利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法以及利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置与流程

1.本揭露关于一种利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置。


背景技术：

2.2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇(2,2,4,4-teramethyl-1,3-cyclobutanediol,cbdo)是具对称结构的多功能中间体，广泛应用于共聚聚酯的合成领域，例如用于合成可替代聚碳酸酯(pc)的高性能聚酯。传统聚酯的玻璃转移温度较低，在中高温领域的应用受到一定限制。加入2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇可显著提高聚酯的玻璃转移温度、耐候性及透明度。使用2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇合成的聚酯具有与双酚a类似的优良物理特性，例如抗冲击强度高、尺寸稳定性优异、玻璃转移温度高。
3.不断改善和控制化学反应制程(例如：环境友善制程、降低能耗及废弃物排放、提高产率及纯度)是化学工业中持续努力的目标。基于上述，业界需要一种新颖的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇的制程，以提升所得产物的产率以及降低副产物的产生。


技术实现要素：

4.根据本揭露实施例，本揭露提供一种利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法。该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法包含以下步骤。将异丁酸及乙酸酐进行反应，得到一第一混合物，其中该第一混合物包含异丁酸酐及醋酸。对第一混合物进行一第一纯化制程，得到异丁酸酐以及醋酸；对异丁酸酐进行一裂解制程，得到一第二混合物，其中第二混合物包含二甲基烯酮、异丁酸与异丁酸酐；对该第二混合物进行一气液分离制程，得到二甲基烯酮气体及一液体，其中该液体包含异丁酸与异丁酸酐；以及收集该液体，并使该液体内的异丁酸与乙酸酐反应。根据本揭露实施例，该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法可更包含以下步骤的至少一者。在进行该第一纯化制程后，收集该醋酸。利用一喷射抽吸制程以在5℃至25℃以及常压(例如约750torr至770torr)下收集该二甲基烯酮气体。对二甲基烯酮进行二聚反应，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮。将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮与一溶剂混合得到一溶液，其中该溶液的固含量为5wt％至20wt％。将该溶液与氢气进行氢化反应，得到一第三混合物，其中该第三混合物包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、以及溶剂。对第三混合物进行一第二纯化制程，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。
5.根据本揭露实施例，本揭露提供一种异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置。该异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置包含一进料单元；一第一反应单元，其中该进料单元与该第一反应单元连接，以将异丁酸及乙酸酐由进料单元导入该第一反应单元，其中该异丁酸在该第一反应单元与乙酸酐反应得到一第一混合物，其中该第一混合物包含异丁酸酐及醋酸；一第一纯化单元，其中该第一反应单元与该第一纯化单元连接，以将该第一混合物导入该第一纯化单元，其中该第一混合物在该第一纯化单元中进行一第一纯化制程，得到异丁
酸酐以及醋酸；一裂解单元，其中该第一纯化单元与该裂解单元连接，以将异丁酸酐导入该裂解单元，其中异丁酸酐在该裂解单元进行一裂解制程，得到一第二混合物，其中第二混合物包含二甲基烯酮、异丁酸与异丁酸酐；以及，一气液分离单元，其中该裂解单元与该气液分离单元连接，以将第二混合物导入该气液分离单元，其中该第二混合物在气液分离单元分离成一二甲基烯酮气体及一液体，其中液体包含异丁酸与异丁酸酐，其中该进料单元与该气液分离单元连接，以将该液体导入该进料单元。根据本揭露实施例，该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法可更包含以下单元的至少一者。一醋酸收集单元，其中该醋酸收集单元与该第一纯化单元连接，用以收集由第一纯化单元所获得的醋酸。一第二反应单元，其中该气液分离单元与该第二反应单元连接，以将该二甲基烯酮气体导入该第二反应单元，其中该二甲基烯酮气体在该第二反应单元中反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮。一抽吸单元，其中该第二反应单元藉由该抽吸单元与该气液分离单元连接，其中该抽吸单元对该二甲基烯酮气体进行一喷射抽吸制程，以使第二反应单元在5℃至25℃以及常压(例如750torr至770torr)下接收该二甲基烯酮气体。一溶剂供给单元，其中该溶剂供给单元与该抽吸单元连接，以供应该抽吸单元一溶剂进行该喷射抽吸制程。一固液分离单元，其中该第二反应单元与该固液分离单元连接，以将第二反应单元中的溶剂及2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮导入该固液分离单元，使2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮以固体形式与溶剂分离。