用于丙酮合氰化氫酰胺化的方法中的熱轉(zhuǎn)化容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)制備的連續(xù)工業(yè)方法。 更具體地本發(fā)明涉及此類工業(yè)方法的步驟，其涉及丙酮合氰化氫(acetone cyanohydrine) 的酰胺化步驟。本發(fā)明更確切地涉及在該酰胺化步驟期間使用的熱轉(zhuǎn)化容器，其用于將水 解混合物轉(zhuǎn)化成甲基丙烯酰胺混合物，所述甲基丙烯酰胺混合物進一步被酯化以制備甲基 丙烯酸甲酯(MMA)或者被水解以制備甲基丙烯酸(MAA)。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多商業(yè)方法用于制備選自甲基丙烯酸（在以下描述中也稱為"MAA"）和/或甲基 丙烯酸甲酯(在以下描述中也稱為"MMA"）的單體。這些方法之一在于由丙酮合氰化氫(ACH) 來制備此類單體。這樣的方法例如描述在美國專利申請US2010/0069662中。在該方法中，通 過硫酸水解丙酮合氰化氫ACH來制備α-羥基異丁酰胺(在以下描述中也稱為"HIBAM"）、其硫 酸酯，硫酸根合異丁酰胺(在以下描述中也稱為"SIBAM"）、2_甲基丙烯酰胺(在以下描述 中也稱為"MAM"）和甲基丙烯酸MAA的水解混合物。由此制備的水解混合物然后進入到經(jīng)加 熱的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中熱轉(zhuǎn)化成包含2-甲基丙烯酰胺MAM和少量MAA的混合物。在該反應(yīng)過程 中，SIBAM熱轉(zhuǎn)化成MAM的發(fā)生快于HIBAM熱轉(zhuǎn)化為MAM。為了促進HIBAM熱轉(zhuǎn)化成MAM，必須提 供熱量和進入熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中的混合物的增加的停留時間兩者。至所需產(chǎn)物（即MAM)的熱 轉(zhuǎn)化率的降低導(dǎo)致MM或MAA的制備過程的總產(chǎn)率的降低。
[0003] MAM可以用于通過與甲醇的酯化反應(yīng)制備MMA，或者其可用來通過與水的水解反應(yīng) 制備MAA。
[0004] 甲基丙烯酸甲酯MMA主要用于制備聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(也稱為"PMMA"）， 其具有多種應(yīng)用，例如汽車、運輸、航空、光電、信息學(xué)、電信、風(fēng)能或者建筑建造。MMA也可以 用于通過酯交換方式制備其它的甲基丙烯酸酯類。
[0005] MMA和MAA市場是極其成本敏感的。工藝產(chǎn)率中的略微改善可導(dǎo)致顯著市場優(yōu)勢。
[0006] 特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在SIBAM和HIBAM的熱轉(zhuǎn)化步驟期間，出現(xiàn)水解混合物組分即 HIBAM，SIBAM，MAM和MAA的回混到熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中。這樣的回混意味著熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)混合 物的各組分的保留時間的變化。一些組分在反應(yīng)器內(nèi)將具有不足的保留時間，以致HIBAM的 轉(zhuǎn)化率低。與其形成對比，一些組分在熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)將具有延長的保留時間，這可導(dǎo)致 SIBAM，MAM和MAA的高轉(zhuǎn)化率或降解率。熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)保留時間的這種變化使熱轉(zhuǎn)化步驟 降級，并因此MMA或MAA制備的總產(chǎn)率降低。
