JP7314955B2 - Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料とするＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法に関するものである。
Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法に関して、これまで多くの方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の製造方法では、Ｎ－（２－アルコキシエチル）カルボン酸アミド原料を蒸発させて熱分解するＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法が開示されている。このように、熱分解によってＮ－ビニルカルボン酸アミドを製造する方法においては、例えば、機械的なトラブルによる圧力の変化、熱源の供給停止等の要因によって、原料が蒸発器又は蒸発器と熱分解反応器を接続する配管内で液化し、液化した原料が高温の熱分解反応器に流入することでタール状又は固体状の凝集物(ハルツとも言う)が生成することがある。ハルツが生成した結果、熱分解反応器の閉塞問題を引き起こし、安定運転が困難になる問題がある。
本発明の目的は、上記問題を解決し、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができるＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を提供することである。
本発明は、以下のものに関する。
（１）Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として蒸発器に供給する供給工程と、前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、前記気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含むＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法であって、前記蒸発工程と前記熱分解工程との間に、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収工程をさらに含み、前記回収工程は、前記蒸発器と前記熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって、前記液体原料を回収する工程である、Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（２）前記蒸発工程は、減圧下にて行う、（１）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（３）前記熱分解工程は、減圧下にて行う、（１）又は（２）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（４）前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが接合されている、（１）～（３）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（５）前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが、第１配管を介して接続されており、前記第１配管の下流端が、前記第１配管中で最も低位である、（１）～（３）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（６）前記原料回収装置の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが接合されている、（１）～（５）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（７）前記原料回収装置の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが、第２配管を介して接続されており、前記第２配管の上流端が、前記第２配管中で最も低位である、（１）～（５）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（８）前記第２配管は、前記原料回収装置の側面又は上面に接続されている、（７）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（９）前記蒸発器は、流下液膜式である、（１）～（８）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１０）前記蒸発器は、強制液膜式である、（１）～（８）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１１）前記気化原料は、前記原料回収装置を経た後に前記熱分解反応器に供給される、（１）～（１０）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１２）前記Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドである、（１）～（１１）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１３）前記Ｎ－ビニルカルボン酸アミドは、Ｎ－ビニルアセトアミドである、（１）～（１２）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１４）回収した前記液体原料を前記蒸発器に供給する、（１）～（１３）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１５）前記原料回収装置は、前記気化原料を流通させる筒部と、前記筒部内を流れる前記気化原料の流れを衝突させ、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部と、前記回収部によって回収された前記液体原料を前記筒部の外部に排出させる排出配管とを有する、（１）～（１４）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１）Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として蒸発器に供給する供給工程と、前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、前記気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含むＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法であって、前記蒸発工程と前記熱分解工程との間に、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収工程をさらに含み、前記回収工程は、前記蒸発器と前記熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって、前記液体原料を回収する工程である、Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（２）前記蒸発工程は、減圧下にて行う、（１）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（３）前記熱分解工程は、減圧下にて行う、（１）又は（２）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（４）前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが接合されている、（１）～（３）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（５）前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが、第１配管を介して接続されており、前記第１配管の下流端が、前記第１配管中で最も低位である、（１）～（３）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（６）前記原料回収装置の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが接合されている、（１）～（５）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
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（８）前記第２配管は、前記原料回収装置の側面又は上面に接続されている、（７）のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（９）前記蒸発器は、流下液膜式である、（１）～（８）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１０）前記蒸発器は、強制液膜式である、（１）～（８）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
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（１２）前記Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドである、（１）～（１１）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１３）前記Ｎ－ビニルカルボン酸アミドは、Ｎ－ビニルアセトアミドである、（１）～（１２）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１４）回収した前記液体原料を前記蒸発器に供給する、（１）～（１３）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
（１５）前記原料回収装置は、前記気化原料を流通させる筒部と、前記筒部内を流れる前記気化原料の流れを衝突させ、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部と、前記回収部によって回収された前記液体原料を前記筒部の外部に排出させる排出配管とを有する、（１）～（１４）のいずれかのＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
本発明によれば、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができるＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法は、図１に示すように、供給工程Ｓ１と、蒸発工程Ｓ２と、回収工程Ｓ３と、熱分解工程Ｓ４とを含む。以下に、本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法の詳細について説明する。
（供給工程Ｓ１）
供給工程Ｓ１は、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として蒸発器に供給する工程である。
供給工程Ｓ１は、Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として蒸発器に供給する工程である。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法は、原料として、好ましくは、下記一般式（I）で表されるＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを用いる。
（一般式（I）中、Ｒ１は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ２は水素原子又は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ３は炭素数１～５のアルキル基を表す。）
（一般式（I）中、Ｒ１は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ２は水素原子又は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ３は炭素数１～５のアルキル基を表す。）
Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、例えば、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）－Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）－Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ－（１－プロポキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－ブトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－イソブトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－プロポキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－ブトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－イソブトキシエチル）プロピオンアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－エトキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－プロポキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－ブトキシエチル）イソブチルアミド、Ｎ－（１－イソブトキシエチル）イソブチルアミド等が挙げられ、好ましくはＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－イソプロポキシエチル）アセトアミド、Ｎ－（１－メトキシエチル）イソブチルアミド、より好ましくはＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドが挙げられる。
