专利名称：(甲基)丙烯酸的精制方法
技术领域：
本发明涉及一种有效防止(甲基)丙烯酸在蒸馏过程中发生聚合的方法。
一般都知道，丙烯酸在暴露于光和热时具有容易自发聚合的性质。因此，丙烯酸生产期间，各种阻聚剂例如氢醌、methoquinone、吩噻嗪、二丁基二硫代氨基甲酸铜、对苯二胺、和N-烃氧基化合物、要么单独地要么以两种或多种成员组合的形式，添加到生产反应体系中，以达到防止丙烯酸聚合之目的。
US 4021310公开了一种防止丙烯酸聚合的方法，其中使用一种由下列组成的阻聚剂从氢醌、methoquinone、甲酚、苯酚、叔丁基儿茶酚、二苯胺、吩噻嗪和亚甲基蓝组成的一组中选择的至少一种化合物，从二甲基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜、二丁基二硫代氨基甲酸铜和水杨酸铜组成的一组中选择的至少一种化合物，以及分子氧。
JP-A-51-98,211公开了一种防止丙烯酸聚合的方法，其中使用一种由下列组成的阻聚剂一种锰盐例如乙酸锰，氢醌和/或methoquinone，和分子氧。
GB 1127127公开了一种防止丙烯酸聚合的方法，其中使用一种N-氧基化合物，例如叔丁基氮氧化物(t-butyl nitroxide)或4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶子氧基化合物。
然后，EP 695736公开了一种丙烯酸精制方法，即在一种共沸脱水蒸馏塔中蒸馏一种把用含分子氧气体氧化丙烯和/或丙烯醛所产生的反应气体吸收在水中而得到的丙烯酸水溶液，或从醛溶液衍生而得到的液体，该方法是通过使蒸馏塔底部含有预定浓度的共沸溶剂，从而防止蒸馏塔中的液体发生聚合来进行精制的。
本发明者等人对利用以上所述阻聚剂防止丙烯酸聚合的方法所做的研究已经揭示，这些方法在以下所示条件下，在防止聚合方面，没有表现出十分令人满意的效果。
在通过用含分子氧气体使丙烯和/或丙烯醛发生催化气相氧化进行的丙烯酸生产中，其中产生的含丙烯酸溶液用蒸馏塔蒸馏。由于这种含丙烯酸溶液是如此组成的，以致含有水、乙酸、和丙烯醛等杂质，因而非常容易诱发丙烯酸聚合。当以通常施用率使用以上提到的这样一种阻聚剂时，它没有产生十分令人满意的阻聚效果。因此，蒸馏进程期间该溶液会因产生一种聚合物而蒙受损失，而该聚合物又会使蒸馏塔的长时间连续运转变得困难。为了使连续运转能够持久，大量使用阻聚剂就变得有必要。因此，这种阻聚剂一直不适合用于实际装置中。
EP 695736中记载的阻聚效果是通过使共沸脱水蒸馏塔底部能存在预定浓度的共沸溶剂来实现的。在这份专利公报中没有发现任何地方有任何提法指出，供给以上提到的蒸馏塔的丙烯酸水溶液中醛类的存在或不存在，是否影响这种溶液在蒸馏进程期间发生聚合的容易性。在其中引用的实例中，只对含0.3％(重量)甲醛的丙烯酸水溶液进行蒸馏。任何地方都没有提到以特定浓度含有特定醛的丙烯酸水溶液发生聚合的容易性。
甲基丙烯酸精制时也遇到了同样的问题。
以上提到的、公开了防止丙烯酸聚合的方法的先有专利公报，绝对没有提到进入蒸馏塔的含丙烯酸溶液中特定醛或酮的浓度与阻聚剂效果之间的关系。
本发明者等人通过自己的研究确认，没有令人满意地达到预期阻聚效果一事取决于进入蒸馏塔的含丙烯酸溶液中特定醛或酮的浓度。
因此，本发明的一个目的是提供一种通过使用阻聚剂有效地防止含(甲基)丙烯酸溶液中的(甲基)丙烯酸在该溶液的蒸馏期间发生聚合的方法。
