CN1701058A - 防止处理(甲基)丙烯酸及其脂的设备堵塞的方法 - Google Patents

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Abstract

在用于将监视(甲基)丙烯酸及其酯的工艺状态的测量装置和用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备的气相部分和/或液相部分连接的喷嘴或管路中，以0.03～1米/秒的流速，将包含惰性气体、氧气和具有阻聚效果的气体中的至少一种气体吹入连接设备气相部分的喷嘴和/或管路中；以及以0.03～1米/秒的流速，将液体介质吹入连接到所述设备的液相部分的喷嘴和/或管路中，以便避免堵塞处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备。根据本方法，可以获得(甲基)丙烯酸等的设备的稳定和有效地操作，以及降低了制备或贮存(甲基)丙烯酸的成本。

Description

防止处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备堵塞的方法
                      技术领域
本发明涉及防止用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备堵塞的方法，以及实现安全和低成本操作。
                      背景技术
人们已经熟知(甲基)丙烯酸及其酯非常容易聚合，在它们的制备步骤中和化合物的使用中，经常发生聚合，导致无法避免的停止设备的操作。因此，为了防止异常聚合，已经采用了向用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备中加入阻聚剂例如氢醌和含铜化合物的措施。
但是，这些阻聚剂仅在液相中具有阻聚反应性。因此，为了使得液相或由气相的液化形成的液体具有阻聚反应性，必须使用包含氧气的气体(空气或通过用惰性气体例如氮气、二氧化碳或氩气混合调节氧体浓度的气体)以便利用氧气的阻聚反应性。由此，当处理(甲基)丙烯酸及其酯时，其通常接着将包含氧气的气体吹入设备中的操作方法。
以与一般化工厂相似的方式，使用装置例如蒸馏塔、浓缩器、热交换器和储罐作为处理(甲基)丙烯酸等的设备。为了连续操作该设备，并获得低成本的安全操作，测量工艺状态例如压力、温度和液面是重要的。有必要对上述装置安装喷嘴等，并连接测量装置，以便测量工艺状态。但是，在采用喷嘴(nozzle)等的情况下，工艺流体的连续更新一般发生的不频繁，导致停留时间延长和阻聚剂供应不足，所以在该部分经常观察到聚合物的产生。
在此部分的聚合物的产生不仅使得不可能正确测量工艺状态，而且使得不可能稳定操作，因为产生的聚合物可以作为聚合物产生的核，随工艺液体到达其它部分，并在其它部分产生聚合物。
为避免这些问题，采用了通过将惰性气体或包含氧气的气体吹入连接气相部分的喷嘴等，或通过将包含阻聚剂的液体吹入连接液相部分的喷嘴等，而防止液体停滞的方法。
但是，在通过将惰性气体或包含氧气的气体吹入连接气相部分的喷嘴等的方法中，装置频繁地操作于减压状态下。因此，在该情况下，气体从减压设备例如真空泵或注射器等排出的量增加。因此，减压设备的尺寸增大，并且由此(甲基)丙烯酸排出到***外的量增加，(甲基)丙烯酸等在减压设备中或其下游聚合，所以产生问题。
而且，因为即使在该装置用于大气压下，上述气体吹入喷嘴等，有必要处理从洗涤器、燃烧炉等装置排出的气体，导致提供处理设备造成高成本。
对于将包含阻聚剂的液体吹入连接液相部分的方法，液体量增加也要求排出液体的泵尺寸增加，与没有液体吹入的情况相比，导致驱动能量消耗增加，例如电、蒸汽或气体。结果，处理(甲基)丙烯酸等的成本增加。
                       发明公开
考虑到上述问题完成了本发明，本发明的目的是稳定和有效地操作用于处理(甲基)丙烯酸等的设备，以降低制造和储存(甲基)丙烯酸的成本。
本发明的发明人已经发现，将规定的气体或液体以规定的流速范围吹入喷嘴或管路中，该喷嘴或管路用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备与用于监视工艺状态的测量装置连接，能够抑制(甲基)丙烯酸等产生聚合，以便防止喷嘴被聚合产物或固体堵塞，由此完成了本发明。
