CN1121372C - 从混合物中分离(甲基))丙烯酸的方法 - Google Patents
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Abstract
在从含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体为主要成分和还含有低级醛为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸的方法中加入伯胺和/或它的盐。
Description
本发明涉及从含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体为主要成分和还含有低级醛为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸的新方法。
(甲基)丙烯酸是简写，表示丙烯酸或甲基丙烯酸。
(甲基)丙烯酸本身或它的各种形式的酯对制备具有非常广泛用途，例如粘合剂的聚合物是特别重要的。
(甲基)丙烯酸尤其可由含3-4个碳原子的链烷烃，链烷醇，链烯烃或链烯醇的催化气相氧化得到。它能特别方便地得到，例如由丙烯、丙烯醛、叔丁醇、异丁烯、异丁烷、异丁醛或2-甲基丙烯醛的催化气相氧化得到。但是，其它可能的起始化合物是那些在气相氧化期间由其仅作为中间产物形成的事实上的C3/C4起始化合物的化合物。可以提到的例子是叔丁醇的甲基醚。
通常用惰性气体，如氮、Co、CO2、饱和烃和/或蒸汽稀释的这些原料气以与氧的混合物的形式在高温下(一般为200-400℃)及如果需要，在超大气压下，在过渡金属混合氧化物催化剂(例如含Mo，V，W和/或Fe)存在下通入，并通过氧化反应转换成(甲基)丙烯酸(参看，例如DE-A4405059、EP-A253409、EP-A92097、DE-A4431957和DE-A4431949)。
但是，由于在催化气相氧化过程中产生许多平行反应和其后的反应，也由于使用惰性稀释气体，所以产物不是纯的(甲基)丙烯酸，而是主要含(甲基)丙烯酸，惰性稀释气和付产物的反应混合物，(甲基)丙烯酸必须从它们中分离出来。除了能比较容易地从(甲基)丙烯酸中除去及在其后(甲基)丙烯酸的使用中引起较小干扰的副产物例如乙酸之外，反应混合物还特别是含有低级醛，它们和(甲基)丙烯酸很接近，因此从(甲基)丙烯酸中分离它们很困难，这些低级醛例如甲醛、乙醛、丙烯醛、2-甲基丙烯醛、丙醛、正丁醛、苯甲醛、糖醛和巴豆醛及可能还有马来酐(以反应气体混合物中存在的(甲基)丙烯酸的量计，在以后的应用中经常引起很大干扰的那些次要成分的总量一般＜2％(重))。
DE-A4436243涉及从由使用高沸点惰性疏水有机液体逆流吸收的催化气相氧化的反应气体混合物中分离(甲基)丙烯酸的方法，在此方法中，反应气体混合物与下行的高沸点的惰性疏水有机液体逆流通过吸收塔，精流过程附加到在吸收塔中自然产生的吸收过程中，这是由于从吸收塔中排出的能量大于其和外界接触产生的自然损失的能量，从吸收塔(被吸收的物质)排出的液体中精馏分离出(甲基)丙烯酸，该液体中含有作为主要组分的(甲基)丙烯酸吸收剂以及作为次要组分的低级醛和可能的马来酐。用这种方法得到的(甲基)丙烯酸是粗(甲基)丙烯酸。其一般纯度＞98％(重)，含有杂质，特别是来自指定的低级醛和可能存在的马来酐的杂质，而从高沸点惰性有机吸收液体中分离的(甲基)丙烯酸是主要的。
DE-A4436243定义高沸点惰性疏水有机液体(吸收剂)为所有那些在大气压下沸点高于(甲基)丙烯酸的沸点的液体，其含有至少70％(重)的作用不明显的极性基的分子，因此是，例如不能形成氢键的那些分子。这个定义也用在此。
