BR112018011104B1

BR112018011104B1 - Processo para purificar metacrilato de metila

Info

Publication number: BR112018011104B1
Application number: BR112018011104-0A
Authority: BR
Inventors: William G. Worley; Stacy W. Hoy
Original assignee: Rohm And Haas Company; Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2021-03-23
Also published as: EP3390342B1; CA3008401A1; JP6913091B2; WO2017105977A1; CN108368025A; BR112018011104A2; SA518391736B1; MX2018007379A; US20180346403A1; KR20180094937A; CN108368025B; EP3390342A1; JP2018537466A; TW201739730A; SG11201804741TA; US10487038B2; KR102638548B1

Abstract

trata-se de um processo para purificar metacrilato de metila (a) alimentando-se com uma mistura que compreende metacrilato de metila e seu sal alcalino uma coluna de destilação acima do meio conjuntamente com um hidrocarboneto; (b) removendo-se uma primeira corrente de topo; (c) removendo-se uma primeira corrente de fundo; (d) alimentando-se com a primeira corrente de topo um primeiro separador de água para produzir (i) uma primeira fase orgânica e (ii) uma primeira fase aquosa que entra em uma coluna de secagem de metanol que produz uma segunda corrente de topo e uma segunda corrente de fundo; (e) alimentando-se com a primeira corrente de fundo um segundo separador de água para produzir (i) uma segunda fase aquosa com a qual alimenta-se uma coluna de extração de mma que produz uma terceira corrente de topo e uma terceira corrente de fundo, e (ii) uma segunda fase orgânica; (f) que combina a segunda fase orgânica e a segunda corrente de fundo dentro de um terceiro separador de água que produz uma terceira fase orgânica que entra em uma coluna de secagem de mma que produz uma quarta corrente de fundo, e (g) alimentando-se com a quarta corrente fundo uma coluna de produto de mma.

Description

PROCESSO PARA PURIFICAR METACRILATO DE METILA

ANTECEDENTE DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um processo integrado para purificação de um produto de reação de metacrilato de metila (MMA) a partir do efluente de um reator de esterificação oxidativa (OER).

[002] O uso de esterificação oxidativa para preparar MMA a partir de metacroleína e metanol é bem conhecido. Por exemplo, o documento n⍛ US4518462 revela um processo que tem uma coluna de recuperação de metanol com a utilização de hexano como um arrastador. No entanto, esse processo não é adequado para produtos de reação que contêm sais de MMA. Existe uma necessidade de um processo mais eficaz de separação dos componentes de produtos de reação que resultam a partir de preparação de metacrilato de metila.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] A presente invenção é direcionada a um processo para purificar metacrilato de metila; sendo que o dito método compreende: (a) alimentar com uma mistura de produto de reação que compreende metanol, metacrilato de metila e sais de metal alcalino do mesmo, metacroleína, água e subprodutos pesados uma primeira coluna de destilação que tem pelo menos 15 bandejas; em que a dita mistura de produto de reação e um C6 a C7 hidrocarboneto entram na primeira coluna de destilação acima do meio da coluna de destilação; (b) remover uma primeira corrente de topo que compreende C6 a C7 hidrocarboneto, metacroleína, metanol, água e metacrilato de metila; (c) remover uma primeira corrente de fundo que compreende água, metacrilato de metila e sais de metal alcalino do mesmo e subprodutos pesados; (d) alimentar com a primeira corrente de topo um primeiro separador de água para produzir (i) uma primeira fase orgânica que é devolvida à primeira coluna de destilação e (ii) uma primeira fase aquosa que entra em uma coluna de destilação de secagem de metanol que produz uma segunda corrente de topo rica em metanol e uma segunda corrente de fundo que é rica em água, e o primeiro separador de água é alimentado com pelo menos uma porção da dita segunda corrente de fundo; (e) alimentar com a primeira corrente de fundo um segundo separador de água para produzir (i) uma segunda fase aquosa com a qual alimenta-se uma coluna de destilação de extração de MMA que produz uma terceira corrente de topo rica em água e uma terceira corrente de fundo que compreende água e sal de metal alcalino de metacrilato de metila, e (ii) uma segunda fase orgânica; (f) combinar a segunda fase orgânica e a segunda corrente de fundo dentro de um terceiro separador de água que produz (i) uma terceira fase orgânica que entra em uma coluna de destilação de secagem de MMA que produz uma quarta corrente de topo e uma quarta corrente de fundo, e (ii) uma terceira fase aquosa; e (g) alimentar com a quarta corrente de fundo uma coluna de destilação de produto de MMA que produz uma corrente de produto de MMA e uma corrente de fundo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[004] A Figura é um esquema de um processo da invenção.

DECRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[005] Todas as percentagens de composição são percentagens em peso (% em peso), e todas as temperaturas são em °C, a menos que indicado de outro modo. Subprodutos pesados são subprodutos do OER que têm pontos de ebulição maiores que metacrilato de metila, e que compreendem oligômeros de metacrilato de metila além de produtos desconhecidos. Oligômeros de metacrilato de metila compreendem o dímero de metacrilato de metila e quantidades menores de oligômeros, que incluem, por exemplo, o trímero. Preferencialmente, sais de metal alcalino são sais de sódio ou potássio, preferencialmente sódio.

[006] O C6 a C7 hidrocarboneto funciona como um arrastador. Acredita-se que o mesmo quebra o azeótropo de metanol/MMA, o que permite remoção e recuperação de metanol na primeira coluna de destilação. Preferencialmente, o C6 a C7 hidrocarboneto é alifático. Preferencialmente, o C6 a C7 hidrocarboneto é um hidrocarboneto saturado, preferencialmente um alcano acíclico. Em uma modalidade preferencial, uma mistura de C6 a C7 hidrocarbonetos é usada. Preferencialmente, o C6 a C7 hidrocarboneto ou mistura do mesmo tem um ponto de ebulição de pressão atmosférica (101 kPa) a partir de 65 a 100 °C, preferencialmente, pelo menos 67 °C; preferencialmente, não superior a 90 °C, preferencialmente, não superior a 80 °C, preferencialmente, não superior a 75 °C. Preferencialmente, o C6 a C7 hidrocarboneto é n-hexano.

[007] Preferencialmente, a primeira coluna de destilação (coluna de recuperação de metanol) tem pelo menos 20 bandejas, preferencialmente, pelo menos 25; preferencialmente, não mais que 40 bandejas, preferencialmente, não mais que 35 bandejas. Preferencialmente, o ponto em que a mistura de produto de reação entra na primeira coluna de destilação está no maior 40% das bandejas, preferencialmente, o maior 30%, preferencialmente, o maior 20%, preferencialmente, o maior 10%, preferencialmente, o maior 7%. Preferencialmente, o ponto em que a mistura de produto de reação entra na primeira coluna de destilação está nas dez bandejas mais altas, preferencialmente, nas oito bandejas mais altas, preferencialmente, nas seis bandejas mais altas, preferencialmente, nas quatro bandejas mais altas, preferencialmente, nas três bandejas mais altas, preferencialmente, nas duas bandejas mais altas, preferencialmente, no estágio superior.

[008] Preferencialmente, a coluna de destilação de secagem de metanol tem a partir de 20 a 40 bandejas; preferencialmente, pelo menos 25, preferencialmente, pelo menos 27; preferencialmente, não mais que 35, preferencialmente, não mais que 33. Preferencialmente, a coluna de destilação de extração de MMA tem a partir de 5 a 30 bandejas; preferencialmente, pelo menos 10, preferencialmente, pelo menos 12; preferencialmente, não mais que 25, preferencialmente, não mais que 20. Preferencialmente, a coluna de destilação de secagem de MMA tem a partir de 20 a 40 bandejas; preferencialmente, pelo menos 25, preferencialmente, pelo menos 27; preferencialmente, não mais que 35, preferencialmente, não mais que 33. Preferencialmente, a coluna de destilação de produto de MMA tem a partir de 10 a 30 bandejas; preferencialmente, pelo menos 15, preferencialmente, pelo menos 17; preferencialmente, não mais que 25, preferencialmente, não mais que 23.

