JP7502422B2 - 低沸点成分からメチルメタクリレートを精製する方法 - Google Patents
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Description
現在、メチルメタクリレート(MMA)は、C2、C3またはC4構成単位から出発する様々な方法によって製造されている。この方法では、MMAは、メタノールを用いたメタクロレインの直接酸化的エステル化反応により得られる。その際、第1のステップでプロパノールおよびホルムアルデヒドからメタクロレインが得られる。このような方法は、国際公開第2014/170223号に記載されている。
本発明の課題は、メタクロレインから製造されたアルキルメタクリレートの新規の後処理方法であって、低沸点副生成物を特に効率的に除去する方法を提供することであった。
前記の課題は、アルキルメタクリレートの新規の製造方法であって、第1の反応段階において反応器Iでメタクロレインを製造し、このメタクロレインを第2の反応段階において反応器IIで酸素含有ガスの存在下でアルコールを用いて酸化的エステル化して、未精製のアルキルメタクリレート流を生成する方法により解決された。この新規の方法は、特に以下のプロセス態様を特徴とする:
a.反応器Iで、プロピオンアルデヒドおよびホルマリンから出発してメタクロレインを得る。ここで、このメタクロレインはプロピオンアルデヒドを含む。
b.次に、反応器IIおよび任意の反応器IIIで、メタクロレインに含まれるこのプロピオンアルデヒドをプロピオン酸アルキルエステルに転化させる。同時に、これらの反応器の少なくとも1つで、イソ酪酸アルキルエステルを生成する。
c.反応器IIまたは反応器IIIの後に、得られたアルキルメタクリレート粗製流を後処理プロセスで後処理して、純粋なアルキルメタクリレートを得る。ここで、この後処理プロセスは、複数の蒸留分離塔および少なくとも1つの抽出分離部を通過する。この場合、アルキルメタクリレート粗製流は、当初、プロピオン酸アルキルエステルおよびイソ酪酸アルキルエステルを含む。
実施例1
図1に示す連続運転プラントで、高沸点物質塔(蒸留塔IV)(26)の留出液流(31)を生成し、これを後続の低沸点物質塔(蒸留塔I)(32)で蒸留して低沸点物質から精製する。この操作により、PRAME含有量<10ppmおよびIBSME含有量<350ppmであるプロセス安定剤含有MMA底部流を生成することができる。低沸点物質塔を、絶対圧250mbarの運転圧力で運転する。この塔は、Sulzer社製M750.Y規則充填物(直径100mm、充填物高さ12000mm、6000mmで供給)を備えている。冷却器にプロセス安定剤を添加する。プロセス安定剤は、MMAに溶解させてあり、添加量は330g/hである。運転温度20℃に温調され、水添加部(34)を有する相分離器により、水相(36)および有機相を生成する。この有機相を還流として塔に返送し、一部を排出流(35)としてプロセスから排出する。本実施例では、高沸点物質塔の留出液流(31)は11000g/hであり、98.0重量%のMMA、1.0重量%のH2O、0.2重量%のMAL、0.1重量%のPRAME、0.1重量%のIBSMEおよび0.5重量%の残留物を含み、この残留物は主にメタノールである。還流/供給比は1.1に設定されており、排出流は112g/hに固定されている。相分離器への水の添加速度は、1285g/hである。この結果、頂部温度は53℃、底部温度は61℃となる。相分離器の水性流(36)は1483g/hであり、1.2重量%のMMA、93.8重量%のH2O、1重量%のMAL、0.3重量%のPRAME、0.1重量%のIBSMEおよび3.6重量%の残留物を含む。この結果、底部排出物(40)は10950g/hとなり、組成は、99.9重量%のMMA、50ppmのPRAME、350ppmのIBSMEおよび0.06重量%のプロセス安定剤である。図示されている運転では、MMA保持率99.04%が達成される。