本发明者等人已经开展了关于防止通过丙烯和/或丙烯醛的催化气相氧化得到的含丙烯酸溶液中的丙烯酸在该溶液蒸馏期间聚合的研究，结果，已经发现，通过把进入蒸馏塔的含丙烯酸溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总浓度保持在规定水平以下，有效地实现了防止丙烯酸聚合。本发明就是在这种知识的基础上实现的。他们进一步发现了这种知识适用于甲基丙烯酸的精制。
具体地说，按照本发明，可以提供一种(甲基)丙烯酸精制方法，所用程序包含下列步骤把丙烯和/或丙烯醛用含分子氧气体催化气相氧化得到的一种混合气体，或从异丁烯、叔丁醇和甲基丙烯醛组成的一组中选择的至少一种化合物用含分子氧气体催化气相氧化得到的一种混合气体，进料到一座(甲基)丙烯酸收集塔中；从该混合气体中收集含(甲基)丙烯酸的溶液；把该含(甲基)丙烯酸的溶液进料到蒸馏塔中；从该溶液中分离和回收(甲基)丙烯酸，本方法的特征在于，把含(甲基)丙烯酸的溶液进料到蒸馏塔中，同时使该溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总浓度保持在以(甲基)丙烯酸数量为基准不多于2000ppm的水平。
本发明的以上目的及其它目的、特色、和优点，从以下较好实施方案的描述，将变得显而易见。
附图
是一幅工艺流程图，例示了本发明的一种方法，包含收集事先生成的丙烯酸、然后精制所收集的丙烯酸。
现在，以下将使用丙烯酸作为代表说明本发明。
本发明的催化气相氧化反应尤其不因第一阶段催化剂和第二阶段催化剂的种类而受限制。这两种催化剂，只要第一阶段催化剂能通过丙烯的气相氧化而主要生成丙烯醛且第二阶段催化剂能通过丙烯醛的气相氧化而主要生成丙烯酸，就能有效地使用。第一阶段催化剂的实例可以包括含有铁、钼、和铋的复合氧化物。第二阶段催化剂的实例可以包括有钒作为必需成分的催化剂。因此，本发明的第一阶段催化剂和第二阶段催化剂各自涵盖当前两段反应法丙烯酸生产(JP-B-60-32,615)中第一步和第二步一般使用的所谓第一阶段催化剂和第二阶段催化剂。
这些催化剂的制备方法没有特别限制，但可以选自技术上普遍知道的那些。
本发明中要使用的反应器和热介质的种类和使用方法没有特别限制。这里可以使用的反应器可以包括管壳式(列管式)换热器型、流态床型、和移动床型的反应器(JP-B-60-29,290)。
在一种包含把丙烯和/或丙烯醛用含分子氧气体催化气相氧化得到的一种混合气体进料到一座丙烯酸收集塔中，从该混合气体中收集含丙烯酸溶液、把这种含丙烯酸溶液进料到一座蒸馏塔中、从该溶液中分离和回收丙烯酸等步骤的工艺中，本发明的特征在于把含丙烯酸溶液进料到蒸馏塔中，同时使该含丙烯酸溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮(特定杂质)的总浓度保持在以该溶液中丙烯酸数量为基准不大于2000ppm的水平，较好使该含丙烯酸溶液中(甲基)丙烯醛的浓度保持在以丙烯酸数量为基准不大于100ppm的水平、更好保持在不大于50ppm的水平。2～4个碳原子的醛类实例可以包括(甲基)丙烯醛、乙醛、乙二醛。
该含丙烯酸溶液含有醛类、丙酮、水、乙酸、甲酸和马来酸等杂质。
本发明中2～4个碳原子的醛类和丙酮的含量的降低方法没有特别限制。为了这种减少之目的，此前已知的任何一种方法都可以采用。能有效用于进行这种减少的方法实例，可以包括能使催化气相氧化反应中丙烯醛转化率提高的方法，能通过提高丙烯酸收集塔中收集温度来降低含丙烯酸溶液中所含的以上提到化合物的浓度的方法，和能增加一个把含丙烯酸溶液进料到一座汽提塔中的步骤的方法。在以上提到的其它方法中，寓于增加一个把含丙烯酸溶液进料到一座汽提塔中的步骤的方法，从便于调整以上提到的化合物的浓度的观点来看，是特别有利的。
