用于生產(chǎn)粗甲基丙烯酸甲酯的酯化單元、使用所述單元的酯化方法和包括所述單元的工廠的制作方法
【專利說明】用于生產(chǎn)粗甲基丙烯酸甲酯的酯化單元、使用所述單元的酯化方法和包括所述單元的工廠
[0001][發(fā)明領(lǐng)域]
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯(MMA)的連續(xù)的工業(yè)方法。其更特別地涉及這樣的工業(yè)方法的步驟，并且特別是酯化的步驟。本發(fā)明更確切地涉及用于由也稱為“MAM”(或“MACRYDE”)的甲基丙烯酰胺生產(chǎn)粗甲基丙烯酸甲酯(MMA)的改進的酯化單元。
[0002]總體而言，通常通過丙酮合氰化氫方法生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯。首先合成氫氰酸(cyanhydric acid)，然后使其與丙酮反應(yīng)以形成丙酮合氰化氫。最后將丙酮合氰化氫與硫酸混合以形成甲基丙烯酰胺。使該酰胺與甲醇反應(yīng)以形成甲基丙烯酸甲酯。此方法的主要副產(chǎn)物是酯化出口的廢酸。從酯化單元回收粗甲基丙烯酸甲酯。
[0003]本發(fā)明更特別地涉及用于產(chǎn)生甲基丙烯酰胺與至少一種反應(yīng)物的最佳化的酯化反應(yīng)，以形成甲基丙烯酸甲酯的改進的單元。本發(fā)明還涉及使用所述單元的酯化方法和連續(xù)地生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯(MMA)的包括所述酯化單元的工廠。
[0004][現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)]
許多商業(yè)方法用于制備選自甲基丙烯酸MAA和/或甲基丙烯酸甲酯MMA的單體。這些方法之一包括由丙酮合氰化氫(ACH)制備這樣的單體。這樣的方法例如被描述在美國專利申請US2010/0069662中。在此方法中，丙酮合氰化氫ACH被硫酸水解以產(chǎn)生α-羥基異丁酰胺(也稱為“ΗΙΒΑΜ”)、其硫酸酯、α-硫酸根合異丁酰胺(α-sulfatoisobutyramide)(也稱為“SIBAM”)、2-甲基丙烯酰胺MAM和甲基丙烯酸MAA的水解混合物。然后在加熱的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中將由此產(chǎn)生的水解混合物熱轉(zhuǎn)化成主要包含2-甲基丙烯酰胺MAM和少量的MAA的混合物。
[0005]使丙酮合氰化氫ACH經(jīng)歷酰胺化以生產(chǎn)2-甲基丙烯酰胺(也稱為“MACRYDE”)。
[0006]MAM(MACRYDE)可用于通過與甲醇的酯化反應(yīng)生產(chǎn)MMA，或者它可用于通過與水的水解反應(yīng)生產(chǎn)MAA。
[0007]甲基丙烯酸甲酯MMA主要用于生產(chǎn)聚合物，例如具有多種應(yīng)用(例如汽車、運輸、航空航天、光伏、信息、電信、風(fēng)能或建筑物構(gòu)建)的聚甲基丙烯酸甲酯(也稱為“PMMA” KMMA也可用于通過酯交換生產(chǎn)其它甲基丙烯酸酯。
[0008]酯化步驟在酰胺化步驟之后，并且酰胺化部分為酯化單元提供過量的硫酸中的甲基丙烯酰胺(MAM)。
[0009]文獻美國專利申請2010/029881公開了一種用于制備甲基丙烯酸烷基酯的方法，其包括以下步驟:提供丙酮合氰化氫;使所述丙酮合氰化氫與無機酸接觸，以獲得甲基丙烯酰胺;在反應(yīng)器中，在無機酸的存在下使所述甲基丙烯酰胺與醇接觸，以獲得甲基丙烯酸烷基酯。在該文獻中，通過具有至少一個槽或優(yōu)選兩個槽的酯化單元獲得酯化步驟。該文獻公開了具有兩個槽的優(yōu)選實施方案。第一槽包括在上部區(qū)域中的水和有機物溶劑、酰胺和醇的入口以及在所述槽的下部區(qū)域中的醇的入口。為此，引導(dǎo)水和有機物溶劑的溶劑管線和被連接至酰胺化部分的酰胺管線通向所述槽。
[0010]第一槽經(jīng)由酯蒸氣管線被連接至另一個槽并且被連接至來自底部和來自頂部兩者的醇管線。所述另一個槽也被連接至來自底部和來自頂部兩者的醇管線。所述酯蒸氣管線被連接至第二槽的上部區(qū)域并通向塔的底部。此外，稀硫酸的管線存在于所述第二槽的上部區(qū)域中。由于反應(yīng)的收率和由于生產(chǎn)的粗MMA的品質(zhì)，這樣的酯化實施不太令人滿意。
[0011]文獻EP0945423公開了一種用于制備Ct-羥基羧酸酯的方法。該方法使用包括若干個串聯(lián)方式的反應(yīng)器的單元。然而，酯通過底部的液體管道離開反應(yīng)器。
[0012]文獻EP 0594008公開了一種用于生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯的方法。該方法使用離子交換樹脂作為甲基丙烯酸與甲醇的酯化的用于生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯的非均相催化劑。此外，所描述的方法使用攪拌器作為機械攪拌系統(tǒng)。
