불순물 퍼지 시스템으로의 공급물로서 산화적 분해로부터의 냉각된 모액을 사용하는 폴리카복실산 제조 시스템 document_id A220623066100

정제된 테레프탈산(PTA)을 제조하는 매우 다양한 공정들이 종래 기술에 개시되어 있다. 그러나, 이들 종래 공정들 중 일부만이 상업적으로 널리 사용되고 있다. 한 상업적 공정은 산화 단계들 사이에서 액체 교환이 이루어지는 2단계 산화 를 사용한다. 본원에서 "1차 산화"로 지칭되는 1차 산화 단계에서는, 파라-자일렌이 테레프탈산(TPA)으로 산화된다. 1차 산화 생성물은 액체 모액 및 조질의 테레프탈산(CTA) 입자를 함유하는 조질의 슬러리이다. 1차 산화에서 생성된 상기 조질의 슬러리는 최초 모액의 대부분을 세정 용매로 교체하는 액체 교환 공정에 적용된다. 얻어지는 액체-교환된 슬러리는 이후 본원에서 "산화적 분해"로 지칭되는 2차 산화 단계에서 정제된다. 산화적 분해는 산화 조건하에서 TPA 입자의 연속적 용해와 재침전을 포함하는 공정을 통해 더욱 순수한 TPA 입자를 생성한다. 산화적 분해로부터 생성된 TPA 입자는 두 가지 주요한 이유로 산화적 분해 내로 도입된 CTA 입자보다 더 순수하다: (1) CTA 입자에 최초로 포획된 반응 중간체(예컨대, 4-카복시벤즈알데하이드(4-CBA) 및 파라-톨루엔산(PTAC))는 산화적 분해 동안 TPA로 더욱 산화되기 때문이고; (2) 산화적 분해와 관련된 용해 및 재침전은 상대적으로 비반응성 방향족 불순물(예컨대, 아이소트팔산(IPA))의 일부를 고상과 액상으로 분할하기 때문이다. TPA 입자의 순도를 증가시키는 것 외에도, 산화적 분해는 또한 산화적 분해로 처리된 CTA 입자보다 더 큰 TPA 입자를 생성하는 장점을 갖는다. 산화적 분해에 의해 생성된 상기 큰 TPA 입자는 더욱 효율적이고 효과적인 하류(downstream) 가공을 촉진한다. 1차 산화와 산화적 분해 사이의 액체 교환(liquor exchange) 단계는 두 가지 주요한 기능을 제공한다: (1) 고체 CTA로부터 가용성인, 상대적으로 비반응성 방향족 불순물(예컨대, IPA)의 제거; 및 (2) 조질 슬러리의 액상에 존재하는 촉매 화합물의 제거. 액체 교환에 의해 제공되는 상대적으로 비반응성 방향족 불순물의 제거는 CTA가 고가의 수소화 공정 없이 적절히 정제될 수 있도록 한다. 액체 교환에 의해 제공되는 촉매를 제거하면, 산화적 분해 동안의 화학 활성을 감소시키므로, 탄소 연소 손실은 감소되는 반면, 방향족 중간체 화합물의 TPA로의 추가 전환에 필요한 반응성은 여전히 유지된다. 액체 교환에 의해 제공되는 촉매 농도의 감소는 또한 고체 PTA 생성물의 후속적인 단리 동안 더욱 효과적이고 더욱 완벽하게 촉매 화합물을 제거한다. 1차 산화와 산화적 분해 단계 사이의 액체 교환은 장점을 갖지만, 조질 슬러리로부터 고온의 인화성 부식성 모액을 연속적으로 제거하고, 상기 제거된 모액을 고온의 인화성 부식성의 세정 용매로 연속적으로 교체하는 것은 고비용적이고 어려울 수 있다. 상기 유형의 액체 교환 단계와 관련된 특별히 중대한 비용은 고가의 금속(예컨대, 티탄) 또는 금속 합금으로 제조된 하나 이상의 원심분리기 또는 압력 필터에서 전형적으로 일어나는 액체 교환이다. 과거에, 다수의 자료들은 PTA가 1차 산화와 산화적 분해 사이의 액체 교환 단계를 사용하지 않고 제조될 수 있음을 제안했었다. 그러나, 상기 제안된 시스템에서, 산화적 분해 공급물 내의 증가된 촉매 농도는 산화적 분해와 관련된 탄소 연소 손실을 급격히 증가시킨다. 또한, 1차 산화와 산화적 분해 사이의 액체 교환을 제거한 상기 제안된 PTA 제조 시스템은 전형적으로 액체 교환 단계를 산화적 분해의 하류에서 사용한다. 이 시스템 유형에서, 모액이 제거된 산화적 분해의 하류는 2차 산화 단계의 모액 상류보다 더 높은 농도의 상대적으로 비반응성 방향족 불순물(예컨대, IPA)을 갖는다. 이는 산화적 분해가 상대적으로 비반응성 방향족 불순물의 액상으로의 분할을 증가시키기 때문이다. 1차 산화 공급물로 재순환된 용매(즉, 1차 산화로부터 생성된 모액으로부터의 회수 및 정제된 용매)를 사용하는 연속식 PTA 제조 공정에서, 고체 PTA 생성물과 함께 존재하지 않는 상대적으로 비반응성 방향족 불순물은 달리 제거되거나 파괴되지 않을 때까지는 상기 재순환된 용매 내에 축적된다. 