CN105555396B - 用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法中的热转化容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在用于制备甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)的工业方法中的丙酮合氰化氢(ACH)酰胺化步骤过程中使用的热转化容器(200)。热转化容器(200)用于将α‑羟基异丁酰胺(HIBAM)、α‑硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)，2‑甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(MAA)的水解混合物转化为2‑甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物，所述容器包括：‑至少一个隔室(C1，C2，C3，..Ci)，其包括内壁(206a，206b，..206i)，所述内壁将所述隔室分成两个通过所述容器的底部和所述内壁之间提供的通道连通的部分(C1a，C1b)，‑所述隔室具有在所述内壁上方的空间，用于在热转化过程中使气相与液相分离，‑所述隔室与出口阀(204a，204b，...204i)相连接。这种容器使得能够在非常安全的条件获得高热转化产率。

Description

用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法中的热转化容器
技术领域
本发明涉及用于甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)制备的连续工业方法。更具体地本发明涉及此类工业方法的步骤，其涉及丙酮合氰化氢(acetone cyanohydrine)的酰胺化步骤。本发明更确切地涉及在该酰胺化步骤期间使用的热转化容器，其用于将水解混合物转化成甲基丙烯酰胺混合物，所述甲基丙烯酰胺混合物进一步被酯化以制备甲基丙烯酸甲酯(MMA)或者被水解以制备甲基丙烯酸(MAA)。
背景技术
许多商业方法用于制备选自甲基丙烯酸(在以下描述中也称为“MAA”)和 /或甲基丙烯酸甲酯(在以下描述中也称为“MMA”)的单体。这些方法之一在于由丙酮合氰化氢(ACH)来制备此类单体。这样的方法例如描述在美国专利申请US2010/0069662中。在该方法中，通过硫酸水解丙酮合氰化氢ACH来制备α-羟基异丁酰胺(在以下描述中也称为“HIBAM”)、其硫酸酯，α-硫酸根合异丁酰胺(在以下描述中也称为“SIBAM”)、2-甲基丙烯酰胺(在以下描述中也称为“MAM”)和甲基丙烯酸MAA的水解混合物。由此制备的水解混合物然后进入到经加热的热转化反应器中热转化成包含2-甲基丙烯酰胺MAM和少量MAA 的混合物。在该反应过程中，SIBAM热转化成MAM的发生快于HIBAM热转化为MAM。为了促进HIBAM热转化成MAM，必须提供热量和进入热转化反应器中的混合物的增加的停留时间两者。至所需产物(即MAM)的热转化率的降低导致MMA或MAA的制备过程的总产率的降低。
MAM可以用于通过与甲醇的酯化反应制备MMA，或者其可用来通过与水的水解反应制备MAA。
甲基丙烯酸甲酯MMA主要用于制备聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(也称为“PMMA”)，其具有多种应用，例如汽车、运输、航空、光电、信息学、电信、风能或者建筑建造。MMA也可以用于通过酯交换方式制备其它的甲基丙烯酸酯类。
MMA和MAA市场是极其成本敏感的。工艺产率中的略微改善可导致显著市场优势。
特别地，已经发现，在SIBAM和HIBAM的热转化步骤期间，出现水解混合物组分即HIBAM，SIBAM，MAM和MAA的回混到热转化反应器中。这样的回混意味着热转化反应器内混合物的各组分的保留时间的变化。一些组分在反应器内将具有不足的保留时间，以致HIBAM的转化率低。与其形成对比，一些组分在热转化反应器内将具有延长的保留时间，这可导致SIBAM，MAM 和MAA的高转化率或降解率。热转化反应器内保留时间的这种变化使热转化步骤降级，并因此MMA或MAA制备的总产率降低。