一般来说，采用蒸馏柱或塔作为适合本发明中意向用途的汽提塔。蒸馏塔的运行条件没有特别限制，但只需把含丙烯酸溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总浓度设定在以丙烯酸数量为基准不大于2000ppm的水平、较好不大于100ppm的水平、更好不大于50ppm的水平。这里有效地使用的蒸馏塔的实例，可以包括填充柱、板式塔(盘式塔)、湿壁柱、和喷雾柱。运行条件没有特别限定，但只需允许预期的丙烯酸精制。一般来说，运行压力可以在100～700hPa范围内，塔顶温度范围为50～100℃，而塔底温度范围为50～100℃。
蒸馏塔中要使用的阻聚剂没有特别限定。可以使用公认为丙烯酸阻聚剂的任何一种化合物。本发明中有利地使用的化合物实例可以包括氢醌、methoquinone、和吩噻嗪；铜盐化合物例如二甲基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜、二丁基二硫代氨基甲酸铜、和水杨酸铜；锰盐化合物例如乙酸锰；对苯二胺化合物例如对苯二胺；N-氧基化合物例如4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶子氧基；亚硝基化合物例如N-亚硝基二苯胺、脲化合物例如脲；硫脲化合物例如硫脲等。以上提到的化合物要么可以单独使用，要么可以以2种或多成员组合的形式使用。在以上列举的其它化合物中，从能提供有效阻聚、使蒸馏塔能耐腐蚀、和允许该蒸馏塔废液易于为处置而处理的观点来看，吩噻嗪和/或N-氧基化合物证明是特别适当的。
在含丙烯酸溶液进料用蒸馏步骤，向蒸馏塔中添加所要使用的阻聚剂的方法没有特别限制。这种阻聚剂可以直接进料到蒸馏塔中，或者可以将其溶解在进料溶液、回流液、或其它溶剂中，然后以所生成溶液的形式经由进料管线进料到蒸馏塔中。阻聚剂使用量没有特别限制。然而，阻聚剂总量，以丙烯酸蒸气量为基准，可以落入1～1000ppm(重量)的范围、尤其落入5～500ppm的范围内。本文中使用的“蒸气量”这一术语，系指按照与蒸馏塔再沸器所加热量的比例从塔底沸腾上来的单体蒸气总量。
本文中使用的“要用于本发明的蒸馏塔”这一表达，系指参与含丙烯酸溶液进料用精制步骤的所有蒸馏塔。这些蒸馏塔服务于从溶剂与丙烯酸的混合物中回收丙烯酸的目的，该混合物是通过用一种溶剂逆流冷却和洗涤丙烯和/或丙烯醛催化气相氧化产生的含丙烯酸气体而得到的。蒸馏塔实例可以列举溶剂分离塔、共沸分离塔、乙酸分离塔、和高沸点成分分离塔、尤其是多级柱。
附图是一幅工艺流程图，例示了一种包含收集所生成的丙烯酸、随后精制该丙烯酸的方法的一个实例。参照附图，含丙烯和/或丙烯醛的进料气体用含分子氧气体进行催化气相氧化而得到的含丙烯酸气体，经由管线(导管)1进料到丙烯酸收集塔101，并使之在此接触经由管线2进料的水，结果，将经由管线4得到一种含有丙烯酸和乙酸等副产物的丙烯酸水溶液。作为经由管线2供给丙烯酸收集塔101的水，尽管可以使用经由管线13供给的水，但恰当的是使用以下将更具体地描述的储槽20中的水相。丙烯酸水溶液进入汽提塔105中，并使之在此吹脱溶解于其中的醛类和丙酮，然后进入共沸分离塔102。本文中使用的“汽提”这一术语，系指一种一般通过使用蒸馏塔脱除比丙烯酸轻的成分的操作。