実施例1の塔(絶対圧250mbarの運転圧力)および相分離器(運転温度20℃)を用いて、高沸点物質塔の留出液流(31)(11000g/h、96.7重量%のMMA、1.8重量%のH2O、0.1重量%のMAL、0.1重量%のPRAME、0.2重量%のIBSMEおよび1.1重量%の残留物を含有)を蒸留する。この場合、還流/供給比は2.2に設定されており、排出流は25g/hに固定されている。相分離器への水の添加速度は、1530g/hである。この結果、頂部温度は54℃、底部温度は62℃となる。相分離器の水性流(36)は1858g/hであり、1.6重量%のMMA、91.8重量%のH2O、0.4重量%のMAL、0.4重量%のPRAME、0.5重量%のIBSMEおよび4.9重量%の残留物を含む。この結果、底部排出物(40)は11035g/hとなり、組成は、99.91重量%のMMA、35ppmのPRAME、315ppmのIBSMEおよび0.06重量%のプロセス安定剤である。記載されたこの運転モードでは、MMA保持率99.71%が達成される。
実施例1の塔(絶対圧250mbarの運転圧力)および相分離器(運転温度20℃)において、高沸点物質塔の留出液流(31)(11000g/h、96.7重量%のMMA、1.8重量%のH2O、0.1重量%のMAL、0.1重量%のPRAME、0.2重量%のIBSMEおよび1.1重量%の残留物を含有)を蒸留する。この場合、還流/供給比は2.0に設定されており、排出流は25g/hに固定されている。相分離器には水を加えない。この結果、頂部温度は50℃、底部温度は62℃となる。相分離器の水性流(36)は335g/hであり、5.5重量%のMMA、60.0重量%のH2O、2.0重量%のMAL、1.5重量%のPRAME、2.0重量%のIBSMEおよび29.0重量%の残留物を含む。底部排出物(40)は11000g/hであり、組成は、99.9重量%のMMA、55ppmのPRAME、320ppmのIBSMEおよび0.06重量%のプロセス安定剤である。MMA保持率99.51%が達成される。
実施例1~実施例3で使用したプロセス配置構成に、さらなる蒸留塔II(44)、いわゆる排出塔(図2)を追加する。この塔に排出流(35)をフィードとして供給し、蒸留により精製する。この場合、生成された留出液(45)は、低沸点成分(MAL、PRAME、およびIBSME)を含む。底部フラクションは、プロセス安定剤とともにMMAを含み、この底部フラクションを低沸点物質塔に返送する。排出塔を、絶対圧250mbarの圧力で運転する。塔は、Sulzer社製高性能実験用充填物DX(直径50mm、充填物高さ2000mm)を備えている。低沸点物質塔および相分離器の運転条件は、実施例1と同じである。低沸点物質塔へのフィードは11000g/hであり、96.7重量%のMMA、1.8重量%のH2O、0.1重量%のMAL、0.1重量%のPRAME、0.2重量%のIBSMEおよび1.1重量%の残留物を含む。この場合、還流/供給比は1.0に設定されており、相分離器への水の添加量は1530g/hである。この結果、頂部温度は54℃、底部温度は62℃となる。排出塔へのフィードとしての役割を果たす排出流(35)は、110g/hに固定されている。相分離器の水性流(36)は1858g/hであり、1.2重量%のMMA、93.8重量%のH2O、1重量%のMAL、0.4重量%のPRAME、0.1重量%のIBSMEおよび3.5重量%の残留物を含む。排出塔の頂部温度は34℃であり、底部温度は61℃である。排出塔の留出液流(45)が22g/h生じ、これは、2.1重量%のMMA、7.9重量%のH2O、39.9重量%のMAL、26.6重量%のPRAME、19.5重量%のIBSMEおよび4.0重量%の残留物を含む。排出塔の缶出液(46)を完全に低沸点物質塔に返送する。この結果、低沸点物質塔の底部排出物(40)は11038g/hとなり、組成は、99.91重量%のMMA、5ppmのPRAME、315ppmのIBSMEおよび0.06重量%のプロセス安定剤である。MMA保持率は99.73%である。
実施例1で使用したプロセス配置構成に、反応容量250mlの撹拌槽反応器(反応器IV)(37)を追加する(図1)。撹拌機を500rpmで運転し、運転温度は40℃である。この反応器(37)に、相分離器の水相(36)を導入する。この流れは、1.2重量%のMMA、93.8重量%のH2O、1重量%のMAL、0.3重量%のPRAME、0.1重量%のIBSMEおよび3.6重量%の残留物からなり、1483g/hの速度で生じる。さらに、撹拌槽反応器(37)に96%硫酸(38)を9.8g/hで加える。記載された流れによって、滞留時間は10分となる。この場合、PRAME転化率44%、IBSME転化率48%、およびMMA転化率44%であることが確認された。
