[发明专利]用于由对苯二甲酸生产1,4-环己烷二甲醇和1,4-环己烷二甲酸的系统和方法

说明书

本发明涉及使用对苯二甲酸(TPA)作为原材料直接连续生产1,4‑环己烷二甲醇(CHDM)以及任选的和附加的1,4‑环己烷二甲酸(CHDA)。更具体地，通过利用热力学相行为和反应机理的出乎预料的特征，本发明涉及连续生产CHDM和CHDA的方法和系统，其特征在于直接使用TPA作为原料、促进溶剂和能量的有效利用并提供具有期望的高反式异构体含量的产物。

技术领域

1,4-环己烷二甲醇(后文中称为CHDM)是聚酯纤维、聚酯树脂、聚碳酸酯和聚氨酯生产中的重要中间体。当在聚对苯二甲酸乙二醇酯的生产中被用作二醇中的一种时尤为重要。在聚合物链中包含CHDM会有效改善大量的有用性能例如韧性、耐热性、耐候性、耐溶剂性和可加工性。

在合成纤维、合成树脂、涂料等的生产中，1,4-环己烷二甲酸(后文中称为CHDA)是类似重要的中间体。与CHDM类似，在聚合物链中包含CHDA提供改善的韧性、耐热性、耐候性等。

CHDM和CHDA都以顺式和反式立体异构形式存在。反式异构体具有比顺式异构体高得多的熔点，并且需要具有高反式含量的CHDM和CHDA来实现很多上述的期望的聚合物性能。

本发明总体上涉及通过直接氢化对苯二甲酸(后文中称为TPA)生产CHDM和CHDA。更具体地，通过利用热力学相行为和反应机理的出乎预料的特征，本发明提供一种生产CHDM和CHDA的方法和系统，其特征在于直接使用TPA作为原料、促进水和能量的有效利用和提供具有期望的高反式异构体含量的产物。

背景技术

TPA是生产CHDM和CHDA的真正原料。TPA芳环的氢化提供CHDA，芳环以及羧酸侧链的氢化提供CHDM。这如下所示：

TPA+3H₂→CHDA

CHDA+4H₂→CHDM+2H₂O。

然而，在氢化反应中直接使用TPA由于其高熔点和在反应溶剂中(特别是水中)在有利于氢化反应的温度下的差溶解性而复杂化。因此，代替TPA，用于生产CHDM和CHDA的工业方法依赖于能够更易于以液相—熔融或溶解方式使用的TPA衍生物的氢化。这意味着此类方法必须包括用于首先将TPA转化成其期望的衍生物的另外的加工步骤—通常需要高初始投资、增加的能量消耗和高操作成本。

例如，使用对苯二甲酸二甲酯(TPA的二酯，后文中称为DMT)生产CHDM是现有技术中熟知的。DMT氢化成CHDM通常分两个阶段进行——经钯催化剂氢化芳环得到1,4-环己烷二甲酸二甲酯(后文中称为DMCD)，然后经基于铜和铬的催化剂氢化DMCD的酯侧链以得到CHDM。这两个反应不能合并成一个阶段，并且反应步骤的顺序不能改变，否则会发生显著的副产物形成。这两个阶段都可以在气-液-固(后文中称为GLS)反应器中进行，例如美国专利No.3,334,149(转让给Eastman Kodak公司)和美国专利No.6,187,968(转让给SK NJC公司)中所述。可以如美国专利No.5,387,752和No.5,395,987(转让给Eastman化学公司)中所述以气相进行DMCD的氢化。制备DMT涉及在高压和高温下采用甲醇酯化TPA，这需要专业的高成本加工设备并且还导致增加的能量消耗和额外的操作成本。另外，必须在用于氢化阶段之前通过蒸馏分离和纯化DMT以除去任何副产物和酯化催化剂。此外，DMT的氢化形成甲醇。因此，甲醇的加工和纯化需要另外的加工步骤从而能够将其再用于酯化工艺中。

在美国专利No.8,410,318(转让给Eastman化学公司)中要求保护由TPA生产CHDM的方法。然而，这是高度令人误解的，因为要求保护的方法的第一阶段涉及用(4-甲基环己基)甲醇(后文中称为MCHM)酯化TPA以生产TPA的双(4-甲基环己基)甲醇二酯。然后，这种二酯在两个另外的阶段中氢化成CHDM。这实质上类似于基于DMT的方法(唯一区别在于使用MCHM代替甲醇形成TPA的初始二酯)并因此遭遇同样的上述问题。