[009] Preferencialmente, a mistura de produto de reação compreende pelo menos 0,8% em peso de sais de metal alcalino de metacrilato de metila, preferencialmente, pelo menos 1% em peso, preferencialmente, pelo menos 1,5% em peso, preferencialmente, pelo menos 1,8% em peso; preferencialmente, não mais que 3% em peso, preferencialmente, não mais que 2,5% em peso, preferencialmente, não mais que 2% em peso. Preferencialmente, a mistura de produto de reação compreende a partir de 40 a 80% em peso metanol, preferencialmente, a partir de 45 a 70% em peso, preferencialmente, a partir de 50 a 68% em peso. Preferencialmente, a mistura de produto de reação compreende a partir de 5 a 40% em peso metacrilato de metila, preferencialmente, a partir de 10 a 35% em peso, preferencialmente, a partir de 15 a 32% em peso. Preferencialmente, a mistura de produto de reação compreende a partir de 1 a 10% em peso de água, preferencialmente, a partir de 3 a 9% em peso, preferencialmente, a partir de 4 a 8% em peso. Preferencialmente, a quantidade do C6 a C7 hidrocarboneto (ou hidrocarbonetos) que entra na primeira coluna de destilação como refluxo é a partir de 2 a 10 vezes a quantidade de metanol na mistura de produto, preferencialmente, 3 a 5 vezes. Preferencialmente, quando C6 a C7 hidrocarboneto adicional necessita ser adicionado, o mesmo entra na primeira coluna de destilação nas dez bandejas mais altas, preferencialmente, nas oito bandejas mais altas, preferencialmente, nas seis bandejas mais altas, preferencialmente, nas quatro bandejas mais altas, preferencialmente, nas três bandejas mais altas, preferencialmente, nas duas bandejas mais altas, preferencialmente, na bandeja superior.

[0010] Em uma modalidade preferencial, antes do processo descrito no presente documento, o produto direto a partir do OER passa através de uma coluna de destilação inicial para remover uma corrente de topo inicial que compreende componentes leves, isto é, aqueles que têm pressão de vapor maior que metanol. Os componentes leves compreendem, principalmente, formato de metila. Os níveis típicos de formato de metila no produto direto são a partir de 1 a 6% em peso e a primeira coluna de destilação é alimentada com a corrente de fundo inicial proveniente da coluna de destilação como a mistura de produto de reação, que, tipicamente, contém não mais que 1% em peso de formato de metila.

[0011] A primeira corrente de topo passa através de um condensador e, então, entra no primeiro separador de água, do qual a primeira fase orgânica é devolvida à mesma seção da primeira coluna de destilação em que a mistura de produto entra, e a primeira fase aquosa é enviada a uma coluna de secagem de metanol. Preferencialmente, a primeira fase aquosa compreende 50 a 68% de água, 30 a 44% de metanol e 2 a 6% de metacroleína. Preferencialmente, a primeira fase orgânica compreende 82 a 92% de C6 a C7 hidrocarboneto, 4 a 10% de metacroleína e 2 a 10% de MMA. Pelo menos uma porção da segunda corrente de fundo, que é rica em água, é adicionada à primeira corrente de topo antes da mesma entrar no primeiro separador de água. Preferencialmente, a quantidade de água adicionada à primeira corrente de topo é 0,2 a 1 vezes a quantidade da corrente de topo, preferencialmente, 0,25 a 0,6 vezes. Preferencialmente, a primeira corrente de fundo entra em um segundo separador de água após passar através de um trocador de calor para resfriá-la, preferencialmente, a uma temperatura não superior a 50 °C, preferencialmente, a partir de 20 a 50 °C. A segunda fase orgânica é predominantemente MMA (preferencialmente 86 a 96%), com o remanescente que compreende em sua maior parte água (1 a 4%) e subprodutos pesados (3 a 10%), e é processada adicionalmente para obter MMA de alta pureza. A segunda fase orgânica é combinada com pelo menos uma porção da segunda corrente de fundo e enviada ao terceiro separador de água, do qual uma terceira fase orgânica é enviada a uma coluna de destilação de secagem de MMA e uma terceira fase aquosa é produzida. Preferencialmente, a terceira fase aquosa é combinada com a segunda fase aquosa que é enviada à coluna de extração de MMA.

[0012] Uma coluna de secagem de metanol é alimentada com a primeira fase aquosa para remover água. Preferencialmente, a segunda corrente de topo a partir dessa coluna compreende 82 a 92% de metanol, 7 a 14% de metacroleína e 0 a 4% de MMA. Preferencialmente, a segunda corrente de topo é reciclada ao OER.

[0013] A segunda fase aquosa contém sal de metal alcalino de metacrilato de metila e água, preferencialmente, 70 a 90% de água e 10 a 30% de MMA de sódio, bem como pequenas quantidades (0 a 2%) de MMA e metanol. A segunda fase aquosa entra em uma coluna de extração de MMA que produz uma terceira corrente de topo rica em água e, preferencialmente, que compreende MMA (5 a 15%) e uma pequena quantidade de metanol (2 a 6%). Preferencialmente, a terceira corrente de topo é enviada à primeira coluna de destilação conjuntamente com a mistura de produto.

