JP7137920B2 - Method for producing butadiene - Google Patents
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Description
本発明は、ブタジエンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing butadiene.
ブタジエンを工業的に製造する方法としては、ナフサクラッキングにより得られたBBP(主として炭素数3から5の炭化水素の混合物)を溶剤に抽出し、ブタン、ブテン、アセチレン類、高沸成分及び低沸成分などを選択的に除去する方法が採用されている。 As a method for industrially producing butadiene, BBP obtained by naphtha cracking (a mixture of mainly hydrocarbons having 3 to 5 carbon atoms) is extracted with a solvent, and butane, butene, acetylenes, high-boiling components and low-boiling components are extracted. A method of selectively removing components and the like is employed.
これに対して、n-ブテンを含む混合物を、気化器でガス化して、窒素ガス、空気、及び水を導入し、これらの混合ガスを予熱器で150~250℃程度に加熱した後、酸化脱水素反応器に供給し、ブタジエンを製造する方法が特許文献1及び2に開示されている。特許文献3には、ブテンに富む材料を気化させ、少なくとも205℃の温度に過熱し、過熱水蒸気及び酸素に富む気体と混合し、フェライト触媒上で酸化脱水素してブタジエンを得る方法が開示されている。特許文献4には、炭素数4以上のモノオレフィンを、5℃~35℃程度の常温、もしくは、5℃~35℃程度の常温で液状を呈するモノオレフィンはガス化装置を用いてガス化させて反応器へ供給し、酸化脱水素反応によってブタジエンを製造する方法が開示されている。 On the other hand, a mixture containing n-butene is gasified in a vaporizer, nitrogen gas, air, and water are introduced, and the mixed gas is heated to about 150 to 250° C. in a preheater, and then oxidized. Patent Literatures 1 and 2 disclose a method of supplying a dehydrogenation reactor to produce butadiene. US Pat. No. 5,300,004 discloses a method of vaporizing a butene-rich material, superheating it to a temperature of at least 205° C., mixing it with superheated steam and an oxygen-rich gas, and oxidatively dehydrogenating it over a ferrite catalyst to give butadiene. ing. In Patent Document 4, a monoolefin having 4 or more carbon atoms is gasified using a gasifier at room temperature of about 5°C to 35°C, or a monoolefin that is liquid at room temperature of about 5°C to 35°C. A method for producing butadiene by an oxidative dehydrogenation reaction is disclosed.
特許文献1~3の方法では、n-ブテンを含む原料ガスを加熱して反応器へ供給(フィード)する場合、n-ブテンの供給温度が高過ぎて、反応器内におけるn-ブテンを含む原料ガス供給部の温度が高くなり、過反応による燃焼反応が進行して、一酸化炭素及び/又は二酸化炭素の量が増加し、ブタジエンの収率が低下する虞がある。 In the methods of Patent Documents 1 to 3, when the raw material gas containing n-butene is heated and supplied (fed) to the reactor, the n-butene supply temperature is too high, and n-butene is contained in the reactor. The temperature of the raw material gas supply unit rises, the combustion reaction proceeds due to excessive reaction, the amount of carbon monoxide and/or carbon dioxide increases, and the yield of butadiene may decrease.
一方で、特許文献4の方法を用いた場合、n-ブテンの供給温度(フィード温度)が低すぎて、一旦は気化器で蒸発したn-ブテンがフィード配管内で凝縮してミストが発生する虞がある。ミストが発生すると、フィード配管に設置している流量計が誤指示したり、反応器内でミストが急激に蒸発したりすることに起因して、反応器へのn-ブテンの供給量が大きく変動し、反応器内のガス組成に斑が生じる。例えば、n-ブテンが過剰な箇所では、未反応のn-ブテンの量が増加し、n-ブテン転化率及びブタジエン収率が低下する。また、n-ブテンが不足した箇所では、過反応により燃焼反応が進行して二酸化炭素の量が増加し、ブタジエン収率が低下する。さらに、反応器内の組成に斑が生じると、触媒表面でのカーボン成長が促進される傾向があり、長期運転が困難となる。 On the other hand, when the method of Patent Document 4 is used, the n-butene supply temperature (feed temperature) is too low, and the n-butene that has once evaporated in the vaporizer condenses in the feed pipe to generate mist. There is fear. If mist is generated, the flow meter installed in the feed pipe may give an erroneous indication, or the mist may rapidly evaporate in the reactor, resulting in a large amount of n-butene supplied to the reactor. fluctuating and causing patchiness in the gas composition within the reactor. For example, at locations where n-butene is excessive, the amount of unreacted n-butene increases and n-butene conversion and butadiene yield decrease. Also, at locations where the amount of n-butene is insufficient, combustion reaction proceeds due to overreaction, the amount of carbon dioxide increases, and the yield of butadiene decreases. Furthermore, when the composition in the reactor becomes uneven, carbon growth tends to be promoted on the catalyst surface, making long-term operation difficult.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応、又はn-ブテンの凝縮に起因するn-ブテンの供給量の過度の変動を有効に抑制して、長期に亘って安定にブタジエンを製造可能な方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and effectively suppresses overreaction due to overheating of n-butene-containing gas or excessive fluctuation in the amount of n-butene supplied due to condensation of n-butene. An object of the present invention is to provide a method capable of stably producing butadiene over a long period of time.
