專利名稱：廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢舊有機玻璃的回收利用，具體是指以廢舊有機玻璃為原料采用半連續(xù)裂解工藝及裂解與蒸餾一體化裝置制備甲基丙烯酸甲酯。
背景技術(shù)：
有機玻璃生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢料和機械加工中產(chǎn)生的切削物料和碎屑以及使用后的廢棄有機玻璃，如廣告牌、燈具、燈箱、工藝品、裝飾板材、麻將等等，據(jù)目前的不完全統(tǒng)計，其量約占有機玻璃產(chǎn)量的30-40％。隨著有機玻璃應用的發(fā)展及廢舊有機玻璃的增多，從理論上來講，廢舊的有機玻璃與生產(chǎn)量相當。廢舊有機玻璃的回收利用，特別是進行裂解，重新制取單體甲基丙烯酸甲酯(英文Methyl Methacrylate；縮寫MMA)在資源利用、環(huán)境保護及經(jīng)濟效益上都有重大意義。
廢舊有機玻璃的裂解工藝實際運用當中一般可分為間歇法和連續(xù)法。間歇法是最普通的一種方法，也是目前許多生產(chǎn)廠家普遍使用的常規(guī)性方法。該法的主要工藝過程是首先將原料在反應釜中進行間歇式裂解，獲得粗MMA單體；第二步是將裂解后獲得的粗MMA單體放入蒸餾釜中再進行間歇式精餾，以獲得精單體MMA產(chǎn)品。間歇法存在著不少缺點，主要是它的每一釜生產(chǎn)操作的輔助時間長，輔助時間(含加料、裂解完成后的冷卻、出渣等工序的時間)要占到每一釜裂解時間的三分之一。裂解反應的時間達14-18小時，裂解完成后，只有待反應釜冷卻、沒有熱氣體沖出時才可出渣，時間要拖延5-7個小時。因此使用該方法能量消耗大，效率較低，每批操作時間長。
廢舊有機玻璃的連續(xù)裂解法有些方面優(yōu)于間歇法，它能克服間歇法存在的一些缺陷，但其本身由于需滿足進料連續(xù)、出渣連續(xù)及控制穩(wěn)定等要求，而使裝置比較復雜，操作難度大，難以掌握好生產(chǎn)操作條件。再由于廢舊有機玻璃來源各異，組成復雜，含量不穩(wěn)定，很難掌握裂解終點，反而使收率下降。目前還沒有發(fā)現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)廠家有采用連續(xù)法生產(chǎn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的一是為了克服間歇法工藝存在的輔助時間長，出渣頻繁，導致每一釜生產(chǎn)周期長達近20-30個小時的缺陷；二是為了克服連續(xù)法裂解工藝設備復雜、操作要求高、工藝生產(chǎn)難以掌握，導致不被生產(chǎn)廠家采用的缺陷；同時克服上述兩種方法中裂解與蒸餾分開，能量消耗大的缺點。
本發(fā)明人針對背景技術(shù)中的現(xiàn)有工藝及其設備進行了多次反復的改進、試驗，基本上完善了利用廢舊有機玻璃實施半連續(xù)裂解及裂解與蒸餾一體化制備精單體MMA的工藝及其裝置。使得本發(fā)明的操作工藝簡化，輔助時間大大縮短，生產(chǎn)設備結(jié)構(gòu)簡單，易于掌握和操作，產(chǎn)品的純度和收率都較高。
本發(fā)明解決上述問題以及達到上述目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的用廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的工藝及其裝置，所述的工藝是采用半連續(xù)裂解法，所述的裝置是裂解與蒸餾一體化裝置。