[0014] A coluna de secagem de MMA remove água do MMA bruto. Preferencialmente, a quarta corrente de topo a partir dessa coluna compreende 75 a 85% de MMA, 15 a 22% de água e 0 a 3% de metanol. Preferencialmente, a quarta corrente de topo é enviada à primeira coluna de destilação, preferencialmente, ao terço médio da coluna, preferencialmente, abaixo do ponto no qual a mistura de produto de reação entra na coluna. Preferencialmente, a quarta corrente de fundo a partir dessa coluna compreende 90 a 96% de MMA e 4 a 10% de subprodutos pesados. Uma coluna de destilação de produto de MMA é alimentada com a quarta corrente de fundo, em que a coluna remove os subprodutos pesados para produzir uma corrente de topo de MMA que, preferencialmente, é de 99 a 100% de pureza e uma quinta corrente de fundo que compreende MMA e subprodutos pesados.

[0015] Água pode ser decantada a partir de uma corrente pelos meios de métodos padrões. Em uma modalidade preferencial, por meio de um tanque que contém um defletor vertical ou uma série de defletores e é dimensionado suficientemente que a fase orgânica ou aquosa se separa em fases individuais. O orgânico de fase mais leve avança sobre o defletor vertical e a fase de água mais pesada flui sob o defletor. Os líquidos separados são retirados das seções do tanque que acumulou o excesso e subfluxo de cada fase.

[0016] Preferencialmente, o inibidor de polimerização é adicionado a uma ou mais dentre as colunas para minimizar a polimerização de MMA. Quantidades de inibidor, tipicamente, são pequenas e tipos e quantidades de uso típico são bem conhecidos no campo.

[0017] A temperatura e pressão em uma coluna de destilação é dependente da composição do material que é destilado. Em uma modalidade preferencial da invenção, as colunas são operadas em pressão reduzida, tal como a partir de cerca de 100 a cerca de 760 mmHg (13 a 101 kPa), ou a partir de 200 a 400 mmHg (26 a 53 kPa). Preferencialmente, a pressão de coluna é ajustada para manter a temperatura de fundo abaixo de 120 °C, preferencialmente, abaixo de 100 °C.

[0018] A Figura representa um diagrama de fluxo de processo para o processo reivindicado, sendo que a mistura de produto de reação 1 é introduzida na primeira coluna de destilação A. Uma primeira corrente de fundo 6 a partir da coluna é dividida, com a corrente 8 que passa através de um trocador de calor E, e reciclagem 7 devolvida à coluna através do refervedor D. A corrente de topo 2 deixa a coluna na parte superior e passa através do condensador B e a corrente resultante 3 entra no separador de água C, para produzir (i) uma primeira fase orgânica 4 que é devolvida à primeira coluna de destilação e (ii) uma primeira fase aquosa 5 que entra na coluna de destilação de secagem de metanol G que produz uma segunda corrente de topo 9 rica em metanol e uma segunda corrente de fundo 10 que é rica em água, e o primeiro separador de água é alimentado com pelo menos uma porção da segunda corrente de fundo. O segundo separador de água F é alimentado com a corrente 8 para produzir (i) uma segunda fase aquosa 13 com a qual alimenta-se uma coluna de destilação de extração de MMA I que produz uma terceira corrente de topo 14 rica em água e uma terceira corrente de fundo 15 que compreende água e sal de sódio de metacrilato de metila, e (ii) uma segunda fase orgânica 16. Alimenta-se com a segunda fase orgânica 16 e uma porção de segunda corrente de fundo 10 um terceiro separador de água H que produz (i) uma terceira fase orgânica 12 que entra em uma coluna de destilação de secagem de MMA J que produz uma quarta corrente de topo 17 e uma quarta corrente de fundo 18 e (ii) uma terceira fase aquosa 11. Alimenta-se com a quarta corrente de fundo 18 uma coluna de destilação de produto de MMA K que produz uma corrente de produto de MMA 19 e uma corrente de fundo 20.

EXEMPLOS EXEMPLO 1

[0019] Esse experimento é realizado com a utilização da configuração de processo mostrada na Figura 1. A coluna de destilação é um i.d de 28 mm. Coluna Oldershaw de 30 bandejas, e n-hexano é empregado como o solvente arrastador. Um refervedor de termossifão aquecido por vapor é usado para fornecer o fervor na coluna. A pressão na parte superior da coluna é de 93,33 kPa (700 mmHg) absolutos. A temperatura de topo é 48 °C, e a temperatura de fundo é 83 °C.

