KR101343728B1 - Ｎ,ｎ-디메틸아미노에틸 아크릴레이트의 합성 동안 생성된 공비 분획의 정제 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 N,N-디메틸아미노에탄올에 의해, 알킬 아크릴레이트를 트랜스에스테르화 반응함으로써 N,N-디메틸아미노에틸 아크릴레이트를 제조하는 방법, 더욱 특히 결과적으로 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 대한 재생 이용을 가능하게 하는 상기 반응 동안 생성된 공비 분획의 정제 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법의 목적은 특히 공비 분획의 직접적 증류에 의해서나, 공비 분획의 물 세정으로부터 생성된 수성 상의 증류에 의해 공비 분획에 함유된 디알콕시에탄 및 아세트알데히드를 제거하는 것이다.

Description

Ｎ,Ｎ-디메틸아미노에틸 아크릴레이트의 합성 동안 생성된 공비 분획의 정제 방법 {METHOD FOR PURIFYING THE AZEOTROPIC FRACTION GENERATED DURING THE SYNTHESIS OF N,N-DIMETHYLAMINOETHYL ACRYLATE}
본 발명은 N,N-디메틸 아미노에탄올에 의한 알킬 아크릴레이트의 트랜스에스테르화 반응에 의한 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트의 제조, 더욱 특히 공비 분획의 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 대한 재생 이용을 가능하게 하는 상기 반응 동안 생성된 공비 분획의 정제 방법에 관한 것이다.
하기 반응 도식 (1) 에 따르면,
CH2=CH-COOR1 + HO-CH2CH2N(CH3)2 ↔ DMAEA + R1OH (1)
화학식 (II): CH2=CH-COOR1 (식 중, R1 은 메틸 또는 에틸 라디칼을 나타냄) 의 저급 알킬 아크릴레이트와 N,N-디메틸 아미노에탄올 (DMAE) 사이의 트랜스에스테르화 반응에 의하여, 하기 화학식 (I) 에 상응하는 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트 (이하 DMAEA 라 칭함) 가 수득된다:
H2C=CH-COOCH2CH2N(CH3)2 (I).
반응은 일반적으로 과량의 저급 알킬 아크릴레이트의 존재 하에 수행되고, 유리하게는 품질이 허용하는 경우 저급 아크릴레이트 제조 장치에 재생 이용될 수 있는 저급 아크릴레이트 / R1OH 알코올 공비 혼합물의 형태로 저급 알코올 R1OH 를 증류시킴으로써 반응은 DMAEA 의 형성쪽으로 옮겨질 수 있으며, 상기 저급 아크릴레이트는 아크릴산과 알코올 R1OH 의 직접적 에스테르화에 의해 생성된다.
문헌 EP 906　902 에 따르면, 중류로부터 생성된 공비 혼합물은 이온-교환 수지에서 정제됨에 따라, 트랜스에스테르화 반응 동안 형성될 수 있는 아민화 부산물의 존재와 관련된 이의 질소 함량이 감소된다.
트랜스에스테르화 반응에 의한 DMAEA 의 합성 동안, 일반적으로 부산물로서 아세트알데히드 CH3CHO 가 형성된다. 아세트알데히드는 이후 하기 반응식 (2) 에 따라 알코올 R1OH 와 반응하여 아세탈, 디알콕시에탄을 생성한다:
CH3CHO + 2 R1OH ↔ CH3CH(OR1)2 + H2O (2).
디알콕시에탄은 DMAEA 가 메틸 아크릴레이트로부터 제조되는지 또는 에틸 아크릴레이트로부터 제조되는지에 따라, 디메톡시에탄 또는 디에톡시에탄이다.
DMAEA 의 합성 동안 생성되는 아세트알데히드 및 디알콕시에탄은 저급 아크릴레이트/R1OH 알코올 공비 분획에서 우세하고, 이에 따라 이의 오염에 기여한다.
메틸 아크릴레이트 또는 에틸 아크릴레이트의 제조 장치에 대한 공비 분획의 재생 이용 동안, 에스테르화 반응에 영향을 주기 위해 존재하는 산 촉매 및 메탄올 또는 에탄올과 접촉될 시 아세트알데히드는 디알콕시에탄으로 변형되고, 이는 재생 이용 공비 분획에 이미 존재하는 디알콕시에탄에 첨가된다. 결과물은 디알콕시에탄으로 매우 오염된 메틸 아크릴레이트 또는 에틸 아크릴레이트의 제조이다. 디에톡시에탄은 에틸 아크릴레이트의 비점과 동일한 정도의 비점을 가지므로, 이를 특히 에틸 아크릴레이트에 적용한다.
따라서, 저급 아크릴레이트로부터의 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트의 합성 동안 생성된 공비 분획에 존재하는 아세트알데히드 및 디알콕시에탄의 일부 또는 전부를 제거하는 방법을 찾는 것에 대한 요구가 있고, 상기 분획은 저급 아크릴레이트 제조 장치에 재생 이용될 수 있으며, 그렇지 않으면 저급 아크릴레이트는 디알콕시에탄으로 매우 오염될 것이다. 저급 아크릴레이트의 비점과 디알콕시에탄의 비점 사이의 차이는 비교적 작으므로, 저급 아크릴레이트의 정제는 어려운 것으로 알려져 있다.
