KR20080020594A - A process for the preparation of p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 물에서 p-크실렌의 액상 산화에 의한 p-톨루엔산의 제조방법에 관한 것으로, 특히 p-톨루엔산 및 코발트 아세테이트 (cobaltous acetate) 또는 촉매인 세륨(III) 아세테이트와의 결합, 및 코발트염 또는 세륨 및/또는 망간 염과의 결합으로 구성된 촉매가 존재하는 상태에서 물에서 p-크실렌의 액상 산화에 의한 p-톨루엔산의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용매인 물에서 p-크실렌의 산화에 의한 p-톨루엔산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the preparation of p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in water, in particular the binding of p-toluic acid and cobalt acetate (cobaltous acetate) or the catalyst cerium (III) acetate, and cobalt A process for the preparation of p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in water in the presence of a salt or a catalyst composed of a combination of cerium and / or manganese salts. In particular, the present invention relates to a process for preparing p-toluic acid by oxidation of p-xylene in water as a solvent.
p-톨루엔산은 중요한 화학적 중간 생성물로서, 의약품, 농약, 염료, 형광 발광제 등의 제조시 완제품을 제조하는 데 폭넓게 이용된다. 또한 다양한 화학 화합물의 유기 합성시 이용된다. p-톨루엔산은 테레프탈산/디메틸 테레프탈레이트의 생성 중에 부산물로서 생성되는데, 이것은 주로 아세트산 매체에서 산소/공기에 의한 p-크실렌의 액상 산화에 의해 생성된다.P-toluic acid is an important chemical intermediate product and is widely used in the manufacture of finished products in the manufacture of pharmaceuticals, pesticides, dyes, fluorescent emitters and the like. It is also used in the organic synthesis of various chemical compounds. P-toluic acid is produced as a byproduct during the production of terephthalic acid / dimethyl terephthalate, which is produced mainly by the liquid phase oxidation of p-xylene by oxygen / air in acetic acid medium.
개시제(initiator)인 브롬 또는 브롬 함유 화합물 및 코발트와 망간 성분을 포함하는 촉매가 존재하는 곳에서 아세트산 용매에서 p-크실렌의 테레프탈산으로의 산화가 미국특허 제2,833,816호에 기재되어 널리 실시되고 있다. 코발트, 망간 및 브롬화물로 구성된 동종의 촉매계는 이 공정의 핵심이다. 공기중에서 압축된 산소가 산화제로 사용되고 아세트산은 용매로 사용된다.The oxidation of p-xylene to terephthalic acid in an acetic acid solvent is widely described in US Pat. No. 2,833,816 where an initiator is a bromine or bromine containing compound and a catalyst comprising cobalt and manganese components. Homogeneous catalyst systems consisting of cobalt, manganese and bromide are the heart of this process. Oxygen compressed in air is used as oxidant and acetic acid as solvent.
이러한 액상 산화에는 브롬을 사용하는 것이 유리하지만, 몇가지 단점도 있다. 산화반응 중에 부식성이 높은 브롬 아세트산 수용액 환경에서는 이 공정의 일부에서 값비싼 티타늄 라인 장비가 필요하다. 또한, 반응 중에, 브롬은 유해 기체인 메틸 브로마이드를 생성한다. 게다가, 브롬 촉진 공정에서, 반응 혼합물은 실질적으로 "무수(無水) 상태"를 유지하여야 한다 (미국특허 제3,064,044호).It is advantageous to use bromine for this liquid phase oxidation, but there are some disadvantages as well. Highly corrosive bromine acetic acid environments during oxidation require expensive titanium line equipment as part of this process. In addition, bromine produces methyl bromide, a harmful gas. In addition, in the bromine promotion process, the reaction mixture must remain substantially “anhydrous” (US Pat. No. 3,064,044).
다른 특허 (미국특허 제3,046,305호)에서는 톨루엔으로부터 p-톨루엔산을 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 여기서는 톨루엔이 프리델 및 크래프트 반응 (Friedel and Craft reaction)의 조건에서 클로로포름아미드와 반응하고, 이렇게 얻어진 생성물은 p-톨루엔산으로 가수분해된다. 이 공정은 실용적이지 않다.Another patent (US Pat. No. 3,046,305) discloses a process for preparing p-toluic acid from toluene, wherein toluene is reacted with chloroformamide under conditions of Friedel and Craft reaction, and the product thus obtained Is hydrolyzed to p-toluic acid. This process is not practical.
