JP7597038B2 - Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法及び熱分解装置 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法及び熱分解装置に関するものである。
Ｎ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法に関して、これまで多くの方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の製造方法では、Ｎ－（２－アルコキシエチル）カルボン酸アミド原料を蒸発させて熱分解するＮ－ビニルカルボン酸アミドの製造方法が開示されている。このように、熱分解によってＮ－ビニルカルボン酸アミドを製造する方法においては、例えば、大気への放熱、熱分解反応器（熱分解工程）での吸熱、機械的なトラブルによる圧力の変化、熱源の供給停止等の要因によって、原料ガス（気化原料）が、蒸発器、蒸発器と熱分解反応器を接続する配管内、又は、熱分解反応器内で、再凝縮により液化し、液化した原料が高温の熱分解反応器に流入することがある。その結果、（ｉ）液化原料が熱分解反応器のチューブ内壁を流れたり、（ｉｉ）液化原料が熱分解反応器のチューブ内壁で再蒸発する前に高分子化することでタール状又は固体状の凝集物（ハルツとも言う）が生成し、熱分解反応器のチューブの閉塞問題を引き起こし、安定運転が困難になることがある。
本発明の目的は、上記問題を解決し、原料ガス（気化原料）が再凝縮により液化することを防止して、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができるＮ－ビニルアセトアミドの製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、蒸発器（蒸発工程）と熱分解反応器（熱分解工程）との間に過熱器（過熱工程）を設け、当該過熱器（過熱工程）にて、（ｉ）原料ガス（気化原料）の過熱温度が、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点よりも所定温度（５℃）高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下となるように過熱すること、及び、（ｉｉ）原料ガス（気化原料）に対して所定熱量を付与すること、の少なくともいずれかを満たすことで、原料ガス（気化原料）が再凝縮により液化することを防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の（１）～（１５）を提供するものである。
（１）Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する供給工程と、前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、 前記気化原料を過熱器に供給し、前記気化原料の過熱温度が前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下となるように過熱する過熱工程と、前記過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含み、前記原料中における前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量が８０～１００質量％である、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（２）Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する供給工程と、前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、前記気化原料を過熱器に供給し、前記気化原料に対して１．０ｋＪ／ｍｏＬ以上の熱量を付与して過熱する過熱工程と、前記過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含み、前記原料中における前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量が８０～１００質量％である、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（３）前記蒸発工程は、減圧下にて行う、上記（１）又は（２）に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（４）前記熱分解工程は、減圧下にて行う、上記（１）～（３）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（５）前記蒸発器は、流下液膜式である、上記（１）～（４）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（６）前記蒸発器は、強制液膜式である、上記（１）～（４）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（７）前記蒸発器の下流端と前記過熱器の上流端とが、第１配管を介して接続されており、前記第１配管の下流端が、前記第１配管中で最も高位である、上記（１）～（６）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（８）前記過熱器の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが、第２配管を介して接続されており、前記第２配管の上流端が、前記第２配管中で最も高位である、上記（１）～（７）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（９）前記蒸発工程と前記熱分解工程との間に、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収工程をさらに含み、前記回収工程は、前記蒸発器と前記熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって、前記液体原料を回収する工程である、上記（１）～（８）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１０）前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが接合されている、上記（９）に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１１）前記原料回収装置の下流端と前記過熱器の上流端とが接合されている、上記（９）又は（１０）に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１２）前記気化原料は、前記原料回収装置を経た後に前記熱分解反応器に供給される、上記（９）から（１１）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１３）前記原料回収装置は、前記気化原料を流通させる筒部と、前記筒部内を流れる前記気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部と、前記回収部によって回収された前記液体原料を前記筒部の外部に排出させる排出配管とを有する、上記（９）から（１２）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１４）原料を蒸発して気化原料を生成可能な蒸発器と、前記蒸発器に接続され、前記気化原料を前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下まで過熱可能な過熱器と、前記過熱器に接続され、前記過熱された気化原料を熱分解可能な熱分解反応器と、を備える、熱分解装置。
すなわち、本発明は、以下の（１）～（１５）を提供するものである。