本発明者らは、n-ブテン含有ガス及び酸素含有ガスを反応器に供給し、触媒と接触させ、酸化脱水素反応によりブタジエンを製造する方法において、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度、圧力、及び線速度を所定の範囲内に制御すると、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応、又はn-ブテンの凝縮に起因するn-ブテンの供給量の過度の変動を有効に抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have found that in a method for producing butadiene by an oxidative dehydrogenation reaction by supplying an n-butene-containing gas and an oxygen-containing gas to a reactor and contacting them with a catalyst, the n-butene-containing gas supplied to the reactor Controlling the temperature, pressure, and linear velocity of n-butene within a predetermined range effectively prevents overreaction due to overheating of the n-butene-containing gas or excessive fluctuations in the amount of n-butene supplied due to condensation of n-butene. We have found that it can be suppressed, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下に示す通りのブタジエンの製造方法である。
(1)
n-ブテン含有ガス及び酸素含有ガスを反応器に供給し、触媒と接触させ、酸化脱水素反応によりブタジエンを製造する方法であって、
前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度が、5℃以上150℃以下であり、且つ、
前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力が、前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度におけるn-ブテンの蒸気圧未満であり、且つ、
前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの線速度が、50cm/秒以上である、ブタジエンの製造方法。
(2)
前記n-ブテン含有ガスを前記反応器へ供給する配管で、前記n-ブテン含有ガスを加温及び/又は保温する、(1)のブタジエンの製造方法。
(3)
前記配管で、前記n-ブテン含有ガスを加温及び/又は保温する熱源として、反応熱を利用する、(2)のブタジエンの製造方法。
(4)
気化器を用いてn-ブテン含有ガスを気化する気化工程を含み、
前記気化工程において、
前記気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度が、15℃以上150℃以下であり、且つ、
前記気化器を通過したn-ブテン含有ガスの圧力が、前記気化器を通過したn-ブテンの温度における蒸気圧未満であり、且つ、
前記気化器を通過したn-ブテン含有ガスの線速度が、50cm/秒以上である、(1)~(3)のいずれかのブタジエン製造方法。
(5)
前記気化器の出口配管で、n-ブテン含有ガスを加温及び/又は保温する、(4)のブタジエンの製造方法。
(6)
前記気化器の出口配管で、n-ブテン含有ガスを加温及び/又は保温する熱源として、反応熱を利用する、(5)のブタジエンの製造方法。
(7)
前記反応器が流動床反応器である、(1)~(6)のいずれかのブタジエンの製造方法。
That is, the present invention is a method for producing butadiene as shown below.
(1)
A method for producing butadiene through an oxidative dehydrogenation reaction by supplying an n-butene-containing gas and an oxygen-containing gas to a reactor and bringing them into contact with a catalyst, comprising:
The temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 5° C. or higher and 150° C. or lower, and
the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is less than the vapor pressure of n-butene at the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor; and
A method for producing butadiene, wherein the linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 50 cm/sec or more.
(2)
The method for producing butadiene according to (1), wherein the n-butene-containing gas is heated and/or kept warm in a pipe for supplying the n-butene-containing gas to the reactor.
(3)
The method for producing butadiene according to (2), wherein reaction heat is used as a heat source for heating and/or retaining the n-butene-containing gas in the piping.
(4)
comprising a vaporization step of vaporizing the n-butene-containing gas using a vaporizer;
In the vaporization step,
The temperature of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is 15° C. or higher and 150° C. or lower, and
The pressure of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is less than the vapor pressure at the temperature of the n-butene that has passed through the vaporizer, and
The method for producing butadiene according to any one of (1) to (3), wherein the linear velocity of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is 50 cm/sec or more.
(5)
The method for producing butadiene according to (4), wherein the n-butene-containing gas is heated and/or kept warm in the outlet pipe of the vaporizer.
(6)
The method for producing butadiene according to (5), wherein reaction heat is used as a heat source for heating and/or retaining the n-butene-containing gas at the outlet pipe of the vaporizer.