[0007] 為了解決在熱轉(zhuǎn)化步驟期間回混的這一問題，文獻EP0999200描述了包括活塞流 熱轉(zhuǎn)化裝置的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其實現(xiàn)了避免回混。此種活塞流熱轉(zhuǎn)化裝置是管道，其直徑使 得其允許具有貫穿管道的橫截面幾乎相同的管道內(nèi)的流體速度。沿管道的速度始終是相同 的，其防止回混的出現(xiàn)。在這篇文獻中，管道必須具有足夠的長度以提供進入裂化反應(yīng)器的 混合物的所需的保留時間。
[0008] 然而，這樣的活塞流熱轉(zhuǎn)化裝置呈現(xiàn)出其它不便之處。事實上，為了轉(zhuǎn)化反應(yīng)以及 為了提供所期望的保留時間，此類裝置需要數(shù)匝（turn)大長度的管道，以及數(shù)個對腐蝕問 題敏感的焊縫。由于該管道的長度必須足夠以具有所需的保留時間的事實，并且由于組成 材料是特定的合金，如Hastelloy?B，B2或B3(鎳/鉬合金），所以此種管道十分昂貴。另外，此 種管道難以清理和維護。
[0009] 此外，一旦已經(jīng)針對保留時間選擇長度，就不可能再改變長度，由此進料至管道的 混合物的溫度和混合物的流量必須非常精確。為了調(diào)整流量，該文獻中所描述的管道在入 口處具有逐漸擴張的部分，在出口處具有逐漸收縮的部分。然而，該管道是非靈活性的并且 很難有最佳的條件，即溫度、進料流量和所需的保留時間，這是因為一旦已經(jīng)選擇了直徑和 長度，就不能夠再容易地改變它們。因此，利用此種管道似乎不可能進行調(diào)整以適應(yīng)最終的 單體產(chǎn)物(g卩MMA或者MAA)的制備。
[0010] 最后，在熱轉(zhuǎn)化過程中，組分的分解導(dǎo)致氣體釋放。然而在管道內(nèi)似乎沒有意圖要 去除產(chǎn)生的氣體。因此，在管道內(nèi)如果的氣體的壓力增加且變得太高，可能發(fā)生反應(yīng)器的破 裂。
[0011] 文獻W02006/083251公開了用于在連續(xù)分段活塞流反應(yīng)器（continuous segmented plug flow reactor)中進行化學(xué)反應(yīng)的方法?；钊鞣磻?yīng)器包括在各個內(nèi)部反 應(yīng)室中的傳熱元件。除了用于促進高傳熱，傳熱元件也在那里用于在每個反應(yīng)室中具有湍 流以用于更均勻的混合。每個室還可以包括附加的混合元件。該反應(yīng)器末端只含有一個出 口。這是不方便的，以致考慮到生產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率，在反應(yīng)器中不能使反應(yīng)混合物的所需的保 留時間與所需的產(chǎn)物相適應(yīng)。
[0012] 文獻DE2330716公開了用于在液相中連續(xù)進行化學(xué)反應(yīng)的裝置。該裝置包括在各 個隔室中的攪拌器件。各個攪拌器件被固定到橫穿整個裝置的軸上。該攪拌器件擾動裝置 中的層流。
[0013] 因此，需要改進熱轉(zhuǎn)化的步驟，以增加熱轉(zhuǎn)化的產(chǎn)率同時保持安全。 技術(shù)問題
[0014] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個不便之處。更具體地，本發(fā)明的目 的在于提出更簡單的熱轉(zhuǎn)化裝置，避免了組分的回混并且無論液體混合物的進料速率和該 裝置內(nèi)的溫度如何都實現(xiàn)了具有受控的保留時間，所述裝置是安全的，并且避免了任何因 過壓而引起的破損的風(fēng)險。 發(fā)明概述
[0015] 為了該目的，本發(fā)明涉及用于將α-羥基異丁酰胺(ΗΙΒΑΜ)、α_硫酸根合異丁酰胺 (SIBAM)、2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(ΜΑΑ)的水解混合物轉(zhuǎn)化成包含2-甲基 丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的熱轉(zhuǎn)化容器，所述容器的特征在于其包括： -至少一個隔室，其包括內(nèi)壁，所述內(nèi)壁將所述隔室分成兩個通過在所述容器的底部和 所述內(nèi)壁之間所提供的通道連通的部分。 -所述隔室具有在所述內(nèi)壁上方的空間，用于在熱轉(zhuǎn)化過程中使氣相與液相分離。 -所述隔室與出口閥相連接。
