KR20080044282A

KR20080044282A - 연속 수행 평형 반응을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080044282A
Application number: KR1020087006034A
Authority: KR
Inventors: 디르크 사르시넬리; 헤르만 지게르트
Original assignee: 에보니크 룀 게엠베하
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-05-20
Also published as: JP2009507880A; US20080269431A1; TW200724227A; EP1926552A1; WO2007031382A1; CN101218020A; DE102005043719A1

Abstract

본 발명은 평형 반응을 연속적으로 실시하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

연속 수행 평형 반응을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTINUOUSLY CARRIED OUT EQUILIBRIUM REACTIONS}

본 발명은 평형 반응을 연속적으로 실시하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

각종 생성물을 하나의 플랜트내에서 생성하고자 할 경우, 회분식으로 작동되는 플랜트가 거의 독점적으로 사용된다. 반대로, 연속 작동되는 플랜트는 회분식 공정에 비하여 특정의 상당한 잇점을 제공한다.

계측 비용이 더 낮고, 작업자 요건이 더 낮고, 생성물 품질이 더 우수하며, 변동이 더 적고, 플랜트 용량이 증가하게 되는데, 이는 각각의 공정 단계(충전, 반응, 저비점 물질 (low boiler)의 제거, 생성물의 분리, 배출)를 통한 순차적인 작업이 생략되기 때문이다.

평형 반응의 경우, 특정의 공정은 평형이 소정의 방향으로 이동될 수 있게 하기 위하여 개발되어 왔다.

대부분의 반응식은 평형 반응이며, 반응의 엔탈피가 낮다. 미국 특허 제3,836,576호에서는 예를 들면 균질하게 촉매화된 반응으로서 해당 알콜 티타네이트의 존재하에서 반응을 실시한다. 바람직하지 않은 중합 반응을 억제하기 위하여, 억제제(예, 히드로퀴논 모노메틸 에테르)를 반응 혼합물에 첨가한다. 생성물의 방 향으로 반응의 평형 위치를 이동시키고, 그리하여 반응 속도를 증가시키기 위하여, 반응에서 배출된 저 비점 알콜은 증류에 의하여 반응 혼합물로부터 제거되고, 증류 컬럼에 의하여 기타의 반응 성분으로부터 분리된다. 대체예로서, 반응성 증류의 경우, 분리는 반응 공간내에서 발생한다. 반응성 증류는 EP 0968995에 기재되어 있다.

그러나, 문헌(예, 미국 특허 제3,887,609호)에는 주로 회분식 공정, 특히 촉매계의 새로운 유형을 사용하는 공정이 기재되어 있다.

GB 841416에는 반응 혼합물이 통과되는 편향판 (deflection plate)을 포함하는 하류 반응기를 갖는 교반 용기가 기재되어 있다. 여기서, 출발 물질은 교반 용기내에서 예비혼합되며, 반응이 개시된다. 추가의 반응의 경우, 반응 혼합물은 하류 반응기로 투입될 수 있다. 그러나, 더 우수한 결과를 얻기 위하여, 예를 들면 열 전달을 개선시키기 위하여서는 나선형 반응기를 권한다. GB 841416에 기재된 편향판의 배치는, 고정되며 더 이상 가변성이 아닌 반응 부피를 초래한다. 또한, 사 구역 (dead zone)은 편향판에 형성될 수 있으며, 바람직하지 않은 중합 반응을 초래할 수 있다. 마찬가지로, 예를 들면 촉매를 포함하는 현탁액은 덜 용이하게 수송될 수 있다. 추가의 문제점은 역혼합이다. 이는 생성물 품질에 불리한 영향을 미친다.

EP 0968995에는 반응 컬럼에서의 알킬 메타크릴레이트의 연속 제조가 기재되어 있다. 여기서, 에스테르 교환 반응은 증류 컬럼내에서 직접 발생한다. 이러한 방법에서, 통상의 회분식 에스테르 교환 공정에 비하여 더 높은 반응 속도, 더 높 은 전환율 및 선택도 및 개선된 에너지 이용이 실현된다. 그러나, 미반응 출발 물질을 재순환시키고 그리고 정제된 생성물을 분리시키기 위한 공정의 단계는 기재되지 않았다. 게다가, 반응 및 물질 분리의 조합은 다중생성물 플랜트에서의 융통성을 크게 제한하게 된다. 그래서, 플랜트는 생성물에 대하여 구체적인 방식으로 설계되어야만 한다.