따라서, 디알콕시에탄을 함유하거나 그 전구체 아세트알데히드를 함유하는 아크릴레이트/알코올 분획이 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 재생 이용되는 경우, 디알콕시에탄이 없는 알킬 아크릴레이트를 제조하는 것은 어렵다.
환원제, 예를 들어 NaBH4, LiAlH4, 아황산나트륨 유형의 환원제를 사용하는 간단한 환원에 의한, 저급 아크릴레이트/알코올 분획으로부터의 아세트알데히드의 제거는 본 발명의 경우에는 생각할 수 없다. 실제로, 저급 아크릴레이트의 존재 시에 상기 환원제의 사용은 다량의 미카엘 (Michael) 부가물 (메틸 메톡시프로피오네이트 또는 에틸 에톡시프로피오네이트) 의 형성을 야기할 것이다. 이는 알킬 아크릴레이트 및 저급 알코올 (메탄올 또는 에탄올) 의 손실로 반영될 것이다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 DMAEA 의 합성 동안 공비 혼합물의 형태로 생성되는 알킬 아크릴레이트/알코올 분획의 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 대한 문제 없는 재생 이용을 제공할 수 있게 하는 것이며, 이러한 분획의 재생 이용은 경제적으로 필요하다.
본 발명의 또다른 목적은, 공비 분획에 이미 존재하는 디알콕시에탄에 추가될, 알킬 아크릴레이트 제조 장치에서의 디알콕시에탄 생성으로부터 DMAEA 의 합성에서 얻어진 공비 분획에 존재하는 아세트알데히드를 방지하는 것이다.
본 발명은 적당한 수의 단계만을 필요로 하며, 알킬 아크릴레이트 합성 방법에서 분획의 재생 이용에 특히 적합한, DMAEA 합성 동안 생성되는 공비 분획의 정제 방법에 관한 것이다.
본 발명은 N,N-디메틸 아미노에탄올에 의해 화학식 (II) CH2=CH-COOR1 (식 중, R1 은 메틸 또는 에틸 라디칼을 나타냄) 의 알킬 아크릴레이트를 트랜스에스테르화시킴으로써, 하기 화학식 (I) 의 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트의 합성 동안 생성되는 공비 분획 (알킬 아크릴레이트 (II), 반응 동안 형성된 저급 알코올 R1OH, 및 부산물 예컨대 아세트 알데히드 및 화학식 (III) CH3-CH(OR1)2 의 디알콕시에탄을 포함하는 상기 공비 분획은 트랜스에스테르화 반응기 위에 장착된 제 1 증류 컬럼에 의해 증류됨) 을 정제하는 방법으로서:
H2C=CHCOOCH2CH2N(CH3)2 (I)
상기 분획이 부산물 아세트알데히드 및 디알콕시에탄을 분리하기 위해 제 2 증류 컬럼에 의해 증류되고, 알킬 아크릴레이트 (II), 저급 알코올 R1OH, 아세트알데히드의 대부분 및 미량의 디알콕시에탄을 함유하는 아세트알데히드가 풍부한 부수적 상부 생성물이 제거되는 반면, 알킬 아크릴레이트 (II), 저급 알코올 R1OH, 디알콕시에탄 (II) 의 대부분 및 미량의 아세트알데히드를 함유하는 아세트알데히드 저함량을 갖는 주요 하부 생성물이 아크릴산과 저급 알코올 R1OH 의 반응에 의한 알킬 아크릴레이트 합성 방법 (II) 에서 재생 이용되는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법의 변형에 따르면, 부산물 아세트알데히드 및 디알콕시에탄을 분리하기 위한 공비 분획의 증류는 트랜스에스테르화 반응기 위에 장착된 제 1 증류 컬럼에서 직접적으로 수행되는데, 알킬 아크릴레이트 (II), 저급 알코올 R1OH, 아세트알데히드의 대부분 및 미량의 디알콕시에탄을 함유하는 아세트알데히드가 풍부한 부수적 분획은 상부에서 제거되는 반면, 알킬 아크릴레이트 (II), 저급 알코올 R1OH, 디알콕시에탄 (II) 의 대부분 및 미량의 아세트알데히드를 함유하는 아세트알데히드 저함량을 갖는 주요 분획은 상기 제 1 컬럼으로부터 측면 스트림을 통해 추출된다.
메틸 아크릴레이트 (또는 에틸 아크릴레이트) 의 트랜스에스테르화에 의한 DMAEA 의 합성 동안, 메틸 아크릴레이트 (또는 에틸 아크릴레이트), 메탄올 (또는 에탄올) 을 포함하고 일반적으로 100 ppm 내지 1000 ppm 의 아세트알데히드 및 100 ppm 내지 1000 ppm 의 디알콕시에탄 (각각 디메톡시에탄 또는 디에톡시에탄) 을 함유할 수 있는 공비 분획은, 트랜스에스테르화 반응기 위에 장착된 증류 컬럼에 의해 반응 단계 동안 증류된다.
사용된 컬럼 및 증류 조건의 효율성에 따라, 이러한 분획은 일반적으로 35% 내지 54% 의 메탄올 또는 60% 내지 72% 의 에탄올을 함유한다.
본 발명의 제 1 변형에 따르면, 방법은 메틸 아크릴레이트 또는 에틸 아크릴레이트를 위한 제조 장치에서 공비 분획의 재생 이용 동안, 쉽게 이후의 디알콕시에탄의 형성에 대한 주요 기여제인 공비 분획에 존재하는 아세트알데히드를 제거하는 것만을 목적으로 한다.
