2,6-萘二甲酸的合成方法
阅读说明：本技术 2,6-萘二甲酸的合成方法 (Synthesis method of 2,6-naphthalene dicarboxylic acid ) 是由 朱庆才 张海涛 畅延青 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明2,6-萘二甲酸的合成方法,主要解决2,6-二异丙基萘空气氧化生成的醛衍生物含量较高的问题。本发明通过采用2,6-萘二甲酸的合成方法,包括如下步骤：(1)将催化剂和溶剂加入反应釜中；(2)向所述反应釜中进料2,6-二异丙基萘和含自由氧的气体进行反应；(3)2,6-二异丙基萘进料完成后,继续反应0.5-2h,得物料A1；(4)对物料A1进行固液分离,得固相物料A2；(5)将固相物料A2与溶剂混合,打浆得浆液,在催化剂存在下,通入含自由氧的气体继续反应0.5-2h；步骤(1)和步骤(5)所述催化剂含Co、Mn、Br和K的技术方案,较好的解决了该问题,可用于2,6-萘二甲酸的生产中。(The invention relates to a method for synthesizing 2,6-naphthalene dicarboxylic acid, which mainly solves the problem that the content of aldehyde derivatives generated by air oxidation of 2, 6-diisopropyl naphthalene is high. The invention adopts a synthetic method of 2,6-naphthalene dicarboxylic acid, which comprises the following steps: (1) adding a catalyst and a solvent into a reaction kettle; (2) feeding 2, 6-diisopropyl naphthalene and gas containing free oxygen into the reaction kettle for reaction; (3) after the feeding of the 2, 6-diisopropyl naphthalene is finished, continuously reacting for 0.5-2h to obtain a material A1; (4) carrying out solid-liquid separation on the material A1 to obtain a solid-phase material A2; (5) mixing the solid-phase material A2 with a solvent, pulping to obtain slurry, and introducing gas containing free oxygen in the presence of a catalyst to continuously react for 0.5-2 h; the technical proposal that the catalyst in the step (1) and the step (5) contains Co, Mn, Br and K better solves the problem and can be used for producing 2,6-naphthalene dicarboxylic acid.)
技术领域
本发明涉及2,6-萘二甲酸的合成方法。
背景技术
2,6-萘二甲酸(2,6-NDA)及其衍生物是制备各种聚酯、聚氨酯材料以及液晶聚合物(LCP)等的重要单体，特别是2,6-NDA与乙二醇缩聚制得的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)在薄膜、包装容器(尤其是啤酒瓶)和工业纤维中具有广阔的应用前景。由于2,6-NDA结构上的高度对称性。使得PEN具有直链聚合物的特性，是一种刚性好、强度大、热加工性能优异的高性能材料。与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比，PEN耐热性、阻隔性、机械性能、耐化学药品性、抗紫外线等性能更为优越。目前工业上主要通过二烷基萘在Co-Mn-Br催化剂下空气液相氧化合成2,6-NDA，如美国专利US 5183933(标题为：Process for preparing 2,6-naphthalene-dicarboxylic acid)采用2,6-二甲基萘(2,6-DMN)制得2,6-NDA，其收率为93％。在各种不同的2,6-二烷基萘液相氧化法中，由于2,6-二甲基萘的物理性质和2,7-二甲基萘的物理化学性质相似，分离比较困难，操作成本较高；而2,6-二异丙基萘(2,6-DIPN)易于与原料(异构体混合物)分离、提纯，操作成本较低。因此，从工业生产和经济成本来看，2,6-DIPN氧化法制备2,6-NDA的工艺路线更具有发展前景。如专利US4681978(标题为：Process for preparing 2,6-naphthalene-dicarboxylic acid)在间歇反应釜中采用分步加热加压氧化，第一步得到中间产物6-异丙基-2-萘甲酸(NMCA)，第二步在相同条件下反应，最终得到24％2,6-NDA。专利US4709088(标题为：Process for preparing 2,6-naphthalene-dicarboxylic acid)则采用半连续的方式进行，将原料2,6-DIPN以一定的速率连续投入催化剂及溶剂的混合液中反应，进料结束后再经2h深度氧化，2,6-DNA的收率为91.7mol％，但其催化剂用量非常大。不管怎样，这些专利的专注点都在2,6-NDA的收率上而非产生的副产物上，而实际上，对于用于聚合生产PEN的2,6-NDA而言，其所含的杂质种类及含量必须要达到一定标准才能符合要求。