TWI805050B - 鄰苯二甲腈系化合物的製備系統及使用其的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示了一種鄰苯二甲腈系化合物的製備系統及使用其的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統為使用連續式製程的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其包括：第一反應部，填充有包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物；第二反應部，與上述第一反應部連接；及排放部，與上述第二反應部連接，在上述第二反應部中，從上述第一反應部方向向上述排放部方向存在流體流動，上述第二反應部的在流體流動方向上的長度為垂直於流體流動方向的平均斷面積的平方根的10倍以上。

Description

鄰苯二甲腈系化合物的製備系統及使用其的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法
本發明係關於鄰苯二甲腈系化合物的製備系統及使用其的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法。
鄰苯二甲腈系化合物是在製備線性成纖聚合物的過程中用作中間體的一種重要的化合物。並且，鄰苯二甲腈系化合物是用作胺、酸-酰胺及複合氮染料等各種精細化工產品的有機合成中間體，此外還用於增塑劑、醇酸樹脂改性劑、殺蟲劑等的一種高附加價值原料。
以往，透過在氧化催化劑的存在下使二甲苯化合物與氨和含氧氣體接觸並進行脫水反應來製備鄰苯二甲腈系化合物。但上述方法使用作為有害化學物質的氨氣體，是在高溫高壓下，在催化劑的存在下進行的氨氧化(ammoxidation)反應，因此製程複雜，還需要透過蒸餾純化分離高沸點雜質，因此存在難以去除副產物的問題。此外，在這種現有的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法中，產物的產率根據氨氧化反應中使用的催化劑的類型和含氧氣體比例而改變，並且作為前體物質的二甲苯化合物的轉化率根據反應溫度而變化，因此難以控制製程。
因此，對於以經濟且環保的方式製備高純度的鄰苯二甲腈系化合物的製程的需求增大。
發明所欲解決之問題 本發明旨在提供以環保的方式由鄰苯二甲酸系化合物直接製備鄰苯二甲腈系化合物的方法及適合於此的製備系統。
解決問題之技術手段 根據一個態樣，提供一種鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其為使用連續式製程的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統包括：第一反應部，填充有包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物；第二反應部，與上述第一反應部連接；及排放部，與上述第二反應部連接；在上述第二反應部中，從上述第一反應部方向向上述排放部方向存在流體流動，上述第二反應部的在流體流動方向上的長度為垂直於流體流動方向的平均斷面積的平方根的10倍以上。
在一實施例中，在上述第一反應部和第二反應部之間還可包括壓力調節部。
在一實施例中，上述第一反應部、第二反應部及排放部中的至少之一還可包括溫度調節部。
在一實施例中，基於100體積份的上述第一反應部的容量，上述第二反應部的容量可以為1體積份至50體積份。
在一實施例中，上述流體流動的流速可被調節為上述第一反應部容量的0.01體積份至1.00體積份/分鐘的速率。
根據另一個態樣，提供一種鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其為使用如上所述的製備系統的方法，上述鄰苯二甲腈系化合物的製備方法包括：步驟(a)，向上述第一反應部加入包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物；步驟(b)，在使上述混合物產生反應的同時將上述混合物輸送到上述第二反應部；及步驟(c)，在上述排放部中獲得鄰苯二甲腈系化合物；上述步驟(b)在上述腈系化合物的超臨界條件下執行。
在一實施例中，上述鄰苯二甲酸系化合物可以為間苯二甲酸、對苯二甲酸或其混合物。
在一實施例中，上述腈系化合物可以為選自由氰化氫、乙腈、丙烯腈、丁腈、異丁腈、新戊腈、丁二腈、富馬腈、巴豆腈及苄腈組成的組中的一種以上。
在一實施例中，上述步驟(a)的混合物可以由鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物構成。