물에서 p-크실렌의 테레프탈산으로의 산화를 보고하는 다른 특허가 있다. 벨기에의 Labofina, S. A. 의 특허 (미국특허 제4,334,086호)에는 p-크실렌의 산화를 위한 2단계 공정에 대해 기술하고 있는데, 제 1 단계에서는 Co-Mn 촉매 및 10% (wt%) 물이 존재하는 상태에서 170℃ 에서 p-크실렌의 산화를 수행한다. 제 2 단계에서는 일부 산화된 화합물이 20-70% 물이 존재하는 상태에서 200℃ 에서 더 산화된다. 이 산화 후에, 수용성 화합물이 180-200℃ 에서 불용성 테레프탈산으로부터 분리되는데, 이것은 p-톨루엔산, 촉매, 및 다른 부산물을 포함하고 추후 산화를 위해 재활용된다. 침적 컬럼(sedimentation column)에서 얻어진 미가공 테레프탈 산 결정은 불순물로서 약 4.5% p-톨루엔산 및 2.5% 4-카르복시벤즈알데히드를 갖는다. Labofina. S. A. (미국특허 제4,357,475호) 는 또한 상기한 바와 같이 물이 존재하는 상태에서 p-크실렌의 유사한 산화 공정을 위한 산화 온도와 침적 컬럼의 온도 사이의 상관관계에 대해 기술하고 있다. Labofina. S. A. (미국특허 제4,259,522호)는 또한 물이 존재하는 상태에서 m-크실렌을 산화시킴으로써 이소프탈산에 대한 유사한 공정에 대해 기술하고 있다. 상기 특허를 포함한 대부분의 특허들은 주요 생성물로서 테레프탈산을 생성하기 위해 p-크실렌의 산화에 대한 공정에 대해 기술한다. 수용성 매체에서 p-크실렌의 액상 산화에 의해 p-톨루엔산을 선택적으로 생성하는 공정에 대해 이용가능한 정보가 거의 없다. 브롬화물 개시제가 존재하는 상태에서 아세트산 매체에서 p-크실렌의 p-톨루엔으로의 산화에 대해 S. H. Zaidi [Applied Catalysis, 27, 99-106 (1986)] 에 의해 기술되었다. 따라서, 개시제로서 브롬화 화합물을 사용하지 않고 알맞은 동작조건 하에서 물에서 p-크실렌의 액상산화에 의해 주요 생성물로서 p-톨루엔산을 생성하는 공정은 매우 경제적이며 상업적 가능성이 있을 뿐 아니라 환경친화적인 기술이다.There is another patent reporting the oxidation of p-xylene to terephthalic acid in water. The Belof Labofina, SA patent (US Pat. No. 4,334,086) describes a two-step process for the oxidation of p-xylene, in which the Co-Mn catalyst and 10% (wt%) water are present. Oxidation of p-xylene is carried out at 170 ° C in the state. In the second step, some oxidized compounds are further oxidized at 200 ° C. in the presence of 20-70% water. After this oxidation, the water soluble compound is separated from insoluble terephthalic acid at 180-200 ° C., which contains p-toluic acid, a catalyst, and other byproducts and is recycled for later oxidation. The crude terephthalic acid crystals obtained in the sedimentation column have about 4.5% p-toluic acid and 2.5% 4-carboxybenzaldehyde as impurities. Labofina. S. A. (US Pat. No. 4,357,475) also describes the correlation between oxidation temperature and deposition column temperature for a similar oxidation process of p-xylene in the presence of water as described above. Labofina. S. A. (US Pat. No. 4,259,522) also describes a similar process for isophthalic acid by oxidizing m-xylene in the presence of water. Most patents, including the above patents, describe a process for the oxidation of p-xylene to produce terephthalic acid as the main product. Little information is available on the process for selectively producing p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in an aqueous medium. The oxidation of p-xylene to p-toluene in acetic acid medium in the presence of a bromide initiator was described by S. H. Zaidi [Applied Catalysis, 27, 99-106 (1986)]. Thus, the process of producing p-toluic acid as the main product by liquid phase oxidation of p-xylene in water under suitable operating conditions without the use of brominated compounds as initiators is a very economical and commercially feasible and environmentally friendly technique. .