[0013]文獻US3，006，950公開了一種制備甲基丙烯酸甲酯的方法。所描述的方法實質(zhì)上是間歇方法，其不包括以串聯(lián)方式設(shè)置的若干個反應(yīng)器。該方法同時制備甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸。根據(jù)實施例，該方法的收率相對于丙酮合氰化氫而言是90.5%-91.5%并且相對于酰胺而言是約96.5%。此外，所描述的方法使用攪拌器作為機械攪拌系統(tǒng)。
[0014]MMA和MAA市場對成本是極為敏感的。工藝收率的略微改進可以產(chǎn)生顯著的市場優(yōu)勢。
[0015][技術(shù)問題]
本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)的至少一個不便之處。
[0016]實際上，存在對提供能夠特別改進收率(高于95%且優(yōu)選高于97%，這意味著廢酸中的有機物少)的用于生產(chǎn)粗甲基丙烯酸甲酯(MMA)的裝置和方法的持續(xù)需要。廢酸是酯化步驟的主要副產(chǎn)物。同時，所述用于生產(chǎn)粗MMA的裝置應(yīng)該生產(chǎn)具有相當(dāng)良好的品質(zhì)的粗MMA，這意味著粗MMA中的MMA的濃度是相當(dāng)高的，并優(yōu)選為50wt%-80wt%。此外，本發(fā)明的另一個目的是提供用于以可靠的方式(這意味著不存在由于聚合物結(jié)垢產(chǎn)生的計劃外的酯化的停止)由甲基丙烯酰胺生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯的裝置。因此，所提出的酯化單元和酯化方法具有改進的收率并且是完全可靠的。
[0017]更具體地，本發(fā)明的目的是提出一種用于由甲基丙烯酰胺(MAM)以及至少甲醇和水生產(chǎn)粗甲基丙烯酸甲酯的酯化單元，其包括若干個反應(yīng)器(I，...n，n+l，...N)，每個反應(yīng)器都具有上部和下部，并且其中，所述反應(yīng)器以串聯(lián)方式設(shè)置，從而使得在氣相和液相之間存在逆流流動，所述液相從第一反應(yīng)器(I)流至最后反應(yīng)器(N或(N+1))，并且所述氣相從最后反應(yīng)器流至第一反應(yīng)器，
?所述串聯(lián)的第一反應(yīng)器包括:
-甲基丙烯酰胺、甲醇和水的側(cè)面入口，
-位于所述下部的底部的至少一個液相出口，
?所述最后反應(yīng)器包括位于所述下部的側(cè)面蒸汽入口，
?并且每個反應(yīng)器還包括:
-在所述上部的頂部的至少一個氣相出口，
-在所述下部的至少一個氣相入口，所述反應(yīng)器以使得反應(yīng)器Μ的氣相出口被連接至反應(yīng)器η的氣相入口的方式被連接，
-位于所述下部的至少一個側(cè)面液相入口，所述反應(yīng)器以使得反應(yīng)器&的液相出口被連接至反應(yīng)器的側(cè)面液相入口的方式被連接，
-位于所述下部的至少另一個側(cè)面液相入口，反應(yīng)器η的液相出口被連接至所述反應(yīng)器Il的所述另一個側(cè)面液相入口。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的其它特征:
-所述串聯(lián)的第二反應(yīng)器和/或第三反應(yīng)器包括在所述下部的由甲醇進料的液相入
P,
-每個反應(yīng)器包括位于所述反應(yīng)器的下部內(nèi)的氣相分配器，
-所述氣相分配器包括從所述反應(yīng)器的側(cè)壁水平行進直到中間的管線，在所述管線末端具有在所述液相中的至少三個噴嘴。
[0019]-所述單元包括附加反應(yīng)器(Ν+1)，所述附加反應(yīng)器包括:
-位于所述下部的至少第一和第二側(cè)面液相入口，
-在所述上部的頂部的至少一個氣相出口，
-位于所述下部的底部的至少一個液相出口，
-位于所述下部的至少一個側(cè)面蒸汽入口，
-所述附加反應(yīng)器M，其以使得所述附加反應(yīng)器M替代地被連接(經(jīng)由閥門)至倒數(shù)第二個反應(yīng)器iti，它的氣相出口被連接至所述倒數(shù)第二個反應(yīng)器的側(cè)面氣相入口，并且所述倒數(shù)第二個反應(yīng)器U的液相出口被連接至反應(yīng)器M的第一液相入口 ；所述反應(yīng)器M的液相出口被連接至它的第二側(cè)面液相入口的方式，以并聯(lián)的方式被連接至所述串聯(lián)的最后反應(yīng)器&
[0020]-所述單元包括使甲基丙烯酸與粗甲基丙烯酸甲酯(MMA)分離的分離設(shè)備，所述分離設(shè)備被連接至所述第一反應(yīng)器的氣相出口。
[0021]-所述分離設(shè)備包括:
-用于液化氣相的第一部分冷凝器(<100wt%，2wt%-50wt%)，其具有連接至溫度為98°C-102°C，優(yōu)選98°C-100°C的所述第一反應(yīng)器的氣相出口的至少一個入口以及提供溫度為80°C_84°C的液相的至少一個出口，
-能夠使獲得的液相與氣相分離，使酸與粗MMA分離的罐裝置，所述罐裝置具有連接至所述第一部分冷凝器的出口的入口；和連接至所述第一反應(yīng)器的側(cè)面液體入口的酸出口并且，具有氣相粗MMA出口，
-用于液化氣相，優(yōu)選至少99%的所述粗MMA