CN105658319A - 用于丙酮合氰化氢的酰胺化方法中的水解容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在丙酮合氰化氢(ACH)的酰胺化步骤期间，在用于生产甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)的工业方法中使用的水解容器(200)。水解容器(200)用于采用硫酸水解丙酮合氰化氢以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的混合物。其包括在其内部环形周边区域上的至少一个冷却系统(212、244)，并且其沿其垂直壁被划分为至少两级，优选三级，每级(S1至S3)包括ACH进料入口(201、202、203)。这样的容器允许控制混合物的均匀性和温度两者，并由此在非常安全的条件下获得水解反应的高收率。

Description

用于丙酮合氰化氢的酰胺化方法中的水解容器
[发明领域]
本发明涉及用于生产甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)的连续的工业方法。其更特别地涉及这样的工业方法的步骤，其涉及丙酮合氰化氢的酰胺化步骤。本发明更确切地涉及在用于采用硫酸水解丙酮合氰化氢以产生酰胺的此酰胺化步骤期间使用的水解容器，然后将所述酰胺热转化成甲基丙烯酰胺混合物，其进一步被酯化以生产甲基丙烯酸甲酯(MMA)或被水解以生产甲基丙烯酸(MAA)。
[现有技术状态]
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。这些方法之一包括由丙酮合氰化氢(ACH)制备这样的单体。这样的方法例如被描述在美国专利申请US2010/0069662中。在此方法中，丙酮合氰化氢ACH被硫酸水解以产生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（α-sulfatoisobutyramide）(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”或“MACRYDE”)和甲基丙烯酸MAA的水解混合物。然后在加热的热转化反应器中将由此产生的水解混合物热转化成包含2-甲基丙烯酰胺MAM和少量的MAA的混合物。
文献EP0999200公开了一种用于甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸的高收率生产的装置和方法。该方法包括包含活塞流热转化装置的裂化反应器（crackerreactor）并且还公开了水解反应器。然而，未公开对于所要求的温度范围的冷却系统。
MAM可以用于通过与甲醇的酯化反应生产MMA，或者它可以用于通过与水的水解反应生产MAA。
甲基丙烯酸甲酯MMA主要用于生产聚合物，例如具有多种应用(例如汽车、运输、航空航天、光伏、信息、电信、风能或建筑物构建)的聚甲基丙烯酸甲酯(也称为“PMMA”)。MMA也可用于通过酯交换生产其它甲基丙烯酸酯。
MMA和MAA市场对成本是极为敏感的。工艺收率的略微改进可以产生显著的市场优势。
特别地，在酰胺化步骤期间的第一水解反应具有非常快的动力学，其通常为几秒钟，并且是非常放热的。放热反应可以导致例如丙酮、CO和甚至HCN的分解产物的产生。如果混合和冷却系统效率不高，那么存在大量的ACH和硫酸分解，产生例如CO或SO2的气体。如果不对分解加以控制，那么由于通过分解放热容易导致温度升高，并且由于反应器中产生的气体导致压力升高。如果混合系统或冷却系统失效(其可以导致反应器的破裂)，那么可能发生失控反应。因此，水解反应的效率的两个关键点是良好的混合和良好的冷却系统，其完美地控制并保持温度在一定区间内，以避免产物的分解或降解，并改进反应的选择性和收率。
通常，在串联的两个反应器中产生水解反应，通过位于所述反应器的顶部的入口引入反应的每个组分，即ACH和硫酸，并以旋转的方式驱动搅拌轴，从而使得其位于所述反应器的底部的叶轮使所述混合物均匀化。通过放置于所述反应器的下游的热交换器系统形式的冷却装置冷却混合物。
本申请人已发现这样的反应器不能完全令人满意。实际上，组分的混合物的均匀性和冷却不能得到充分好的控制，从而使得它出现了大量的分解产物。这是因为反应非常快使得所述混合物在反应完成之前没有足够的时间均匀化的事实。在混合物中产生了热点，其导致了分解产物的出现。因此，反应的收率低并且通常低于90%。
因此，需要改进酰胺化步骤的水解反应的条件，以提高反应的收率。