本發(fā)明的廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯所述的裝置是裂解與蒸餾一體化裝置，該裝置是在裂解釜上設置有蒸餾塔，塔內(nèi)置有高效填料，塔頂設置有冷凝器、冷卻器及回流裝置和脫水器等，在裂解釜上還設有裂解后期真空抽出冷凝收集系統(tǒng)。
本發(fā)明中所述的裂解釜具有扁橢、圓形的加熱釜底，也可以是碟形或球形狀的加熱釜底。這些形狀的加熱釜底能保證加熱面積與裂解料量之比達到盡量大的比值。而現(xiàn)有的裂解釜為平底圓柱形，它的加熱面積與裂解料量之比約為2m2/1t，而使用本裂解釜，其加熱面積與裂解料量之比約等于6m2/1t。因此該裂解釜傳熱面積大、傳熱快、裂解速度提高。
本發(fā)明中所述的在裂解釜上設置有真空抽出冷凝收集系統(tǒng)，所述的真空抽出冷凝收集系統(tǒng)由真空泵、緩沖器、貯槽、冷凝器等組成，裂解釜連接冷凝器，冷凝器出口連接貯槽，貯槽連接緩沖器到真空泵。該真空抽出冷凝收集系統(tǒng)一是將含MMA較低的黃色裂解氣體冷凝收集，不經(jīng)過與裂解釜相聯(lián)的蒸餾塔，以免污染蒸餾裝置。二是在減壓下可將釜內(nèi)物料裂解得更干凈，可以使釜不經(jīng)冷卻直接出渣。
本發(fā)明中所述的廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的半連續(xù)裂解的工藝是將廢舊有機玻璃原料粉碎后連續(xù)、有序、適量的加入裂解釜中加熱裂解與蒸餾，裂解溫度為140-380℃，一個周期中每一釜(以1000kg原料計)的裂解與蒸餾聯(lián)合操作時間平均為5-7小時。其中在140℃時即有裂解的精單體MMA產(chǎn)品產(chǎn)出，并含有少量水分；在140-280℃溫度范圍內(nèi)裂解出的產(chǎn)品MMA脫水后即為透明清亮液體；280℃以上時，有少量黃色或淡黃色裂解產(chǎn)物產(chǎn)出。
廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的半連續(xù)裂解法的工藝過程是(1)、先將廢舊有機玻璃原料破碎后的粒料存放入原料儲備倉；(2)、通過物料輸送裝置將廢舊有機玻璃碎料連續(xù)、有序、適量的加入裂解與蒸餾一體化裂解反應釜中，一直到加入的總料量達裂解釜體積的7-8倍時停止加入；溫度控制在140-280℃；在此溫度的裂解反應時段內(nèi)收集餾出液，經(jīng)脫水后即為精單體MMA；(3)停止進料后，當溫度在280℃以上時有少量的黃色或淡黃色裂解產(chǎn)物析出，這時通過真空抽出、冷凝收集系統(tǒng)收集裂解釜內(nèi)的這部分裂解產(chǎn)物；(4)、裂解完成后出渣。
本發(fā)明由于采用半連續(xù)裂解法及裂解與蒸餾一體化裝置，實現(xiàn)了裂解與蒸餾聯(lián)合及半連續(xù)操作工藝。因此本發(fā)明的積極效果及優(yōu)異之處如下1、設備和工藝參數(shù)先進，能使廢舊有機玻璃進行有序的裂解，其純度和產(chǎn)率較高，在裂解溫度140-280℃范圍裂解出的甲基丙烯酸甲酯產(chǎn)品為透明清亮液體，純度為97-99％(皂化法)，產(chǎn)率為85-92％(產(chǎn)品量/裂解料量)。
2、裂解與蒸餾一體化工藝及裝置不需要另外加蒸餾釜，省去了精餾過程的工序和節(jié)約了能量，使得設備裝置簡單化，生產(chǎn)成本降低。
3、消除了在蒸餾釜中再聚合現(xiàn)象，也排除了甲基丙烯酸甲酯二聚體、三聚體跑入產(chǎn)品中的可能，節(jié)約了蒸餾的能量，減少了損失，包括在蒸餾中的聚合、系統(tǒng)中的揮發(fā)等損失。
4、裂解與蒸餾一體化裝置的生產(chǎn)能力大，一個半連續(xù)裂解釜相當于間歇法中3-4個相同體積的裂解釜。
