JP5107084B2 - Method for producing methacrylic acid - Google Patents
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Description
本発明は、シェル−チューブ式反応器を用いてメタクロレインを触媒存在下、分子状酸素により気相接触酸化するメタクリル酸の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing methacrylic acid in which methacrolein is vapor-phase catalytically oxidized with molecular oxygen in the presence of a catalyst using a shell-tube reactor.
メタクロレインを気相接触酸化してメタクリル酸を製造する際に使用する触媒に関しては数多くの提案がなされている。これら提案は主として触媒を構成する元素及びその比率に関するものである。 Numerous proposals have been made regarding catalysts used in the production of methacrylic acid by gas phase catalytic oxidation of methacrolein. These proposals mainly relate to the elements constituting the catalyst and their proportions.
該気相接触酸化は発熱反応であるため、触媒層で蓄熱が起こる。蓄熱の結果生じる局所的異常高温帯域はホットスポットと呼ばれ、この部分の温度が高すぎると過度の酸化反応を生じるので目的生成物の収率は低下する。
また、ホットスポットの温度が高くなりすぎると、その蓄熱により触媒反応がさらに促進され、発熱が進み触媒が燃焼し失活する可能性がある。
Since the gas phase catalytic oxidation is an exothermic reaction, heat storage occurs in the catalyst layer. The local abnormally high temperature zone resulting from the heat storage is called a hot spot, and if the temperature of this part is too high, an excessive oxidation reaction occurs and the yield of the target product is lowered.
Further, if the hot spot temperature becomes too high, the catalytic reaction is further promoted by the heat storage, and the heat generation proceeds and the catalyst may burn and deactivate.
このため、該酸化反応の工業的実施において、ホットスポットの温度抑制は重大な問題であり、特に生産性を上げるために原料ガス中におけるメタクロレイン濃度を高めた場合、ホットスポットの温度が高くなる傾向があることから反応条件に関して大きな制約を強いられているのが現状である。 For this reason, in the industrial implementation of the oxidation reaction, temperature control of the hot spot is a serious problem, and particularly when the concentration of methacrolein in the raw material gas is increased in order to increase productivity, the temperature of the hot spot increases. Due to the tendency, the current situation is that there are significant restrictions on the reaction conditions.
したがって、ホットスポット部の温度を抑えることは工業的に高収率でメタクリル酸を生産する上で非常に重要である。また、特に、一般的なモリブデン含有固体酸化触媒を用いる場合、モリブデン成分が昇華しやすいことから、ホットスポットの発生を抑制することは重要である。 Therefore, it is very important to suppress the temperature of the hot spot part in industrially producing methacrylic acid with a high yield. In particular, when a general molybdenum-containing solid oxidation catalyst is used, it is important to suppress the occurrence of hot spots because the molybdenum component easily sublimates.
一方、メタクロレインの気相接触酸化に用いる触媒は、使用前に活性化のため熱処理を行う必要がある。これまでに触媒を熱処理する方法として、例えば特許文献1には、メタクロレインを気相接触酸化してメタクリル酸を製造するに際し、触媒を反応管に充填し、一方の端より空気を供給しながら300〜500℃で焼成した後、メタクロレインと分子状酸素を含む原料ガスを該反応管の他端より供給する方法が開示されている。 On the other hand, a catalyst used for gas phase catalytic oxidation of methacrolein needs to be heat-treated for activation before use. As a method of heat-treating a catalyst so far, for example, in Patent Document 1, when producing methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein, a catalyst is filled into a reaction tube and air is supplied from one end. A method is disclosed in which a raw material gas containing methacrolein and molecular oxygen is supplied from the other end of the reaction tube after firing at 300 to 500 ° C.
この方法により、反応に有効な活性点を充分に発現させることができ、高活性な触媒を得ることができる。しかしながら、より高活性な触媒が開発されてくるにつれて前述したホットスポットの温度が高くなるという問題が発生してきており、これまで以上にその対策が必要になっている。 By this method, active sites effective for the reaction can be sufficiently expressed, and a highly active catalyst can be obtained. However, as higher-activity catalysts are developed, the above-described problem that the temperature of the hot spot becomes higher has occurred, and more countermeasures are required than ever.
ホットスポット部の温度上昇を抑える方法として、これまでにいくつかの提案がなされている。例えば特許文献2には、触媒組成を変動させて調製した活性の異なる複数個の触媒を原料ガス入口側から出口側に向かって活性がより高くなるように充填し、この触媒層にメタクロレイン及び酸素を含む原料ガスを流通させる方法が開示されている。また、特許文献3には、熱媒浴を備えた多管式固定床反応器を用いてアクロレインをアクリル酸に気相酸化する際に、熱媒浴の温度が反応器の入口部と出口部の間で2〜10℃上がるように熱媒の流れを制御する方法が開示されている。
Several proposals have been made so far for suppressing the temperature rise in the hot spot. For example, in
これらの方法は反応器内の触媒層における原料ガス入口側での単位容積当たりの反応率を低くすることで、単位容積当たりの反応発熱量を抑え、結果としてホットスポット部の温度を低くしようとする方法である。 In these methods, the reaction rate per unit volume on the raw material gas inlet side in the catalyst layer in the reactor is lowered, thereby suppressing the reaction heat generation amount per unit volume, and as a result, trying to lower the temperature of the hot spot part. It is a method to do.
しかし、これらの方法ではホットスポット部の温度制御が十分でなく、過度な酸化反応が発生しないよう低い負荷で反応せざるを得なくなるため、メタクリル酸の収率が低くなるという問題があった。 However, these methods have a problem that the temperature control of the hot spot part is not sufficient and the reaction must be performed with a low load so that an excessive oxidation reaction does not occur, so that the yield of methacrylic acid is lowered.
本発明は、シェル−チューブ式反応器にてメタクロレインを触媒の存在下に分子状酸素で気相接触酸化してメタクリル酸を製造する方法において、ホットスポット部の温度を十分に抑制し、スタートアップを効率的に行い、高い負荷での酸化反応を実施可能なメタクリル酸の製造方法を提供することを目的とする。 In the method of producing methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen in the presence of a catalyst in a shell-tube reactor, the temperature of the hot spot is sufficiently suppressed, and startup It is an object of the present invention to provide a method for producing methacrylic acid that can efficiently carry out the oxidation reaction and perform an oxidation reaction under a high load.