(7)
The method for producing butadiene according to any one of (1) to (6), wherein the reactor is a fluidized bed reactor.
本発明によれば、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応、又はn-ブテンの凝縮によるn-ブテンの供給量の過度の変動を有効に抑制して、長期に亘って安定にブタジエンを製造可能な方法を提供することが可能である。 According to the present invention, butadiene can be stably produced over a long period of time by effectively suppressing overreaction due to overheating of the n-butene-containing gas or excessive fluctuations in the supply amount of n-butene due to condensation of n-butene. It is possible to provide a possible method.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」とも言う。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (henceforth "this embodiment") for implementing this invention is demonstrated in detail. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
[ブタジエンの製造方法]
本実施形態のブタジエンの製造方法は、n-ブテン含有ガス及び酸素含有ガスを反応器に供給し、触媒と接触させ、酸化脱水素反応によりブタジエンを製造する方法であって、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度は、5℃以上150℃以下であり、且つ、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力は、n-ブテン含有ガスの温度におけるn-ブテンの蒸気圧(以下、単に「蒸気圧」ともいう。)未満であり、且つ、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの線速度は、50cm/秒以上である。本実施形態の製造方法は、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度、圧力、及び線速度を上記範囲内に制御する構成を備えることにより、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応、又はn-ブテンの凝縮に起因するn-ブテンの供給量の過度の変動を有効に抑制できる。これにより、例えば、気化器を用いて、n-ブテン含有ガスを気化する工程(気化工程)における管理が容易となり、長期に亘って安定にn-ブテンを反応器に供給可能となる。その結果、例えば、反応器内でのガス組成に斑が発生することを抑制でき、反応状態の悪化及びブタジエンの収率の低下を抑制できる。反応状態の悪化を抑制した場合、反応器出口のガス組成及び生成ガス量の変動も小さくなり、その後の生成ガスを精製してブタジエンの純度を高める工程(精製工程)も安定に行えることが見込まれる。その結果、製品として払い出されるブタジエンの組成の変動を有効に抑制できることが見込まれる。また、本実施形態の製造方法は、上記の構成を備えることにより、n-ブテン含有ガスの過熱、及び過剰供給による反応器内での過反応も有効に抑制でき、反応温度の過度の変動を有効に抑制できる。これにより、酸化脱水素反応を好適な反応条件で行うことができる。このため、ブタジエンの逐次反応を制御し易くなり、ブタジエンの収率が長期に亘って安定化することが見込まれる。さらに、反応温度、及び供給されるn-ブテンの量の安定化により、例えば、ホットスポット(部分的な高温部)による触媒への熱的ダメージ、還元雰囲気化による触媒の還元劣化を有効に抑制できる。このため、触媒の寿命が延びることが見込まれる。
[Method for producing butadiene]
The method for producing butadiene of the present embodiment is a method for producing butadiene by supplying an n-butene-containing gas and an oxygen-containing gas to a reactor, bringing them into contact with a catalyst, and subjecting them to an oxidative dehydrogenation reaction. The temperature of the n-butene-containing gas is 5 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is the vapor pressure of n-butene at the temperature of the n-butene-containing gas (hereinafter also simply referred to as “vapor pressure”), and the linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 50 cm/sec or more. The production method of the present embodiment is provided with a configuration for controlling the temperature, pressure, and linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor within the above ranges, so that the n-butene-containing gas is overheated and overreacted. , or excessive fluctuations in the amount of n-butene supplied due to condensation of n-butene can be effectively suppressed. As a result, for example, using a vaporizer, the process of vaporizing the n-butene-containing gas (vaporization process) can be easily managed, and n-butene can be stably supplied to the reactor over a long period of time. As a result, for example, it is possible to suppress the occurrence of unevenness in the gas composition within the reactor, thereby suppressing the deterioration of the reaction state and the decrease in the yield of butadiene. If the deterioration of the reaction state is suppressed, fluctuations in the gas composition and amount of produced gas at the reactor outlet will also be reduced, and it is expected that the subsequent process of purifying the produced gas to increase the purity of butadiene (refining process) can be performed stably. be As a result, it is expected that fluctuations in the composition of butadiene discharged as a product can be effectively suppressed. In addition, the production method of the present embodiment has the above configuration, so that overheating of the n-butene-containing gas and overreaction in the reactor due to excessive supply can be effectively suppressed, and excessive fluctuations in the reaction temperature can be suppressed. can be effectively suppressed. Thereby, the oxidative dehydrogenation reaction can be performed under suitable reaction conditions. Therefore, it is expected that the sequential reaction of butadiene can be easily controlled, and the yield of butadiene is stabilized over a long period of time. Furthermore, by stabilizing the reaction temperature and the amount of n-butene supplied, for example, thermal damage to the catalyst due to hot spots (partial high temperature parts) and reduction deterioration of the catalyst due to reducing atmosphere can be effectively suppressed. can. Therefore, it is expected that the life of the catalyst will be extended.
