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JP2019512585A - 高吸収性ポリマーを生成するためのシステムおよび方法 - Google Patents

高吸収性ポリマーを生成するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本明細書において、酸化エチレンおよび一酸化炭素から高吸水性ポリマーを生成するためのシステム、ならびにそのようなシステムを使用する方法が提供される。この生成システムは、例えば、酸化エチレンおよび一酸化炭素からβ−プロピオラクトンを生成するように構成されているβ−プロピオラクトン生成システム、ならびにβ−プロピオラクトンおよび／またはアクリル酸から高吸水性ポリマーを生成するように構成されている高吸水性ポリマー生成システムを含む、様々な単位操作を有する。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１６年３月２１日に出願された米国仮特許出願番号第６２／３１１，２７５号に基づく優先権を主張しており、この仮特許出願は、その全体の開示が参考として本明細書中に援用される。
分野
本開示は、出発材料として酸化エチレン（「ＥＯ」）および一酸化炭素（「ＣＯ」）を使用した高吸水性ポリマーの生成に関する。さらに具体的には、本開示は、反応蒸留などの単位操作を使用したβ−プロピオラクトン（「ＢＰＬ」）からの高吸水性ポリマーの生成に関する。
背景
高吸水性ポリマー（「ＳＡＰ」）は、それ自身の重量の何倍もの液体を吸収することができるポリマーである。ＳＡＰの主な特徴は、高レベルの液体を吸収し保持することができるその能力であるため、その主要な用途はおむつなどの衛生用品である。したがって、ＳＡＰは、毎日の生活において重要な役割を果たす。
ＳＡＰは、様々なモノマーから合成され得るが、最も一般的なのはアクリル酸である。大手製造者の間で、ＳＡＰを製造する方法に著しい差がある。これらの差は、出発アクリル酸、使用される開始剤、使用される架橋剤、反応器構成、様々な機器の温度および圧力、ならびに他の多くの因子を含む、ＳＡＰプロセスにおける多数の変数に起因する。典型的なＳＡＰプロセスは、カルボキシルおよびカルボン酸ナトリウム基を含有する最小限に架橋されたポリマーを提供するための、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、および架橋剤の共重合を含む。重合中の架橋は、水中に溶解せず、低い荷重下で水を吸収および保持し得る、ネットワーク化ポリマーを生じる。
ますますの発展および高齢化人口により衛生用品の需要が継続するに伴い、ＳＡＰの需要も継続する。さらに、衛生用品の改善は、改善されたＳＡＰ性能およびより薄い製品に向けられており、その結果製品当たり使用されるＳＡＰの量は減少している。
簡単な要旨
本明細書において、酸化エチレンおよび一酸化炭素から高吸水性ポリマーを生成するためのシステム、ならびにそのようなシステムを使用する方法が提供される。この生成システムは、例えば、酸化エチレンおよび一酸化炭素からβ−プロピオラクトンを生成するように構成されているβ−プロピオラクトン生成システム、ならびにβ−プロピオラクトンおよび／またはアクリル酸から高吸水性ポリマーを生成するように構成されている高吸水性ポリマー生成システムを含む、様々な単位操作を有する。
一部の実施形態では、酸化エチレンおよび一酸化炭素からの高吸水性ポリマーの生成システムは、β−プロピオラクトン生成システムであって、一酸化炭素、酸化エチレン、カルボニル化触媒、および溶媒を受けるための少なくとも１つの入口；ならびにβ−プロピオラクトン、溶媒、およびカルボニル化触媒を含む第１のβ−プロピオラクトンストリームのための少なくとも１つの出口を含む、第１の反応器を含む、β−プロピオラクトン生成システムを含む。この生成システムは、第１のβ−プロピオラクトンストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、第２のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されている、カルボニル化触媒リサイクルシステムも含み得る。さらに、この生成システムは、高吸水性ポリマー生成システムであって、第２のβ−プロピオラクトンストリーム、ナトリウム含有成分および架橋剤を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口を含む、第２の反応器を含む、高吸水性ポリマー生成システムも含み得る。第２の反応器は、蒸留反応器、ループ型反応器、または連続撹拌槽型反応器（ＣＳＴＲ）の群から選択される少なくとも１つを含み得る。第２の反応器の少なくとも１つの入口は、キレート剤および／またはゲル化剤を受け得る。ナトリウム含有成分は、ＮａＯＨ、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウムおよびそれらの塩の群から選択される少なくとも１つを含み得る。この生成システムは、カルボニル化触媒リサイクルシステムと高吸水性ポリマー生成システムとの間に、第２のβ−プロピオラクトンストリームから溶媒の少なくとも一部分を分離して、第２のβ−プロピオラクトンストリームの代わりに第２の反応器の少なくとも１つの入口により受けられる第３のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されているβ−プロピオラクトン精製システムをさらに含み得る。
一部の実施形態では、高吸水性ポリマーの生成システムは、β−プロピオラクトン、ナトリウム含有成分および架橋剤を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口を含む、蒸留反応器を含む。蒸留反応器の少なくとも１つの入口はまた、キレート剤および／またはゲル化剤を受け得る。ナトリウム含有成分はまた、ＮａＯＨ、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウムの群から選択される少なくとも１つを含み得る。β−プロピオラクトンは、溶媒を含んでもよい。β−プロピオラクトンおよびナトリウム含有成分は、蒸留反応器に入る前に合わせられてもよい。ナトリウム含有成分および架橋剤は、蒸留反応器に入る前に合わせられてもよい。蒸留反応器は、触媒材料を含有し得る。蒸留反応器は、β−プロピオラクトン、ナトリウム含有成分、および架橋剤を受けるための別個の入口を含んでもよい。
一部の実施形態では、高吸水性ポリマーの生成システムは、アクリル酸、ナトリウム含有成分および架橋剤を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口を含む、蒸留反応器を含む。蒸留反応器の少なくとも１つの入口はまた、キレート剤および／またはゲル化剤を受け得る。ナトリウム含有成分はまた、ＮａＯＨ、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウムの群から選択される少なくとも１つを含み得る。アクリル酸およびナトリウム含有成分は、蒸留反応器に入る前に合わせられてもよい。架橋剤およびナトリウム含有成分は、蒸留反応器に入る前に合わせられてもよい。蒸留反応器は、触媒材料を含有し得る。蒸留反応器は、アクリル酸、ナトリウム含有成分、および架橋剤を受けるための別個の入口を含んでもよい。
一部の実施形態では、高吸水性ポリマーの生成システムは、β−プロピオラクトン、ナトリウム含有成分および架橋剤を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口を含む、ループ型反応器を含む。ループ型反応器の少なくとも１つの入口は、キレート剤および／またはゲル化剤を受け得る。ナトリウム含有成分は、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはその任意の組み合わせを含む。β−プロピオラクトンは、溶媒を含んでもよい。β−プロピオラクトンおよびナトリウム含有成分は、ループ型反応器に入る前に合わせられてもよい。ナトリウム含有成分および架橋剤は、ループ型反応器に入る前に合わせられてもよい。ループ型反応器の少なくとも１つの入口は、触媒材料を受け得る。ループ型反応器の少なくとも１つの入口はまた、希釈剤を受け得る。ループ型反応器は、β−プロピオラクトン、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための別個の入口を含んでもよい。