シェル−チューブ式反応器を用いて、メタクロレインを触媒存在下、分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する方法であって、以下の工程(1)から(5)を含み、工程(2)において、予熱の際、少なくとも該シェル−チューブ式反応器のシェル部に加熱されたガスを導入する導入口から半径1mの範囲内の点を含む1点以上の反応管内の触媒温度のうち、最大温度が150℃以上、195℃以下となるように制御することを特徴とするメタクリル酸の製造方法。
(1)シェル−チューブ式反応器の反応管に触媒を充填する工程
(2)該反応管の一方の端より含酸素ガスを供給しながら、該シェル−チューブ式反応器のシェル部に加熱したガスを導入し、該シェル部を予熱する工程
(3)前記加熱したガスの導入を停止し、該シェル部に熱媒を導入する工程
(4)熱媒を該シェル部に循環させて触媒を、300℃以上、500℃以下で熱処理する工程
(5)メタクロレインと酸素を含む原料ガスを反応管に供給する工程。
A method for producing methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen in the presence of a catalyst using a shell-tube reactor, comprising the following steps (1) to (5): In the step (2), at the time of preheating, at least one catalyst temperature in the reaction tube including a point within a radius of 1 m from the inlet for introducing the heated gas into the shell portion of the shell-tube reactor. Among these, the maximum temperature is controlled to be 150 ° C. or higher and 195 ° C. or lower, and a method for producing methacrylic acid is characterized.
(1) Step of filling catalyst in the reaction tube of shell-tube reactor (2) While supplying oxygen-containing gas from one end of the reaction tube, the shell portion of the shell-tube reactor was heated. Step of introducing gas and preheating the shell portion (3) Stopping introduction of the heated gas and introducing a heating medium into the shell portion (4) Circulating the heating medium to the shell portion to (5) A step of supplying a raw material gas containing methacrolein and oxygen to the reaction tube.
本発明により、シェル−チューブ式反応器を用いて、メタクロレインを触媒存在下、分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する際、反応前の触媒の熱処理にかかる時間を大幅に短縮し、効率よくスタートアップを行うことができる。また、高い負荷での酸化反応を実施できるため、メタクリル酸の収率を向上させることができる。 According to the present invention, when a methacrylic acid is produced by vapor phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen in the presence of a catalyst using a shell-tube reactor, the time required for heat treatment of the catalyst before the reaction is greatly increased. Shorten and start up efficiently. Moreover, since the oxidation reaction under a high load can be performed, the yield of methacrylic acid can be improved.
本発明のメタクリル酸の製造方法は、シェル−チューブ式反応器を用いて、メタクロレインを触媒存在下、分子状酸素により気相接触酸化することにより行われ、以下に示す工程(1)から(5)を含む。 The method for producing methacrylic acid of the present invention is carried out by subjecting methacrolein to gas phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of a catalyst using a shell-tube reactor, and the following steps (1) to ( 5).
(1)シェル−チューブ式反応器の反応管に触媒を充填する工程
(2)該反応管の一方の端より含酸素ガスを供給しながら、該シェル−チューブ式反応器のシェル部に加熱したガスを導入し、該シェル部を予熱する工程
(3)前記加熱したガスの導入を停止し、該シェル部に熱媒を導入する工程
(4)熱媒を該シェル部に循環させて触媒を、300℃以上、500℃以下で熱処理する工程
(5)メタクロレインと酸素を含む原料ガスを反応管に供給する工程。
(1) Step of filling catalyst in the reaction tube of shell-tube reactor (2) While supplying oxygen-containing gas from one end of the reaction tube, the shell portion of the shell-tube reactor was heated. Step of introducing gas and preheating the shell portion (3) Stopping introduction of the heated gas and introducing a heating medium into the shell portion (4) Circulating the heating medium to the shell portion to (5) A step of supplying a raw material gas containing methacrolein and oxygen to the reaction tube.
本発明は、メタクリル酸の製造において、反応管内に触媒前駆体を充填して反応に必要な温度に加熱し、原料ガスを導入してスタートアップをする前段階として、触媒前駆体の熱処理を実施することで触媒前駆体を焼成し、メタクリル酸の製造を開始する場合に好適に用いられる。 In the production of methacrylic acid, the catalyst precursor is filled in a reaction tube, heated to a temperature necessary for the reaction, and heat treatment of the catalyst precursor is performed as a stage before starting up by introducing a raw material gas. Thus, it is suitably used when the catalyst precursor is fired to start production of methacrylic acid.
本発明において、メタクリル酸を合成する反応はシェル−チューブ式反応器を用いて実施される。シェル−チューブ式反応器としては、反応管(チューブ部)と、反応管を内包するシェル部が反応管内で発生した熱を除去するための反応管外側流体、すなわち熱媒の導入口及び導出口とを有する構造であれば、公知のいずれの反応器を用いてもよい。特に、複数の反応管を有する多管式反応器は、反応器の容積当たりの反応効率が高いため好ましい。 In the present invention, the reaction for synthesizing methacrylic acid is carried out using a shell-tube reactor. As a shell-tube type reactor, a reaction tube (tube portion) and a shell portion that encloses the reaction tube remove the heat generated in the reaction tube, that is, a reaction tube outer fluid, that is, a heat medium inlet and outlet. Any known reactor may be used as long as it has a structure including: In particular, a multi-tube reactor having a plurality of reaction tubes is preferable because of high reaction efficiency per volume of the reactor.
以下に、本発明で使用することができる多管式反応器の一般的な構造を、図1により説明する。多管式反応器1は、複数の反応管2を有し、反応管2はその両端を管板3a、3bにより固定されている。反応管2は、導入口4a、導出口4bと通じており、触媒を反応管2に導入したり、原料を流通させたりすることができる。また、管板3a、3b及び反応器1に囲まれる空間(シェル部5)は、導入口6a、導出口6bと通じており、反応管2の温度を制御可能なガスや熱媒を導入、流通させることができる。シェル部5は、ガスや熱媒の流れを制御するため、シェル部5内を複数のチャンバーに仕切るための遮断板を有してもよい。
The general structure of a multi-tubular reactor that can be used in the present invention will be described below with reference to FIG. The multitubular reactor 1 has a plurality of
以下、前記工程(1)から(5)について、詳細を示す。 Details of the steps (1) to (5) will be described below.
[工程(1)]
まず、シェル−チューブ式反応器の反応管に触媒を充填する。
[Step (1)]
First, the catalyst is filled in the reaction tube of the shell-tube reactor.
本発明においてメタクリル酸の製造に用いる触媒は、公知のメタクリル酸製造用固体酸化触媒であれば特に限定されず、従来から知られているモリブデンを含む複合酸化物等を用いることができるが、下記の式(1)で表される複合酸化物が本発明を実施する効果がより高いことから好ましい。 The catalyst used in the production of methacrylic acid in the present invention is not particularly limited as long as it is a known solid oxidation catalyst for methacrylic acid production, and conventionally known composite oxides containing molybdenum can be used. The composite oxide represented by the formula (1) is preferable because the effect of carrying out the present invention is higher.
