CN101939283B - 改善的制备(甲基)丙烯酸酐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在至少一种阻聚剂存在下通过在(甲基)丙烯酸和乙酸酐之间的转酐化作用来制备(甲基)丙烯酸酐的改善方法,其中进行该反应直到反应剂部分转化,然后连续蒸馏。使用本发明的方法,在相对于现有方法改善的产量的条件下可以产生非常高纯度的I1A(M)A2O,同时抑制反应器的堵塞问题。
Description
本发明涉及通过在(甲基)丙烯酸和乙酸酐之间的酐交换作用(transanhydrification)制备(甲基)丙烯酸酐的改善的方法,其中进行该反应直到反应剂部分转化,然后连续蒸馏。
术语“(甲基)丙烯酸酐”,其在下文将用A(M)A2O表示,理解为甲基丙烯酸酐和丙烯酸酐。
长久以来,例如从申请EP231689已知,在阻聚剂存在下可以通过乙酸酐与(甲基)丙烯酸的反应来制备(甲基)丙烯酸酐。形成的乙酸在反应期间进行蒸馏和形成的(甲基)丙烯酸酐随后通过蒸馏进行分离。然而,该方法的实施遇到在从在其上装有蒸馏塔的反应器直接进行的蒸馏步骤期间的聚合问题。另外,产生的(甲基)丙烯酸酐的量由于反应器的尺寸受到限制,且由于反应剂一次性被引入到反应器重并因此没有最优化该反应能力而更受到限制。
为了克服该问题,在申请EP1273565中提出随着乙酸的形成至少部分地除去乙酸,和在该反应期间,通过连续将乙酸酐和/或(甲基)丙烯酸引入到该反应介质中至少部分地替换被除去的乙酸。该方法对于使反应介质稳定中产生明显的改进,然而没有完全地解决形成悬浮形式的聚合物的问题,这使得必须通过过滤来纯化在去除残余反应剂和轻副产物之后获得的粗制A(M)A2O。考虑到A(M)A2O的高度催泪性质,该过滤对于实施是棘手的。
专利申请US2002/0161260提出使用基于Cr、Zn、Cu、Ca、Zr、Li、La、Na或者Hf(特别地为羧酸盐形式)的催化剂。然而,使用这些催化剂不能获得显著的产率增加(相对于上述的方法)。
用于生产(甲基)丙烯酐(A(M)A2O)的在(甲基)丙烯酸(A(M)A)和乙酸酐(AC2O)之间酐交换作用的反应流程可以总结如下,具有两个主反应:
反应1:形成乙酸/(甲基)丙烯酸混合酐和乙酸(ACO)
其中R1=H或CH3。
反应1是非常快的
反应2:混合酐和A(M)A的反应
这种合成通常在间歇条件下在如在图1中描述的设备中进行。用于延迟加入反应剂的结构,如在文献EP1273565中所描述的结构,没有在该图中表示。反应剂A(M)A和AC2O,与至少一种阻聚剂在1处被引入到在其上装有蒸馏塔C1的反应器R1中。平衡的移动通过随着乙酸的形成而除去乙酸(通过蒸馏)而进行。蒸馏塔C1同时起除去在反应中产生的乙酸并因此使反应平衡移动而且在反应结束时蒸馏未转化的反应剂、混合酐类型的轻副产物和任选地期望产物A(M)A2O的作用。通常,回收由乙酸组成的蒸馏馏份F1、主要包含乙酸、(甲基)丙烯酸和乙酸/(甲基)丙烯酸混合酐的级分F2、主要包含乙酸/(甲基)丙烯酸混合酐与少量A(M)A2O的级分F3、主要包含期望的A(M)A2O的级分F4。A(M)A2O还可以在蒸馏级分F1、F2和F3后的反应器残余料(pied)中直接回收。然而通常需要进行反应器残余料的过滤以获得符合规则品质(qualitécorrecte)的产物。级分F2和F3,对它们来说,通常一次性或者连续被再循环至该反应(在该图中未被表示)。
使用现有的方法碰到或多或少明显的堵塞问题,这是由于该反应总是以反应剂的高转化度来进行。延长反应时间以获得反应剂的高转化度的事实表现为重副产物(加合物类型)含量的增大和大量聚合物A(M)A和A(M)A2O的形成得到反映,尽管存在阻聚剂,牺牲了选择性和以反应器的堵塞成本为代价。