供給工程Ｓ１において、蒸発器への原料の供給速度は、蒸発器のサイズ及び能力にもよるが、原料を安定して蒸発させる観点から、５～３５０ｋｇ／ｈであることが好ましく、１０～１５０ｋｇ／ｈであることがより好ましく、１５～８０ｋｇ／ｈであることがさらに好ましい。
（蒸発工程Ｓ２）
蒸発工程Ｓ２は、蒸発器で原料を蒸発させ、気化原料とする工程である。
蒸発工程Ｓ２で用いる蒸発器としては、特に制限されないが、原料の蒸発を効率よく実施する観点から、流下液膜式蒸発器又は強制液膜式蒸発器であることが好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、蒸発器で原料を蒸発させ、気化原料とする工程である。
蒸発工程Ｓ２で用いる蒸発器としては、特に制限されないが、原料の蒸発を効率よく実施する観点から、流下液膜式蒸発器又は強制液膜式蒸発器であることが好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。蒸発工程Ｓ２における反応圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２２ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、加熱蒸発して気化原料とする温度で行うことを要し、具体的には、１００～２００℃で行うことが好ましく、１１０～１９０℃で行うことがより好ましく、１２０～１８０℃で行うことがさらに好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、加熱蒸発して気化原料とする温度で行うことを要し、具体的には、１００～２００℃で行うことが好ましく、１１０～１９０℃で行うことがより好ましく、１２０～１８０℃で行うことがさらに好ましい。
（回収工程Ｓ３）
回収工程Ｓ３は、蒸発工程Ｓ２と熱分解工程Ｓ４との間に、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する工程である。気化した状態の気化原料はそのまま熱分解工程へ供される。
回収工程Ｓ３は、蒸発工程Ｓ２と熱分解工程Ｓ４との間に、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する工程である。気化した状態の気化原料はそのまま熱分解工程へ供される。
液体原料が少量でも熱分解反応器に導入されるとハルツが発生し、ハルツが熱分解反応器を閉塞し運転継続できなくなる。ハルツが熱分解反応器の全容積を閉塞しなくとも、熱分解反応器の原料導入側の僅かな容積を閉塞することで運転継続はできなくなる。回収工程Ｓ３で液体原料を製造装置の系外の回収ポットに回収することで、液体原料を熱分解反応器へ導入することを防止することができ、結果として長期間の運転継続が可能となる。
製造装置運転時に、液体原料が生じる要因の例としては、機械故障及び操作ミスによる運転圧力の変動によるもの、機械故障及び操作ミスによる蒸発器の熱源の停止又は不足によるもの、蒸発器にスケール（黒皮）が発生し伝熱面積が減少して蒸発不良により発生するもの、並びに、運転開始時の装置の加熱が充分でない時に原料を導入したもの等が挙げられる。
製造装置運転時に、液体原料が生じる要因の例としては、機械故障及び操作ミスによる運転圧力の変動によるもの、機械故障及び操作ミスによる蒸発器の熱源の停止又は不足によるもの、蒸発器にスケール（黒皮）が発生し伝熱面積が減少して蒸発不良により発生するもの、並びに、運転開始時の装置の加熱が充分でない時に原料を導入したもの等が挙げられる。
（熱分解工程Ｓ４）
熱分解工程Ｓ４は、気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する工程である。熱分解反応器に供給する気化原料の流れは、熱分解反応器に流入する流れであれば特に制限はなく、上昇流であってもよく、下降流であってもよい。
熱分解工程Ｓ４は、気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する工程である。熱分解反応器に供給する気化原料の流れは、熱分解反応器に流入する流れであれば特に制限はなく、上昇流であってもよく、下降流であってもよい。
熱分解工程Ｓ４は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。熱分解工程Ｓ４における反応圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２０ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
熱分解工程Ｓ４は、熱分解を効率よく行う観点から、２５０～５００℃で行うことが好ましく、３００～４８０℃で行うことがより好ましく、３５０～４５０℃で行うことがさらに好ましい。
熱分解工程Ｓ４における滞留時間は、熱分解を確実に行う観点から、０．１～１０秒であることが好ましく、０．２～９秒であることがより好ましく、０．３～８秒であることがさらに好ましい。
熱分解反応器としては、熱分解を効率よく行う観点から、多管式構造であることが好ましい。
熱分解工程Ｓ４は、熱分解を効率よく行う観点から、２５０～５００℃で行うことが好ましく、３００～４８０℃で行うことがより好ましく、３５０～４５０℃で行うことがさらに好ましい。
熱分解工程Ｓ４における滞留時間は、熱分解を確実に行う観点から、０．１～１０秒であることが好ましく、０．２～９秒であることがより好ましく、０．３～８秒であることがさらに好ましい。
熱分解反応器としては、熱分解を効率よく行う観点から、多管式構造であることが好ましい。
熱分解反応器に供給される原料は、回収工程を経た後の気化原料である。回収工程を経た後の気化原料を熱分解反応器に供給することで、液体原料を熱分解反応器に導入することを防ぐことができ、ハルツの発生を抑制することができる。
以上の工程によって得られるＮ－ビニルカルボン酸アミドは、好ましくは、下記一般式（II）で表されるものであり、好適な原料である一般式（I）で表されるＮ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドに対応する。
（一般式（II）中、Ｒ２は水素原子又は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ３は炭素数１～５のアルキル基を表す。）
（一般式（II）中、Ｒ２は水素原子又は炭素数１～５のアルキル基を表し、Ｒ３は炭素数１～５のアルキル基を表す。）
Ｎ－ビニルカルボン酸アミドは、例えば、Ｎ－ビニルアセトアミド、Ｎ－メチル－Ｎ－ビニルアセトアミド、Ｎ－ビニルプロピオンアミド、Ｎ－メチル－Ｎ－ビニルプロピオンアミド、Ｎ－ビニルイソブチルアミド、Ｎ－メチル－Ｎ－ビニルイソブチルアミド等が挙げられ、好ましくはＮ－ビニルアセトアミドが挙げられる。
（第１の製造装置）