MoaPbCucVdXeYfOg (1)
(式中、Mo、P、Cu、V及びOはそれぞれモリブデン、リン、銅、バナジウム及び酸素を表す。Xは鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、タングステン、マンガン、銀、ホウ素、ケイ素、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、インジウム、イオウ、セレン、テルル、ランタン及びセリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を表す。Yはカリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を表す。a〜gは原子組成比を示し、aが12とき、bは0.1≦b≦3、cは0.01≦C≦3、dは0.01≦d≦3、eは0≦e≦10、fは0.01≦f≦3、gは各原子全体の原子価を満足するのに必要な酸素原子比を示す。)
Mo a P b Cu c V d X e Y f O g (1)
(In the formula, Mo, P, Cu, V and O represent molybdenum, phosphorus, copper, vanadium and oxygen, respectively. X represents iron, cobalt, nickel, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, chromium, tungsten. Represents at least one element selected from the group consisting of manganese, silver, boron, silicon, tin, lead, arsenic, antimony, bismuth, niobium, tantalum, zirconium, indium, sulfur, selenium, tellurium, lanthanum and cerium Y represents at least one element selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium, a to g represent an atomic composition ratio, and when a is 12, b is 0.1 ≦ b ≦ 3, c is 0.01 ≦ C ≦ 3, d is 0.01 ≦ d ≦ 3, e is 0 ≦ e ≦ 10, f is 0.01 ≦ f ≦ 3, and g is all atoms. An oxygen atom ratio required for satisfying the valency.)
本発明で用いる触媒を調製する方法は特に限定されず、成分の著しい偏在を伴わない限り、従来から知られている種々の方法を用いることができる。 The method for preparing the catalyst used in the present invention is not particularly limited, and various conventionally known methods can be used as long as there is no significant uneven distribution of components.
触媒の調製に用いる原料は特に限定されず、各元素の硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、アンモニウム塩、酸化物、ハロゲン化物等を組み合わせて使用することができる。例えばモリブデン原料としてはパラモリブデン酸アンモニウム、三酸化モリブデン、モリブデン酸、塩化モリブデン等が使用できる。 The raw materials used for the preparation of the catalyst are not particularly limited, and nitrates, carbonates, acetates, ammonium salts, oxides, halides and the like of each element can be used in combination. For example, ammonium paramolybdate, molybdenum trioxide, molybdic acid, molybdenum chloride, etc. can be used as the molybdenum raw material.
本発明に用いられる触媒は無担体でもよいが、シリカ、アルミナ、シリカ・アルミナ、シリコンカーバイト等の不活性担体に担持させた担持触媒や、或いはこれらで希釈した触媒を用いることもできる。 The catalyst used in the present invention may be carrier-free, but a supported catalyst supported on an inert carrier such as silica, alumina, silica-alumina, silicon carbide, or a catalyst diluted with these may also be used.
触媒の反応管への充填は、反応管の端部の一方又は双方から充填することができる。充填後の触媒層の長さは特に限定されないが、反応性、選択性などの観点から、適宜選択することができる。 The catalyst can be filled into the reaction tube from one or both ends of the reaction tube. The length of the catalyst layer after filling is not particularly limited, but can be appropriately selected from the viewpoints of reactivity, selectivity and the like.
[工程2]
次に、反応管の一方の端より含酸素ガスを供給しながらシェル部に加熱したガスを導入し、シェル部を予熱する。工程(1)で反応管に充填した触媒は、反応管に含酸素ガスを供給しながら300〜500℃で最終熱処理して活性化した後、使用するが、この最終熱処理は、シェル部内の熱媒により反応管を加熱して行う。
[Step 2]
Next, a heated gas is introduced into the shell while supplying oxygen-containing gas from one end of the reaction tube, and the shell is preheated. The catalyst filled in the reaction tube in the step (1) is used after being activated by a final heat treatment at 300 to 500 ° C. while supplying an oxygen-containing gas to the reaction tube. The reaction tube is heated with a medium.
シェル内に導入する熱媒は、その凝固点が、一般的に50〜250℃のものが用いられるが、好ましくは130〜180℃のものを用いる。該当する熱媒としては、代表的にはナイターが挙げられる。ナイターはいわゆる溶融塩であり、化学反応の温度コントロールに使用される熱媒のうちで熱安定性に優れ、350〜550℃の高温における熱交換に優れた安定性を有する点で好ましい。ナイターは、種々の組成を構成し、凝固点も異なる。本発明において、何れの組成のナイターであっても、上記の凝固点を有する限り、熱媒として好適に用いることができる。ナイターに使用される化合物としては、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等があり、これらを単独で又は2種以上を混合して使用することができる。 As the heat medium introduced into the shell, one having a freezing point of 50 to 250 ° C. is generally used, and one having a freezing point of 130 to 180 ° C. is preferably used. A typical example of the heat medium is a nighter. Nighter is a so-called molten salt, and is preferable in that it has excellent thermal stability among heat media used for temperature control of chemical reactions and has excellent stability in heat exchange at a high temperature of 350 to 550 ° C. Nighters have various compositions and have different freezing points. In the present invention, any type of nighter can be suitably used as a heating medium as long as it has the above freezing point. Examples of the compound used in the nighter include sodium nitrate, sodium nitrite, and potassium nitrate, and these can be used alone or in admixture of two or more.
前記熱媒をシェル部内に導入するためには、シェル部が熱媒の溶解温度以上であることが必要となるため、あらかじめ加熱したガスを用いてシェル部を熱媒が溶解する温度まで加熱する操作が必要となる。この加熱操作を予熱と呼ぶ。 In order to introduce the heat medium into the shell part, the shell part needs to be equal to or higher than the melting temperature of the heat medium. Therefore, the shell part is heated to a temperature at which the heat medium dissolves using a preheated gas. Operation is required. This heating operation is called preheating.
本発明において、前記シェル部の予熱は、少なくとも該シェル−チューブ式反応器のシェル部に加熱されたガスを導入する導入口から半径1mの範囲内の点を含む1点以上の反応管内の触媒温度のうち、最大温度が150℃以上、195℃以下となるように制御する必要がある。 In the present invention, the preheating of the shell portion is performed by at least one catalyst in a reaction tube including a point within a radius of 1 m from an inlet for introducing a heated gas into the shell portion of the shell-tube reactor. Among the temperatures, it is necessary to control the maximum temperature to be 150 ° C. or higher and 195 ° C. or lower.