一部の実施形態では、高吸水性ポリマーの生成システムは、アクリル酸、ナトリウム含有成分および架橋剤を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口を含む、ループ型反応器を含む。ループ型反応器の少なくとも１つの入口は、キレート剤および／またはゲル化剤を受け得る。ナトリウム含有成分は、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはその任意の組み合わせを含む。アクリル酸およびナトリウム含有成分は、ループ型反応器に入る前に合わせられてもよい。ナトリウム含有成分および架橋剤は、ループ型反応器に入る前に合わせられてもよい。ループ型反応器の少なくとも１つの入口は、触媒材料を受け得る。ループ型反応器の少なくとも１つの入口はまた、希釈剤を受け得る。ループ型反応器は、アクリル酸、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための別個の入口を含んでもよい。
一部の実施形態では、酸化エチレンおよび一酸化炭素からの高吸水性ポリマーの生成システムは、β−プロピオラクトン生成システムであって、一酸化炭素、酸化エチレン、カルボニル化触媒、および溶媒を受けるための少なくとも１つの入口；ならびにβ−プロピオラクトン、溶媒、およびカルボニル化触媒を含む第１のβ−プロピオラクトンストリームのための少なくとも１つの出口を含む、第１の反応器を含む、β−プロピオラクトン生成システムを含む。生成システムはまた、第１のβ−プロピオラクトンストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、第２のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されている、カルボニル化触媒リサイクルシステムを含み得る。さらに、生成システムはまた、アクリル酸生成システムであって、第２のβ−プロピオラクトンストリームを受けるための少なくとも１つの入口；およびアクリル酸を含むアクリル酸ストリームのための少なくとも１つの出口を含む、アクリル酸生成システムを含み得る。さらに、生成システムはまた、高吸水性ポリマー生成システムであって、第２のβ−プロピオラクトンストリーム、ナトリウム含有成分および架橋剤を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口を含む、第２の反応器を含む、高吸水性ポリマー生成システムを含み得る。第２の反応器は、蒸留反応器、ループ型反応器、または連続撹拌槽型反応器の群から選択される少なくとも１つを含み得る。第２の反応器の少なくとも１つの入口はまた、キレート剤および／またはゲル化剤を受け得る。ナトリウム含有成分は、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウムの群から選択される少なくとも１つを含み得る。ナトリウム含有成分は、水酸化ナトリウムであり得、水酸化ナトリウムは、種々の量の水を含み得る。生成システムはまた、カルボニル化触媒リサイクルシステムとアクリル酸生成システムとの間に、第２のβ−プロピオラクトンストリームから溶媒の少なくとも一部分を分離して、第２のβ−プロピオラクトンストリームの代わりにアクリル酸生成システムの少なくとも１つの入口により受けられる第３のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されているβ−プロピオラクトン精製システムをさらに含み得る。高吸水性ポリマーストリームは、溶媒を含み得る。生成システムはまた、高吸水性ポリマーストリームから溶媒の少なくとも一部分を分離して、第２の高吸水性ポリマーストリームを生成するように構成されている、高吸水性ポリマー精製システムを含み得る。高吸水性ポリマーストリームはまた、水を含み得る。生成システムはまた、高吸水性ポリマーストリームから溶媒および水の少なくとも一部分を分離して、第２の高吸水性ポリマーストリームを生成するように構成されている、高吸水性ポリマー精製システムを含み得る。
添付の図面に関連してなされる以下の説明を参照することにより本出願を最も理解することができ、図面では同様のパーツは、同様の数字によって言及され得る。
図１は、一酸化炭素および酸化エチレンから高吸水性ポリマーを生成するためのシステムの例示的な概略図である。
図２は、本明細書において開示される例示的な蒸留反応器である。
図３は、本明細書において開示される例示的なループ型反応器である。
図４Ａは、水酸化ナトリウムを使用して高吸水性ポリマーを生成するためのシステムの例示的な概略図である。
図４Ｂは、様々な水分含有量の水酸化ナトリウムを使用して高吸水性ポリマーを生成するためのシステムの例示的な概略図である。
図４Ｃは、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウムおよび／または水酸化ナトリウムを使用して高吸水性ポリマーを生成するためのシステムの例示的な概略図である。
詳細な説明
以下の説明は、例示的な方法、パラメーターなどを示している。しかしながら、そのような説明は、本開示の範囲に対する限定として意図されるのではなく、例示的な実施形態の説明として提供されることが理解されるべきである。
本明細書において、β−プロピオラクトン（「ＢＰＬ」）からの高吸水性ポリマー（「ＳＡＰ」）の生成のためのシステムおよび方法が提供される。例えば、酸化エチレン（「ＥＯ」）は、カルボニル化触媒の存在下で、例えば一酸化炭素（「ＣＯ」）とのカルボニル化反応を受けてＢＰＬを生成し得る。ＢＰＬは、重合触媒の存在下で重合を受け、ポリプロピオラクトン（「ＰＰＬ」）を生成し得る。さらに、ＰＰＬは、熱分解を受けて、例えば高純度アクリル酸「ＧＡＡ」を含むアクリル酸「ＡＡ」を生成し得る。ＢＰＬ、ＰＰＬ、ＡＡ、またはそれらの組合せは、ＳＡＰを生成するために使用され得る。
図１を参照すると、一酸化炭素および酸化エチレンからＳＡＰを生成するための例示的システムが示されている。一酸化炭素（「ＣＯ」）源１０４、カルボニル化触媒源１０３、酸化エチレン（「ＥＯ」）源１０１、および溶媒源１０２は、図１において反応器１０５として示されるＢＰＬ生成システム内に供給され得る。反応器１０５は、少なくとも１つの連続撹拌槽型反応器、少なくとも１つのループ型反応器、少なくとも１つの栓流反応器、または直列もしくは並列のそれらの組合せであってもよい。そのようなβ−プロピオラクトン生成システムは、典型的には、β−プロピオラクトンの液体生成物ストリームを生成するように構成されていてもよい。この液体ストリームは、少なくとも約１０重量％のＢＰＬ、少なくとも１５重量％のＢＰＬ、少なくとも２０重量％のＢＰＬ、少なくとも２５重量％のＢＰＬ、または少なくとも約３０重量％のＢＰＬを含有し得る。一部の実施形態では、この液体ストリームは、１０〜４０重量％のＢＰＬ、１５〜３０重量％のＢＰＬ、または約２０重量％のＢＰＬを含み得る。次いで、ＢＰＬ生成物ストリームは、図１においてナノフィルター１０６として示されるカルボニル化触媒リサイクルシステムに供給され得る。カルボニル化触媒リサイクルシステムは、β−プロピオラクトン生成物ストリーム中に存在する残留カルボニル化触媒を分離するように構成されていてもよく、そのような分離されたカルボニル化触媒は、反応器１０５における使用のためにリサイクルされてもよい。図１において示されるナノフィルター１０６は、ポリマー膜またはセラミック膜などの任意の好適な膜であってもよく、典型的にはβ−プロピオラクトン、溶媒および残留カルボニル化触媒で構成される保持液ストリーム、ならびに典型的にはβ−プロピオラクトン、溶媒、少量の酸化エチレン、一酸化炭素、副生成物（例えばアセトアルデヒドおよび無水コハク酸）および微量のカルボニル化触媒で構成される透過ストリームを生成する。
