CN1053179C - 粗(甲基)丙烯酸的纯化 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了纯化粗(甲基)丙烯酸的方法，其中向粗(甲基)丙烯酸中加入伯胺化合物和有机磺酸，然后通过蒸馏处理该粗(甲基)丙烯酸。
Description
本发明涉及从通过催化气相氧化法制备的粗(甲基)丙烯酸中分离醛的方法，其中将伯胺和/或其盐加到粗(甲基)丙烯酸中，并通过蒸馏由混合物中分离出(甲基)丙烯酸。
(甲基)丙烯酸以简化符号来使用，它是指丙烯酸或甲基丙烯酸。伯胺是指含有至少一个-NH2基的化合物。
(甲基)丙烯酸其本身或其酯形式对于制备具有广泛用途例如用作粘合剂的聚合物尤为重要。
(甲基)丙烯酸是可得到的，特别是通过将含有3或4个碳原子的烷烃、链烷醇、烯烃或醛进行催化气相氧化反应制得。例如，特别优选的是，(甲基)丙烯酸通过丙烯、丙烯醛、叔丁醇、异丁烯、异丁烷、异丁醛或2-甲基丙烯醛的催化气相氧化反应而得到。然而，其他可能的起始化合物是，由其在气相氧化反应过程中能首先形成实际为C4起始化合物作为中间体的化合物。一个实例为叔丁醇甲醚。这些原料气体通常用惰性气体如氮气、CO2、饱和烃和/或水蒸汽稀释，然后与氧气混合，并在升温下，如果需要在超计大气压下，使其通过过渡金属混合氧化物催化剂，将其氧化转化为(甲基)丙烯酸，通过在适当的吸收剂(例如水或70％至75％wt.二苯醚和25％至30％Wt.联苯的混合物)中吸收从产物气流中分离出(甲基)丙烯酸(参见：例如EP-A297445和德国专利2136396)。
通过分离工艺除去吸收剂(如果必要的话，在使在吸收剂中具有低溶解度的杂质解吸之前，进行汽提，例如用空气汽提)，所述分离方法包括萃取和/或蒸馏(例如，通过蒸馏除去吸收剂水，通过共沸蒸馏或萃取从水溶液中分离出酸，然后通过蒸馏除去萃取剂)，这样便得到酸，即在本文中被称为粗(甲基)丙烯酸。
由于在催化气相氧化过程中发生了大量联立反应和副反应，使得粗(甲基)丙烯酸不是纯产品。而是含有各种不同的杂质(通常杂质含量≤2％Wt；参见：EP-B-169254)，这些杂质主要是由与催化气相氧化反应的起始化合物及所生成的(甲基)丙烯酸化学相关的醛组成。因此，粗(甲基)丙烯酸通常不仅含有乙酸、甲酸和丙酸杂质，而且还含有甲醛、乙醛、丙烯醛、2-甲基丙烯醛、丙醛、正丁醛、苯甲醛、糠醛和丁烯醛杂质。
在粗(甲基)丙烯酸中含有的杂质对于(甲基)丙烯酸的各种应用是很不利的(参见例如德国公开申请DAS 2207184)。例如，聚合反应的诱导时间，即达到聚合温度与聚合反应实际开始之间的时间可能不会重现，或聚合度被降低。此外，聚合物往往会变色。
因此，对于这些预期的用途，实际上特别理想的是从粗(甲基)丙烯酸中分离出杂质并将粗(甲基)丙烯酸转化为纯(甲基)丙烯酸。一般是通过蒸馏来完成，例如，通过两个连续精馏步骤除去比(甲基)丙烯酸沸点温度低并在较高温度下沸腾的杂质(参见例如EP-B 102642)。
然而，所遇到的问题是，某些或全部醛类杂质具有与(甲基)丙烯酸类似的物理性质，因此，仅通过精馏分离(甲基)丙烯酸可能只能使用不经济数目的塔盘和/或不经济的回流比。
因此，DE-B2207184和英国专利1346737公开了纯化粗丙烯酸的方法，其包括将至少一种伯胺，如肼、苯肼、苯胺、单乙醇胺、乙二胺或甘氨酸加入到粗丙烯酸中，并通过蒸馏从混合物中分离出丙烯酸。
显然伯胺在很大程度上键连到所含的杂质醛上，以致于一个后续的简单蒸馏分离步骤便足以达到对醛杂质的很高的分离效率。
EP-A270999相应地提出在蒸馏处理之前，以每摩尔存在的醛1至3摩尔的量向粗(甲基)丙烯酸中加入氨基胍和/或其盐。