为了解决在热转化步骤期间回混的这一问题，文献EP0999200描述了包括活塞流热转化装置的热转化反应器，其实现了避免回混。此种活塞流热转化装置是管道，其直径使得其允许具有贯穿管道的横截面几乎相同的管道内的流体速度。沿管道的速度始终是相同的，其防止回混的出现。在这篇文献中，管道必须具有足够的长度以提供进入裂化反应器的混合物的所需的保留时间。
然而，这样的活塞流热转化装置呈现出其它不便之处。事实上，为了转化反应以及为了提供所期望的保留时间，此类装置需要数匝(turn)大长度的管道，以及数个对腐蚀问题敏感的焊缝。由于该管道的长度必须足够以具有所需的保留时间的事实，并且由于组成材料是特定的合金，如
Figure BPA0000220437990000021
B2或B3(镍 /钼合金)，所以此种管道十分昂贵。另外，此种管道难以清理和维护。
此外，一旦已经针对保留时间选择长度，就不可能再改变长度，由此进料至管道的混合物的温度和混合物的流量必须非常精确。为了调整流量，该文献中所描述的管道在入口处具有逐渐扩张的部分，在出口处具有逐渐收缩的部分。然而，该管道是非灵活性的并且很难有最佳的条件，即温度、进料流量和所需的保留时间，这是因为一旦已经选择了直径和长度，就不能够再容易地改变它们。因此，利用此种管道似乎不可能进行调整以适应最终的单体产物(即MMA 或者MAA)的制备。
最后，在热转化过程中，组分的分解导致气体释放。然而在管道内似乎没有意图要去除产生的气体。因此，在管道内如果的气体的压力增加且变得太高，可能发生反应器的破裂。
文献W02006/083251公开了用于在连续分段活塞流反应器(continuoussegmented plug flow reactor)中进行化学反应的方法。活塞流反应器包括在各个内部反应室中的传热元件。除了用于促进高传热，传热元件也在那里用于在每个反应室中具有湍流以用于更均匀的混合。每个室还可以包括附加的混合元件。该反应器末端只含有一个出口。这是不方便的，以致考虑到生产量和转化率，在反应器中不能使反应混合物的所需的保留时间与所需的产物相适应。
文献DE2330716公开了用于在液相中连续进行化学反应的装置。该装置包括在各个隔室中的搅拌器件。各个搅拌器件被固定到横穿整个装置的轴上。该搅拌器件扰动装置中的层流。
因此，需要改进热转化的步骤，以增加热转化的产率同时保持安全。
技术问题
本发明的目的在于避免现有技术中的至少一个不便之处。更具体地，本发明的目的在于提出更简单的热转化装置，避免了组分的回混并且无论液体混合物的进料速率和该装置内的温度如何都实现了具有受控的保留时间，所述装置是安全的，并且避免了任何因过压而引起的破损的风险。
发明概述
为了该目的，本发明涉及用于将α-羟基异丁酰胺(HIBAM)、α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)、2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(MAA) 的水解混合物转化成包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的热转化容器，所述容器的特征在于其包括：
-至少一个隔室，其包括内壁，所述内壁将所述隔室分成两个通过在所述容器的底部和所述内壁之间所提供的通道连通的部分。
-所述隔室具有在所述内壁上方的空间，用于在热转化过程中使气相与液相分离。
-所述隔室与出口阀相连接。
因此，本发明的热转化容器使得能够将两相分离，即使来自混合物的热分解的气体与位于气相下面的液相分离，使得可以排出气体并控制容器内的压力，以避免任何爆炸的危险。内壁使得能够避免回混的风险，这是因为混合物通过始终以相同方向流动来填充隔室。
根据另一特征，该热转化容器包括至少两个隔室，其通过溢流壁彼此分离，待转化的水解混合物从所述溢流壁之上流过以从一个隔室通过至另一个，每个隔室与出口阀相连接。
此类具有多于一个隔室的热转化容器，使得无论液体水解混合物的进料速率如何都能够具有受控和受调节的停留时间。事实上，如果进料速率高，打开离进料口远的出口阀，以产生用于所制备的MAM的出口。与其形成对比，如果进料速率低，则打开离进料口近的出口阀，以产生用于所制备的MAM的出口。关于内壁，溢流壁使得能够避免回混的风险，这是因为它们迫使液体总是以相同的方向流动。本发明的容器因此是灵活性的，并且使用该容器可根据停留时间来调整容器内的温度。无论待转化的混合物的进料速率如何，停留时间是可控的，这是为根据填充容器的混合物的流量，待打开的出口阀将程度不同地远离进料口。因此，停留时间保持最佳以具有高的转化产率，且该容器也允许大的灵活性，这是因为其调整进料速率以适应所需的生产而对热转化的产率没有任何影响。