在与该反应相同的设备中进行蒸馏阶段的事实进一步加重了聚合物产生的现象,其精细悬浮(se mettent en suspension fine)在粗制的反应混合物中。在蒸馏阶段期间,在反应器中的液体水平的逐渐下降表现为不稳定的或者相对不稳定的单体的延长接触,该单体从塔回流或者其与冷壁接触时被冷凝(其例如为反应器的圆盖不是足够绝热时的情况)。这种通过漫流使不稳定的或者相对不稳定的单体与夹套的热壁接触表现为堵塞反应器的聚合物的形成。当以粗制状态回收A(M)A2O时,(仅仅除去级分F1/F2/F3),必须过滤它们以除去悬浮的聚合物。由于高度催泪的性质使该过滤是棘手的,特别在清洗过滤器期间尤其如此。当A(M)A2O以纯态通过蒸馏进行回收时,反应器变得完全地堵塞。
而且,通常非常适合于蒸馏在反应期间产生的乙酸的蒸馏塔对于蒸馏级分F2/F3/F4一直不是在能力和效率方面的理想折衷。另外,在反应器中在整个蒸馏期间粗制反应产物在高温条件下的存在是非常有害的,原因如上所述。
本发明的目的因此为通过提出改善的制备(甲基)丙烯酸酐的方法来克服上述的各种缺点,该方法抑制反应器的堵塞问题并且避免棘手的A(M)A2O粗产物的过滤操作,同时产生在选择性和获得的产物的纯度方面的提高。
本发明的主题因此是在至少一种阻聚剂存在下通过在(甲基)丙烯酸和乙酸酐之间的酐交换作用来制备(甲基)丙烯酸酐的方法,特征在于它包括以下步骤:
a)在其上装有蒸馏塔C1的反应器R1中进行该反应直到反应剂部分被转化,
b)将由步骤a)产生的粗制反应混合物转移到中间储存槽S 1中,其连续地向第二蒸馏塔C2进料,
c)在塔C2的底部回收(甲基)丙烯酸酐和在塔顶回收基本上包含未转化反应剂的级分和轻副产物,
d)将塔C2的塔顶级分一次性或连续地再循环至反应器R1中。
该方法特征在于连续地蒸馏其反应剂的转化仅仅是部分的粗制反应混合物,和特征在于所述作阶段,反应和蒸馏被分开在两个不同的设备中。
这种方法可以提高产量,该提高相对于现有技术的方法可以达到约50%。
本发明的其它特征和优点现在将在下面的公开中并且参考图2进行详细描述,图2表示实施本发明方法的简化流程。
本发明的详细说明
在根据本发明的方法中,粗制反应产物(其反应剂的转化不会有意地被推动以限制重副产物和聚合物的形成和实现产量的增大)被转移到中间储存槽中。其随后在特别好地适合于去除残余反应剂和轻副产物的初馏塔(colonne d’étêtage)上被连续地蒸馏。在该塔底部回收的A(M)A2O具有大于97%的纯度和不含悬浮聚合物,因此不需要被过滤。
参考图2,将反应剂A(M)A和AC2O引入到在其上装有蒸馏塔C1的反应器R1中,该蒸馏塔用来随着乙酸形成而除去乙酸。优选地,使用甲基丙烯酸AMA。该反应阶段可以间歇地(不连续方式)进行,其中引入该反应器允许的最大量的进料。A(M)A与AC2O的摩尔比通常为0.5-5,优选地1.8-2.2。该反应阶段还可以间歇地(不连续)进行,通过引入原料然后在该反应期间延迟加入(连续地或者间歇地)一种或多种反应剂,其可以占据由去除乙酸而释放的空间。该优选的实施方案的操作条件详细描写在文献EP1273565中。特别地,被引入到反应器中的原料优选地具有为2.5-11,优选地9-11的起始A(M)A/AC2O摩尔比,其中加入的反应剂有利地是AC2O和A(M)A/AC2O总摩尔比优选地为0.5-5,特别地1.8-2.2。
反应阶段还可以连续地进行,其中连续取出不含悬浮固体的粗制反应产物,而不需要过滤它。
在根据本发明的方法中,进行该反应直到反应剂部分被转化,即直到在粗制反应产物中的A(M)A2O的含量已经达到最高75%,优选地直到在粗制反应产物中的A(M)A2O的含量为50%-70%,优选地50%-60%,其余部分由A(M)A、AC2O和未转化的混合酐组成。
通常,在可以为6-8h的时间期间进行该反应,其表示明显短于用于该反应剂更深入转化所需的时间。该反应器因此更快速地释放以进行新合成,由此提高该设备的产量。