透過ストリームは、図１において任意選択の蒸留カラム１０７として示されるＢＰＬ精製システム内に供給され得、蒸留カラム１０７は、ＥＯ、ＣＯ、副生成物、および溶媒を透過ストリームから分離するように構成されていてもよい。蒸留カラム１０７は任意選択であり、必ずしも必須ではない。したがって、蒸留カラム１０７が使用される場合、ＢＰＬ精製システムからの精製されたＢＰＬストリームが、蒸留反応器１０８（すなわち高吸水性ポリマー生成システム）内に供給される。しかしながら、蒸留カラム１０７が使用されない場合、溶媒を有するＢＰＬストリームが、反応蒸留反応器１０８内に供給され得る。この溶媒を有するＢＰＬストリームは、約５〜９０重量％のＢＰＬまたは約１０〜８０重量％のＢＰＬを含み得る。
さらに、ＢＰＬストリームは、アクリル酸生成システム内に供給され得る。したがって、アクリル酸ストリームが、ＢＰＬストリームの代わりに蒸留反応器１０８内に供給され得る。
蒸留反応器１０８内には、架橋剤源１０９からの架橋剤が供給され得、ナトリウム含有成分源１１０からのナトリウム含有成分が供給され得、キレート剤源１１１からのキレート剤が供給され得、および／またはゲル化剤源１１２からのゲル化剤が供給され得る。一部の実施形態では、ＢＰＬストリーム（またはアクリル酸ストリーム）、架橋剤、ナトリウム含有成分、キレート剤、および／またはゲル化剤は、蒸留反応器内に供給される前に混合されてもよい。例えば、蒸留反応器１０８の前に、ＢＰＬストリーム（またはアクリル酸ストリーム）およびナトリウム含有成分は、それらがスクリュー供給物として蒸留反応器内に組み込まれるように合わせられてもよい。別の実施形態では、ナトリウム含有成分および架橋剤は、蒸留反応器内に供給される前に合わせられてもよい。反応蒸留後、ＳＡＰストリームが形成され得る。
酸化エチレン源
酸化エチレン（ＥＯ）は、カルボニル化反応システムの入口に供給され得る。ＥＯは、ポンプまたは当業者に公知である任意の他の手段を使用して、液体として供給され得る。さらに、ＥＯ源は、不活性雰囲気下で維持されてもよい。一部の実施形態では、ＥＯは、石油ベースであってもよい。石油ベースのＥＯは、エチレンの酸化により得ることができる。さらに、ＥＯは、バイオベースであってもよい。バイオベースのＥＯは、エタノールから得ることができる。
溶媒源
溶媒は、本明細書に記載の任意の溶媒、およびそのような溶媒の混合物から選択され得る。一部の変形形態では、溶媒は、有機溶媒である。ある特定の変形形態では、溶媒は、非プロトン性溶媒である。
一部の実施形態では、溶媒は、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−イソ−ブチルケトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、ジクロロメタン、およびヘキサン、ならびにこれらの任意の２種またはそれより多くの混合物を含む。一般に、極性プロトン性溶媒または炭化水素が、このステップに好適である。
さらに、１つの変形形態では、β−ラクトンが共溶媒として利用されてもよい。他の変形形態では、溶媒は、エーテル、炭化水素、および非プロトン性極性溶媒を含んでもよい。一部の実施形態では、溶媒は、テトラヒドロフラン（「ＴＨＦ］）、スルホラン、Ｎ−メチルピロリドン、１，３ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソソルビドエーテル、メチルｔｅｒｔブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジフェニルエーテル、１，４−ジオキサン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、二塩基性エステル、ジエチルエーテル、アセトニトリル、酢酸エチル、ジメトキシエタン、アセトン、およびメチルエチルケトンを含む。別の実施形態では、溶媒は、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、スルホラン、Ｎ−メチルピロリドン、１，３ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソソルビドエーテル、メチルｔｅｒｔブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジフェニルエーテル、１，４−ジオキサン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、二塩基性エステル、ジエチルエーテル、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、２−ブタノン、シクロヘキサノン、トルエン、ジフルオロベンゼン、ジメトキシエタン、アセトン、およびメチルエチルケトンを含む。ある特定の変形形態では、溶媒は、極性供与溶媒である。１つの変形形態では、溶媒は、ＴＨＦである。
重合を妨害しない低沸点溶媒、例えばＴＨＦの導入は、ＳＡＰ生成プロセスに追加的な利点を提供し得る。第１に、低沸点溶媒は、重合プロセス中に生じた熱の効果的な管理を補助し得る。均一な熱分布は、より良好なポリマーの生成（すなわちより均一な粒径分布など）を可能にし得る。第２に、低沸点溶媒は、ＳＡＰの処理を容易にし得る。最後に、低沸点溶媒は、ＳＡＰの乾燥に関連したコストを低下させることができる（すなわち、水と比較して低い溶媒ボイリングオフのコスト）。
溶媒は、ポンプを使用してカルボニル化反応システムに供給され得る。さらに、溶媒ストリーム、源、および貯蔵タンクは、不活性またはＣＯ雰囲気下で維持され得る。一部の実施形態では、溶媒をカルボニル化反応システムにサプライする溶媒供給物は、新鮮な溶媒源からの溶媒、ＢＰＬ精製システムからのリサイクルされた溶媒、および／またはカルボニル化触媒単離システムからのリサイクルされたカルボニル化触媒ストリーム中の溶媒を含み得る。一部の実施形態では、ＢＰＬ精製システムからのリサイクルされた溶媒は、補給溶媒貯蔵部内に貯蔵され得る。一部の実施形態では、溶媒をカルボニル化反応システムにサプライする溶媒供給物は、補給溶媒貯蔵部からの溶媒を含み得る。一部の実施形態では、溶媒は、システムからパージされ得る。一部の実施形態では、パージされた溶媒は、ＢＰＬ精製システムのリサイクルされた溶媒からの溶媒であってもよい。一部の実施形態では、新鮮な溶媒源からの溶媒もまた、ＢＰＬ精製システムからのリサイクルされた溶媒を新鮮な溶媒で希釈するために補給溶媒貯蔵部内に貯蔵される。一部の実施形態では、新鮮な溶媒は、カルボニル化反応システムに入る前に、新鮮な源から補給溶媒貯蔵部に供給される。一部の実施形態では、新鮮な溶媒源、ＢＰＬ精製システム、およびカルボニル化触媒単離システムからの溶媒は、カルボニル化触媒を阻害し得る酸素および水を除去するために、吸着などの操作により精製され得る。
カルボニル化触媒供給源
当技術分野において公知の多数のカルボニル化触媒は、本発明の方法に適している（または適合させることができる）。例えば、一部の実施形態では、カルボニル化方法は、金属カルボニル−ルイス酸触媒、例えば、米国特許第６，８５２，８６５号に記載されているものを利用する。他の実施形態では、カルボニル化ステップは、米国特許出願第１０／８２０，９５８号；および同第１０／５８６，８２６号に開示されているカルボニル化触媒のうちの１つもしくは複数を用いて行われる。他の実施形態では、カルボニル化ステップは、米国特許第５，３１０，９４８号；同第７，４２０，０６４号；および同第５，３５９，０８１号に開示されている触媒のうちの１つもしくは複数を用いて行われる。エポキシドのカルボニル化のためのさらなる触媒は、Chem. Commun.、２００７年、６５７〜６７４頁におけるレビューにおいて考察されている。
一部の実施形態では、カルボニル化触媒は、金属カルボニル化合物を含む。典型的には、単一の金属カルボニル化合物が提供されるが、一部の実施形態では、２種もしくはそれ超の金属カルボニル化合物の混合物が提供される。このように、提供される金属カルボニル化合物が、例えば、中性金属カルボニル化合物を「含む」とき、この提供される金属カルボニル化合物は、単一の中性金属カルボニル化合物、または１種もしくは複数の金属カルボニル化合物と組み合わせた中性金属カルボニル化合物でよいことが理解される。好ましくは、提供される金属カルボニル化合物は、エポキシドを開環させ、得られる金属炭素結合へのＣＯの挿入を促進することができる。この反応性を有する金属カルボニル化合物は当技術分野で周知であり、実験室実験のために、および工業プロセス、例えば、ヒドロホルミル化において使用される。