이러한 경우, 상기 아세트알데히드가 풍부한 상부 스트림에서의 저급 아크릴레이트 및 저급 알코올의 손실을 최소화하면서 컬럼 상부에서 모든 또는 90% 이상의 아세트알데히드를 제거하도록 증류 조건이 조절된다.
팔 (Pall) 고리와 같은 간단한 패킹을 갖는 컬럼을 사용하거나 멀티니트 (Multiknit) 유형으로 구조화되거나 임의의 다른 유형의 컬럼을 사용할 수 있다. 컬럼 효율성은 10 초과이어야하고, 유리하게는 증류 컬럼은 10 내지 20 의 이론단, 바람직하게는 12 내지 18 의 이론단을 포함한다. 증류 컬럼 위에는 20 ℃ 내지 50 ℃, 바람직하게는 25 ℃ 내지 35 ℃ 범위의 온도로 가열된 열-수송 유체가 공급된 컨덴서가 놓여진다. 컬럼은 대기압 내지 2 bar, 바람직하게는 대기압에서 작동할 수 있다.
일반적으로 예를 들어 페놀산 저해제 (히드로퀴논, 히드로퀴논 메틸 에테르, 디-tert-부틸 파라크레졸 등), 페노티아진, 4-OH 또는 4-옥소 TEMPO 유형의 TEMPO 니트록실 화합물 등으로부터 선택되는 하나 이상의 중합 저해제는 100 내지 5000 ppm 의 속도로 증류시키고자 하는 공비 혼합물에 첨가된다.
기체 또는 저산소 기체 (7 부피% O2) 로의 버블링 (bubbling) 이 유리하게는 컬럼에 도입되어 중합 저해제의 작용을 강화한다.
아세트알데히드가 고갈된 공비 분획은 제 2 증류 컬럼의 하부에서 회수되거나, DMAEA 제조 장치의 알킬 아크릴레이트/알코올 공비 혼합물의 증류를 위한 제 1 컬럼으로부터 직접적으로 측면 스트림을 통해 회수될 수 있다. 더이상 디알콕시에탄을 생성하지 않을 수 있는 상기 분획은 유리하게는 재생 이용될 수 있다.
본 발명의 이러한 변형은 첨부된 도 1 및 도 2 에서의 2 개의 구성에 따라 예시될 수 있다.
도 1 의 구성에 따르면, 반응물 (10) (알킬 아크릴레이트 및 DMAE) 가 공급되는 트랜스에스테르화 반응기 (R1) 위에는, 트랜스에스테르화 반응 동안 생성된 알킬 아크릴레이트/저급 알코올 공비 분획 (20) 을 상부에서 지속적으로 제거하기 위한 제 1 증류 컬럼 (C) 가 놓여져 있다. 본 발명에 따르면, 상기 분획 (20) 은 제 2 증류 컬럼 (C0) 에서 증류되고, 이로부터 아세트알데히드가 풍부한 분획 (31) 이 상부에서 추출되고, 하부에서 공비 분획 (30) 이 정제된다. 컬럼 (C0) 은 일반적으로 (10) 내지 (20) 의 이론단 (컨덴서 및 보일러는 포함하지 않음) 을 포함하고, 공급은 일반적으로 컬럼의 상부로부터 계수 (컨덴서는 계수하지 않음) 하여 단 (3) 과 단 (10) 사이에서 이루어진다.
도 2 의 구성에 따르면, 아세트알데히드의 증류는 트랜스에스테르화 반응기 (R1) 위에 위치되어 있는 제 1 컬럼 (C) 에서 직접적으로 수행된다. 컬럼 (C) 의 증류 조건 (특히 12 내지 18 범위의 이론단의 수) 을 적용함으로써, 및 컬럼의 상부 절반 (예를 들어 15 단을 갖는 컬럼의 경우 수준 6 또는 7) 에 측면-스트림 라인을 첨가함으로써 제 2 증류 컬럼을 첨가하는 것이 불필요하다. 아세트알데히드가 풍부한 분획 (31) 은 컬럼 (C) 의 상부에서 나가는 반면, 정제된 알킬 아크릴레이트/저급 알코올 공비 혼합물 (30) 은 이러한 상기 컬럼 (C) 의 측면 스트림을 통해 배출된다.
증류 컬럼 (C) 및 (C0) 의 작동 조건은 당업자에 의해 적합화되어 공비 분획에 존재하는 아세트알데히드를 90% 정도로 제거하고 저급 아크릴레이트 및 저급 알코올의 손실을 제한할 것이다.
정제된 공비 분획 (30) 은 이후 유리하게는 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 대해 재생 이용된다.
본 발명의 제 2 변형에 따르면, 방법은 디알콕시에탄을 아세트알데히드로 분해한 후, 증류에 의해 아세트알데히드를 제거하는 것을 목적으로 한다. 결과물은 아세트알데히드 및 디알콕시에탄 모두가 제거된 공비 분획이다.
아세트알데히드를 형성되자마자 증류시키는 것에 의한, 아세트알데히드 형성 쪽으로의 아세탈화 평형 이동은 물 및 산 촉매의 존재에 영향을 받는다.
Figure 112011057769921-pct00001
상기 반응은 공지되어 있지만, DMAEA 합성에 의해 생성된 공비 분획의 정제의 범주 내에서의 이의 적용은 선행기술에 전혀 기재된 적이 없다.