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を実施する第１の製造装置は、図２に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（流下液膜式蒸発器）２０Ａと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ａと、熱分解工程Ｓ４を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ４で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。流下液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流下させることで蒸発させる蒸発器である。
原料回収装置３０Ａには、回収した液体原料を回収する回収ポット４０が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を実施する第１の製造装置は、図２に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（流下液膜式蒸発器）２０Ａと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ａと、熱分解工程Ｓ４を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ４で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。流下液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流下させることで蒸発させる蒸発器である。
原料回収装置３０Ａには、回収した液体原料を回収する回収ポット４０が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
原料回収装置３０Ａは、液体原料を熱分解反応器に導入させない構造となっていればよい。
原料回収装置３０Ａとしては、例えば、図２に示すように、気化原料を流通させる筒部３２と、筒部３２内を流れる気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部３３と、回収部３３によって回収された液体原料を筒部３２の外部に排出させる排出配管３４とを有する構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ａは、筒部３２内を流れる気化原料を回収部３３に全て衝突させるために、流通抑制部３１をさらに有する構成であることが好ましい。
流通抑制部３１は、下流に向かって気化原料の流れを絞るテーパ形状であることが好ましい。
回収部３３は、気化原料の流れ受ける皿状の形状であり、液体原料を集積する集積部を有する形状であることが好ましい。
原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料は、回収部３３に衝突することで回収され、排出配管３４によって筒部３２の外部に液体原料が排出される。回収部３３に衝突した気化原料は、回収部３３と流通抑制部３１の間隙を通り、熱分解反応器へ向かう。つまり、原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、回収部３３に衝突して液体原料が回収された気化原料が熱分解反応器に導入されるようになる。
原料回収装置３０Ａとしては、例えば、図２に示すように、気化原料を流通させる筒部３２と、筒部３２内を流れる気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部３３と、回収部３３によって回収された液体原料を筒部３２の外部に排出させる排出配管３４とを有する構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ａは、筒部３２内を流れる気化原料を回収部３３に全て衝突させるために、流通抑制部３１をさらに有する構成であることが好ましい。
流通抑制部３１は、下流に向かって気化原料の流れを絞るテーパ形状であることが好ましい。
回収部３３は、気化原料の流れ受ける皿状の形状であり、液体原料を集積する集積部を有する形状であることが好ましい。
原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料は、回収部３３に衝突することで回収され、排出配管３４によって筒部３２の外部に液体原料が排出される。回収部３３に衝突した気化原料は、回収部３３と流通抑制部３１の間隙を通り、熱分解反応器へ向かう。つまり、原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、回収部３３に衝突して液体原料が回収された気化原料が熱分解反応器に導入されるようになる。
原料回収装置３０Ａで回収された液体原料は、回収ポット４０に送られる。回収ポット４０は、仕切弁３５ａ、３５ｂによって、液体原料を制することができる。また、回収ポット４０は、圧力ポンプ３６及び仕切弁３５ａ～３５ｄによって、回収ポット４０の圧力を調整することができる。回収ポット４０の圧力は、圧力計ＰＩによって確認することができる。
原料回収装置３０Ａで回収された液体原料は、仕切弁３５ａ、３５ｂを通じて回収ポット４０に常時流入している。回収ポット４０への回収量は、回収ポット４０に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４０に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｂ、３５ｃを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４０内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｃを開放し、次いで仕切弁３５ｂを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ａの温度は、蒸発器２０Ａで発生した気化原料が凝縮しないような温度範囲から適宜選択される。回収ポット４０の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ａで回収された液体原料は、仕切弁３５ａ、３５ｂを通じて回収ポット４０に常時流入している。回収ポット４０への回収量は、回収ポット４０に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４０に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｂ、３５ｃを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４０内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｃを開放し、次いで仕切弁３５ｂを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ａの温度は、蒸発器２０Ａで発生した気化原料が凝縮しないような温度範囲から適宜選択される。回収ポット４０の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ａで回収した液体原料は、蒸発器２０Ａに供給することが好ましい。図２に示す第１の製造装置においては、回収ポット４０で回収した液体原料を蒸発器２０Ａに供給する。回収した液体原料を蒸発器に再度供給することで、原料の効率的利用を実現することができる。
