[发明专利]使用在线近红外分析法控制纯化(甲基)丙烯酸的工艺

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年10月1日提交的美国临时申请号61/101,743的权益。

发明领域

本发明涉及(甲基)丙烯酸的制造。在一方面，本发明涉及(甲基)丙烯酸的制造，其中将(甲基)丙烯酸回收并且使用一种偶联的双塔纯化系统将水和乙酸去除，同时在另一方面，本发明涉及通过监测该系统的水、乙酸和/或(甲基)丙烯酸含量来控制该系统的操作。在又另一个方面，本发明涉及通过使用在线近红外(IR)光谱法监测这些含量。

发明背景

(甲基)丙烯酸和商品丙烯酸酯类(甲酯、乙酯、丁酯和2-乙基己酯)包含用于控制聚合物性能特征的最通用的单系统列中的一种。这些单体全都具有alpha beta(α，β)不饱和羧基结构并且在表面涂层、粘合剂和塑料中得到广泛的应用。而且，聚丙烯酸的钠盐被广泛用作婴儿尿布中所见的超吸收性聚合物。对于仅仅丙烯酸粗品的世界生产能力几乎为每年80亿磅。

术语“(甲基)”是指该术语中包含甲基取代的化合物。例如，术语(甲基)丙烯酸单独地和共同地代表丙烯酸和甲基丙烯酸。尽管本发明的工艺可以用于制备丙烯酸和甲基丙烯酸，但是出于简化的原因，以下描述将是指丙烯酸。

现如今，大多数(若非全部)丙烯酸是使用丙烯的高温两级空气氧化工艺生产的。在第一级中，丙烯被空气氧化成丙烯醛，并且之后直接进料到第二级中，在第二级中丙烯醛被空气进一步氧化成丙烯酸。在各个级中使用的催化剂是一种混合的金属氧化物。

丙烯酸在一个分离系统中从第二级反应器的产物流中被回收。存在不同的分离系统的设计。一种这样的系统包括连接到一个提取器的骤冷塔，而该提取器又连接到一系列的蒸馏塔。这些热的气体，例如离开该第二级反应器的、在超过230℃的温度下的气体被送至骤冷塔，在该骤冷塔内使它们与水接触。使热气体可冷凝物(例如水、乙酸、丙烯酸等)与热气体不可冷凝物(例如氮气、碳氧化物等)分离。将这些废气送至一个焚烧炉并且将该冷却的(例如低于230℃的温度)残余液体送至一个提取器以除去水。该提取器使用一种有机溶剂来提取丙烯酸。将来自该提取器的水相送至一个柱，在该柱中将残余溶剂共沸地去除而用于再循环。将来自该提取器的有机相送至蒸馏塔系列，从这些蒸馏塔系列中回收丙烯酸粗品。

虽然这些分离系统是有效的，但是对于构建和操作而言全都是相对昂贵的，并且全都包括一系列蒸馏柱，这增加了它们的操作复杂性。每一个塔都要求在塔的顶部添加新鲜的阻聚剂以防止聚合物沾污。抑制剂非常昂贵并且增加了丙烯酸的生产成本。

致力于降低成本并且简化操作，已经提议了多种新的分离系统，其中之一是一种偶联的双塔系统(coupled，two-tower system)，即一个第一或脱水塔连接到一个第二或最终处理塔上。该脱水塔装备有一个部分冷凝器，它起到一个精馏系统的作用。该第二或最终处理塔装备有一个再沸器和一个总冷凝器，并且它从丙烯酸产物中汽提出低沸点和高沸点杂质，该丙烯酸产物最终作为一种侧取馏出物(side-draw)回收。

将来自该第二级反应器的冷却的(230℃或者更低)气态反应产物进料至一个骤冷区，该骤冷区可以位于该脱水柱(若位于该塔之内，则它位于或靠近该塔的基底部)之内或之外。使用来自该最终处理塔的冷凝物来使该反应气体骤冷成为浓缩的丙烯酸溶液。来自该骤冷区的水蒸气上升进入该脱水塔。通过从该顶部下降至排放气体以使丙烯酸损失最小化的回流液将丙烯酸从这个流中涤洗出来。将反应水、乙酸、轻组分化合物以及不可冷凝的气体从该塔的顶部去除，使其中一些再循环到这些反应器并且将其中的剩余物清洗至一个热焚烧炉。

来自该脱水塔的底部液流是70wt％-100wt％的丙烯酸、0-15wt％的水以及0-15wt％乙酸，并且将它直接进料到最终处理塔的顶部或塔顶馏出物，在该最终处理塔中它被用作回流液。使该最终处理塔在真空下操作以防止由于该塔相对较高(40℃或更高的)的工作温度而产生不希望的丙烯酸聚合反应。使该塔顶馏出物蒸气冷凝并且收集到一个接收器中，并且将该冷凝物泵送并且喷雾到该脱水塔的骤冷区中。将粗制或工业级(99+wt％)丙烯酸作为一种水蒸气侧取馏出物回收。