因此，需要改进酰胺化步骤的水解反应的条件，以控制和调节反应器内部的温度，从而使得它是均匀而无热点的，以避免分解和降解成大量不希望的产物。
[技术问题]
本发明的目的是避免现有技术状态的至少一个不便之处。更具体地说，本发明的目的是提出被设计用于在反应完成之前更好地控制组分的混合物的均匀化和冷却两者的改进的水解容器，从而改进水解反应的收率。
[简要描述]
为了这个目的，本发明涉及用于通过硫酸(H2SO4)水解丙酮合氰化氢(ACH)以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物的容器，所述容器包括用于使所述混合物均匀化的搅拌系统，所述容器的特征在于，其包括在其内部环形周边区域上的至少一个冷却系统，并且其沿其垂直壁被划分为至少两级，每级包括ACH进料入口。
根据本发明的在其内部环形周边区域上具有冷却系统的容器避免了水解混合物的完全热交换必须经由所述周边区域，通过调节起来缓慢的外部冷却夹套完成。
因此，在所述容器内部提供冷却系统的事实以及通过两个或更多个进料入口分割（split）ACH的进料的事实能够避免热点的产生。实际上，在水解反应完成之前，ACH具有与硫酸均匀化的时间，并且所述容器内部的冷却系统能够控制所述容器内部的温度并避免热点的产生。
根据另一方面，本发明涉及用于将丙酮合氰化氢(ACH)酰胺化成含有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)以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物的第一装置、用于在110℃-165℃的温度下加热所述水解混合物的加热装置以及用于将所述水解混合物热转化成所述含有2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的热转化容器，所述单元的特征在于：所述第一装置包括至少一个如上所述的容器。
优选地，第一水解装置包括并联且同时运行的至少两个容器。
根据另一方面，本发明涉及一种用于酰胺化丙酮合氰化氢(ACH)的方法，所述方法包括通过硫酸水解丙酮合氰化氢以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物的第一步骤，和将所述水解混合物热转化成包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的第二步骤，所述方法的特征在于所述第一水解步骤包括以下步骤：
-通过所述容器的底部入口将H2SO4进料至上述容器，并且通过沿所述容器的垂直壁分布的至少两个不同的注入入口将ACH进料至上述容器，
-注入ACH的同时，采用所述容器的搅拌系统使所述混合物均匀化，
-通过至少一个冷却系统管理容器内部的温度，所述温度必须为80℃-110℃，优选85℃-100℃。
最后，本发明涉及一种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，所述方法包括以下步骤：
-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)以产生包含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的水解混合物，
-在热转化装置中采用必需的停留时间热转化所述水解混合物以产生包含2-甲基丙烯酰胺的混合物，
-在至少一个反应器中使获得的包含2-甲基丙烯酰胺的混合物与选自甲醇或水的材料反应，以产生分别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通过使用上述容器，根据上述用于酰胺化丙酮合氰化氢的方法进行水解丙酮合氰化氢(ACH)的步骤(S4)。
[附图介绍]
本发明的其它特征和优点将在参考附图阅读以下通过以说明性和非限制性实施例的方式给出的描述时变得明显，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工厂的简化示意性方框图，
·图2表示图1的工厂的一部分(对应于所述工厂的酰胺化部分)的简化示意性方框图，
·图3表示本发明的水解容器的示意性截面图，
·图4表示包括并联的两个水解容器和用于进料至每个容器的至少一个冷却系统的水的闭合回路的装置的示意图，
·图5表示图3的水解容器的示意性俯视图，
·图6表示用于将图3的容器的一级与另一级隔开的分隔挡板的示意性俯视图。
[说明]