一氢化单元，其中该固液分离单元与该氢化单元连接以将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮导入氢化单元，其中该溶剂供给单元与该氢化单元连接以将溶剂导入氢化单元，其中该2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮在溶剂存在下与一氢气进行反应，得到一第三混合物，其中该第三混合物包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、以及溶剂。一第二纯化单元，其中该氢化单元与该第二纯化单元连接以将第三混合物导入第二纯化单元，其中该第三混合物在第二纯化单元进行一纯化制程，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、及溶剂。一收集单元，其中该收集单元与该第二纯化单元连接，用以收集2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。
6.根据本揭露实施例，本揭露提供一种利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法。该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法是以上述装置进行，包含以下步骤。将异丁酸及乙酸酐在该第一反应单元中反应，得到一第一混合物，其中该第一混合物包含异丁酸酐及醋酸。将第一混合物导入该第一纯化单元以对该第一混合物进行一第一纯化制程，得到异丁酸酐以及醋酸。将异丁酸酐导入一裂解单元以对异丁酸酐进行一裂解制程，得到一第二混合物，其中第二混合物包含二甲基烯酮、异丁酸与异丁酸酐。将第二混合物导入一气液分离单元以对该第二混合物进行一气液分离制程，得到二甲基烯酮气体及一液体，其中该液体包含异丁酸与异丁酸酐。将该液体导入该进料单元。根据本揭露实施例，该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法可更包含以下步骤的至少一者。将异丁酸及乙酸酐由该进料单元导入至该第一反应单元内。将所得的醋酸导入一醋酸收集单元。将包含异丁酸与异丁酸酐的液体由该进料单元导入该第一反应单元以使该液体中的异丁酸与乙酸酐反应。将该二甲基烯酮气体导入一第二反应单元。将二甲基烯酮气体在该第二反应单元中进行二聚反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮。利用一抽吸单元对二甲基烯酮进行一喷射抽吸制程，以将二甲基烯酮气体由该气液分离单元导入该第二反应单元。利用一溶剂供给单元供应该抽吸单元一溶剂，以进行该喷射抽吸制程。将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮以及该溶剂在
一氢化单元内混合，得到一溶液，其中该溶液的固含量为5wt％至20wt％。将该溶液与氢气在该氢化单元内进行氢化反应，得到一第三混合物，其中该第三混合物包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、以及溶剂。将第三混合物导入一第二纯化单元以对该第三混合物进行一第二纯化制程，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、及溶剂。利用该溶剂供给单元回收由该第二纯化制程所分离的溶剂。将由该第二纯化制程所分离的氢气导入该氢化单元。将第二纯化制程所分离的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇导入一收集单元。
附图说明
7.图1为本揭露一实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法10的步骤流程图；
8.图2为本揭露某些实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法50的步骤流程图；
9.图3为本揭露一实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置100的示意图；
10.图4为本揭露某些实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200的示意图；
11.图5为本揭露某些实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法300的步骤流程图；
12.图6a及图6b为本揭露某些实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400的步骤流程图；
13.其中，符号说明：
14.10、50、300、400:利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法
15.12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、310、320、330、340、350、360、410、420、430、440、450、460、470:步骤
16.100、200:利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置
17.110:进料单元
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115:第一反应单元
18.120:第一纯化单元
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125:裂解单元
19.130:气液分离单元
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135:醋酸收集单元