通常、加熱されたガスによりシェル部内を予熱する場合、シェル部内の温度は、加熱したガスをシェル部に導入する導入口付近で最大となる。したがって、該導入口付近に設置された反応管内の触媒温度は局所的に高くなり、活性化が促進されるため、メタクロレインの気相接触酸化反応を行う際、ホットスポットとなる。 Usually, when the inside of a shell part is preheated with the heated gas, the temperature in a shell part becomes the maximum in the vicinity of the inlet which introduces the heated gas into a shell part. Therefore, the catalyst temperature in the reaction tube installed in the vicinity of the inlet becomes locally high and activation is promoted, so that a hot spot is generated when performing the gas phase catalytic oxidation reaction of methacrolein.
本発明では、反応時にホットスポットを生じさせないため、シェル部の予熱の間、少なくともシェル部のガス導入口から半径1mの範囲内に存在する触媒の温度を含む複数の箇所における触媒温度を測定し、その中の最大温度が150℃以上、195℃以下となるように制御して予熱を行い、その後、熱媒をシェル部に投入する。 In the present invention, in order not to generate hot spots during the reaction, the catalyst temperature is measured at a plurality of locations including at least the temperature of the catalyst existing within a radius of 1 m from the gas inlet of the shell during preheating of the shell. Then, preheating is performed by controlling the maximum temperature to be 150 ° C. or higher and 195 ° C. or lower, and then a heating medium is put into the shell portion.
前記最大温度が150℃より低い場合、予熱が不十分であり、予熱後シェル内に導入する熱媒を完全に溶解することができない。また、195℃を超える場合、その最大温度となった箇所の触媒の活性化が局所的に促進され、反応の際ホットスポットとなる。その結果、ホットスポット部の温度を注視しながら過度な酸化反応が発生しないよう低い負荷で反応せざるを得なくなり、スタートアップに時間がかかり、結果的に目的物の収率が低下する。より好ましい温度範囲は、170℃以上、190℃以下である。 When the maximum temperature is lower than 150 ° C., preheating is insufficient, and the heat medium introduced into the shell after preheating cannot be completely dissolved. When the temperature exceeds 195 ° C., the activation of the catalyst at the location where the maximum temperature is reached is locally promoted and becomes a hot spot during the reaction. As a result, it is unavoidable to react with a low load so that excessive oxidation reaction does not occur while paying attention to the temperature of the hot spot part, and it takes time to start up, resulting in a decrease in yield of the target product. A more preferable temperature range is 170 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
また、加熱したガスをシェル部に導入してから、触媒温度を目標の熱媒投入温度に上昇させるまでの平均昇温速度は、5℃/hr以上、12℃/hr以下の範囲であることが好ましい。 Further, the average rate of temperature rise from the introduction of the heated gas to the shell portion until the catalyst temperature is raised to the target heating medium charging temperature is in the range of 5 ° C./hr or more and 12 ° C./hr or less. Is preferred.
昇温速度が5℃/hrより遅いとき、熱処理にかかる時間が長くなり、目的生成物の収率が著しく低下するため、好ましくない。また、昇温速度が12℃/hrより速いとき、ガス導入口付近とそれ以外の部分との触媒層にかかる温度差がより大きい状態で熱履歴を受けることになり、その後の触媒の熱処理時において、より局所的に活性化が促進されることにより、ホットスポットの温度がより高くなるため好ましくない。 When the rate of temperature increase is lower than 5 ° C./hr, the time required for the heat treatment becomes longer and the yield of the target product is remarkably lowered, which is not preferable. Further, when the rate of temperature rise is faster than 12 ° C./hr, a thermal history is received in a state where the temperature difference applied to the catalyst layer between the vicinity of the gas inlet and the other portion is larger, and during the subsequent heat treatment of the catalyst In this case, since the activation is promoted more locally, the temperature of the hot spot becomes higher, which is not preferable.
シェル部の予熱に用いられるガスは、特に限定されるものではないが、安価な空気が好適である。また、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを用いることもできる。 The gas used for preheating the shell is not particularly limited, but inexpensive air is suitable. An inert gas such as nitrogen or argon can also be used.
また、予熱の際、反応管内に流す含酸素ガスには、空気、又は、窒素、ヘリウム等不活性ガスで希釈した酸素を用いることができる。含酸素ガスの酸素濃度は、適度な熱処理を行うため、0.1容量%以上、10容量%以下であることが好ましく、1容量%以上、7容量%以下であることがより好ましい。 In addition, as the oxygen-containing gas flowing in the reaction tube during preheating, air or oxygen diluted with an inert gas such as nitrogen or helium can be used. In order to perform an appropriate heat treatment, the oxygen concentration of the oxygen-containing gas is preferably 0.1% by volume or more and 10% by volume or less, and more preferably 1% by volume or more and 7% by volume or less.
加熱したガス及び熱媒をシェル部に導入する構造としては、シェル部に加熱したガスを供給するラインと熱媒を供給するラインを任意に切り替えることができる構造とし、加熱したガスを供給するライン側には、ガスを送るブロワー等とガスを加熱するヒータを備えたものを用いる。該ヒータは、シェル部内に設置した反応管内温度を測定可能な熱電対の温度をフィードバックして、出力を随時制御することができる構造であることが好ましい。また、熱媒を供給するライン側には、熱媒を収納するタンクと、タンクからシェル部に熱媒を送るポンプを備えたものを用いる。 As a structure for introducing the heated gas and the heating medium into the shell portion, a line for supplying the heated gas to the shell portion and a line for supplying the heating medium can be arbitrarily switched, and a line for supplying the heated gas. On the side, a blower or the like for sending gas and a heater for heating the gas are used. The heater preferably has a structure capable of controlling the output as needed by feeding back the temperature of a thermocouple capable of measuring the temperature in the reaction tube installed in the shell portion. Further, on the line side for supplying the heat medium, a tank provided with a tank for storing the heat medium and a pump for sending the heat medium from the tank to the shell portion is used.
シェル部に送られたガス及び熱媒は、シェル部の上部に配置された導入口から導入され、シェル部内部に設けられた遮断板等により、シェル部全体に斑がないよう行き渡らせて、シェル部の上部に配置された導出口から排出される構造とする。 The gas and heat medium sent to the shell part are introduced from the introduction port arranged at the upper part of the shell part, and are spread so that there are no spots on the entire shell part by a blocking plate provided inside the shell part. The structure is such that it is discharged from the outlet arranged at the top of the shell.
シェル部から排出されたガスは、そのまま大気開放する構造でも良く、再びガスのブロワー等へ循環させる構造でも良い。熱媒は、シェル部から排出された後、タンクに戻って再び循環する構造であることが好ましい。 The gas discharged from the shell part may have a structure that opens to the atmosphere as it is, or a structure that circulates again to a gas blower or the like. It is preferable that the heat medium is structured so as to return to the tank and circulate again after being discharged from the shell portion.