実施例1の塔(絶対圧600mbarの運転圧力)および相分離器(運転温度20℃)を用いて、高沸点物質塔の留出液流(31)(11000g/h、96.7重量%のMMA、1.8重量%のH2O、0.1重量%のMAL、0.1重量%のPRAME、0.2重量%のIBSMEおよび1.1重量%の残留物を含有)を蒸留する。ヘキサンをエントレーナーとして塔頂部で加える。補填すべきヘキサン損失は8.8g/hである。この場合、還流/供給比は1.8に設定されており、排出流は73g/hである。相分離器への水の添加量は1489g/hである。この結果、頂部温度は54℃、底部温度は84℃となる。塔頂部で60.5重量%のヘキサン含有量が達成される。相分離器の水性流(36)は1816g/hであり、0.4重量%のMMA、92.9重量%のH2O、0.4重量%のMAL、0.4重量%のPRAME、0.4重量%のIBSMEおよび5.5重量%の残留物を含む。底部排出物(40)は10930g/hであり、組成は、99.90重量%のMMA、35ppmのPRAME、315ppmのIBSMEおよび0.07重量%のプロセス安定剤である。記載されたこの運転モードでは、MMA保持率99.66%が達成される。
(2)反応器Iへのプロパナールの供給
(3)反応器Iへの任意の安定剤の供給
(4)メタクロレイン合成用反応器I
(5)粗製メタクロレインの処理
(6)反応器IIへのメタクロレインの供給
(7)メタクロレインの酸化的エステル化用反応器II
(8)アルコールの供給(通常は、メタノールの供給)
(9)酸素または空気の導入
(10)塩基の供給
(11)反応器IIの排ガス
(12)反応器IIの反応器排出物
(13)蒸留塔VII:メタクロレイン回収塔
(14)MAL再循環
(15)MALアセタール転化装置
(16)酸の供給(通常は、硫酸)
(17)MALアセタール転化装置の生成物流
(18)抽出部I
(19)抽出部Iへの水の供給
(20)抽出部Iの水相
(21)蒸留塔VI:メタノール回収塔
(22)反応器IIに返送するためのアルコールを含む低沸点フラクション
(23)メタノール回収塔の返送
(24)廃棄またはさらなる後処理のための水、酸およびそのアルカリ塩を含む底部フラクション
(25)抽出部の有機相
(26)蒸留塔IV:高沸点物質塔
(27)MMA、メタクリル酸および高沸点物質を含む底部フラクション
(28)蒸留塔V:MMA回収塔
(29)MMAを含む留出液
(30)メタクリル酸および高沸点物質を含む底部フラクション
(31)MMAおよび低沸点物質を含む留出液
(32)蒸留塔I:低沸点物質塔
(33)任意の相分離器I
(34)任意の水の添加
(35)任意の排出流
(36)任意の相分離器Iの水相
(37)任意の酸加水分解用反応器IV
(38)酸の供給(通常は、硫酸)
(39)任意に再循環流としての、酸加水分解の生成物流
(40)低沸点物質塔の底部フラクション
(41)蒸留塔III:MMAの最終精製用のMMA精製塔
(42)MMA精製塔の留出液としての、仕様に適合したMMA
(43)任意に高沸点物質塔に返送するMMA精製塔の底部フラクション
(44)蒸留塔II:排出塔
(45)イソ酪酸メチルエステルおよびプロピオン酸メチルエステルなどの低沸点物質を含む留出液
(46)MMAを含む排出塔の底部フラクション
(A)排ガス
Claims (15)
- アルキルメタクリレートの製造方法であって、第1の反応段階において反応器Iでメタクロレインを製造し、前記メタクロレインを第2の反応段階において反応器IIで酸素含有ガスの存在下でアルコールを用いて酸化的エステル化して、未精製のアルキルメタクリレート流を生成する方法において、
a.反応器Iで、プロピオンアルデヒドおよびホルマリンから出発して、プロピオンアルデヒドを含むメタクロレインを取得し、
b.反応器IIおよび任意の反応器IIIで、前記メタクロレインに含まれる前記プロピオンアルデヒドをプロピオン酸アルキルエステルに転化させ、これに加えて任意にイソ酪酸アルキルエステルが生成され、