図２に示すように、蒸発器２０Ａの下流端と原料回収装置３０Ａの上流端とが接合されている構成であることが好ましい。蒸発器２０Ａの下流端と原料回収装置３０Ａの上流端とが接合されている構成とすることで、蒸発器２０Ａで加熱蒸発された気化原料を、原料回収装置３０Ａに直接送ることができる。つまり、蒸発器２０Ａと原料回収装置３０Ａとの間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
図２に示すように、原料回収装置３０Ａの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ａの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成とすることで、原料回収装置３０Ａで液体原料を回収した気化原料を、熱分解反応器５０に直接送ることができる。つまり、原料回収装置３０Ａと熱分解反応器５０との間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
（第２の製造装置）
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を実施する第２の製造装置は、図３に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（強制液膜式蒸発器）２０Ｂと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ｂと、熱分解工程Ｓ４を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ４で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。強制液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流入させると共に、ファン等をモータで回転させることによって蒸発管内に空気の流れによる推進力を生じさせ、当該推進力で蒸発管内の膜状の原料を強制的に進行させることで蒸発させる蒸発器である。
原料回収装置３０Ｂには、回収した液体原料を回収する回収ポット４０が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法を実施する第２の製造装置は、図３に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（強制液膜式蒸発器）２０Ｂと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ｂと、熱分解工程Ｓ４を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ４で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。強制液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流入させると共に、ファン等をモータで回転させることによって蒸発管内に空気の流れによる推進力を生じさせ、当該推進力で蒸発管内の膜状の原料を強制的に進行させることで蒸発させる蒸発器である。
原料回収装置３０Ｂには、回収した液体原料を回収する回収ポット４０が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
蒸発器２０Ｂには、蒸発器２０Ｂに供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収ポット２１が配置されていることが好ましい。回収ポット２１は、液体原料の回収を容易にする観点から、蒸発器２０Ｂより低位に配置することが好ましい。回収ポット２１は、蒸発器２０Ｂと回収ポット２１とを仕切る仕切弁２２ａと、回収ポット２１で回収した液体原料を系外へ抜き出す抜出弁２２ｂとを備える。回収ポット２１は、仕切弁２２ａ及び抜出弁２２ｂによって、液体原料を制することができる。蒸発器２０Ｂに供給された原料のうち気化しなかった液体原料を回収する場合は、抜出弁２２ｂを閉止し、仕切弁２２ａを開放する。回収ポット２１に回収した液体原料を抜き出す場合は、仕切弁２２ａを閉止し、抜出弁２２ｂを開放する。
図３に示すように、蒸発器２０Ｂの下流端と原料回収装置３０Ｂの上流端とが、第１配管１００を介して接続されており、第１配管１００の下流端が、第１配管１００中で最も低位である構成であることが好ましい。第１配管１００の下流端が、第１配管１００中で最も低位である構成とすることで、第１配管１００を流れる蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を原料回収装置３０Ｂで効率よく回収することができる。
原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料は、回収ポット４０に送られる。回収ポット４０は、液体原料の回収を容易にする観点から、原料回収装置３０Ｂより低位に配置することが好ましい。回収ポット４０は、仕切弁３５ｅ、抜出弁４１によって、液体原料を制することができる。また、回収ポット４０は、圧力ポンプ３６、仕切弁３５ｅ及び抜出弁４１によって、回収ポット４０の圧力を調整することができる。回収ポット４０の圧力は、圧力計ＰＩによって確認することができる。
原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料は、仕切弁３５ｅを通じて回収ポット４０に常時流入している。回収ポット４０への回収量は、回収ポット４０に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４０に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｅを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４０内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｅを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ｂの温度は、蒸発器２０Ｂで発生した気化原料が凝縮しないような温度範囲から適宜選択される。回収ポット４０の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料は、仕切弁３５ｅを通じて回収ポット４０に常時流入している。回収ポット４０への回収量は、回収ポット４０に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４０に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｅを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４０内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｅを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ｂの温度は、蒸発器２０Ｂで発生した気化原料が凝縮しないような温度範囲から適宜選択される。回収ポット４０の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ｂで回収した液体原料は、蒸発器２０Ｂに供給することが好ましい。図３に示す第２の製造装置においては、回収ポット４０で回収した液体原料を蒸発器２０Ｂに供給する。また、図３に示す第２の製造装置においては、回収ポット２１で回収した液体原料も蒸発器２０Ｂに供給することが好ましい。回収した液体原料を蒸発器に再度供給することで、原料の効率的利用を実現することができる。