触媒温度を測定する方法としては、シェル部にガス又は熱媒が導入される導入口付近の触媒温度を測定できるように、導入口付近の反応管内部を少なくとも含む1箇所以上の反応管内に、熱電対を設置して行う。前記導入口付近とは、導入口を中心とした半径1mのシェル部の範囲内とする。 As a method for measuring the catalyst temperature, in one or more reaction tubes including at least the inside of the reaction tube in the vicinity of the introduction port so that the catalyst temperature in the vicinity of the introduction port into which the gas or the heat medium is introduced into the shell portion can be measured. Perform by installing a thermocouple. The vicinity of the introduction port is within the range of a shell portion having a radius of 1 m centering on the introduction port.
また、反応器の各部の反応管における触媒温度を満遍なく測定できるように、反応器の断面方向と縦方向に複数の熱電対を分散して配置することが好ましい。また各熱電対は、反応管の断面において、中央に位置するように設置することが好ましい。熱電対は、触媒を反応管に充填する前にあらかじめ挿入している中空の保護管の中に挿入される。保護管は、反応管の断面において中心に位置し、かつ触媒層温度を測定しようとする位置が先端となるように長さを決めて挿入する。先端は封止されており、この保護管に挿入する熱電対は触媒層とは隔絶されている。 Moreover, it is preferable to disperse and arrange a plurality of thermocouples in the cross-sectional direction and the vertical direction of the reactor so that the catalyst temperature in the reaction tubes of each part of the reactor can be measured evenly. Moreover, it is preferable to install each thermocouple so that it may be located in the center in the cross section of a reaction tube. The thermocouple is inserted into a hollow protective tube that is inserted in advance before the catalyst is filled into the reaction tube. The protective tube is inserted at a predetermined length so that the position of the protective tube is at the center in the cross section of the reaction tube and the position where the catalyst layer temperature is to be measured is the tip. The tip is sealed, and the thermocouple inserted into the protective tube is isolated from the catalyst layer.
[工程3、工程4]
次に、前記加熱したガスの導入を停止後、シェル部に熱媒を導入し、シェル部内に循環させて、触媒を300℃以上、500℃以下で熱処理する。
[Step 3, Step 4]
Next, after stopping the introduction of the heated gas, a heat medium is introduced into the shell portion and circulated in the shell portion, and the catalyst is heat-treated at 300 ° C. or more and 500 ° C. or less.
熱媒は、予め熱媒を貯蔵するタンク内で加熱する。シェル部内に導入する熱媒の温度は、熱媒導入口に近接する触媒が急激に活性化されることを防止する観点から、150℃以上、220℃以下が好ましい。シェル部内に導入された熱媒は、シェル部内に設置されたヒータにより所定の熱処理条件となるように加熱される。 The heat medium is heated in a tank that stores the heat medium in advance. The temperature of the heat medium introduced into the shell is preferably 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower from the viewpoint of preventing the catalyst adjacent to the heat medium inlet from being rapidly activated. The heat medium introduced into the shell part is heated by a heater installed in the shell part so as to satisfy predetermined heat treatment conditions.
触媒を活性化させるための熱処理条件は、特に限定されるものではないが、酸素濃度0.1〜10容量%、好ましくは1〜7容量%の含酸素ガス流通下、300〜500℃、好ましくは360〜390℃の温度で、少なくとも0.5時間以上熱処理を行うことにより、メタクリル酸を有利に製造することができる。この場合、酸素濃度が0.1容量%未満では活性化処理した触媒が十分に活性化されないため好ましくない。また、酸素濃度が10容量%を超えると、メタクリル酸の選択率が減少しメタクリル酸を有利に製造することができなくなるため好ましくない。熱処理温度を300℃未満で行った場合には、活性化処理した触媒が十分に活性化されないため好ましくない。また、熱処理温度が500℃を超えると、触媒構造の崩壊を生じ、メタクリル酸を有利に製造することができないため好ましくない。なお、熱処理時の温度は、熱媒を導入する導入口から半径1mの範囲内の点で測定した温度である。 The heat treatment conditions for activating the catalyst are not particularly limited, but are preferably 300 to 500 ° C. under an oxygen-containing gas flow with an oxygen concentration of 0.1 to 10% by volume, preferably 1 to 7% by volume. Methacrylic acid can be advantageously produced by performing a heat treatment at a temperature of 360 to 390 ° C. for at least 0.5 hours. In this case, an oxygen concentration of less than 0.1% by volume is not preferable because the activated catalyst is not sufficiently activated. On the other hand, if the oxygen concentration exceeds 10% by volume, the selectivity of methacrylic acid is reduced, and methacrylic acid cannot be produced advantageously, which is not preferable. When the heat treatment temperature is less than 300 ° C., the activated catalyst is not sufficiently activated, which is not preferable. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 500 ° C., the catalyst structure collapses and methacrylic acid cannot be produced advantageously, which is not preferable. The temperature at the time of heat treatment is a temperature measured at a point within a radius of 1 m from the introduction port for introducing the heat medium.
熱媒をシェル部に導入してから、目標の熱処理温度に上昇させるまでの平均昇温速度は、特に限定されないが、触媒が急激に活性化されることを防止する観点から、3℃/hr以上、50℃/hr以下が好ましい。 The average rate of temperature increase from the introduction of the heat medium into the shell portion until the temperature is raised to the target heat treatment temperature is not particularly limited, but 3 ° C./hr from the viewpoint of preventing the catalyst from being activated rapidly. As mentioned above, 50 degrees C / hr or less is preferable.
また、前記熱処理を行う時間は、5時間以上、50時間以下であることが、生産性及び触媒の活性を扱いやすい範囲に制御する観点から好ましい。 In addition, the time for performing the heat treatment is preferably 5 hours or more and 50 hours or less from the viewpoint of controlling the productivity and the activity of the catalyst to be easily handled.
[工程5]
触媒を熱処理後、メタクロレインと分子状酸素を含む原料ガスを反応管に供給し、メタクロレインの気相接触酸化反応を行う。
[Step 5]
After heat-treating the catalyst, a raw material gas containing methacrolein and molecular oxygen is supplied to the reaction tube to perform a gas phase catalytic oxidation reaction of methacrolein.
シェル−チューブ式反応器を用いて、メタクロレインを固体酸化触媒の存在下に分子状酸素で気相接触酸化してメタクリル酸を製造する反応は、通常250〜350℃の範囲の反応温度で実施される。 The reaction for producing methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen in the presence of a solid oxidation catalyst using a shell-tube reactor is usually carried out at a reaction temperature in the range of 250 to 350 ° C. Is done.