본 발명의 목적은 사용한 출발 물질, 특히 생성물 흐름으로부터 분리하기가 곤란한 출발 물질의 실질적으로 완전한 전환과 함께 연속 공정에서 높은 공간-시간 수율을 달성할 수 있도록 하는 공정을 개발하고자 하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 기준 일탈(out-of-specification) 물질이 없는 생성물 변경을 보장하는 공정을 실시하기에 적절한 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적은 출발 물질을 세그먼트가 형성된 반응기(구획 반응기로도 공지됨)에 정류 컬럼을 경유하여 또는 직접 공급하며, 온도는 구획 반응기 각각의 세그먼트로의 출발 물질의 투입에 의하여 조절하며, 반응은 적절하게는 촉매의 첨가에 의하여 촉진하며, 생성물 혼합물을 미반응 출발 물질 및 촉매와 함께 배출시키는 것을 특징으로 하는, 평형 반응으로부터 생성물의 연속 제조 방법에 의하여 달성된다. 동시에, 부산물도 공정으로부터 배출될 수 있다.

(메트)아크릴레이트와 알콜 또는 아민의 반응의 경우, 출발 물질을 구획 반응기에 정류 컬럼을 경유하여 또는 직접 공급하며, 온도는 (메트)아크릴레이트를 각각의 세그먼트에 투입하여 조절하며, 반응은 필요할 경우 촉매의 첨가에 의하여 촉진하며, 생성물 혼합물을 미반응 출발 물질 및 촉매와 함께 배출되는 것을 특징으로 하는 평형 반응으로부터 생성물을 연속 제조하는 방법이 제공된다.

본 명세서에서 사용한 용어 (메트)아크릴레이트는 메타크릴레이트, 예를 들면 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 등 및, 아크릴레이트, 예를 들면 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 등 모두를 지칭한다.

통상의 반응성 증류에 비하여 훨씬 더 큰 융통성을 갖는 것이 놀라운데, 이는 물질의 분리 및 반응이 서로 분리될 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 방법은 촉매의 자유로운 선택이 가능하며, 예를 들면 불균질 촉매의 사용이 가능케 된다.

놀랍게도, 기준 일탈 물질이 없는 생성물 변경은 하나의 출발 물질의 흐름을 중지시키는 단계, 반응기를 제2의 출발 물질로 수세하는 단계 및 새로운 출발 물질로 변경시키는 단계에 의하여 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 기준 일탈 물질이 없는 생성물 변경은 출발 알콜 또는 아민 흐름을 중단시키는 단계, 반응기를 (메트)아크릴레이트로 수세하는 단계 및 새로운 출발 알콜 또는 새로운 출발 아민으로 변경시키는 단계에 의하여 (메트)아크릴레이트와 알콜 또는 아민의 반응에서 달성되는 것이 바람직할 수 있다.

출발 물질은 정류 컬럼으로부터 측류로서 배출되며, 목표로 하는 방식으로 각각의 세그먼트에 투입되어 온도를 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다. (메트)아크릴레이트와 알콜 또는 아민의 반응에서, (메트)아크릴레이트는 측류로서 정류 컬럼으로부터 배출되며, 목표로 하는 방식으로 각각의 세그먼트에 투입되어 온도를 조절할 수 있는 것이 바람직하다.

모 반응식중 하나에서, (메트)아크릴레이트(C) 또는 (메트)아크릴아미드(F)는 메틸 (메트)아크릴레이트(A)와 알콜(B) 또는 아민(E)과 연속 반응하여 생성되며, 메탄올(D)을 방출한다:

상기 반응식에서, R¹은 H 또는 CH₃이고, R², R³은 동일하거나 또는 상이하며, 2 내지 100 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형 알킬 라디칼 또는 아릴 라디칼 또는 적절할 경우 알콕시 라디칼이다. 1차 아민을 출발 물질로서 사용할 경우, R³는 수소이다.

가능한 알콜 R²0H는 예를 들면 에탄올, 프로판올 또는 이소프로판올, 부탄올 또는 이소부탄올, 펜탄올, 시클로헥산올 또는 헥산올, 헵탄올, 옥탄올 또는 이소옥탄올 및 2-에틸헥산올 및 또한 디올 및 트리올 등이 있다. 게다가, 알콜로서 이소보르네올, 벤질 알콜, 테트라히드로푸르푸롤, 알릴 알콜, 에틸렌 글리콜, 3,3,5-트리메틸시클로헥산올, 페닐에탄올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 에틸렌 글리콜, 트리메틸올프로판, 각종 폴리에틸렌 글리콜, t-부틸아미노에탄올, 디에틸아미노에탄올, 에틸 트리글리콜, 부틸 디글리콜, 메틸 트리글리콜 또는 이소프로필리덴글리세롤을 사용할 수 있다. 출발 물질로서 사용된 알콜은 추가의 작용기를 포함할 수 있다.

