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特許7452997粗製ブチルアクリラートから純粋なブチルアクリラートを蒸留により取得し、ここで、ブチルはn-ブチルまたはイソブチルである方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-11
(45)【発行日】2024-03-19
(54)【発明の名称】粗製ブチルアクリラートから純粋なブチルアクリラートを蒸留により取得し、ここで、ブチルはn-ブチルまたはイソブチルである方法
(51)【国際特許分類】
   C07C 67/54 20060101AFI20240312BHJP
   B01D 3/14 20060101ALI20240312BHJP
   B01D 3/16 20060101ALI20240312BHJP
   C07C 67/62 20060101ALI20240312BHJP
   C07C 69/54 20060101ALI20240312BHJP
【FI】
C07C67/54
B01D3/14 A
B01D3/16 A
C07C67/62
C07C69/54 Z
【請求項の数】 20
(21)【出願番号】P 2019533429
(86)(22)【出願日】2017-12-11
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-01-23
(86)【国際出願番号】 EP2017082186
(87)【国際公開番号】W WO2018114422
(87)【国際公開日】2018-06-28
【審査請求日】2020-12-11
【審判番号】
【審判請求日】2022-03-25
(31)【優先権主張番号】16205953.9
(32)【優先日】2016-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】508020155
【氏名又は名称】ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア
【氏名又は名称原語表記】BASF SE
【住所又は居所原語表記】Carl-Bosch-Strasse 38, 67056 Ludwigshafen am Rhein, Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】オアトムント ラング
(72)【発明者】
【氏名】ベアント メッツェン
(72)【発明者】
【氏名】クラウス ヘヒラー
【合議体】
【審判長】木村 敏康
【審判官】冨永 保
【審判官】赤澤 高之
(56)【参考文献】
【文献】特表2016-529096(JP,A)
【文献】特表2012-502889(JP,A)
【文献】特表2011-504895(JP,A)
【文献】特表2010-539072(JP,A)
【文献】特表2010-531323(JP,A)
【文献】特表2007-533637(JP,A)
【文献】特表2014-506235(JP,A)
【文献】特表2016-513132(JP,A)
【文献】特開2005-239564(JP,A)
【文献】特表2014-508736(JP,A)
【文献】特表2005-509512(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C07C
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
粗製ブチルアクリラートから純粋なブチルアクリラートを蒸留により取得し、ここでブチルはn-ブチルまたはイソブチルである方法であって、前記方法を、分離作用を有する内部構造物と蒸発器(7)とを備えた1つの隔壁塔(1)において実施し、前記隔壁塔(1)内には、隔壁(8)が前記隔壁(1)の縦方向に配置されて、共通の上部塔領域(9)と、共通の下部塔領域(14)と、側方供給箇所(2)を備えた供給部(10、12)と、側方排出箇所(3)を備えた排出部(11、13)とが形成されており、供給部(10、12)は、濃縮部(10)および回収部(12)を備え、かつ排出部(11、13)は、回収部(11)および濃縮部(13)を備え、前記隔壁(1)は、20~80の範囲の理論分離段数を有し、ここで、前記隔壁塔(1)の前記理論分離段数は、前記共通の上部塔領域(9)内の理論分離段と、前記共通の下部塔領域(14)内の理論分離段と、前記供給部(10、12)内の理論分離段との合計であり、ただし、前記排出部(11、13)における理論分離段数が、前記供給部(10、12)における理論分離段数と異なる場合、供給箇所および排出箇所の相対的な高さ位置を決定するために理論分離段数を数える際に、前記隔壁(8)の領域における分離段の総数が多い側を用い、前記粗製ブチルアクリラートのための前記側方供給箇所(2)は、最下理論分離段の少なくとも2つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、前記純粋なブチルアクリラートのための前記側方排出箇所(3)は、最下理論分離段の少なくとも2つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、かつ前記隔壁(8)は、前記隔壁(1)において、最下理論分離段の少なくとも1つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも1つ下方の理論分離段で終わる領域に配置されており、ここで、前記隔壁(1)の前記濃縮部(10)および前記回収部(11)への前記隔壁(8)の上端部での液体量比を、1:0.2~1:5の範囲に調整し、かつ前記隔壁(1)の前記回収部(12)と前記濃縮部(13)への前記隔壁(8)の下端部での蒸気流の量比を、1:0.5~1:2.0の範囲に調整し、
分離作用を有する前記内部構造物として、デュアルフロートレイが設けられ、前記供給部(10、12)側および前記排出部(11、13)側の前記デュアルフロートレイが、前記隔壁(8)の両側の最適なガス分配を調整するための異なる開口比を有し、
前記粗製n-ブチルアクリラートが、以下の組成:
40~90質量%のn-ブチルアクリラート、
0.1~20質量%のn-ブタノール、
0.1~20質量%の水、