20.140:第二反应单元
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145:抽吸单元
21.150:溶剂供给单元
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155:固液分离单元
22.160:氢化单元
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165:第二纯化单元
23.170:收集单元。
具体实施方式
24.以下针对本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本发明的不同样态。以下所述特定的元件及排列方式仅为简单描述本发明。当然，这些仅用以举例而非本发明的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。
25.必需了解的是，为特别描述或图标的元件可以此技术人士所熟知的各种形式存
在。说明书与请求项中所使用的序数例如”第一”、”第二”、”第三”等的用词，以修饰请求项的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何之前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。
26.本揭露提供一种利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置。根据本揭露实施例，利用异丁酸及乙酸酐制备的化合物可为醋酸、二甲基烯酮、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮、及或2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法可为一连续式制程，且该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置可应用于该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法。
27.根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置除了可包含异丁酸酐的制备及裂解，并可进一步包含二甲基烯酮气体的二聚反应、以及2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的氢化反应。根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置可将异丁酸酐经裂解后所得副产物(例如异丁酸)以及未反应的起始物(例如异丁酸酐)再利用。
28.根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置，可利用一喷射抽吸制程收集所得的二甲基烯酮气体。由于喷射抽吸制程的压力差来自于溶剂的流速，因此可在5℃至25℃以及常压(例如750torr至770torr)下收集二甲基烯酮气体，改善二甲基烯酮气体的收集效率。习知技术是以低温低压液相吸收制程来收集液态二甲基烯酮，因此需要利用低压(例如小于80torr)来降低二甲基烯酮的沸点，并在低温(例如小于-10℃)的环境下收集二甲基烯酮。因此，与习知低温低压液相吸收制程相比，本揭露采用喷射抽吸制程来收集二甲基烯酮气体，除了可大幅降低能耗外，亦可降低二甲基烯酮的逸失(即提高二甲基烯酮的收率)。
29.根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置，是在相对低温(例如低于75℃)下对二甲基烯酮进行二聚反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮。如此一来，可降低副产物(例如寡聚物)生成，提高2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的选择率。根据本揭露实施例，藉由二聚反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的选择率可高达96％以上。
30.根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置，是在相对低温(例如低于80℃)下对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮进行氢化反应。如此一来，可大幅降低副产物(例如环酮副产物、开环酮类副产物、或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇)的生成。根据本揭露实施例，藉由氢化反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇的选择率可高达96％以上。
31.图1为本揭露一实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法10的步骤流程图。
32.本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法10包含以下步骤。首先，将异丁酸及乙酸酐进行反应(例如酯化反应)，得到一第一混合物(步骤12)，其中该第一混合物包含异丁酸酐及醋酸。根据本揭露实施例，在进行反应前，可将异丁酸及乙酸酐充份混合。接着，将步骤12所得第一混合物进行一第一纯化制程，得到异丁酸酐以及醋酸(步骤14)。根据本揭露实施例，该第一纯化制程可包含一蒸馏制程。根据本揭露实施例，该第一纯化制程