（１）Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する供給工程と、前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、 前記気化原料を過熱器に供給し、前記気化原料の過熱温度が前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下となるように過熱する過熱工程と、前記過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含み、前記原料中における前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量が８０～１００質量％である、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（２）Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する供給工程と、前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、前記気化原料を過熱器に供給し、前記気化原料に対して１．０ｋＪ／ｍｏＬ以上の熱量を付与して過熱する過熱工程と、前記過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含み、前記原料中における前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量が８０～１００質量％である、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（３）前記蒸発工程は、減圧下にて行う、上記（１）又は（２）に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（４）前記熱分解工程は、減圧下にて行う、上記（１）～（３）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（５）前記蒸発器は、流下液膜式である、上記（１）～（４）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（６）前記蒸発器は、強制液膜式である、上記（１）～（４）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（７）前記蒸発器の下流端と前記過熱器の上流端とが、第１配管を介して接続されており、前記第１配管の下流端が、前記第１配管中で最も高位である、上記（１）～（６）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（８）前記過熱器の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが、第２配管を介して接続されており、前記第２配管の上流端が、前記第２配管中で最も高位である、上記（１）～（７）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（９）前記蒸発工程と前記熱分解工程との間に、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収工程をさらに含み、前記回収工程は、前記蒸発器と前記熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって、前記液体原料を回収する工程である、上記（１）～（８）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１０）前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが接合されている、上記（９）に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１１）前記原料回収装置の下流端と前記過熱器の上流端とが接合されている、上記（９）又は（１０）に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１２）前記気化原料は、前記原料回収装置を経た後に前記熱分解反応器に供給される、上記（９）から（１１）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１３）前記原料回収装置は、前記気化原料を流通させる筒部と、前記筒部内を流れる前記気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部と、前記回収部によって回収された前記液体原料を前記筒部の外部に排出させる排出配管とを有する、上記（９）から（１２）のいずれかに記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
（１４）原料を蒸発して気化原料を生成可能な蒸発器と、前記蒸発器に接続され、前記気化原料を前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下まで過熱可能な過熱器と、前記過熱器に接続され、前記過熱された気化原料を熱分解可能な熱分解反応器と、を備える、熱分解装置。
本発明によれば、原料ガス（気化原料）が再凝縮により液化することを防止して、熱分解反応器のハルツによる閉塞問題を抑制し、長期間安定に連続運転することができるＮ－ビニルアセトアミドの製造方法を提供することができる。
本明細書において、好ましいとする規定は任意に選択でき、好ましいとする規定同士の組み合わせはより好ましいといえる。
本明細書において、「ＸＸ～ＹＹ」との記載は、「ＸＸ以上ＹＹ以下」を意味する。
本明細書において、好ましい数値範囲（例えば、含有量等の範囲）について、段階的に記載された下限値及び上限値は、それぞれ独立して組み合わせることができる。例えば、「好ましくは１０～９０、より好ましくは３０～６０」という記載から、「好ましい下限値（１０）」と「より好ましい上限値（６０）」とを組み合わせて、「１０～６０」とすることもできる。
本明細書において、「ＸＸ～ＹＹ」との記載は、「ＸＸ以上ＹＹ以下」を意味する。
本明細書において、好ましい数値範囲（例えば、含有量等の範囲）について、段階的に記載された下限値及び上限値は、それぞれ独立して組み合わせることができる。例えば、「好ましくは１０～９０、より好ましくは３０～６０」という記載から、「好ましい下限値（１０）」と「より好ましい上限値（６０）」とを組み合わせて、「１０～６０」とすることもできる。
〔Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法〕
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法は、図１に示すように、供給工程Ｓ１と、蒸発工程Ｓ２と、任意の回収工程Ｓ３と、過熱工程Ｓ４と、熱分解工程Ｓ５とを含む。以下に、本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法の詳細について説明する。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法は、図１に示すように、供給工程Ｓ１と、蒸発工程Ｓ２と、任意の回収工程Ｓ３と、過熱工程Ｓ４と、熱分解工程Ｓ５とを含む。以下に、本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法の詳細について説明する。
（供給工程Ｓ１）
供給工程Ｓ１は、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する工程である。
供給工程Ｓ１は、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する工程である。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法は、原料の一部又は全部として、下記構造式（１）で表されるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを用いる。
原料中におけるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量としては、８０～１００質量％である限り、特に制限はないが、９０～１００質量％が好ましく、９５～１００質量％がより好ましい。
原料中におけるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミド以外のその他の成分としては、特に制限はなく、例えば、アセトアミド、メタノール、などが挙げられる。
原料中におけるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量としては、８０～１００質量％である限り、特に制限はないが、９０～１００質量％が好ましく、９５～１００質量％がより好ましい。
原料中におけるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミド以外のその他の成分としては、特に制限はなく、例えば、アセトアミド、メタノール、などが挙げられる。