図３に示す製造装置において、原料回収装置３０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが、第２配管１１０を介して接続されており、第２配管１１０の上流端が、第２配管１１０中で最も低位である構成であることが好ましい。第２配管１１０の上流端が、第２配管１１０中で最も低位である構成とすることで、第２配管１１０を流れる気化原料の一部が、仮に液化したとしても、液化してなる液体原料を原料回収装置３０Ｂで効率よく回収することができる。
図３に示す製造装置において、第２配管１１０は、原料回収装置３０Ｂの側面又は上面に接続されている構成であることが好ましい。第２配管１１０が原料回収装置３０Ｂの側面又は上面に接続されている構成であることよって、原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料が第２配管１１０に流入することを抑制することができる。
図３に示す第２の製造装置においても、第１の製造装置と同様に、原料回収装置３０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成であることが好ましい。すなわち、図３に示す製造装置において、原料回収装置３０Ｂ、仕切弁３５ｅ、圧力ポンプ３６、回収ポット４０、抜出弁４１、第１配管１１０に代えて、図２における原料回収装置３０Ａ、仕切弁３５ａ～３５ｄ、圧力ポンプ３６、回収ポット４０、抜出弁４１を設けた構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成とすることで、原料回収装置３０Ｂで液体原料を回収した気化原料を、熱分解反応器５０に直接送ることができる。つまり、原料回収装置３０Ｂと熱分解反応器５０との間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
［実施例１］
図２に示す製造装置を使用した。
蒸発器は、流下液膜式蒸発器であり、シェル内部に多数のチューブが設置され、これらチューブの内壁に液体を流下させる構造を有しているシェルアンドチューブ型蒸発器（チューブの径：２５．４ｍｍ、チューブの長さ：２５００ｍｍ、チューブの本数：２２本）を使用した。
蒸発器のシェル側には０．７ＭＰａＧ（温度１７０℃）の飽和蒸気を導入し、チューブ側には、液体の原料であるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを、反応液受器に設置された減圧設備（圧力ポンプ）により、２０ｋＰａの減圧条件に設定し、２０ｋｇ／ｈの供給速度で、チューブ内壁を流下するように供給し、蒸発させた。
原料回収装置は、上下に外径２６７．４ｍｍのフランジを設置し、蒸発器と熱分解反応器にそれぞれ接合した。原料回収装置の筒部（ジャケット）には、０．７ＭＰａＧの飽和蒸気を導入して気化原料が凝縮しないよう加熱した。
熱分解反応器のチューブは、電磁誘導加熱により４４０℃に加熱され、チューブの内部に導入された気化原料を減圧条件下で熱分解し、Ｎ－ビニルアセトアミドを得た。
上記条件にて、４０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。４０日間に回収ポットに回収された液化原料は約８０ｋｇであった。(４０日間に供給した原料１９，２００ｋｇの約０．４％に相当)
図２に示す製造装置を使用した。
蒸発器は、流下液膜式蒸発器であり、シェル内部に多数のチューブが設置され、これらチューブの内壁に液体を流下させる構造を有しているシェルアンドチューブ型蒸発器（チューブの径：２５．４ｍｍ、チューブの長さ：２５００ｍｍ、チューブの本数：２２本）を使用した。
蒸発器のシェル側には０．７ＭＰａＧ（温度１７０℃）の飽和蒸気を導入し、チューブ側には、液体の原料であるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを、反応液受器に設置された減圧設備（圧力ポンプ）により、２０ｋＰａの減圧条件に設定し、２０ｋｇ／ｈの供給速度で、チューブ内壁を流下するように供給し、蒸発させた。
原料回収装置は、上下に外径２６７．４ｍｍのフランジを設置し、蒸発器と熱分解反応器にそれぞれ接合した。原料回収装置の筒部（ジャケット）には、０．７ＭＰａＧの飽和蒸気を導入して気化原料が凝縮しないよう加熱した。
熱分解反応器のチューブは、電磁誘導加熱により４４０℃に加熱され、チューブの内部に導入された気化原料を減圧条件下で熱分解し、Ｎ－ビニルアセトアミドを得た。
上記条件にて、４０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。４０日間に回収ポットに回収された液化原料は約８０ｋｇであった。(４０日間に供給した原料１９，２００ｋｇの約０．４％に相当)
［実施例２］
実施例１終了後、実施例１と同じ装置、運転条件にて、継続して連続運転を行った。
さらに３０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。３０日間に回収ポットに回収された液化原料は約２２０ｋｇであった。(３０日間に供給した原料１４，４００ｋｇの約１．５％に相当)
実施例１終了後、実施例１と同じ装置、運転条件にて、継続して連続運転を行った。
さらに３０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。３０日間に回収ポットに回収された液化原料は約２２０ｋｇであった。(３０日間に供給した原料１４，４００ｋｇの約１．５％に相当)
［実施例３］
実施例２終了後、実施例１と同じ装置、運転条件にて、継続して連続運転を行った。
さらに３２日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。３２日間に回収ポットに回収された液化原料は約３４０ｋｇであった。(３２日間に供給した原料１５，３６０ｋｇの約２．２％に相当)
実施例２終了後、実施例１と同じ装置、運転条件にて、継続して連続運転を行った。
さらに３２日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。３２日間に回収ポットに回収された液化原料は約３４０ｋｇであった。(３２日間に供給した原料１５，３６０ｋｇの約２．２％に相当)
［実施例４］