在一實施例中，在上述步驟(a)中，基於1重量份的上述鄰苯二甲酸系化合物，上述腈系化合物的含量可以為1重量份至500重量份。
在一實施例中，在上述步驟(a)中，上述混合物的水分含量可以小於6,000ppm。
在一實施例中，上述步驟(b)可以在260℃至350℃和40巴至200巴的條件下執行。
在一實施例中，上述步驟(b)可以執行1分鐘至500分鐘。
在一實施例中，上述步驟(c)可以為從在上述排放部中獲得的產物分離純化鄰苯二甲腈系化合物的步驟。
在一實施例中，可以將在上述步驟(c)中分離的殘餘化合物再使用於上述步驟(a)中。
對照先前技術之功效 根據一個態樣，可以以環保的方式由鄰苯二甲酸系化合物直接製備鄰苯二甲腈系化合物。
根據另一態樣，可以更有效地進行由鄰苯二甲酸系化合物製備鄰苯二甲腈系化合物的製程。
本說明書的一個態樣的效果並非限定於所述效果，應當理解，包括從本說明書的詳細說明或申請專利範圍中記載的發明的結構中推論出的所有效果。
下面將參照圖式描述本說明書的一個態樣。然而，本說明書的記載事項可以以許多不同的形式來實現，並且不應被解釋為限於在此所闡述的實施例。在圖式中，為了明確說明本說明書的一個態樣，與描述無關的部分被省略，並且相同的標號始終指示相同的元件。
在說明書全文中，當表示某個部分與其他部分“連接”時，這不僅包括“直接連接”的情況，還包括在中間設置其他部件的“間接連接”情況。並且，當表示某個部分“包括”某個結構要素時，只要沒有特別相反的記載，則這意味著並不排除其他結構要素，而是還可包括其他結構要素。
在本說明書中，在描述一系列數值範圍時，除非另有其具體說明，否則這些值具有根據對於有效數字的化學中的標準規則提供的有效數字的精度。例如，10包括5.0至14.9的範圍，而數字10.0包括9.50至10.49的範圍。
下面，將參照圖式詳細說明本說明書的一實施例。
鄰苯二甲腈系化合物的製備系統 根據一個態樣的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統為使用連續式製程的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其包括：第一反應部100，填充有包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物；第二反應部200，與上述第一反應部連接；及排放部300，與上述第二反應部連接；在上述第二反應部中，從上述第一反應部100方向向上述排放部300方向存在流體流動，上述第二反應部200的在流體流動方向上的長度可以為垂直於流體流動方向的平均斷面積的平方根的10倍以上。
上述第一反應部100可以是罐式反應器，且可以包括攪拌單元(圖中未示出)。在上述第一反應部100中，鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的一次反應可以開始並發生。
上述鄰苯二甲酸系化合物可以是具有芳環和兩個以上的羧基的化合物。在一實施例中，上述鄰苯二甲酸系化合物可以為間苯二甲酸、對苯二甲酸或其混合物。
上述腈系化合物可以為選自由氰化氫、乙腈、丙烯腈、丁腈、異丁腈、新戊腈、丁二腈、富馬腈、巴豆腈及苄腈組成的組中的一種以上，但並不限於此。例如，當上述腈系化合物為氰化氫時，在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應可以在183.5℃以上溫度和50巴以上壓力的條件下執行。當上述腈系化合物為乙腈時，在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應可以在272℃以上溫度和48.7巴以上壓力的條件下執行。當上述腈系化合物為丙烯腈時，在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應可以在267℃以上溫度和46巴以上壓力的條件下執行。當上述腈系化合物為丁腈時，在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應可以在309℃以上溫度和37.8巴以上壓力下執行。當上述腈系化合物為異丁腈時，在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應可以在336℃以上溫度和40巴以上壓力下執行。當上述腈系化合物為新戊腈時，在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應可以在343℃以上溫度和34.4巴以上壓力的條件下執行。除此之外，根據上述腈系化合物的種類， 在上述第一反應部100和/或第二反應部200中的反應條件可以改變。因此，上述條件都是例示性的，並不限定本說明書中的記載事項的範圍。上述腈系化合物既可以是溶劑，也可以是反應物。