상기 제 2 변형에 따르면, 예를 들어 페놀산 저해제 (히드로퀴논, 히드로퀴논 메틸 에테르, 디-tert-부틸 파라크레졸 등), 페노티아진, 4-OH 또는 4-옥소 TEMPO 유형의 TEMPO 니트록실 화합물 등으로부터 선택되는 하나 이상의 중합 저해제는 100 내지 5000 ppm 의 속도로 공비 분획에 첨가된다. 이후, 3 내지 20 중량% 의 물이 상기 혼합물에 첨가되는데; 첨가된 물의 양은 바람직하게는 최종 혼합물에 대해 5 내지 10 중량% 이다.
산 촉매가 또한 첨가되는데; 산 촉매 중, 황산, 염산, 인산, 술폰산 예컨대 메탄술폰산 또는 파라-톨루엔술폰산, 술폰화 양이온성 수지, 또는 강산성 제올라이트가 언급될 수 있다.
겔 또는 거대다공성 (macroporous) 형태의 강한 양이온성 수지는 사용하기에 더 쉬우므로 산 촉매로서 바람직하다.
촉매는 처리하고자 하는 공비 분획의 양에 대해 5 내지 20 중량% 의 비율로 사용될 수 있다. 10 내지 15 중량% 의 강한 양이온성 수지가 바람직하게는 사용된다.
사용되는 촉매의 양은 디알콕시에탄의 환원도를 희생하고서 5 % 미만일 수 있거나, 현저한 이점을 야기하지 않고서 20% 초과일 수 있다.
사용될 수 있는 양이온성 수지 중, 예를 들어 Amberlyst 15, Lewatit K2620 또는 K1461, Diaion PK228 이 언급될 수 있다.
온도가 조절되는 유체가 외부 리보일러에 재순환되는 수지의 다단식 베드에 대하여, 상행 또는 하행 방향으로 공급되고 반응기의 재순환 루프에 위치되는 수지의 카트리지에 대하여 순환하는 이중 자켓에 의해 가열되는 기계적 교반 반응기에서, 또는 반응 컬럼에서, 촉매는 처리하고자 하는 공비 분획과 접촉될 수 있다.
상기 방법은 배치 방식으로 또는 연속적으로 수행될 수 있다.
아세트알데히드의 연속적인 제거는 증류 컬럼, 예를 들어 단 컬럼, 무작위 또는 구조화 패킹을 갖는 컬럼을 통해 수행된다.
기체 또는 저산소 기체 (8 부피% O2) 로의 버블링은 유리하게는 작업 전반에 걸쳐 혼합물에 도입되어 중합 저해제의 작용을 강화한다.
증류 컬럼 위에는 20 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 온도로 가열된 열-수송 유체가 공급된 컨덴서가 놓여진다.
아세트알데히드가 풍부한 비응축 증기는 또한 저급 아크릴레이트 및 알코올을 함유한다. 이는 이후 냉각 트랩에 의해 응축된다. 이러한 상부 생성물에서의 아세트알데히드의 회수도는 일반적으로 95% 초과이다. 이러한 분획에서의 저급 아크릴레이트 (메틸 아크릴레이트 또는 에틸 아크릴레이트) 및 알코올 (메탄올 또는 에탄올) 의 손실은 증류 조건 (컬럼 효율성, 작동 조건) 에 의존적이며, 일반적으로 상술된 조건에서의 증류가 사용되는 경우에 낮다.
저급 에스테르 및 저급 알코올의 손실을 동반할 수 있으므로 상기 아세트알데히드가 풍부한 분획은 제거되고 최소화되어야 한다.
아세트알데히드 및 디알콕시에탄의 일부 또는 전부가 제거된 저급 아크릴레이트/저급 알코올 혼합물은, 이후 이를 오염시킬 위험 없이 저급 아크릴레이트를 위한 제조 장치에 재생 이용될 수 있다.
본 발명의 제 3 변형에 따르면, 방법은 먼저 물로 공비 분획에 존재하는 아세트알데히드 및 저급 알코올을 추출한 후, 물로의 세척으로부터 수득된 수성 분획에 대한 증류를 수행하는 것을 목적으로 한다. 이러한 물로의 세척은, 반대방향으로 공급되는 물로의 추출용 컬럼 (C1) 에서 수행된다.
추출 컬럼 (C1) 은 하부에서는 공비 분획, 상부에서는 물을 수득한다. 저급 알코올 및 아세트알데히드가 제거되는 저급 아크릴레이트는 상부에서 회수된다. 다양한 유형의 추출 컬럼이 사용될 수 있다. 예로서, 각 구획의 중간에 회전 디스크를 갖는 회전 샤프트 (shaft) 를 포함하는 구획된 컬럼을 사용할 수 있는데, 이는 상 사이의 우수한 접촉을 제공한다.
추출 컬럼 (C1) 은 저급 아크릴레이트 장치로부터 독립적일 수 있거나, 이는 저급 아크릴레이트의 제조를 위한 플랜트에 이미 통합된 유형 (C1) 의 컬럼일 수 있다.