可包含一搅拌制程及一蒸馏制程。在对该第一混合物进行蒸馏制程前，对该第一混合物进行搅拌制程。根据本揭露实施例，在进行该第一纯化制程后，收集该醋酸。接着，对步骤14所得异丁酸酐进行一裂解制程，得到一第二混合物，其中第二混合物包含二甲基烯酮、异丁酸与异丁酸酐(步骤16)。在该裂解制程中，异丁酸酐可先在280℃至350℃下进行预热，接着加热异丁酸酐到400℃至500℃之间以热裂解异丁酸酐。根据本揭露实施例，该裂解制程的压力可介于60torr至120torr之间，制程的时间可介于0.01秒至1秒之间，且异丁酸酐的转化率可大于或等于45％，例如介于45％至70％之间。根据本揭露实施例，可搭配载气(例如氩气或氮气)与异丁酸酐的气体混合后再进行该裂解制程。接着，对步骤16所得第二混合物进行一气液分离制程，得到二甲基烯酮气体及一液体，其中该液体包含异丁酸与异丁酸酐(步骤18)。
33.根据本揭露实施例，在进行气液分离制程后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法10可更包含：收集该液体，并使该液体内的异丁酸与乙酸酐反应(步骤20)。
34.图2为本揭露某些实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法50的步骤流程图。根据本揭露实施例，在进行气液分离制程后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法50可更包含：利用一喷射抽吸制程在5℃至25℃以及750torr至770torr下收集该二甲基烯酮气体(步骤22)。本揭露采用喷射抽吸制程来收集二甲基烯酮气体，除了可大幅降低能耗(即可在常压下收集二甲基烯酮，无需降温至-10℃以下)外，亦可降低二甲基烯酮的逸失(即提高二甲基烯酮的收率)。根据本揭露实施例，该喷射抽吸制程的压力差来自于溶剂的流速，而所使用的溶剂可为酯类溶剂，例如异丁酸异丁酯、丙酸乙酯、或乙酸辛酯。根据本揭露实施例，在进行喷射抽吸制程中，该溶剂可溶解(吸收)二甲基烯酮，形成含二甲基烯酮的酯类溶液。根据本揭露实施例，该含二甲基烯酮的酯类溶液的二甲基烯酮浓度可为10wt％至40wt％，以该二甲基烯酮及溶剂的总重为基准。根据本揭露实施例，在收集该二甲基烯酮气体(或形成含二甲基烯酮的酯类溶液)后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法50可更包含：对二甲基烯酮进行二聚反应，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮(2,2,4,4-tetramethyl-1,3-cyclobutanedione，tmcd)(步骤24)。根据本揭露实施例，该二聚反应的温度可控制在为20℃至75℃。若反应温度过低，则反应过慢，需要增加反应时间。若反应温度过高，则在二聚反应中会产生副产物(例如聚酯或聚酮的寡聚物)，降低2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮产率及纯度。举例来说，将二甲基烯酮在75℃下进行二聚反应，所得的聚酯或聚酮寡聚物的量将会增加约1.42倍(与二甲基烯酮在70℃下进行二聚反应所得的聚酯或聚酮寡聚物的量相比)。根据本揭露实施例，该二聚反应的时间可介于2小时至24小时之间。
35.此外，根据本揭露实施例，该二聚反应可在惰性气体(如氮气或氩气)环境下进行。根据本揭露实施例，二甲基烯酮可在一催化剂存在下进行二聚反应。本揭露对于所使用的催化剂并无限制，可为习知对二甲基烯酮进行二聚反应所使用的催化剂。根据本揭露实施例，若使用酯类溶剂(例如异丁酸异丁酯)，由于酯类溶剂对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮的溶解度较低，二聚反应后所形成的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮会倾向析出。因此，待二聚反应结束后，可利用一制程(例如再结晶制程及/或过滤制程)收集2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮固体，并以溶剂进行清洗，得到高纯度的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮(纯度可大于99wt％)。
36.根据本揭露实施例，在对二甲基烯酮进行二聚反应后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法50可更包含：将步骤24所得的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮与一溶剂混合得到一溶液(步骤26)，以及将步骤26所得的该溶液与氢气进行氢化反应，得到一第三混合物，其中该第三混合物包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、以及溶剂(步骤28)。根据本揭露实施例，该溶液的固含量可为5wt％至20wt％。根据本揭露实施例，该包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的溶液可在一催化剂存在下与氢气进行氢化反应，以形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇(2,2,4,4-tetramethyl-1,3-cyclobutanediol、cbdo)。本揭露对于所使用的催化剂并无限制，可为习知用于氢化2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮所使用的催化剂。根据本揭露实施例，氢化反应的氢气压力可介于10bar至120bar之间，例如介于30bar至70bar之间。根据本揭露实施例，该氢化反应的温度可为50℃至80℃、以及氢化反应的压力可为1mpa至10mpa。表1显示分别在60℃以及135℃下(其他反应条件相同)对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮进行氢化反应所得各产物的选择率。