在本说明书中所描述的水解容器具有大致圆柱形的形状，圆柱体的高度限定垂直于放置所述容器的地面的所述容器的垂直轴线，并且直径限定平行于地面的水平轴线。
术语“顶部”、“上部”或“上方”和“下部”、“底部”或“下方”用于定义相对于所述容器的垂直轴线的所述容器的一部分。
术语“上游”和“下游”是相对于流经用于生产最终产品(例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA))的工厂的装置的流体的方向定义的。
关于选自甲基丙烯酸和/或其酯的单体的合成
图1示出了用于由丙酮和通过Andrussow法制备的氰化氢HCN生产甲基丙烯酸和/或其酯的工厂的简化示意性方框图。所述Andrussow法例如被描述在文献US1934838中。
这样的单体可进一步用于生产例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中，其是一种广泛用于很多应用(例如汽车、运输、航空航天、光伏、信息、电信、风能或建筑物构建……)中的聚合物。
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、氨气和最终富氧的空气的混合物生产HCN。制备反应物气体的混合物(步骤S1)，并将其引入(步骤S2)包括基于铂/铑丝网的催化剂丝网的Andr??ussow型反应器中。气体的混合物经过催化剂丝网，并在750℃-1250℃，且优选1000℃-1200℃的温度下反应，以形成HCN。所述富氧空气能够提高生产率并降低甲烷消耗。将生产的HCN快速冷却和处理，以避免HCN的聚合。为此，尚未反应的氨气通过与硫酸反应而被吸收，并且HCN在吸收塔中被吸收并稳定化，然后在蒸馏塔中蒸馏，以达到99.5wt%的纯度。
丙酮合氰化氢ACH的制备
然后在被设计用于生产丙酮合氰化氢ACH的单元120中将由此合成的HCN与丙酮(C3H6O)混合(步骤S3)。然后通过蒸馏纯化获得的粗丙酮合氰化氢。
丙酮合氰化氢的酰胺化
所述工厂的第三单元130被提供用于丙酮合氰化氢的酰胺化。ACH的这样的酰胺化需要两个步骤S4和S5，用于生产2-甲基丙烯酰胺(在以下的描述中也称为“MACRYDE”)。
首先，在步骤S4中，相比于丙酮合氰化氢ACH过量地加入硫酸(H2SO4)。例如H2SO4/ACH的摩尔比是1.2-2，优选1.25-1.8，并且更优选1.3-1.6。
发生的此第一反应是ACH通过硫酸的水解反应，其产生了称为SIBAM(对于α-硫酸根合异丁酰胺)的中间产物盐。该反应如下：
(CH3)2COHCN+H2SO4→(CH3)2COSO3HCONH2(1)
丙酮合氰化氢(ACH)α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)
该反应是快速和放热的。温度为80℃-110℃，并且压力接近大气压力。
第二反应(步骤S5)是缓慢且吸热的反应。它发生在大气压力和110℃-165℃，优选125℃-150℃，且更优选130℃-145℃的温度下。该反应是持续3-16分钟的蒸煮（cooking）反应。该反应如下：
(CH3)2COSO3HCONH2→CH2C(CH3)CONH2+H2SO4(2)
α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)
在合成反应期间存在许多其它副产物。主要的副反应在下文中描述。
通过少量水的ACH的第一水解反应可以产生显著量的HIBAM(α-羟基异丁酰胺)。这样的反应非常快。该反应如下：
(CH3)2COHCN+H2O→(CH3)2COHCONH2(3)
丙酮合氰化氢(ACH)α-羟基异丁酰胺(HIBAM)
在第二步骤S5中，HIBAM也可产生MACRYDE，但此反应非常慢。因此，在酰胺化步骤S5结束时存在大量未转化的HIBAM。该反应如下：
(CH3)2COHCONH2→CH2C(CH3)CONH2+H2O(4)
α-羟基异丁酰胺(HIBAM)甲基丙烯酰胺(MACRYDE)
HIBAM的水解可以产生HIBA(α-羟基异丁酸)。
(CH3)2COHCONH2，H2SO4+H2O→(CH3)2COHCOOH+NH4HSO4(5)
α-羟基异丁酰胺(HIBAM)α-羟基异丁酸(HIBA)+硫酸氢铵
同时，由SIBAM通过水的水解产生显著量的甲基丙烯酸MAA。该反应如下：
(CH3)2COSO3HCONH2+H2O→CH2C(CH3)COOH+NH4HSO4(6)
α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)甲基丙烯酸(MAA)+硫酸氢铵