这种汽提的条件没有特别限制，但诸如只需要诱发醛类和丙酮的散逸。一般地说，运行压力可以在100～700hPa的范围内，塔顶温度范围为50～100℃，且塔底温度范围为50～100℃。较好在这种情况下，将吹脱的气体回收并经由管线14循环到丙烯酸收集塔101中。在共沸分离塔102中，蒸馏经由管线15收到的丙烯酸水溶液和经由管线5收到的甲苯等共沸溶剂，结果，由水和共沸溶剂组成的共沸混合物将经由塔顶蒸出，而含乙酸的丙烯酸将经由塔底获得。由水和共沸溶剂组成的共沸混合物经由共沸分离塔102的顶部蒸出并进入储槽20中，在此将使主要由共沸溶剂形成的有机相与主要由水形成的水相分离。有机相经由管线5循环到共沸分离塔102中。同时，水相经由管线8循环到丙烯酸收集塔101中，而且可以有效地用来作为与经由管线1进入的含丙烯酸气体接触的收集水。从共沸分离塔102通过其底部提取出来的丙烯酸经由管线7进入乙酸分离塔103，在此使乙酸分离并通过顶部脱除，而且通过底部得到实质上不含乙酸的丙烯酸。精制的丙烯酸具有高纯度，因而可以直接用作丙烯酸酯生产用原材料。自然，这种高纯度丙烯酸可以进一步经由管线10进入高沸点成分分离塔104，以分离和脱除高沸点成分并经由塔顶得到纯度更高的丙烯酸。
汽提塔安装的位置没有特别限制。也可以用于特定杂质脱除目的的汽提塔可以介于共沸分离塔与低沸点成分分离塔之间，或介于低沸点成分分离塔与高沸点成分分离塔之间。
图中参考号3代表从含丙烯酸气体中收集丙烯酸之后剩余的气体再循环到氧化反应步骤的管线。这种残留气体一部分通过燃烧步骤，然后作为废气排放。参考号6代表共沸分离塔102的蒸馏管线，参考号9代表低沸点成分分离塔103的蒸馏管线，且参考号11和12分别代表高沸点成分分离塔104的蒸馏管线和底部提取管线。
本发明的方法允许在含丙烯酸溶液进料用蒸馏步骤同时使用分子氧，因此能更有效地防止丙烯酸聚合。关于分子氧的供给方法，分子氧可以与含丙烯酸溶液直接混合例如用鼓泡法，也可以事先将其溶解在一种溶剂中并将所得到的溶液用于间接混合。使气态分子氧经由蒸馏塔底部和/或经由再沸器供给，就可以容易地实现鼓泡。较好，以蒸馏塔中丙烯酸蒸气量为基准，分子氧一般可以以0.1～1％(体积)、较好0.2～0.5％(体积)范围内的速率供给。
尽管使用甲基丙烯酸的情况和使用丙烯酸的情况有很多共同点，但它们在下列各点上是不同的。
例如，它们在这样一点上不同把含甲基丙烯酸溶液进料到提取步骤，以通过一种溶剂介质进行含甲基丙烯酸溶液中甲基丙烯酸的提取，然后把该含甲基丙烯酸溶液进料到蒸馏塔中。甚至在这种情况下，在随后蒸馏塔中聚合的防止也可以通过实施本文中所提出的条件来有效地进行。
现在，以下将参考实例更具体地说明本发明。在下列实例和比较例中无论在何处提到“ppm”，它就意味着“ppm(重量)”，除非另有规定。
(甲基)丙烯醛浓度用气相色谱法(FID)测定，乙醛类和丙酮的浓度也都用气相色谱法(FID)测定。
实例1用一座顶部配备蒸馏管和原材料进料管、底部配备一个釜、内部配备五个不锈钢(SUS 316)制开孔率22％的筛板、内径30mm的蒸馏塔，蒸出丙烯酸。这里使用的原材料是通过将以下表1～3中所示特定醛类和酮以不同浓度添加到冰丙烯酸(精制丙烯酸)中配制的。蒸馏在100mmHg运行压力和88℃塔底温度的条件下进行。作为阻聚剂，吩噻嗪按照以丙烯酸蒸气数量为基准100ppm的数量添加、溶解于冰丙烯酸中，所得到的溶液经由塔顶进料到蒸馏塔中。持续8小时的运行状况用目视法检查，以评定阻聚效果。试验结果列于表1～3中。