上述第二反應部200可以是流體流動方向的長度大於垂直於流體流動方向的長度的一種管型反應器。圖3至圖6中以直線示出上述第二反應部200和用細實線箭頭表示的上述流體流動方向，但本發明並不限於此，除了直線之外，上述第二反應部200和流體流動方向可以為如線圈形狀等的曲線。
在本說明書中，第二反應部200的長度是指流體從與上述第一反應部100連接的一端流動到與上述排放部300連接的另一端的距離。
在本說明書中，第二反應部200的斷面積是指垂直於上述流體的流動方向的面積。
在本說明書中，當第二反應部200的斷面積根據位置不變時，“平均斷面積的平方根”可以是指斷面積的平方根值，當第二反應部200的斷面積根據位置變化時，“平均斷面積的平方根”可以是根據下述數學式計算的S sqrt值。 [數學式]
Figure 02_image001
在上述式中，L是第二反應部200的長度，A(x)是根據從與上述第一反應部100連接的一端(0)到與上述排放部300連接的另一端(L)的地點(x)的斷面積值，S sqrt是指上述平均斷面積的平方根值。
上述第二反應部200的長度可以為平均斷面積的平方根的10倍以上，例如，可以為平均斷面積的平方根的10倍、15倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍、65倍、70倍、75倍、80倍、85倍、90倍、95倍、100倍、105倍、110倍、115倍、120倍、125倍、130倍、135倍、140倍、145倍、150倍、155倍、160倍、165倍、170倍、175倍、180倍、185倍、190倍、195倍、200倍、205倍、210倍、215倍、220倍、225倍、230倍、235倍、240倍、245倍、250倍、255倍、260倍、265倍、270倍、275倍、280倍、285倍、290倍、295倍、300倍、305倍、310倍、315倍、320倍、325倍、330倍、335倍、340倍、345倍、350倍、355倍、360倍、365倍、370倍、375倍、380倍、385倍、390倍、395倍、400倍、405倍、410倍、415倍、420倍、425倍、430倍、435倍、440倍、445倍、450倍、455倍、460倍、465倍、470倍、475倍、480倍、485倍、490倍、495倍、500倍、505倍、510倍、515倍、520倍、525倍、530倍、535倍、540倍、545倍、550倍、555倍、560倍、565倍、570倍、575倍、580倍、585倍、590倍、595倍、600倍、605倍、610倍、615倍、620倍、625倍、630倍、635倍、640倍、645倍、650倍、655倍、660倍、665倍、670倍、675倍、680倍、685倍、690倍、695倍、700倍、715倍、720倍、725倍、730倍、735倍、740倍、745倍、750倍、755倍、760倍、765倍、770倍、775倍、780倍、785倍、790倍、795倍、800倍、805倍、810倍、815倍、820倍、825倍、830倍、835倍、840倍、845倍、850倍、855倍、860倍、865倍、870倍、875倍、880倍、885倍、890倍、895倍、900倍、905倍、910倍、915倍、920倍、925倍、930倍、935倍、940倍、945倍、950倍、955倍、960倍、965倍、970倍、975倍、980倍、985倍、990倍、995倍、1,000倍、這些值中任意兩個值之間的範圍或1,000倍以上，例如，可以為平均斷面積的平方根的10倍至1,000倍，但本發明不限於此。
當上述第二反應部200的長度超出上述範圍時，由於反應溫度和/或反應壓力的變動控制不充分，因此導致產物的純度降低，或者由於製程所需的時間過長，因此可能會降低生產率。
圖3示意性示出上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，透過將作為管式反應器的第二反應部200連接到作為罐式反應器的第一反應部100來進行反應，在排放部300獲得產物，從而可以改善由於反應溫度和/或反應壓力的變動而產物的純度降低的問題。上述第一反應部100和第二反應部200可以透過使用如流量計等的閥門(圖中未示出)來調節投入到上述第二反應部200的上述混合物的量(流量)。