即，本发明是用于防止喷嘴或管路被聚合产物或固体堵塞的方法，所述喷嘴或管路将监视(甲基)丙烯酸及其酯的工艺状态的测量装置与用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备连接，其中：
所述喷嘴或管路连接到用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的气相部分和/或液相部分；和
所述方法包括：
在所述连接到设备的气相部分的喷嘴或管路中，配备气体吹送入口(blowing inlet)，并通过所述气体吹送入口，以0.03～1米/秒的流速，将包含惰性气体、氧气和具有阻聚效果的气体中的至少一种气体吹入所述喷嘴或管路中；以及
在所述连接到设备的液相部分的喷嘴或管路中，配备液体吹送入口，并通过所述液体吹送入口，以0.03～1米/秒的流速，将液体介质吹入所述喷嘴或管路中。
下文中，将详细描述本发明。
本发明是用于防止喷嘴或管路被聚合产物或固体堵塞的方法，所述喷嘴或管路将监视(甲基)丙烯酸及其酯的工艺状态的测量装置与用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备连接。
在本发明中，“用于处理(甲基)丙烯酸及其酯”的设备指能够处理(甲基)丙烯酸及其酯中的任何一种，或处理(甲基)丙烯酸及其酯二者的设备。
在本发明中，“聚合产物或固体”指(甲基)丙烯酸及其酯的聚合物。(甲基)丙烯酸酯的实例包括在反应或蒸馏处理中易于聚合形成聚合产物的酯，例如(甲基)丙烯酸的甲酯、乙酯、正丙酯、异丙酯、正丁酯、异丁酯、2-乙基己酯、异壬基酯、正壬基酯、羟乙酯、乙氧基乙酯、和二甲氧基氨基乙酯。
在本发明中，“用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备(下文中称作“处理设备”)”包括所有用于(甲基)丙烯酸及其酯的制备和存储，例如反应、蒸馏、萃取、吸收、存储和热交换的设备。其具体实例包括反应器、蒸馏塔、收集塔、浓缩器、热交换器、储罐和萃取罐。
“监测(甲基)丙烯酸及其酯的工艺状态的测量装置”用于观察压力、温度和液面等条件，其具体的实例包括分析器例如测压计、液面指示器、温度计、氧气分析器和pH计量器。更具体地，测压计包括隔膜型测压计、波纹管式测压计、和波登管式测压计。温度计的实例包括热电偶温度计、电阻温度计和双金属温度计等。液面指示器的实例包括压力型液面指示器、压差型液面指示器和玻璃液面指示器(gauge glass)等。
在本发明中，提供喷嘴或管路来连接上述处理设备和测量装置。该喷嘴或管路连接到处理设备的气相部分和/或液相部分。处理设备的气相部分是在操作处理设备时，处理设备中由气体占据的部分。处理设备的液相部分是在操作处理设备时，处理设备中由液相占据的部分。
然后，在连接到设备的气相部分的喷嘴或管路中，配备气体吹送入口，从该气体吹送入口，将包含惰性气体、氧气、或具有阻聚效果的气体吹入。在连接到设备的液相部分的喷嘴或管路中，配备液体吹送入口，从该液体吹送入口，将液体介质吹入。即，在本发明中，对处理设备，气体吹送入口是对处理设备的气体部分开放的吹送入口。对处理设备，液体吹送入口是对处理设备的液相部分开放的吹送入口。用选自吹送气体的手段和吹送液体介质的手段的适当手段连接吹送入口。
而且，在取决于处理设备的操作条件下，可以作为气相部分或液相部分的部分中，配备连接到吹送气体的手段和传送液体介质的手段二者的吹送入口，以吹送进选自上述气体和液体介质的合适介质。
作为将气体或液体介质吹送进喷嘴或管路中的方法，如图1所示，可以在喷嘴2的部分中配备吹送入口4，并从该入口吹送需要的气体或液体介质，该喷嘴2用于将处理设备1和测量装置3彼此连接。
如上所述，仅仅将规定气体吹入连接气相部分的喷嘴等的缺点是，例如减压设备的尺寸增加，和当工艺在减压下进行，在设备中产生聚合，同时当工艺在大气压下进行时，需要处理排放气体的步骤。仅仅将规定液体吹入连接液相部分的喷嘴等的问题是，排放液体的泵尺寸必须增加，导致成本高。
在本发明中，为了解决上述问题，上述从气体吹送入口吹入的气体的流速设定为0.03～1米/秒，优选0.15～0.5米/秒。另一方面，上述吹入液体吹送入口的液体的流速设定为0.03～1米/秒，优选0.15～0.5米/秒。
喷嘴或管路没有具体限定，并包括通常使用的那些。具体地，可以使用直径3/4～4英寸的管路。