출발 물질로서 사용된 아민은 1차 또는 2차 아미노기 이외에 추가의 작용기를 포함할 수 있다. 2 이상의 1차 또는 2차 아미노기를 갖는 아민은 해당 비스(메트)아크릴아미드, 트리스(메트)아크릴아미드 또는 고급 (메트)아크릴아미드를 산출한다. 또한, 아민은 1 이상의 3차 아미노기, 히드록시기, 티올기, 에테르기 또는 티오에테르기를 포함할 수 있다. 예를 들면 존재하는 히드록시기는 에스테르 교환에 의하여 (메트)아크릴레이트의 추가의 분자와 반응할 수 있다.

아민으로서 화학식 H₂N-R-NR'R"의 3차 아미노알킬아민을 사용하는 것이 바람직하며, 여기서 R은 2 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄가 바람직하며, R' 및 R"는 동일하거나 또는 상이하며, 1 내지 8 개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기이거나 또는 3차 질소 원자와 함께 피페리디노, 모르폴리노 또는 피페라지노 기로부터 유도된다. 감마-디메틸아미노프로필아민을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

제시된 반응 이외에, 추가의 평형 반응, 예컨대 에스테르화 반응은 기준으로서 사용할 수 있다.

또한, 반응 부피의 변경에 의한 생산량의 단순 변형 및, 출발 물질 흐름의 동시 변형이 특히 이롭다. 예를 들면 GB 841416에 기재된 바와 같은 통상의 방법에서와 같이 반응 부피의 고정된 크기는 존재하지 않는다.

반응 부피의 변경은 액체면 아래의 세그먼트 벽면내의 개구부에 의하여 실시된다. 세그먼트 벽면에서의 천공은 출발 물질/생성물을 이웃하는 세그먼트로 수송하는데 사용되는 것이 바람직하다. 이들 개구부는 임의의 위치에서, 바람직하게는 세그먼트 벽면에서의 하부 1/3에 위치할 수 있다. 이들은 세그먼트에서의 최적의 혼합을 이루기 위하여 교대로 배치되는 것이 바람직하다. 그러므로, 출발 물질/생성물 흐름은 분할부상에서 이송되어야만 하는 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 장치는 반응 공간의 크기에 대한 영향을 제한하지 않는다.

놀랍게도, 세그먼트 사이의 역혼합 현상이 방지될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 실험에 의하여 결정된 농도 프로파일은 거의 정확하게 용기의 계산된 이상적인 캐스케이드의 농도에 해당한다. 이와 같은 방법은 기준 일탈 물질이 없는 신속한 생성물 변경에 대한 필수조건이다. 게다가, 이와 같은 방법으로 높은 전환율을 얻을 수 있다. 또한, 각각의 세그먼트에서의 교반기의 사용을 생략할 수 있다.

반응기내의 온도는 출발 물질 흐름의 정확한 계측에 의하여 조절될 수 있다. 출발 물질은 예열된 형태로 첨가될 수 있다.

특히 바람직한 구체예에서, 온도 조절된 (메트)아크릴레이트 분포를 사용한다. (메트)아크릴레이트는 각각의 세그먼트로 계측된다. 생성물에 적합하게 부합되는 온도 프로파일은 가장 가능한 반응 속도를 달성하여 높은 공간-시간 수율을 얻게 된다. 온도 조절된 투입은 반응기 조절 및 플랜트 조작의 상당한 단순화를 초래한다. 일정한 온도 프로파일에 의하여 일정한 생성 조건을 산출하며, 이는 생성물 품질에 긍정적인 효과를 미친다. 측면 유통관으로부터 배출된 흐름과 조합되어 예를 들면 온도 조절에 사용할 수 있는 메틸 메타크릴레이트의 함량은 증가될 수 있다.

출발 알콜 또는 출발 아민은 정류 컬럼을 경유하여 투입되는 것이 이롭다. 이러한 방법으로, 출발 물질, 예를 들면 물에 존재하는 불순물은 구획 반응기내에서의 반응 이전에 분리될 수 있다.

놀랍게도, 다수의 용기가 본 발명의 장치에 의하여 단순하고 저렴한 방법으로 형성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 반응기의 세그먼트 형성은 반응기를 다수의 작은 세그먼트로 분할시킨다. 각각의 세그먼트는 벽면에 세그먼트를 형성하여 그 다음의 세그먼트로부터 분리되어 각각의 반응기로서 작용된다. 반응기내에서 직렬인 작은 반응기에 해당하는 다수의 세그먼트의 배치는 다수의 잇점을 갖는다. 세그먼트의 수는 예를 들면 전환율을 조절할 수 있다. 공간-시간 수율은 증가되면서 최종 전환율은 세그먼트의 수를 증가시켜 일정하게 유지될 수 있다. 다수의 세그먼트는 매우 완전한 전환율에 대하여 사용된다. 이와는 반대로, 세그먼트의 수는 낮은 전환율이 요구되는 생성물의 경우에는 감소될 수 있다. 이는 예를 들면 생성물이 중합되는 경향이 있는 경우에 해당한다. 이러한 방법에서, 반응을 실시하는 조절된 방법은 낮은 부피-특이성 비용으로 실시될 수 있다.