參照作為上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統的另一實例的圖4，在上述第一反應部100與第二反應部200之間和/或在上述第二反應部200與排放部300之間還可包括壓力調節部400。當還包括上述壓力調節部400時，可以進一步精密地控制反應壓力。
參照作為上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統的另一實例的圖5，上述第一反應部100、第二反應部200及排放部300中的至少之一還可包括溫度調節部120、220、320。上述第一反應部100或第二反應部200的溫度調節部120、220可以以包圍各個反應部100、200的形式有助於保持高溫度的反應溫度，上述排放部300的溫度調節部320可以位於上述排放部300的前端並用於冷卻產物，但本發明不限於此。
參照作為上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統的另一實例的圖6，可以包括上述溫度調節部120、220、320中的至少之一以及壓力調節部400中的至少之一。上述溫度調節部320和壓力調節部400的位置可以相互改變。
基於100體積份的上述第一反應部100的容量，上述第二反應部200的容量可以為1體積份至50體積份，例如，可以為1體積份、5體積份、10體積份、15體積份、20體積份、25體積份、30體積份、35體積份、40體積份、45體積份、50體積份或這些值中任意兩個值之間的範圍，但本發明不限於此。當上述第二反應部200的容量與上述第一反應部100相比過大時，可能會降低製程效率，當上述第二反應部200的容量與上述第一反應部100相比過小時，透過控制反應條件提高產物純度的效果可能不足。
上述流體流動的流速可以被調節成上述第一反應部100容量的0.01體積份 至1.00體積份/分鐘、例如，0.01體積份/分鐘、0.05體積份/分鐘、0.10體積份/分鐘、0.15體積份/分鐘、0.20體積份/分鐘、0.25體積份/分鐘、0.30體積份/分鐘、0.35體積份/分鐘、0.40體積份/分鐘、0.45體積份/分鐘、0.50體積份/分鐘、0.55體積份/分鐘、0.60體積份/分鐘、0.65體積份/分鐘、0.70體積份/分鐘、0.75體積份/分鐘、0.80體積份/分鐘、0.85體積份/分鐘、0.90體積份/分鐘、0.95體積份/分鐘、1.00體積份/分鐘或這些值中任意兩個值之間的範圍內的速率。當上述流體流動的流速超出上述範圍時，因反應時間過長而導致製程效率降低，或因反應時間過短而導致產物的純度降低。
鄰苯二甲腈系化合物的製備方法 根據另一個態樣的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法為使用上述的製備系統的方法，上述鄰苯二甲腈系化合物的製備方法包括：步驟(a)，向上述第一反應部100加入包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物；步驟(b)，在使上述混合物產生反應的同時將上述混合物輸送到上述第二反應部200；及步驟(c)，在上述排放部300中獲得鄰苯二甲腈系化合物，上述步驟(b)可以在上述腈系化合物的超臨界條件下執行。
在上述製備方法中，例如，可以在將混合物投入到第一反應部100中後，升溫至275℃至285℃，達到90巴至95巴的反應壓力，則透過攪拌預定時間來進行反應，將反應物輸送到第二反應部200並進一步進行反應，從而在排放部300中獲得鄰苯二甲腈系化合物，但本發明不限於此。
關於上述鄰苯二甲酸系化合物和上述腈系化合物的描述如上所述，根據上述腈系化合物的種類，可以調節上述步驟(b)的反應溫度。例如，當上述腈系化合物為氰化氫時，可以在183.5℃以上溫度和50巴以上壓力的條件下執行上述步驟(b)。當上述腈系化合物為乙腈時，可以在272℃以上溫度和48.7巴以上壓力的條件下執行上述步驟(b)。當上述腈系化合物為丙烯腈時，可以在267℃以上溫度和46巴以上壓力的條件下執行上述步驟(b)。當上述腈系化合物為丁腈時，可以在309℃以上溫度和37.8巴以上壓力下執行上述步驟(b)。當上述腈系化合物為異丁腈時，可以在336℃以上溫度和40巴以上壓力下執行上述步驟(b)。當上述腈系化合物為新戊腈時，可以在343℃以上溫度和34.4巴以上壓力的條件下執行上述步驟(b)。除此之外，根據上述腈系化合物的種類， 上述步驟(b)的條件可以改變。因此，上述條件都是例示性的，並不限定本說明書中的記載事項的範圍。上述腈系化合物既可以是溶劑，也可以是反應物。