表1
表2
<p>表3
实例2用一座顶部配备蒸馏管和原材料进料管、底部配备一个釜、内部配备五个不锈钢(SUS 316)制开孔率22％的筛板、内径30mm的蒸馏塔，蒸出甲基丙烯酸。这里使用的原材料是通过将以下表4中所示特定醛类和酮以不同浓度添加到冰甲基丙烯酸(精制甲基丙烯酸)中配制的。蒸馏在100mmHg运行压力和107℃塔底温度的条件下进行。作为阻聚剂，吩噻嗪按照以甲基丙烯酸蒸气量为基准100ppm的数量添加、溶解于甲基丙烯酸中，所得到的溶液经由塔顶进料到蒸馏塔中。持续8小时的运行状况用目视法检查，以评定阻聚效果。试验结果列于表4中。
表4
通过把甲基丙烯酸中特定醛类和酮的浓度设定在表4中所示的特定水平以下，可以有效地防止蒸馏进程期间的聚合。
实例3用一座顶部配备蒸馏管、回流溶液供给管、和阻聚剂供给管、中部配备原材料供给管、并在底部配备一个釜、底部提取管、和氧供给管的填充塔，蒸馏丙烯酸水溶液。
进行蒸馏的丙烯酸水溶液含有30％(重量)水、5ppm乙醛、70ppm丙烯醛、和20ppm丙酮(均以丙烯酸量为基准)。它是通过使丙烯催化气相氧化产生的反应混合气体与水接触，从而产生一种含有130ppm乙醛、2500ppm丙烯醛、和270ppm丙酮(均以丙烯酸量为基准)的混合溶液，把该混合溶液进料到一座汽提塔(一座保持在200mmHg运行压力、70℃塔顶温度、72℃塔底温度的条件下的填充塔)中，和从汽提塔中提取流出液而得到的。这种丙烯酸水溶液，在以所述浓度添加以下表5中所示各种化合物之后，以100ml/小时的体积流量率供给以上提到的填充塔。该蒸馏以甲苯为回流介质，在190mmHg运行压力、50℃塔顶温度、和100℃塔底温度的条件下进行。
该回流介质，在添加和溶解均作为阻聚剂的1.5ppm二丁基二硫代氨基甲酸铜和10ppm吩噻嗪之后，经由塔顶进料到该塔中。丙烯酸水溶液，在添加和溶解2ppm乙酸锰和10ppm氢醌(两者均以丙烯酸蒸气量为基准)之后，经由原材料供给管进料到塔中。经由塔底，按照以丙烯酸蒸气量为基准0.3％(体积)的数量供给氧气。
当在表5中5-4号条件下进行运行时，经由塔底静态提取的流出液组成为97.5％(重量)丙烯酸、0.02％(重量)水，不大于检测极限(1ppm)的乙醛，20ppm丙烯醛，10ppm丙酮，和2.48％(重量)其它成分。当在表4中所示4-1号条件下进行运行时，经由塔底静态提取的流出液组成为97.4％(重量)丙烯酸，0.02％(重量)水，10ppm乙醛，1520ppm丙烯醛，570ppm丙酮，和2.37％(重量)的其它成分。通过使流出液油相再循环，使用了回流介质。在8小时运行之后，塔的内部用一台室温下最低压力为5×10-4Torr的真空泵经由该塔下部抽吸15小时，以使内部干燥。然后，测定该塔内生成的聚合物重量，以评定阻聚效果。结果列于表5中。
表5
从表5清楚地看出，当乙醛类、丙烯醛和丙酮的总含量以丙烯酸水溶液中的丙烯酸量为基准不大于2000ppm(表5中试验号5-2、3和4)时，聚合物生成量比总含量为6500ppm(表5中试验号5-1)时小一个小数位。蒸馏期间的聚合物生成量，当该总含量不大于500ppm(表5中试验号5-3)时，较好当该总含量不大于100ppm(表5中试验号5-4)时，实质上可以压低到零。
当丙烯和/或丙烯醛用含分子氧气体进行催化气相氧化得到的混合气体进料到丙烯酸收集塔中以收集含丙烯酸溶液并将这种含丙烯酸溶液进料到蒸馏塔中以分离和回收丙烯酸时，通过按照本发明方法限制进料到蒸馏塔的含丙烯酸溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总含量，就可以有效地防止蒸馏塔中丙烯酸的聚合。结果，丙烯酸蒸馏装置可以长期运行。