一部の実施形態では、提供される金属カルボニル化合物は、アニオン性金属カルボニル部分を含む。他の実施形態では、提供される金属カルボニル化合物は、中性金属カルボニル化合物を含む。一部の実施形態では、提供される金属カルボニル化合物は、金属カルボニル水素化物またはヒドリド金属カルボニル（hydrido metal carbonyl）化合物を含む。一部の実施形態では、提供される金属カルボニル化合物は、ｉｎ ｓｉｔｕで１つもしくは複数の反応構成要素と反応して、最初に提供される化合物とは異なる活性種を提供する、プレ触媒として作用する。所与の反応における活性種は確実に既知ではないかもしれないことが認識されるので、このようなプレ触媒が特に包含される。このように、ｉｎ ｓｉｔｕでのこのような反応種の同定はそれ自体が、本開示の趣旨または教示から逸脱しない。
一部の実施形態では、金属カルボニル化合物は、アニオン性金属カルボニル種を含む。一部の実施形態では、このようなアニオン性金属カルボニル種は、一般式［ＱｄＭ’ｅ（ＣＯ）ｗ］ｙ−を有し、式中、Ｑは、任意の配位子であり、存在する必要はなく、Ｍ’は、金属原子であり、ｄは、０〜８の整数（両端を含む）であり、ｅは、１〜６の整数（両端を含む）であり、ｗは、安定なアニオン性金属カルボニル錯体を提供するような数であり、ｙは、アニオン性金属カルボニル種の電荷である。一部の実施形態では、アニオン性金属カルボニルは、一般式［ＱＭ’（ＣＯ）ｗ］ｙ−を有し、式中、Ｑは、任意の配位子であり、存在する必要はなく、Ｍ’は、金属原子であり、ｗは、安定なアニオン性金属カルボニルを提供するような数であり、ｙは、アニオン性金属カルボニルの電荷である。
一部の実施形態では、アニオン性金属カルボニル種は、周期表の５族、７族もしくは９族からの金属のモノアニオン性カルボニル錯体、または周期表の４族もしくは８族からの金属のジアニオン性カルボニル錯体を含む。一部の実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物は、コバルトまたはマンガンを含有する。一部の実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物は、ロジウムを含有する。適切なアニオン性金属カルボニル化合物は、［Ｃｏ（ＣＯ）４］−、［Ｔｉ（ＣＯ）６］２−、［Ｖ（ＣＯ）６］−、［Ｒｈ（ＣＯ）４］−、［Ｆｅ（ＣＯ）４］２−、［Ｒｕ（ＣＯ）４］２−、［Ｏｓ（ＣＯ）４］２−、［Ｃｒ２（ＣＯ）１０］２−、［Ｆｅ２（ＣＯ）８］２−、［Ｔｃ（ＣＯ）５］−、［Ｒｅ（ＣＯ）５］−、および［Ｍｎ（ＣＯ）５］−を含むが、これらに限定されない。一部の実施形態では、アニオン性金属カルボニルは、［Ｃｏ（ＣＯ）４］−を含む。一部の実施形態では、２つもしくはそれ超のアニオン性金属カルボニル錯体の混合物が、方法において使用されるカルボニル化触媒中に存在し得る。
一酸化炭素源
一酸化炭素は、ＥＯをカルボニル化してＢＰＬを生成するのに十分な量でＢＰＬ生成システム内に供給され得る。一部の変形形態では、これは、大気圧超の一酸化炭素圧力下でカルボニル化反応を行うことで達成され得る。一部の実施形態では、一酸化炭素は、石油ベースであってもよい。石油ベース一酸化炭素は、ガス化などの様々なプロセスから得ることができる。一部の実施形態では、一酸化炭素は、再生可能である。再生可能な一酸化炭素は、ＭＳＷ／バイオマスガス化、またはＣＯ２をＣＯに変換する他の技術（例えばＰｒａｘａｉｒ／Ｈａｌｄｏ−Ｔｏｐｓｏｅ）から得ることができる。
一部の実施形態では、一酸化炭素をカルボニル化反応システムにサプライする一酸化炭素源は、新鮮な一酸化炭素源（すなわち主要ＣＯ供給物）、およびカルボニル化反応システムからのリサイクルされた一酸化炭素ストリームを含み得る。一部の実施形態では、一酸化炭素源は、新鮮な一酸化炭素源のみであってもよい。一部の実施形態では、一酸化炭素源は、リサイクルされた一酸化炭素のみであってもよい。一部の実施形態では、新鮮な一酸化炭素ストリームおよび／またはリサイクルされた一酸化炭素ストリームが一酸化炭素圧縮機内に供給されてから、一酸化炭素圧縮機から得られるストリーム（すなわち反応器一酸化炭素入口ストリーム）がカルボニル化反応システム内に供給されてもよい。一部の実施形態では、一酸化炭素圧縮機から得られるストリーム（すなわち反応システム一酸化炭素入口ストリーム）が、一酸化炭素源であってもよい。一酸化炭素源は、カルボニル化反応システム圧またはそれより高い圧力まで圧縮され、次いでカルボニル化システムに供給されてもよい。一部の実施形態では、新鮮な一酸化炭素源（すなわち主要ＣＯ供給物）およびリサイクルされた一酸化炭素が、別個の圧縮機において圧縮され得る。リサイクルされた一酸化炭素が新鮮な一酸化炭素供給物（すなわち主要ＣＯ供給物）とは別個に反応システム圧まで圧縮されてもよい１つの理由は、一酸化炭素リサイクルストリーム中に存在し得る酸化エチレンおよびＢＰＬなどの有害成分で主要圧縮機（すなわち新鮮供給物圧縮機）が汚染されるのを回避するためである。これらの潜在的に有害な成分のいくつかは、部分液化成分として圧縮機から廃棄物として除去され得る。一部の実施形態では、これらの潜在的に有害な成分はまた、カルボニル化反応システムにリサイクルされてもよい。一部の実施形態では、両方の圧縮機からの圧縮一酸化炭素は、反応システム一酸化炭素入口ストリームとしてカルボニル化反応システムに供給され得る。
架橋剤源
本明細書において開示される架橋剤源は、ＳＡＰの生成における使用に好適な架橋剤源であってもよい。好適な架橋剤は、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラアリルオキシエタン、アリルメタクリレート、トリアリルアミン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、およびトリメチロールプロパントリアクリレートを含み得る。本明細書に記載の架橋剤の任意の組合せが使用されてもよい。架橋剤はまた、様々な量および濃度で使用され得る。
ナトリウム含有成分源
本明細書において開示されるナトリウム含有成分源は、ＳＡＰの生成における使用に好適なナトリウム含有成分源であってもよい。具体的には、ナトリウム含有成分は、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、それらの塩、またはそれらの組合せを含み得る。さらに、ナトリウム含有成分は、当技術分野において公知のＳＡＰ開始剤を含み得る。ナトリウム含有成分は、ＢＰＬの開環のための開始剤として機能し得る。さらに、ナトリウム含有成分は、最終ＳＡＰの吸収特性に有利な過剰のナトリウムイオンを提供し得る。さらに、ナトリウム含有成分は、ＳＡＰの生成におけるＳＡＰポリマーおよび／またはアクリル酸の中和剤として機能し得る。ナトリウム含有成分は、様々な量および濃度で使用され得る。
キレート剤源
本明細書において開示されるキレート剤源は、ＳＡＰの生成における使用に好適なキレート剤源であってもよい。キレート剤は、様々な量および濃度で使用され得る。
ゲル化剤源
本明細書において開示されるゲル化剤源は、ＳＡＰの生成における使用に好適なゲル化剤源であってもよい。ゲル化剤は、様々な量および濃度で使用され得る。
反応蒸留
図２を参照すると、ＢＰＬ（またはアクリル酸）からＳＡＰを生成するための例示的な蒸留反応器２０８（すなわち例示的な高吸水性ポリマー生成システム）が示されている。蒸留反応器は、当技術分野において公知の様々な蒸留カラムおよび物質移動反応器のいずれかの形状に従うことができる反応容器を含んでもよい。反応器２０８の内側には、単一のトレイ（図示せず）または複数のトレイ（２１３、２１４、２１５）が位置してもよく、これらは複数の反応チャンバー（２１６、２１７、２１８）の下側境界または単一の反応チャンバーの下側境界を画定し得る。工学的設計の選択肢および最適化の問題として、蒸留プロセスを補助するために蒸留カラム内で一般的に使用される材料が、反応器２０８内において使用され得る。