在上述步驟(a)中，基於1重量份的上述鄰苯二甲酸系化合物，上述腈系化合物的含量可以為1重量份至500重量份。例如，基於1重量份的上述鄰苯二甲酸系化合物，上述腈系化合物的含量可以為 1重量份、5重量份、10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份、50重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份、75重量份、80重量份、85重量份、90重量份、95重量份、100重量份、105重量份、110重量份、115重量份、120重量份、125重量份、130重量份、135重量份、140重量份、145重量份、150重量份、155重量份、160重量份、165重量份、170重量份、175重量份、180重量份、185重量份、190重量份、195重量份、200重量份、205重量份、210重量份、215重量份、220重量份、225重量份、230重量份、235重量份、240重量份、245重量份、250重量份、255重量份、260重量份、265重量份、270重量份、275重量份、280重量份、285重量份、290重量份、295重量份、300重量份、305重量份、310重量份、315重量份、320重量份、325重量份、330重量份、335重量份、340重量份、345重量份、350重量份、355重量份、360重量份、365重量份、370重量份、375重量份、380重量份、385重量份、390重量份、395重量份、400重量份、405重量份、410重量份、415重量份、420重量份、425重量份、430重量份、435重量份、440重量份、445重量份、450重量份、455重量份、460重量份、465重量份、470重量份、475重量份、480重量份、485重量份、490重量份、495重量份、500重量份或這些值中任意兩個值之間的範圍。當上述腈系化合物的含量大於上述鄰苯二甲酸系化合物的含量時，產物的純度會上升，但若上述腈系化合物過大，在經濟態樣可能不利。
在上述步驟(a)中，上述混合物的水分含量可以小於6,000ppm。例如，上述混合物的水分含量可以小於6,000ppm、小於5,000ppm、小於4,000ppm、小於3,000ppm、小於2,000ppm、小於1,000ppm、小於750ppm、小於500ppm或小於250ppm。上述混合物的水分含量越小，產物的純度會越高。
上述步驟(b)的反應可以是透過羧基和腈基的直接取代反應的二腈化(di-nitrilation)，並且其實例可以由以下反應式表示。
Figure 02_image003
在上述反應式中，R是如亞苯基等的芳環，R'可以是具有1至20個碳原子的烷基，例如，可以是甲基、乙基、異丙基、叔丁基等。
在上述步驟(b)中，根據上述範圍將反應溫度上升，將上述第一反應部100、第二反應部200及排放部300的壓力調節成上述的反應壓力的範圍內，從而可以進行反應和輸送。
在上述步驟(b)中，可以在不包含如氨、高濃度氧或催化劑等的單獨的添加劑的狀態下進行反應。由於可以在沒有單獨的添加劑的狀態下進行上述步驟(b)的反應，因此上述步驟(a)的混合物可以由鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物構成，但本發明不限於此。例如，上述混合物可以是將固態鄰苯二甲酸系化合物溶解在腈系化合物溶劑中而成的混合物，但本發明不限於此。
當上述步驟(b)的溫度和壓力條件為上述腈系化合物的臨界點以上時，可以進行反應。上述步驟(b)可以在260℃至350℃溫度和40巴至200巴壓力條件下執行。例如，上述步驟(b)可以在260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃、350℃或這些值中任意兩個值之間的範圍內的反應溫度下執行。例如，上述步驟(b)可以在40巴、45巴、50巴、55巴、60巴、65巴、70巴、75巴、80巴、85巴、90巴、95巴、100巴、105巴、110巴、115巴、120巴、125巴、130巴、135巴、140巴、145巴、150巴、155巴、160巴、165巴、170巴、175巴、180巴、185巴、190巴、195巴、200巴或這些值中任意兩個值之間的範圍內的反應壓力下執行。當上述步驟(b)的反應溫度過低時，產物的純度可能降低，或無法進行反應，當上述步驟(b)的反應溫度過高時，副產物產生量增加，導致純度降低。當上述步驟(b)的反應壓力過低時，可能無法進行反應，當上述步驟(b)的反應壓力過高時，安全性可能會下降。
當使用上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統時，透過更精確地控制反應溫度和壓力，最終產品純度高，總反應時間降低，生產率會優異。