然后通过将水加入至MACRYDE混合物将在酰胺化之后获得的MACRYDE和MAA的混合物，也称为包含2-甲基丙烯酰胺的混合物水解(步骤S7)，或通过将甲醇加入至MACRYDE混合物将其酯化(步骤S6)。
酯化
将在酰胺化之后获得的组分(即甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸)酯化，从而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)混合完成。
主反应是以下这两种：
CH2C(CH3)CONH2，H2SO4+CH3OH→CH2C(CH3)COOCH3+NH4HSO4(7)
甲基丙烯酰胺(MACRYDE)+甲醇甲基丙烯酸甲酯(MMA)+硫酸氢铵
CH2C(CH3)COOH+CH3OH→CH2C(CH3)COOCH3+H2O(8)
甲基丙烯酸(MAA)+甲醇甲基丙烯酸甲酯(MMA)。
水解
在酰胺化之后获得的组分也可以通过将其与水混合来水解(步骤S7)。这样的水解反应允许根据以下反应获得甲基丙烯酸：
CH2C(CH3)CONH2，H2SO4+H2O→CH2C(CH3)COOH+NH4HSO4(9)
甲基丙烯酰胺(MACRYDE)甲基丙烯酸(MAA)+硫酸氢铵。
获得的粗MMA或MAA的纯化
然后通过本领域已知的经典方法纯化(步骤S8)在酯化(S6)之后获得的粗甲基丙烯酸甲酯MMA或在水解(S7)之后获得的粗甲基丙烯酸MAA，以除去残余化合物。
来自酯化或水解的使用过的H2SO4可被用于生产硫酸铵或者可以被再生以生产可以再循环到该方法中的硫酸/发烟硫酸。
关于通过水解容器的水解步骤
图2示出了图1的工厂的一部分(对应于所述工厂的酰胺化单元130)的简化示意性方框图。此单元130包括用于通过硫酸H2SO4水解丙酮合氰化氢ACH以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物(参见用于生产MMA或MAA的方法的步骤S4)的第一装置131。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包括用于在必须为110℃-165℃，优选125℃-150℃，且更优选130℃-145℃的温度下加热包含SIBAM的水解混合物，??以确保水解混合物的最佳转化率的加热装置132。这样的加热通过用加热物流运行的热交换器132来提供。将经加热的水解混合物引入热转化容器133中，持续预定的停留时间。热转化容器是密闭容器，在其内部在预定的停留时间期间将混合物保持在转化温度以具有转化的最佳收率。当达到所述停留时间时，包含2-甲基丙烯酰胺的混合物流经所述热转化容器的至少一个出口阀。
然后，将获得的包含2-甲基丙烯酰胺的混合物迅速引导到用于制备选自甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸甲酯的单体的方法的下一个反应步骤(图1中的步骤S6或S7)，以避免其聚合。任选地，可以在紧接热转化容器的下游提供冷却装置。
此酰胺化单元130的每个设备，即水解装置131、加热装置132以及热转化容器133都配备有至少一个被连接至放空收集网络135的放空口，以排出在酰胺化方法的过程中由于混合物组分的分解而形成的气体。
在图2上被标记为50的控制单元可以控制酰胺化单元的设备内部的温度、进料流量以及冷却系统的冷却温度。关于水解容器更详细地描述该控制单元。
图3更详细地示出了沿根据本发明的水解容器200的垂直轴线X-X的示意性横截面视图A-A(图5)。
该水解容器200具有大致圆柱形的形状，其高度限定垂直于放置所述容器的地面的垂直轴线X-X。因此，通过圆柱体的直径限定平行于地面的水平轴线。
采用硫酸以产生SIBAM的ACH的水解反应是高度放热的，并且可能带来热点。这些热点可以提高成为气体组分的分解速率并由此降低SIBAM/ACH的收率。为了避免这些热点，本申请人已经发现，最好分割ACH在硫酸中的注入点。因此，该容器包括至少两个或更多个ACH入口。优选地，它包括沿所述容器的垂直壁分布的三个入口201、202、203。
此外，为了具有更多的ACH入口，可以增加一个或多个并联的容器。更优选地，所述水解反应可以在同时运行的并联的两个容器200中进行。
水解容器200被有利地划分为至少两级(S1、S2、…、SX)，且优选三级S1、S2、S3。每级包括一个ACH进料入口，分别为201、202、203。多个ACH进料入口能够使得ACH在硫酸中更快地均匀化，所述硫酸通过在容器200的底部提供的入口204注入。对于避免热点而言，所述混合物的该均匀化是重要的。