0.1~20質量%の(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点の物質、
0.1~20質量%の(n-ブチルアクリラートに対して)より低沸点のさらなる物質
を有する、または
前記粗製イソブチルアクリラートが、以下の組成:
40~90質量%のイソブチルアクリラート、
0.1~20質量%のイソブタノール、
0.1~20質量%の水、
0.1~20質量%の(イソブチルアクリラートに対して)より高沸点の物質、
0.1~20質量%の(イソブチルアクリラートに対して)より低沸点のさらなる物質
を有することを特徴とする、方法。
【請求項2】
前記粗製ブチルアクリラートのための前記側方供給箇所(2)は、最下理論分離段の少なくとも5つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも5つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、前記純粋なブチルアクリラートのための前記側方排出箇所(3)は、最下理論分離段の少なくとも5つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも5つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、かつ前記隔壁(8)は、前記隔壁(1)において、最下理論分離段の少なくとも4つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも4つ下方の理論分離段で終わる領域に配置されていることを特徴とする、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記隔壁塔(1)は、30~40の範囲の理論分離段数を有し、前記粗製ブチルアクリラートのための前記側方供給箇所(2)は、最下理論分離段の少なくとも20個上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、前記純粋なブチルアクリラートのための前記側方排出箇所(3)は、最下理論分離段の少なくとも10個上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも10個下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、かつ前記隔壁(8)は、前記隔壁(1)において、最下理論分離段の少なくとも5つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも5つ下方の理論分離段で終わる領域に配置されていることを特徴とする、請求項1記載の方法。
【請求項4】
前記側方供給箇所(2)の向かい側にある前記側方排出箇所(3)は、前記側方供給箇所(2)の少なくとも1つ下方の理論分離段上にあることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
【請求項5】
前記蒸発器(7)および導管(18)における滞留時間を、1~60分に制限することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
【請求項6】
前記隔壁(1)の前記濃縮部(10)および前記回収部(11)への前記隔壁(8)の上端部での液体量比を、1:0.5~1:2の範囲に調整することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
【請求項7】
前記隔壁(1)の前記回収部(12)および前記濃縮部(13)への前記隔壁(8)の下端部での蒸気流の量比を、1:0.9~1:1.5の範囲に調整することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
【請求項8】
前記隔壁塔(1)の塔頂での圧力が、20mbar~5barの範囲にあることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
【請求項9】
前記共通の上部塔領域(9)において、最上理論分離段の下方に、温度信号を用いた温度制御部が設けられており、前記温度制御部では、留出物流、還流比、または還流量を設定パラメータとして使用することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
【請求項10】
前記共通の下部塔領域(14)において、最下理論分離段の上方に、塔底物排出量を設定パラメータとして使用する温度信号を用いた温度制御部が設けられていることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
【請求項11】
前記隔壁塔(1)の塔底部に、側方排出量を設定パラメータとして使用するレベル制御部を設けることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
【請求項12】
前記排出部(11、13)の領域の断面積と前記供給部(10、12)の領域の断面積との比が、4:1~1:4であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
【請求項13】
前記排出部(11、13)の領域の断面積と前記供給部(10、12)の領域の断面積との比が、1.5:1~1:1.5であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
【請求項14】
純度が98.5質量%以上の純粋なブチルアクリラートを蒸留により取得する、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
【請求項15】
前記ブチルアクリラートがn-ブチルアクリラートである、請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。
【請求項16】
前記ブチルアクリラートがイソブチルアクリラートである、請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。
【請求項17】
安定剤1を前記供給部(10、12)の前記濃縮部(10)へ添加することを特徴とする、請求項1から16までのいずれか1項記載の方法。
【請求項18】
前記安定剤1がフェノチアジン(PTZ)であることを特徴とする、請求項17記載の方法。