DE-C2136396和DE-A4308087同样公开了用高沸点惰性疏水有机液体通过逆流吸收，从丙烯和/或丙烯醛的催化气相氧化反应的反应气体混合物中分离丙烯酸的方法。本方法主要是如下进行的：使反应气体混合物与下行的吸收液体逆流通过常用的吸收塔，然后在吸收塔中用惰性气体汽提，从吸收塔排出的液体中大量地除去易分离的、易挥发的次要成分，排出的液体是由丙烯酸、吸收剂和次要成分组成的，其后，精馏处理解吸塔排出的液体，该液体含有作为主要组分的(甲基)丙烯酸和吸收剂以及作为次要组分的低级醛和可能的马来酐，以分离出粗丙烯酸。
但是，从含作为主要成分的(甲基)丙烯酸和高沸点惰性疏水有机液体和作为次要成分的低级醛和可能的马来酐的混合物中精馏分离粗(甲基)丙烯酸的缺点是在精馏过程中，尽管使用惯用量的常规聚合抑制剂，如吩噻嗪、对甲基苯酚、对亚硝基苯酚、对苯二酚、对苯二酚单甲基醚或空气，精馏设备(特别是汽化器表面和塔的内装置器)渐渐由沉淀物覆盖。如果精馏分离连续操作，在汽提塔(黑色)和精馏塔(白色)中的不同颜色表明了至少两个过程参与了沉淀的形成。由于必须关闭精馏操作，不断除去沉淀，所以形成沉淀是不利的。
本发明的一个目的是提供从含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体作为主要成分和低级醛作为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸的方法。此方法可以使得减少形成沉淀，因此可以连续精馏操作。
我们已经发现本发明的这一目的是通过从含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体作为主要成分和低级醛为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸来达到的，该方法包括在进行精馏时添加伯胺和/或它们的盐。对本发明来说，伯胺是含至少一个-NH2基的化合物。
可以用下述的现有技术为起点。
DE-B2207184和GB-B1346737公开了纯化粗丙烯酸的方法，其中粗丙烯酸中至少加了一种伯胺，如肼，苯基肼，苯胺，单乙醇胺，乙二胺和/或或甘氨酸，以及从混合物中蒸馏分离出丙烯酸。
在此加入的伯胺非常明显地粘附到存在的醛杂质上，所以对于醛杂质，其后即使简单蒸馏分离步骤就可达到高分离效能。EP-A270999类似建议了在蒸馏前在粗(甲基)丙烯酸中加入脒基肼(氨基胍)和/或它们的盐(优选是氨基胍碳酸氢盐)。美国专利申请号08/374,131(O、Z、0050/45375，NAE 642/94)公开了纯化由低级醛污染的粗(甲基)丙烯酸的方法，其中将(甲基)丙烯酸和羧酸酰肼和/或它们的盐混合，然后通过蒸馏从混合物中分离出(甲基)丙烯酸。
但是，从粗(甲基)丙烯酸中除去低级醛的现有技术提出的这些建议的缺点是在粗(甲基)丙烯酸蒸馏期间存在的伯胺增加了在蒸馏设备表面形成的沉淀(参看，例如DEA4335172和美国专利申请08/347,131(O、Z、0050/45375，NAE 642/94)。有人试图另外加入有机磺酸来抑制沉淀的形成。
显而易见，加入的伯胺和醛杂质的直接反应产物和/或其后在蒸馏期间由它们形成的产物参与了增加沉淀的形成。
现在已出入意料地发现在本发明的方法中，该方法不同于用蒸馏(精馏)处理粗(甲基)丙烯酸的方法，特别是在高沸点惰性疏水有机液体的存在下，不仅由于存在伯胺所预料的增加沉淀没有发生，而且所观察到的形成的沉淀与没有伯胺进行蒸馏时比较甚至降低了。同时，用本发明的方法得到的粗(甲基)丙烯酸中的低级醛和马来酐的含量大大减少。
可提到的能按照本发明加入的伯胺和/或它们的盐的例子是(为了简化，仅列出胺，盐是这些胺相应的盐)：肼和它的衍生物，如脒基肼(氨基胍)和苯基肼，优选的具有直到12个碳原子的芳族胺，如苯胺、邻-、间-、对-甲苯胺和邻-、间-、对-硝基苯胺，氨基羧酸如甘氨酸、氨基醇如乙醇胺(2-氨基乙醇)，或其它具有1-12个碳原子的直链、支链或环脂胺，如甲胺。当然，多价伯胺也可以，即适用的化合物包括有超过一个，例如2，3或4个-NH2的那些化合物。可提到的例子是1，2-二氨基乙烷，腐胺(四亚甲基二胺)和尸胺(戊亚甲基二胺)。