将硫酸在容器的底部进料并且容器200内部的整体流动从底部流至顶部。含有SIBAM的水解混合物通过位于所述容器的上部，即上级S3的顶部的溢流出口喷嘴205离开容器200。然后使含有SIBAM的水解混合物流向所述加热装置和用于酰胺化的第二反应的热转化容器。在上级S3和液体溢流出口喷嘴205的上方，存在被设计用于在水解反应期间由ACH的分解释放的气相的空间S4。可以在液体出口喷嘴205的上方提供气体出口喷嘴206，并将其连接至放空收集网络。
可以增加紧急出口喷嘴207以保护所述反应器免于失控反应和超压。所述容器还包括安全设备，例如位于所述容器的顶部的防爆膜225，以在失控反应的情况下排出超压，并避免容器的破裂。这样的防爆膜225在图3和图5上被示意性示出。
所述容器的内部环形周边包括由如下??描述的管束212组成的第一冷却系统。由管束组成的所述冷却系统包括10-50000根管子，优选16-40000根管子，且更优选20-30000根管子。所述容器的自由中心区域221被设计用于容纳搅拌系统214，并让所述混合物朝溢流出口喷嘴205向上流动。此中心区域221占（measure）所述容器直径的40%-80%。所述容器直径是在图5上的线AA的每侧的容器的内部环形周边之间的距离。所述反应混合物在自由中心区域221、容器200内部的管束212和内部环形周边之间循环。
所述搅拌系统包括轴214，其被固定在位于容器200的底部的支撑物217上。通过位于容器200上方的电机219以旋转方式驱动轴214。减速齿轮箱2??18也被放置于电机和搅拌系统的轴214之间，以控制所述轴的旋转速度。
对于所述容器的每级S1至S3而言，所述搅拌系统有利地包括两个叶轮215、216。第一叶轮是径流式叶轮215，而第二叶轮是轴流式叶轮216。径流式叶轮215确保ACH和硫酸之间的良好均匀化，并确保该粘性混合物的高湍流。轴流式叶轮216确保每级内部和级之间的良好的体积流动。更优选地，对于容器200的每级S1至S3而言，轴流式叶轮216位于径流式叶轮215的上方。例如径流式叶轮可以是但不限于涡轮式搅拌器，而轴流式叶轮可以是但不限于螺旋桨式搅拌器。因此，对于包括三级S1至S3和三个ACH入口201至203的容器而言，在同一轴214上存在至少6个叶轮。因此，所述搅拌系统确保了有效的均匀化以及反应混合物与位于所述容器的内部环形周边的第一冷却系统之间的有效的热交换速率。
对于每级而言，ACH入口201、202、203进一步包括注入喷嘴，其出口241、242、243接近轴214，即，其出口位于所述容器的中心区域221中，并且更优选接近径流式叶轮215，且更优选恰好位于径流式叶轮215的上方。接近所述轴并且优选恰好位于径流式叶轮215的上方的ACH的注入能够非常迅速地使ACH在硫酸中均匀化，与其注入同时。
为了控制由放热反应所产生的热量，在所述容器内部提供至少一个冷却系统。第一冷却系统包括设置在所述容器的周边内部环形区域中的垂直管束212，所述管子在所述容器的整个高度上延伸并且包括在其底部的U形弯头。使冷却水物流通过此管束。管子被连接至所述容器的顶板，其通过图5上的其俯视图示意性示出。管束内部的冷却水是两程体系。存在几十或几百根管子。在所述容器的顶部，提供至少一个进料导管222，其用于将冷却水进料至第一冷却系统的管束212，并且提供至少一个收集导管223以回收从管束212离开的热水。优选地，它包括如图5所示的交替地分布在所述容器顶表面上的两个进料导管222和两个收集导管223。
优选地，为了更好地控制反应的温度并限制在所述容器内部的热点，横跨所述容器的外部夹套244提供第二冷却系统。所述夹套覆盖级S1至S3的整个外表面，对应于所述容器内部的液体区域。使冷却水物流通过此夹套244，所述冷却水物流从底部入口208流至所述容器200的上部液体级S3的顶部，其中出口209朝冷凝器系统回收热水。
冷却系统是水的闭合回路的一部分。这样的闭合回路，其由管线303、304形成，在图4上示意性示出，在图4上呈现同时运行的两个并联的水解容器200a、200b。优选使用软化水或去矿物质水，以避免由于因高温引起的积垢而导致的水侧的结垢（fooling）。所述冷却水的温度必须保持在高于60℃并低于90℃。实际上，在低温下，反应混合物，且更具体地是获得的SIBAM可能结晶。因此冷却系统优选不采用低于60℃的冷却水工作，以避免表面晶体沉积在第一冷却系统的管子上或第二冷却系统的夹套上。