본 발명의 주요 목적은 물에서 p-크실렌의 액상 산화에 의한 p-톨루엔산의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a main object of the present invention to provide a process for the preparation of p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in water.
본 발명의 또다른 목적은 물 및 무(無) 브롬 (bromine free) 촉매와 같은 환경친화적 용매에서 p-크실렌의 산화를 수행하는 방법을 제공함으로써 용매로서의 알칸산 및 개시제로서의 브롬 화합물과 같은 부식성 물질의 사용을 피할 수 있다.Another object of the present invention is to provide a process for the oxidation of p-xylene in environmentally friendly solvents such as water and bromine free catalysts, thereby providing a corrosive substance such as alkanoic acid as a solvent and bromine compound as an initiator. The use of can be avoided.
본 발명의 또다른 목적은 고순도의 p-톨루엔산이 얻어지도록 테레프탈산 및 카르복시벤즈알데히드와 같은 반응 부산물이 가능한 한 최소량으로 생성되는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a process in which reaction by-products such as terephthalic acid and carboxybenzaldehyde are produced in the smallest possible amount so that high purity p-toluic acid is obtained.
본 발명의 또다른 목적은 p-톨루엔산 및 물이 존재하는 상태에서 산소나 공기 또는 N2-O2 혼합물로 p-크실렌을 산화시킴으로써 p-톨루엔산을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing p-toluic acid by oxidizing p-xylene with oxygen, air or N 2 -O 2 mixture in the presence of p-toluic acid and water.
본 발명의 일태양에 따르면, 본 발명은 물에서 p-크실렌의 액상 산화에 의한 p-톨루엔산의 제조방법에 있어서, 5-10 시간 동안 130-190℃의 온도범위에서, 총 차지 (total charge)의 40-85% 범위의 물에서 p-크실렌의 몰당 1-200 mmol 의 범위에서 Co, Mn, Ce 및 그 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 전이금속의 촉매적 활성염이 존재하는 상태에서, 3-25kg/㎠ 압력에서 60-80 ml/min의 방출유속으로, p-크실렌 또는 p-크실렌과 p-톨루엔산의 혼합물을 산소, 공기 또는 산소/질소 혼합물로 산화시키는 단계; 상기 반응 혼합물을 냉각시키는 단계; 및 상기 반응하지 않은 p-크실렌을 유기 용매로 세정한 다음에 여과하여 제거함으로써 원하는 생성물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.According to one aspect of the invention, the present invention is a method for producing p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in water, in a temperature range of 130-190 ℃ for 5-10 hours, the total charge In the presence of a catalytically active salt of a transition metal selected from the group consisting of Co, Mn, Ce and compounds in the range of 1-200 mmol per mole of p-xylene in water in the range 40-85% of Oxidizing p-xylene or a mixture of p-xylene and p-toluic acid to oxygen, air or an oxygen / nitrogen mixture at a release flow rate of 60-80 ml / min at 25 kg / cm 2 pressure; Cooling the reaction mixture; And washing the unreacted p-xylene with an organic solvent followed by filtration to obtain a desired product.
본 발명의 일실시예에서, 사용된 촉매의 양은 p-크실렌의 몰당 5-160mmol 이다.In one embodiment of the invention, the amount of catalyst used is 5-160 mmol per mole of p-xylene.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 전이금속염은 코발트 아세테이트(cobaltous acetate), 망간 아세테이트, 세륨 아세테이트, 및 그 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다.In another embodiment of the invention, the transition metal salt is selected from the group consisting of cobaltous acetate, manganese acetate, cerium acetate, and compounds thereof.
본 발명의 다른 실시예에서, 사용된 코발트 아세테이트는 p-크실렌의 몰당 5-150mmol 이다.In another embodiment of the invention, the cobalt acetate used is 5-150 mmol per mole of p-xylene.
본 발명의 다른 실시예에서, 사용된 세륨(III) 아세테이트의 농도는 p-크실렌의 몰당 최대 6mmol 이다.In another embodiment of the invention, the concentration of cerium (III) acetate used is at most 6 mmol per mole of p-xylene.