実施例１と同じ装置、運転条件にて連続運転を１０日間行ったあと、装置を停止し、蒸発器、熱分解反応器の洗浄を実施しないまま再度運転を再開し、そのまま３０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。運転期間の４０日間と停止期間とを合わせた期間に回収ポットに回収された液化原料は約１１０ｋｇであった。(４０日間に供給した原料１９，２００ｋｇの約０．６％に相当)
実施例１と同じ装置、運転条件にて連続運転を１０日間行ったあと、装置を停止し、蒸発器、熱分解反応器の洗浄を実施しないまま再度運転を再開し、そのまま３０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。運転期間の４０日間と停止期間とを合わせた期間に回収ポットに回収された液化原料は約１１０ｋｇであった。(４０日間に供給した原料１９，２００ｋｇの約０．６％に相当)
［比較例１］
実施例１の装置から原料回収装置を取り除いた以外は、実施例１と同じ装置、運転条件にて連続運転を行ったところ、運転開始から７日目に熱分解反応器の温度に乱れを確認し、８日目に制御不能となり停止した。装置を解放点検したところ、タール状及び固体状のハルツが生成し熱分解反応器の入り口部（深さ２０ｃｍ程度まで）を閉塞させていた。
実施例１の装置から原料回収装置を取り除いた以外は、実施例１と同じ装置、運転条件にて連続運転を行ったところ、運転開始から７日目に熱分解反応器の温度に乱れを確認し、８日目に制御不能となり停止した。装置を解放点検したところ、タール状及び固体状のハルツが生成し熱分解反応器の入り口部（深さ２０ｃｍ程度まで）を閉塞させていた。
本発明の製造方法で得られるＮ－ビニルカルボン酸アミドは、凝集剤、液体吸収剤及び増粘剤等に利用されるＮ－ビニルカルボン酸アミド系ポリマーの製造に用いられる他、多方面の産業上の用途において有用なモノマーである。
１０…原料供給装置
２０Ａ、２０Ｂ…蒸発器
２１…回収ポット
２２ａ…仕切弁
２２ｂ…抜出弁
３０Ａ、３０Ｂ…原料回収装置
３１…流通抑制部
３２…筒部
３３…回収部
３４…排出配管
３５ａ～３５ｅ…仕切弁
３６、７１…圧力ポンプ
３６ａ…仕切弁
３７ａ…窒素弁
４０…回収ポット
４１…抜出弁
５０…熱分解反応器
６０…冷却器
７０…反応液受器
１００…第１配管
１１０…第２配管
２０Ａ、２０Ｂ…蒸発器
２１…回収ポット
２２ａ…仕切弁
２２ｂ…抜出弁
３０Ａ、３０Ｂ…原料回収装置
３１…流通抑制部
３２…筒部
３３…回収部
３４…排出配管
３５ａ～３５ｅ…仕切弁
３６、７１…圧力ポンプ
３６ａ…仕切弁
３７ａ…窒素弁
４０…回収ポット
４１…抜出弁
５０…熱分解反応器
６０…冷却器
７０…反応液受器
１００…第１配管
１１０…第２配管
Claims (15)
- Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドを原料として蒸発器に供給する供給工程と、
前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、
前記気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含むＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法であって、
前記蒸発工程と前記熱分解工程との間に、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収工程をさらに含み、
前記回収工程は、前記蒸発器と前記熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって、前記液体原料を回収する工程である、Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。 - 前記蒸発工程は、減圧下にて行う、請求項１に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記熱分解工程は、減圧下にて行う、請求項１又は２に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが接合されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが、第１配管を介して接続されており、
前記第１配管の下流端が、前記第１配管中で最も低位である、請求項１～３のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。 - 前記原料回収装置の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが接合されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記原料回収装置の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが、第２配管を介して接続されており、
前記第２配管の上流端が、前記第２配管中で最も低位である、請求項１～５のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。 - 前記第２配管は、前記原料回収装置の側面又は上面に接続されている、請求項７に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記蒸発器は、流下液膜式である、請求項１～８のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記蒸発器は、強制液膜式である、請求項１～８のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記気化原料は、前記原料回収装置を経た後に前記熱分解反応器に供給される、請求項１～１０のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記Ｎ－（１－アルコキシエチル）カルボン酸アミドは、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドである、請求項１～１１のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記Ｎ－ビニルカルボン酸アミドは、Ｎ－ビニルアセトアミドである、請求項１～１２のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 回収した前記液体原料を前記蒸発器に供給する、請求項１～１３のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
- 前記原料回収装置は、
前記気化原料を流通させる筒部と、
前記筒部内を流れる前記気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部と、
前記回収部によって回収された前記液体原料を前記筒部の外部に排出させる排出配管とを有する、請求項１～１４のいずれか１項に記載のＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法。
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