在所述回路的底部，存在用于以非常高的流速将水注入冷却系统的至少一个循环泵309。典型地，所述流速必须足够高以使进入和离开所述冷却系统的水之间的温差低于12℃，且优选低于8℃，以保持水的良好的温度控制，并避免与热点接触的水的汽化。也将热交换器305放置于容器下游，在热的去矿物质水管线303(来自收集导管223和第二冷却系统的出口209)和用于进料至每个容器的冷却系统的冷却水管线304之间。因此，在将水重新注入所述冷却系统中之前，热交换器305移除离开所述冷却系统的水的热量。在图4上以虚线表示的附图标记303示出了离开冷却系统的热水的管线，而以短划线表示的附图标记304示出了被设计用于进料至冷却系统的被冷却的水的管线。此外，需要具有控制阀302以及被连接至报警器的温度传感器301的热交换器的旁路306，以避免水的温度太低。调节冷却水的冷却，并且其取决于由所述容器内部的放热反应产生的热量。在热交换器305之后，将去矿物质水分配至每个容器200a、200b的第一和第二冷却系统212、244。冷却系统应当配备有温度传感器和压力传感器，用于沿所述容器的冷却系统向上和向下的温度和压力的测量。
借助于所述冷却系统，所述容器内部的操作温度被很好地控制并保持在80-110℃，且更优选85℃-100℃。将温度传感器TA(在图3上标记为220)有利地设置在所述容器的每级S1至S3处，用于控制每级的温度。在温度上升的情况下，所述温度传感器被连接到报警器。
压力测量通常通过放空出口206的压力传感器进行，以控制所述容器内部的压力，并避免反应失控。在气相中在所述反应器的顶部的操作压力优选但非排他性地为0barg-0.5barg，即比大气压力高0bar-0.5bar。
在容器200的每级之间，存在在图3上标记为213的板状挡板。此挡板可以使每级S1至S3与彼此分离。此挡板被表示于图6的示意图上，其中它被标记为230。它包括自由中心区域231，液体混合物可以通过该自由中心区域在容器200内部向上流动，而且可以通过该自由中心区域放置搅拌系统214。该板状挡板还包括在其周边环形区域中分布在四个区域232a到232d中的孔233，其用于插入第一冷却系统212的管子。因此，每个板状挡板能够避免管子的过多振动。彼此相对的两个孔区域232a、232c被放置于冷却水的进料导管222的下方，而其它交替区域232b、232d被放置于收集导管223的下方，并且使冷却水通过其它交替区域232b、232d，所述冷却水由在所述容器的顶部的收集导管223回收。
丙酮合氰化氢的水解反应采用纯ACH完成。纯度高于98wt%，更优选高于99wt%，更优选高于99.5wt%。实际上，例如水或丙酮的杂质可生成液体副产物，例如HIBAM，或大量的气态组分。
硫酸浓度高于98wt%，更优选高于99%，且更优选99.5wt%-100.0wt%。实际上，水可以在酰胺化步骤结束时带来较大量的HIBAM并由此它在下游酯化的情况下带来大量的α-羟基异丁酸甲酯，或者在采用水的下游反应的情况下带来大量的α-羟基异丁酸。因此，H2SO4的纯度优选高于99.5wt%。其纯度也必须小于100.0wt%，以避免采用这样的强氧化剂酸可能发生的其它分解反应和缩聚反应。
当1摩尔的ACH与1摩尔的硫酸反应以形成SIBAM时，反应混合物由于游离硫酸的消失而变得高度粘稠。因此，需要投放相比于ACH过量的硫酸。最小的H2SO4/ACH摩尔比为1.2，优选该比率大于1.25，且更优选大于1.3。在另一方面，大量过量的硫酸带来了在酯化步骤或水解步骤下游中待处理的大量废酸。因此，最大的H2SO4/ACH摩尔比必须不大于2，且更优选不大于1.8，且更优选不大于1.6。
在图2上以附图标记50示意性示出的控制单元允许调节组分的进料流量。为此，所述控制单元有利地包括计算器。ACH的进料流量通过流量计和阀门307(如图4上示意性示出的)来调节和测量，并且所述计算器根据测量的ACH的流量调节硫酸的进料流量，从而符合H2SO4/ACH的摩尔比的设定值。以附图标记308示意性示出的被连接至流量计并通过所述控制单元控制的进料阀允许调节硫酸的进料。
所述控制单元还允许管理每个冷却系统的温度的调节以及容器200的每级S1至S3内部的温度的调节。如果测量到温度的增加则将温度传感器220连接至报警器。还控制驱动搅拌轴214的电机219的强度的测量，以检测所述混合物的粘度的增加。将这样的测量连接至报警器。如果电机强度太高，则这意味着所述混合物变得太粘稠，而且不存在足够的硫酸。
优选引入溶于硫酸的抑制剂，如吩噻嗪或其它聚合抑制剂以防止甲基丙烯酰胺聚合。在将所述硫酸进料至所述容器之前，将所述抑制剂与硫酸混合。