単一のトレイまたは複数のトレイの上には、触媒材料（２１９、２２０、２２１）が位置してもよい。触媒材料は、ＳＡＰ合成触媒または触媒系の全ての必要な成分を含んでもよい。したがって、ＳＡＰ合成のための触媒活性金属ならびにその前駆体および誘導体化合物などの活性触媒成分が、ＳＡＰ合成触媒または触媒系中に含まれてもよい。当技術分野において周知のように、触媒担体材料もまた、触媒材料中に含まれてもよい。促進剤、活性剤、および他の材料もまた、触媒材料中に含まれてもよい。さらに、触媒材料と併せて、非触媒蒸留充填材などが使用されてもよい。一部の実施形態では、１つまたは複数の反応チャンバーに、触媒材料が存在していなくてもよい。触媒材料は、各反応チャンバー内で、異なる量、濃度、形態、および構成で存在してもよい。蒸留反応器は、好ましくは、ＳＡＰ合成に活性な触媒を使用する。しかしながら、反応器内で使用されなければならない特定の触媒の種類はない。一実施形態では、触媒材料中の活性触媒成分は、ＳＡＰの生成に活性であることが公知である任意の金属を含む。望ましい触媒材料の形態は、当業者に公知の方法のいずれかにより調製され得る。触媒材料、その物理的形態、およびその内容物の濃度は、所望の反応スキームをもたらすように各反応チャンバー内で最適化され得る。実際に、触媒材料は、各反応チャンバーに対して、前記反応チャンバー内で生じる反応を最適化するように選択され得る。例えば、蒸留反応器内に含まれる触媒材料は、ＢＰＬ→ＰＰＬ；ＰＰＬ→ＡＡ；および／またはＡＡ→ＳＡＰの反応を触媒し得る触媒を含み得る。
所望の反応物を反応器２０８に供給するために、複数の供給ラインが使用されてもよい。３つの供給ラインが示されているが、３つより多い、または３つ未満の任意の数の供給ラインが使用されてもよい。さらに、これらの供給ラインのいくつかは、反応器に入る前に互いに合わせられてもよい。さらに、供給ラインのそれぞれは、図２に示されるように、反応器の反応チャンバー内に入ってもよい。他の実施形態では、供給ラインは、ある特定の所望の効果を達成するように様々な構成に従って位置付けられ得る。例えば、全ての供給ラインが、反応器の１つの反応チャンバー内に入ってもよい。所望により供給材料が予熱、冷却、および加圧され得るように、圧縮機、加熱器などが供給ラインに提供されてもよい。例えば、供給材料がその進入点での反応器の条件と同等の条件で反応器に入るように、供給材料を予熱および加圧することが望ましくあり得る。
操作中、反応物および存在する場合には他の処理材料は、供給ラインを通って反応器２０８に入ってもよい。一実施形態では、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）２２２、薬剤供給ライン２２３、およびナトリウム含有成分供給ライン２２４が、反応器２０８に入ってもよい。さらに、１つより多くのＢＰＬ供給ライン、１つより多くの薬剤供給ライン、１つより多くのナトリウム含有成分供給ラインが存在してもよく、これらの異なる供給ラインのそれぞれが、反応器の様々な反応チャンバーに入ってもよい。上述のように、これらの供給ラインは、同じまたは異なる反応チャンバー内に入ってもよい。ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）２２２は、上述のＢＰＬ生成システム（またはＡＡ生成システム）から来てもよい。薬剤供給ラインは、架橋剤源、キレート剤源、ゲル化剤源、またはそれらの組合せから来てもよい。さらに、複数の薬剤供給ライン（例えば各薬剤に対して１つ）が存在してもよい。ナトリウム含有成分供給ラインは、ナトリウム含有成分源から来てもよい。ＢＰＬ供給ラインは、精製されたＢＰＬを含んでもよく、または溶媒中のＢＰＬを含んでもよい。一部の実施形態では、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有供給ラインは、蒸留反応器の前のスクリュー供給セクションとして組み込まれてもよい。例えば、ＢＰＬ供給ラインは、反応器に入る前に、アクリル酸ナトリウム（または他のナトリウム塩）を含むナトリウム含有成分供給ラインと合わせられてもよい。さらに、１つより多くのＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）、１つより多くの薬剤供給ライン、１つより多くのナトリウム含有成分供給ライン、１つより多くの希釈剤供給ライン、および１つより多くの触媒供給ラインが存在してもよく、これらの異なる供給ラインのそれぞれが、反応器の様々な、または同じ点で入ってもよい。
一実施形態では、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有供給ライン（合わせられた、または個々の）は、蒸留反応器の場所（例えば、蒸留反応器の底部）に入ってもよく、薬剤供給ラインは、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有供給ラインの場所とは異なる場所（例えば、ＢＰＬ（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有入口より上）で入ってもよく、また別のナトリウム含有成分供給ラインは、薬剤供給ラインとは異なる場所（例えば、薬剤供給ライン入口より上）で入ってもよい。一部の実施形態では、ナトリウム含有供給ラインおよび薬剤供給ラインは、反応器に入る前に合わせられてもよい。例えば、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有供給ライン（合わせられた、または個々の）は、蒸留反応器の場所で入ってもよく、合わせられた薬剤およびナトリウム含有成分供給ラインは、ＢＰＬ（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有供給ラインの場所とは異なる場所で入ってもよい。一部の実施形態では、薬剤供給ラインは、それぞれの個々の薬剤の別個の供給ライン（すなわち、架橋供給ライン、キレート供給ライン、およびゲル化供給ラインなど）に分割されてもよい。
供給材料の濃度およびその注入点、反応温度および圧力、ならびに蒸留反応器内の様々な反応チャンバー内で使用される触媒の種類および触媒の量（存在する場合）は全て、生成分布、変換、および選択性を制御するために本発明に従って変動し得る。一実施形態では、蒸留カラムの構成要素は、ＳＡＰが蒸留カラムから生成されるように構成されている。
高品質ＳＡＰを作製する上での１つの重要な態様は、効率的な熱管理システムである。したがって、反応器２０８は、効率的な冷却のために熱交換器を含んでもよい。従来のＳＡＰ製造者は、熱の発生を管理するために、水酸化ナトリウム水溶液を使用する。しかしながら、これによって、それらの製造者は、プロセスの最後に水を除去する問題を有することになり得る。例えば、典型的には重量の５０％が水であり、水を除去して乾燥ＳＡＰを得るのは極めて高費用となり得る。本出願は、様々な濃度の架橋剤ならびに他の薬剤（例えば、キレートおよび／またはゲル化剤）、ナトリウム含有成分を使用することができ、効果的な冷却、および例えばＴＨＦなどの低沸点溶媒の導入により、熱を管理することができる。
他の反応器
図２により単一の蒸留反応器のみが示されているが、ＳＡＰ合成を行うために複数の蒸留反応器（直列または並列）が使用されてもよい。ＳＡＰ合成を行うために、蒸留反応器以外にループ型反応器、連続撹拌槽型反応器（ＣＳＴＲ）、または栓流反応器などの他の反応器が使用されてもよい。
例えば、図３は、ＢＰＬ（またはＡＡ）からＳＡＰを生成するための例示的なループ型反応器３０８（すなわち、別の例示的な高吸水性ポリマー生成システム）を示す。蒸留反応器と同様に、複数の供給ラインがループ型反応器に入ってもよい。所望の反応物を反応器３０８に供給するために、複数の供給ラインが使用されてもよい。５つの供給ラインが示されているが、５つより多い、または３つ未満の任意の数の供給ラインが使用されてもよい。さらに、これらの供給ラインのいくつかは、反応器に入る前に互いに合わせられてもよい。他の実施形態では、供給ラインは、ある特定の所望の効果を達成するように様々な構成に従って位置付けられ得る。所望により供給材料が予熱、冷却、および加圧され得るように、圧縮機、加熱器などが供給ラインに提供されてもよい。例えば、供給材料がその進入点での反応器の条件と同等の条件で反応器に入るように、供給材料を予熱および加圧することが望ましくあり得る。