【請求項19】
安定剤2を、凝縮物(26)を捕集する容器(20)へ、および/または急冷循環流の導管(21)へ、および/または凝縮器(6)の頂部で添加し、ここで、前記急冷循環流とは、前記凝縮器(6)への凝縮物の一部の液状の返送流であることを特徴とする、請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項20】
前記安定剤2が、p-メトキシフェノール(MeHQ)であることを特徴とする、請求項19記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
アクリル酸のエステルである、HC=CH-C(=O)ORは、以下でアクリラートとも呼ばれる。Rは、アルキル基である。
【0002】
アクリラート、例えばn-ブチルアクリラートは、大工業的に通常は、アルコール(例えばn-ブタノール)とアクリル酸との反応によって得られる。合成(エステル化反応)の際に、粗製アクリラートとも呼ばれる生成物混合物が生成され、その中で通常はアクリラートが優勢である。
【0003】
重要なのは、n-ブチルアクリラートおよびイソブチルアクリラートである。したがって、Rは、n-ブチルまたはイソブチルである。
【0004】
ブチルアクリラートは、塗料、接着剤、建設用化学薬品、紙のコーティング剤およびプラスチックに使用されている。
【0005】
仕様要件を満たすために、合成において得られた粗製アクリラートをさらに蒸留により精製しなければならない。純粋なアクリラートに関する仕様要件では、例えば、とりわけ、99.5質量%のアクリラートの最小含有量、ならびに1500ppmのアセタートRO(C=O)CH、および1000ppmのジエーテルRORの最大許容含有量が規定されている。
【0006】
粗製アクリラートからのアクリラートの取得は、成分の相対的な揮発性の相違がわずかであることから、複雑な蒸留技術的課題であり、したがって通常は、粗製アクリラートからのアクリラートの取得を、2塔配列(Zweikolonnenschaltung)によって実施する(以下の記載を参照)。重合傾向にあるアクリラートの感受性に基づき、特別な塔内部構造物が通常は特に有利である。
【0007】
粗製アクリラートからのアクリラートの蒸留による取得は、好ましく実施される予備精製の後、例えば抽出によって行われ、従来技術において、例えば、Holger Becker著の学位論文「Polymerisationsinhibierung von(Meth-)Acrylaten」、TU Darmstadt(専門領域 化学)、2003年の21~24頁に記載されているように、2つの前後に配列された蒸留塔において行われる。
【0008】
第一の蒸留塔においては、主に(ブチルアクリラートに対して)低沸点物、例えば水、アルコール(ROH)、アセタート(RO(C=O)CH)、ジエーテル(ROR)の混合物を塔頂生成物として取り出し、ここで有機低沸点物をエステル化へ返送することができる。塔底において、アクリラートおよびより高沸点の物質を分離する。後置に配列された第二の蒸留塔においては、塔底生成物として(ブチルアクリラートに対して)より高沸点の物質、例えばブトキシエステル(ROCHCHC(=O)OR)を分離する。有価生成物(すなわち、純粋なブチルアクリラート)を塔頂生成物として第二の蒸留塔から排出する。上記学術論文の24頁、図3~7の塔Hおよび塔Iを参照。塔Iの塔底流出物を、難沸騰性物分離部Jに供給する(上記学術論文の24頁の図3-7参照)。
【0009】
独国特許出願公開第3302525号明細書(DE3302525A1)(BASF AG)ならびに専門文献、例えばKaibel他、Chem.Eng.Technol.10(1987)、92~98頁、およびChem.Ing.-Tech.61(1989)、No.2、104~112頁には、全体として、有機化合物の蒸留による精製の場合の隔壁塔の使用が記載されている。
【0010】
米国特許出願公開第2013/0284586号明細書(US2013/0284586A1)(LG Chem.Ltd.)には、2-エチルヘキシルアクリラートの蒸留による精製のための隔壁塔の使用が記載されている。
【0011】
特開2005-239564号公報(JP2005/239564A)(三菱レイヨン社)には、隔壁塔を用いた(メタ)アクリル酸エステルの蒸留が記載されている。
【0012】
これに対して、本発明の課題は、相応する粗製ブチルアクリラートから純粋なブチルアクリラート、すなわちn-ブチルアクリラートおよびイソブチルアクリラートを蒸留により取得するための改善された方法であって、純粋なブチルアクリラートにそれぞれ要求される仕様を維持しつつも、とりわけ、投資コストおよびエネルギーコストに関してより経済的である方法を提供することである。
【0013】
したがって、粗製ブチルアクリラートから純粋なブチルアクリラートを蒸留により取得し、ここで、ブチルはn-ブチルまたはイソブチルである方法であって、前記方法を、分離作用を有する内部構造物と蒸発器(7)とを備えた1つの隔壁塔(1)において実施し、前記隔壁塔(1)内には、隔壁(8)が塔の縦方向に配置されていて、共通の上部塔領域(9)と、共通の下部塔領域(14)と、側方供給箇所(2)を備えた供給部(10、12)と、側方排出箇所(3)を備えた排出部(11、13)とが形成されており、前記塔は、20~80の範囲の理論分離段数を有し、前記粗製ブチルアクリラートのための前記側方供給箇所(2)は、最下理論分離段の少なくとも2つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、前記純粋なブチルアクリラートのための側方排出箇所(3)は、最下理論分離段の少なくとも2つ上方の理論分離段から始まり、最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、かつ前記隔壁(8)は、前記塔において、最下理論分離段の少なくとも1つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも1つ下方の理論分離段で終わる領域に配置されていることを特徴とする方法が見いだされた。
【0014】
純粋なブチルアクリラートとは、特に98.5質量%以上、とりわけ99.5質量%以上の純度を有するブチルアクリラート、n-ブチルアクリラート、またはイソブチルアクリラートと解される。