容器材料优选包括但不限于奥氏体合金或austeno铁素体合金、因科合金(incoloy)或钽合金。
所述容器的一些部件可内衬有选自：聚四氟乙烯(PTFE)或聚氟烷氧基（polyfluoroalkoxy）(PFA)或氟化乙烯丙烯(FEP)的塑料材料。例如，板状挡板213或挡板孔233周围的管束212的管子区域可以内衬有这样的塑料材料，以避免由于来自搅拌系统214的、板状挡板和管子之间的横向剪切波动引起的机械磨损。
已经描述的所述容器允许控制混合物的均匀性和温度两者，并因此获得在非常安全的条件下的水解反应的高收率。

Claims (29)

1.用于通过硫酸(H2SO4)水解丙酮合氰化氢(ACH)以产生含有α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物的容器(200)，所述容器包括用于使所述混合物均匀化的搅拌系统(214)，所述容器的特征在于，其包括在其内部环形周边区域上的至少一个冷却系统(212)，并且其沿其垂直壁被划分为至少两级，优选三级，每级(S1至S3)包括ACH进料入口(201、202、203)。
2.根据权利要求1的容器，其特征在于，其包括用于通过底部将硫酸进料至所述容器的底部入口(204)。
3.根据权利要求1-2中任一项的容器，其特征在于，所述冷却系统(212)包括设置在所述容器的周边内部环形区域中的垂直管束，所述管子在所述容器的高度上延伸并且使冷却水物流通过所述管子。
4.根据权利要求3的容器，其特征在于，其在其顶表面上包括用于进料至所述冷却系统(212)的管束的至少一个水进料导管(222)和至少一个收集导管(223)以回收离开所述管束的水。
5.根据权利要求3或4的容器，其特征在于，其包括交替地分布在所述容器顶表面上的两个进料导管(222)和两个收集导管(223)。
6.根据权利要求1-5中任一项的容器，其特征在于，其包括横跨外部夹套(244)的第二冷却系统，所述第二冷却系统覆盖级(S1至S3)的整个外表面，并且使从底部流至顶部的冷却水物流通过所述第二冷却系统。
7.根据权利要求1-6中任一项的容器，其特征在于，其包括位于上级的顶部的液体溢流出口喷嘴(205)和位于所述液体溢流出口喷嘴的上方的气体出口喷嘴(206)。
8.根据权利要求1-7中任一项的容器，其特征在于，其包括被设计用于让所述混合物朝所述溢流出口喷嘴(205)向上流动并容纳所述搅拌系统(214)的中心区域(221)，所述中心区域占所述容器直径的40%-80%。
9.根据权利要求1-8中任一项的容器，其特征在于，所述搅拌系统包括在所述容器的每级(S1至S3)配备有两个叶轮(215、216)的轴。
10.根据权利要求9的容器，其特征在于，所述两个叶轮由径流式叶轮(??215)和轴流式叶轮(??216)组成。
11.根据权利要求1-10中任一项的容器，其特征在于，在每个ACH进料入口(201、202、203)提供喷嘴(241、242、243)，所述喷嘴允许在所述容器的中心区域(221)注入ACH。
12.根据权利要求10或11的容器，其特征在于，所述喷嘴(241、242、243)位于径流式叶轮(??215)的上方。
13.根据权利要求1-12中任一项的容器，其特征在于，其在每级(S1至S3)之间包括分隔挡板(213、230)，所述分隔挡板包括自由中心区域(231)和在其周边环形区域中的用于插入第一冷却系统(212)的管子的孔(233)。
14.根据权利要求1-13中任一项的容器，其特征在于，其包括位于所述容器(200)的顶表面的防爆膜(225)。
15.根据权利要求1-14中任一项的容器，其特征在于，其包括在每级(S1至S3)的一个温度传感器(220)，在气体出口(206)的至少一个压力传感器，沿每个冷却系统(212、244)向上和向下的一个温度传感器和一个压力传感器。
16.根据权利要求1-15中任一项的容器，其特征在于，其由至少选自：奥氏体合金、austeno铁素体合金、因科合金或钽合金的合金制成。
17.根据权利要求1-16中任一项的容器，其特征在于，所述容器的一些部件，优选挡板(213)和/或挡板孔(233)周围的管子区域内衬有选自聚四氟乙烯(PFTE)、全氟烷氧基(PFA)或氟化乙烯丙烯(FEP)的塑料材料。
18.根据权利要求1-17中任一项的容器，其特征在于，所述容器内部的所述混合物还包含溶于硫酸的聚合抑制剂，如吩噻嗪。