[0020] Alimenta-se uma mistura que contém 29,9% de MMA, 58,1% de metanol, 2,1% de metacroleína, 7,1% de água e 1,2% de metacrilato de sódio, com o saldo sendo luzes (pressão de vapor mais alta que metanol) e matérias pesadas orgânicas (pressão de vapor inferior a MMA) através da linha 1 em uma taxa de 197 g/h na bandeja superior da coluna de destilação.

[0021] De modo surpreendente, nenhuma precipitação de sal é observada nas bandejas ou no refervedor após 8 horas de tempo de execução. Nenhum metacrilato de sódio é detectado na corrente de MMA bruto orgânico de fundo, portanto, processos a jusante adicionais não terão dificuldade com precipitação de sal.

NA - não aplicável

EXEMPLO 2

[0022] Uma simulação ASPEN de localização de alimentação em uma primeira coluna de destilação de 30 bandejas (bandeja 1 é a bandeja superior), que assume 60% de eficácia de bandeja produziu os resultados a seguir para o % de MMA reciclado àquela coluna.

[0023] A eficiência da primeira coluna aumenta conforme a localização da alimentação de mistura de produto de reação se eleva na coluna.

Claims

Processo para purificar metacrilato de metila, caracterizado pelo fato de que o dito método compreende: (a) alimentar com uma mistura de produto de reação que compreende metanol, metacrilato de metila e sais de metal alcalino do mesmo, metacroleína, água e subprodutos pesados uma primeira coluna de destilação que tem pelo menos 15 bandejas; em que a dita mistura de produto de reação e um C6 a C7 hidrocarboneto entram na primeira coluna de destilação acima do meio da coluna de destilação; (b) remover uma primeira corrente de topo que compreende C6 a C7 hidrocarboneto, metacroleína, metanol, água e metacrilato de metila; (c) remover uma primeira corrente de fundo que compreende água, metacrilato de metila e sais de metal alcalino do mesmo e subprodutos pesados; (d) alimentar com a primeira corrente de topo um primeiro separador de água para produzir (i) uma primeira fase orgânica que é devolvida à primeira coluna de destilação e (ii) uma primeira fase aquosa que entra em uma coluna de destilação de secagem de metanol que produz uma segunda corrente de topo rica em metanol e uma segunda corrente de fundo que é rica em água, e alimenta-se com pelo menos uma porção da dita segunda corrente de fundo o primeiro separador de água; (e) alimentar com a primeira corrente de fundo um segundo separador de água para produzir (i) uma segunda fase aquosa com a qual alimenta-se uma coluna de destilação de extração de MMA que produz uma terceira corrente de topo rica em água e uma terceira corrente de fundo que compreende água e sal de metal alcalino de metacrilato de metila, e (ii) uma segunda fase orgânica; (f) combinar a segunda fase orgânica e a segunda corrente de fundo dentro de um terceiro separador de água que produz (i) uma terceira fase orgânica que entra em uma coluna de destilação de secagem de MMA que produz uma quarta corrente de topo e uma quarta corrente de fundo, e (ii) uma terceira fase aquosa; e (g) alimentar com a quarta corrente de fundo uma coluna de destilação de produto de MMA que produz uma corrente de produto de MMA e uma corrente de fundo.
Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura de produto de reação compreende pelo menos 0,8% em peso de sais de metal alcalino de metacrilato de metila.
Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a mistura de produto de reação compreende a partir de 1 a 10% em peso de água.
Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a mistura de produto de reação entra na primeira coluna de destilação em 30% das bandejas mais altas.
Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que C6 a C7 hidrocarboneto é um hidrocarboneto saturado que tem um ponto de ebulição de pressão atmosférica a partir de 65 a 100 °C.
Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a quarta corrente de topo é enviada à primeira coluna de destilação no terço médio da coluna.
Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a mistura de produto de reação é uma corrente de fundo inicial produzida enviando-se um produto a partir de um reator de esterificação oxidativa a uma coluna de destilação inicial que também produz uma corrente de topo inicial que compreende componentes leves.
Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de topo é reciclada ao reator de esterificação oxidativa.
Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a mistura de produto de reação entra na primeira coluna de destilação dentro das seis bandejas mais altas.