【0015】
粗製ブチルアクリラートとは、特に40質量%以上90質量%以下、とりわけ60質量%以上90質量%以下のブチルアクリラート、n-ブチルアクリラートまたはイソブチルアクリラートの含有量を有する混合物と解される。
【0016】
本発明による方法において使用される前記粗製n-ブチルアクリラートは、特に以下の組成を有する:
40~90質量%、とりわけ60~90質量%のn-ブチルアクリラート、
0.1~20質量%、とりわけ1~10質量%のn-ブタノール、
0.1~20質量%、とりわけ0.5~10質量%の水、
0.1~20質量%、とりわけ1~10質量%の(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点の物質、
0.1~20質量%、とりわけ1~10質量%の(n-ブチルアクリラートに対して)より低沸点のさらなる物質。
【0017】
本発明による方法において使用される前記粗製イソブチルアクリラートは、特に以下の組成を有する:
40~90質量%、とりわけ60~90質量%のイソブチルアクリラート、
0.1~20質量%、とりわけ1~10質量%のイソブタノール、
0.1~20質量%、とりわけ0.5~10質量%の水、
0.1~20質量%、とりわけ1~10質量%の(イソブチルアクリラートに対して)より高沸点の物質、
0.1~20質量%、とりわけ1~10質量%の(イソブチルアクリラートに対して)より低沸点のさらなる物質。
【0018】
本発明による方法を、1つの隔壁塔(1)において実施し、前記隔壁塔(1)内には、隔壁(8)が塔の縦方向に配置されて、共通の上部塔領域(9)と、共通の下部塔領域(14)と、供給部(10、12)と排出部(11、13)とが形成されている。
【0019】
驚くべきことに、粗製ブチルアクリラートからの純粋なブチルアクリラートの蒸留による取得を、異なる圧力での2段階の運転様式が必要であるという仮定に反して、単一の塔、すなわち1つの隔壁塔において、ひいては均一な圧力で実施することができることが判明した。
【0020】
隔壁塔は、部分領域において液体流と蒸気流との横方向での混合を防止する、垂直の隔壁を備える蒸留塔である。隔壁塔は、通常、平らな薄板から成り、溶接、ねじ込み、または差し込むことができ、これによって、前記塔が縦方向で塔の中央領域において、供給部と排出部とに分割される。分離すべき混合物である粗製ブチルアクリラートを、供給部に供給し、かつ生成物である純粋なブチルアクリラートを排出部から取り出す。
【0021】
前記方法を、連続的に実施するのが好ましい。
【0022】
隔壁塔は、通常、各蒸留塔と同様に、蒸発器(塔底蒸発器)(7)を備え、かつ塔頂に凝縮器(6)を備えている。
【0023】
本発明による方法において、有利には、蒸発器(7)および付属の導管系における滞留時間は、好ましくは1~60分、さらに好ましくは10~30分に制限される。これにより、混合物が重合能力を有するにもかかわらず、プラントを障害なく運転できること、とりわけ汚染物がごくわずかであるかまたは存在しないことが保証される。
【0024】
好ましい一変法において、塔の濃縮部(10)および回収部(11)への隔壁(8)の上端部での液体量比、すなわち濃縮部(10)への量:回収部(11)への量を、1:0.2~1:5、すなわち5~0.2の範囲に、好ましくは1:0.5~1:2、すなわち2~0.5の範囲に調整する。このことは、好ましくは、液体が隔壁の上端部で捕集され、かつ調節装置または設定装置を介して上記比で塔の濃縮部または回収部へ供給されるように実施される。これにより、より低いエネルギー消費量が保証される。
【0025】
さらなる好ましい一変法において、これに加えてさらに、またはこれに代えて、隔壁(8)の上端部での液体量還流比を調節するために、塔の回収部(12)および濃縮部(13)への隔壁(8)の下端部での蒸気流の量比も調整することができる。このことは、好ましくは、分離内部構造物の選択によって、および/または圧力損失を生じる内部構造物の付加的な取り付けによって、例えば絞りによってまたは蒸気流の量調整によって行われる。
【0026】
好ましい一変法において、塔の回収部(12)および濃縮部(13)への蒸気流の量を、すなわち回収部(12)への量:濃縮部(13)への量を、1:0.5~1:2.0、すなわち2~0.5、好ましくは1:0.9~1:1.5、すなわち1/0.9~1/1.5の範囲における比に調整する。
【0027】
本発明による方法は、塔頂における圧力が20mbar~5bar、好ましくは50~200mbarで実施されるのが好ましい。
【0028】
共通の上部塔領域(9)には温度制御部が設けられており、この温度制御部では温度信号が用いられており、この温度信号は、最上理論分離段の下方、好ましくは上方から数えて第3番目の理論分離段上の単一の測定箇所から得られるものであっても複数の測定箇所から平均をとって得られるものであってもよく、この温度制御部で、留出物流、還流比、または好ましくは還流量を設定パラメータとして使用するのが好ましい。
【0029】
これにより、塔の安定した運転が保証され、その結果、達成可能な生成物純度がさらに改善される。
【0030】
さらなる一変法において、これに加えてさらに、またはこれに代えて、下部の塔領域に、温度制御部が設けられており、この温度制御部では温度信号が用いられており、この温度信号は、最下理論分離段の上方、好ましくは下方から数えて第2番目の理論分離段上の単一の測定箇所から得られるものであっても複数の測定箇所から平均をとって得られるものであってもよく、この温度制御部で、塔底物排出量を設定パラメータとして使用するのが好ましい。この付加的な手段によって、安定した塔運転のさらなる改善が達成される。さらに、これに加えて、またはこれに代えて、側方排出量を設定パラメータとして使用するレベル制御部(Standregelung)を塔底部に設けることが可能である。
【0031】
排出部(11、13)の領域の断面積と供給部(10、12)の領域の断面積との比は、好ましくは4:1~1:4、特に好ましくは1.5:1~1:1.5、例えば1:1である。
【0032】
隔壁塔(1)は、20~80の範囲の理論分離段数を有する。
【0033】