특정의 구체예는 세그먼트의 크기를 변경시킬 수 있도록 한다. 세그먼트의 크기는 반응기내에서 감소되는 것이 이로운데, 이는 예를 들면 촉매화된 반응의 경우, 촉매가 정류 컬럼으로부터 제1의 세그먼트로 유동되는 런백(runback)에 의하여 제1의 세그먼트로부터 그 다음의 세그먼트로 너무 빠르게 수세되기 때문이다. 기타의 반응의 경우, 동일한 세그먼트 크기가 이로울 수 있다.

세그먼트 벽면은 각종 물질로부터 생성될 수 있다. 생성된 출발 물질/생성물에 따라, 물질, 예컨대 유리, 강철, 세라믹 등은 세그먼트 벽면 및 반응기에 사용될 수 있다. 금속 시이트(편향판)가 세그먼트 벽면에 대하여 특이 이로운데, 이는 작업이 단순하기 때문이다.

편향판은 반응기 벽면에 대하여 기밀성 방식으로 연결되지는 않는다. 편향판은 높아서 기체가 세그먼트로부터 이의 상부에서 배출되어 정류 컬럼으로 통과되도록 하는 것이 이롭다.

본 발명의 장치는 사 구역을 최소로 하는 기하를 갖는다. 출발 물질 및 생성물의 바람직하지 않은 중합 반응은 이러한 방법으로 실질적으로 배제된다.

본 발명의 장치는 자켓 가열과 같은 통상의 가열/냉각 장치에 의하여 가열 또는 냉각될 수 있다.

특히 바람직한 구체예에서, 구획 반응기에는 가열 코일이 장착된다. 이는 적합한 열 투입이 가능하도록 한다. 가열 코일은 각각의 세그먼트를 통하여 또는 모든 세그먼트를 통하여 통과될 수 있다. 신속하게 기화되는 출발 물질의 투입에 의하여 증기 기포의 형성에 의하여 우수한 혼합을 실시하게 된다. 필요할 경우, 새로운 출발 물질을 각각의 세그먼트에 투입하여 온도를 조절한다. 용이하게 분리될 수 있는 출발 물질(예, (메트)아크릴 에스테르)은 여기에 투입되는 것이 바람직하다. 대체예로서, 통상의 온도 조절 장치를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들면 구획 반응기는 대기압 이상의 압력에서 작동될 수 있다.

또한, 본 발명의 장치는 정류 컬럼을 포함한다. 분리력이 컬럼을 통한 산출량과는 독립적인 컬럼을 사용하는 것이 이롭다. 이는 가변 기화 성능이 가능하도록 한다. 컬럼은 온도 조절에 사용되는 출발 물질이 실질적으로 순수한 형태로 배출되도록 하는 것이 특히 이롭다. 그 결과, 컬럼으로부터 반응기(제1의 세그먼트)로의 런백이 감소될 수 있으며, 그리하여 수세 효과는 감소될 수 있다. 게다가, 반응기의 제1의 세그먼트내에서의 반응 온도는 더 넓은 범위내에서 조절될 수 있으며, 그리하여 온도 프로파일의 더 우수한 부합이 달성될 수 있다.

에스테르의 제조에 흔히 사용되는 불균질 촉매는 최소한의 경비로 반응 혼합물로부터 제거될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 장치에서, 촉매는 반응기를 통하여 반응 혼합물과 함께 이송되며, 결국에는 생성물과 함께 배출되어 여과된다. 균질하게 촉매화된 반응의 경우, 촉매는 하류 워크업 단계에서의 침전 반응에 의하여 문제를 야기하지 않으면서 혼합물로부터 제거될 수 있다. 미반응 출발 물질은 증류(컬럼, 박막 증발기)에 의하여 생성물 혼합물로부터 분리되어 적절하게는 공정으로 다시 공급될 수 있다.