供給工程Ｓ１において、蒸発器への原料の供給速度は、蒸発器のサイズ及び能力にもよるが、原料を安定して蒸発させる観点から、５～３５０ｋｇ／ｈであることが好ましく、１０～１５０ｋｇ／ｈであることがより好ましく、１５～８０ｋｇ／ｈであることがさらに好ましい。
（蒸発工程Ｓ２）
蒸発工程Ｓ２は、蒸発器で原料を蒸発させ、気化原料とする工程である。
蒸発工程Ｓ２で用いる蒸発器としては、特に制限されないが、原料の蒸発を効率よく実施する観点から、流下液膜式蒸発器及び強制液膜式蒸発器のいずれかであることが好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、蒸発器で原料を蒸発させ、気化原料とする工程である。
蒸発工程Ｓ２で用いる蒸発器としては、特に制限されないが、原料の蒸発を効率よく実施する観点から、流下液膜式蒸発器及び強制液膜式蒸発器のいずれかであることが好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。蒸発工程Ｓ２における反応圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２２ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、加熱蒸発して気化原料とする温度で行うことを要し、具体的には、１００～２００℃で行うことが好ましく、１１０～１９０℃で行うことがより好ましく、１２０～１８０℃で行うことがさらに好ましい。
蒸発工程Ｓ２は、加熱蒸発して気化原料とする温度で行うことを要し、具体的には、１００～２００℃で行うことが好ましく、１１０～１９０℃で行うことがより好ましく、１２０～１８０℃で行うことがさらに好ましい。
蒸発工程Ｓ２においては、蒸発器の伝熱面積をより小さくして蒸発器をより小型化する観点からは、原料を蒸発させるのに最低限必要な熱量を付与することが好ましい。
蒸発工程Ｓ２で付与された熱量が原料を蒸発させるのに最低限必要な熱量を超過した場合は、大気への放熱や熱分解反応工程における吸熱に備えて、より十分な熱量が付与されることとなる。
蒸発工程Ｓ２で付与された熱量が原料を蒸発させるのに最低限必要な熱量を超過した場合は、大気への放熱や熱分解反応工程における吸熱に備えて、より十分な熱量が付与されることとなる。
（回収工程Ｓ３）
回収工程Ｓ３は、蒸発工程Ｓ２と熱分解工程Ｓ５との間に、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する任意の工程である。気化した状態の気化原料は熱分解工程へ供される。なお、この回収工程Ｓ３は、蒸発器と熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって行われることが好ましい。
図１では、蒸発工程Ｓ２、回収工程Ｓ３、過熱工程Ｓ４の順であるが、これに限定されるものではなく、例えば、蒸発工程Ｓ２、過熱工程Ｓ４、回収工程Ｓ３の順であってもよい。
回収工程Ｓ３は、蒸発工程Ｓ２と熱分解工程Ｓ５との間に、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する任意の工程である。気化した状態の気化原料は熱分解工程へ供される。なお、この回収工程Ｓ３は、蒸発器と熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって行われることが好ましい。
図１では、蒸発工程Ｓ２、回収工程Ｓ３、過熱工程Ｓ４の順であるが、これに限定されるものではなく、例えば、蒸発工程Ｓ２、過熱工程Ｓ４、回収工程Ｓ３の順であってもよい。
液体原料が少量でも熱分解反応器に導入されるとハルツが発生し、ハルツが熱分解反応器を閉塞し運転継続できなくなる。ハルツが熱分解反応器の全容積を閉塞しなくとも、熱分解反応器の原料導入側の僅かな容積を閉塞することで運転継続はできなくなる。回収工程Ｓ３で液体原料を製造装置の系外の回収ポットに回収することで、液体原料を熱分解反応器へ導入することをより確実に抑制することができ、結果としてより長期間の運転継続が可能となる。
製造装置運転時に、液体原料が生じる要因の例としては、大気への放熱によるもの、熱分解反応器（熱分解工程）での吸熱によるもの、機械故障及び操作ミスによる運転圧力の変動によるもの、機械故障及び操作ミスによる蒸発器の熱源の停止又は不足によるもの、蒸発器にスケール（黒皮）が発生し伝熱面積が減少して蒸発不良により発生するもの、並びに、運転開始時の装置の加熱が充分でない時に原料を導入したもの等が挙げられる。
製造装置運転時に、液体原料が生じる要因の例としては、大気への放熱によるもの、熱分解反応器（熱分解工程）での吸熱によるもの、機械故障及び操作ミスによる運転圧力の変動によるもの、機械故障及び操作ミスによる蒸発器の熱源の停止又は不足によるもの、蒸発器にスケール（黒皮）が発生し伝熱面積が減少して蒸発不良により発生するもの、並びに、運転開始時の装置の加熱が充分でない時に原料を導入したもの等が挙げられる。
（過熱工程Ｓ４）
過熱工程Ｓ４は、気化原料を過熱器に供給し、過熱する工程であって、（ｉ）気化原料の過熱温度がＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器圧力における沸点より５℃高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下となること、及び、（ｉｉ）気化原料に対して１．０ｋＪ／ｍｏＬ以上の熱量を付与すること、の少なくともいずれかを満たす工程である。
過熱工程Ｓ４における気化原料の過熱温度としては、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下である限り、特に制限はないが、１６５～２００℃であることが好ましく、１７０～１９５℃であることがより好ましく、１７３～１９０℃であることがさらに好ましい。なお、気化原料の過熱温度の上限は、沸点温度にその温度を足した温度ではなく、単純にその上限の温度を表す。
過熱工程Ｓ４は、気化原料を過熱器に供給し、過熱する工程であって、（ｉ）気化原料の過熱温度がＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器圧力における沸点より５℃高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下となること、及び、（ｉｉ）気化原料に対して１．０ｋＪ／ｍｏＬ以上の熱量を付与すること、の少なくともいずれかを満たす工程である。
過熱工程Ｓ４における気化原料の過熱温度としては、Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下である限り、特に制限はないが、１６５～２００℃であることが好ましく、１７０～１９５℃であることがより好ましく、１７３～１９０℃であることがさらに好ましい。なお、気化原料の過熱温度の上限は、沸点温度にその温度を足した温度ではなく、単純にその上限の温度を表す。
ここで、本明細書において、「気化原料の過熱温度」とは、「気化原料の過熱器内での最高温度」を意味し、通常、過熱器の下流端における気化原料の温度（出口ガス温度）である。
なお、２．０ＭＰａＧ（ゲージ圧）（工業的な蒸気上限圧力）における熱媒飽和蒸気温度が２１５℃であることから、コストの観点からも、過熱温度の上限が２００℃であることが好ましい。
過熱工程Ｓ４において気化原料に対して付与される熱量としては、１．０ｋＪ／ｍｏＬ以上である限り、特に制限はなく、１．０～９．０ｋＪ／ｍｏＬであることが好ましく、１．５～８．０ｋＪ／ｍｏＬであることがより好ましく、２．０～７．０ｋＪ／ｍｏＬであることがさらに好ましい。
上述した気化原料の過熱温度及び気化原料に対して付与される熱量の下限値は以下のようにして決定される。
過熱器の出口から熱分解装置内のチューブまでは、入熱することができない箇所（例えば、ジャケットの継ぎ目、熱分解装置のチャンネル部分）が存在し、これらの入熱することができない箇所においても熱分解工程での吸熱により温度が低下する。この熱分解工程での吸熱による温度低下は、放熱量、反応速度、反応熱、滞留時間により算出可能である。算出された温度低下と温度誤差（マージン）とを考慮して、気化原料の過熱温度および気化原料に対して付与される熱量の下限値が決定される。
過熱器の出口から熱分解装置内のチューブまでは、入熱することができない箇所（例えば、ジャケットの継ぎ目、熱分解装置のチャンネル部分）が存在し、これらの入熱することができない箇所においても熱分解工程での吸熱により温度が低下する。この熱分解工程での吸熱による温度低下は、放熱量、反応速度、反応熱、滞留時間により算出可能である。算出された温度低下と温度誤差（マージン）とを考慮して、気化原料の過熱温度および気化原料に対して付与される熱量の下限値が決定される。