根据另一个方面，本发明涉及用于丙酮合氰化氢(ACH)酰胺化成包含2- 甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的单元，所述单元包括用于通过硫酸水解丙酮合氰化氢(ACH)以制备α-羟基异丁酰胺(HIBAM)、α-硫酸根合异丁酰胺(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设备，所述单元的特征在于其还包括：
-加热工具，其用于在包括在110℃至165℃，优选125℃至150℃，且更优选130 ℃至145℃的温度下加热所述水解混合物。
-上述的热转化容器，所述经加热的水解混合物被引入其中并在预定的保留时间期间流经至少一个隔室，在此期间，所述水解混合物转化成所述包含2-甲基丙烯酰胺的混合物。
为了避免产率降低，优选不储存该包含2-甲基丙烯酰胺的混合物。因此，所获得的包含2-甲基丙烯酰胺的混合物流经该容器的至少一个出口阀，并被引导至全局过程(global process)的下一个反应步骤，以制备选自甲基丙烯酸 (MAA)和/或甲基丙烯酸甲酯(MMA)的单体。
根据另一个方面，本发明涉及用于丙酮合氰化氢(ACH)酰胺化的方法，其包括以下步骤：第一步通过硫酸水解丙酮合氰化氢以制备α-羟基异丁酰胺 (HIBAM)，α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)，2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE) 和甲基丙烯酸(MAA)的水解混合物，且第二步将所述水解混合物热转化成包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物，所述方法的特征在于所述热转化的第二步包括以下步骤：
-将所述水解混合物加热至110℃至165℃，优选125℃至150℃，且更优选130℃至145℃的预定温度，
-用所述经加热的水解混合物以预定的进料速率对上述容器进料，
-经预定的保留时间使所述水解混合物流经所述容器的隔室，所述保留时间包括在3至16分钟，优选5至12分钟，以制备所述包含2-甲基丙烯酰胺的混合物。
-打开出口阀下游的容器的全部的一个或多个出口阀，这根据所述预定的保留时间和所述预定的进料速率来确定。
最后，本发明涉及用于制备选自甲基丙烯酸(MAA)和/或甲基丙烯酸甲酯 (MMA)的单体的方法，其包括以下步骤：
-通过Andrussow法制备氰化氢(HCN)，
-由氰化氢和丙酮制备丙酮合氰化氢(ACH)，
-水解丙酮合氰化氢(ACH)以制备水解混合物，其包含α-羟基异丁酰胺、α-硫酸根合异丁酰胺、2-甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸，
-在热转化装置中，以必要的保留时间热转化所述水解混合物以制备包含2-甲基丙烯酰胺的混合物，
-在至少一个反应器中，将所得到的包含2-甲基丙烯酰胺的混合物与选自甲醇或水的物质反应以制备选自甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)的单体，
-所述方法的特征在于，热转化的步骤是按照上述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，通过使用在上游连接加热工具的上述容器进行的。
附图说明
参照附图，在阅读以下的通过说明性而非限制性的实例给出的描述时，本发明的其它特征和优点将变得明显，其中：
图1表示用于制备甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸甲酯的设施的简化的方框示意图，
图2表示图1的设施的一部分的简化的方框示意图，对应于该设施的酰胺化区段
图3表示本发明的热转化容器的剖视示意图，
图4A和4B表示沿图3的容器直径的剖视示意图，分别显示了溢流壁和内壁。
发明详述
在本说明书中所描述的热转化容器具有基本上为圆柱形的形状，圆柱体的高限定了容器的水平轴，其平行于放置圆柱体的地面，且直径限定了垂直轴，其垂直于地面。
术语“顶部”，“上部”或“在...上方”和“下面的”，“底部”，或“在...下方”用来定义相对于所述容器的垂直轴的容器的部分。
术语“上游”和“下游”是相对于流体流经设施的器件的方向而定义的，所述设施用于制备最终产物例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)。关于选自甲基丙烯酸和/或其酯的单体的合成