DE-A4201697公开了在蒸馏处理之前，向粗(甲基)丙烯酸中加入芳基磺酸。类似地，DE-B2207184也提出在蒸馏处理之前加入硫酸。JP-A117716/75提出混合物吩噻嗪/磺酸作为丙烯酸的聚合抑制剂。
然而，这些现有技术方法的缺点是，在蒸馏过程中，由于存在上述添加剂使蒸馏装置(特别是蒸发表面)很快被沉积物覆盖，因为当在没有这些添加剂通过蒸馏处理粗(甲基)丙烯酸时就不会产生所述沉积物(然而，这种没有添加剂的蒸馏处理只会导致对在粗(甲基)丙烯酸中含有的醛杂质的很差的分离效果)。
显然，沉积物的形成是添加剂与醛杂质的直接反应的产物和/或是在蒸馏处理过程中由所述杂质形成的次要产物。
本发明的目的是提供从通过催化气相氧化法制备的粗(甲基)丙烯酸中分离醛的方法，其中将伯胺和/或其盐加到粗(甲基)丙烯酸中，并通过蒸馏从混合物中分离出(甲基)丙烯酸，在该方法中减少了所述沉积物的形成。
现已发现该目的是通过从粗(甲基)丙烯酸中分离出醛的方法来实现的，所述粗(甲基)丙烯酸是通过催化气相氧化法制备的，在所述分离方法中将伯胺和/或其盐加入到粗(甲基)丙烯酸中，并通过蒸馏从混合物中分离出(甲基)丙烯酸，其中，除了加入的伯胺和/或其盐外，在蒸馏处理之前向粗(甲基)丙烯酸中加入至少一种有机磺酸和/或其盐(特别是碱金属盐)。有利的是如果将有机磺酸在25℃加入水中，它能减小水的表面张力。通常，对每摩尔加入的伯胺化合物，加入至少0.1但不大于5摩尔的至少一种有机磺酸，因为超出这种加入量也没有达到改进的效果。对每摩尔加入的伯胺化合物优选加入0.5至2摩尔的至少一种有机磺酸。
一种或多种有机磺酸的加入优选在蒸馏处理之前不久进行，即优选只将伯胺化合物先加入到粗(甲基)丙烯酸中，优选使混合物静置一段时间(反应时间依赖于温度；在20至100℃，反应时间为几分钟至几小时；最好将混合物在室温下放置)，然后加入一种或多种芳基磺酸化合物，随后进行蒸馏处理。另一种方法是，也可以在加入伯胺化合物之前或同时加入有机磺酸。而且，有机磺酸可以仅在蒸馏塔的塔盘、塔顶加入或通过回流加入到塔中。当已经形成沉积物时有机磺酸的加入也是成功的。
适宜的有机磺酸是例如下述通式的链烷磺酸
R1-SO3H，式中R1是C1-C20烷基。这些链烷磺酸的盐，特别是碱金属盐也是适宜的。优选甲磺酸和其盐。
芳基磺酸和其盐也是有用的。适宜的芳基磺酸化合物是甲苯磺酸，如对甲苯磺酸，苯磺酸，苯酚磺酸，二甲苯磺酸，二丁基萘磺酸和其盐，特别是其碱金属盐。然而，特别适宜的是烷基芳基磺酸和其盐，其中又优选只有一个烷基取代基的化合物。芳基优选为苯或萘环系。
烷基最好具有5至16个碳原子。
特别适宜的是烷基苯磺酸和其盐，即下述通式化合物
式中M为氢或另一种阳离子，例如碱金属离子，R2为C5-C16烷基。R2优选为C8-C12烷基。
在上述通式的烷基苯磺酸化合物中，十二烷基苯磺酸及其盐占有显著的位置。这特别适用于下述通式的十二烷基苯磺酸化合物：
其中n和m是其和必须为9的整数。非常普遍地认为，芳基磺酸化合物优选以其完全酸型加入，即芳基磺酸是优选的添加剂。这也适用于烷基磺酸化合物和芳烷基磺酸化合物，它们也适宜作为本发明的有机磺酸化合物而被加入。
所加入的适宜的伯胺和/或其盐是已被现有技术提出填加的所有伯胺和/或其盐。其实例(为简便起见只列出胺形式；以相应方式得到盐)有肼及其衍生物，如脒基肼(氨基胍)和苯肼，芳胺，优选具有多至12个碳原子的芳胺，例如苯胺、邻、间和对甲苯胺及邻、间和对苯胺、氨基羧酸例如甘氨酸，氨基醇如乙醇胺(2-氨基乙醇)，以及具有1至12个碳原子的链状、支链或环状脂族胺，例如甲胺。多官能伯胺当然也是适宜的，即具有一个以上例如2、3或4个-NH2基的化合物也是实用的。实例有1，2-二氨基乙烷、腐胺(四亚甲基二胺)和尸胺(五亚甲基二胺)。当然既有-NH2基又有-SO3H基的化合物也是适宜的，如磺胺酸(4-氨基苯磺酸)。