試驗數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的工藝及裝置所獲得的產(chǎn)品MMA與現(xiàn)有技術(shù)的最好的質(zhì)量相當，符合有關(guān)的應用要求。具體數(shù)據(jù)列表如下指標合成的典型產(chǎn)品國內(nèi)優(yōu)質(zhì)裂解產(chǎn)品本發(fā)明的產(chǎn)品(槽樣實測)MMA純度/％99.9 98 98.5(皂化法)色度 ≤10 ≤15 14(HPHA)酸度/％ 0.0030.003 0.003含水量/％ 0.03 0.03 0.03(以MMA計)


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進一步說明圖1是本發(fā)明半連續(xù)裂解法裂解與蒸餾一體化方框示意圖；圖2是本發(fā)明裂解與蒸餾一體化裝置示意圖。
圖中所示1、裂解釜；2、蒸餾塔；3、溫度計口；4、連續(xù)進料口；5、真空抽出收集口；6、出渣口。21、冷凝器；22、冷卻器；23、脫水器；51、冷凝器；52、貯槽；53、緩沖器；54、真空泵。
具體實施例方式
參照附圖1、2所示，本發(fā)明為半連續(xù)裂解法及裂解與蒸餾一體化裝置，該裝置是在裂解釜1上設置有蒸餾塔2，塔內(nèi)置有高效填料，塔頂設置有冷凝器21、冷卻器22、脫水器23；本發(fā)明中所述的裂解釜底為扁橢、圓形，或碟形，以及扁球形。這種形狀的裂解釜底可以保證加熱面積與裂解料量之比達到盡量大的比值。在裂解釜上還設有裂解后期真空抽出冷凝收集系統(tǒng)，所述的真空抽出冷凝收集系統(tǒng)由真空泵54、緩沖器53、貯槽52、冷凝器51等組成，裂解釜1上連接冷凝器51，冷凝器出口連接貯槽52，貯槽連接緩沖器53到真空泵54；裂解釜1上設置有連續(xù)進料口4、溫度計口3、出渣口6。本發(fā)明的工藝是將廢舊有機玻璃原料粉碎后通過裂解釜1上的進料口4連續(xù)不斷的投入反應釜1中加熱裂解與蒸餾，溫度控制在140-280℃；在此溫度的裂解反應時段內(nèi)收集餾出液，經(jīng)脫水后即為精單體MMA。停止進料后，當溫度在280℃以上時有少量的黃色或淡黃色裂解產(chǎn)物析出，這時通過真空抽出、冷凝收集系統(tǒng)收集裂解釜內(nèi)的這部分裂解產(chǎn)物。當已無裂解氣抽出時，停止裂解，實施出渣。
本發(fā)明裝置實施舉例如下本裝置設計制作的裂解釜可放入廢舊有機玻璃碎料1000kg；裂解釜上連接的蒸餾塔內(nèi)為高效填料，頂部設置冷凝器、冷卻器及回流裝置和脫水器，裂解氣體從塔頂出來經(jīng)冷凝冷卻后，以液體狀態(tài)收集。釜蓋處設有連續(xù)加料裝置及真空收集系統(tǒng)。粉碎的廢舊有機玻璃粒料初始加入700kg到裂解釜內(nèi)，冷凝器中通入冷卻水后，開始加熱升溫。約在140℃時就有少量裂解氣體產(chǎn)出。裂解氣體通過塔柱與冷凝回流的液體進行傳質(zhì)、交換，達到精餾的目的。從塔頂出來的氣體經(jīng)冷凝冷卻后收集。待裂解到2小時以后，裂解溫度200℃左右，開始連續(xù)進料，其進料的速度與裂解速度相當，經(jīng)過39個小時的連續(xù)進料，共加入7200kg粒料。停止加料，繼續(xù)將釜內(nèi)物料裂解。經(jīng)2小時后，裂解出來的液料開始變微黃色時，停止精餾出料，啟動真空收集系統(tǒng)，同時開始升溫，80分鐘后，已無裂解氣抽出，停止裂解，實施出渣。