一方、上述した気化原料の過熱温度及び気化原料に対して付与される熱量の上限値は以下のようにして決定される。
熱分解装置以外での反応が進行し過ぎるのを抑制すべく、反応速度が熱分解装置内の反応速度と比較して十分に遅くなるように熱分解反応を制御する必要がある。よって、通常、熱分解反応を制御する観点で、気化原料の過熱温度及び気化原料に対して付与される熱量の上限値が設定されるが、使用可能な熱媒温度によって、気化原料の過熱温度及び気化原料に対して付与される熱量の上限値が設定される場合もある。
熱分解装置以外での反応が進行し過ぎるのを抑制すべく、反応速度が熱分解装置内の反応速度と比較して十分に遅くなるように熱分解反応を制御する必要がある。よって、通常、熱分解反応を制御する観点で、気化原料の過熱温度及び気化原料に対して付与される熱量の上限値が設定されるが、使用可能な熱媒温度によって、気化原料の過熱温度及び気化原料に対して付与される熱量の上限値が設定される場合もある。
過熱工程Ｓ４は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。過熱工程Ｓ４における圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２２ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
（熱分解工程Ｓ５）
熱分解工程Ｓ５は、過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する工程である。熱分解反応器に供給する気化原料の流れは、熱分解反応器に流入する流れであれば特に制限はなく、上昇流であってもよく、下降流であってもよい。
熱分解工程Ｓ５は、過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する工程である。熱分解反応器に供給する気化原料の流れは、熱分解反応器に流入する流れであれば特に制限はなく、上昇流であってもよく、下降流であってもよい。
熱分解工程Ｓ５は、減圧下又は常圧下で行うことができるが、減圧下にて行うことが好ましい。熱分解工程Ｓ５における反応圧力は、具体的には、１～３０ｋＰａで行うことが好ましく、３～２５ｋＰａで行うことがより好ましく、５～２２ｋＰａで行うことがさらに好ましい。
熱分解工程Ｓ５は、熱分解を効率よく行う観点から、２５０～５００℃で行うことが好ましく、３００～４８０℃で行うことがより好ましく、３５０～４５０℃で行うことがさらに好ましい。
熱分解工程Ｓ５における滞留時間は、熱分解を確実に行う観点から、０．１～１０秒であることが好ましく、０．２～９秒であることがより好ましく、０．３～８秒であることがさらに好ましい。
熱分解反応器としては、熱分解を効率よく行う観点から、多管式構造であることが好ましい。
熱分解工程Ｓ５は、熱分解を効率よく行う観点から、２５０～５００℃で行うことが好ましく、３００～４８０℃で行うことがより好ましく、３５０～４５０℃で行うことがさらに好ましい。
熱分解工程Ｓ５における滞留時間は、熱分解を確実に行う観点から、０．１～１０秒であることが好ましく、０．２～９秒であることがより好ましく、０．３～８秒であることがさらに好ましい。
熱分解反応器としては、熱分解を効率よく行う観点から、多管式構造であることが好ましい。
熱分解反応器に供給される原料は、回収工程を経た後の気化原料であることが好ましい。回収工程を経た後の気化原料を熱分解反応器に供給することで、液体原料を熱分解反応器に導入することをより確実に抑制することができ、ハルツの発生をより抑制することができる。
以上の工程によって得られるＮ－ビニルアセトアミドは、下記構造式（２）で表されるものであり、原料に含まれる構造式（１）で表されるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドから得られる。
（第１の製造装置）
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法を実施する第１の製造装置は、図２に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（流下液膜式蒸発器）２０Ａと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ａと、過熱工程Ｓ４を実施する過熱器４０Ａと、熱分解工程Ｓ５を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ５で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。
原料供給装置１０の下流端が配管１２を介して蒸発器２０Ａの上流端に接続され、蒸発器２０Ａの下流端が原料回収装置３０Ａの上流端に接続され、原料回収装置３０Ａの下流端が過熱器４０Ａの上流端に接続され、過熱器４０Ａの下流端が熱分解反応器５０の上流端に接続され、熱分解反応器５０の下流端が冷却器６０の上流端に接続され、冷却器６０の下流端が反応液受器７０の上流端に接続される。
流下液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流下させることで蒸発させる蒸発器であり、例えば、シェル内部に多数のチューブが設置され、これらのチューブの内壁に液体を流下させる構造を有する蒸発器である。過熱器４０Ａは、蒸留器２０Ａと同様の構造を有する。
原料回収装置３０Ａには、回収した液体原料を回収する回収ポット４２が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法を実施する第１の製造装置は、図２に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（流下液膜式蒸発器）２０Ａと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ａと、過熱工程Ｓ４を実施する過熱器４０Ａと、熱分解工程Ｓ５を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ５で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。
原料供給装置１０の下流端が配管１２を介して蒸発器２０Ａの上流端に接続され、蒸発器２０Ａの下流端が原料回収装置３０Ａの上流端に接続され、原料回収装置３０Ａの下流端が過熱器４０Ａの上流端に接続され、過熱器４０Ａの下流端が熱分解反応器５０の上流端に接続され、熱分解反応器５０の下流端が冷却器６０の上流端に接続され、冷却器６０の下流端が反応液受器７０の上流端に接続される。
流下液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流下させることで蒸発させる蒸発器であり、例えば、シェル内部に多数のチューブが設置され、これらのチューブの内壁に液体を流下させる構造を有する蒸発器である。過熱器４０Ａは、蒸留器２０Ａと同様の構造を有する。
原料回収装置３０Ａには、回収した液体原料を回収する回収ポット４２が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
原料回収装置３０Ａは、液体原料を過熱器４０Ａ及び熱分解反応器５０に導入させない構造となっていればよい。
原料回収装置３０Ａとしては、例えば、図２に示すように、気化原料を流通させる筒部３２と、筒部３２内を流れる気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部３３と、回収部３３によって回収された液体原料を筒部３２の外部に排出させる排出配管３４とを有する構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ａは、筒部３２内を流れる気化原料を回収部３３に全て衝突させるために、流通抑制部３１をさらに有する構成であることが好ましい。
流通抑制部３１は、下流に向かって気化原料の流れを絞るテーパ形状であることが好ましい。
回収部３３は、気化原料の流れ受ける皿状の形状であり、液体原料を集積する集積部を有する形状であることが好ましい。
原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料は、回収部３３に衝突することで回収され、排出配管３４によって筒部３２の外部に液体原料が排出される。回収部３３に衝突した気化原料は、回収部３３と流通抑制部３１の間隙を通り、過熱器４０Ａおよび熱分解反応器５０へ向かう。つまり、原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、回収部３３に衝突して液体原料が回収された気化原料が過熱器４０Ａおよび熱分解反応器５０に導入されるようになる。