所加入的伯胺的适宜的盐特别优选其碳酸氢盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化物。氨基胍碳酸氢盐可以举例说明，所述化合物是优选加入的氨基胍化合物。所加入的混合物特别优选只包括氨基胍碳酸氢盐和十二烷基苯磺酸加入的伯胺或其盐的量为每摩尔醛杂质至多5摩尔。
当然，也可以使用新方法从(甲基)丙烯酸中分离出醛，所述(甲基)丙烯酸不是粗(甲基)丙烯酸，即它是通过除对C3或C4化合物的催化气相氧化以外的方法得到的，因此因其他原因而含有醛杂质。
对本发明改性的粗(甲基)丙烯酸的蒸馏处理优选在减压下进行，最好是≤100mbar通常为10至100mbar。相应地，相关沸点一般是70至105℃。
在下列情况下该新方法特别重要，即粗甲基丙烯酸通过催化气相氧化法的制备是由2-甲基丙烯醛开始，特别是当2-甲基丙烯醛是通过叔丁醇、异丁烷或异丁烯的催化气相氧化制备的，或是根据EP-B92097或EP-B58927通过甲醛与丙醛的反应制备的，而特别是当叔丁醇、异丁烷或异丁烯的催化气相氧化反应是用通式I的催化活性物质，在300至400℃下，并且除了具体的温度范围外，其他方面根据现有技术德国申请P 40 23239.5(O.Z.0050/41774)的条件进行的，所得2-甲基丙烯醛不用中间纯化而用于进一步的氧化反应中，
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 gOn (I)，其中：
X1是镍和/或钴，
X2是铊、碱金属和/或碱土金属，
X3是磷、砷、硼、锑、锡、铈、铅、铌和/或钨，
X4是硅、铝、钛和/或锆，
a为0.5至5.0，
b为0.01至3.0，
C为3.0至10.0，
d为0.02至2.0，
e为0至5.0，
g为0至10
n是通过式I中除氧外的元素的价数和频数决定的数目。已经证实该新方法特别有用的是，当2-甲基丙烯醛的催化气相氧化是除具体温度范围以外根据现有技术德国申请P41 32263.0(O.Z0050/42719)的条件，在200至350℃下进行，或是根据现有技术德国申请P41 32684.9(O.Z.0050/42725)的条件在250至400℃下进行。
当然，新方法是在聚合抑制剂存在下进行，如空气、氢醌、氢醌单***、对亚硝基苯酚、对甲氧基苯酚或吩噻嗪。
按粗(甲基)丙烯酸计，聚合抑制剂的用量为50至1000ppm。
新方法特别有利的在于存在芳羟基化合物作为聚合抑制剂，如氢醌和氢醌单甲醚。
该新方法的区别特征在于一方面它提供了通过蒸馏从粗(甲基)丙烯酸中特别有效的分离出醛杂质，另一方面基本上抑制了沉积物的伴生。因此，该新方法特别适用于连续工艺，如DE-A 4201697中所述。
实施例1
按照EP-B58927实施例1的方法，通过甲醛和丙醛的缩合及随后的共沸蒸馏来制备2-甲基丙烯醛。根据EP-B297445的方法中的实施例(催化气相氧化)由2-甲基丙烯醛得到甲基丙烯酸水溶液。将其在50至70℃以用于氧化反应的合成气(新鲜空气)汽提(对新鲜空气的量见EP-A 297 445的表1)，然后根据民主德国专利54354的实施例6用异辛酸萃取，所得到的甲基丙烯酸/异辛酸混合物按照所述的公开专利的实施例10蒸馏分离。向如此得到的粗甲基丙烯酸中加入944ppm(按粗酸重量计)氨基胍碳酸氢盐，缓和搅拌下使所得混合物在室温下静置约6小时。