추출 컬럼 (C1) 의 상부에서는, 본질적으로 다양한 양의 디알콕시에탄 및 알킬 아크릴레이트 (II) 를 함유하는 분획을 수득하는데, 이는 유리하게는 트랜스에스테르화 반응에 재생 이용될 수 있으며, 추출 컬럼 (C1) 의 하부에서는 세척에 사용된 물의 대부분, 저급 알코올 및 아세트알데히드를 함유하는 수성 분획을 수득하는데, 이는 증류 후에 한편으로는 증류 컬럼의 하부에서 아세트알데히드가 제거되고 저급 알코올이 풍부한 주요 수성 분획 (상기 분획은 이후 알킬 아크릴레이트 합성 방법에서 아크릴산과 저급 알코올 사이의 반응 단계에 직접적으로 재생 이용될 수 있음) 을 야기하고, 다른 한편으로는 아세트알데히드의 대부분을 함유하는 증류 컬럼으로부터의 상부 생성물 (이는 이후 제거됨) 을 야기한다.
유리하게는, 공비 분획에 존재하는 디알콕시에탄은 물로 저급 알코올을 추출하기 전에 상술된 바와 같이 물 및 산 촉매의 존재 하에 아세트알데히드로 변형될 수 있고, 이에 따라 최종적으로 디알콕시에탄이 없는 분획을 야기한다.
유리하게는, 추출 컬럼 (C1) 의 하부에서 수득되는 저급 알코올 및 아세트알데히드를 함유하는 수성 분획의 증류는 2 개의 연속적인 컬럼에 의해 수행되는데, 제 1 컬럼 (C2) 는 물 (이는 컬럼 (C2) 의 하부에서 회수되고, 제거되거나 추출 컬럼 (C1) 에 재생 이용됨) 을 분리하는 역할을 하고, 알코올 및 아세트알데히드를 포함하는 컬럼 (C2) 로부터의 상부 생성물은 이후 아세트알데히드가 없는 알코올로 주로 구성되는 하부 생성물 (이는 아크릴산과의 반응 단계에 재생 이용될 수 있음) 과 아세트알데히드가 풍부한 상부 생성물 (이는 소실될 것임) 을 분리하기 위한 제 2 증류 컬럼 (C3) 으로 보내진다. 이러한 방법의 변형의 특정 구현예는 아세트알데히드가 없고 알코올로 주로 구성되는 컬럼 (C3) 의 하부 생성물을 부분적으로는 아크릴산과의 반응 단계에 대해서, 및 부분적으로는 컬럼 (C2) 의 상부에서 재생 이용하는 것으로 이루어진다.
이러한 방법의 변형의 또다른 특정 구현예는, 아세트알데히드를 함유하는 컬럼 (C3) 의 상부 생성물의 대부분을 컬럼 (C3) 에서의 환류로 돌려보내는 것으로 이루어지고, 스트림의 나머지는 플랜트에서의 아세트알데히드의 농도를 낮추기 위해 퍼지된다.
본 발명의 이러한 변형은 첨부된 도 3 및 도 4 에서의 2 개의 구성에 따라 예시될 수 있다.
도 3 의 구성에 따르면, 저급 아크릴레이트, 알코올, 아세트알데히드 및 다양한 양의 디알콕시에탄을 함유하는 공비 분획 (1) 은 저급 아크릴레이트 장치에 통합될 수 있거나 통합되지 않을 수 있는 컬럼 (C1) 에서 물로 세척되고, 이의 상부로부터 본질적으로 저급 아크릴레이트를 포함하는 스트림 (2a) 가 배출된다. 저급 아크릴레이트가 제거되고 모든 아세트알데히드를 함유하는 스트림 (2) 는 제 1 증류 컬럼 (C2) 로 보내지고, 이로부터 물이 하부에서 분리되고, 분획 (3) 은 본질적으로 알코올 및 아세트알데히드로 이루어진다. 이러한 분획 (3) 은 스트림 (3) 에 함유된 아세트알데히드 모두를 제거하는 증류 컬럼 (C3) 에 보내진다. 아세트알데히드가 제거된 컬럼 (C3) 의 하부로부터의 유출물 (4) 는 알킬 아크릴레이트를 제조하기 위한 반응 구역에 돌려보내진다. 반응 구역에서 디알콕시에탄의 형성은 이에 따라 감소되며, 이는 생성된 알킬 아크릴레이트 중의 디알콕시에탄 함량을 제한할 수 있게 한다. 저급 에스테르 및 저급 알코올의 피할 수 없는 손실을 야기하는 아세트알데히드가 풍부한 스트림 (4a) 는 제거된다.
도 4 에서의 구성에 따르면, 컬럼 (C3) 의 상부로부터의 스트림 (4a) 는 스트림의 대부분이 환류로 돌려보내지는 것과 같은 방식으로 컬럼 (C3) 에 분배되고, 스트림의 나머지는 플랜트에서 아세트알데히드의 농도를 낮추기 위해 퍼지된다. 아세트알데히드가 제거된 컬럼 (C3) 의 하부에서의 유출물 (4) 는 부분적으로는 컬럼 (C2) (스트림 (4b)) 의 상부에 및 부분적으로는 반응 구역에 돌려보내진다. 도 4 에서의 구성에 따른 작동에 의해서, 컬럼 (C3) 으로부터의 누출시의 아세트알데히드의 농도는 크게 증가되고 이에 따라 반응물 (저급 알코올/저급 에스테르) 의 손실은 상기 분획의 강제적인 소실에 의해 감소된다.