본 발명의 다른 실시예에서, 사용된 p-톨루엔산은 p-크실렌의 몰당 약 0.1 내지 약 1.5mmol 이다.In another embodiment of the invention, the p-toluic acid used is from about 0.1 to about 1.5 mmol per mole of p-xylene.
본 발명의 다른 실시예에서, 물은 반응 혼합물의 약 50 내지 약 80 중량%로 구성된다.In another embodiment of the invention, the water consists of about 50 to about 80 weight percent of the reaction mixture.
본 발명의 다른 실시예에서, 압력은 바람직하게는 5 내지 20kg/㎠ 의 범위에서 물을 액체상태로 유지할 수 있으면 충분하다.In another embodiment of the invention, the pressure is preferably sufficient to keep the water in the liquid state in the range of 5 to 20 kg / cm 2.
본 발명의 다른 실시예에서, 반응 혼합물은 실질적으로 외래의 유기용매가 없다.In another embodiment of the invention, the reaction mixture is substantially free of organic solvents.
본 발명의 다른 실시예에서, 반응 생성물은 여과에 의해 회복된 후, 여과액의 증발 및 세정에 의해 반응하지 않은 p-크실렌 및 용매 (물)의 일부를 회복한다.In another embodiment of the invention, the reaction product is recovered by filtration and then recovers some of the unreacted p-xylene and solvent (water) by evaporation and washing of the filtrate.
본 발명의 다른 실시예에서, 소량의 반응 생성물 및 촉매로 구성된 생성물에 잔류하는 물은 추후 산화에서 재활용된다.In another embodiment of the invention, the water remaining in the product consisting of a small amount of reaction product and catalyst is recycled in later oxidation.
상기 공정은, 교반 반응기에서, Mn, Ce 및 코발트 화합물과의 그 혼합물로부터 선택된 촉매적 활성 금속화합물이 존재하는 상태에서, 물을 액상으로 유지하는 데 충분한 130-190℃ 온도 및 5-20kg/㎠ 압력에서 물의 50-80 중량%를 함유하는 수용액에서 수행된다. 이 반응후, 생성물이 여과에 의해 고체 물질로서 분리된다. 미반응 p-크실렌은 증류에 의해 여과액으로부터 회복되어 재활용된다. 소량의 반응 생성물 및 촉매를 포함하는 잔여 수용액은 추후 산화에서 재활용된다.The process is carried out at 130-190 ° C. temperature and 5-20 kg / cm 2, sufficient to maintain water in the liquid phase in the presence of a catalytically active metal compound selected from its mixture with Mn, Ce and cobalt compounds in a stirred reactor. It is carried out in an aqueous solution containing 50-80% by weight of water at pressure. After this reaction, the product is separated off as a solid material by filtration. Unreacted p-xylene is recovered from the filtrate by distillation and recycled. The remaining aqueous solution containing a small amount of reaction product and catalyst is later recycled in the oxidation.
개시제로서의 브롬함유 화합물 및 Co/Mn 촉매가 존재하는 상태에서 아세트산 용매에서 p-크실렌의 액상 산화에 의해 테레프탈산의 생성에 대한 문헌에 다양한 공정들이 기술되어 있다. 이러한 공정에서 희석액으로서의 물의 효과가 하노티어 등 (미국특허 제4,334,086호 및 제4,357,475호)에 의해 보고되었지만, 주요 과제로서 p-톨루엔산을 생성하기 위해 수용성 매체에서 산소 분자에 의한 p-크실렌의 산화에 관한 이용가능한 정보가 거의 없다.Various processes are described in the literature for the production of terephthalic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in acetic acid solvent in the presence of bromine-containing compounds as initiators and Co / Mn catalysts. Although the effect of water as a diluent in this process has been reported by Hanotier et al. (US Pat. Nos. 4,334,086 and 4,357,475), the main challenge is the oxidation of p-xylene by oxygen molecules in an aqueous medium to produce p-toluic acid. There is little information available about.