37.表1
[0038][0039]
由表1可得知，氢化速率虽然随着温度上升而增加，然而若氢化制程的温度过高，则会增加副产物(环酮类产物、开环酮类产物、或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol，tmpd)的比例。
[0040]
根据本揭露实施例，在对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮进行氢化反应后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法50可更包含：对第三混合物进行一第二纯化制程，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇(步骤30)。根据本揭露实施例，该第二纯化制程可包含一相分离制程，以回收氢气并得到一包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇以及溶剂的溶液。根据本揭露实施例，该第二纯化制程可更包含一蒸馏制程，以回收溶剂及移除副产物(环酮副产物、开环酮类副产物)，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。
[0041]
根据本揭露实施例，本揭露亦提供一种利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置。图3为本揭露实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置100的示意图。
[0042]
如图3所示，该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置100可包含一进料单元110、一第一反应单元115、一第一纯化单元120、一裂解单元125、以及一气液分离单元130。该进料单元110与该第一反应单元115连接，以将异丁酸及乙酸酐由进料单元110导入该第一反应单元115。在第一反应单元115中，该异丁酸在该第一反应单元与乙酸酐反应得到一第一混合物，其中该第一混合物包含异丁酸酐及醋酸。根据本揭露实施例，该第一反应单元115可例如为一连续式搅拌反应器。该第一反应单元115与该第一纯化单元120连接，以将该第一混合物导入该第一纯化单元120。该第一混合物可在该第一纯化单元中进行一第一纯化制程，得到异丁酸酐以及醋酸。根据本揭露实施例，该第一纯化单元120可包含一蒸馏塔。该第一纯化单元120与该裂解单元125连接，以将异丁酸酐导入该裂解单元125。异丁酸酐在该
裂解单元进行一裂解制程得到一第二混合物，其中第二混合物包含二甲基烯酮、异丁酸与异丁酸酐。根据本揭露实施例，该裂解单元125可包含一蒸发器以及一裂解反应器(未图示)。由纯化单元120供应的异丁酸酐经过蒸发器预热后导入该裂解反应器进行高温裂解反应。该裂解单元125与该气液分离单元130连接，以将第二混合物导入该气液分离单元130，其中该第二混合物在气液分离单元130分离成一二甲基烯酮气体及一液体，其中液体包含异丁酸与异丁酸酐，其中该进料单元110与该气液分离单元130连接，以将该液体导入该进料单元110。根据本揭露实施例，该进料单元110可进一步将该液体导入该第一反应单元115以与乙酸酐反应。根据本揭露实施例，该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置100可更包含一醋酸收集单元135，其中该醋酸收集单元135与该第一纯化单元120连接，用以收集由第一纯化单元120所分离的醋酸。
[0043]
图4为本揭露实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200的示意图。根据本揭露实施例，本揭露实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置除了该进料单元110、该第一反应单元115、该第一纯化单元120、该裂解单元125、以及该气液分离单元130外，可更包含一第二反应单元140、一抽吸单元145、一溶剂供给单元150、一固液分离单元155、一氢化单元160、一第二纯化单元165、以及一收集单元170的至少一者。
[0044]
根据本揭露实施例，如图4所示，为使二甲基烯酮进行二聚反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮，该气液分离单元130可与该第二反应单元140连接，以将该二甲基烯酮气体导入该第二反应单元140。该二甲基烯酮气体在该第二反应单元140中进行二聚反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮。
[0045]
根据本揭露实施例，为使第二反应单元140能在5℃至25℃及常压(例如750torr至770torr)下充分接收由该气液分离单元130所得的二甲基烯酮气体，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200可更包含一抽吸单元145。该第二反应单元140藉由该抽吸单元与该气液分离单元130连接，其中该抽吸单元145可对该二甲基烯酮气体进行一喷射抽吸制程，使由气液分离单元130所分离出的二甲基烯酮气体可被第二反应单元140接收。
[0046]
根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200可更包含一溶剂供给单元150，其中该溶剂供给单元150与该抽吸单元145连接，以供应该抽吸单元145一溶剂进行该喷射抽吸制程。在进行喷射抽吸制程中，该溶剂可溶解(吸收)二甲基烯酮，形成含二甲基烯酮的酯类溶液。根据本揭露实施例，由第二反应单元140所收集的二甲基烯酮气体亦可进一步溶解于该溶剂中，形成含二甲基烯酮的酯类溶液。
[0047]