原料回収装置３０Ａとしては、例えば、図２に示すように、気化原料を流通させる筒部３２と、筒部３２内を流れる気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部３３と、回収部３３によって回収された液体原料を筒部３２の外部に排出させる排出配管３４とを有する構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ａは、筒部３２内を流れる気化原料を回収部３３に全て衝突させるために、流通抑制部３１をさらに有する構成であることが好ましい。
流通抑制部３１は、下流に向かって気化原料の流れを絞るテーパ形状であることが好ましい。
回収部３３は、気化原料の流れ受ける皿状の形状であり、液体原料を集積する集積部を有する形状であることが好ましい。
原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、蒸発器に供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料は、回収部３３に衝突することで回収され、排出配管３４によって筒部３２の外部に液体原料が排出される。回収部３３に衝突した気化原料は、回収部３３と流通抑制部３１の間隙を通り、過熱器４０Ａおよび熱分解反応器５０へ向かう。つまり、原料回収装置３０Ａが上記構成であることで、回収部３３に衝突して液体原料が回収された気化原料が過熱器４０Ａおよび熱分解反応器５０に導入されるようになる。
原料回収装置３０Ａで回収された液体原料は、回収ポット４２に送られる。回収ポット４２は、仕切弁３５ａ、３５ｂによって、液体原料を制することができる。また、回収ポット４２は、圧力ポンプ３６及び仕切弁３５ａ～３５ｄによって、回収ポット４２の圧力を調整することができる。回収ポット４２の圧力は、圧力計ＰＩによって確認することができる。
原料回収装置３０Ａで回収された液体原料は、仕切弁３５ａ、３５ｂを通じて回収ポット４２に常時流入している。回収ポット４２への回収量は、回収ポット４２に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４２に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｂ、３５ｃを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４２内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｃを開放し、次いで仕切弁３５ｂを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ａの温度は、蒸発器２０Ａで発生した気化原料が凝縮しないような温度範囲から適宜選択される。回収ポット４２の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ａで回収された液体原料は、仕切弁３５ａ、３５ｂを通じて回収ポット４２に常時流入している。回収ポット４２への回収量は、回収ポット４２に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４２に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｂ、３５ｃを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４２内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｃを開放し、次いで仕切弁３５ｂを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ａの温度は、蒸発器２０Ａで発生した気化原料が凝縮しないような温度範囲から適宜選択される。回収ポット４２の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ａで回収した液体原料は、蒸発器２０Ａに供給することが好ましい。図２に示す第１の製造装置においては、回収ポット４２で回収した液体原料を蒸発器２０Ａに供給する。回収した液体原料を蒸発器２０Ａに再度供給することで、原料の効率的利用を実現することができる。
図２に示すように、蒸発器２０Ａの下流端と原料回収装置３０Ａの上流端とが接合されている構成であることが好ましい。蒸発器２０Ａの下流端と原料回収装置３０Ａの上流端とが接合されている構成とすることで、蒸発器２０Ａで加熱蒸発された気化原料を、原料回収装置３０Ａに直接送ることができる。つまり、蒸発器２０Ａと原料回収装置３０Ａとの間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
図２に示すように、原料回収装置３０Ａの下流端と過熱器４０Ａの上流端とが接合されている構成であることが好ましい。原料回収装置３０Ａの下流端と過熱器４０Ａの上流端とが接合されている構成とすることで、原料回収装置３０Ａで回収した気化原料を、過熱器４０Ａに直接送ることができる。つまり、原料回収装置３０Ａと過熱器４０Ａとの間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
図２に示すように、過熱器４０Ａの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成であることが好ましい。過熱器４０Ａの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成とすることで、過熱器４０Ａで過熱された気化原料を、熱分解反応器５０に直接送ることができる。つまり、過熱器４０Ａと熱分解反応器５０との間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
図２に示すように、熱分解反応器５０の下流端と冷却器６０の上流端とが接合されている構成であることが好ましい。熱分解反応器５０の下流端と冷却器６０の上流端とが接合されている構成とすることで、熱分解反応器５０で熱分解されて得られた目的物を、冷却器６０に直接送ることができる。
図２に示すように、冷却器６０の下流端と反応液受器７０の上流端とが接合されている構成であることが好ましい。冷却器６０の下流端と反応液受器７０の上流端とが接合されている構成とすることで、冷却器６０で冷却された目的物を、反応液受器７０に直接送ることができる。
（第２の製造装置）
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法を実施する第２の製造装置は、図３に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（強制液膜式蒸発器）２０Ｂと、過熱工程Ｓ４を実施する過熱器４０Ｂと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ｂと、熱分解工程Ｓ５を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ５で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。
原料供給装置１０の下流端が配管１２を介して蒸発器２０Ｂの上流端に接続され、蒸発器２０Ｂの下流端が第１配管９０を介して過熱器４０Ｂの上流端に接続され、過熱器４０Ｂの下流端が第２配管前段部１００ａを介して原料回収装置３０Ｂの上流端に接続され、原料回収装置３０Ｂの下流端が第２配管後段部１００ｂを介して熱分解反応器５０の上流端に接続され、熱分解反応器５０の下流端が配管１３を介して冷却器６０の上流端に接続され、冷却器６０の下流端が配管１４を介して反応液受器７０の上流端に接続される。
強制液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流入させると共に、ファン等をモータ（例えば、図３におけるモータＭ）で回転させることによって蒸発管内に空気の流れによる推進力を生じさせ、当該推進力で蒸発管内の膜状の原料を強制的に進行させることで蒸発させる蒸発器である。
過熱器４０Ｂ内では第１配管９０と第２配管１００とを接続する配管９５が蛇行することによって配管９５内の気体原料に所定熱量が付与されて、気体原料が所定温度となる。