유리하게는, 본 발명의 방법의 제 3 변형은 아크릴산/저급 알코올 반응 혼합물로부터의 미정제 아크릴레이트의 정제를 위한 단계 시에, 저급 알킬 아크릴레이트용 제조 장치에서 직접적으로 수행된다. 이는 공비 분획이 별도로 처리되지 않고, 상기 처리에 특별한 장치를 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다. DMAEA 의 제조로부터 수득된 공비 분획은 경질 아크릴레이트 제조 장치의, 물로의 추출을 위한 컬럼 (C1) 에서 직접적으로 재생 이용되며; 이러한 분획에 의해 공급되는 아세트알데히드의 제거, 이러한 분획에 존재하는 알코올의 재생 이용, 및 이러한 분획에 또한 존재하는 알킬 아크릴레이트의 회수는 반응 혼합물로부터 수득된 미정제 아크릴레이트의 정제와 동시에 수행될 수 있다. 이를 위해, 반응의 물, 중질 화합물 및 잔류 아크릴산의 일부의 사전 제거 이후의 미정제 반응 혼합물과 같은, 공비 분획은 물이 공급된 액체/액체 추출 컬럼에 공급된다.
본 발명은 또한 N,N-디메틸 아미노에탄올에 의해, 화학식 (II) CH2-CH-COOR1 (식 중, R1 은 메틸 또는 에틸 라디칼을 나타냄) 을 트랜스에스테르화시킴으로써 하기 화학식 (I) 의 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트를 합성하는 방법으로서, 상기 정의된 상이한 변형에 따른 반응 동안 생성된 공비 분획의 정제 단계를 사용하고, 상기 분획의 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 대한 재생 이용을 허용하는 방법에 관한 것이다:
H2C=CHCOOCH2CH2N(CH3)2 (I).
하기의 실시예는 본 발명을 설명하지만, 이의 범주를 제한하지는 않는다.
실시예
% 는 중량% 로 나타내었다.
하기의 약자를 사용하였다:
- EA: 에틸 아크릴레이트
- MA: 메틸 아크릴레이트
- HQME: 히드로퀴논 메틸 에스테르
실시예 1 내지 4
50 ℃ 의 오일이 공급된 컬럼 상부의 컨덴서 및 드라이아이스 트랩을 갖춘, 멀티니트 (multiknit) 패킹 (효율성: 15 이론단) 을 갖는 증류 컬럼이 위에 놓이고 80 ℃ 의 오일이 공급된 이중-자켓 반응기를 하기로 충전하였고, 여기서 처리하고자 하는 분획 + 물의 총 중량은 550 g 이었다:
- 처리하고자 하는 분획 500 g 또는 550 g (40% 의 EA; 59.5% 의 에탄올; 아세트알데히드; 디에톡시에탄 함유)
- Lewatit K1461 또는 Amberlyst 15 수지 0 또는 50 g
- 물 0 또는 50 g
- 0.1% HQME.
8% O2 (부피) 의 저산소 기체로의 버블링을 시험 전체에 걸쳐 (3 시간) 유지하였다.
이를 63 ℃ 에서 비등하도록 가열시켜, 아세트알데히드를 형성되자마자 제거하였다.
아세트알데히드 및 디에톡시에탄의 함량을 기체 크로마토그래피로 측정하였다.
수지
유형		 물
g		 처리하고자 하는 분획
g		 처리 이후의 중량 g 아세트알데히드 함량, ppm
 디에톡시에탄
함량, ppm
초기 최종 초기 최종
실시예 1 없음 50 500 450 333 20 319 303
실시예 2 K1461 50 500 385 364 23 297 18
실시예 3 A15 50 500 400 303 12 319 10
실시예 4 K1461 0 550 430 383 56 356 264
산 촉매의 부재 또는 물의 부재 시에 디에톡시에탄은 아세트알데히드로 변형되지 않으므로, 증류로 제거하기가 어렵다는 것을 볼 수 있다. 증류에 의한 아세트알데히드의 제거도는 거의 모든 경우에서 90% 초과이다.
실시예 5
실시예 2 로부터의 상기 혼합물 (처리하고자 하는 분획 500 g 및 물 50 g) 을 200 ㎖ 의 LEWATIT K1461 수지를 함유하는 카트리지에 대한 재순환의 설비를 갖춘 이중 자켓으로 가열되는 교반 반응기에서 처리하였다. 30 ℃ 의 물이 공급된 컨덴서가 장착된 20 이론단과 동일한 효율성의 멀티니트 패킹을 갖는 컬럼을 반응기 위에 놓았다.
혼합물을 1500 g/시의 흐름 속도로 반응기에 공급하였다.
아세트알데히드를 약 30 g/시로 컬럼 상부에서 증류시켰다. 상부 생성물의 조성은 하기와 같았다:
EA: 28%
에탄올: 66%
아세트알데히드: 0.06%.
최종 혼합물은 하기를 함유한다:
EA: 40%
에탄올: 59.5%
디에톡시에탄: 180 ppm.
처리 전의 혼합물 중의 잠재적 디에톡시에탄의 제거도는 90% 초과이다.
실시예 6 (도 1 참조)
하기를 함유하는 하기의 공비 혼합물을, 직경 32 cm; 높이 5 m; 효율성 10 이론단의 특성을 갖는 1" 팔 (Pall) 고리로 패킹된 컬럼 (C0) 에서 증류시켰다:
EA: 40%
에탄올: 60%
아세트알데히드: 0.023%
디에톡시에탄: 0.05%.