然后，将以此方式处理的粗甲基丙烯酸连续进料(0.5l/h)到精馏塔中，通过塔顶分离出沸点比甲基丙烯酸沸点低的杂质。将从该塔排放出的塔底产物连续转移到蒸馏釜中，高纯度的甲基丙烯酸通过釜顶部蒸出(蒸馏温度：105℃，压力：100mbar，所得甲基丙烯酸的醛纯度：＜1ppm CO(以2-甲基丙烯醛计))。所用的精馏塔是两壁上均镀银的绝缘双壁填充塔(直径：50mm，长度：1m，5mm线网旋圈，塔底温度：105℃，压力：100mbar)。
在连续操作仅2小时后，发现精馏塔和蒸馏釜的底部含有大量固体沉淀(黄褐色淤渣)，一方面它们导致沉积物的形成，而沉积物会妨碍热传递，另一方面它们导致管路和泵的堵塞，从而使该装置不得不在3小时后停车。
在相同条件下重复该实施例，不同的是在蒸馏处理之前另外加入与加入的氨基胍碳酸氢盐等摩尔量的十二烷基苯磺酸。
连续操作48小时后，在精馏塔和蒸馏釜底部仍没有固体沉积物。所得甲基丙烯酸的醛纯度同样也小于1ppm的CO(按2-甲基丙烯醛计)。
在两种情况中，该方法均在200ppm氢醌单甲醚(按粗酸重量计)作为聚合抑制剂的存在下进行。实施例2
在连续操作的玻璃精馏塔中，其蒸发器是借助于金属电热元件加热的玻璃对流再沸器，将通过根据DE-A4302991中的实施例B1的丙烯醛的催化气相氧化并接着根据DE-A2136396中的实施例B1对反应气进行处理而得到的140ml/h粗丙烯酸经过上述蒸发器连续进料。从蒸发器中连续移出相同量的粗酸。蒸发的粗酸在精馏塔上面冷凝，并定量转移回流到塔顶。用吩噻嗪经塔顶来稳定该塔。在将丙烯酸进料到蒸发器中之前，已将1100ppm(按粗丙烯酸重量计)氨基胍碳酸氢盐加到所述丙烯酸中。在精馏过程中，在加热元件上形成沉积物，在40小时操作时间后测定沉积物的重量。结果列在下表中，向所述的粗丙烯酸中加入每摩尔氨基胍化合物为1.5mol的各种有机磺酸，然后立即将其进料到蒸发器中，所得结果也列在下表中。
表
实施例3
| 加入的磺酸 | 沉积物的量(mg) |
| 对甲苯磺酸十二烷基苯磺酸甲磺酸二甲苯磺酸二丁基萘磺酸 | 4005020105070 |
步骤与实施例2相同，不同的是加入450ppm肼单水合物以代替1100ppm氨基胍碳酸氢盐。操作5小时后，形成的沉积物的量达到2200mg。将每摩尔加入的肼为1.5mol的十二烷基苯磺酸也加入粗丙烯酸中，然后立即将其进料到蒸发器中，即使在操作40小时后，形成的沉积物的量仍小于10mg。
Claims (10)
1.纯化含有醛杂质的(甲基)丙烯酸的方法，其中将伯胺或其盐加入到(甲基)丙烯酸中，并通过蒸馏从该混合物中分离出(甲基)丙烯酸，其中，除了加入的伯胺或其盐外，在蒸馏处理之前向含有醛杂质的(甲基)丙烯酸中加入至少一种有机磺酸或其盐。
2.权利要求1的方法，其中每摩尔醛杂质加入多至5摩尔伯胺或其盐。
3.权利要求1的方法，其中每摩尔加入的伯胺化合物加入多至5摩尔至少一种有机磺酸或其盐。
4.权利要求1的方法，其中每摩尔醛杂质加入1至3摩尔伯胺或其盐，每摩尔加入的伯胺化合物加入0.5至2摩尔至少一种有机磺酸或其盐。
5.权利要求1至4中任一权利要求的方法，其中加入的伯胺化合物包括肼或肼衍生物。
6.权利要求1至4中任一权利要求的方法，其中加入的伯胺化合物包括氨基胍或其盐。
7.权利要求6的方法，其中加入的伯胺化合物包括氨基胍碳酸氢盐。
8.权利要求1至4中任一权利要求的方法，其中加入的磺酸化合物包括十二烷基苯磺酸。
9.权利要求1至4中任一权利要求的方法，其中含有醛杂质的(甲基)丙烯酸是通过催化气相氧化法制备的粗(甲基)丙烯酸。
10.权利要求1至4中任一权利要求的方法，该方法是连续进行的。
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