이 산화반응이 수행되는 경우에, 세륨과 결합되거나 또는 세륨없이 Co, Mn 화합물로부터 촉매가 선택되고, 이 촉매의 농도는 p-크실렌의 몰당 1-200 mmol의 범위이다. 코발트 및 망간의 화합물은 코발트 아세테이트 및 망간 아세테이트인 것이 바람직하고, 코발트 아세테이트의 농도는 p-크실렌의 몰당 5-150mmol 범위이다. 세륨 화합물은 세륨 (III) 아세테이트이다.When this oxidation reaction is carried out, a catalyst is selected from Co, Mn compounds with or without cerium and the concentration of this catalyst is in the range of 1-200 mmol per mole of p-xylene. The compounds of cobalt and manganese are preferably cobalt acetate and manganese acetate, and the concentration of cobalt acetate is in the range of 5-150 mmol per mole of p-xylene. Cerium compound is cerium (III) acetate.
상기 공정에서, p-톨루엔산의 존재는 중요하고 물에서 p-크실렌의 산화 동안에 중요한 역할을 한다. 연구 과정 동안에, 130℃에서 p-크실렌의 16.6% p-톨루엔산은 결과적으로 각각 p-톨루엔산 및 테레프탈산에 대한 80.03%, 16-79% 선택성을 갖는 크실렌 (76.87%) 의 최대 변환을 가져왔음이 밝혀졌다. p-톨루엔산의 존재는 물에서 p-크실렌을 산화하는 데 필수적이고 최소 16.6%의 p-크실렌이 p-크실렌의 산화된 생성물로의 최대 변환을 얻는 데 필요하다. 본 발명의 공정에서, p-톨루엔산의 농도는 p-크실렌의 몰당 약 0.1 내지 약 1.5mmol의 범위에 있다.In this process, the presence of p-toluic acid is important and plays an important role during the oxidation of p-xylene in water. During the course of the study, 16.6% p-toluic acid of p-xylene at 130 ° C. resulted in a maximum conversion of xylene (76.87%) with 80.03% and 16-79% selectivity to p-toluic acid and terephthalic acid, respectively. Turned out. The presence of p-toluic acid is necessary to oxidize p-xylene in water and at least 16.6% of p-xylene is necessary to obtain the maximum conversion of p-xylene to the oxidized product. In the process of the present invention, the concentration of p-toluic acid is in the range of about 0.1 to about 1.5 mmol per mole of p-xylene.
본 발명에서, 산화는 용매인 물이 존재한 상태에서 수행된다. 용매로서의 물의 존재는 이 반응을 더욱 어렵게 하는 산화에 대한 3상 시스템을 만든다. 본 발명은 용매로서의 55-80% 물이 130-150℃에서 산화를 위해 편리하게 사용될 수 있음을 나타낸다. 소량의 물이 사용될 때, 즉 반응 혼합물의 55% 미만이 사용될 때, 이 반응 혼합물은 진한 슬러리가 되어서 휘젓기가 힘들고 반응물의 적당한 혼합은 기계적 교반으로도 달성될 수 없었다. 반응물의 불량한 혼합은 아마도 O2의 액상으로의 확산에 대한 저항의 증가로 인해 p-크실렌의 더 낮은 변환을 가져왔다. 테레프탈산으로의 선택성 뿐 아니라 p-크실렌의 변환은 130℃ 에서 150℃로의 온도 증가와 함께 어느 정도 증가하지만, p-톨루엔산에 대한 선택성은 거의 동일하다.In the present invention, the oxidation is carried out in the presence of water as a solvent. The presence of water as a solvent creates a three-phase system for oxidation that makes this reaction more difficult. The present invention shows that 55-80% water as solvent can be conveniently used for oxidation at 130-150 ° C. When a small amount of water is used, i.e. less than 55% of the reaction mixture is used, the reaction mixture becomes a thick slurry which is difficult to stir and proper mixing of the reactants could not be achieved even by mechanical stirring. Poor mixing of the reactants resulted in lower conversion of p-xylene, possibly due to an increase in resistance to diffusion of O 2 into the liquid phase. The conversion of p-xylene as well as the selectivity to terephthalic acid increases somewhat with increasing temperature from 130 ° C. to 150 ° C., but the selectivity to p-toluic acid is about the same.