本発明の実施に際して、原料ガス中のメタクロレインの濃度は特に限定されるものではないが、通常1〜20容量%が適当であり、3〜10容量%が好ましい。また、反応のスタートアップ時は、原料ガス中のメタクロレイン濃度を段階的に増やして、反応負荷を段階的に上げていくことができる。 In the practice of the present invention, the concentration of methacrolein in the raw material gas is not particularly limited, but is usually 1 to 20% by volume, preferably 3 to 10% by volume. In addition, at the start-up of the reaction, the concentration of methacrolein in the raw material gas can be increased stepwise to increase the reaction load stepwise.
原料のメタクロレインは水、低級飽和アルデヒド等の不純物を少量含んでいてもよく、これらの不純物は反応に実質的な影響を与えない。 The raw material methacrolein may contain a small amount of impurities such as water and lower saturated aldehyde, and these impurities do not substantially affect the reaction.
酸素源としては空気を用いるのが経済的であるが、必要ならば純酸素で富化した空気も用いることができる。原料ガス中の酸素濃度は、メタクロレインに対するモル比で規定され、この値は0.3〜4、特に0.4〜2.5が好ましい。原料ガスは窒素、水蒸気、炭酸ガス等の不活性ガスを加えて希釈してもよい。 It is economical to use air as the oxygen source, but if necessary, air enriched with pure oxygen can also be used. The oxygen concentration in the raw material gas is defined by a molar ratio to methacrolein, and this value is preferably 0.3 to 4, particularly 0.4 to 2.5. The source gas may be diluted by adding an inert gas such as nitrogen, water vapor or carbon dioxide.
反応圧力は常圧から数気圧までがよい。反応温度は230〜450℃の範囲で選ぶことができるが、特に、250〜400℃が好ましい。反応は固定床でも流動床でも行うことができる。 The reaction pressure is preferably from normal pressure to several atmospheres. The reaction temperature can be selected in the range of 230 to 450 ° C, and 250 to 400 ° C is particularly preferable. The reaction can be carried out in a fixed bed or a fluidized bed.
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中の「部」は質量部を意味する。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these. In addition, "part" in an Example and a comparative example means a mass part.
触媒組成は触媒成分の原料仕込み量から求めた。反応器の熱媒としては硝酸カリウム50質量%及び亜硝酸ナトリウム50質量%からなる塩溶融物を用いた。ホットスポットは触媒層のΔT(触媒層の温度−シェル部内の温度)により検出した。 The catalyst composition was determined from the raw material charge of the catalyst component. As a heat medium for the reactor, a salt melt composed of 50% by mass of potassium nitrate and 50% by mass of sodium nitrite was used. The hot spot was detected by ΔT of the catalyst layer (temperature of the catalyst layer−temperature in the shell portion).
触媒を充填するシェル−チューブ式反応器は、内径25.4mmで長さが4500mmの鋼鉄製の反応管を上部管板と下部管板で13000本支持された構造のものを用いた。シェル部は熱媒を抜き出して空の状態で、常温において触媒を充填した。 As the shell-tube reactor filled with the catalyst, one having a structure in which 13,000 steel reaction tubes having an inner diameter of 25.4 mm and a length of 4500 mm were supported by an upper tube plate and a lower tube plate was used. In the shell part, the heat medium was extracted and filled with the catalyst at room temperature in an empty state.
シェル−チューブ式反応器内部の各部の反応管における触媒層温度を満遍なく測定できるように、反応器の断面方向と縦方向で36箇所に熱電対を分散して配置し、各部の温度を測定した。その熱電対のうちの1本は、シェル部への加熱したガスの導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管に設置した。なお、保護管内は反応系と隔絶されている。触媒層内の温度は、反応管の断面において中央に位置するよう熱電対を設置して測定した。 In order to be able to uniformly measure the catalyst layer temperature in the reaction tube of each part inside the shell-tube reactor, thermocouples were distributed and arranged at 36 locations in the cross-sectional direction and the vertical direction of the reactor, and the temperature of each part was measured. . One of the thermocouples was installed in a reaction tube arranged within a radius of 1 m from the heated gas inlet to the shell. The protective tube is isolated from the reaction system. The temperature in the catalyst layer was measured by installing a thermocouple so as to be located at the center in the cross section of the reaction tube.
原料ガス及び反応生成ガスの分析は、ガスクロマトグラフィーにより行った。シェル部内の熱媒の温度制御は、シェル部内の熱媒温度をフィードバックして、シェル部内に設置したヒータの出力を制御する機構を用いて、任意に設定した昇温速度に合わせてヒータの出力を自動的に制御できるものを用いた。 The analysis of the raw material gas and the reaction product gas was performed by gas chromatography. The temperature of the heat medium in the shell is controlled by feeding back the temperature of the heat medium in the shell and controlling the output of the heater installed in the shell. The thing which can control automatically was used.
[実施例1]
<触媒の調製>
パラモリブデン酸アンモニウム100部、メタバナジン酸アンモニウム2.8部及び硝酸セシウム9.2部を純水300部に溶解した。これを攪拌しながら、85質量%リン酸8.2部を純水10部に溶解した溶液及びテルル酸1.1部を純水10部に溶解した溶液を加え、攪拌しながら95℃に昇温した。次いで硝酸銅3.4部、硝酸第二鉄7.6部、硝酸亜鉛1.4部及び硝酸マグネシウム1.8部を純水80部に溶解した溶液を加えた。更にこの混合液を100℃で15分間攪拌し、得られたスラリーを、噴霧乾燥機を用いて乾燥した。
[Example 1]
<Preparation of catalyst>
100 parts of ammonium paramolybdate, 2.8 parts of ammonium metavanadate and 9.2 parts of cesium nitrate were dissolved in 300 parts of pure water. While stirring this, a solution prepared by dissolving 8.2 parts of 85 mass% phosphoric acid in 10 parts of pure water and a solution of 1.1 parts of telluric acid in 10 parts of pure water were added, and the temperature was raised to 95 ° C. while stirring. Warm up. Next, a solution prepared by dissolving 3.4 parts of copper nitrate, 7.6 parts of ferric nitrate, 1.4 parts of zinc nitrate and 1.8 parts of magnesium nitrate in 80 parts of pure water was added. Furthermore, this liquid mixture was stirred at 100 degreeC for 15 minutes, and the obtained slurry was dried using the spray dryer.