原料回収装置３０Ｂには、回収した液体原料を回収する回収ポット４２が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法を実施する第２の製造装置は、図３に示すように、供給工程Ｓ１を実施する原料供給装置１０と、蒸発工程Ｓ２を実施する蒸発器（強制液膜式蒸発器）２０Ｂと、過熱工程Ｓ４を実施する過熱器４０Ｂと、回収工程Ｓ３を実施する原料回収装置３０Ｂと、熱分解工程Ｓ５を実施する熱分解反応器５０と、熱分解工程Ｓ５で熱分解された反応物を冷却して液化する冷却器６０と、冷却部６０で液化した反応物を貯める反応液受器７０とを備える。
原料供給装置１０の下流端が配管１２を介して蒸発器２０Ｂの上流端に接続され、蒸発器２０Ｂの下流端が第１配管９０を介して過熱器４０Ｂの上流端に接続され、過熱器４０Ｂの下流端が第２配管前段部１００ａを介して原料回収装置３０Ｂの上流端に接続され、原料回収装置３０Ｂの下流端が第２配管後段部１００ｂを介して熱分解反応器５０の上流端に接続され、熱分解反応器５０の下流端が配管１３を介して冷却器６０の上流端に接続され、冷却器６０の下流端が配管１４を介して反応液受器７０の上流端に接続される。
強制液膜式蒸発器は、液状の原料を、蒸発管内面を伝うように膜状に流入させると共に、ファン等をモータ（例えば、図３におけるモータＭ）で回転させることによって蒸発管内に空気の流れによる推進力を生じさせ、当該推進力で蒸発管内の膜状の原料を強制的に進行させることで蒸発させる蒸発器である。
過熱器４０Ｂ内では第１配管９０と第２配管１００とを接続する配管９５が蛇行することによって配管９５内の気体原料に所定熱量が付与されて、気体原料が所定温度となる。
原料回収装置３０Ｂには、回収した液体原料を回収する回収ポット４２が配置されている。
反応液受器７０には、圧力ポンプ７１が設けられており、圧力ポンプ７１によって、製造装置全体の圧力を調整することができる。製造装置全体の圧力は、反応液受器７０に設けられた圧力計ＰＩによって確認することができる。
蒸発器２０Ｂには、蒸発器２０Ｂに供給された原料のうち気化しなかった液体原料及び気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収ポット２１が配置されていることが好ましい。回収ポット２１は、液体原料の回収を容易にする観点から、蒸発器２０Ｂより低位に配置することが好ましい。回収ポット２１は、蒸発器２０Ｂと回収ポット２１とを仕切る仕切弁２２ａと、回収ポット２１で回収した液体原料を系外へ抜き出す抜出弁２２ｂとを備える。回収ポット２１は、仕切弁２２ａ及び抜出弁２２ｂによって、液体原料を制することができる。蒸発器２０Ｂに供給された原料のうち気化しなかった液体原料を回収する場合は、抜出弁２２ｂを閉止し、仕切弁２２ａを開放する。回収ポット２１に回収した液体原料を抜き出す場合は、仕切弁２２ａを閉止し、抜出弁２２ｂを開放する。
図３に示すように、蒸発器２０Ｂの下流端と過熱器４０Ｂの上流端とが、第１配管９０を介して接続されており、第１配管９０の下流端が、第１配管９０中で最も高位である構成であることが好ましい。第１配管９０の下流端が、第１配管９０中で最も高位である構成とすることで、第１配管９０を流れる原料のうち気化しなかった液体原料、及び、気化原料の一部が液化してなる液体原料が、過熱器４０Ｂに入り、滞留することで、熱履歴を受けて、凝集物を生じることなく運転することができる。
図３に示すように、過熱器４０Ｂの下流端と原料回収装置３０Ｂの上流端とが、第２配管の前段部１００ａを介して接続されており、第２配管の前段部１００ａの上流端が、第２配管の前段部１００ａ中で最も高位である構成であることが好ましい。第２配管の前段部１００ａの上流端が、第２配管の前段部１００ａ中で最も高位である構成とすることで、第２配管の前段部１００ａを流れる原料のうち気化原料の一部が液化してなる液体原料を原料回収装置３０Ｂで効率よく回収することができる。
図３に示すように、原料回収装置３０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが、第２配管の後段部１００ｂを介して接続されており、第２配管の後段部１００ｂの上流端が、第２配管の後段部１００ｂ中で最も低位である構成であることが好ましい。第２配管の後段部１００ｂの上流端が、第２配管の後段部１００ｂ中で最も低位である構成とすることで、第２配管の後段部１００ｂを流れる気化原料の一部が、仮に液化したとしても、液化してなる液体原料を原料回収装置３０Ｂで効率よく回収することができる。
図３に示すように、過熱器４０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが、第２配管１００（第２配管の前段部１００ａ及び後段部１００ｂ）を介して接続されており、第２配管１００の上流端が、第２配管１００中で最も高位である構成であることが好ましい。第２配管１００の上流端が、第２配管１００中で最も高位である構成とすることで、第２配管１００を流れる気化原料の一部が、仮に液化したとしても、液化してなる液体原料を原料回収装置３０Ｂで効率よく回収することができる。
原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料は、回収ポット４２に送られる。回収ポット４２は、液体原料の回収を容易にする観点から、原料回収装置３０Ｂより低位に配置することが好ましい。回収ポット４２は、仕切弁３５ｅ、抜出弁４１によって、液体原料を制することができる。また、回収ポット４２は、圧力ポンプ３６、仕切弁３５ｅ及び抜出弁４１によって、回収ポット４２の圧力を調整することができる。回収ポット４２の圧力は、圧力計ＰＩによって確認することができる。
原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料は、仕切弁３５ｅを通じて回収ポット４２に常時流入している。回収ポット４２への回収量は、回収ポット４２に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４２に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｅを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４２内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｅを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ｂの温度は、蒸発器２０Ｂで発生し、過熱器４０Ｂで過熱された気化原料が凝縮しないような温度範囲に適宜選択される。回収ポット４２の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料は、仕切弁３５ｅを通じて回収ポット４２に常時流入している。回収ポット４２への回収量は、回収ポット４２に設置された液面確認窓等の液面計ＬＩにより確認することができる。回収ポット４２に貯まった液体原料を回収する場合は、仕切弁３５ｅを閉止してから、窒素弁３７ａを開けて回収ポット４２内に窒素供給装置３７から窒素を導入して常圧まで戻し、抜出弁４１を開放する。回収後は抜出弁４１、窒素弁３７ａを閉止し、仕切弁３６ａを開放して圧力ポンプ３６で製造装置全体と同圧力に調整してから仕切弁３５ｅを開放することで液体原料を回収可能な状態となる。
原料回収装置３０Ｂの温度は、蒸発器２０Ｂで発生し、過熱器４０Ｂで過熱された気化原料が凝縮しないような温度範囲に適宜選択される。回収ポット４２の温度は、回収した液体原料が凝固しない温度であればよい。
原料回収装置３０Ｂで回収した液体原料は、蒸発器２０Ｂに供給することが好ましい。図３に示す第２の製造装置においては、回収ポット４２で回収した液体原料を蒸発器２０Ｂに供給する。また、図３に示す第２の製造装置においては、回収ポット２１で回収した液体原料も蒸発器２０Ｂに供給することが好ましい。回収した液体原料を蒸発器に再度供給することで、原料の効率的利用を実現することができる。
図３に示す製造装置において、第２配管の後段部１００ｂは、原料回収装置３０Ｂの側面又は上面に接続されている構成であることが好ましい。第２配管の後段部１００ｂが原料回収装置３０Ｂの側面又は上面に接続されている構成であることよって、原料回収装置３０Ｂで回収された液体原料が第２配管の後段部１００ｂに流入することを抑制することができる。
図３に示す第２の製造装置において、原料回収装置３０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成であってもよい。原料回収装置３０Ｂの下流端と熱分解反応器５０の上流端とが接合されている構成とすることで、原料回収装置３０Ｂで液体原料を回収した気化原料を、熱分解反応器５０に直接送ることができる。つまり、原料回収装置３０Ｂと熱分解反応器５０との間で、気化原料の一部が液化することを防ぐことができる。