經(jīng)由裂解與蒸餾裝置收集的精單體MMA經(jīng)脫水后，得產(chǎn)品6270kg，外觀為純白清亮透明液體。皂化法檢測MMA純度含量為98.5％；以廢舊有機玻璃碎料為基準計，產(chǎn)率為87.1％。經(jīng)由真空抽出系統(tǒng)裝置收集的黃色料252kg，產(chǎn)出率為3.5％。此一操作周期，包括裂解與全部的輔助時間，共計45小時，平均一個周期中每一釜(以1000kg原料計)耗時為6.3小時。
權(quán)利要求
1.廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的裝置，其特征是所述的裝置為裂解與蒸餾一體化裝置，該裝置是在裂解釜上設置有蒸餾塔，塔內(nèi)置有高效填料，塔頂設置有冷凝器、冷卻器及回流裝置和脫水器，在裂解釜上還設有后期裂解真空抽出冷凝收集系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的裂解與蒸餾一體化裝置，其特征是所述的裂解釜底為扁橢、圓形，或碟形以及扁球形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的裂解與蒸餾一體化裝置，其特征是真空抽出冷凝收集系統(tǒng)由真空泵、緩沖器、貯槽、冷凝器組成，裂解釜連接冷凝器，冷凝器出口連接貯槽，貯槽連接緩沖器再到真空泵。
4.廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的半連續(xù)裂解工藝，其特征是所述的工藝為將廢舊有機玻璃原料粉碎后的粒料連續(xù)有序的加入裂解加熱釜中裂解與蒸餾，加入量為釜積的7-8倍時停加，溫度范圍為140-380℃，每一釜(以1000kg原料計)的裂解與蒸餾時間平均為5-7個小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的半連續(xù)裂解工藝，其特征是該工藝過程為(1)、先將廢舊有機玻璃原料破碎后的粒料連續(xù)有序的加入裂解與蒸餾一體化裂解反應釜中，溫度控制在140-280℃；在裂解反應時段內(nèi)收集餾出液，經(jīng)脫水后即為精單體產(chǎn)品；(2)停止進料，當溫度在280℃以上時則有黃色或淡黃色裂解產(chǎn)物析出，這時啟用真空抽出冷凝收集裝置，收集裂解釜內(nèi)的這部分裂解產(chǎn)物；(3)、無裂解氣抽出，停止裂解工序，實施出渣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的半連續(xù)裂解工藝，其特征是在140℃時即有裂解的甲基丙烯酸甲酯產(chǎn)出，并含有少量水分；在140-280℃溫度范圍內(nèi)裂解出的甲基丙烯酸甲酯產(chǎn)品為透明清亮液體；純度為97-99％，產(chǎn)率為85-92％。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢舊有機玻璃制備甲基丙烯酸甲酯的工藝及其設備，它公開了一種半連續(xù)裂解法及其裂解與蒸餾一體化裝置。本發(fā)明實現(xiàn)了裂解與蒸餾聯(lián)合操作工藝，該工藝過程將廢舊有機玻璃原料粉碎后的粒料連續(xù)有序適量的加入裂解反應釜中加熱裂解與蒸餾，溫度范圍為140－380℃，當連續(xù)進料達一定量時，停止進料進行后期裂解和處理，一個周期中每一釜(以1000kg原料計)的裂解與蒸餾時間平均為5－7個小時。本發(fā)明是在140℃時即有裂解的MMA產(chǎn)出；在140－280℃溫度范圍內(nèi)裂解出的MMA產(chǎn)品脫去了水分后為透明清亮液體；純度為97－99％，產(chǎn)率為85－92％。
文檔編號C07C69/54GK1560021SQ200410026440
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者廖活強 申請人:廖活強