さらに本実施形態の製造方法において用いるブタジエンの製造装置は、例えば、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給(フィード)する配管に加温手段及び/又は保温手段を設けてもよく、加温手段及び/又は保温手段により、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度を5℃以上150℃以下、且つ、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力が、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度における蒸気圧未満に調整可能な製造装置である。なお、製造装置は、必ずしも加温手段及び/又は保温手段を設ける必要はない。 Furthermore, in the butadiene production apparatus used in the production method of the present embodiment, for example, a piping for supplying (feeding) the n-butene-containing gas to the reactor may be provided with heating means and/or heat insulating means. and/or the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is adjusted to 5° C. or higher and 150° C. or lower by the heat insulating means, and the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is adjusted to the reactor. It is a production apparatus that can be adjusted below the vapor pressure at the temperature of the n-butene-containing gas. Note that the manufacturing apparatus does not necessarily need to be provided with a heating means and/or a heat retaining means.
反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度は、5℃以上150℃以下であり、好ましくは20℃以上120℃以下であり、より好ましくは50℃以上90℃以下である。温度が上記範囲内にあることにより、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応を制御しつつ、n-ブテン含有ガスの蒸気圧を高めることで、n-ブテン含有ガスが凝縮しづらい状態にすることができる。なお、「反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度」とは、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの温度をいう。 The temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 5°C or higher and 150°C or lower, preferably 20°C or higher and 120°C or lower, more preferably 50°C or higher and 90°C or lower. When the temperature is within the above range, the vapor pressure of the n-butene-containing gas is increased while controlling overreaction due to overheating of the n-butene-containing gas, thereby making it difficult for the n-butene-containing gas to condense. be able to. The "temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor" refers to the temperature of the n-butene-containing gas in the pipe that supplies the n-butene-containing gas to the reactor.
反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力は、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度におけるn-ブテンの蒸気圧未満(例えば、反応圧力以上蒸気圧未満)であり、蒸気圧よりも0.1MPa小さいことが好ましく、蒸気圧よりも0.3MPa小さいことがより好ましい。圧力が上記範囲内にあることにより、配管内での局所的な温度低下による凝縮を抑制できる。「反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力」とは、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの圧力をいう。蒸気圧は、アントワンの式に基づいて推算できる。 The pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is less than the vapor pressure of n-butene at the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor (for example, the reaction pressure or more and less than the vapor pressure), and steam It is preferably 0.1 MPa lower than the pressure, and more preferably 0.3 MPa lower than the vapor pressure. By keeping the pressure within the above range, it is possible to suppress condensation due to a local temperature drop within the piping. "The pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor" refers to the pressure of the n-butene-containing gas in the piping that supplies the n-butene-containing gas to the reactor. Vapor pressure can be estimated based on Antoine's equation.
反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの線速度は、50cm/秒以上であり、75cm/秒以上であることが好ましく、100cm/秒以上であることがより好ましい。線速度が上記範囲内にあることにより、配管内での温度低下による凝縮を抑制できる。「反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの線速度」とは、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの線速度をいう。 The linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 50 cm/sec or more, preferably 75 cm/sec or more, more preferably 100 cm/sec or more. When the linear velocity is within the above range, it is possible to suppress condensation due to temperature drop in the piping. "Linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor" refers to the linear velocity of the n-butene-containing gas in the piping that supplies the n-butene-containing gas to the reactor.
本実施形態の製造方法では、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度及び圧力は、上記範囲内に調整するために、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内のn-ブテン含有ガスを加温及び又は保温することが好ましい。この場合、配管内のn-ブテン含有ガスを加温するための熱源として、例えば、スチーム又は温水トレースを用いたり、配管内のn-ブテン含有ガスを保温するための熱源として、例えば、公知の保温材を用いたりすることが考えられるが、エネルギー効率の観点から、加温及び保温のための熱源として、反応熱を利用することが好ましい。 In the production method of the present embodiment, in order to adjust the temperature and pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor within the above ranges, n- It is preferred to heat and/or keep the butene-containing gas warm. In this case, as a heat source for heating the n-butene-containing gas in the pipe, for example, steam or hot water trace is used, or as a heat source for keeping the n-butene-containing gas in the pipe warm, for example, a known It is conceivable to use a heat insulating material, but from the viewpoint of energy efficiency, it is preferable to use reaction heat as a heat source for heating and heat retention.