当气体吹送的流速小于0.03米/秒或喷嘴或管路尺寸大于4英寸，易于产生聚合物，因为工艺流体没有充分排放。当流速太高，制备或处理成本增加，因为从设备中排放的气体量增加。
当液体介质吹送流速小于0.03米/秒或喷嘴或管路尺寸大于4英寸，易于产生聚合物，因为工艺流体没有充分排放。当流速太高，用于吹送液体介质的泵尺寸增加，导致驱动功率例如电、蒸汽或气体增加，因此制备或处理成本增加。
当吹送气体或液体介质的流速大于1米/秒时，在处理设备中可能发生聚合，因为影响了处理设备中气体或液体的流速，导致其中扰动，该处理设备中配备了喷嘴，由测量装置测量的数值可能包含错误。
将惰性气体、氧气和具有阻聚效果的气体中的至少一种吹入连接气相部分的喷嘴等中。此处使用的惰性气体的实例包括氮气、氩气、二氧化碳和蒸汽等。另一方面，具有阻聚效果的气体的实例包括氮的氧化物(NOx)。气体可以单独或结合使用。
在吹入连接到气相部分的喷嘴等的气体中，惰性气体和氧气或具有阻聚效果的气体的比例优选为0/100～80/20，更优选0/100～50/50。当惰性气体和氧气或具有阻聚效果的气体结合使用时，混合比例优选为“惰性气体∶(氧气+具有阻聚效果的气体)＝2∶98～96∶4”。
吹入连接到液相部分的喷嘴等中的液体可以是单一溶剂，只要按规定流速流动。这种液体的实例包括液体介质和包含阻聚剂的液体。其中，优选包含阻聚剂的液体作为上述液体。阻聚剂的实例包括酚化合物例如氢醌、甲氧基氢醌、连苯三酚、邻苯二酚、间苯二酚；N-烃氧基化合物例如叔丁基亚硝基氧化物、2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶基-1-氧基、2，2，6，6-四甲基哌啶子基氧基、4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶子基氧基、和4，4′，4″-三-(2，2，6，6-四甲基哌啶子基氧基)亚磷酸盐；吩噻嗪化合物例如吩噻嗪、双-(α-甲基苄基)吩噻嗪、3，7-二辛基吩噻嗪、和双-(α，α′-二甲基苄基)吩噻嗪；铜基化合物例如氯化铜(II)、乙酸铜、碳酸铜、丙烯酸铜、二甲基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜、二丁基二硫代氨基甲酸铜、和水杨酸铜；锰盐化合物例如乙酸锰；苯二胺化合物例如对-苯二胺；亚硝基化合物例如N-亚硝基二苯胺；脲类例如尿素；硫脲类例如硫脲。这些化合物可以单独使用或两种或多种化合物结合使用。
当以少量存在时，室温下是液体或固体的阻聚剂可以防止丙烯酸单体的聚合，所以阻聚剂并不单独使用，而是用作预定的液体介质的溶液或淤浆。在本发明中，这些全部称作“包含阻聚剂的液体”。
作为液体介质，使用水和有机溶剂。有机溶剂的实例醇例如甲醇、乙醇和丁醇；酮例如丙酮、甲乙酮和甲基异丁基酮；羧酸例如乙酸、丙酸、丙烯酸和甲基丙烯酸；芳香烃例如苯、甲苯、二甲苯；乙酸甲酯、乙酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯等。这些化合物也可以作为混合物使用。可以使用的混合物的实例包括水和甲苯的混合物、水和丙烯酸的混合物，以及包含丙烯酸的二聚物或三聚物的粗丙烯酸(例如丙烯酸蒸馏塔的塔底液)。
在包含阻聚剂的液体中，阻聚剂的浓度为饱和溶解度的两倍或更低，优选饱和溶解度的一倍或更低。在饱和溶解度时或之上，存在于液体中的未溶解的阻聚剂，形成淤浆液(slurry liquid)。但是，即使其存在于用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备中，不会发生任何问题，因为在正常操作过程中，其溶解于设备中的液体中。
在用于制备或处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备中，可以通过以上述范围内的流速，将上述规定气体或液体吹入连接喷嘴或管路中，该喷嘴或管路用于连接监视工艺状态的测量装置，并连接到气相或液相部分，可以在低成本下，实现防止物质的聚合并处理物质。
                        附图简述
图1为根据本发明，提供吹送入口的实例的示意图，该吹送入口用于防止处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备中，防止堵塞的方法中。