19.用于将丙酮合氰化氢(ACH)酰胺化成含有2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的单元(130)，所述单元包括用于通过硫酸水解丙酮合氰化氢(ACH)以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物的第一装置(131)、用于在110-165℃的温度下加热所述水解混合物的加热装置(132)以及用于将所述水解混合物热转化成所述包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的所述混合物的热转化容器(133)，所述单元的特征在于：所述第一装置包括至少一个根据权利要求1-18中任一项的容器(200)。
20.权利要求19的单元，其特征在于，第一水解装置包括至少两个根据权利要求1-18中任一项的容器(200)，所述容器为并联的并同时运行。
21.根据权利要求19-20中任一项的??单元，其特征在于，其在所述至少一个容器的下游包括能够冷却流经所述容器的一个或多个冷却系统的冷却水的热交换器(305)，所述冷却取决于由所述容器内部的放热反应产生的热量。
22.根据权利要求19-21中任一项的??单元，其特征在于，其进一步包括控制单元(50)，其管理每个冷却系统的温度的调节、所述容器(200)的每级(S1至S3)的温度的调节、驱动所述搅拌系统(214)的电机(219)的强度的测量以及取决于ACH进料流量的硫酸的进料流量的调节，以具有1.2-2，优选1.25-1.8，且更优选1.3-1.6的H2SO4/ACH的摩尔比。
23.用于酰胺化丙酮合氰化氢(ACH)的方法，所述方法包括通过硫酸水解丙酮合氰化氢以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物的第一步骤，和将所述水解混合物热转化成包含2-甲基丙烯酰胺(MACRYDE)的混合物的第二步骤，所述方法的特征在于：所述第一水解步骤包括以下步骤：
-通过所述容器的底部入口将H2SO4进料至根据权利要求1至18中任一项的容器(200)，并且通过沿所述容器的垂直壁分布的至少两个不同的注入入口将ACH进料至所述容器，
-注入ACH的同时，采用所述容器(200)的搅拌系统(214)使所述混合物均匀化，
-通过至少一个冷却系统（212、244）管理所述容器内部的温度，所述温度必须为80℃-110℃，优选85℃-100℃。
24.根据权利要求23的用于酰胺化ACH的方法，其特征在于，根据ACH的进料流量调节硫酸的进料流量，以使H2SO4/ACH的摩尔比保持为1.2-2，优选1.25-1.8，且更优选1.3-1.6。
25.根据权利要求23-24中任一项的用于酰胺化ACH的方法，其特征在于，ACH的纯度高于98wt%，优选高于99wt%，且更优选高于99.6wt%。
26.根据权利要求23-25中任一项的用于酰胺化ACH的方法，其特征在于，硫酸的纯度为98.0wt%-100.0wt%，优选99.0wt%-100.0wt%，且更优选99.6wt%-100.0wt%。
27.根据权利要求23-26中任一项的用于酰胺化ACH的方法，其特征在于，所述容器内部的压力为0-0.5barg。
28.根据权利要求23-27中任一项的用于酰胺化ACH的方法，其特征在于，将聚合抑制剂与硫酸一起引入，从而防止获得的水解混合物在所述水解容器内部聚合，所述抑制剂溶于硫酸，并且优选为吩噻嗪。
29.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，所述方法包括以下步骤：
-通过Andrussow法制备(S1、S2)氰化氢(HCN)，
-由氰化氢和丙酮制备(S3)丙酮合氰化氢(ACH)，
-水解(S4)丙酮合氰化氢(ACH)以产生包含α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)的水解混合物，
-在热转化装置中采用必需的停留时间热转化（S5）所述水解混合物以产生包含2-甲基丙烯酰胺的混合物，
-在至少一个反应器中使获得的包含2-甲基丙烯酰胺的混合物与选自甲醇(S6)或水(S7)的材料反应，以产生分别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通过使用权利要求1-18中任一项所述的容器，根据权利要求23-28中任一项的用于酰胺化丙酮合氰化氢的方法进行水解丙酮合氰化氢(ACH)的步骤(S4)。
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