本実施形態の製造方法においては、原料として、n-ブテン(1-ブテン、2-ブテン、イソブテン)を含有するガス(n-ブテン含有ガス)と、酸素含有ガス(例えば、空気及び酸素)が用いられ、さらに窒素が用いられてもよい。これらのガスは、必ずしも高純度である必要はなく、任意の混合物を含んでいてもよく、工業グレードを使用してもよい。例えば、n-ブテン含有ガスとしては、エチレンの二量化反応により得られるn-ブテン、ナフサ熱分解により副生するC4留分から1,3-ブタジエンを抽出した残留成分(ラフィネート-1)、イソブチレンを抽出した残留成分(ラフィネート-2)、n-ブタンの脱水素反応若しくは酸化脱水素反応により得られるブテン留分、及びエタン熱分解、バイオマスエタノールの脱水反応により得られるエチレンの接触転化反応により副生するC4留分を用いることができる。バイオマスエタノールは、植物資源から得られるエタノールであり、具体的にはサトウキビやトウモロコシ等の発酵により得られるエタノール、廃材、間伐材、稲わら、農作物等の木質資源から得られるエタノールが挙げられる。 In the production method of the present embodiment, as raw materials, a gas containing n-butene (1-butene, 2-butene, isobutene) (n-butene-containing gas) and an oxygen-containing gas (eg, air and oxygen) are used. used, and nitrogen may also be used. These gases do not necessarily have to be of high purity, may contain any mixtures, and may be of industrial grade. Examples of the n-butene-containing gas include n-butene obtained by the dimerization reaction of ethylene, a residual component (raffinate-1) obtained by extracting 1,3-butadiene from the C4 fraction produced as a by-product of naphtha pyrolysis, and isobutylene. Extracted residual component (raffinate-2), butene fraction obtained by dehydrogenation or oxidative dehydrogenation of n-butane, and ethane pyrolysis, secondary by catalytic conversion reaction of ethylene obtained by dehydration reaction of biomass ethanol The resulting C4 cut can be used. Biomass ethanol is ethanol obtained from plant resources, and specific examples include ethanol obtained by fermentation of sugarcane, corn, etc., and ethanol obtained from woody resources such as waste wood, thinned wood, rice straw, and agricultural crops.
n-ブテン含有ガスには、n-ブテン以外にパラフィン、水(水蒸気)、水素、窒素、二酸化炭素、及び一酸化炭素を含まれてもよく、含まなくてもよい。パラフィンとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、及びノナンが挙げられる。また、反応生成物から目的生成物であるブタジエンを分離した後、未反応のn-ブテンの少なくとも一部を、反応器にリサイクルしてもよい。 The n-butene-containing gas may or may not contain paraffin, water (water vapor), hydrogen, nitrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide in addition to n-butene. Paraffins include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, and nonane. Further, after separating the target product butadiene from the reaction product, at least part of the unreacted n-butene may be recycled to the reactor.
反応器に供給されるn-ブテンの濃度は、ブタジエンの生産性をより一層向上する観点から、全供給ガス量(100体積%)に対して、2体積%以上であることが好ましく、触媒への負荷をより一層抑制する観点から、30体積%以下であることが好ましい。同様の観点から、n-ブテンの濃度は、3体積%以上25体積%以下であることがより好ましく、4体積%以上20体積%以下であることがさらに好ましい。 The concentration of n-butene supplied to the reactor is preferably 2% by volume or more with respect to the total amount of gas supplied (100% by volume) from the viewpoint of further improving the productivity of butadiene. From the viewpoint of further suppressing the load of , it is preferably 30% by volume or less. From the same point of view, the concentration of n-butene is more preferably 3% by volume or more and 25% by volume or less, and further preferably 4% by volume or more and 20% by volume or less.
本実施形態の製造方法では、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応、又はn-ブテンの凝縮に起因するn-ブテンの供給量の過度の変動をより一層有効に抑制するために、気化器を用いてn-ブテン含有ガスを気化する気化工程を含むことが好ましい。気化器としては、通常n-ブテン含有ガスを気化するために用いられる公知の気化器が挙げられる。 In the production method of the present embodiment, in order to more effectively suppress overreaction due to overheating of the n-butene-containing gas or excessive fluctuations in the amount of n-butene supplied due to condensation of n-butene, the vaporizer preferably includes a vaporization step of vaporizing the n-butene-containing gas using . Vaporizers include known vaporizers commonly used to vaporize n-butene-containing gases.