根据本揭露实施例，可藉由该第二反应单元140对二甲基烯酮进行二聚反应，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮(2,2,4,4-tetramethyl-1,3-cyclobutanedione，tmcd)。根据本揭露实施例，在该第二反应单元140中，该二聚反应的温度可控制在20℃至75℃之间，以降低副产物(例如寡聚物)生成及提高2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的选择率。根据本揭露实施例，惰性气体(如氮气或氩气)可被导入第二反应单元140中，使得二聚反应是在惰性气体环境下进行。根据本揭露实施例，该第二反应单元140可包含一反应器(例如连续式搅拌反应器)以及一组结晶器(未图示)。由该气液分离单元130供应的二甲基烯酮经由搅拌反应器进行二聚反应，所得的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮(tmcd)再经由结晶器形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮固体。
[0048]
根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200可更
包含一固液分离单元155，其中该第二反应单元140与该固液分离单元155连接，以将由该第二反应单元140所得的产物(包含溶剂及2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮固体)导入该固液分离单元155。藉由该固液分离单元155，可使2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮以固体形式与溶剂分离。根据本揭露实施例，该固液分离单元155可与该溶剂供给单元150连接，以利用溶剂供给单元150回收该溶剂。根据本揭露实施例，该溶剂供给单元150可将回收该溶剂纯化，并进行再利用。
[0049]
根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200可更包含一氢化单元160，其中该固液分离单元155与该氢化单元160连接，以将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮导入该氢化单元160中。根据本揭露实施例，该溶剂供给单元150可与该氢化单元连接，以将溶剂导入氢化单元160。2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮可在氢化单元160进行氢化反应，得到一第三混合物，其中该第三混合物包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、以及溶剂。根据本揭露实施例，该氢化单元160可包含一搅拌器、一气体供应器、以及一反应器。该搅拌器可将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮与与溶剂混合形成一溶液，并将该溶液导入该反应器。该气体供应器可提供气体(例如氢气、或氢气及载气)至该反应器中，使得2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮在氢气存在下在反应器内进行氢化反应。
[0050]
根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200可更包含一第二纯化单元165，其中该氢化单元160与该第二纯化单元165连接，以将第三混合物导入第二纯化单元165。该第三混合物可在第二纯化单元进行一纯化制程，以将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、及溶剂分离。根据本揭露实施例，该第二纯化单元165可与该溶剂供给单元150连接，以利用溶剂供给单元150回收该溶剂。根据本揭露实施例，第二纯化单元165可将未反应的氢气导入该氢化单元160中。根据本揭露实施例，该第二纯化单元165可包含一分离器及一蒸馏塔(未图示)。该分离器可将气体(例如包含氢气、以及载气)及液体(例如包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、溶剂、及副产物)分离，并将气体导入氢化单元160，以及将液体导入该蒸馏塔。该蒸馏塔可将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、及溶剂由液体中分离，并将溶剂导入溶剂供给单元150。根据本揭露实施例，该溶剂供给单元可包含一纯化部件及一储存部件(未图示)。该纯化部件可将由该固液分离单元155及第二纯化单元所回收的液体加以纯化，以将该溶剂导入该抽吸单元145及该氢化单元160，进行再利用。
[0051]
根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的装置200可更包含一收集单元170，其中该收集单元170与该第二纯化单元165连接，用以收集2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。
[0052]
根据本揭露实施例，本揭露提供一种利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法。该利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法可使用图3或图4所示的装置进行。图5为本揭露一实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法300的步骤流程图。该方法300可使用图3所示的装置进行。
[0053]