놀랍게도, 기준 일탈 물질이 없는 신속한 생성물 변경은 본 발명의 장치를 사용하여 가능한 것으로 밝혀졌다. 출발 알콜 또는 아민 공급물의 중단 또는 차단은 반응기가 (메트)아크릴레이트로 수세될 수 있도록 한다. 그 결과, 단 하나의 출발 물질만이 반응기에 잔존하게 된다. 배출되는 생성물 농도의 감소는 각종 공정 변수, 예를 들면 온라인 분석, 온도의 측정에 의하여 모니터할 수 있다. 그리하여, 새로운 출발 알콜 또는 새로운 출발 아민으로의 변경은 직접 실시될 수 있다. 그 결과, 생성물에 대한 비용 및 시간이 최소가 된다.

놀랍게도, 특히 순수한 생성물은 본 발명의 공정에 의하여 생성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특정의 평형 반응에서, 마이클 (Michael) 첨가 생성물은 부산물로서 형성된다. 예를 들면 (메트)아크릴레이트는 메틸 (메트)아크릴레이트와 알콜의 연속 반응에 의하여 생성되며, 메탄올을 방출한다. 1.25 내지 1.6%의 마이클 첨가 생성물이 일반적으로 생성물에서 발견된다. 마이클 첨가 생성물의 비율은 본 발명의 방법에 의하여 1% 미만, 바람직하게는 <0.5%로 감소된다.

본 발명의 장치는 2 내지 10°의 기울기를 갖는 것이 이롭다. 이는 하나의 세그먼트로부터 그 다음의 세그먼트로 물질을 수송하는 것을 단순화한다. 또한, 펌프가 필요 없게 된다.

본 발명 방법의 특정의 구체예는 높은 알콜 또는 아민 전환율이 요구되는 (메트)아크릴레이트와 각종 알콜 또는 아민의 연속 반응이 가능케 된다.

본 발명의 방법에 의하여 생성된 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴아미드는 분리가 곤란한 출발 물질의 잔류 함량이 매우 낮다. 알콜 또는 아민이 반응에 사용될 수 있다. 또한, 바람직하지 않은 추가의 반응(예, 중합)은 본 발명의 방법에서 최소가 된다. 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르 또는 이보다 높은 에스테르는 각종 촉매를 사용하여 생성될 수 있다.

미정제 생성물은 하류 박막 증발기에 의하여 추가로 정제될 수 있다. 균질한 촉매 작용에 의하여 증류 가능한 생성물의 제조에서, 생성물은 증류에 의하여, 예를 들면 박막 증발기에 의하여 촉매로부터 분리될 수 있으며, 공정으로 재순환될 수 있다.

구획 반응기의 특히 바람직한 구체예는 도 1에 도시되어 있다.

도 1의 부호 설명:

1: 알콜 또는 아민 공급물

2: 촉매 공급물

3: 증기의 투입

4: 응축물의 배출

5: 공기의 투입

6: 정류 컬럼

7: 구획 반응기

8: 냉각수 투입구 및 배출구를 갖는 응축기

9: 측류로서 배출된 메틸 (메트)아크릴레이트

10: 메탄올/메틸 (메트)아크릴레이트 공비혼합물의 방출

11: 메틸 (메트)아크릴레이트 공급물 라인

12: 미정제 에스테르의 방출

13: 메틸 (메트)아크릴레이트에 대한 완충 용기

14: 안정화제의 첨가

본 발명의 방법 및 장치는 하기의 실시예에 의하여 예시되지만, 이로써 한정 되는 것은 아니다.

제시된 실시예는 하기에서 설명하는 준-기술적 실험 플랜트내에서 실시된다. 실험 플랜트의 구성은 도 1에서 개략적으로 도시한 구체예에 해당한다.

반응 장치(7)로서, 코일을 경유한 증기에 의하여 가열되며, 기계적으로 교반되지 않으며 가변 충전 부피를 갖는 세그먼트가 형성된 반응기(구획 반응기)를 사용할 수 있다. 구획 반응기는 그 위에 장착된 증류 컬럼(6)으로 증기 라인을 경유하여 연결된다. 정류 컬럼(상부에서의 압력= 1 bar_abs)에는 금속 와이어 메쉬 충전이 제공된다.