可加入的适用的伯胺的盐是，特别是它们的碳酸氢盐，硝酸盐，硫酸盐或氯化物。可提到的例子是碳酸氢氨基胍，它们是优选的氨基胍化合物。
根据本发明，特别优秀的一组伯胺是包括有机羧酸酰肼的伯胺。合适的有机羧酸酰肼特别是氨基脲(氨基甲酸酰肼)和有1-10个碳原子的饱和脂族单羧酸和/或二羧酸的单酰肼和二酰肼。它们当中，特别是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的酰肼。相应酰肼的合适的饱和脂族羧酸特别是有4-8个碳原子的那些酸。己二酸和琥珀酸的二酰肼是特别适用的。当然也可以使用羧酸酰肼的盐替代酰肼。合适的盐是，例如它们的碳酸氢盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化物，例如氨基脲氢氯化物。
按照本发明，加入的伯胺的量特别是根据液体混合物中醛含量选择的，用精馏法可从此混合物中分离出(甲基)丙烯酸。这可以用本专业技术领域已知的方法，在醛适当衍生化后，用高压液体色谱法(HPLC)测定。一般每摩尔醛杂质加入至少0.5摩尔，但通常不超过5摩尔的伯胺。在同样条件下，加入的伯胺的量优选为1-3摩尔，最优选的是1-2摩尔。
本发明方法中，最重要的是甲基丙烯酸是由甲基丙烯酸气相催化氧化制备，特别是当丙烯醛是由叔丁醇、异丁烷或异丁烯气相催化氧化制备或如EP-B 92097或EP-B 58927叙述的甲醛和丙醛反应制备时，当叔丁醇、异丁烷或异丁烯进行气相催化氧化时，其特别要使用通式I的催化活性组合物进行，
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 gOn (I)其中可变量定义如下：
X1镍和/或钴，
X2铊，碱金属和/或碱土金属，
X3磷，砷，硼，锑，锡，铯，铅，铌和/或钨，
X4硅，铝，钛和/或结
a 0.5-5，
b 0.01-3，
c 3-10，
d 0.02-2，
e 0-5，
g 0-10和
n 由I式中除了氧外各元素的价数和数量
决定的整数，在300-400℃下，除了特殊的温度一时间曲线以外，另外在DE-A4023239所述条件下进行，为了进一步氧化使用没有中间产物净化过程所得到的2-甲基丙烯醛。另外，当2-甲基丙烯醛的气相催化氧化除了特殊的温度—时间曲线外，在如DE-A4132263所述200-350℃或DE-A4132684所述的250-400℃下进行时，本发明的方法特别有用。
因此，本发明的方法特别适合于从丙烯醛起始一步气相氧化或从丙烯经过丙烯醛起始二步制备的丙烯酸的情况。其特别应用在当使用通式II的多金属氧化物催化剂进行丙烯的催化气相氧化反应时：
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 gOn (II)其中可变量含意如下：
X1镍和/或钴，
X2铊，碱金属和/或碱土金属，
X3磷，砷，硼，锑，锡，铯，铅和/或钨，
X4硅，铝，钛和/或锆
a 0.5-5，
b 0.01-3，
c 3-10，
d 0.02-2，
e 0-5，
g 0-10和
n 是由除氧之外各元素的价数和数量决定
的整数，丙烯醛的催化气相氧化是使用通式III的多金属氧化物催化剂进行的：
Mo12VaWbCucNidX1 eX2 fX3 gX4 hX5 iOn (III)其中可变量意义如下：
X1一种或多种碱金属
X2一种或多种碱土金属，
X3铬，锰，铯和/或铌，
X4锑和/或铋，
X5硅、铝、钛和/或锆，
a 1-6，
b 0.2-4，
c 0.5-6，
d 0.2-6，
e 0-2，
f 0-3，
g 0-5，
h 0-40
i 0-40和
n 由除氧外各元素的量和价数决定的整数。
第一氧化步骤的反应气一般供料到第二氧化步骤而没有中间产物纯化过程。
一般使用的反应条件为例如DE-A4431957，和DE-A4431949中所述的条件。
