[发明专利]用于制备二乙烯基芳烃二氧化物的工艺和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月19日提交的临时申请序列号61/836,867的优先权，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于制备二乙烯基芳烃二氧化物的工艺和设备。

发明背景

二乙烯基芳烃二氧化物(诸如二乙烯基苯二氧化物(DVBDO)、环氧乙烷化合物)可比传统的环氧树脂化合物有利地具有低于1,000倍的粘度(例如，8mPa-s-12mPa-s)；并且二乙烯基芳烃二氧化物树脂宜用于许多应用中，包括例如涂料、层压制品和粘合剂。因此，它将推进本领域以提供一种在商业规模上以高产率及高选择率制备环氧乙烷化合物的工艺。

目前已知的用于产生环氧乙烷化合物的工艺包括间歇式工艺、半间歇式工艺或连续工艺。用于制备二乙烯基芳烃二氧化物树脂(诸如DVBDO)的已知间歇式或半间歇式工艺具有例如涉及以下的缺点：具有高达606kJ/mol的净反应热的二乙烯基苯(DVB)的高度放热氧化，以及对于含有高达13重量百分比(wt％)的DVB的进料流组合物的升至523K的绝热温度。例如，半间歇式工艺的反应放热通过在4-5小时内缓慢地加入反应物导致长达6小时的长处理时间来加以解决；并因此该工艺生产率被视为低的。例如，在15.14立方米的间歇式反应器中产出的DVBDO的产率为约150kg/小时。

美国专利号2,977,374公开了一种用于制备环氧乙烷化合物的连续工艺；以及连续工艺相比间歇式合成的优势。W0/2012/082482和WO2011/084687A1公开了一种在过氧羧酰亚胺酸试剂存在下由二乙烯基苯生产二乙烯基芳烃二氧化物的工艺。WO/2012/082482提及使用一种包括连续搅拌釜反应器(CSTR)和活塞流反应器(PFR)组合以连续地处理二乙烯基苯二氧化物的工艺。

发明概要

本发明的一个目的是提供一种明显地缩短处理时间的连续工艺；以及改善由该工艺生产的环氧乙烷产物的产率和选择率。例如，在一个实施方案中，使用本发明的工艺制备环氧乙烷产物的处理时间的预期节省可包括节省30分钟或更长时间且停留时间减少多达12倍。

本发明的另一目的是提供可快速放大规模用于商业用途的连续工艺。本发明的连续工艺的容量可简单地扩大以满足市场对环氧乙烷产物(诸如DVBDO)的需求。连续工艺更易放大规模且能够使容量快速增长以匹配产物需求增长。

本发明的又一目的是提供通过更好的热管理和控制的停留时间可改善环氧乙烷产物的产率和选择率的连续管式反应器工艺。

而且，本发明的又一个目的是提供一种反应器设计，其包括适用于确保pH控制的进料分配设计且因此改善通过本发明的工艺制备的环氧乙烷产物的产率和选择率。

本发明的另一个重要目的是提供一种用于控制反应工艺的热排除例如以避免失控反应，即环氧化物的自催化、自热式、放热反应导致不受控的温度和/或压力增加的方法及装置。本发明通过在失控反应具有较低发生可能性的温度和停留时间下操作有利地降低了失控反应的风险。

为了满足上述目的，本发明涉及一种用于制备二乙烯基芳烃二氧化物的提供提高的产率和选择率的新型连续工艺；以及在一个优选的实施方案中，涉及一种用于此类工艺的包括例如利用CSTR、PFR，或CSTR与PFR反应器的组合的分配式进料以经操作提高产率及选择率的新型反应器设计。本发明的优选实施方案示于图1-3中。例如，本发明的新型工艺和反应器设计有利地提高了二乙烯基芳烃二氧化物(诸如DVBDO)的产率和选择率。

本发明的一个实施方案包括一种用于制备二乙烯基芳烃二氧化物的工艺，其包括以下步骤：

(a)将一种或多种下述反应物的进料流供料至反应器系统中：(i)至少一种二乙烯基芳烃，(ii)至少一种氧化剂，和(iii)至少一种溶剂，以在所述反应器系统中形成反应混合物；

(b)使所述反应混合物中步骤(a)的一种或多种反应物的进料流连续地在一起反应；以及

(c)当步骤(b)的反应物在一起反应时控制反应混合物的热排除；其中所述热排除足以提供反应步骤(b)中反应物的少于约180分钟停留时间的反应混合物中反应物的停留时间。

本发明的另一个实施方案包括一种用于连续地制备二乙烯基芳烃二氧化物的设备，其包括：

(A)一种用于将一种或多种下述反应物的进料流供料至反应器系统中的装置：(i)至少一种二乙烯基芳烃，(ii)至少一种氧化剂，和(iii)至少一种溶剂，以在反应器系统中形成反应混合物；