[0016] 因此，本發(fā)明的熱轉(zhuǎn)化容器使得能夠?qū)上喾蛛x，即使來自混合物的熱分解的氣 體與位于氣相下面的液相分離，使得可以排出氣體并控制容器內(nèi)的壓力，以避免任何爆炸 的危險。內(nèi)壁使得能夠避免回混的風(fēng)險，這是因為混合物通過始終以相同方向流動來填充 隔室。
[0017] 根據(jù)另一特征，該熱轉(zhuǎn)化容器包括至少兩個隔室，其通過溢流壁彼此分離，待轉(zhuǎn)化 的水解混合物從所述溢流壁之上流過以從一個隔室通過至另一個，每個隔室與出口閥相連 接。
[0018] 此類具有多于一個隔室的熱轉(zhuǎn)化容器，使得無論液體水解混合物的進料速率如何 都能夠具有受控和受調(diào)節(jié)的停留時間。事實上，如果進料速率高，打開離進料口遠的出口 閥，以產(chǎn)生用于所制備的MAM的出口。與其形成對比，如果進料速率低，則打開離進料口近的 出口閥，以產(chǎn)生用于所制備的MAM的出口。關(guān)于內(nèi)壁，溢流壁使得能夠避免回混的風(fēng)險，這是 因為它們迫使液體總是以相同的方向流動。本發(fā)明的容器因此是靈活性的，并且使用該容 器可根據(jù)停留時間來調(diào)整容器內(nèi)的溫度。無論待轉(zhuǎn)化的混合物的進料速率如何，停留時間 是可控的，這是為根據(jù)填充容器的混合物的流量，待打開的出口閥將程度不同地遠離進料 口。因此，停留時間保持最佳以具有高的轉(zhuǎn)化產(chǎn)率，且該容器也允許大的靈活性，這是因為 其調(diào)整進料速率以適應(yīng)所需的生產(chǎn)而對熱轉(zhuǎn)化的產(chǎn)率沒有任何影響。
[0019] 根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及用于丙酮合氰化氫(ACH)酰胺化成包含2-甲基丙烯 酰胺(MACRYDE)的混合物的單元，所述單元包括用于通過硫酸水解丙酮合氰化氫(ACH)以制 備α-羥基異丁酰胺(ΗΙΒΑΜ)、α-硫酸根合異丁酰胺(SIBAM)、2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲 基丙烯酸(MAA)的水解混合物的第一設(shè)備，所述單元的特征在于其還包括： -加熱工具，其用于在包括在ll〇°C至165°C，優(yōu)選125°C至150°C，且更優(yōu)選130°C至145 °C的溫度下加熱所述水解混合物。 -上述的熱轉(zhuǎn)化容器，所述經(jīng)加熱的水解混合物被引入其中并在預(yù)定的保留時間期間 流經(jīng)至少一個隔室，在此期間，所述水解混合物轉(zhuǎn)化成所述包含2-甲基丙烯酰胺的混合物。
[0020] 為了避免產(chǎn)率降低，優(yōu)選不儲存該包含2-甲基丙烯酰胺的混合物。因此，所獲得的 包含2-甲基丙烯酰胺的混合物流經(jīng)該容器的至少一個出口閥，并被引導(dǎo)至全局過程 (global process)的下一個反應(yīng)步驟，以制備選自甲基丙稀酸(MAA)和/或甲基丙稀酸甲酯 (MMA)的單體。
[0021] 根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及用于丙酮合氰化氫(ACH)酰胺化的方法，其包括以下 步驟:第一步通過硫酸水解丙酮合氰化氫以制備羥基異丁酰胺(ΗΙΒΑΜ)，α_硫酸根合異丁 酰胺(SIBAM)，2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(ΜΑΑ)的水解混合物，且第二步將所 述水解混合物熱轉(zhuǎn)化成包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物，所述方法的特征在于所 述熱轉(zhuǎn)化的第二步包括以下步驟： -將所述水解混合物加熱至ll〇°C至165°C，優(yōu)選125°C至150°C，且更優(yōu)選130°C至145°C 的預(yù)定溫度， -用所述經(jīng)加熱的水解混合物以預(yù)定的進料速率對上述容器進料， -經(jīng)預(yù)定的保留時間使所述水解混合物流經(jīng)所述容器的隔室，所述保留時間包括在3至 16分鐘，優(yōu)選5至12分鐘，以制備所述包含2-甲基丙烯酰胺的混合物。 -打開一個出口閥下游的容器的