当含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体作为主要成分和低级醛为次要成分的混合物是由上述的气相氧化的反应气体混合物得到的混合物时，如DE-C2136396或DE-A4308087所述的由逆流吸收过程与其后的使用惰性气体进行汽提的解吸过程排出的液体或如DE-A4336243所述的逆流吸收与附加的精馏过程排出的液体，本发明的方法是特别有用的。
可以使用的高沸点惰性疏水有机吸收液体特别是DE-A2136396和DE-A 4308087中推荐的那些。它们主要是在大气压下沸点高于160℃的液体。可提到的例子是从石蜡蒸馏得到的中间油馏分、二苯醚、联苯、或上述液体的混合物，例如70-75％(重)的二苯醚和25％-30％(重)的联苯的混合物。特别优选的是使用含70％-75％(重)的二苯醚和25-30％(重)联苯的混合物和按此混合物计的0.1-25％(重)的邻苯二甲酸二甲酯的混合物。
因此，吸收塔中的高沸点惰性疏水有机液体使用的量是使排出的液体中含5-25，一般5-15％(重)的(甲基)丙烯酸。
按照本发明，精馏分离(甲苯)丙烯酸优选在减压下，更好在塔顶压力≤100毫巴，一般为10-100毫巴下进行。相应液相温度为100-220℃，但是其也可以在直到1巴压力下进行。
更有利地是，按照本发明，精馏分离(甲基)丙烯酸是连续进行的，(甲基)丙烯酸通过精馏塔的顶部或侧线出口流出。按照本发明，要加入的伯胺很方便地在仅低于(甲基)丙烯酸放料点进入精馏塔。值得注意的是，本发明的加工方法在精馏塔的精馏段和汽提段都减少了沉淀形成。
合适的精馏塔全是惯用形式的，即精馏塔可以是鼓泡塔盘塔或填充塔。优选使用泡罩塔。优点是，液体混合物的连续料点是固定的，从此液体混合物可以精馏分离出(甲基)丙烯酸，从最低的理论板开始，该点在约最低和最高理论板之间的距离的1/3处。
从本发明精馏分离得到的残渣可以在连续装置中连续除去，并且例如在上游的吸收阶段再直接用作吸收液体。为了增加装置的操作时间，有时适于放出此高沸点有机液体的少量物流，并仅在操作步骤分离出吸收剂后循环它。甚至更好的是，全部残渣在循环到吸收塔前经过这样一个加工步骤。当然，按本发明要加入的伯胺可以加到从催化气相氧化的反应气体混合物进行分离(甲基)丙烯酸的吸收塔中，或加到任何下游的解吸塔中，以便部分或完全省去直接加到精馏塔中。正如已提到的，本发明的方法是在常用量的惯用的聚合物抑制剂存在下进行，优选的抑制剂是吩噻嗪。它们一般使用的量以(甲基)丙烯酸的重量计，为50-1000ppm。
本发明的方法得到粗(甲基)丙烯酸，其中低级醛杂质含量特别低。在连续操作中操作时间可以大大提高。
实施例
(此实施例是在200ppm(以丙烯酸的重量计)吩噻嗪作为聚合抑制剂的存在下进行。
用如DE-A 4302991中实施例B1所述的丙烯醛催化气相氧化来制备含丙烯酸的反应气体混合物。把2.1标准m3/L的此反应气体混合物在气体冷却器中通过注入含有57.4％(重)二苯醚、20.7％(重)联苯和20％(重)邻苯二酸二甲酯的冷却剂混合物冷却到170℃。在分离器中，含有剩余液体的冷却剂然后从含有反应气和汽化的冷却剂的气相中分离出去。温度为170℃的气相从第一个塔盘以下引入有27个塔盘的泡罩塔中，塔盘直径为80mm并经受从塔顶引入的，温度为45℃的含57.4％(重)二苯醚、20.7％(重)联苯和20％(重)邻苯二甲酸二甲酯的3L/h逆流的吸收剂的作用。从吸收塔放出的物料在热交换器中间接加热到105℃，并通过有20个塔盘的泡罩塔构形的吸收塔的顶部。在解吸塔中，和丙烯酸比较，易于分离出的低沸点组分，如醋酸基本上从含丙烯酸/低级醛/吸收剂的混合物中用氮气汽提(400l/h，逆流)除去。从解吸塔放出的物料在第10层塔盘处加到由35个鼓泡塔盘组成的精馏塔中(塔直径：80mm)，而丙烯酸在减压情况下，在第二十六层塔盘处连续放出，其纯度为98.5％(重)。精馏塔塔底温度为160℃。塔顶压力为80毫巴，塔底压力为100毫巴。