根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法300包含以下步骤。将异丁酸及乙酸酐由该进料单元110导入至该第一反应单元115内(步骤310)。将异丁酸及乙酸酐在该第一反应单元中进行一反应(例如酯化反应)，得到一第一混合物，其中该第一混合物包含异丁酸酐及醋酸(步骤320)。根据本揭露实施例，在进行反应前，可将
异丁酸及乙酸酐充份混合。接着，将第一混合物导入该第一纯化单元120以对该第一混合物进行一第一纯化制程，得到异丁酸酐以及醋酸(步骤330)。根据本揭露实施例，该第一纯化制程可包含一搅拌制程及一蒸馏制程。在对该第一混合物进行蒸馏制程前，对该第一混合物进行搅拌制程。根据本揭露实施例，在进行该第一纯化制程后，可以一醋酸收集单元135收集该醋酸。接着，将异丁酸酐由第一纯化单元120导入一裂解单元125以对异丁酸酐进行一裂解制程，得到一第二混合物，其中第二混合物包含二甲基烯酮、异丁酸与异丁酸酐(步骤340)。在该裂解制程中，异丁酸酐可先在280℃至350℃下进行预热，接着加热异丁酸酐到400℃至500℃之间以热裂解异丁酸酐。根据本揭露实施例，该裂解制程的压力可介于60torr至120torr之间，制程的时间可介于0.01秒至1秒之间，且异丁酸酐的转化率可介于50％至70％之间。根据本揭露实施例，可搭配载气(例如氩气或氮气)与异丁酸酐的气体混合后再进行该裂解制程。接着，将第二混合物导入一气液分离单元130以对该第二混合物进行一气液分离制程，得到二甲基烯酮气体及一液体，其中该液体包含异丁酸与异丁酸酐(步骤350)。
[0054]
根据本揭露实施例，在进行气液分离制程后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法300可更包含：将该液体导入该进料单元110(步骤360)。根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法300可更包含：将液体由该进料单元110导入该第一反应单元115，以使该液体中的异丁酸与乙酸酐在该第一反应单元115中进行反应。
[0055]
图6a及图6b为本揭露某些实施例所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400的步骤流程图。该方法400可使用图4所示的装置进行。
[0056]
根据本揭露实施例，在以该气液分离单元130对该第二混合物进行气液分离制程后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400可包含：利用一抽吸单元145对二甲基烯酮气体进行一喷射抽吸制程，以将二甲基烯酮气体由该气液分离单元130导入该第二反应单元140(步骤410)。藉由该喷射抽吸制程，本揭露所述该第二反应单元可在5℃至25℃以及750torr至770torr(即常压)的环境下收集该二甲基烯酮气体。根据本揭露实施例，该喷射抽吸制程的压力差来自于溶剂的流速，而所使用的溶剂可为酯类溶剂，例如异丁酸异丁酯、丙酸乙酯、或乙酸辛酯。根据本揭露实施例，在进行喷射抽吸制程中，该溶剂可溶解(吸收)二甲基烯酮，形成含二甲基烯酮的酯类溶液。根据本揭露实施例，该含二甲基烯酮的酯类溶液的二甲基烯酮浓度可为10wt％至70wt％，以该二甲基烯酮及溶剂的总重为基准。根据本揭露实施例，一溶剂供给单元150可与该抽吸单元145连接，以供应该抽吸单元145一溶剂进行该喷射抽吸制程。在进行喷射抽吸制程中，该溶剂可溶解(吸收)二甲基烯酮，形成含二甲基烯酮的酯类溶液。根据本揭露实施例，由该第二反应单元140所收集的二甲基烯酮气体亦可进一步溶解于该溶剂中，形成含二甲基烯酮的酯类溶液。
[0057]
根据本揭露实施例，在将二甲基烯酮导入该第二反应单元140后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400可包含：将二甲基烯酮气体在该第二反应单元140中进行二聚反应，形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮(步骤420)。根据本揭露实施例，该第二反应单元140的温度可控制在20℃至75℃。换言之，该二聚反应是在20℃至75℃下进行。若反应温度过低，则反应过慢，需要增加反应时间。若反应温度过高，则在二聚反应中会产生聚酯或聚酮的寡聚物，降低2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮产率及纯度。根据本揭露实
施例，该二聚反应的时间可介于2小时至24小时之间。此外，根据本揭露实施例，惰性气体(如氮气或氩气)可被导入该第二反应单元140，使得该二聚反应在惰性气体环境下进行。根据本揭露实施例，若使用酯类溶剂(例如异丁酸异丁酯)，由于酯类溶剂对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮的溶解度较低，二聚反应后所形成的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮会倾向析出。因此，待二聚反应结束后，可利用一制程(例如再结晶制程及/或过滤制程)收集2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮固体，并以溶剂进行清洗，得到高纯度的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮(纯度可大于96wt％)。
[0058]