컬럼은 2 개의 구역으로 분할된다. 상부 세그먼트에서, 오버헤드 생성물은 저 비점 반응 생성물(10)이 풍부하며, 이는 통상적으로 공비혼합물로서 얻게 되며, 온도의 조절에 사용되는 출발 물질은 동시에 사이드 유통관 흐름(9)을 경유하여 실질적으로 순수한 형태로 얻게 된다. 하부 세그먼트는 알콜/아민(1)으로부터 저 비점 불순물(촉매 독)을 제거하는 작용을 하며, 고 리보일러가 상부 세그먼트에 도달되는 것을 방지한다. 또한, 알콜/아민은 임의로 반응기로 직접 공급될 수 있다. 측류(9)로서 배출된 출발 물질은 소정의 온도 프로파일이 반응기내에서 형성되도록 온도 조절되는 방식으로 완충 용기(13)를 경유하여 각각의 세그먼트로 공급된다. 측류로서 배출되는 함량이 충분하지 않을 경우, 온도 조절은 새로운 출발 물질(11)에 의하여 자동적으로 추가로 실시된다. 중합 반응을 방지하기 위하여, 공기(5)를 각각의 세그먼트에 투입한다. 게다가, 출발 물질에 용해된 중합 개시제(14)를 컬 럼의 상부에서 투입되거나 또는 반응기로 직접 투입한다. 반응에 필요한 촉매(2)는 출발 물질중의 용액의 형태로 제1의 세그먼트에 투입한다. 하기의 실시예는 100 I의 반응 부피로 표준화하였다. 흐름의 조성(MMA 함량, 알콜 함량, MeOH 함량 및 생성물 에스테르 함량)은 기체 크로마토그래피에 의하여 측정된다.

실시예 1

2-에틸헥실 메타크릴레이트의 연속 제조

2-에틸헥실 메타크릴레이트의 연속 제조의 경우, 메틸 메타크릴레이트(2)중의 10 중량%의 테트라-2-에틸헥실 오르토티타네이트(촉매)의 용액 2.2 ㎏/h을 반응기(7)의 제1의 세그먼트에 공급한다. 또한, 44 ㎏/h의 출발 알콜 2-에틸헥실 알콜(1)을 컬럼(6)으로 연속적으로 계측한다. 출발 물질인 메틸 메타크릴레이트(MMA)를 메틸 메타크릴레이트(MMA)(11)와 함께 요구되는 바와 같이 단속적으로 충전되는 완충 용기(13)로부터 반응기의 세그먼트로 온도 조절되는 방식으로 투입하였다. 에스테르 교환은 반응기(6)내에서 대기압 및 비등 온도에서 실시된다. 반응에서 형성된 저 비점 부산물 메탄올(MeOH)은 MMA/MeOH 공비혼합물로서 컬럼(10)의 상부에서 제거된다. 반응기내의 온도는 하기 표에 제시된 바와 같이 구성되며, MMA의 목표하는 투입에 의하여 각각의 세그먼트에서 설정된다:

세그먼트	온도(℃)
1	120.5
2	125.0
3	126.1
4	127.5
5	126.6
6	130.0
7	126.8
8	132.5
9	131.7
10	135.0
11	136.1
12	137.5

반응기로부터의 생성된 배출 흐름(12)은 82 ㎏/h에 해당하며, 80.2 면적%의 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 0.9 면적%의 2-에틸헥실 알콜, 18.8 면적%의 MMA, 0.1 면적%의 부산물의 조성을 갖는다. 그리하여, 2-에틸헥실 메타크릴레이트에 기초한 공간-시간 수율은 98.3%의 알콜 전환율 이론치에서 682 ㎏/(㎥h)이다. 2-에틸헥실 알콜에 기초한 선택도는 거의 100%이다. MMA/MeOH 공비혼합물을 경유한 MMA의 손실을 고려하여 메틸 메타크릴레이트를 기준으로 한 선택율은 마찬가지로 거의 100%이다.

중합을 방지하기 위하여, 0.85 I/h의 안정화제 용액(MMA중의 1.25 중량%의 히드로퀴논 모노메틸 에테르)을 증류 컬럼(6)으로부터의 전체 증류물 흐름에 연속적으로 첨가한다.

반응기로부터의 배출 흐름을 2 단계 증류로 워크업 처리한다. 생성된 최종 생성물은 98.5 면적%의 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 1.1 면적%의 2-에틸헥실 알콜, 0.3 면적%의 MMA, 0.1 면적%의 부산물의 조성을 갖는다.

실시예 2

균질한 촉매 작용에 의한 메타크릴산 에스테르 13.5(ME-13.5)의 연속 제조

(Neodol 25의 메타크릴산 에스테르, 셸 케미칼 엘피)

Neodol 25의 메타크릴산 에스테르(ME-13.5)의 연속 제조의 경우, 테트라이소프로필 오르토티타네이트 함량이 10 중량%인 2.0 ㎏/h의 MMA/촉매 공급물(2)을 반응기(7)의 제1의 세그먼트에 공급한다. 또한, 50 ㎏/h의 출발 물질 Neodol 25(1)를 컬럼(6)의 하부 세그먼트에 연속 계측하였다. 출발 물질인 메틸 메타크릴레이트(MMA)를 완충 용기(13)로부터의 온도 조절 방식으로 공급하고, "새로운" MMA(11)로 요구되는 바에 따라 단속적으로 반응기의 세그먼트에 충전한다. 에스테르 교환은 반응기(6)내에서 대기 압력 및 비등 온도에서 실시하였다. 반응에서 형성된 저 비점 부산물 메탄올(MeOH)을 컬럼(10)의 상부에서 MMA/MeOH 혼합물(공비혼합물 형성)로서 제거하였다. MMA의 온도 조절 투입의 결과로서, 하기 표에 제시된 온도 프로파일을 설정하였다:

세그먼트	온도(℃)
1	110.1
2	119.0
3	120.9
4	120.0
5	124.7
6	125.0
7	126.7
8	130.0
9	133.1
10	135.0
11	136.5
12	139.0

반응기로부터의 배출 흐름(12)은 80 ㎏/h에 해당하며, 83.1 면적%의 ME-13.5, 0.3 면적%의 Neodol 25, 15.2 면적%의 MMA, 1.4 면적%의 부산물(Neodol은 반 응하지 않을 수 있는 성분 약 0.8%를 포함함)의 조성을 갖는다. ME-13.5에 기초한 반응기로부터의 공간-시간 수율은 99.5%의 알콜 전환율 이론치에서 665 ㎏/(㎥h)이다. Neodol 25에 기초한 선택도는 거의 100%이다. MMA/MeOH 증류물을 경유한 MMA의 손실을 고려하여 메틸 메타크릴레이트를 기준으로 한 선택율은 마찬가지로 거의 100%이다.

중합을 방지하기 위하여, 2.4 I/h의 안정화제 용액(MMA중의 0.25 중량%의 히드로퀴논 모노메틸 에테르)을 증류 컬럼(6)으로부터의 전체 증류물 흐름에 연속적으로 첨가한다.

미정제 생성물(12)은 에스테르 교환 생성물이 상당히 풍부하며, 박막 증발기에 의하여 진공 증류(120 mbar)로 처리하여 미반응 출발 물질을 제거한다. 촉매는 묽은 황산의 첨가에 의하여, 촉매 및 소량의 중합 개시제 및 고 비점 부산물로 여전히 오염되어 있는 상기 증류로부터의 하부 생성물로부터 침전된다. 그후, 탄산나트륨 용액을 첨가하여 산을 중화시킨다. 추가의 증발 단계에서, 침전에 첨가된 잔류 MMA 및 물은 감압(120 mbar)하에서 제거한다. 마지막으로, 침전된 촉매는 여과에 의하여 제거하여 순수한 생성물을 얻는다.

생성된 최종 생성물은 97.8 면적%의 ME-13.5, 0.5 면적%의 Neodol 25, 0.1 면적%의 MMA, 1.6 면적%의 부산물(Neodol은 반응될 수 없는 성분 약 0.8%를 포함한다)의 조성을 갖는다.

실시예 3

불균질 촉매 작용에 의한 메타크릴산 에스테르 13.5(ME-13.5)의 연속 제조

(Neodol 25의 메타크릴산 에스테르, 셸 케미칼 엘피 LP)

Neodol 25의 메타크릴산 에스테르(ME-13.5)의 연속 제조의 경우, 수산화리튬의 함량이 2.3 중량%인 0.4 ㎏/h의 MMA/촉매 공급물(2)을 반응기(7)의 제1의 구획에 공급한다. 또한, 37 ㎏/h의 출발 물질 Neodol 25(1)를 컬럼(6)의 하부 세그먼트에 연속 계측하였다. 출발 물질인 메틸 메타크릴레이트(MMA)를 완충 용기(13)로부터의 온도 조절 방식으로 공급하고, "새로운" MMA(11)로 요구되는 바에 따라 단속적으로 반응기의 세그먼트에 충전한다. 에스테르 교환은 반응기(6)내에서 대기 압력 및 비등 온도에서 실시하였다. 반응에서 형성된 저 비점 부산물 메탄올(MeOH)을 컬럼(10)의 상부에서 MMA/MeOH 혼합물(공비혼합물 형성)로서 제거하였다. MMA의 온도 조절 투입의 결과로서, 하기 표에 제시된 온도 프로파일을 설정하였다:

세그먼트	온도(℃)
1	109.9
2	112.9
3	119.6
4	120.1
5	125.4
6	125.0
7	125.1
8	130.0
9	133.8
10	135.0
11	136.5
12	139.0

반응기로부터의 생성된 배출 흐름(12)은 59 ㎏/h에 해당하며, 82.9 면적%의 ME-13.5, 0.3 면적%의 Neodol 25, 15.1 면적%의 MMA, 1.7 면적%의 부산물(Neodol은 반응하지 않을 수 있는 성분 약 0.8%를 포함함)의 조성을 갖는다. ME-13.5에 기초 한 반응기로부터의 공간-시간 수율은 99.5%의 알콜 전환율 이론치에서 492 ㎏/(㎥h)이다. Neodol 25에 기초한 선택도는 거의 100%이다. MMA/MeOH 증류물을 경유한 MMA의 손실을 고려하여 메틸 메타크릴레이트를 기준으로 한 선택율은 마찬가지로 거의 100%이다.