気化工程において、気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度は、15℃以上150℃以下であることが好ましく、20℃以上120℃以下であることがより好ましく、50℃以上90℃以下であることがさらに好ましい。温度が上記範囲内にあることにより、n-ブテン含有ガスの過熱による過反応を制御しつつ、n-ブテン含有ガスの蒸気圧を高めることで、n-ブテンが凝縮しづらい状態にすることができる。「気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度」とは、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの温度をいう。 In the vaporization step, the temperature of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is preferably 15° C. or higher and 150° C. or lower, more preferably 20° C. or higher and 120° C. or lower, and 50° C. or higher and 90° C. or lower. It is even more preferable to have When the temperature is within the above range, the vapor pressure of the n-butene-containing gas is increased while controlling overreaction due to overheating of the n-butene-containing gas, thereby making it difficult for n-butene to condense. can. "The temperature of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer" refers to the temperature of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer.
気化工程において、気化器を通過したn-ブテン含有ガスの圧力は、気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度におけるn-ブテンの蒸気圧未満(例えば、反応圧力以上蒸気圧未満)であり、蒸気圧よりも0.1MPa小さいことが好ましく、蒸気圧よりも0.3MPa小さいことがより好ましい。圧力が上記範囲内にあることにより、配管内での局所的な温度低下による凝縮を抑制できる。なお、「気化器を通過したn-ブテン含有ガスの圧力」とは、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの圧力をいう。 In the vaporization step, the pressure of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is less than the vapor pressure of n-butene at the temperature of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer (for example, the reaction pressure or more and the vapor pressure is less than). , preferably 0.1 MPa lower than the vapor pressure, more preferably 0.3 MPa lower than the vapor pressure. By keeping the pressure within the above range, it is possible to suppress condensation due to a local temperature drop within the piping. Incidentally, "the pressure of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer" refers to the pressure of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer.
気化工程において、気化器を通過したn-ブテン含有ガスの線速度は、50cm/秒以上であり、75cm/秒以上であることが好ましく、100cm/秒以上であることがより好ましい。線速度が上記範囲内にあることにより、配管内での温度低下による凝縮を抑制できる。気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの線速度をいう。 In the vaporization step, the linear velocity of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is 50 cm/sec or more, preferably 75 cm/sec or more, and more preferably 100 cm/sec or more. When the linear velocity is within the above range, it is possible to suppress condensation due to temperature drop in the piping. It refers to the linear velocity of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer.
気化工程において、気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度及び圧力を上記範囲内に調整するために、気化器の出口配管で、n-ブテン含有ガスを加温及び/又は保温することが好ましい。この場合、配管内のn-ブテン含有ガスを加温するための熱源として、例えば、スチーム又は温水トレースを用いたり、配管内のn-ブテン含有ガスを保温するための熱源として、例えば、公知の保温材を用いたりすることが考えられるが、エネルギー効率の観点から、加温及び保温のための熱源として、反応熱を利用することが好ましい。 In the vaporization step, in order to adjust the temperature and pressure of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer within the above ranges, the n-butene-containing gas may be heated and/or kept warm at the outlet pipe of the vaporizer. preferable. In this case, as a heat source for heating the n-butene-containing gas in the pipe, for example, steam or hot water trace is used, or as a heat source for keeping the n-butene-containing gas in the pipe warm, for example, a known It is conceivable to use a heat insulating material, but from the viewpoint of energy efficiency, it is preferable to use reaction heat as a heat source for heating and heat retention.
