JP6771461B2 - メタクリル酸を製造するための最適化された方法 - Google Patents
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Description
可能な限り簡単で、経済的かつ環境に優しいメタクリル酸の製造方法に高い関心が持たれている。ここで、特に、C2構成要素を基礎にするメタクリル酸を製造するための方法が重要である。この方法では、例えば前段階で、エチレン、一酸化炭素および水素からプロピオンアルデヒドを製造し、続いて、プロピオンアルデヒドを、マンニッヒ類似反応によってホルムアルデヒドと反応させてメタクロレインにする。ここで一般に、このマンニッヒ反応は、塩基および酸からの組合せによって触媒作用される。次に、さらなる段階(これ以降では方法工程2と表す)で、例えばそれに直接接続された設備において、このメタクロレインは酸化されてメタクリル酸にされる。それに続いて、さらなる後続工程で、例えばメチルメタクリレートのエステル化が行われてよい。
したがって、先行技術に鑑みて、本発明の課題は、第一の方法工程におけるC2法によるメタクロレイン(MAL)の合成と組み合わせたメタクリル酸の製造方法であって、先行技術と比べて、触媒の全体的に減少した量のみを第一の方法工程で添加する必要がある方法を提供することであった。
本発明の基礎をなす課題は、メタクリル酸の連続的な製造のための新規の方法であって、第一の方法工程で、ホルムアルデヒドおよびプロピオンアルデヒドから、少なくとも1つの酸および少なくとも1つの有機塩基を触媒として使用して反応器1内でメタクロレインを製造し、続いて、ここに存在している触媒を含むか、もしくは水性である相から分離し、第二の方法工程で、不均一系触媒によって、酸素および水の存在下に反応器2内で酸化させてメタクリル酸にする方法を用いて解決される。ここで、第一の方法工程は、マンニッヒ反応である。
37質量%のホルムアルデヒド含有率を有するホルマリン溶液とプロピオンアルデヒドを混合し(これ以降ではアルデヒド溶液と表す)、続いて、油加熱された熱交換器内で所望の温度(第1表参照)に加熱した。酢酸(もしくは濃縮液またはラフィネートまたは混合物)およびジメチルアミン(40質量%水溶液として)を含む触媒溶液を、同様に160℃の所望の温度に予熱した。その後、予熱したアルデヒド溶液および予熱した触媒溶液を、静止型ミキサー内で混合した。次に、この出発材料混合物を、油を用いて温度調節された管型反応器(1/8インチ スパイラル、6m、内径1.44、反応器容積10.1mL)に供給した。反応を、55barの圧力で実施した。反応器内での滞留時間は、9.4秒から9.7秒の間であった。管型反応器の流出口にある混合生成物は、弁を介して減圧されて、蒸留のための生成塔に達した。この塔の頂部では、凝縮および相分離の後、メタクロレインと水相からの2相の混合物が得られた。この混合物の分析を、GC分析法を用いて行った(Varian CP 3800、カラム:DB Wax、検出器:WLDおよびFID)。HPLC分析法を用いて、さらに分析した(機器:Agilent 1200、カラム:Agilent SB−Aq、UV−検出器)。
触媒溶液に関しては、酢酸(比較例)の代わりに、2段階の膜設備の濃縮液を使用した。そのために、方法工程2によって得られた急冷液を抽出して、こうして得られた廃水(組成はHPLC分析法を用いて測定:酢酸 2.7質量%、ギ酸 0.1質量%、マレイン酸 0.2質量%、アクリル酸 0.007質量%、メタクリル酸 0.6質量%、フタル酸 0.02質量%、イソフタル酸 0.03質量%、メチルメタクリレート 0.004質量%、安息香酸 0.02質量%、DiMAL−酸(二量体メタクロレインの酸化生成物) 0.005質量%、テレフタル酸 0.02質量%)を、2段階の膜設備(段階1の膜、Duplex NF、Filmtec SW30H、Modul SuS251L;段階2の膜、PCS−NF、Filmtech SW30、平膜 240cm2)で濃縮した。新規供給物として、0.8kg/hから0.9kg/hまでの廃水を計量供給した。ここで、第一段階の場合、30℃の温度を選択し、80barの圧力を選択した。同様に、第二段階を30℃で、ただし、50barで運転した。膜を用いて得られた濃縮液は、以下の組成を有していた:酢酸 6.4質量%、ギ酸 0.5質量%、マレイン酸 0.6質量%、アクリル酸 0.21質量%、メタクリル酸 1.5質量%、フタル酸 0.05質量%、イソフタル酸 0.07質量%、メチルメタクリレート 0.009質量%、安息香酸 0.05質量%、DiMAL−酸(二量体メタクロレインの酸化生成物) 0.01質量%、テレフタル酸 0.05質量%(HPLC分析法を用いて測定)。ここで、さまざまな酸を、酢酸当量とみなした。
さらなる試験において、濃縮液(組成は例1参照)と純粋な酢酸からの混合物を使用した。初期重量は、酢酸の酸当量40モル%が濃縮液で代用されるように選択した。試験条件を、前述の例の場合と同様に選択し、試験を同じように実施した。
ここで、抽出のラフィネートを、製造された触媒溶液のために使用した。この試験の場合、抽出後に生じる廃水は、処理せず、直接使用した。試験条件を、前述の例と同じように調節し、試験を同じように実施した。
最後に、急冷液を触媒代用物として使用した。この急冷液は、さらに高い含分のメタクリル酸を有している。使用した急冷液の詳細な組成は、以下の通りであった:
酢酸 2.7質量%、ギ酸 0.15質量%、マレイン酸 0.26質量%、アクリル酸 0.14質量%、メタクリル酸 33.0質量%、フタル酸 0.02質量%、 イソフタル酸 0.03質量%、メチルメタクリレート 0.01質量%、安息香酸 0.07質量%、DiMAL−酸 0.01質量%、テレフタル酸 0.05質量%、4−メチル安息香酸 0.009質量%(HPLC分析法を用いて測定)。
触媒溶液を純粋な酢酸(氷酢酸)を用いて作製した。試験条件を、例1から4までの場合と同様に選択し、試験を同じように実施した。
触媒溶液を純粋な酢酸(氷酢酸)を用いて作製した。試験条件を、例1から4までの場合と同様に選択した。1/8インチ−キャピラリーの代わりに、同じ反応器容積(10.1mL)を有するIMM社のプレート式熱交換器を使用した。
Claims (15)
- メタクリル酸を連続的に製造するための方法であって、第一の方法工程で、ホルムアルデヒドおよびプロピオンアルデヒドから、少なくとも1つの酸および少なくとも1つの有機塩基を触媒として使用して反応器1内でメタクロレインを製造し、続いて、このメタクロレインを、ここに存在している触媒を含む相から分離し、第二の方法工程で、不均一系触媒によって、酸素および水の存在下に反応器2内で酸化させてメタクリル酸にし、その後、ここで生じるプロセスガスを、凝縮および急冷して水性の粗メタクリル酸を生成させ、続いて、抽出剤を使用して水相からメタクリル酸を分離する前記方法において、カルボン酸を含む抽出後の前記水相を、すべてまたは部分的に、直接または間接的に反応器1に導入することを特徴とする、前記方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記有機塩基は、第二級アミンであること、かつ反応器1に新たに供給される酸は、硫酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸および/またはこれらの酸の混合物であることを特徴とする、前記方法。
- 請求項2に記載の方法において、前記有機塩基は、ジメチルアミンであることを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法において、第二の方法工程から反応器1に導入される水相中に含まれているカルボン酸は、酢酸、メタクリル酸、プロピオン酸、マレイン酸、アクリル酸、テレフタル酸であるか、またはこれらの酸の少なくとも1つを含む混合物であることを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法であって、触媒として反応器1に供給される酸の少なくとも5質量%は、方法工程2からのカルボン酸であることを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法において、方法工程2からの水相を、抽出後および反応器1への導入前に、蒸留または膜分離段階を用いて濃縮することを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法において、方法工程1の反応した反応溶液を、反応器の出口で取り出した後、塔内で蒸留し、続いて、メタクロレインを、相分離容器内で、排出される水相から分離し、ここで、この水相を、すべてまたは部分的に前記塔に返送することを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法において、方法工程1の反応した反応溶液を、反応器の出口で取り出した後、塔内で蒸留し、続いて、この蒸留の頂部流を直接反応器2に導入することを特徴とする、前記方法。
- 請求項7または8に記載の方法において、前記塔の底部からの水相の少なくとも20質量%を、反応器1の入口に再循環させることを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法において、方法工程2からの水相を、直接反応器1に導入することを特徴とする、前記方法。
- 請求項9に記載の方法において、方法工程2からの水相を、請求項7もしくは8に記載の塔に導入して、そこから、少なくとも部分的に前記塔の塔底物とともに反応器1に導入することを特徴とする、前記方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記塔の塔底物を、反応器1への導入前に、蒸留または膜分離段階を用いて濃縮することを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法において、方法工程2から、および反応器1への導入前の水相を、請求項8に記載の塔底物の少なくとも一部と混合して、混合物を、任意に、蒸留または膜分離段階を用いて濃縮することを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法において、反応器1への供給流は、プロピオンアルデヒドの、ホルムアルデヒドに対する比が1モル対1.2モルから1モル対0.8モルの間であり、かつ方法工程2からの水相および前記塔からの任意の再循環流を含めて、有機塩基1モルを基準として1モルから3モルの間の酸を含むことを特徴とする、前記方法。
- 請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法において、反応器1の全供給流中の含水率は、50質量%超であり、最大85質量%であり、反応器の供給流中の有機塩基の量は、プロピオンアルデヒドを基準として2モル%超であり、反応器1における反応混合物の滞留時間は、1秒から30秒の間であることを特徴とする、前記方法。
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