分離作用を有する内部構造物は、共通の上部塔領域(9)および共通の下部塔領域(14)ならびに供給部(10、12)および排出部(11、13)に存在する。
【0034】
隔壁塔(1)の理論分離段数の記載は、常に、共通の上部塔領域(9)における理論分離段数と、共通の下部塔領域(14)における理論分離段数と、供給部(10、12)における理論分離段数の合計に関連する。
【0035】
通常、排出部(11、13)における理論分離段数は、供給部(10、12)における理論分離段数と同じであるが、それより多くても少なくてもよく、例えば1~5多くても、例えば1~5少なくてもよい。
【0036】
粗製ブチルアクリラートのための側方供給箇所(2)は、最下理論分離段の少なくとも2つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、好ましくは、最下理論分離段の少なくとも5つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも5つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されている。
【0037】
純粋なブチルアクリラートのための側方排出箇所(3)は、最下理論分離段の少なくとも2つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、好ましくは、最下理論分離段の少なくとも5つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも5つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されている。
【0038】
隔壁(8)は、塔において、最下理論分離段の少なくとも1つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも1つ下方の理論分離段で終わる領域に配置されており、好ましくは、最下理論分離段の少なくとも4つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも4つ下方の理論分離段で終わる領域に、特に好ましくは、それぞれ中心に、配置されている。
【0039】
特に好ましい実施態様において、隔壁塔(1)は、30~40の範囲の理論分離段数を有し、粗製ブチルアクリラートのための側方供給箇所(2)は、最下理論分離段の少なくとも20個上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも2つ下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、純粋なブチルアクリラートのための側方排出箇所(3)は、最下理論分離段の少なくとも10個上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも10個下方の理論分離段で終わる領域における理論分離段上に配置されており、かつ塔内の隔壁(8)は、最下理論分離段の少なくとも5つ上方の理論分離段から始まり、かつ最上理論分離段の少なくとも5つ下方の理論分離段で終わる領域に配置されている。
【0040】
排出部(11、13)における理論分離段数が、供給部(10、12)における理論分離段数と同じ場合、側方排出箇所(3)は、側方供給箇所(2)と同じ理論分離段上にあっても側方供給箇所の下方または上方にあってもよいが、もちろんその都度隔壁(8)の反対側にある(図1参照)。向かい側にある側方排出箇所(3)は、側方供給箇所(2)の下方にあるのが好ましく、例えば、側方供給箇所(2)よりも1~25、特に5~20、極めて特に10~18の理論分離段だけ下方にあるのが好ましい。(分離段の数は、塔において、または関連する塔領域もしくは関連する塔部において、常に下方から上方へ数える)。
【0041】
排出部(11、13)における理論分離段数が、供給部(10、12)における理論分離段数と異なる場合、供給箇所および排出箇所の相対的な高さ位置を決定するために理論分離段数を数える際に、隔壁(8)の領域における分離段の総数が多い側を用いる。
【0042】
分離作用を有する内部構造物に関し、原則として制限はないが、好ましくは、充填体および/または規則充填物および/またはトレイが設けられている。
【0043】
内部構造物は、塔領域の上部および下部(9、14)に対して、ならびに隔壁の領域(10、11、12、13)においてその都度個別に選択することができる。
【0044】
さらなる好ましい一変法において、デュアルフロートレイを隔壁塔における分離作用を有する内部構造物として使用する。デュアルフロートレイという概念は、公知のように、蒸気および液体が向流で通過する開口を備えたトレイを表す。
【0045】
1つまたは複数の重合可能な化合物を含有する混合物を1つの塔において熱処理する場合、塔および塔の内部構造物が堆積物により汚染され、費用をかけて洗浄しなければならないという問題が常にあり、その結果、運転を中断しなければならなくなる。本発明では、例えば蒸留もしくは精留、吸収、抽出またはストリッピングのようなプロセスが熱処理と解される。塔において熱処理に供することのできる混合物は、通常は流体であり、すなわち気体、液体または気体/液体である。
【0046】
デュアルフロートレイの使用により、隔壁塔の汚染され易さは、従来のトレイ塔に対して減少する。これにより、塔の運転時間は長くなり、ひいては塔の経済性が向上する。
【0047】
デュアルフロートレイを、隔壁の領域(10、11、12、13)において使用するのが好ましく、さらに好ましい実施態様において、デュアルフロートレイを、共通の上部塔領域(9)および共通の下部塔領域(14)においても使用する。
【0048】
さらなる有利な実施態様は、隔壁の領域(10、11、12、13)における、および共通の下部塔領域(14)におけるデュアルフロートレイの使用、ならびに共通の上部塔領域(9)における充填体または規則充填物の使用である。
【0049】
国際公開第03/043712号(WO03/043712A1)(BASF AG)には、隔壁のない慣習的な塔に関して、デュアルフロートレイにおける開口の直径を狙い通りに設計することにより、汚染され易さが著しく減少し、ひいてはトレイ塔の運転時間の著しい延長を達成させることができたことが示されている。
【0050】