本実施形態の製造方法において、酸化脱水素反応に用いられる反応方式としては、固定床反応方式、及び流動床反応方式が挙げられ、流動床反応方式が好ましく、反応器は、流動床反応器であることが好ましい。固定床反応方式は、ガスの流動状態が押し出し流れに近く、反応収率を高くできるという利点を備えており、工業的に多く採用されている。ところが、固定床反応器を用いた製造方法は、流動床反応器を用いた製造方法と比較して、伝熱性が低く、除熱及び加熱が必要な発熱反応や吸熱反応には十分ではない。流動層反応方式は、反応器内を触媒粒子が激しく流動するという特徴を有するものである。このような特徴から、伝熱性が高く、大きな発熱や吸熱を伴う反応時も反応器内温度をほぼ均一に保ち、過度の反応進行を抑制できるという利点がある。また、エネルギーの局所蓄積が抑制されるため、爆発範囲内の原料ガスを反応させることが可能で、原料濃度を高めて生産性を向上させられるという利点もある。従って、流動層反応方式は、ブテンからブタジエンを製造するような、激しい発熱を伴う炭化水素の酸化脱水素反応により適した反応方式である。 In the production method of the present embodiment, the reaction system used for the oxidative dehydrogenation reaction includes a fixed bed reaction system and a fluidized bed reaction system, preferably a fluidized bed reaction system, and the reactor is a fluidized bed reactor. Preferably. The fixed bed reaction system has the advantage that the gas flow is close to that of an extrusion flow, and the reaction yield can be increased, and is widely used industrially. However, the production method using a fixed bed reactor has lower heat transfer than the production method using a fluidized bed reactor, and is not sufficient for exothermic reactions and endothermic reactions that require heat removal and heating. The fluidized bed reaction system is characterized by vigorous fluidization of catalyst particles within the reactor. Due to these characteristics, the heat transfer is high, and there is an advantage that the temperature inside the reactor can be kept almost uniform even during a reaction accompanied by a large amount of heat generation or endotherm, and excessive progress of the reaction can be suppressed. In addition, since the local accumulation of energy is suppressed, it is possible to react the material gas within the explosion range, and there is also the advantage that the concentration of the material can be increased and the productivity can be improved. Therefore, the fluidized bed reaction system is more suitable for the oxidative dehydrogenation reaction of hydrocarbons accompanied by intense heat generation, such as the production of butadiene from butene.
通常、流動床反応方式では、反応器へ供給されるn-ブテンの供給量に乱れが生じると、n-ブテンと触媒との流動状態が悪化し、収率が低下する虞がある。また、反応器内でn-ブテンの斑が生じると、部分的な過反応による温度上昇(ホットスポットともいう)及び還元雰囲気が発生する虞がある。部分的な過反応では、生成したブタジエンが逐次反応によって消費され、収率低下が引き起こされる。また、還元雰囲気に触媒が曝されると、触媒の還元劣化が起こり、触媒活性が低下する虞がある。これに対し、本願実施形態の製造方法では、例えば、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度、圧力、及び線速度を上記範囲内に制御する構成とすることにより、n-ブテン含有ガスの過熱によるブタジエンの収率の低下を抑制するという効果を得る。また、上記の構成により、例えば、n-ブテンの凝縮に起因する反応器内の流動状態の悪化、及び反応器内のn-ブテンの斑の発生に起因するホットスポットの発生、還元雰囲気の発生を抑制でき、その結果、ブタジエンの収率低下及び触媒劣化を回避できる可能性がある。これらの効果は、気化工程において、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの温度、圧力、及び線速度を上記範囲内に制御したり、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内のn-ブテン及び気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスを加温及び/又は保温したりすることによりより一層確実なものとなる。 Generally, in the fluidized bed reaction system, if the amount of n-butene supplied to the reactor is disturbed, the flow state of n-butene and the catalyst deteriorates, and the yield may decrease. In addition, when spots of n-butene occur in the reactor, there is a risk of temperature rise (also referred to as hot spots) due to partial overreaction and generation of a reducing atmosphere. In partial overreaction, the produced butadiene is consumed by successive reactions, causing a decrease in yield. Further, when the catalyst is exposed to a reducing atmosphere, there is a risk that the catalyst will be deteriorated by reduction, resulting in a decrease in catalytic activity. On the other hand, in the production method of the embodiment of the present application, for example, the temperature, pressure, and linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor are controlled within the above ranges, so that the n-butene-containing An effect of suppressing a decrease in yield of butadiene due to overheating of gas is obtained. In addition, due to the above configuration, for example, the deterioration of the flow state in the reactor due to the condensation of n-butene, the generation of hot spots due to the generation of n-butene spots in the reactor, and the generation of a reducing atmosphere can be suppressed, and as a result, it is possible to avoid a decrease in butadiene yield and deterioration of the catalyst. These effects are achieved by controlling the temperature, pressure, and linear velocity of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer within the above ranges in the vaporization process, Heating and/or keeping the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer and the n-butene in the vaporizer more reliable.
本実施形態の製造方法において、反応温度は、300℃以上450℃以下であることが好ましく、320℃以上420℃以下であることがより好ましく、340℃以上400℃以下であることがさらに好ましい。反応温度が300℃以上であることにより、n-ブテンの転化率がより一層向上できる傾向にある。一方、反応温度が450℃以下であることにより、生成したブタジエンの燃焼分解をより一層効果的に防止できる傾向にある。ブタジエンの製造反応は、発熱反応であるため、好適な反応温度となるように除熱することが好ましい。発生する反応熱の除熱は、例えば、反応器に内挿した冷却管を用いて行うことができる。冷却管による反応熱の除熱や加熱装置による給熱によって、上記の範囲に反応温度を調節することができる。 In the production method of the present embodiment, the reaction temperature is preferably 300° C. or higher and 450° C. or lower, more preferably 320° C. or higher and 420° C. or lower, and even more preferably 340° C. or higher and 400° C. or lower. A reaction temperature of 300° C. or higher tends to further improve the conversion of n-butene. On the other hand, when the reaction temperature is 450° C. or lower, it tends to be possible to more effectively prevent combustion decomposition of the produced butadiene. Since the production reaction of butadiene is an exothermic reaction, it is preferable to remove the heat so as to obtain a suitable reaction temperature. The heat of reaction generated can be removed, for example, using a cooling pipe inserted in the reactor. The reaction temperature can be adjusted within the above range by removing reaction heat through a cooling pipe or supplying heat through a heating device.