图1显示了用于由丙酮和通过Andrussow法制备的氰化氢HCN制备甲基丙烯酸和/或其酯的设施的简化的方框示意图。Andrussow法例如在文献 US1934838中描述。
此类单体可进一步用于制备例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其为广泛用于多种应用例如汽车、运输、航空、光电、信息学、电信、风能或者建筑建造的聚合物。
氰化氢HCN的制备
首先(步骤S1和S2)，在第一单元110中，由含甲烷的气体、氨和最终富含氧的空气的混合物来制备HCN。制备反应气体的混合物(步骤S1)，并引入到包含基于铂/铑网的催化剂网的Andrussow型反应器中(步骤S2)。气体混合物经过催化剂网并在包括在750℃至1250℃，优选1000℃至1200℃的温度下反应以形成HCN。富含氧的空气使得能够提高生产量并降低甲烷消耗。将制备的 HCN快速冷却和处理以避免HCN聚合。为此，通过与硫酸反应来吸收未反应的氨，在吸收塔中吸收氰化氢并使其稳定，然后在蒸馏塔中对其蒸馏，以达到99.5wt％的纯度。
丙酮合氰化氢ACH的制备
然后将由此合成的HCN与丙酮(C3H6O)在设计用于制备丙酮合氰化氢 ACH(步骤S3)的单元120中混合。然后通过蒸馏将得到的未经加工的丙酮合氰化氢纯化。
丙酮合氰化氢的酰胺化
提供该设施的第三单元130用于丙酮合氰化氢的酰胺化。这样的ACH的酰胺化需要两个步骤S4和S5以用于制备2-甲基丙烯酰胺(在以下描述中也称为“MACRYDE”)。
首先，在步骤S4中，相比于丙酮合氰化氢ACH，过量加入硫酸(H2SO4)。例如H2SO4/ACH的摩尔比包括在1.25至1.8，更优选1.3至1.6。
发生的该第一反应是ACH通过硫酸的水解反应，其产生中间体盐，称为 SIBAM(即α-硫酸根合异丁酰胺)。该反应如下：
Figure PA00002204379958314
该反应是快速和放热的反应。温度为约90℃-95℃，且压力接近大气压力。
第二反应(步骤S5)是缓慢和吸热的反应。其在大气压下，且在110℃至 165℃，优选125℃至150℃，且更优选130至145℃之间的温度范围发生。该反应是持续3至16分钟的蒸煮反应。该反应如下：
Figure PA00002204379958329
在合成反应过程中存在许多其它的副产物。主要的副反应在下文中描述。
ACH通过少量的水的第一水解反应可以生成显著量的HIBAM(α-羟基异丁酰胺)。这样的反应是非常快速的。所述反应如下：
Figure PA00002204379958352
在第二步S5中，HIBAM还可以生成MACRYDE，但该反应非常缓慢。因此，在酰胺化步骤S5结束时存在大量未转化的HIBAM。所述反应如下：
Figure PA00002204379958366
HIBAM的水解可以生成HIBA(α-羟基异丁酸)：
Figure PA00002204379958384
同时，通过SIBAM被水水解制备显著量的甲基丙烯酸MAA。该反应如下：
Figure PA00002204379958413
然后或者通过将水添加到MACRYDE混合物中使酰胺化后得到的 MACRYDE和MAA的混合物(在本说明书也被称作包含2-甲基丙烯酰胺的混合物)水解(步骤S7)，或者通过将甲醇添加到MACRYDE混合物中使其酯化 (步骤S6)。
酯化
将酰胺化后得到的组分(即甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸)酯化以获得甲基丙烯酸甲酯MMA。酯化反应(步骤S6)通过将所述组分与甲醇(CH3OH)混合进行。
主反应为以下这两个：
Figure PA00002204379958437
Figure PA00002204379958453
酰胺化后得到的组分也可以通过使其与水混合来进行水解(步骤S7)。此种水解反应使得能够根据以下反应来获得甲基丙烯酸：
Figure PA00002204379958467
获得的未经加工的MMA或MAA的纯化
然后将酯化(S6)后获得的未经加工的甲基丙烯酸甲酯MMA或水解(S7) 后获得的未经加工的甲基丙烯酸MAA通过本领域中已知的经典方法纯化(步骤S8)以除去残余化合物。
关于使用热转化装置的热转化步骤