操作中、反応物および存在する場合には他の処理材料は、供給ラインを通って反応器３０８に入ってもよい。一実施形態では、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）３２２、薬剤供給ライン３２３、ナトリウム含有成分供給ライン３２４、希釈剤供給ライン３２５および／または触媒供給ライン３２６が、反応器３０８に入ってもよい。希釈剤は、反応物（および生成物）を希釈し、それらをループ型反応器全体に運ぶ液体であってもよい。好ましくは、反応物および／または生成物は、希釈剤中に溶解しない。一部の実施形態では、希釈剤は必要ない。さらに、１つより多くのＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）、１つより多くの薬剤供給ライン、１つより多くのナトリウム含有成分供給ライン、１つより多くの希釈剤供給ライン、および１つより多くの触媒供給ラインが存在してもよく、これらの異なる供給ラインのそれぞれが、反応器の様々な、または同じ点で入ってもよい。ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）２２２は、上述のＢＰＬ生成システム（またはＡＡ生成システム）から来てもよい。薬剤供給ラインは、架橋剤源、キレート剤源、ゲル化剤源、またはそれらの組合せから来てもよい。ナトリウム含有成分供給ラインは、ナトリウム含有成分源から来てもよい。希釈剤供給ラインは、希釈剤源から来てもよい。触媒供給ラインは、触媒材料源から来てもよい。上記で考察するように、触媒材料は、ＳＡＰ合成触媒または触媒系の全ての必要な成分を含んでもよい。したがって、ＳＡＰ合成のための触媒活性金属ならびにその前駆体および誘導体化合物などの活性触媒成分が、ＳＡＰ合成触媒または触媒系中に含まれてもよい。当技術分野において周知のように、触媒担体材料もまた、触媒材料中に含まれてもよい。促進剤、活性剤、および他の材料もまた、触媒材料中に含まれてもよい。一部の実施形態では、ループ型反応器は、触媒を有さない。触媒材料は、ループ型反応器内で、異なる量、濃度、形態、および構成で存在してもよい。ループ型反応器は、好ましくは、ＳＡＰ合成に活性な触媒を使用する。例えば、ループ型反応器内に含まれる触媒材料は、ＢＰＬ→ＰＰＬ；ＰＰＬ→ＡＡ；および／またはＡＡ→ＳＡＰの反応を触媒し得る触媒を含み得る。しかしながら、任意の好適な触媒の種類が反応器内で使用され得る。一実施形態では、触媒材料中の活性触媒成分は、ＳＡＰの生成に活性であることが公知である任意の金属を含む。望ましい触媒材料の形態は、当業者に公知の方法のいずれかにより調製され得る。触媒材料、その物理的形態、およびその内容物の濃度は、所望の反応スキームをもたらすように最適化され得る。実際に、触媒材料は、前記ループ型反応器内で生じる反応を最適化するように選択され得る。
ＢＰＬ供給ラインは、精製されたＢＰＬを含んでもよく、または溶媒中のＢＰＬを含んでもよい。一部の実施形態では、ＢＰＬ供給ライン（またはＡＡ供給ライン）およびナトリウム含有供給ラインは、ループ型反応器の前に合わされてもよい。一部の実施形態では、ナトリウム含有供給ラインおよび薬剤供給ラインは、ループ型反応器に入る前に合わせられてもよい。
供給材料の濃度およびその注入点、反応温度および圧力、ならびにループ型反応器内で使用される触媒の種類および触媒の量（存在する場合）は全て、生成分布、変換、および選択性を制御するために本発明に従って変動し得る。一実施形態では、ループ型反応器の構成要素は、ＳＡＰがループ型反応器から生成されるように構成されている。
さらに、ループ型反応器は、熱を管理するために、冷却ジャケット３２７を含んでもよい。さらに、ループ型反応器は、ループ型反応器の他の成分から生成物ＳＡＰを分離するために、分離器３２８を含んでもよい。
ＥＯ＆ＣＯ→ＢＰＬ→ＡＡ→ＳＡＰ
上記の図は全て、反応器に入るＢＰＬ供給ラインを示しているが、このＢＰＬ供給ラインは、上述のようなアクリル酸供給ラインで置き換えられてもよい。したがって、ＢＰＬ供給ラインが蒸留反応器、ループ型反応器などに入っている上の全ての実施形態において、この供給ラインは、代わりにアクリル酸供給ラインであってもよい。アクリル酸の生成のためのこのプロセスは、ＳＡＰを生成するために本明細書において開示される蒸留反応器、ループ型反応器、または他の反応器のいずれかと共に使用されてもよい。
図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、ＣＯおよびＥＯからＳＡＰを生成するための例示的なシステムが示されている。以前に図１に関して上で説明したように、図４Ａ〜図４Ｃは、同じまたは同様のＣＯ源４０４、触媒源４０３、ＥＯ源４０１、溶媒源４０２、反応器４０５（ＢＰＬ生成システム）、触媒リサイクルストリームおよびナノフィルター４０６を含み得る。さらに、図４Ａはまた、任意選択の蒸留カラム４０７として（すなわち図１の任意選択の蒸留カラムと同様に）示されるＢＰＬ精製システムを含む。
図４Ａ〜図４Ｃはまた、反応器４１３（アクリル酸（ＡＡ）生成システム）を含む。反応器４１３内で、ＢＰＬからＡＡへの変換が生じ得る。反応器４１３は、単一の反応器、または直列もしくは並列の複数の反応器であってもよい。例えば、反応器４１３は、重合触媒を有するポリプロピオラクトン（「ＰＰＬ」）生成システム（例えば栓流反応器）およびアクリル酸を生成するための熱分解反応器を含んでもよい。反応器４１３は、ＢＰＬからＡＡへの反応の促進を補助するために、ゼオライトまたは他の不均一触媒などの触媒を含んでもよい。さらに、反応器４１３は、栓流反応器、ループ型反応器、ＣＳＴＲ、またはそれらの組合せを含んでもよい。
図４Ａを参照すると、アクリル酸ストリーム；架橋剤源４０９からの架橋剤；ナトリウム含有成分源４１０からの水酸化ナトリウム；キレート剤源４１１からのキレート剤；ならびに／またはゲル化剤源４１２からのゲル化剤が、反応器４０８（すなわち、高吸水性ポリマー生成システム）に供給され得る。反応器４０８は、蒸留反応器、ループ型反応器、ＣＳＴＲ、またはそれらの組合せであってもよい。さらに、反応器４０８は、上述の反応器１０８または２０８または３０８のいずれかであってもよい。反応器４０８内で、ＡＡからＳＡＰが生成され得る。一部の実施形態では、ＡＡストリーム、架橋剤、ナトリウム含有成分、キレート剤、および／またはゲル化剤は、蒸留反応器内に供給される前に混合されてもよい。例えば、反応器４０８の前に、ＡＡストリームおよびナトリウム含有成分は、それらがスクリュー供給物として蒸留反応器内に組み込まれるように合わせられてもよい。別の実施形態では、ナトリウム含有成分および架橋剤は、蒸留反応器内に供給される前に合わせられてもよい。図４Ａにおける反応器４０８の後、ＳＡＰストリームが形成され得る。
図４Ｂを参照すると、アクリル酸ストリーム；架橋剤源４０９からの架橋剤；ナトリウム含有成分源４１０からの水酸化ナトリウム；キレート剤源４１１からのキレート剤；ならびに／またはゲル化剤源４１２からのゲル化剤が、反応器４０８に供給され得る。水酸化ナトリウムは、種々の水含有量を有し得る。反応器４０８は、蒸留反応器、ループ型反応器、ＣＳＴＲ、またはそれらの組合せであってもよい。さらに、反応器４０８は、上述の反応器１０８または２０８または３０８のいずれかであってもよい。反応器４０８内で、ＡＡからＳＡＰが生成され得る。一部の実施形態では、ＡＡストリーム、架橋剤、ナトリウム含有成分、キレート剤、および／またはゲル化剤は、蒸留反応器内に供給される前に混合されてもよい。例えば、反応器４０８の前に、ＡＡストリームおよびナトリウム含有成分は、それらがスクリュー供給物として蒸留反応器内に組み込まれるように合わせられてもよい。別の実施形態では、ナトリウム含有成分および架橋剤は、蒸留反応器内に供給される前に合わせられてもよい。図４Ｂは任意選択の蒸留カラム４０７を含んでいないため、反応器４０８の後のＳＡＰストリームは、溶媒ならびに水（水酸化ナトリウム供給物由来の）を含み得る。ＳＡＰストリームからの溶媒および水は、乾燥ＳＡＰを形成するために、当技術分野において公知の方法（例えば、蒸留）によりＳＡＰから分離され得る。