また、図３に示す製造装置において、原料回収装置３０Ｂ、仕切弁３５ｅ、圧力ポンプ３６、回収ポット４２、抜出弁４１に代えて、図２における原料回収装置３０Ａ、仕切弁３５ａ～３５ｄ、圧力ポンプ３６、回収ポット４２、抜出弁４１を設けた構成であってもよい。
〔熱分解装置〕
本発明の実施の形態に係る熱分解装置は、原料を蒸発して気化原料を生成可能な蒸発器と、蒸発器に接続され、気化原料をＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下まで過熱可能な過熱器と、過熱器に接続され、過熱された気化原料を熱分解可能な熱分解反応器と、を備え、必要に応じて、上述した、原料回収装置、冷却器、反応液受器、回収ポット、窒素供給装置、圧力ポンプ、仕切弁、窒素弁、抜出弁、第１配管、第２配管、液面計、モータ、圧力計、などをさらに備える。
本発明の実施の形態に係る熱分解装置を用いて、上述した、本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法が好適に実施される。
本発明の実施の形態に係る熱分解装置は、原料を蒸発して気化原料を生成可能な蒸発器と、蒸発器に接続され、気化原料をＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下まで過熱可能な過熱器と、過熱器に接続され、過熱された気化原料を熱分解可能な熱分解反応器と、を備え、必要に応じて、上述した、原料回収装置、冷却器、反応液受器、回収ポット、窒素供給装置、圧力ポンプ、仕切弁、窒素弁、抜出弁、第１配管、第２配管、液面計、モータ、圧力計、などをさらに備える。
本発明の実施の形態に係る熱分解装置を用いて、上述した、本発明の実施の形態に係るＮ－ビニルアセトアミドの製造方法が好適に実施される。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
（実施例１）
図２に示す製造装置を使用した。
蒸発器は、流下液膜式蒸発器であり、シェル内部に多数のチューブが設置され、これらチューブの内壁に液体を流下させる構造を有しているシェルアンドチューブ型蒸発器（チューブの径：２５．４ｍｍ、チューブの長さ：２５００ｍｍ、チューブの本数：２２本）を使用した。
蒸発器のシェル側には０．７ＭＰａＧ（ゲージ圧）（温度１７０℃）の飽和蒸気を導入し、チューブ側には、液体の原料であるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを、反応液受器に設置された減圧設備（圧力ポンプ）により、２０ｋＰａ（絶対圧力）の減圧条件に設定し、２０ｋｇ／ｈの供給速度で、チューブ内壁を流下するように供給し、蒸発させた。この時の蒸発器出口でのガス温度は１６０℃（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの２０ｋＰａ（絶対圧力）における沸点）であった。
原料回収装置は、上下に外径２６７．４ｍｍのフランジを設置し、蒸発器と過熱器にそれぞれ接合した。原料回収装置の筒部（ジャケット）には、０．７ＭＰａＧ（ゲージ圧）の飽和蒸気を導入して気化原料が凝縮しないよう加熱した。
過熱器は、蒸発器同様にシェル内部に多数のチューブが設置されたシェルアンドチューブ型過熱器（チューブの径：２５．４ｍｍ、チューブの長さ：３９０ｍｍ、チューブの本数：２２本）を使用した。過熱器のシェル側には１．８５ＭＰａＧ（ゲージ圧）（温度２１１℃）の飽和蒸気を導入し、前記蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して５．６５ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行った。過熱器出口のガス温度は１８５℃（１６０℃＋２５℃）であった。
熱分解反応器のチューブは、電磁誘導加熱により４４０℃に加熱され、チューブの内部に導入された気化原料を減圧条件下で熱分解し、Ｎ－ビニルアセトアミドを得た。
上記条件にて、９０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。
図２に示す製造装置を使用した。
蒸発器は、流下液膜式蒸発器であり、シェル内部に多数のチューブが設置され、これらチューブの内壁に液体を流下させる構造を有しているシェルアンドチューブ型蒸発器（チューブの径：２５．４ｍｍ、チューブの長さ：２５００ｍｍ、チューブの本数：２２本）を使用した。
蒸発器のシェル側には０．７ＭＰａＧ（ゲージ圧）（温度１７０℃）の飽和蒸気を導入し、チューブ側には、液体の原料であるＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドを、反応液受器に設置された減圧設備（圧力ポンプ）により、２０ｋＰａ（絶対圧力）の減圧条件に設定し、２０ｋｇ／ｈの供給速度で、チューブ内壁を流下するように供給し、蒸発させた。この時の蒸発器出口でのガス温度は１６０℃（Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの２０ｋＰａ（絶対圧力）における沸点）であった。
原料回収装置は、上下に外径２６７．４ｍｍのフランジを設置し、蒸発器と過熱器にそれぞれ接合した。原料回収装置の筒部（ジャケット）には、０．７ＭＰａＧ（ゲージ圧）の飽和蒸気を導入して気化原料が凝縮しないよう加熱した。
過熱器は、蒸発器同様にシェル内部に多数のチューブが設置されたシェルアンドチューブ型過熱器（チューブの径：２５．４ｍｍ、チューブの長さ：３９０ｍｍ、チューブの本数：２２本）を使用した。過熱器のシェル側には１．８５ＭＰａＧ（ゲージ圧）（温度２１１℃）の飽和蒸気を導入し、前記蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して５．６５ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行った。過熱器出口のガス温度は１８５℃（１６０℃＋２５℃）であった。
熱分解反応器のチューブは、電磁誘導加熱により４４０℃に加熱され、チューブの内部に導入された気化原料を減圧条件下で熱分解し、Ｎ－ビニルアセトアミドを得た。
上記条件にて、９０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。
（実施例２）
実施例１と同じ図２に示す製造装置を用いて、過熱器出口のプロセスガス温度が１７５℃（１６０℃＋１５℃）となるように、蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して３．３９ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行ったこと以外は、実施例１と同じ運転条件にて、継続して９０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。
実施例１と同じ図２に示す製造装置を用いて、過熱器出口のプロセスガス温度が１７５℃（１６０℃＋１５℃）となるように、蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して３．３９ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行ったこと以外は、実施例１と同じ運転条件にて、継続して９０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。
（実施例３）
実施例１と同じ図２に示す製造装置を用いて、過熱器出口のプロセスガス温度が１９５℃（１６０℃＋３５℃）となるように、蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して７．９１ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行ったこと以外は、実施例１と同じ運転条件にて、継続して９０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。
実施例１と同じ図２に示す製造装置を用いて、過熱器出口のプロセスガス温度が１９５℃（１６０℃＋３５℃）となるように、蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して７．９１ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行ったこと以外は、実施例１と同じ運転条件にて、継続して９０日間の連続運転を実施したが、特に問題は発生しなかった。
（比較例１）