c.反応器IIまたは反応器IIIの後に、プロピオン酸アルキルエステルと任意にイソ酪酸アルキルエステルとを含む、得られたアルキルメタクリレート粗製流を、蒸留塔Iを有する複数の蒸留分離塔および少なくとも1つの抽出分離部による後処理プロセスで後処理して、純粋なアルキルメタクリレートを取得し、前記蒸留塔Iにおいて、分留によりアルキルメタクリレートを底部フラクションとして分離し、メタクロレインとイソ酪酸アルキルエステルとプロピオン酸アルキルエステルとを含む副生成物フラクションを頂部フラクションとして取得することを特徴とする、方法。 - プロセスステップcから、プロピオン酸アルキルエステルまたはイソ酪酸アルキルエステルのそれぞれの含有量が0.1重量%未満であるアルキルメタクリレートを取得する、請求項1記載の方法。
- 蒸留塔Iからの前記頂部フラクションを相分離器Iに送り、そこで水性フラクションと有機フラクションとに分離する、請求項1または2記載の方法。
- 前記相分離器Iにさらに水を送り、その際、前記水は、新鮮水および/または1つ以上の他のプロセスステップからの水含有再循環流であってよい、請求項3記載の方法。
- 副生成物であるメタクロレイン、イソ酪酸アルキルエステルおよびプロピオン酸アルキルエステルを含む相分離器Iからの有機相を、部分的にまたは完全に前記蒸留塔Iに再循環させる、請求項3または4記載の方法。
- 蒸留塔Iからの頂部流および/または相分離器Iからの有機相を完全にまたは部分的に蒸留塔IIに送って分留し、蒸留塔IIで、メタクロレインとイソ酪酸アルキルエステルおよび/またはプロピオン酸アルキルエステルとを含む低沸点副生成物フラクションと、メタクロレイン、イソ酪酸アルキルエステルおよびプロピオン酸アルキルエステルのそれぞれの含有量が0.1重量%未満である底部のアルキルメタクリレート含有フラクションとに分離する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 蒸留塔Iまたは蒸留塔IIからの少なくとも1つのアルキメタクリレート含有底部フラクションを蒸留塔IIIに送って高沸点成分を分離し、その後、任意の蒸留塔でさらに精製してさらなる低沸点成分を分離する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 蒸留塔Iでの蒸留を、エントレーナーとして作用する追加の溶媒の存在下で行う、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 蒸留塔Iからの前記頂部フラクションまたは相分離器Iからの水相を反応器IVに送り、前記反応器IVで酸加水分解を行う、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 反応器IVからの生成物流を完全にまたは部分的に廃棄部に供給し、かつ/または上流の処理ステップの1つに再循環させる、請求項9記載の方法。
- 蒸留塔Iおよび任意の蒸留塔IIを、それぞれ0.1bar~1barの絶対圧で運転する、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
- 蒸留塔Iへの導入の上流で抽出分離を抽出部Iで行い、その際、水とアルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩とを含むフラクションを分離する、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
- プロセスステップaから得られた前記メタクロレインのプロピオンアルデヒド含有量は、100ppm~2重量%である、請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
- プロセスステップcから得られた前記アルキルメタクリレート中のイソ酪酸アルキルエステル含有量は、2000ppm未満である、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
- 前記アルコールはメタノールであり、前記アルキルメタクリレートはMMAであり、前記イソ酪酸アルキルエステルはイソ酪酸メチルエステルであり、前記プロピオン酸アルキルエステルはプロピオン酸メチルエステルである、請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。
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