得られた乾燥物100部に対してグラファイト2部を添加混合し、打錠成形機により外径5mm、内径2mm、長さ3mmのリング状に成形し、触媒を得た。触媒の組成は、酸素を除いた原子比で、Mo12P1.5Cu0.3V0.5Fe0.4Te0.1Mg0.15Zn0.1Cs1であった。 2 parts of graphite was added to and mixed with 100 parts of the resulting dried product, and formed into a ring shape having an outer diameter of 5 mm, an inner diameter of 2 mm, and a length of 3 mm by a tableting machine to obtain a catalyst. The composition of the catalyst was Mo 12 P 1.5 Cu 0.3 V 0.5 Fe 0.4 Te 0.1 Mg 0.15 Zn 0.1 Cs 1 in terms of atomic ratio excluding oxygen.
<熱処理>
前記シェル−チューブ式反応器の原料ガスの導入口側に、触媒を620mLと外径5mmのアルミナ球130mLを混合したものを充填し、導出口側に触媒を750mL充填した。このときの触媒層の長さは3005mmであった。この時、触媒を充填したシェル−チューブ式反応器のチューブ部に、室温の空気を1L/hrで導入を開始した。なお、この時のシェル−チューブ式反応器のシェル部には熱媒は抜き出された状態であり、温度も室温である。
<Heat treatment>
A mixture of 620 mL of catalyst and 130 mL of alumina spheres having an outer diameter of 5 mm was charged on the inlet side of the raw material gas of the shell-tube reactor, and 750 mL of catalyst was charged on the outlet side. At this time, the length of the catalyst layer was 3005 mm. At this time, introduction of room temperature air at 1 L / hr into the tube portion of the shell-tube reactor filled with the catalyst was started. At this time, the heat medium is extracted from the shell portion of the shell-tube reactor, and the temperature is also room temperature.
反応管への触媒充填が完了した後、あらかじめヒータで190℃に加熱した空気を20km3/hrの流量で、導入口からシェル部へ導入を開始した。加熱した空気の導入を開始してから14hr後に、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が190℃となったことを確認した。その後、さらに約2hrかけて加熱した空気の導入を閉止し、経路を熱媒の導入経路に切り替えて、予め200℃に加熱した熱媒を導入した。なお、シェル部内への空気導入開始から、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が190℃になるまでの平均昇温速度は、11.8℃/hrであった。 After the catalyst filling into the reaction tube was completed, introduction of air heated in advance to 190 ° C. with a heater at a flow rate of 20 km 3 / hr from the inlet to the shell portion was started. After 14 hours from the start of the introduction of the heated air, it was confirmed that the measured temperature of the thermocouple installed in the reaction tube disposed within a radius of 1 m from the inlet was 190 ° C. Thereafter, the introduction of air heated for about 2 hours was further closed, the route was switched to the introduction route of the heating medium, and the heating medium previously heated to 200 ° C. was introduced. The average rate of temperature increase from the start of air introduction into the shell until the measurement temperature of the thermocouple installed in the reaction tube disposed within a radius of 1 m from the inlet reaches 190 ° C. is 11. It was 8 ° C./hr.
その後、シェル部内に設置されたヒータで熱媒を加熱し、熱媒を導入する導入口から半径1mの範囲内の点の温度が200℃から275℃の範囲を5℃/hrで昇温した。その後、275℃から385℃までの範囲を10℃/hrで昇温し、385℃となったところで昇温を止め、385℃で14時間保持した。 Thereafter, the heating medium was heated with a heater installed in the shell portion, and the temperature at a point within a radius of 1 m from the introduction port for introducing the heating medium was increased from 5 ° C / hr to 200 ° C to 275 ° C. . Thereafter, the temperature was raised in the range from 275 ° C. to 385 ° C. at 10 ° C./hr, and when the temperature reached 385 ° C., the temperature rise was stopped and held at 385 ° C. for 14 hours.
385℃で14時間保持した後、熱処理温度を250℃まで25℃/hrの降温速度で下げた。 After maintaining at 385 ° C. for 14 hours, the heat treatment temperature was lowered to 250 ° C. at a rate of temperature decrease of 25 ° C./hr.
<メタクロレインの気相接触酸化>
この後、反応器の反応管内に流していた空気を一旦停止し、反応管にメタクロレイン4.0%、酸素9.0%、水蒸気30.0%及び窒素57.0%からなる原料混合ガスを、反応温度290℃、接触時間4.5秒にて通過させて反応を開始した。その後、メタクロレインの転化率が75%となるまで、シェル部の熱媒の温度を変更した。この時の温度を反応温度と定義する。
<Gas-phase catalytic oxidation of methacrolein>
Thereafter, the air flowing in the reaction tube of the reactor was temporarily stopped, and a raw material mixed gas comprising 4.0% methacrolein, 9.0% oxygen, 30.0% water vapor and 57.0% nitrogen was added to the reaction tube. Was passed at a reaction temperature of 290 ° C. and a contact time of 4.5 seconds to initiate the reaction. Thereafter, the temperature of the heat medium in the shell portion was changed until the methacrolein conversion rate became 75%. The temperature at this time is defined as the reaction temperature.
反応温度が安定した後、原料ガスのメタクロレイン濃度を表1にある原料組成表に沿って原料ガスの組成を変更し、反応の負荷レベルを1〜4まで順次上げていった。この時、各負荷レベルにおいて反応温度が安定するのを待って、その時点の各位置のΔTを測定し、その値が35℃を越えないように、次の負荷レベルの原料ガス条件に徐々に変更した。その結果、負荷レベルを4まで上昇するためにかかった時間は40hrであった。結果を表2に示す。 After the reaction temperature was stabilized, the methacrolein concentration of the raw material gas was changed in accordance with the raw material composition table shown in Table 1, and the reaction load level was gradually increased from 1 to 4. At this time, after waiting for the reaction temperature to stabilize at each load level, ΔT at each position at that time is measured, and the raw material gas conditions at the next load level are gradually increased so that the value does not exceed 35 ° C. changed. As a result, the time taken to increase the load level to 4 was 40 hr. The results are shown in Table 2.
[実施例2]
触媒を反応管内に充填後、シェル部の導入口から加熱した空気の導入を開始してから14hr後における、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が170℃とした以外は実施例1と同様に酸化反応を実施した。なお、シェル部内への空気導入開始から、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が170℃になるまでの平均昇温速度は、10.6℃/hrであった。
[Example 2]
After charging the catalyst into the reaction tube, 14 hours after starting the introduction of the heated air from the inlet of the shell part, a thermocouple installed in the reaction tube arranged within a radius of 1 m from the inlet The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the measurement temperature was 170 ° C. The average rate of temperature increase from the start of air introduction into the shell portion until the measured temperature of the thermocouple installed in the reaction tube disposed within a radius of 1 m from the inlet becomes 170 ° C. is 10. It was 6 ° C./hr.