根据本揭露实施例，在对二甲基烯酮进行二聚反应后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400可包含：将二聚反应的产物(包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮及溶剂)由第二反应单元140导入一固液分离单元155，进行一固液分离制程(步骤430)。详细地说，在该固液分离单元155中，该二聚反应的产物(包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮及溶剂)可经由该固液分离制程，使2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮以固体形式与溶剂分离。根据本揭露实施例，该固液分离单元155可与该溶剂供给单元150连接，因此可将该固液分离单元155分离的液体导入溶剂供给单元150回收，使得该溶剂可经该溶剂供给单元150纯化并再利用。
[0059]
根据本揭露实施例，在进行固液分离制程后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400可更包含：将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮以及溶剂导入一氢化单元160内并进行混合得到一溶液(步骤440)。接着，利用该氢化单元160对所得的溶液进行氢化反应，得到一第三混合物，其中该第三混合物包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、以及溶剂(步骤450)。根据本揭露实施例，该2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮可由该固液分离单元155导入该氢化单元160内，而该溶剂可由溶剂供给单元150导入该氢化单元160内。根据本揭露实施例，一气体(例如氢气、或氢气及载气)可导入该氢化单元160内，使得2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮与氢气进行氢化反应。该溶液的固含量可为5wt％至20wt％。此外，根据本揭露实施例，该包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的溶液可在一催化剂存在下与氢气进行氢化反应，以形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。根据本揭露实施例，氢化反应的氢气压力可介于10bar至120bar之间，例如介于30bar至70bar之间。根据本揭露实施例，该氢化反应的温度可为50℃至80℃、以及氢化反应的压力可为1mpa至10mpa。由于氢化反应是在相对低温下进行，如此一来可大幅降低副产物(例如环酮副产物、开环酮类副产物、或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇)的生成。
[0060]
根据本揭露实施例，在进行该氢化反应后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法400可更包含：将第三混合物导入一第二纯化单元165以对该第三混合物进行一第二纯化制程，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、氢气、及溶剂(步骤460)。根据本揭露实施例，该第二纯化制程可包含一相分离制程，以回收氢气并得到一包含2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇以及溶剂的溶液。根据本揭露实施例，该第二纯化制程可更包含一蒸馏制程，以回收溶剂及移除副产物(环酮副产物、开环酮类副产物)，得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇。根据本揭露实施例，在进行该第二纯化制程后，可利用该溶剂供给单元150回收由该第二纯化制程所分离的溶剂，且可将由该第二纯化制程所分离的氢气由该第二纯化单元165导入该第二反应单元160中。
[0061]
根据本揭露实施例，在进行该第二纯化制程后，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐
制备化合物的方法400可更包含：将第二纯化制程所分离的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇导入一收集单元170(步骤470)。
[0062]
基于上述，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置可将异丁酸酐经裂解后所得副产物(例如异丁酸)以及未反应的起始物(例如异丁酸酐)再利用。此外，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置可利用一喷射抽吸制程收集所得的二甲基烯酮气体，因此可大幅降低能耗及提高二甲基烯酮的收率。再者，根据本揭露实施例，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置，是在相对低温(例如低于75℃)下对二甲基烯酮进行二聚反应形成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮。如此一来，可降低副产物(例如寡聚物)生成，提高2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮的选择率(根据本揭露实施例，选择率可高达99％以上)。另一方面，本揭露所述利用异丁酸及乙酸酐制备化合物的方法及装置，是在相对低温(例如低于80℃)下对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二酮进行氢化反应。如此一来，可大幅降低副产物(例如环酮副产物、开环酮类副产物、或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇)的生成。
[0063]
虽然本揭露已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何本技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。