                    本发明最佳实施方式
下文中，将通过实施例和对比例详细说明本发明。但是，本发明不应该被下面的实施例限制。
实施例1
通过使用直径1400mm的蒸馏塔进行操作，在塔顶压力6KPa和塔顶温度50℃下，蒸馏7.5t/h的丙烯酸溶液，该丙烯酸溶液含有2.9重量％乙酸和6重量％的甲苯，从塔底得到不含甲苯或乙酸的丙烯酸。通过安装在3/4英寸喷嘴上的测压计监测该操作，该喷嘴分别配备在蒸馏装置的上部和下部的气相部分。同时，以1米/秒的速度，将空气(氧气浓度21摩尔％)连续吹入喷嘴中。按此方式连续操作，持续一个月获得稳定操作。
实施例2
使用实施例1中所用的相同的蒸馏设备进行操作，在塔顶压力6KPa和塔顶温度52℃下，蒸馏7t/h的丙烯酸丁酯溶液，该丙烯酸丁酯溶液含有0.5重量％正丁醇和1重量％的水，从塔底得到不含正丁醇和水的丙烯酸丁酯。通过使用3英寸喷嘴，在蒸馏装置的下部配备液位指示器，并监视操作。同时，以0.03米/秒的流速，将包含氧气(氧气浓度6摩尔％，氮气浓度94摩尔％)的气体连续吹入液位指示器的喷嘴的低压侧(气相部分)。另一方面，以0.3米/秒的流速，将在丙烯酸丁酯中具有溶解的3重量％氢醌的液体连续吹入液位指示器的喷嘴的高压侧(液相部分)。按此方式继续操作，持续一个月获得稳定操作。
实施例3
使用高沸点材料分解设备进行操作，在塔顶压力70KPa和塔顶温度143℃下，蒸馏500kg/h的30重量％丙烯酸，丙烯酸含有0.03重量％丙烯酸铜和65重量％丙烯酸二聚物的溶液，从塔顶获得不含有丙烯酸二聚物的丙烯酸。通过使用3英寸喷嘴，在蒸馏装置的下部配备液位指示器，监视操作。同时，以0.06米/秒的速度，连续将氮气吹入液位指示器喷嘴的低压侧(气相侧)。另一方面，高沸点材料分解设备的塔底液体含有0.1重量％丙烯酸铜作为阻聚剂，以0.03米/秒的速度，将其连续吹入液位指示器的喷嘴的高压侧(液相部分)。按此方式继续操作，持续一个月得到稳定操作。
对比例1
使用实施例1的蒸馏设备进行操作，在塔顶压力6KPa和塔顶温度50℃下，蒸馏7.5t/h的丙烯酸溶液，该丙烯酸溶液含有2.9重量％乙酸和6重量％的甲苯，通过安装在3/4英寸喷嘴上的测压计检测该操作，该喷嘴分别配备在塔的上部和下部。开始操作1周后，塔底的压力逐渐增加，因此从开始操作后2周后停止操作并检查设备。确认了整个喷嘴被丙烯酸聚合物堵塞。
对比例2
使用实施例3的分解设备进行操作，在塔顶压力70KPa和塔顶温度143℃下，蒸馏500kg/h的30重量％丙烯酸和70重量％丙烯酸二聚物的溶液，通过使用3英寸喷嘴，在蒸馏装置的下部配备液位指示器，监视操作。在操作开始两天后，塔底的液位指示器变得不稳定，因此从开始操作一周后停止操作，并检查设备。确认了液位指示器喷嘴的高压侧被丙烯酸的聚合物部分堵塞，液位指示器喷嘴的低压侧被丙烯酸的聚合物全部堵塞。
                   工业实用性
根据本发明，可以避免聚合产物或固体堵塞喷嘴或管路，该喷嘴或管路用于将用于监视工艺状态的测量装置和用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备彼此连接，所以用于处理(甲基)丙烯酸等的设备可以稳定和有效地操作，由此降低了制备或贮存(甲基)丙烯酸的成本。

Claims (2)

1.一种用于防止聚合产物或固体堵塞喷嘴或管路的方法，所述喷嘴或管路将用于监视(甲基)丙烯酸及其酯的工艺状态的测量装置与用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备连接，其中：
所述喷嘴或管路连接到用于处理(甲基)丙烯酸及其酯的设备的气相部分和/或液相部分；和
所述方法包括：
在所述连接到设备的气相部分的喷嘴或管路中，配备气体吹送入口，并通过所述气体吹送入口，以0.03～1米/秒的流速，将包含惰性气体、氧气和具有阻聚效果的气体中的至少一种气体吹入所述喷嘴或管路中；以及
在所述连接到设备的液相部分的喷嘴或管路中，配备液体吹送入口，并通过所述液体吹送入口，以0.03～1米/秒的流速，将液体介质吹入所述喷嘴或管路中。
2.根据权利要求1的方法，其中所述方法包括从所述液体吹送入口，将包含阻聚剂的液体作为液体介质吹入。
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