재순환된 용매의 정제를 위한 보조 공정 단계 범위가 증가되지 않으면, 재순환된 용매 내의 상대적으로 비반응성 방향족 불순물(예컨대, IPA)의 농도는 계속 시간에 따라 증가하고, 예를 들어 1차 산화에서 착색된 방향족 불순물의 형성 속도가 바람직하지 않게 증가하는 것과 같은 화학 및 공정 결과의 캐스캐이드(cascade)가 실행되어, 결국 고체 TPA 생성물의 색상 증가가 초래된다. 재순환된 용매의 정제를 위한 보조 공정 단계의 특색은 1차 산화 및 산화적 분해 단계 사이에 다수의 복잡한 상호작용을 가지며, 작동 비용 및 제품 품질에 상당한 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 착색되지 않은 IPA의 증가된 재순환은 결국 고도로 착색된 2,7-다이카복시플루오렌온(2,7-DCF)의 생성 속도를 증가시킬 것이며, IPA 및 2,7-DCF의 수준이 공정 전반에 걸쳐 새로운 정상상태 농도까지 천천히 증가됨에 따라 고체 TPA 생성물에는 상당한 악영향을 줄 것이다. 위에서 살펴본 바에 따르면, 중간 액체 교환 없이 2단계 산화를 사용하는 종래 기술은, 예를 들어 (1) 산화적 분해 동안 증가된 탄소 연소 손실을 나타내고/내거나, (2) 재순환된 용매를 사용할 수 없고/없거나 (3) 재순환된 용매가 사용되는 경우, 상기 재순환된 용매 내의 증가된 오염물 수준을 제어하는데 추가로 비싼 정제 시스템이 필요하기 때문에, 상업적으로 실행가능하지 않은 것으로 판명되었다. 발명의 목적 본 발명의 한 목적은 종래 1차 산화 시스템보다 개선된 순도를 갖는 조질의 생성물 슬러리를 생성하는 개선된 1차 산화 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 불순물 생성을 감소시키면서 파라-자일렌의 테레프탈산(TPA)으로의 개선된 액상 산화 반응을 촉진시키는 기포 칼럼 반응기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 산화적 분해의 액체 교환 상류에 대한 필요성을 제거한 정제된 테레프탈산(PTA)의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 산화적 분해의 액체 교환 상류를 필요로 하지 않으면서 산화적 분해 동안 탄소 연소를 최소화시키는 PTA 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 산화적 분해의 상대적으로 비반응성 방향족 불순물(예컨대, IPA) 하류의 침전을 촉진시켜, 상기 비반응성 방향족 불순물이 TPA 입자와 함께 공정으로부터 배출되어 재순환된 용매로부터 퍼지(purge)될 필요가 없는 PTA 제조 방법을 제공하는 것이다. 첨부된 청구의 범위에서 정의되는 본 발명의 범위는 앞서 나열된 목적을 모두 달성할 수 있는 방법 또는 장치로 한정되지 않음에 주목해야 한다. 오히려, 청구되는 본 발명의 범위는 앞서 나열된 목적들 모두 또는 이들 중 임의의 목적을 달성하지 않는 다양한 시스템을 포괄할 수 있다. 당해 분야의 숙련자는 이하 상세한 설명 및 첨부된 도면을 검토할 때 본 발명의 추가 목적과 이점을 용이하게 알 것이다. 발명의 개요 본 발명의 한 실시양태는 하기 단계들을 포함하는 폴리카복실산 조성물의 제조 방법에 관한 것이다: (a) 다중상 반응 매질을 1차 산화 대역에서 산화시켜 초기 슬러리를 생성하는 단계; (b) 상기 초기 슬러리의 적어도 일부를 분해 대역에서 산화적 분해시켜 분해 생성물 슬러리를 생성하는 단계; (c) 상기 분해 생성물 슬러리의 적어도 일부를 냉각 대역에서 냉각시켜, 냉각된 액상 및 고상을 포함하는 냉각된 슬러리를 생성하는 단계; 및 (d) 용매 정제 시스템을 사용하여, 상기 용매 정제 시스템으로 도입된 용매 정제 공급물에 존재하는 하나 이상의 방향족 불순물을 제거하는 단계로서, 이때 상기 냉각된 슬러리의 상기 냉각된 액상이 상기 용매 정제 공급물의 약 20 중량% 이상을 형성하는, 단계.