컨덴서의 온도는 약 30 ℃ 이었다. 컬럼은 -10 ℃ 의 트랩이 또한 장착되어 있었다.
1425 kg/시의 흐름 속도로 컬럼의 단 4 (상부로부터 계수함) 에 혼합물을 공급하였다.
아세트알데히드를 함유하는 상부 생성물을 4 kg/시로 대기압 하에 74 ℃ 에서 증류시켰다.
중량에 의한 이의 조성은 하기와 같다:
EA: 27.7%
에탄올: 65%
아세트알데히드: 7.3%
디에톡시에탄: 0.02%.
하기로 구성되는 혼합물을 하부에서 회수하였다:
EA: 40%
에탄올: 60%
아세트알데히드: 3 ppm
디에톡시에탄: 0.05%.
0.3 % 의 초기 혼합물에 상응하는 상부 생성물을 제거하였는데, 이는 EA 의 매우 낮은 손실 및 90% 의 아세트알데히드 회수율을 나타냈다.
재생 이용을 통한 EA 장치에의 디에톡시에탄의 도입에 대한 주요 기여제인 아세트알데히드가 제거된 하부 생성물을 이러한 장치에 재생 이용할 수 있다.
실시예 7 (도 2 참조)
3 및 5 m 의 2 개의 베드로 패킹되고 15 이론단을 갖는 증류 컬럼 (C) 가 위에 놓여진 교반되고 가열되는 반응기 (R1) 을 하기의 혼합물로 충전하였다 (7745 kg/시):
- EA: 29.7%
- DMAE: 13.8%
- DMAEA: 37%
- EtOH: 12.4%
- 아세트알데히드: 44 ppm
- 중질 분획: 5%.
컨덴서의 온도는 약 30 ℃ 였고, 벤트 트랩 (vent trap) 의 온도는 -8 ℃ 였다.
컬럼 상부의 압력은 650 mmHg 였다.
아세트알데히드가 풍부한 분획을 컬럼의 상부에서 증류하는 한편, 정제된 공비 혼합물을 이론단 7 (컨덴서로부터 계수함) 에서 배출하였다. 이는 66% 초과의 에탄올 순도를 야기하고, 존재하는 아세트알데히드를 90% 초과로 제거하였다.
헤드 누출물 (1 kg/시) 은 하기로 이루어진다:
- 아세트알데히드: 21.2%
- EA: 23.5%
- 에탄올: 54.8%.
측면 스트림 (1217 kg/시) 은 하기로 이루어진다:
- EA: 33.9%
- 에탄올: 66%
- 아세트알데히드: 0.0014%.
실시예 8 (도 3 참조)
컬럼 (C3) (하부로부터 단 7) 에, 중량에 의한 하기 조성을 갖는 스트림 (3) 을 800 kg/시로 공급하였다:
EA: 17%
에탄올: 74%
물: 8%
아세트알데히드: 2800 ppm.
하기 조건으로 컬럼을 작동시켰다:
P: 2 bar - T°헤드: 65 ℃ - T°최하부: 79 ℃ - 컬럼 효율성: 11 이론단 - 환류 속도: 12/1.
하기를 수득하였다:
- 상부 스트림 (4a): 17 kg/시, 하기로 이루어짐:
EA: 47%
에탄올: 35%
물: 5%
아세트알데히드: 13%
- 하부 스트림 (4): 783 kg/시, 하기로 이루어짐:
EA:16.1%
에탄올; 75.7%
물: 8.2%.
실시예 9 (도 4 참조)
349.3 kg/시의 속도로 컬럼 (C2) 에 공급되는 스트림은 중량에 의한 하기 조성을 가졌다:
EA: 5.8%
에탄올: 21.9%
물: 72.1%
아세트알데히드: 1500 ppm (0.52 kg/시).
컬럼 (C3) 에 대한 공급물은 단 6 에 위치시켰다. 이러한 컬럼의 효율성은 7 이론단이었다.
컬럼 (C3) 의 상부에서의 퍼지는 1 kg/시였다. 이는 너무 많은 EA 및 에탄올을 상실하지 않도록 고의적으로 제한되었다.
컬럼 (C3) 의 상부에 퍼지된 아세트알데히드의 질량 흐름 속도는 476 g/시였다.
반응에 돌려보내지는 아세트알데히드의 질량 흐름 속도는 44 g/시이며, 즉 플랜트 중의 아세트알데히드 양의 환원도는 91.5% 이었다.