上述步驟(b)可以執行1分鐘至500分鐘。例如，上述步驟(b)可以執行1分鐘、5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘、25分鐘、30分鐘、35分鐘、40分鐘、45分鐘、50分鐘、55分鐘、60分鐘、65分鐘、70分鐘、75分鐘、80分鐘、85分鐘、90分鐘、95分鐘、100分鐘、105分鐘、110分鐘、115分鐘、120分鐘、125分鐘、130分鐘、135分鐘、140分鐘、145分鐘、150分鐘、155分鐘、160分鐘、165分鐘、170分鐘、175分鐘、180分鐘、185分鐘、190分鐘、195分鐘、200分鐘、205分鐘、210分鐘、215分鐘、220分鐘、225分鐘、230分鐘、235分鐘、240分鐘、245分鐘、250分鐘、255分鐘、260分鐘、265分鐘、270分鐘、275分鐘、280分鐘、285分鐘、290分鐘、295分鐘、300分鐘、305分鐘、310分鐘、315分鐘、320分鐘、325分鐘、330分鐘、335分鐘、340分鐘、345分鐘、350分鐘、355分鐘、360分鐘、365分鐘、370分鐘、375分鐘、380分鐘、385分鐘、390分鐘、395分鐘、400分鐘、405分鐘、410分鐘、415分鐘、420分鐘、425分鐘、430分鐘、435分鐘、440分鐘、445分鐘、450分鐘、455分鐘、460分鐘、465分鐘、470分鐘、475分鐘、480分鐘、485分鐘、490分鐘、495分鐘或500分鐘，且可以包括這些值的中間範圍。隨著上述步驟(b)的反應時間增加，產物的純度會上升，但若反應時間過長，則生產率可能會降低。
上述步驟(c)可以是從在上述排放部300獲得的產物分離純化鄰苯二甲腈系化合物的步驟。上述分離純化可以是分離鄰苯二甲腈系化合物和殘餘化合物，其可以透過蒸餾分離等公知的各種方法執行。例如，上述殘餘化合物可以包括選自由未反應鄰苯二甲酸系化合物、未反應腈系化合物及鄰苯二甲酸系化合物的羧基中僅一部分產生反應的鄰苯二甲酸腈系化合物組成的組中的一種以上，但本發明不限於此。
在上述步驟(c)中分離的除了鄰苯二甲腈系化合物之外的殘餘化合物可以再使用於上述步驟(a)中。根據本說明書的一實施例的鄰苯二甲腈系化合物的製備方法可以在不使用如催化劑等的單獨的添加劑的狀態下進行，因此可以重新使用上述殘餘化合物而無需單獨的純化過程。
在使用上述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統的上述鄰苯二甲腈系化合物的製備方法的產物的純度可以為60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上或95%以上。
下面，將對本說明書的實施例進行更詳細說明。但是，下面的實驗結果是僅記載上述實施例中具代表性的實驗結果的，不能因實施例等而將本說明書的範圍和內容縮小或限制性解釋。下面未明確示出的本說明書的各種實施例中的每個效果將在相應部分中具體描述。
反應器 第一反應器: 裝有攪拌器且容量為100體積份的罐式反應器 第二反應器: 長度為斷面積平方根的670倍且容量為6體積份的管式反應器
比較例1 將5重量份的間苯二甲酸(isophthalic acid；IPA)和100重量份的乙腈(acetonitrile；ACN)加入到裝有攪拌器的第一反應器中以形成反應體系。在上述第一反應器內部以2巴至3巴的壓力置換氮氣3次。在第一反應器中在常壓下以400rpm進行攪拌並將內部溫度上升至290℃。在保持反應溫度的狀態下進行反應1小時至4小時，此時，反應壓力為90巴至95巴。在反應完成後，將反應體系冷卻至室溫。之後，對反應體系進行減壓蒸餾，以分離乙腈和間苯二甲腈(isophthalonitrile; IPN)。重複使用乙腈，而透過氣相色譜(gas chromatography)分析間苯二甲腈來確認產物的純度。
比較例2 將5重量份的對苯二甲酸(terephthalic acid; TPA)和100重量份的乙腈加入到裝有攪拌器的第一反應器中以形成反應體系。在上述第一反應器內部以2巴至3巴的壓力置換氮氣3次。在第一反應器中在常壓下以400rpm進行攪拌並將內部溫度上升至290℃。在保持反應溫度的狀態下進行反應1小時至4小時，此時，反應壓力為90巴至95巴。在反應完成後，將反應體系冷卻至室溫。之後，對反應體系進行減壓蒸餾，以分離乙腈和對苯二甲腈(terephthalonitrile, TPN)。重複使用乙腈，而透過氣相色譜分析對苯二甲腈來確認產物的純度。