隔壁塔については、同じ圧力損失が隔壁の両側にわたって広がることが当てはまる。供給側および排出側のそれぞれのトレイにわたるガス分配の正確な調整は、供給側および排出側のトレイの開口比の選択によって非常に有利である。
【0051】
開口比の狙い通りの設計によって、供給側および排出側へのガス分配を正確に調整することができる。デュアルフロートレイの異なる開口比により、同じ圧力損失で異なるガス量が隔壁の両側で生じる。これにより、隔壁の下方での費用のかかるガス分配を省略することができる。
【0052】
開口比は、開口の大きさおよび/または数によって調整される。公知のように、開口面積の合計とデュアルフロートレイの総面積との比は、デュアルフロートレイの開口比と呼ばれている。
【0053】
本発明によれば、塔内のデュアルフロートレイの開口は、開口の直径および/または開口の数が変化するように、異なって構成することができる。
【0054】
原則的に、開口の形状に関しての制限はない。これらはそれぞれ、幾何学的形状、例えば円形、楕円形、長方形または多角形を有することができる。デュアルフロートレイにおける開口は、円形であることが好ましい。
【0055】
当業者は、ガスの負荷および液体の負荷ならびに開口直径に応じて必要な開口比を容易に決定することができる。デュアルフロートレイにおける開口の直径は、好ましくは10~80mmの範囲にあり、ここで、供給部の上方に配置されるデュアルフロートレイは、好ましくは、10~50mmの範囲における開口を有し、それに対して、供給部の下方に配置されるデュアルフロートレイは、好ましくは、15~80mmの範囲の直径を有する開口を有する。
【0056】
デュアルフロートレイの開口比は、好ましくは10~30%の範囲にある。
【0057】
本発明による方法において、アクリルモノマー、すなわちブチルアクリラートを、望ましくない重合を避けるために、好ましくは適切な重合禁止剤によって安定化させる。すなわち、本発明による方法を、好ましくは、有効量の1種または複数の安定剤の存在下で実施する。安定剤としては原則的に、(メタ)アクリル酸および(メタ)アクリル酸エステルを安定化させるために、例えば独国特許出願公開第102005053982号明細書(DE102005053982A1)(BASF AG)および独国特許出願公開第10258329号明細書(DE10258329A1)(BASF AG)において推奨されているいずれの重合禁止剤も適切である。
【0058】
適切な安定剤は、例えば、N-オキシド(ニトロキシルラジカルもしくはN-オキシルラジカル、すなわち少なくとも1つの>N-O基を有する化合物)、例えば、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシルもしくは4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、フェノールおよびナフトール、例えば、p-メトキシフェノール、p-アミノフェノール、p-ニトロソフェノール、2-tert-ブチルフェノール、4-tert-ブチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチルフェノール、2-メチル-4-tert-ブチルフェノール、2,6-tert-ブチル-4-メチルフェノールもしくは4-tert-ブチル-2,6-ジメチルフェノール、キノン、例えば、ヒドロキノンもしくはヒドロキノンモノメチルエーテル、芳香族アミン、例えば、N,N-ジフェニルアミン、フェニレンジアミン、例えば、N,N’-ジアルキル-p-フェニレンジアミン、ここで、アルキル基は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して1~4個の炭素原子を有していてもよく、かつ直鎖状であっても分岐状であってもよく、例えば、N,N’-ジメチル-p-フェニレンジアミンもしくはN,N’-ジエチル-p-フェニレンジアミン、ヒドロキシルアミン、例えば、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン、イミン、例えば、メチルエチルイミンもしくはメチレンバイオレット、スルホンアミド、例えば、N-メチル-4-トルエンスルホンアミドもしくはN-tert-ブチル-4-トルエンスルホンアミド、オキシム、例えば、アルドキシム、ケトキシムまたはアミドキシム、例えば、ジエチルケトキシム、メチルエチルケトキシムもしくはサリチルアルドキシム、リン含有化合物、例えばトリフェニルホスフィン、トリフェニルホスファイトもしくはトリエチルホスファイト、硫黄含有化合物、例えば、ジフェニルスルフィドもしくはフェノチアジン、金属塩、例えば、酢酸セリウム(III)もしくはエチルヘキサン酸セリウム(III)、またはそれらの混合物であってよい。
【0059】
安定化は、フェノチアジン(PTZ)、p-メトキシフェノール(MeHQ)、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、2,6-tert-ブチル-4-メチルフェノール、またはそれらの混合物を用いて行うことが好ましい。
【0060】
フェノチアジン(PTZ)および/またはp-メトキシフェノール(MeHQ)を重合禁止剤として使用することは、極めて特に好ましい。
【0061】
前記禁止剤を純物質として添加することができる場合であっても、簡便かつ再現可能に計量供給可能な溶液として溶媒に溶解した禁止剤を添加することは有利であり、ここで、原則的に、単一の溶液における禁止剤混合物も可能である。アクリラート合成法において既に存在する液体、または塔における物質の混合物中に既に存在する液体を、溶媒として使用することが好ましい。溶媒としての選択に特に好ましいのは、アクリラート生成物自体(ここでは、n-ブチルまたはイソブチルアクリラート)またはアクリラートのための合成出発材料のうちの1つ(ここでは、アクリル酸またはn-ブタノールもしくはイソブタノール)である。
【0062】
本発明を、図面(図1)および実施例を用いて以下により詳細に説明する。
【0063】