反应温度通常为50℃-120℃,有利地85℃-105℃。根据选择的反应温度调节压力。通常它为20-200mmHg(0.0267和0.2666巴)。有利地在反应期间根据压力调节该塔的调节板(灵敏板)的温度以便对应于乙酸的蒸馏温度。通过如此操作,级分F1在塔C1塔顶获得,其乙酸纯度大于90%,甚至可以超过99%。
根据本发明,该反应在至少一种被引入到反应器以及蒸馏塔中的阻聚剂存在下进行。
作为阻聚剂的实例,可以使用本领域的技术人员已知的化合物,特别为氢醌,氢醌单乙醚,吩噻嗪,二(叔丁基)-对甲酚(BHT),2,4-二甲基-6-(叔丁基)酚(托帕诺尔A),对-苯二胺,二(叔丁基)邻苯二酚(BHT),4-羟基-TEMPO(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-吡啶基氧)或者TEMPO衍生物,单独或者作为混合物使用,以相对于反应剂混合物的100至5000ppm的比例使用。
根据本发明的优选的实施方案,反应阶段在没有催化剂时进行。然而,可以在催化剂存在下进行该反应,如游离形式或者固定在聚合物载体上的磺酸,其描述在文献EP196520和DE102006029320中,或者在专利申请US2002/0161260中描述的催化剂。在本发明的范围中,如果该转化没有被推进至结束,这些催化剂的使用不是必需的。
可以在整个反应期间进行鼓泡空气或者鼓泡消贫含8%氧的空气。
在该反应阶段结束时获得的粗产物通常是清澈的,无聚合物并且清除了在反应期间产生的乙酸。
根据本发明的方法的步骤b),当达到期望的反应剂转化度时,所述粗制反应产物被转移到中间储存槽S1中。根据本发明的特定的实施方案,该反应阶段连续地进行并且粗制反应产物通过改变操作条件(特别是反应温度和可以去除乙酸的塔C1的回流比)被连续地取出。
储存槽S1用来连续地向特别好地适合于去除残余反应剂和轻副产物(如由1mol A(M)A与1mol AC2O的反应形成的混合酐)的蒸馏塔C2进料。蒸馏塔C2优选地具有大于10个理论板,优选地大于15个理论板的分离效率。塔的填装可以是传统填装,无规的或者结构化的,或者这两个填装类型的混合。该塔的加热可以通过强制循环热虹吸管进行提供。
塔C2的进料速度可以在宽范围内变化,并且取决于设备和塔的尺寸。
在塔C2的塔顶连续回收包含未转化的反应剂和轻副产物的级分F2+F3,其用于被再循环到反应器R1中(步骤d),或者直接连续地或者在储存并且使用一种或多种阻聚剂稳定之后。已经令人惊讶地发现级分F2+F3在储存时优良的稳定性,而在对应于现有技术的方法中,在聚合之前储存时间是相对短的,这意味破坏级分F2而不能够将它们再循环到反应器中。这构成经济损失,其在根据本发明的方法的范围中不存在,而相反地观察到节省原料。
在塔C2的底部回收(甲基)丙烯酸酐P1,其中纯度大于97%,不需要过滤,即纯度高于使用传统方法通常得到的纯度(大约90-94%)。
由根据本发明的方法产生的A(M)A2O这时可以直接地作为合成反应剂进行使用,特别用于例如通过与二甲基丙胺反应制备(甲基)丙烯酸二甲氨基丙基酯。
根据本发明的一个特定的实施方案,该方法包括使用具有短停留时间的装置来纯化在塔C2的底部回收的A(M)A2O的附加步骤e),所述装置如膜蒸发器,其在图2中由设备C3表示,以除去重副产物和可能存在的阻聚剂。如此纯化的A(M)A2O具有至少99%的纯度,因此明显地大于使用传统方法可获得的纯度。
本发明通过以下实施例进行说明,然而该实施例不具有限制性质。
实施例
百分比以重量百分比表示。
使用以下缩写:
AMA2O:甲基丙烯酸酐
AMA:甲基丙烯酸
AC2O:乙酸酐
ACOH:乙酸
混合酐:H2C=C(CH3)C(O)OC(O)CH3
托帕诺尔A:2,4-二甲基-6-(叔丁基)酚
BHT:2,6-二(叔丁基)-对甲酚
实施例1(对比)