중합을 방지하기 위하여, 1.5 I/h의 안정화제 용액(MMA중의 0.25 중량%의 히드로퀴논 모노메틸 에테르)을 증류 컬럼(6)으로부터의 전체 증류물 흐름에 연속적으로 첨가한다.

미정제 생성물은 에스테르 교환 생성물이 상당히 풍부하며, 박막 증발기에 의하여 진공 증류(120 mbar)로 처리하여 미반응 출발 물질을 제거한다. 촉매는 여과에 의하여 하부 생성물로부터 제거하여 순수한 생성물을 얻는다.

생성된 최종 생성물은 96.6 면적%의 ME-13.5, 0.4 면적%의 Neodol 25, 1.0 면적%의 MMA, 2.0 면적%의 부산물 (Neodol은 반응될 수 없는 성분 약 0.8%를 포함한다)의 조성을 갖는다.

Claims

출발 물질을 구획 반응기에 정류 컬럼을 경유하여 또는 직접 공급하고, 구획 반응기의 각각의 세그먼트에 출발 물질을 투입하여 온도를 조절하고, 적절할 경우 촉매를 첨가하여 반응을 촉진하고, 생성물 혼합물을 미반응 출발 물질 및 촉매와 함께 배출하는 것을 특징으로 하는, 평형 반응으로부터 생성물의 연속 제조 방법.
제1항에 있어서, 하나의 출발 물질의 흐름을 중단시키는 단계, 반응기를 제2의 출발 물질로 수세 처리하는 단계 및 새로운 출발 물질로 변경시키는 단계에 의하여 기준 일탈(out-of-specification) 물질이 없는 생성물 변경을 달성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 출발 물질을 정류 컬럼으로부터 측류로서 배출하고, 목표로 하는 방식으로 각각의 세그먼트에 투입하여 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, (메트)아크릴레이트와 알콜 또는 아민의 반응을 위해, 출발 물질을 구획 반응기에 정류 컬럼을 경유하여 또는 직접 공급하고, (메트)아크릴레이트를 각각의 세그먼트에 투입하여 온도를 조절하고, 적절할 경우 촉매를 첨가하여 반응을 촉진하고, 생성물 혼합물을 미반응 출발 물질 및 촉매와 함께 배출하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 출발 알콜 또는 아민 흐름을 중단시키는 단계, 반응기를 (메트)아크릴레이트로 수세하는 단계 및 새로운 출발 알콜 또는 새로운 출발 아민으로 변경시키는 단계에 의하여 기준 일탈 물질이 없는 생성물 변경을 달성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 (메트)아크릴레이트를 정류 컬럼으로부터 측류로서 배출하고 목표로 하는 방식으로 각각의 세그먼트에 투입하여 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 정제 단계를 하류에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 촉매를 생성물 혼합물로부터 분리하기 위한 증류 공정, 여과 공정 또는 침전 및 여과 공정을 구획 반응기의 하류에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 출발 물질을 예열시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 미반응 출발 물질을 순환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
세그먼트 벽면 및 상기 세그먼트 벽면내의 개구부를 갖는 구획 반응기가 크기가 다양한 세그먼트로 분할되고, 출발 물질이 투입될 수 있는 정류 컬럼 및 또한 촉매를 분리 제거하기 위한 하류 후처리 (work-up) 단계를 특징으로 하는 평형 반응으로부터 생성물의 연속 제조를 위한 장치.
제11항에 있어서, 상기 세그먼트 벽면에는 금속 시이트의 전면에 걸쳐 개구부가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 세그먼트 벽면에는 금속 시이트의 하부 1/3에 개구부가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
잔류 알콜 또는 아민 함량이 <2%인 것을 특징으로 하는 제4항에 따라 제조된 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴아미드.
잔류 알콜 또는 아민 함량이 <0.5%인 것을 특징으로 하는 제4항에 따라 제조된 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴아미드.
마이클 (Michael) 첨가 생성물의 함량이 <1%인 것을 특징으로 하는 제4항에 따라 제조된 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴아미드.
마이클 첨가 생성물의 함량이 <0.5%인 것인 제4항에 따라 제조된 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴아미드.