图2示出了图1设施的一部分的简化的方框示意图，其对应于设施的酰胺化单元130。该单元130包括第一设备131，其用于通过硫酸H2SO4水解丙酮合氰化氢ACH以制备α-羟基异丁酰胺(HIBAM)、α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)、 2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(MAA)的水解混合物(用于制备MMA或MAA的步骤S4)。然后将由此合成的水解混合物热转化成包含2- 甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和少量甲基丙烯酸(MAA)的混合物。为此，酰胺化单元130包括加热工具132，其用于在必须包括在110℃至165℃，优选125 ℃至150℃，更优选130℃至145℃的温度下加热水解混合物，以确保水解混合物的最佳转化率。通过利用加热物流起作用的换热器132来提供这样的加热。将经加热的水解混合物引入到用于预定保留时间的热转化容器133中。该容器是密闭容器，在其中在预定的保留时间期间将该混合物保持在转化温度，以具有最佳的转化产率。当达到保留时间时，包含2-甲基丙烯酰胺的混合物流经所述容器中的至少一个出口阀。出口阀的作用在于在所需的保留时间后从反应容器中移除所需的产物或包含产物的混合物。本发明中出口阀的作用不是移除反应过程中的副产物。
然后，将得到的包含2-甲基丙烯酰胺的混合物快速引入到本方法的下一反应步骤(图1中的步骤S6或S7)，以用于制备选自甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸甲酯的单体，以避免其聚合。
任选地，容器下游即刻可提供冷却工具。
该酰胺化单元130的每个设备，即水解设备131，加热工具132和容器133，装备有至少一个连接到排气收集网络135的排气口，以便排出因酰胺化过程期间混合物组分的分解而形成的气体。
所述单元130可另外与控制单元50相连接，其管理着数个调节警报器(regulations alarm)和安全联锁装置(safety interlock)，例如，水解反应131的温度，ACH和硫酸的进料流量，所述液体水解混合物的加热温度，以及在容器的出口所述甲基丙烯酰胺混合物的冷却温度。另一方面，所述容器133的至少一个出口阀的打开和/或关闭是手动控制的。这样的调节使得在安全条件下能够具有水解混合物至丙烯酰胺混合物的最佳转化产率。来自酯化或水解的废酸 (H2SO4)可以用于制备硫酸铵或者可再生以制备可再循环至工艺中的硫酸/发烟硫酸。
图3示出了热转化容器的剖视示意图。在该图中，将热转化容器标记为200。
该容器具有基本上为圆柱形的形状，所述容器的高定义了平行于放置所述容器的地面的水平轴。因此，垂直于地面的垂直轴由圆柱体的直径所定义。
该容器至少包括一个隔室C1。图3中该容器示意为具有六个隔室。优选所述容器包括至少两个隔室，且更优选至少三个隔室(C1，C2，C3，..Ci)，所述隔室包括内壁(206a，206b，..206i)，所述内壁将所述隔室分成两个通过在所述容器的底部和所述内壁之间提供的通道连通的部分(C1a，C1b)。优选地，该容器包括1至16个隔室，且更优选2至12个，有利地3至12个隔室。
每个隔室具有内壁206a，206b，...206i，所述内壁将所述隔室C1分成两个通过所述内壁下方的通道连通的部分C1a和C1b，以迫使落入所述隔室的第一部分C1a的液体混合物在所述隔室C1的底部和所述内壁206a之间流动，并进入所述隔室C1的第二部分C1b。如在图4b中，内壁206a，206b，..206i被固定至容器的内侧壁。内壁是不可旋转的或者是搅拌系统的一部分。
在所述内壁206a上方提供进入容器上部的空间，所述空间位于容器的顶部和所述内壁206a的顶部之间。提供这样的空间用于在热转化过程中使气相和液相分离。实际上，在水解混合物的热转化过程中，存在归因于甲基丙烯酰胺在丙酮中分解的气体、CO、HCN或SO2的释放。这样的气相与液相分离，并且由于连接到排气网络的排气出口209的存在可以被移除。这样的气体出口使该容器能够在低于0.5barg的压力(即高于大气压0.5bar)下运行。因此，使用这样的相分离和气体出口，爆炸的风险高度降低。
优选地，该容器包括多于一个的隔室。更优选地，容器包括至少三个隔室。为此，每个隔室C1，C2...Ci通过溢流壁205a，205b...205i彼此分开。术语“溢流壁”表示壁，液体混合物在所述壁上方流动以从一个隔室经过至另一个。提供此种溢流壁使得对容器进料的液体混合物通过在各个溢流壁之上流动来从一个隔室流向下一个。因此，该水解混合物通过以下方式流入第一隔室C1：其落入所述第一隔室的第一部分C1a，在所述隔室C1的底部和所述内壁206a之间流动，并进入所述隔室的第二部分C1b，然后其继续从溢流壁205a之上流过以落入第二隔室C2的第一部分C2a，以此类推。