図４Ｃを参照すると、アクリル酸ストリーム；架橋剤源４０９からの架橋剤；ナトリウム含有成分源４１０からのアクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、および／もしくは水酸化ナトリウム；キレート剤源４１１からのキレート剤；ならびに／またはゲル化剤源４１２からのゲル化剤が、反応器４０８に供給され得る。反応器４０８は、蒸留反応器、ループ型反応器、ＣＳＴＲ、またはそれらの組合せであってもよい。さらに、反応器４０８は、上述の反応器１０８または２０８または３０８のいずれかであってもよい。反応器４０８内で、ＡＡからＳＡＰが生成され得る。一部の実施形態では、ＡＡストリーム、架橋剤、ナトリウム含有成分、キレート剤、および／またはゲル化剤は、蒸留反応器内に供給される前に混合されてもよい。例えば、反応器４０８の前に、ＡＡストリームおよびナトリウム含有成分は、それらがスクリュー供給物として蒸留反応器内に組み込まれるように合わせられてもよい。別の実施形態では、ナトリウム含有成分および架橋剤は、蒸留反応器内に供給される前に合わせられてもよい。図４Ｃは任意選択の蒸留カラム４０７を含んでいないため、反応器４０８の後のＳＡＰストリームは、溶媒を含み得る。ＳＡＰストリームからの溶媒は、乾燥ＳＡＰを形成するために、当技術分野において公知の方法（例えば、蒸留）によりＳＡＰから分離され得る。図４Ａ〜図４Ｃにおける反応器４０８は、効率的な冷却のために熱交換器を含んでもよい。
さらに他の変形形態では、本明細書において提供するシステムはまた、生じる熱を管理および統合するように構成されている。例えば、本明細書において提供するシステムおよび方法の一部の変形形態では、プロセス流体と水／蒸気との間の熱勾配により、熱伝達機器（例えば、シェルアンドチューブ熱交換器および反応器冷却ジャケット）内で蒸気が生成され得る。蒸気は、発熱性単位操作と吸熱性単位操作との間の熱統合に使用され得る。本明細書において提供するシステムおよび方法の他の変形形態では、他の好適な熱伝達流体が使用され得る。例えば、ＳＡＰ生成プロセスにおいて低圧ストリームを生じ、蒸留カラム内でその蒸気を使用することが可能である。具体的には、生じた低圧蒸気を使用して、ＢＰＬまたはＳＡＰストリームから低沸点溶媒を除去することができる。

Claims (54)

  1. 酸化エチレンおよび一酸化炭素からの高吸水性ポリマーの生成システムであって、
    β−プロピオラクトン生成システムであって、
    一酸化炭素、酸化エチレン、カルボニル化触媒、および溶媒を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    β−プロピオラクトン、溶媒、およびカルボニル化触媒を含む第１のβ−プロピオラクトンストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、第１の反応器
    を含む、β−プロピオラクトン生成システムと；
    前記第１のβ−プロピオラクトンストリームから前記カルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、第２のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されている、カルボニル化触媒リサイクルシステムと；
    高吸水性ポリマー生成システムであって、
    前記第２のβ−プロピオラクトンストリーム、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、第２の反応器
    を含む、高吸水性ポリマー生成システムと
    を含む、生成システム。
  2. 前記第２の反応器が、蒸留反応器、ループ型反応器、または連続撹拌槽型反応器の群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載の生成システム。
  3. 前記第２の反応器の前記少なくとも１つの入口が、キレート剤を受けるようにさらに構成されている、請求項１または２に記載の生成システム。
  4. 前記第２の反応器の前記少なくとも１つの入口が、ゲル化剤を受けるようにさらに構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の生成システム。
  5. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項１から４のいずれかに記載の生成システム。
  6. 前記カルボニル化触媒リサイクルシステムと前記高吸水性ポリマー生成システムとの間に、前記第２のβ−プロピオラクトンストリームから前記溶媒の少なくとも一部分を分離して、前記第２のβ−プロピオラクトンストリームの代わりに前記第２の反応器の前記少なくとも１つの入口により受けられる第３のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されているβ−プロピオラクトン精製システムをさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の生成システム。
  7. 高吸水性ポリマーの生成システムであって、
    β−プロピオラクトン、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、蒸留反応器
    を含む、生成システム。
  8. 前記蒸留反応器の前記少なくとも１つの入口が、キレート剤を受けるようにさらに構成されている、請求項７に記載の生成システム。
  9. 前記蒸留反応器の前記少なくとも１つの入口が、ゲル化剤を受けるようにさらに構成されている、請求項７または８に記載の生成システム。
  10. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項７から９のいずれかに記載の生成システム。
  11. 前記β−プロピオラクトンが、溶媒を含む、請求項７から１０のいずれかに記載の生成システム。
  12. 前記β−プロピオラクトンおよび前記ナトリウム含有成分が、前記蒸留反応器に入る前に合わせられる、請求項７から１１のいずれかに記載の生成システム。
  13. 前記架橋剤および前記ナトリウム含有成分が、前記蒸留反応器に入る前に合わせられる、請求項７から１２のいずれかに記載の生成システム。
  14. 前記蒸留反応器が、触媒材料をさらに含む、請求項７から１３のいずれかに記載の生成システム。
  15. 前記蒸留反応器が、前記β−プロピオラクトン、前記架橋剤、および前記ナトリウム含有成分を受けるための別個の入口を含む、請求項７から１４のいずれかに記載の生成システム。
  16. 高吸水性ポリマーの生成システムであって、
    アクリル酸、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、蒸留反応器
    を含む、生成システム。
  17. 前記蒸留反応器の前記少なくとも１つの入口が、キレート剤を受けるようにさらに構成されている、請求項１６に記載の生成システム。
  18. 前記蒸留反応器の前記少なくとも１つの入口が、ゲル化剤を受けるようにさらに構成されている、請求項１６または１７に記載の生成システム。
  19. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項１６から１８のいずれかに記載の生成システム。
  20. 前記アクリル酸および前記ナトリウム含有成分が、前記蒸留反応器に入る前に合わせられる、請求項１６から１９のいずれかに記載の生成システム。
  21. 前記架橋剤および前記ナトリウム含有成分が、前記蒸留反応器に入る前に合わせられる、請求項１６から２０のいずれかに記載の生成システム。
  22. 前記蒸留反応器の前記少なくとも１つの入口が、触媒材料を受けるようにさらに構成されている、請求項１６から２１のいずれかに記載の生成システム。
  23. 前記蒸留反応器が、前記アクリル酸、前記架橋剤、および前記ナトリウム含有成分を受けるための別個の入口を含む、請求項１６から２２のいずれかに記載の生成システム。
  24. 高吸水性ポリマーの生成システムであって、