본 발명에서, 세륨(III) 아세테이트는 p-크실렌의 몰당 6mmol 까지의 농도로 코발트 아세테이트와 결합하여 보조촉매제로서 사용될 때 p-톨루엔산의 선택성을 증가시켰다. 코발트(II) 아세테이트와 함께 세륨(III) 아세테이트의 존재는 산화 중에 중요한 역할을 한다. 세륨(III) 아세테이트는 촉매제인 코발트(II) 아세테이트 [~5% (몰%)의 Co(II)] 및 p-크실렌과 함께 사용될 때 p-크실렌의 이 촉매 [6.7%(몰%)]가 존재하는 상태에서 130℃ 온도 및 20kg/㎠ 압력의 산소에서 물 (차지 (charge)의 77%)에서 산화되었고, p-톨루엔산의 선택성은 77.53% 에서 84.68%로 증가하였다.In the present invention, cerium (III) acetate was combined with cobalt acetate at concentrations up to 6 mmol per mole of p-xylene to increase the selectivity of p-toluic acid when used as cocatalyst. The presence of cerium (III) acetate along with cobalt (II) acetate plays an important role during oxidation. Cerium (III) acetate is a catalyst of cobalt (II) acetate [~ 5% (mol%) of Co (II)] and p-xylene when used with p-xylene [6.7% (mol%)] In the presence, it was oxidized in water (77% of charge) at 130 ° C. temperature and 20 kg / cm 2 pressure of oxygen, and the selectivity of p-toluic acid increased from 77.53% to 84.68%.
본 발명에서, 반응기 내용물은 냉각, 여과되고 물로 세정되었다. 여과액 및 세정액은 증류되고, 여기서 미반응 p-크실렌 및 동일 부분의 물은 p-크실렌 및 물의 아제오트로픽 혼합물 (azeotropic mixture)로서 증류된다. 이렇게 얻어진 p-크실렌은 재활용된다. 촉매 및 소량의 산화 생성물을 포함하는 잔여 수용액도 추후 산화에서 재활용된다.In the present invention, the reactor contents were cooled, filtered and washed with water. The filtrate and rinse are distilled, where the unreacted p-xylene and the same portion of water are distilled as an azeotropic mixture of p-xylene and water. The p-xylene thus obtained is recycled. The remaining aqueous solution containing the catalyst and a small amount of oxidation product is also recycled later in the oxidation.
본 발명은 다음 실시예를 참조하여 상세히 기술되며, 여기서 상이한 공정 조건/반응 파라미터는 예시의 목적으로 주어지고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.The invention is described in detail with reference to the following examples, where different process conditions / reaction parameters are given for the purpose of illustration and should not be construed as limiting the scope of the invention.
실시예Example -1-One
p-크실렌 30g, p-톨루엔산 5.0g, 코발트 아세테이트 5.0g, 및 물 150g이 오토클레이브에 충전되었다. 이 반응기는 약 15kg/㎠ 압력으로 산소로 가압된 후 130℃로 가열되었다. 이 반응기의 압력은 연속적으로 휘저으면서 방출 산소 유속 75ml/min 에서 20kg/㎠로 유지되었다. 6시간 반응 후에, 이 반응기는 냉각되었고, 내용물은 여과되어 톨루엔으로 세정되었다. 총 반응하지 않은 p-크실렌은 이들을 기체 크로마토그래피에 의해 분석함으로써 유기체 상태 및 톨루엔 트랩 (반응 중에 방출 기체가 통과한 반응기 후에 유지됨)의 내용물로부터 결정되었다. 고체 생성물도 p-톨루엔산 (p-TA) 82.39%, 4-카르복시벤즈알데히드 (4-CBA) 1.82%, 테레프탈산 (TPA) 13.50%, 기타 1.35% 로서의 산소와 화합된 생성물 (mol%)로의 p-크실렌의 65.41% 변환으로 나타낸 반응 생성물/스트림의 G.C. 분석에 의해 분석되었다. 30 g of p-xylene, 5.0 g of p-toluic acid, 5.0 g of cobalt acetate, and 150 g of water were charged to the autoclave. The reactor was pressurized with oxygen to a pressure of about 15 kg / cm 2 and then heated to 130 ° C. The pressure in this reactor was continuously stirred at 20 kg / cm 2 at 75 ml / min of discharge oxygen flow rate. After 6 hours reaction, the reactor was cooled down and the contents were filtered and washed with toluene. Total unreacted p-xylene was determined from the state of the organism and the contents of the toluene trap (which is maintained after the reactor through which the offgas passed during the reaction) by analyzing them by gas chromatography. The solid product is also p- to 82-39% of p-toluic acid (p-TA), 1.82% of 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), 13.50% of terephthalic acid (TPA), and other products (mol%) combined with oxygen as 1.35%. GC of reaction product / stream as 65.41% conversion of xylene Analyzed by analysis.