每个隔室有利地与出口阀204a，204b，204c，...204i相连。将容器200的开口203设置在容器的顶部所述第一隔室的上方，通过所述开口来进料水解混合物。将每个隔室的每个出口阀设置在容器的底部刚刚在每个隔室的下方，并将所述出口阀连接到出口210。出口阀的任务是在所需的保留时间后从反应容器中移除包含所需产物的混合物。本发明中的出口阀不是为了仅除去反应过程中的副产物。
内壁和溢流壁的高度相同但在所述容器中的设置不同。实际上，设置内壁以在底部在隔室的两个部分之间提供连通的通道，而设置溢流壁以将各个隔室分开，使得它们不在底部在各个隔室之间提供任何连通的通道。
全部的溢流壁和内壁使得能够避免液体混合物的滞留区域和回混的出现。液体混合物从位于容器顶部的开口203落入，且其流动总是受到引导，以便相继填充隔室的第一部分和第二部分，并然后越过溢流壁以继续以相同的方式填充相邻的隔室。避免了回混，由此避免了包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE) 的混合物的大的分解率。
溢流壁和内壁的总数有利地包括在3至32，且优选5至28，且更优选10 至24。
获得层流，并且根据本发明应当避免湍流。根据本发明的容器没有包含搅拌器或混合元件。搅拌器或混合元件表示扰动层流以产生湍流的器件或者元件。其可以是具有可旋转轴和搅拌元件或挡板或引入气泡的经典搅拌器。后者的元件均未存在于根据本发明的容器中。
图4A和4B表示沿图3的容器直径的剖视示意图，分别显示了溢流壁205 和内壁206。
容器200的侧壁包括规则间隔开的法兰220。提供这样的法兰用于固定所述溢流壁205和内壁206。为此，每个溢流壁和内壁借助于螺丝和螺母或铆钉，或其它等效方式被固定在每个法兰220的某些点221。图4A中所示意的溢流壁 205以没有进入容器的下部的连通通道这样的方式被固定。与其形成对比，图 4B中所示意的内壁206以这样的方式被固定，相对于溢流壁，其位置被转移到容器的上部，使得在容器的下部提供连通通道。在该图中，可以看出，法兰220 还具有提供在底部的开口222，使得液体混合物可以在没有任何阻碍流动的障碍的情况下流经连通通道。
溢流壁205与内壁206的高度h是相同的。确定该高度以便在容器内在所述壁上方为气相保留足够的空间。因此，无论是溢流壁还是内壁的高度h优选包括在容器200的高度H的2/3至3/4。
因此这样的容器是灵活性的，因为其使得能够适应所需的生产量。如果待制备的最终产物的量增加，则对容器进料的水解混合物的流量增加。尽管该进料速率增加，容器内的保留时间保持恒定，使得具有水解混合物至包含 MACRYDE的混合物的最佳转化率。实际上，当进料速率增加时，则该液体在容器的隔室中更快速地从溢流壁之上流过，在相同的时间内比较低的进料速率填充更多的隔室。因此，为了总是有相同的保留时间，打开以使所得到的包含 MACRYDE的混合物离开的出口阀将更远离容器的进料口203。例如，在进料速率增加的情况下，设置在出口阀204e下游的出口阀将被打开，而设置在出口阀204e上游的全部出口阀保持关闭。
与其形成对比，如果所需的生产量降低，则水解混合物的进料速率降低，使得流经隔室的液体混合物在相同的时间内比更快的进料速率填充更少的隔室。因此，为了在容器内具有相同的恒定的保留时间，从而具有最佳的转化反应，打开以使所得到的包含MACRYDE的混合物离开的出口阀将离容器的进料口203更近。例如，在进料速率的降低的情况下，设置在出口阀204b下游的出口阀将被打开。
此外，有利地根据所需的保留时间来调整温度。事实上，转化反应的最优化取决于温度和保留时间。保留时间有利地包括在3至16分钟，且优选5至12 分钟。因此，根据所选择的保留时间，将混合物(在将其引入到容器中之前对其加热)温度调整为在110℃至165℃的最佳范围内，优选125℃至150℃，且更优选130℃至145℃，以具有最好的转化率。
该容器是密闭空间，混合物的温度保持基本恒定。事实上，由于两种竞争性的现象，可以观察到温度的略微上升或相反地略微下降。第一种现象涉及甲基丙烯酰胺的部分分解，其是放热的。第二种现象是由于在容器的自然外部环境，其穿过容器壁略微冷却该混合物。无论如何，该容器内温度变化从不超过5 ℃。
在差的温度调节的情况下，反应可能变成失控反应。因此，其可能产生巨大量的气体并引起过压。为了避免此种情形，有利地在容器顶部提供防爆膜208。这种防爆膜因此防止任何爆炸的风险并使得容器安全。