その結果、負荷レベルを4まで上昇するためにかかった時間は60hrであった。結果を表2に示す。 As a result, the time taken to increase the load level to 4 was 60 hours. The results are shown in Table 2.
[比較例1]
触媒を反応管内に充填後、シェル部の導入口から加熱した空気の導入を開始してから14hr後における、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が200℃とした以外は実施例1と同様に酸化反応を実施した。なお、シェル部内への空気導入開始から、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が200℃になるまでの平均昇温速度は、12.5℃/hrであった。
[Comparative Example 1]
After charging the catalyst into the reaction tube, 14 hours after starting the introduction of the heated air from the inlet of the shell part, a thermocouple installed in the reaction tube arranged within a radius of 1 m from the inlet The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the measurement temperature was 200 ° C. The average rate of temperature rise from the start of air introduction into the shell until the measurement temperature of the thermocouple installed in the reaction tube disposed within a radius of 1 m from the inlet reaches 200 ° C. is 12. It was 5 ° C./hr.
その結果、負荷レベルが2のときΔTが35℃を超えそうになったため、一時的に反応温度を下げてΔTが下がるのを待ち、その後負荷レベルを4まで上昇させた結果、負荷レベルを4まで上昇するためにかかった時間は105hrであった。結果を表2に示す。 As a result, ΔT is likely to exceed 35 ° C. when the load level is 2. Therefore, the reaction temperature is temporarily lowered to wait for ΔT to drop, and then the load level is increased to 4, resulting in a load level of 4 The time taken to rise to 105 hours was 105 hours. The results are shown in Table 2.
[比較例2]
触媒を反応管内に充填後、シェル部導入口から加熱した空気の導入を開始してから14hr後における、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が210℃とした以外は実施例1と同様に酸化反応を実施した。なお、シェル部内へ空気導入開始から、前記導入口から半径1m以内の範囲内に配置された反応管内に設置した熱電対の測定温度が210℃になるまでの平均昇温速度は、13.1℃/hrであった。
[Comparative Example 2]
Measurement of a thermocouple installed in a reaction tube disposed within a radius of 1 m from the introduction port after 14 hours from the start of introduction of heated air from the shell portion introduction port after filling the catalyst into the reaction tube The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 210 ° C. The average rate of temperature rise from the start of air introduction into the shell until the measured temperature of the thermocouple installed in the reaction tube disposed within a radius of 1 m from the inlet becomes 210 ° C. is 13.1. It was ° C./hr.
その結果、負荷レベルを2のときΔTが35℃を超えそうになったため、一時的に反応温度を下げてΔTが下がるのを待ち、その後負荷レベルを4まで上昇させた結果、負荷レベルを4まで上昇するためにかかった時間は370hrであった。結果を表2に示す。 As a result, ΔT is likely to exceed 35 ° C. when the load level is 2. As a result, the reaction temperature is temporarily lowered to wait for ΔT to drop, and then the load level is increased to 4, resulting in a load level of 4 The time taken to rise to 370 hours was 370 hours. The results are shown in Table 2.
1 多管式反応器
2 反応管(チューブ部)
3a 管板(上部)
3b 管板(下部)
4a 導入口
4b 導出口
5 シェル部
6a 導入口
6b 導出口
1
3a Tube sheet (upper part)
3b Tube sheet (lower part)
Claims (2)
下記工程(1)から(5)を含み、
工程(2)において、予熱の際、少なくとも該シェル−チューブ式反応器のシェル部に加熱されたガスを導入する導入口から半径1mの範囲内の点を含む1点以上の反応管内の触媒温度を、最大温度が150℃以上、195℃以下となるように制御することを特徴とするメタクリル酸の製造方法。
(1)シェル−チューブ式反応器の反応管に触媒を充填する工程
(2)該反応管の一方の端より含酸素ガスを供給しながら、該シェル−チューブ式反応器のシェル部に加熱したガスを導入し、該シェル部を予熱する工程
(3)前記加熱したガスの導入を停止し、該シェル部に熱媒を導入する工程
(4)熱媒を該シェル部に循環させて触媒を、300℃以上、500℃以下で熱処理する工程
(5)メタクロレインと酸素を含む原料ガスを反応管に供給する工程 A method for producing methacrylic acid, wherein a methacrolein is vapor-phase catalytically oxidized with molecular oxygen in the presence of a catalyst using a shell-tube reactor,
Including the following steps (1) to (5),
In the step (2), at the time of preheating, at least one catalyst temperature in the reaction tube including a point within a radius of 1 m from the inlet for introducing the heated gas into the shell portion of the shell-tube reactor. Is controlled such that the maximum temperature is 150 ° C. or higher and 195 ° C. or lower.
(1) Step of filling catalyst in the reaction tube of shell-tube reactor (2) While supplying oxygen-containing gas from one end of the reaction tube, the shell portion of the shell-tube reactor was heated. Step of introducing gas and preheating the shell portion (3) Stopping introduction of the heated gas and introducing a heating medium into the shell portion (4) Circulating the heating medium to the shell portion to (5) A step of supplying a source gas containing methacrolein and oxygen to the reaction tube.
MoaPbCucVdXeYfOg (1)
(式中、Mo、P、Cu、V及びOはそれぞれモリブデン、リン、銅、バナジウム及び酸素を表す。Xは鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、タングステン、マンガン、銀、ホウ素、ケイ素、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、インジウム、イオウ、セレン、テルル、ランタン及びセリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を表す。Yはカリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を表す。a〜gは原子組成比を示し、aが12とき、bは0.1≦b≦3、cは0.01≦c≦3、dは0.01≦d≦3、eは0≦e≦10、fは0.01≦f≦3、gは各原子全体の原子価を満足するのに必要な酸素原子比を示す。) The method for producing methacrylic acid according to claim 1, wherein the catalyst is a composite oxide represented by the following formula (1).
Mo a P b Cu c V d X e Y f O g (1)
(In the formula, Mo, P, Cu, V and O represent molybdenum, phosphorus, copper, vanadium and oxygen, respectively. X represents iron, cobalt, nickel, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, chromium, tungsten. Represents at least one element selected from the group consisting of manganese, silver, boron, silicon, tin, lead, arsenic, antimony, bismuth, niobium, tantalum, zirconium, indium, sulfur, selenium, tellurium, lanthanum and cerium Y represents at least one element selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium, a to g represent an atomic composition ratio, and when a is 12, b is 0.1 ≦ b ≦ 3, c is 0.01 ≦ c ≦ 3, d is 0.01 ≦ d ≦ 3, e is 0 ≦ e ≦ 10, f is 0.01 ≦ f ≦ 3, and g is all atoms. An oxygen atom ratio required for satisfying the valency.)
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