実施例１の図２に示す製造装置において過熱器を備えないこと以外は、実施例１と同じ製造装置及び運転条件にて、連続運転を実施したところ、運転開始から４５日目に熱分解反応器の温度に乱れを確認し、制御不能となったため運転を停止した。製造装置を開放点検したところ、タール状および固形状のハルツが生成し熱分解反応器の入り口部を閉塞させていた。
実施例１の図２に示す製造装置において過熱器を備えないこと以外は、実施例１と同じ製造装置及び運転条件にて、連続運転を実施したところ、運転開始から４５日目に熱分解反応器の温度に乱れを確認し、制御不能となったため運転を停止した。製造装置を開放点検したところ、タール状および固形状のハルツが生成し熱分解反応器の入り口部を閉塞させていた。
（比較例２）
実施例１と同じ図２に示す製造装置を用いて、過熱器出口のプロセスガス温度が１６２℃（１６０℃＋２℃）となるように、蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して０．４５ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行ったこと以外は、実施例１と同じ運転条件にて、連続運転を実施したところ、運転開始から５４日目に熱分解反応器の温度に乱れを確認し、制御不能となったため運転を停止した。製造装置を開放点検したところ、タール状および固形状のハルツが生成し熱分解反応器の入り口部を閉塞させていた。
実施例１と同じ図２に示す製造装置を用いて、過熱器出口のプロセスガス温度が１６２℃（１６０℃＋２℃）となるように、蒸発器で生成したプロセスガス（気化原料）に対して０．４５ｋＪ／ｍｏＬの熱量を付与する過熱を行ったこと以外は、実施例１と同じ運転条件にて、連続運転を実施したところ、運転開始から５４日目に熱分解反応器の温度に乱れを確認し、制御不能となったため運転を停止した。製造装置を開放点検したところ、タール状および固形状のハルツが生成し熱分解反応器の入り口部を閉塞させていた。
本発明の製造方法で得られるＮ－ビニルアセトアミドは、凝集剤、液体吸収剤及び増粘剤等に利用されるＮ－ビニルアセトアミド系ポリマーの製造に用いられる他、多方面の産業上の用途において有用なモノマーである。
１０：原料供給装置
１１：仕切弁
１２～１４：配管
２０Ａ、２０Ｂ：蒸発器
２１：回収ポット
２２ａ、２２ｂ：抜出弁
３０Ａ、３０Ｂ：原料回収装置
３１：流通抑制部
３２：筒部
３３：回収部
３４：排出配管
３５ａ～３５ｅ：仕切弁
３６、７１：圧力ポンプ
３６ａ：仕切弁
３７：窒素供給装置
３７ａ：窒素弁
４０Ａ、４０Ｂ：過熱器
４１：抜出弁
４２：回収ポット
５０：熱分解反応器
６０：冷却器
７０：反応液受器
９０：第１配管
９５：配管
１００：第２配管
１００ａ：前段部
１００ｂ：後段部
ＬＩ：液面計
Ｍ： モータ
ＰＩ：圧力計
Ｓ１：供給工程
Ｓ２：蒸発工程
Ｓ３：回収工程
Ｓ４：過熱工程
Ｓ５：熱分解工程
１１：仕切弁
１２～１４：配管
２０Ａ、２０Ｂ：蒸発器
２１：回収ポット
２２ａ、２２ｂ：抜出弁
３０Ａ、３０Ｂ：原料回収装置
３１：流通抑制部
３２：筒部
３３：回収部
３４：排出配管
３５ａ～３５ｅ：仕切弁
３６、７１：圧力ポンプ
３６ａ：仕切弁
３７：窒素供給装置
３７ａ：窒素弁
４０Ａ、４０Ｂ：過熱器
４１：抜出弁
４２：回収ポット
５０：熱分解反応器
６０：冷却器
７０：反応液受器
９０：第１配管
９５：配管
１００：第２配管
１００ａ：前段部
１００ｂ：後段部
ＬＩ：液面計
Ｍ： モータ
ＰＩ：圧力計
Ｓ１：供給工程
Ｓ２：蒸発工程
Ｓ３：回収工程
Ｓ４：過熱工程
Ｓ５：熱分解工程
Claims (14)
- Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する供給工程と、
前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、
前記気化原料を過熱器に供給し、前記気化原料の過熱温度が前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下となるように過熱する過熱工程と、
前記過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含み、
前記原料中における前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量が８０～１００質量％である、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法。 - Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミド（ＭＥＡ）を含む原料を蒸発器に供給する供給工程と、
前記蒸発器で前記原料を蒸発させ、気化原料とする蒸発工程と、
前記気化原料を過熱器に供給し、前記気化原料に対して１．０ｋＪ／ｍｏＬ以上の熱量を付与して過熱する過熱工程と、
前記過熱された気化原料を熱分解反応器に供給し、熱分解する熱分解工程とを含み、
前記原料中における前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの含有量が８０～１００質量％である、Ｎ－ビニルアセトアミドの製造方法。 - 前記蒸発工程は、減圧下にて行う、請求項１又は２に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記熱分解工程は、減圧下にて行う、請求項１～３のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記蒸発器は、流下液膜式である、請求項１～４のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記蒸発器は、強制液膜式である、請求項１～４のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記蒸発器の下流端と前記過熱器の上流端とが、第１配管を介して接続されており、
前記第１配管の下流端が、前記第１配管中で最も高位である、請求項１～６のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。 - 前記過熱器の下流端と前記熱分解反応器の上流端とが、第２配管を介して接続されており、
前記第２配管の上流端が、前記第２配管中で最も高位である、請求項１～７のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。 - 前記蒸発工程と前記熱分解工程との間に、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収工程をさらに含み、
前記回収工程は、前記蒸発器と前記熱分解反応器との間に備える原料回収装置によって、前記液体原料を回収する工程である、請求項１～８のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。 - 前記蒸発器の下流端と前記原料回収装置の上流端とが接合されている、請求項９に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記原料回収装置の下流端と前記過熱器の上流端とが接合されている、請求項９又は１０に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記気化原料は、前記原料回収装置を経た後に前記熱分解反応器に供給される、請求項９から１１のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。
- 前記原料回収装置は、
前記気化原料を流通させる筒部と、
前記筒部内を流れる前記気化原料の流れの一部又は全部を衝突させ、前記蒸発器に供給された前記原料のうち気化しなかった液体原料及び前記気化原料の一部が液化してなる液体原料を回収する回収部と、
前記回収部によって回収された前記液体原料を前記筒部の外部に排出させる排出配管とを有する、請求項９から１２のいずれか１項に記載のＮ－ビニルアセトアミドの製造方法。 - 原料を蒸発して気化原料を生成可能な蒸発器と、
前記蒸発器に接続され、前記気化原料をＮ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点より５℃高い温度（前記Ｎ－（１－メトキシエチル）アセトアミドの過熱器内圧における沸点＋５℃）以上２００℃以下まで過熱可能な過熱器と、
前記過熱器に接続され、前記過熱された気化原料を熱分解可能な熱分解反応器と、を備える、熱分解装置。
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