Claims (10)

  1. N,N-디메틸 아미노에탄올에 의해 화학식 (II) CH2=CH-COOR1 (식 중, R1 은 메틸 또는 에틸 라디칼을 나타냄) 의 알킬 아크릴레이트를 트랜스에스테르화시킴으로써 하기 화학식 (I) 의 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트를 합성하는 동안 생성되고; 알킬 아크릴레이트 (II), 반응 동안 형성된 알코올 R1OH, 및 화학식 (III) CH3-CH(OR1)2 의 디알콕시에탄 및 아세트알데히드와 같은 부산물을 포함하며; 트랜스에스테르화 반응기 위에 장착된 제 1 증류 컬럼에 의해 증류되는 공비 분획을 정제하는 방법으로서:
    H2C=CHCOOCH2CH2N(CH3)2 (I),
    상기 분획은 부산물 아세트알데히드 및 디알콕시에탄을 분리할 목적으로 증류되고,
    (a) 상기 증류 단계가 제 2 증류 컬럼에 의해 수행되며, 알킬 아크릴레이트 (II), 알코올 R1OH, 아세트알데히드 대부분 및 디알콕시에탄 미량을 함유하는 아세트알데히드-풍부 상부 생성물이 제거되고, 알킬 아크릴레이트 (II), 알코올 R1OH, 디알콕시에탄 (III) 대부분 및 아세트알데히드 미량을 함유하는 아세트알데히드-결핍 분획은 상기 제 2 증류 컬럼의 하부에서 회수되거나, 또는
    (b) 상기 증류 단계가 제 1 증류 컬럼에서 직접 수행되며, 알킬 아크릴레이트 (II), 알코올 R1OH, 아세트알데히드 대부분 및 디알콕시에탄 미량을 함유하는 아세트알데히드-풍부 상부 생성물이 제거되고, 알킬 아크릴레이트 (II), 알코올 R1OH, 디알콕시에탄 (III) 대부분 및 아세트알데히드 미량을 함유하는 아세트알데히드-결핍 분획은 상기 제 1 증류 컬럼의 측면 스트림을 통해 배출되며,
    상기 아세트알데히드-결핍 분획은 아크릴산 및 알코올 R1OH 의 반응에 의한 알킬 아크릴레이트 (II) 의 합성 과정에 재생 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 부산물 아세트알데히드 및 디알콕시에탄의 분리를 위한 증류 단계를 트랜스에스테르화 반응기 위에 장착된 제 1 증류 컬럼에서 직접적으로 수행 (경로 (b)) 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 부산물 아세트알데히드 및 디알콕시에탄의 분리를 위한 증류 단계를 제 2 증류 컬럼에 의해 수행 (경로 (a)) 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 공비 분획을 산 촉매의 존재 하에 물로 예비 처리한 후, 디알콕시에탄을 아세트알데히드 및 알코올 R1OH 로 변형시키고, 아세트알데히드가 형성되자마자 증류하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 물에 의한 공비 분획의 세척으로부터의 수성 분획의 증류를 추출 컬럼 (C1) 에서 수행하고, 세척에 사용되는 물 대부분, 알코올 R1OH 및 아세트알데히드를 함유하는 상기 수성 분획을 추출 컬럼 (C1) 의 하부에서 수득하고, 트랜스에스테르화 반응에 직접적으로 재생 이용할 수 있는 디알콕시에탄 및 알킬 아크릴레이트 (II) 를 함유하는 분획을 추출 컬럼 (C1) 의 상부에서 수득하고, 아세트알데히드가 제거되고 알코올 R1OH 이 풍부한 증류 컬럼의 하부 생성물을 이후 알킬 아크릴레이트 합성 과정에서의 아크릴산 및 알코올 R1OH 사이의 반응 단계에 직접적으로 재생 이용하고, 아세트알데히드 대부분을 함유하는 증류 컬럼의 상부 생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 증류를 2 개의 연속적인 증류 컬럼 (C2) 및 (C3) 으로 수행하고, 제 1 증류 컬럼 (C2) 는 컬럼의 하부에서 발생하고 제거되거나 추출 컬럼 (C1) 에 재생 이용되는 물을 분리하는 역할을 수행하고, 알코올 R1OH 및 아세트알데히드를 포함하는 컬럼의 상부 생성물을 이후 아크릴산과의 반응 단계에 재생 이용될 수 있는 아세트알데히드가 없는 알코올 분획을 하부에서 분리하는 제 2 증류 컬럼 (C3) 에 보내고, 아세트알데히드를 함유하는 상부 생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 주로 알코올 R1OH 로 구성되고 아세트알데히드가 없는 컬럼 (C3) 의 하부 생성물을 부분적으로는 아크릴산과의 반응 단계에 재생 이용하고, 부분적으로는 컬럼 (C2) 의 상부에 재생 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 아세트알데히드를 함유하는 컬럼 (C3) 의 상부 생성물의 대부분을 컬럼 (C3) 에 대한 환류에 돌려보내고, 스트림의 나머지를 퍼지하여 플랜트에서의 아세트알데히드의 농도를 낮추는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 물에 의한 공비 분획의 세척 단계를 아크릴산/알코올 R1OH 반응 혼합물로부터 수득된 미정제 알킬 아크릴레이트의 정제 수준으로 알킬 아크릴레이트 (II) 의 제조 장치에서 직접적으로 수행하고, 공비 분획과 반응으로부터의 물, 중질 화합물 및 잔류 아크릴산의 일부의 사전 제거 이후의 아크릴산/알코올 R1OH 반응으로부터 수득된 미정제 반응 혼합물을 알킬 아크릴레이트의 제조를 위해 플랜트에 이미 통합되어 있고 물이 공급되는 액체/액체 추출 컬럼에 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. N,N-디메틸 아미노에탄올에 의해, 화학식 (II) CH2=CH-COOR1 (식 중, R1 은 메틸 또는 에틸 라디칼을 나타냄) 의 알킬 아크릴레이트를 트랜스에스테르화시킴으로써 하기 화학식 (I) 의 N,N-디메틸 아미노에틸 아크릴레이트를 합성하는 방법으로서:
    H2C=CHCOOCH2CH2N(CH3)2 (I),
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 정의된 바와 같은, 반응 동안 생성된 공비 분획의 정제 단계를 포함하고, 상기 분획의 알킬 아크릴레이트 제조 장치에 대한 재생 이용을 허용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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