図面は、唯一の図において、隔壁8を備えた隔壁塔1を示し、前記隔壁8によって、隔壁塔1が、共通の上部塔領域9と、濃縮部10および回収部12を備えた供給部10および12と、回収部11および濃縮部13を備えた排出部11および13と、共通の下部塔領域14とに分割される。分離作用を有する内部構造物は、塔領域9および14ならびに部分10~13に存在する。粗製ブチルアクリラート2は、隔壁塔1の塔部分10と12との間に入る。純粋なブチルアクリラート3を、塔部分11と13との間で、好ましくは液体の形で排出する。塔頂部で生じる蒸気流15を、必要に応じて後冷却器によって補なわれる凝縮器6において、部分的に凝縮させ、かつ還流16と留出物流4とに分配する。凝縮器6からの未凝縮分は、低沸点不純物を含有し、かつ蒸気の形で流れ19として取り出される。塔の下方端部で、液体17を蒸発器7において部分的に蒸発させ、かつ導管18を介して塔へ返送する。より高沸点の不純物を含有する部分流5を取り出す。蒸発器7は、自然循環式蒸発器として構成されていてもよいし強制循環式蒸発器として構成されていてもよく、後者の場合、付加的に液体流17のための循環ポンプが必要である。望ましくない重合反応の回避に関して、強制循環式蒸発器の代わりに薄膜流下式蒸発器を使用することが特に有利であり、それというのも、この構造様式では、最短の滞留時間が可能であるためである。蒸発器系における液体の滞留時間を短縮するためには、レベル保持部(Standhaltung)を、塔の下方のキャップではなく液体17の供給管に配置することが好ましい。
【0064】
本発明による方法における好ましい運転方式(図2参照)において、安定剤1(23)(いわゆるプロセス安定剤、例えばとりわけPTZ)を、特に隔壁(8)の上端部のわずかに下方にある供給部(10、12)の濃縮部(10)へ添加する。該安定剤1を、とりわけ適切な溶媒、特に上記に列挙したような、例えばn-ブチルアクリラートまたはイソブチルアクリラートの溶液として使用することができる。これにより、供給部(10、12)全体および共通の塔下部部分(14)が、プロセス安定剤で安定化されている(「隔壁(8)の上端部のわずかに下方」とは、例えば、「隔壁(8)の上端部より1~5つ下方の理論分離段」と解されるべきである)。
【0065】
さらに(図2参照)、本発明による方法において、安定剤2(22)(いわゆる貯蔵安定剤、例えばとりわけMeHQ)を、凝縮物(26)を捕集する容器(20)へおよび/または急冷循環流の導管(21)へ、および/または凝縮器(6)の頂部で添加するのが好ましい。好ましく構成された急冷循環流(すなわち、凝縮器(6)への凝縮物の一部の液状の返送流、例えば凝縮物の質量の百分の10~50の液状の返送流)は、そのままの安定剤不含の蒸気(15)が凝縮器(6)において凝縮される場合、特に十分安定化しているという作用を有する。その後、還流管(16)を介して、隔壁(8)の上方の共通の上部塔領域(9)ならびに隔壁(8)の領域における供給部(10、12)および排出部(11、13)を、安定剤(とりわけMeHQ)で安定化させ、ここでは、リーン空気に由来する酸素も存在する。リーン空気(25)(空気と窒素の混合物、とりわけ酸素含有量が4~9体積%となるような混合物)の供給は、特に蒸発器(7)の下端部または塔(1)の下端部のいずれかで行われる。
【0066】
さらなる一変法(図2参照)において、側面排出箇所(3)の下方の濃縮部(13)へ、付加的にプロセス安定剤(24)、とりわけPTZを添加する。
【0067】
圧力データはいずれも、絶対圧力に関する。
【0068】
ppmデータはいずれも、質量(質量ppm)に関する。
【0069】
(ブチルアクリラートに対して)「より低沸点の物質」とは、同じ圧力の場合、その沸点が、当該ブチルアクリラート、すなわちn-ブチルアクリラート、もしくはイソブチルアクリラートの沸点より低い物質である。
【0070】
(ブチルアクリラートに対して)「より高沸点の物質」とは、同じ圧力の場合、その沸点が当該ブチルアクリラート、すなわちn-ブチルアクリラート、もしくはイソブチルアクリラートの沸点より高い物質である。
【図面の簡単な説明】
【0071】
図1】本発明による方法を実施するための好ましい隔壁塔の概略図
図2】本発明による方法における好ましい運転方式を示す概略図
【0072】

運転方式は、n-ブチルアクリラートを製造するためのプラント全体の熱力学的シミュレーションからのデータに基づいて構成されている。
【0073】
プロセスの熱力学的シミュレーションを、ソフトウェアAspen Plus(登録商標)(略:Aspen)を用いて実施した。Aspenは、工業において化学の方法およびプラントのモデル化、シミュレーションおよび最適化に使用される広範囲にわたるシミュレーションソフトウェアである。Aspenは、基本操作をモデル化するための広範囲にわたるモデルデータベース、および多くの異なる物質の物質特性に関する物質データベースを備えている。混合物の特性を、純物質の物質データから異なる熱力学モデルを使用してAspenによって計算する。
【0074】
例1
(隔壁(8)の上端部での液量比である濃縮部(10):回収部(11)=1:2、かつ
隔壁(8)の下端部での蒸気流の量比である回収部(12):濃縮部(13)=1:1)。
【0075】
70℃の温度で16000kg/hの粗製n-ブチルアクリラート流を、合計35の理論分離段を有する隔壁塔(1)の28番目の理論分離段に液状で供給した。粗製n-ブチルアクリラートは、以下の組成を有していた:
n-ブチルアクリラート:86.4質量%。
水:1.1質量%
n-ブタノール:3.7質量%
ジ-n-ブチルエーテル:0.33質量%
n-ブチルアセタート:2.2質量%
ブトキシエステル:5.0質量%
(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点のさらなる物質:残部。
【0076】
隔壁(8)は、6段目から30段目までの理論分離段まで延在していた。側方排出(3)を、15番目の理論的分離段上で行った。塔の運転を、100mbarの頂部圧力および240mbarの底部圧力で行った。
【0077】
塔の頂部で、35℃の温度で凝縮させた。凝縮器(6)から、19kg/hの蒸気状のより低沸点の物質を含有する流れ(19)を取り出した。凝縮された流れから1423kg/hの部分流(4)を取り出した。高沸点性の不純物(5)を、117℃の温度、1836kg/hの流量で塔底で排出した。側方取出口で、有価生成物である純粋なブチルアクリラートを、94℃の温度で液状で12722kg/hの量で得た。
【0078】