进而，通过同时使用分子氧，可以更有效地防止丙烯酸聚合。
当异丁烯、叔丁醇、和/或甲基丙烯醛用含分子氧气体进行催化气相氧化得到的混合气体进料到甲基丙烯酸收集塔中以收集含甲基丙烯酸溶液并将这种含甲基丙烯酸溶液进料到蒸馏塔中以分离和回收甲基丙烯酸时，通过按照本发明方法限制进料到蒸馏塔的含甲基丙烯酸溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总含量，就可以有效地防止蒸馏塔中甲基丙烯酸的聚合。结果，甲基丙烯酸蒸馏装置可以长期运行。
进而，通过同时使用分子氧，可以更有效地防止甲基丙烯酸的聚合。
权利要求
1.在一座(甲基)丙烯酸分离或回收用蒸馏塔中精制催化气相氧化得到的含(甲基)丙烯酸溶液中的(甲基)丙烯酸的方法，其特征在于，向该蒸馏塔中进料该含(甲基)丙烯酸溶液，并使其中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总浓度保持在以(甲基)丙烯酸量为基准不大于2000ppm的水平。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，该含(甲基)丙烯酸的溶液进一步含有(甲基)丙烯醛，其中，以(甲基)丙烯酸数量为基准，(甲基)丙烯醛的浓度不大于100ppm。
3.按照权利要求1或权利要求2的方法，其特征在于，该含(甲基)丙烯酸的溶液事先进料到汽提塔中，然后进料到蒸馏塔中以分离或回收(甲基)丙烯酸。
4.按照权利要求1～3中任何一项的方法，其特征在于，当该含(甲基)丙烯酸的溶液进料到该蒸馏塔中时进一步添加一种阻聚剂，较好该阻聚剂是从下列组成的一组中选择的至少一种化合物氢醌，methoquinone，吩噻嗪，一种铜盐化合物，一种锰盐化合物，一种对苯二胺化合物，一种N-氧基化合物，一种亚硝基化合物，一种脲化合物，一种硫脲化合物，及其混合物。
5.按照权利要求1～4中任何一项的方法，其特征在于，含(甲基)丙烯酸的溶液的蒸馏是在分子氧的存在下进行的。
6.按照权利要求1～5中任何一项的方法，其特征在于，该含(甲基)丙烯酸的溶液是一种包含下列步骤的产物将一种含丙烯和/或丙烯醛的原料气体用一种含分子氧的气体进行催化气相氧化而产生的一种混合气体，或一种含有从异丁烯、叔丁醇、甲基丙烯醛及其混合物组成的一组中选择的至少一种化合物的原料气体用含分子氧的气体进行催化气相氧化而产生的一种混合气体，进料到一座(甲基)丙烯酸收集塔中，并从所述气体中收集该含(甲基)丙烯酸的溶液。
全文摘要
本发明涉及防止(甲基)丙烯酸在其蒸馏过程中发生聚合的方法。(甲基)丙烯酸用一种包含下列步骤的程序精制的方法:将丙烯和/或丙烯醛,或至少一种选自异丁烯、叔丁醇和甲基丙烯醛的化合物用含分子氧气体进行催化气相氧化而得到的混合气体进料到(甲基)丙烯酸收集塔中,收集含(甲基)丙烯酸溶液;该方法的特征在于使该含(甲基)丙烯酸溶液进料到该蒸馏塔中,同时使该溶液中2～4个碳原子的醛类和丙酮的总浓度不超过(甲基)丙烯酸量的2000ppm。
文档编号C07C51/235GK1270952SQ0010537
公开日2000年10月25日 申请日期2000年3月31日 优先权日1999年3月31日
发明者坂元一彦, 上野晃嗣, 中原整, 上冈正敏 申请人:株式会社日本触媒