實施例1 將5重量份的間苯二甲酸和100重量份的乙腈加入到裝有攪拌器的第一反應器中。在上述第一反應器內部以2巴至3巴的壓力置換氮氣3次。在第一反應器中以150rpm進行攪拌並將第一反應器和第二反應器的內部溫度上升到275℃至285℃。在保持275℃至285℃的反應溫度和90巴至95巴的反應壓力的狀態下進行反應1小時，然後透過第二反應器控制壓力和流量並輸送反應物。對於在上述第二反應器的末端獲得的產物以30分鐘的間隔進行氣相色譜分析來確認產物的純度。
實施例2 將5重量份的對苯二甲酸和100重量份的乙腈加入到裝有攪拌器的第一反應器中。在上述第一反應器內部以2巴至3巴的壓力置換氮氣3次。在第一反應器中以150rpm進行攪拌並將第一反應器和第二反應器的內部溫度上升到280℃至300℃。在保持280℃至300℃的反應溫度和70巴至100巴的反應壓力的狀態下進行反應1小時，然後透過第二反應器控制壓力和流量並輸送反應物。對於在上述第二反應器的末端獲得的產物以30分鐘的間隔進行氣相色譜分析來確認產物的純度。
上述比較例和實施例的反應條件和產物純度總結在下表1中。並且，根據比較例1-2製備的產物的氣相色譜結果示於圖1中，根據實施例1-2製備的產物的氣相色譜結果示於圖2中。 表1
Figure 02_image005
當比較作為使用第一反應器的批次式製程的比較例1和作為使用第一反應器和第二反應器的連續式製程的實施例1時，在相同的反應物和反應溫度條件下，雖然實施例1的反應時間僅為比較例1的反應時間的一半，但可以確認純度更高。
並且，當比較透過連續式製程製備對苯二甲腈的實施例2和透過批次式製程製備對苯二甲腈的比較例2時，可以確認僅透過一半到63%的反應時間，也可以製備出更高純度的對苯二甲腈。
參照實施例1-1、實施例1-2及實施例1-6，反應溫度越高，產物的純度也越高，在275℃的反應溫度下，檢測到一部分未反應間苯二甲酸。
參照實施例1-3至實施例1-7，隨著反應時間增加，產物的純度也隨之增加，即使在相比於批次式反應器的反應時間更短的反應時間內也可以生產高純度產品。
參照實施例1-2和實施例1-8，可以確認有相比於腈系化合物，鄰苯二甲酸系化合物的含量越高，產物的純度越高的傾向。
參照上述實施例1和實施例2，與利用使用如氨和酸催化劑等有害化合物的現有氨氧化反應的製備製程不同地，在本發明的一實施例中，可以由鄰苯二甲酸系化合物以高產率製備鄰苯二甲腈系化合物，而無需加入單獨的催化劑或添加劑。並且，可以透過與使用連續式製程來進行批次式反應的比較例相比更短的反應時間製備更高純度的產物。
並且，參照圖1和圖2，與15重量%至20重量%的中間體(3-CBA)殘留的比較例不同地，在實施例中殘留的中間體(3-CBA)減少至一半以下。
具體而言，在上述實施例中，使用作為鄰苯二甲酸系化合物的間苯二甲酸或對苯二甲酸作為反應物，使用作為有機腈的乙腈用作溶劑和反應物。將它們的混合物直接加熱而不加入單獨的催化劑或添加劑，從而形成高溫高壓的超臨界狀態(Tc：275℃以上、Pc：48巴以上)，誘導酸和腈之間的交換反應，直接產生鄰苯二甲腈系化合物。此外，透過將上述反應以罐式反應器和管式反應器劃分來進行，從而可以在更短的時間內製備高純度的產物。結果，最終產物的純化和分離更加容易。
上述的本說明書的說明只是例示性的，只要是本說明書的一個態樣所屬技術領域中具有通常知識者，就能理解在不變更本說明書中記載的技術思想或必要特徵的情況下，也能輕易變形為其他具體形態。因此，以上所述的實施例在各態樣僅是例示性的，但並不局限於此。例如，作為單一型進行說明的各結構部件也能分散進行實施，同樣，使用分散的進行說明的結構部件也能以結合的形態進行實施。
本說明書的範圍是透過所附申請專利範圍來表示，而由申請專利範圍的意義、範圍及其均等概念導出的所有變更或變形的形態應解釋為包括在本說明書的範圍內。
100:第一反應部 120:溫度調節部 200:第二反應部 220:溫度調節部 300:排放部 320:溫度調節部 400:壓力調節部
圖1為根據本說明書的比較例1-2製備的產物的氣相色譜結果； 圖2為根據本說明書的實施例1-2製備的產物的氣相色譜結果； 圖3示意性示出根據本說明書的一具體實施例的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統； 圖4示意性示出根據本說明書的另一具體實施例的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統; 圖5示意性示出根據本說明書的再一具體實施例的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統； 圖6示意性示出根據本說明書的又一具體實施例的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統。
