brut obtenu à partir de p-xylène en tant que matière de départ, en utilisant comme solvant de l'acide acétique et du cobalt, du manganèse et du brome en tant que catalyseurs, à échelle industrielle. Les propriétés de l'acide téréphtalique brut sont les suivantes 4-CBA 1320 ppm OD340 - O, 670 Les propriétés de l'acide téréphtalique purifié sont les suivantes 4-CBA 3,5 ppm OD340 0,045 Lorsqu'on effectue la purification de l'acide téréphtalique obtenu par oxydation, en utilisant de l'eau comme solvant, sans y ajouter de matière alcaline, on observe que l'activité du catalyseur diminue, mais on peut prévenir cette diminution d' activité du catalyseur par l'addition de la matière alcaline REVENDICATIONS 1. Procédé de purification d'acide téraphtalique brut obtenu par oxydation de p-tolualdéhyde en phase liquide avec de l'oxygène moléculaire en présence -d'un composé du brome à titre de catalyseur, en utilisant de l'eau en tant que solvant, par dissolution de l'acide téréphtalique brut dans l'eau, l'hydrogénation de la solution aqueuse d'acide téréphtalique résultante avec de l'hydrogène moléculaire en présence d'un catalyseur d'hydrogénation et la recristallisation de l'acide téréphtalique provenant de la solution aqueuse d'hydrogénation, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter une matière alcaline à la solution aqueuse d'acide téréphtalique avant l'hydrogénation. -2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière alcaline est un hydroxyde, un carbonate ou un bicarbonate de sodium, de potassium, de calcium ou de baryum. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute à la solution aqueuse d'acide téréphtalique au moins un équivalent en poids de matière alcaline par rapport aux atomes de brome contenus dans l'acide téréphtalique brut.