실시예Example -2-2
p-크실렌 30.0g이 5.0g p-TA, 5.0g 코발트 아세테이트, 및 150g 물이 존재하는 상태에서 150℃에서 산소와 함께 산화되었다. 이 반응은 실시예-1에서와 같이 수행되었다. 78.23% 의 p-크실렌은 p-TA 90.56%, 4-CBA 2.75%, TPA 6.32%, 및 기타 0.30%로 변환되었다.30.0 g of p-xylene was oxidized with oxygen at 150 ° C. in the presence of 5.0 g p-TA, 5.0 g cobalt acetate, and 150 g water. This reaction was carried out as in Example-1. 78.23% of p-xylene was converted to p-TA 90.56%, 4-CBA 2.75%, TPA 6.32%, and other 0.30%.
실시예Example -3-3
p-크실렌 30.0g이 촉매로서의 코발트 아세테이트 5.0g 및 물 150g이 존재하는 상태에서 150℃에서 산소와 함께 산화되었다. 이 반응은 실시예-1 에서와 같이 수행되고 처리되었다. p-TA가 없는 상태에서는, 산화는 일어나지 않았고 거의 모든 p-크실렌이 미반응상태로 회복되었다.30.0 g of p-xylene was oxidized with oxygen at 150 ° C. in the presence of 5.0 g of cobalt acetate and 150 g of water as catalyst. This reaction was carried out and processed as in Example-1. In the absence of p-TA, no oxidation occurred and almost all p-xylene recovered to the unreacted state.
실시예Example -4-4
p-크실렌 30.01g 이 150g의 물에서 촉매로서의 0.3g 세륨(III) 아세테이트 및 4.4g 의 코발트 아세테이트가 존재하는 상태에서 150℃에서 산소와 함께 산화되었다. 이 반응은 실시예-1 에서와 같이 수행되었다. p-TA가 없는 대신에 코발트와 함께 세륨이 존재하는 상태에서, 20.05%의 p-크실렌은 산소와 화합된 화합물로 변환되었다. 흰 고체 생성물이 p-TA 96.62%, 테레프탈산 0.42%, 및 기타 2.96%로 구성되어 발견되었다.30.01 g of p-xylene was oxidized with oxygen at 150 ° C. in the presence of 0.3 g cerium (III) acetate and 4.4 g of cobalt acetate as catalyst in 150 g of water. This reaction was carried out as in Example-1. In the presence of cerium with cobalt instead of without p-TA, 20.05% of p-xylene was converted to a compound combined with oxygen. A white solid product was found consisting of 96.62% p-TA, 0.42% terephthalic acid, and 2.96% other.
실시예Example -5-5
p-크실렌 30.0g 이 10.04g p-TA, 촉매로서의 코발트 아세테이트 5.0g, 및 용매로서의 150g의 물이 존재하는 상태에서 130℃에서 산소 분자와 함께 산화되었다. 이 반응은 실시예-1과 마찬가지로 수행되었다. 72.2%의 p-크실렌은 p-TA 77.53%, 4CBA 4.75%, TPA 16.98%, 및 기타 0.73% 와 같은 산소와 화합된 화합물로 변환되었다.30.0 g p-xylene was oxidized with oxygen molecules at 130 ° C. in the presence of 10.04 g p-TA, 5.0 g cobalt acetate as catalyst, and 150 g water as solvent. This reaction was carried out as in Example-1. 72.2% of p-xylene was converted to compounds combined with oxygen such as p-TA 77.53%, 4CBA 4.75%, TPA 16.98%, and other 0.73%.