将302g AC2O、576g AMA、0.64g托帕诺尔A和0.19g BHT引入到具有1升有效容积的夹套玻璃反应器R1中,该反应器进行机械搅拌(4叶螺旋桨式混合器)和在其上装有具有冷凝器和回流头的具有15个理论板的蒸馏塔C1。在整个合成期间在反应介质中维持鼓泡贫化空气。反应器的温度在反应期间保持在90℃-95℃,操作压力从150mmHg逐渐降低到50mmHg。
在该反应阶段结束时,即10h时间段,获得478g粗制反应产物,该产物包含70%AMA2O。在该步骤期间,生产375g ACOH并且随着它们的形成通过蒸馏被除去。通过使塔顶压力降低至15mmHg和同时使温度上升最高至102℃进行轻产物(级分F2:去除AC2O;级分F3:去除AMA和混合酐)的蒸馏。获得的F2和F3的量为100g。使这些级分合并并且使用720ppm托帕诺尔A进行稳定以一次性被再循环至后面的反应。通过蒸馏级分F4获得AMA2O(300g)。级分F4的平均组成为95.5%AMA2O、2.5%重化合物、1%AMA和0.7%混合酐。在蒸馏结束时,反应器被强烈地堵塞。
实施例2(对比)
进行与在实施例1中相同的反应,除了在去除级分F1、F2和F3之后作为反应器R1塔底产物获得AMA2O(330g),在排空反应器并在压力下过滤以除去聚合物之后。平均组成为94%AMA2O、4%重产物、1%AMA和0.7%混合酐。
实施例3(根据本发明)
用于该反应阶段的反应器以及用反应剂进料和操作的条件为在实施例1中描述的那些。在反应6h之后,粗制反应产物占676g(组成:60%AMA2O、10%AMA、15%AC2O、11%混合酐、1%重产物+稳定剂)被冷却并且容易地被转移到缓冲容器S 1(用于以80g/h速率在塔中间(mi-column)向塔C2进料)中。没有观察反应器的堵塞。
塔C2具有30毫米的直径和装备有Multiknit类型的堆积填充物。它具有为20的理论板数。加热通过热虹吸管(thermosiphon)提供和真空通过叶轮泵提供。
80g/h粗产物被分割如下:48.8g/h在塔底部和其余部分表示轻产物在塔顶。塔顶产物被储存在缓冲容器中以被再循环至后面的反应。冷凝器和回流通过在AMA2O中的5%托帕诺尔A溶液进行稳定。将贫化空气注入到再沸器中。操作压力在塔顶为15mmHg和底部温度为91℃。如此获得的塔底产物包含AMA2O,纯度为97.5%。
从二甲基氨基丙胺合成二甲基氨基丙酰胺和在对比实施例1和2和实施例3结束时获得的AMA2O的品质产生较好的纯度,和根据本发明的实施例3获得的AMA2O的品质。
Claims (8)
1.在至少一种阻聚剂存在下通过在(甲基)丙烯酸和乙酸酐之间的酐交换作用来制备(甲基)丙烯酸酐的方法,特征在于它包括以下步骤:
a)在其上装有蒸馏塔C1的反应器R1中进行该反应直到反应剂部分被转化,
b)将由步骤a)产生的粗制反应混合物转移到中间储存槽S 1中,其连续地向第二蒸馏塔C2进料,
c)在塔C2的底部回收(甲基)丙烯酸酐和在塔顶回收基本上包含未转化反应剂和轻副产物的级分,
d)将塔C2的塔顶级分一次性或连续地再循环至反应器R1中。
2.根据权利要求1的方法,特征在于在步骤a)结束时(甲基)丙烯酸酐在粗制反应产物中的含量最高等于75%。
3.根据权利要求1的方法,特征在于在步骤a)结束时(甲基)丙烯酸酐在粗制反应产物中的含量为50%-70%。
4.根据权利要求1或2的方法,特征在于步骤a)以非连续方式进行。
5.根据权利要求1-2任一项的方法,特征在于步骤a)以不连续方式进行,其中引入原料,然后在该反应期间连续地或者间歇地延迟加入一种或多种反应剂。
6.根据权利要求1或2之一的方法,特征在于步骤a)和粗制反应产物的取出以连续方式进行。
7.根据权利要求1-2任一项的方法,特征在于反应步骤a)在没有催化剂时实施。
8.根据权利要求1-2任一项的方法,其另外包括使用具有短停留时间的装置来纯化在塔C2的底部回收的(甲基)丙烯酸酐的步骤e)。
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