粗2,6-NDCA中含有许多杂质,不同反应原料，由于反应历程不同，粗产物中杂质的种类和含量完全不同，主要的杂质有偏苯三酸(TMA)、溴代-2,6-NDA、醛衍生物(2-甲酰基-6-萘甲酸)、2-萘甲酸、有色物质、Co、Mn、Br残渣等，如果不除去，将严重影响聚酯质量。例如TMA会使聚合物中产生支链，影响其线性，使聚合物的机械强度降低；溴代-2，6-NDA会降低聚合物的软化点；醛衍生物会使聚合链中断，影响聚合速度和分子量，还会使聚合物颜色变深，影响其外观质量(焦宁宁等.2,6-萘二甲酸合成和提纯技术进展[J].石化技术与应用.2002，20(6)：410-416)。以2,6-DMN为原料生产的2,6-NDA为例，AMOCO对其氧化粗品2,6-NDA中的杂质含量有如下要求：偏苯三酸<5wt％，溴代2,6-萘二甲酸<3wt％，醛衍生物(2-甲酰基-6-萘甲酸)<1wt％。由于原料不同，以2,6-DIPN氧化生产2,6-NDA，其反应路径如化学式1所示(靳海波等.2,6-二异丙基萘液相空气氧化制2,6-萘二甲酸[J].化工学报.2007,58(8):1996-2003)，其杂质中主要是醛衍生物，包括2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸，这类杂质的含量对聚合物的性能及色泽影响很大，类似于对二甲苯(PX)氧化制对苯二甲酸(TA)中的对羧基苯甲醛(4-CBA)，而在PTA行业中，4-CBA在加氢精制前有严格的限定，通常其含量为0.25～0.35wt％。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中2,6-二异丙基萘空气氧化生成的粗2,6-萘二甲酸中醛衍生物含量较高的问题，提供一种2,6-萘二甲酸合成方法，该方法可以显著降低醛衍生物的含量。
为解决上述技术问题本发明的技术方案如下：
2,6-萘二甲酸的合成方法，包括如下步骤：
(1)将催化剂和溶剂加入反应釜中；
(2)向所述反应釜中进料2,6-二异丙基萘和含自由氧的气体进行反应；
(3)2,6-二异丙基萘进料完成后，继续反应0.5-2h，得物料A1；
(4)对物料A1进行固液分离，得固相物料A2；
(5)将固相物料A2与溶剂混合，打浆得浆液，在催化剂存在下，通入含自由氧的气体继续反应0.5-2h；步骤(1)和步骤(5)所述催化剂含Co、Mn、Br和K。
上述技术方案中，优选步骤(1)和/或步骤(5)所述的溶剂独立选自醋酸和/或丙酸，从工业角度和成本考虑，更优选醋酸。
上述技术方案中，优选步骤(1)和/或步骤(5)所述催化剂中，Mn与Co的摩尔比独立为0.5～2，例如但不限于0.52、0.55、1、1.12、1.52、1.82、1.98。
上述技术方案中，优选步骤(1)和/或步骤(5)所述催化剂中，Br与Co+Mn的摩尔比独立为1～4，例如但不限于1.5、2、2.5、3、3.5等等。
上述技术方案中，优选步骤(1)和/或步骤(5)所述催化剂中，K与Co+Mn的摩尔比独立为2～5，例如但不限独立为2.5、3、3.5、4、4.5等等。
上述技术方案中，Co优选以醋酸钴形式使用，Mn优选以醋酸锰形式使用，K优选以溴化钾或醋酸钾形式使用，Br优选以碱金属溴化物形式使用，所述碱金属溴化物优选溴化钾，为了方便计，醋酸钴以Co(OAc)2·4H2O计、醋酸锰以Mn(OAc)2·4H2O计、Br化合物以KBr计，K化合物以KBr与CH3COOK总计。
上述技术方案中，步骤(1)中溶剂与催化剂质量比优选为4～20，例如但不限于溶剂与催化剂质量比可以是5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19等等，其中催化剂质量是指元素Co、Mn、Br、K的质量而非化合物的质量。
上述技术方案中，步骤(5)溶剂与2,6-二异丙基萘质量比优选为1～10，例如但不限于步骤(5)溶剂与2,6-二异丙基萘质量比可以是2、3、4、5、6、7、8、9等等。溶剂加入的量最少应使固相物料A2更好地形成浆料，但同时应考虑经济性，在实际实验时，更优选为3～5。
上述技术方案中，步骤(2)中2,6-二异丙基萘进料速度对氧化效果有很大的作用，尽管高的进料速率可以获得高的收率，但所得2,6-萘二甲酸的纯度却不高，为了获得高的纯度以便后续提纯处理的方便，优选相对于步骤(1)中反应釜中的溶剂的质量，步骤(2)中2,6-二异丙基萘进料空速为0.001～0.003min-1，例如但不限于2,6-二异丙基萘进料空速为0.0011min-1、0.0012min-1、0.0013min-1、0.0014min-1、0.0015min-1、0.0016min-1、0.0017min-1、0.0018min-1、0.0019min-1、0.002min-1、0.0021min-1、0.0022min-1、0.0023min-1、0.0024min-1、0.0025min-1、0.0026min-1、0.0027min-1、0.0028min-1、0.0029min-1等等。
上述技术方案中，步骤(4)所述的固液分离为本领域技术人员公知的方法，如过滤、离心分离等方法，在不经额外溶剂洗涤情况下，固相物料A2含湿率为8～30w％，均可用于步骤(5)的操作；例如但不限于固相物料A2含湿率为8.5w％、9w％、9.5w％、10w％、11w％、12w％、13w％、14w％、15w％、16w％、17w％、18w％、19w％、20w％、21w％、22w％、23w％、24w％、25w％、26w％、27w％、28w％、29w％等等。本发明
具体实施方式
中的A2含湿率均控制在10.5±0.5w％，该操作误差对后续影响可忽略。
上述技术方案中，步骤(1)和步骤(5)反应的温度独立优选160～220℃，例如但不限于165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃等等，更优选180-200℃。
上述技术方案中，步骤(1)和步骤(5)反应的反应的压力独立优选为2-3MPa，例如但不限于2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa、2.5MPa、2.6MPa、2.7MPa、2.8MPa、2.9MPa等等。此情形，所述压力为表压。