실시예Example -6-6
세로스 아세테이트 (cerous acetate) 0.31g 및 코발트 아세테이트 4.48g의 혼합물이 촉매로서 사용된다는 점을 제외하고, 실시예-5의 실험조건하에서 p-크실렌 30.0g이 130℃에서 산소 분자와 함께 산화되었다. 67.34%의 p-크실렌은 p-TA 84.68%, 4-CBA 2.04%, 및 TPA 13.22% 로서의 산소와 화합된 화합물로 변환되었다.Under the experimental conditions of Example-5, 30.0 g of p-xylene was oxidized with oxygen molecules at 130 ° C. except that a mixture of 0.31 g of cerous acetate and 4.48 g of cobalt acetate was used as a catalyst. 67.34% of p-xylene was converted to compound combined with oxygen as p-TA 84.68%, 4-CBA 2.04%, and TPA 13.22%.
실시예Example -7-7
p-크실렌 30.0g이 10.0g p-TA, 촉매로서의 5.0g 코발트 아세테이트, 및 용매로서의 150g 물이 존재하는 상태에서 130℃에서 산소와 함께 산화되었다. 이 반응은 실시예-1에서와 같이 10kg/㎠ 압력에서 수행되었다. 73.38%의 p-크실렌은 p-TA 82.88%, 4-CBA 2.87%, 및 TPA 14.25% 로서의 산소와 화합된 화합물로 변환되었다.30.0 g p-xylene was oxidized with oxygen at 130 ° C. in the presence of 10.0 g p-TA, 5.0 g cobalt acetate as catalyst, and 150 g water as solvent. This reaction was performed at 10 kg / cm 2 pressure as in Example-1. 73.38% of p-xylene was converted to compound combined with oxygen as p-TA 82.88%, 4-CBA 2.87%, and TPA 14.25%.
실시예Example -8-8
p-크실렌 30.0g이 5.0g p-TA, 5.02g 코발트 아세테이트, 및 용매로서의 50g 물이 존재하는 상태에서 130℃에서 산소와 함께 산화되었다. 이 반응은 실시예-1에서와 같이 20kg/㎠ 압력에서 수행되었다. 67.46%의 p-크실렌은 p-TA 78.99%, 4-CBA 1.46%, TPA 16.24%, 기타 3.3% 로서의 산소와 화합된 화합물로 변환되었다.30.0 g of p-xylene was oxidized with oxygen at 130 ° C. in the presence of 5.0 g p-TA, 5.02 g cobalt acetate, and 50 g water as solvent. This reaction was carried out at 20 kg / cm 2 pressure as in Example-1. 67.46% of p-xylene was converted to compound compounded with oxygen as p-TA 78.99%, 4-CBA 1.46%, TPA 16.24%, other 3.3%.
본 발명에 따르면, 수용성 매체에서 p-크실렌의 액상 산화에 의한 p-톨루엔산의 제조 방법의 장점은 다음과 같다.According to the present invention, the advantages of the process for producing p-toluic acid by liquid phase oxidation of p-xylene in an aqueous medium are as follows.
1. 가장 중요한 장점은 용매로서 물을 사용하기 때문에 매우 안전하고, 불연 성이며, 무독성이고, 용이하게 입수가능하며 저렴하다는 점이다.The most important advantage is that it is very safe, nonflammable, non-toxic, readily available and inexpensive because it uses water as the solvent.
2. 수용성 매체에서의 발열 산화반응 중에 반응기로부터의 신속한 열전달로 인해 이 제조방법은 안전하다.2. This production method is safe due to the rapid heat transfer from the reactor during the exothermic oxidation reaction in an aqueous medium.
3. 브롬이 없는 촉매와 아세트산 용매의 배제로 인해 이 제조방법은 부식성이 없어서, 특별히 값비싼 장비가 불필요하다.3. Due to the elimination of bromine-free catalysts and acetic acid solvents, this manufacturing method is not corrosive, requiring no particularly expensive equipment.
4. p-크실렌의 높은 변환 및 p-톨루엔산의 높은 수율은 아세트산을 용매로 사용하는 것들에 필적한다.4. High conversion of p-xylene and high yield of p-toluic acid are comparable to those using acetic acid as a solvent.
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