100:第一反應部
200:第二反應部
300:排放部

Claims (15)

  1. 一種鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其為使用連續式製程的鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，所述鄰苯二甲腈系化合物的製備系統的特徵在於，包括： 第一反應部，填充有包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物； 第二反應部，與所述第一反應部連接；及 排放部，與所述第二反應部連接； 在所述第二反應部中，從所述第一反應部方向向所述排放部方向存在流體流動， 所述第二反應部的在流體流動方向上的長度為垂直於流體流動方向的平均斷面積的平方根的10倍以上。
  2. 如請求項1所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其中，在所述第一反應部和第二反應部之間還包括壓力調節部。
  3. 如請求項1所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其中，所述第一反應部、第二反應部及排放部中的至少之一還包括溫度調節部。
  4. 如請求項1所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其中，基於100體積份的所述第一反應部的容量，所述第二反應部的容量為1體積份至50體積份。
  5. 如請求項1所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備系統，其中，所述流體流動的流速被調節為所述第一反應部容量的0.01體積份至1.00體積份/分鐘的速率。
  6. 一種鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其為使用請求項1至5中任一項所述之製備系統的方法，所述鄰苯二甲腈系化合物的製備方法的特徵在於，包括： 步驟(a)，向所述第一反應部加入包含鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物的混合物； 步驟(b)，在使所述混合物產生反應的同時將所述混合物輸送到所述第二反應部；及 步驟(c)，在所述排放部中獲得鄰苯二甲腈系化合物； 所述步驟(b)在所述腈系化合物的超臨界條件下執行。
  7. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，所述鄰苯二甲酸系化合物為間苯二甲酸、對苯二甲酸或其混合物。
  8. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，所述腈系化合物為選自由氰化氫、乙腈、丙烯腈、丁腈、異丁腈、新戊腈、丁二腈、富馬腈、巴豆腈及苄腈組成的組中的一種以上。
  9. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，所述步驟(a)的混合物由鄰苯二甲酸系化合物和腈系化合物構成。
  10. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，在所述步驟(a)中，基於1重量份的所述鄰苯二甲酸系化合物，所述腈系化合物的含量為1重量份至500重量份。
  11. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，在所述步驟(a)中，所述混合物的水分含量小於6,000ppm。
  12. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，所述步驟(b)在260℃至350℃和40巴至200巴的條件下執行。
  13. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，所述步驟(b)執行1分鐘至500分鐘。
  14. 如請求項6所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，所述步驟(c)為從在所述排放部中獲得的產物分離純化鄰苯二甲腈系化合物的步驟。
  15. 如請求項14所述之鄰苯二甲腈系化合物的製備方法，其中，將在所述步驟(c)中分離的殘餘化合物再使用於所述步驟(a)中。
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