上述技术方案中，步骤(1)含自由氧的气体的进料速度，含自由氧的气体以空气计，相对于步骤(1)2,6-二异丙基萘的进料速率的摩尔比优选为10～30，例如但不限于11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29等等。
上述技术方案中，步骤(5)含自由氧的气体的进料速度，含自由氧的气体以空气计，相对于步骤(1)2,6-二异丙基萘的进料速率的摩尔比为0.5～8，例如但不限于0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7、1.9、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5等等。
上述技术方案中，步骤(5)之后可以包括固液分离、和/或对固相进行醋酸洗涤、和/或对固相进行水洗涤的步骤，优选包括干燥的步骤。醋酸洗涤温度优选大于60℃至醋酸沸点以下，和/或水洗涤温度优选大于60℃至水沸点以下。
本发明的技术关键是步骤(5)，由于步骤(5)的采用，降低了最终产物中杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量；同比而言，如果缺少步骤(5)仅仅靠延长步骤(3)的反应时间无法达到本发明这样好的技术效果。
本发明采用Co：Mn：Br：K＝1:1:2:5(摩尔比)的催化剂配比，以醋酸为溶剂，在反应温度为200℃、反应压力2.75MPa，2,6-二异丙基萘以相比于溶剂醋酸的质量比为0.0013min-1的速率进入反应器，同时通入空气反应，反应结束后，采用真空过滤得到含2,6-萘二甲酸的滤饼，滤饼经醋酸打浆后再度反应，所得反应产物经洗涤后经分析其杂质2-甲酰基-6-萘甲酸的含量仅为0.12wt％，2-乙酰基-6-萘甲酸的含量也仅为0.08wt％，为后续分离提纯大大降低了难度，从而取得了较好的技术效果。
具体实施方式
【实施例1】
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入5000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【实施例2】
将415.13gCo(OAc)2·4H2O、204.24gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入5000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【实施例3】
将207.56gCo(OAc)2·4H2O、408.48gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入5000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【实施例4】
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入3000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【实施例5】
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以20g/min(相当于0.094mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入5000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【实施例6】
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、892.5gKBr、245.35gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入5000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【实施例7】
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、1256.2gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行真空过滤，过滤完成后，将所得滤饼加入5000g醋酸打浆，然后送入第二反应釜中，在温度为200℃、反应釜压力为2.75MPa和以20L/min(相当于0.19mol/min)的速度通入空气的条件下继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【比较例1】
和实施例1不同的是，增加溴化钾的用量，但没有步骤(5)，具体如下：
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、297.5KBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应1h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
【比较例2】
将311.25gCo(OAc)2·4H2O、306.25gMn(OAc)2·4H2O、297.5gKBr、367.5gCH3COOK和7700g醋酸混合加入反应釜中，然后开启搅拌并升温至200℃，反应釜压力控制在2.75MPa，将1000g2,6-二异丙基萘先升温至熔融态，然后以10g/min(相当于0.047mol/min)的速率进入反应釜中，同时通入80L/min(相当于0.75mol/min)的空气进行反应，进料结束后，维持反应温度和压力继续反应2h，反应结束后，将含有粗2,6-萘二甲酸的反应产物混合液进行过滤，并分别采用60℃醋酸洗涤，80℃水洗涤，洗涤醋酸用量为1000g，洗涤水用量为1000g，取样烘干后分析其中的杂质2-甲酰基-6-萘甲酸和2-乙酰基-6-萘甲酸的含量。
为了比较方便，将主要工艺条件和实验结果别列于表1。
表1
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