側方取出物(3)は以下の組成を有した:
n-ブチルアクリラート:99.91質量%。
水:0.01質量%未満
n-ブタノール:0.01質量%未満
ジ-n-ブチルエーテル:643質量ppm
n-ブチルアセタート:100質量ppm
(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点のさらなる物質:残部。
【0079】
アクリラートの最小含有量が99.5質量%超に維持されるとともに、副成分n-ブチルアセタートについては100ppmであり、副成分ジ-n-ブチルエーテルについては1000ppmであるという商習慣上の仕様も維持される。n-ブチルアクリラートに関する蒸留収率は、92%超であった。
【0080】
隔壁(8)の上端部での液体に関する液体量比である濃縮部(10):回収部(11)は、1:2であった。隔壁(8)の下端部で、蒸気流量の分配を、回収部(12):濃縮部(13)=1:1の比率で行った。蒸発器の加熱出力は、3224kWであった。
【0081】
本発明による方法によって、粗製ブチルアクリラートから純粋なブチルアクリラートへの蒸留を、例えば年間処理能力が100000tの場合、従来の2段階の蒸留方法に対して25%の投資コストの節約および31%のエネルギーコストの節約で要求される仕様に準拠しながら実施することができた。
【0082】
比較例1
(隔壁(8)の上端部での液量比である濃縮部(10):回収部(11)=1:7)。
【0083】
70℃の温度で16000kg/hの粗製n-ブチルアクリラート流を、合計35の理論分離段を有する隔壁塔(1)の28番目の理論分離段に液状で供給した。粗製n-ブチルアクリラートは、以下の組成を有していた:
n-ブチルアクリラート:86.4質量%。
水:1.1質量%
n-ブタノール:3.7質量%
ジ-n-ブチルエーテル:0.33質量%
n-ブチルアセタート:2.2質量%
ブトキシエステル:5.0質量%
(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点のさらなる物質:残部。
【0084】
隔壁(8)は、6段目から30段目までの理論分離段まで延在していた。側方排出(3)を、15番目の理論的分離段上で行った。塔の運転を、100mbarの頂部圧力および240mbarの底部圧力で行った。
【0085】
塔の頂部で、35℃の温度で凝縮させた。凝縮器(6)から、19kg/hの蒸気状のより低沸点の物質を含有する流れ(19)を取り出した。凝縮された流れから1411kg/hの部分流(4)を取り出した。高沸点性の不純物(5)を、117℃の温度、1850kg/hの流量で塔底で排出した。側方取出口で、有価生成物である純粋なブチルアクリラートを、94℃の温度で液状で12720kg/hの量で得た。
【0086】
側方取出物(3)は、以下の組成を有した:
n-ブチルアクリラート:99.83質量%。
水:0.01質量%未満
n-ブタノール:0.01質量%未満
ジ-n-ブチルエーテル:1212質量ppm
n-ブチルアセタート:258質量ppm
ブトキシエステル:0.01質量%未満
(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点のさらなる物質:残部。
【0087】
99.5質量%超のアクリラートの最小含有量は維持されるが、副成分n-ブチルアセタートについては100ppmであり、副成分ジ-n-ブチルエーテルについては1000ppmであるという商習慣上の仕様は維持されない。
【0088】
n-ブチルアクリラートに関する蒸留収率は、91%超であった。
【0089】
隔壁(8)の上端部での液体に関する液体量比である濃縮部(10):回収部(11)は、1:7であった。隔壁(8)の下端部で、蒸気流量の分配を、回収部(12):濃縮部(13)=1:1の比率で行った。蒸発器の加熱出力は、4524kWであった。
【0090】
比較例2
(隔壁(8)下端部での蒸気流の量比である濃縮部(12):回収部(13)=3:1)。
【0091】
70℃の温度で16000kg/hの粗製n-ブチルアクリラート流を、合計35の理論分離段を有する隔壁塔(1)の28番目の理論分離段に液状で供給した。粗製n-ブチルアクリラートは、以下の組成を有していた:
n-ブチルアクリラート:86.4質量%。
水:1.1質量%
n-ブタノール:3.7質量%
ジ-n-ブチルエーテル:0.33質量%
n-ブチルアセタート:2.2質量%
ブトキシエステル:5.0質量%
(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点のさらなる物質:残部。
【0092】
隔壁(8)は、6段目から30段目までの理論分離段まで延在していた。側方排出(3)を、15番目の理論的分離段で行った。塔の運転を、100mbarの頂部圧力および240mbarの底部圧力で行った。
【0093】
塔の頂部で、35℃の温度で凝縮させた。凝縮器(6)から、18kg/hの蒸気状のより低沸点の物質を含有する流れ(19)を取り出した。凝縮された流れから1236kg/hの部分流(4)を取り出した。高沸点性の不純物(5)を、115℃の温度、2026kg/hの流量で塔底で排出した。側方取出口で、有価生成物である純粋なブチルアクリラートを、93℃の温度で液状で12720kg/hの量で得た。
【0094】
側方取出物(3)は、以下の組成を有した:
n-ブチルアクリラート:98.75質量%。
水:0.01質量%未満
n-ブタノール:0.4質量%未満
ジ-n-ブチルエーテル:1798質量ppm
n-ブチルアセタート:6640質量ppm
ブトキシエステル:0.01質量%未満
(n-ブチルアクリラートに対して)より高沸点のさらなる物質:残部。
【0095】
99.5質量%超のアクリラートの最小含有量、および副成分n-ブチルアセタートについては100ppmであり、副成分ジ-n-ブチルエーテルについては1000ppmであるという商習慣上の仕様は維持されない。
【0096】
n-ブチルアクリラートに関する蒸留収率は、90%超であった。
【0097】
隔壁(8)の上端部での液体に関する液体量比である濃縮部(10):回収部(11)は、1:2であった。隔壁(8)の下端部で、蒸気流量の分配を、回収部(12):濃縮部(13)=3:1の比率で行った。蒸発器の加熱出力は、3824kWであった。
図1
図2