该容器至少在一端，但优选在每端，还包括检修孔201a，201b。因此，每个检修孔可例如通过围绕被固定在例如法兰202上的旋转轴旋转来打开。这样的容器配置是有利的，因为其有助于容器的清洁。事实上，似乎有必要定期清洁容器，例如每年一次，以除去可落在容器底部的聚合物。
优选地，将抑制剂混入硫酸中，所述硫酸用于产生液体水解混合物的酰胺化的第一反应，然后在酰胺化反应前将水解混合物进料至容器中。该抑制剂使得能够阻止热转化后的混合物中得到的2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的聚合。这样的抑制剂必须可溶于硫酸，例如为吩噻嗪。
为了抵抗腐蚀性的混合物，容器及其溢流壁和内壁优选由至少在以下中选择的合金制成：镍基合金，且优选镍/钼合金如
Figure BPA0000220437990000131
B，B2，B3；铁/镍合金如
Figure BPA0000220437990000132
或钽合金。
最后，在顶部容器提供有若干个传感器。在图3描绘了放置在每个隔室上方的每个隔室的一个温度传感器207a，207b...207i。然而温度传感器的数量可更多或更少。实际上，存在至少两个分别放置在容器的每端的温度传感器，以控制整个容器温度恒定。还存在至少一个压力传感器211以控制液相上方的气体形成的量。
使之前从已经描述的用于制备MMA或MAA的设施的酰胺化单元130的第一设备中获得的水解混合物热转化的容器200带来了许多益处。更具体地，这样的容器允许在非常安全的条件下获得高热转化产率，这是因为液相和气相是分离的且气体通过排气口排出，使得压力在容器内保持恒定，比大气压略高。
在前面引用的文献EP 0999200中描述的活塞流管道的情况下，这样的液相和气相的分离是不可能的。为了避免流经该活塞流管道的液体中形成气泡，需要保持必须比大气压力大得多的压力，这可能在安全性方面变得有问题，因为在转化反应失控的情况下可能无法避免爆炸。
此外，为了具有容器内的混合物的相同的保留时间，本发明的容器比现有技术中的管道需更少的合金表面。因此，本发明的容器为此比现有技术的管道更便宜。
此外，现有技术的管道具有固定的长度，因此被配置为仅一种进料速率以具有最佳的保留时间。因此，这样的管道被配置为固定的生产量。与其形成对比，本发明的容器是灵活性的。事实上，无论进料速率如何，且因此无论任何所需的生产量如何，所述本发明的容器都允许具有混合物的恒定的保留时间。因此，本发明的容器能适应生产的变化。
现有技术的活塞流管道需要许多匝，且因此许多焊缝从内部向外部穿过所述管子，以具有所需的保留时间，然而本发明的容器不需要如此多的焊缝，因此其对腐蚀较不敏感并因此更为耐久。
最后，现有技术中的活塞流管道不能够容易地清洁，然而本发明的容器可容易且定期地清洁。

Claims (21)

1.用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其包括以下步骤：第一步通过硫酸水解丙酮合氰化氢以制备α-羟基异丁酰胺，α-硫酸根合异丁酰胺，2-甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸的水解混合物，且第二步将所述水解混合物热转化成包含2-甲基丙烯酰胺的混合物，所述方法的特征在于所述热转化的第二步包括以下步骤：
-将所述水解混合物加热至110℃至165℃的预定温度，
-用所述经加热的水解混合物以预定的进料速率对热转化容器(200)进料，
-经预定的保留时间使所述水解混合物流经所述容器的隔室，所述预定的保留时间包括在3至16分钟，以制备所述包含2-甲基丙烯酰胺的混合物，
-打开出口阀下游的容器的全部的一个或多个出口阀，这根据所述预定的保留时间和所述预定的进料速率来确定，
其中所述的热转化容器(200)用于将α-羟基异丁酰胺、α-硫酸根合异丁酰胺，2-甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸的水解混合物转化为包含2-甲基丙烯酰胺的混合物并且包括：
-至少三个隔室(C1，C2，C3，..Ci)，其包括内壁(206a，206b，..206i)，所述内壁将所述隔室分成两个通过所述容器的底部和所述内壁之间提供的通道连通的部分(C1a，C1b)，
-所述隔室具有在所述内壁上方的空间，用于在热转化过程中使气相与液相分离，