    β−プロピオラクトン、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、ループ型反応器
    を含む、生成システム。
  25. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、キレート剤を受けるようにさらに構成されている、請求項２４に記載の生成システム。
  26. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、ゲル化剤を受けるようにさらに構成されている、請求項２４または２５に記載の生成システム。
  27. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項２４から２６のいずれかに記載の生成システム。
  28. 前記β−プロピオラクトンが、溶媒を含む、請求項２４から２７のいずれかに記載の生成システム。
  29. 前記β−プロピオラクトンおよび前記ナトリウム含有成分が、前記ループ型反応器に入る前に合わせられる、請求項２４から２８のいずれかに記載の生成システム。
  30. 前記架橋剤および前記ナトリウム含有成分が、前記ループ型反応器に入る前に合わせられる、請求項２４から２９のいずれかに記載の生成システム。
  31. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、触媒材料を受けるようにさらに構成されている、請求項２４から３０のいずれかに記載の生成システム。
  32. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、希釈剤を受けるようにさらに構成されている、請求項２４から３０のいずれかに記載の生成システム。
  33. 前記ループ型反応器が、前記β−プロピオラクトン、前記架橋剤、および前記ナトリウム含有成分を受けるための別個の入口を含む、請求項２４から３２のいずれかに記載の生成システム。
  34. 高吸水性ポリマーの生成システムであって、
    アクリル酸、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、ループ型反応器
    を含む、生成システム。
  35. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、キレート剤を受けるようにさらに構成されている、請求項３４に記載の生成システム。
  36. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、ゲル化剤を受けるようにさらに構成されている、請求項３４または３５に記載の生成システム。
  37. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項３４から３６のいずれかに記載の生成システム。
  38. 前記アクリル酸および前記ナトリウム含有成分が、前記ループ型反応器に入る前に合わせられる、請求項３４から３７のいずれかに記載の生成システム。
  39. 前記架橋剤および前記ナトリウム含有成分が、前記ループ型反応器に入る前に合わせられる、請求項３４から３８のいずれかに記載の生成システム。
  40. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、触媒材料を受けるようにさらに構成されている、請求項３４から３９のいずれかに記載の生成システム。
  41. 前記ループ型反応器の前記少なくとも１つの入口が、希釈剤を受けるようにさらに構成されている、請求項３４から４０のいずれかに記載の生成システム。
  42. 前記蒸留反応器が、前記アクリル酸、前記架橋剤、および前記ナトリウム含有成分を受けるための別個の入口を含む、請求項３４から４１のいずれかに記載の生成システム。
  43. 酸化エチレンおよび一酸化炭素からの高吸水性ポリマーの生成システムであって、
    β−プロピオラクトン生成システムであって、
    一酸化炭素、酸化エチレン、カルボニル化触媒、および溶媒を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    β−プロピオラクトン、溶媒、およびカルボニル化触媒を含む第１のβ−プロピオラクトンストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、第１の反応器
    を含む、β−プロピオラクトン生成システムと；
    前記第１のβ−プロピオラクトンストリームから前記カルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、第２のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されている、カルボニル化触媒リサイクルシステムと；
    アクリル酸生成システムであって、
    前記第２のβ−プロピオラクトンストリームを受けるための少なくとも１つの入口；および
    アクリル酸を含むアクリル酸ストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、アクリル酸生成システムと；
    高吸水性ポリマー生成システムであって、
    前記第２のβ−プロピオラクトンストリーム、架橋剤、およびナトリウム含有成分を受けるための少なくとも１つの入口；ならびに
    高吸水性ポリマーを含む高吸水性ポリマーストリームのための少なくとも１つの出口
    を含む、第２の反応器
    を含む、高吸水性ポリマー生成システムと
    を含む、生成システム。
  44. 前記第２の反応器が、蒸留反応器、ループ型反応器、または連続撹拌槽型反応器の群から選択される少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の生成システム。
  45. 前記第２の反応器の前記少なくとも１つの入口が、キレート剤を受けるようにさらに構成されている、請求項４３または４４に記載の生成システム。
  46. 前記第２の反応器の前記少なくとも１つの入口が、ゲル化剤を受けるようにさらに構成されている、請求項４３から４５のいずれかに記載の生成システム。
  47. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、もしくはメタクリル酸ナトリウム、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項４３から４６のいずれかに記載の生成システム。
  48. 前記ナトリウム含有成分が、水酸化ナトリウムを含む、請求項４７に記載の生成システム。
  49. 前記ナトリウム含有成分が、水をさらに含む、請求項４８に記載の生成システム。
  50. 前記カルボニル化触媒リサイクルシステムと前記アクリル酸生成システムとの間に、前記第２のβ−プロピオラクトンストリームから前記溶媒の少なくとも一部分を分離して、前記第２のβ−プロピオラクトンストリームの代わりに前記アクリル酸生成システムの前記少なくとも１つの入口により受けられる第３のβ−プロピオラクトンストリームを生成するように構成されているβ−プロピオラクトン精製システムをさらに含む、請求項４３から４９のいずれかに記載の生成システム。
  51. 前記高吸水性ポリマーストリームが、溶媒をさらに含む、請求項４３から５０のいずれかに記載の生成システム。
  52. 前記高吸水性ポリマーストリームから前記溶媒の少なくとも一部分を分離して、第２の高吸水性ポリマーストリームを生成するように構成されている、高吸水性ポリマー精製システムをさらに含む、請求項５１に記載の生成システム。
  53. 前記高吸水性ポリマーストリームが、水をさらに含む、請求項４３から５２のいずれかに記載の生成システム。
  54. 前記高吸水性ポリマーストリームから前記溶媒および水の少なくとも一部分を分離して、第２の高吸水性ポリマーストリームを生成するように構成されている、高吸水性ポリマー精製システムをさらに含む、請求項５３に記載の生成システム。
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