在精馏塔中，在有和无己二酸二酰肼的情况下，比较二者间的可能的操作时间。当使用己二酸二酰肼(ADH)时，在低于粗丙烯酸出料口处直接加到精馏塔中，使用的量为在精馏段其含量为400ppm(以全部重量计)。
结果：
a)汽提段：没有ADH，最长操作时间为100h；此后需要停工以除
去沉淀；
存在ADH，操作时间达到230h；
b)精馏段：没有ADH，最长操作时间为50h；此后需要停工以除去
沉淀；
有ADH，操作时间大于230h。
由精馏分离出的粗丙烯酸中低级醛含量为400ppm(以粗丙烯酸重量计)，小于进料到精馏塔中的液体混合物中低级醛含量的1/3(以丙烯酸计)。
如果ADH全部加到解吸塔，汽提段的操作时间与全部ADH直接加到精馏塔比较增加100％。
Claims (14)
1.从含有(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体作为主要成分和还含有低级醛作为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸的方法，其中，所述的精馏是在加入一种有机羧酸的酰肼和/或它们的盐的情况下进行。
2.根据权利要求1的方法，其中沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体含二苯醚。
3.根据权利要求1或2的方法，其中沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体是含70-75％(重)二苯醚和25-30％(重)联苯的混合物，以此混合物计，含有0.1-25％(重)邻苯二甲酸二甲酯。
4.根据权利要求1的方法，其中含(甲基)丙烯酸的混合物含有5-25％(重)的(甲基)丙烯酸。
5.根据权利要求1的方法，其中加入的有机羧酸的酰肼是己二酸二酰肼。
6.根据权利要求1的方法，其中精馏分离是在10-100毫巴压力下进行。
7.根据权利要求1的方法，此方法是连续进行的，在此方法中，所述的有机羧酸的酰肼是在低于(甲基)丙烯酸出料口处直接加到精馏塔中。
8.根据权利要求1的方法，其中精馏分离是在聚合抑制剂吩噻嗪存在下进行。
9.根据权利要求1的方法，其中分离出的(甲基)丙烯酸是由C3/C4起始化合物的催化气相氧化制备的。
10.由C3/C4起始化合物催化气相氧化制备(甲基)丙烯酸的方法，其中来自气相氧化的反应气体混合物与下行的高沸点惰性有机液体逆流通过吸收塔，精馏过程附加到在吸收塔中自然产生的吸收过程中，该过程是因为从吸收塔中放出的能量大于由其和环境接触所损失的能量而产生的，从吸收塔排出的液料中精馏分离(甲基)丙烯酸，其中精馏分离是在添加有机羧酸的酰肼和/或它们的盐的情况下进行的。
11.C3/C4起始化合物催化气相氧化制备(甲基)丙烯酸的方法，在此方法中，来自气相氧化的反应气体混合物与下行的高沸点惰性疏水有机液体逆流通过吸收塔，然后将吸收塔排出的液料在解吸塔中用惰性气体汽提，从解吸塔放出的液料中精馏分离(甲基)丙烯酸，其中精馏分离是在添加有机羧酸的酰肼和/或它们的盐的情况下进行的。
12.根据权利要求10或11的方法，其中高沸点惰性疏水有机液体含二苯醚。
13.根据权利要求10或11的方法，此方法是制备丙烯酸的方法，气相氧化所使用的起始化合物是丙烯和/或丙烯醛；从含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体为主要成分和还含有低级醛为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸。
14.根据权利要求12的方法，此方法是制备丙烯酸的方法，气相氧化所使用的起始化合物是丙烯和/或丙烯醛；从含(甲基)丙烯酸和沸点高于(甲基)丙烯酸的惰性疏水有机液体为主要成分和还含有低级醛为次要成分的混合物中精馏分离(甲基)丙烯酸。
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