-每个所述隔室与出口阀(204a，204b，...204i)相连接，该出口阀的作用在于从所述热转化容器中移除所需的产物或包含产物的混合物，其中所述出口阀连接到出口(210)，
其中所述容器不包括搅拌器或混合元件，以获得层流。
2.权利要求1所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述至少三个隔室(C1，C2，C3，..Ci)通过溢流壁(205a，205b，...，205i)彼此分离，待转化的水解混合物从所述溢流壁之上流过以从一个隔室通过至另一个。
3.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于溢流壁(205a，205b，..，205i)或内壁(206a，206b，...206i)的高度(h)为包括在容器高度(H)的2/3至3/4。
4.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于内壁(206a，206b，...206i)被固定到容器的侧壁上。
5.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器不包含任何搅拌器或混合元件。
6.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器还包括用于用所述水解混合物进料的开口(203)，所述开口(203)在容器的顶部，且每个所述出口阀(204a，204b，...204i)在所述容器的底部。
7.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于溢流壁和内壁的总数包括在3个至32个。
8.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器呈现圆柱形形状。
9.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器在至少一端包括检修孔(201a，201b)。
10.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器的侧壁包括规则间隔开的法兰(220)，溢流壁和内壁固定在所述法兰(220)上。
11.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器及其溢流壁和内壁由至少在镍基合金或钽合金中选择的合金制成。
12.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器还包括排气口(209)和防爆膜(208)。
13.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器还包括至少两个温度传感器(207a，207b，...，207i)和至少一个压力传感器(211)。
14.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述容器在上游与加热工具(132)相连接。
15.权利要求1或2所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述水解混合物还包含可溶于硫酸的聚合抑制剂。
16.权利要求7所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于溢流壁和内壁的总数包括在10个至24个。
17.权利要求15所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述聚合抑制剂是吩噻嗪。
18.权利要求1所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于，根据预定生产量来调节进料速率，根据所述进料速率来确定必须打开以用于具有预定的保留时间的出口阀，且根据所述保留时间来调节加热温度。
19.权利要求1所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述预定温度包括在125℃至150℃。
20.权利要求1所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述预定温度包括在130至145℃。
21.权利要求1所述的用于丙酮合氰化氢酰胺化的方法，其特征在于所述预定的保留时间包括在5至12分钟。
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