本実施形態の製造方法において、反応圧力は、微減圧~0.8MPaの範囲で行ってもよい。反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスと酸素含有ガスと触媒との接触時間は一義的には決定できないが、全供給ガス量と反応器内の触媒量に対して、1~20(sec・g/cc)、好ましくは2~10(sec・g/cc)の範囲であれば、ブタジエンをより一層好適に製造することができる傾向にある。 In the production method of the present embodiment, the reaction pressure may be in the range of slightly reduced pressure to 0.8 MPa. The contact time between the n-butene-containing gas, the oxygen-containing gas, and the catalyst supplied to the reactor cannot be determined unambiguously, but with respect to the total amount of gas supplied and the amount of catalyst in the reactor, 1 to 20 (sec) ·g/cc), preferably in the range of 2 to 10 (sec·g/cc), butadiene tends to be more suitably produced.
本実施形態において、生成したブタジエンを含むガスは、反応器出口から流出する。反応器出口のガス中の酸素濃度は、好ましくは0体積%以上3.0体積%以下であり、より好ましくは0.1体積%以上2.5体積%以下であり、さらに好ましくは0.2体積%以上2.0体積%以下である。反応器出口のガス中の酸素濃度は、反応器に供給される酸素供給源となるガス、例えば、反応器に供給される空気の量、反応温度、反応器内の圧力、触媒量、及び反応器に供給される供給ガスの全量を変更することによって調整することができる。反応器出口のガス中の酸素濃度が3.0体積%以下であることにより、生成したブタジエンの燃焼分解をより一層効果的に抑制し、より一層十分に良好な収率でブタジエンを得ることができる傾向にある。 In this embodiment, the produced butadiene-containing gas flows out from the reactor outlet. The oxygen concentration in the gas at the reactor outlet is preferably 0% by volume or more and 3.0% by volume or less, more preferably 0.1% by volume or more and 2.5% by volume or less, and still more preferably 0.2% by volume. It is vol% or more and 2.0 vol% or less. The oxygen concentration in the gas at the reactor outlet is determined by the amount of oxygen supply source gas supplied to the reactor, for example, the amount of air supplied to the reactor, the reaction temperature, the pressure in the reactor, the amount of catalyst, and the reaction It can be adjusted by changing the total amount of feed gas supplied to the vessel. By setting the oxygen concentration in the gas at the outlet of the reactor to 3.0% by volume or less, combustion decomposition of the produced butadiene can be more effectively suppressed, and butadiene can be obtained in a much better yield. tend to be able.
本実施形態の製造方法において、反応器出口から流出したガスは、公知の技術により精製することができる。例えば、特公昭45-17407号公報、特開昭60126235号公報、特公平3-48891号公報、PETROTECH,第二巻,第四号(59~65頁、1978年)等に記載の方法を参照することができる。 In the production method of this embodiment, the gas discharged from the reactor outlet can be purified by a known technique. For example, see methods described in JP-B-45-17407, JP-B-60126235, JP-B-3-48891, PETROTECH, Vol. 2, No. 4 (pp. 59-65, 1978), etc. can do.
本実施形態の製造方法において用いられる触媒としては、例えば、モリブデンを含有し、n-ブテンに接触させることによりブタジエンを生成する酸化物触媒が挙げられ、これらの中でも、モリブデンを含有する酸化物を担体に担持した触媒が好ましい。 The catalyst used in the production method of the present embodiment includes, for example, an oxide catalyst containing molybdenum and producing butadiene by contact with n-butene. Among these, an oxide containing molybdenum is used. Catalysts supported on supports are preferred.
本実施形態における酸化物を担体に担持した触媒は、担体と、Mo、Bi及びFeを含むことが好ましい。上記Mo、Bi及びFeの組成は、合目的的な酸化物を形成するように調節されていることが好ましく、この酸化物中の格子酸素によって、n-ブテンからブタジエンへの酸化脱水素反応が促進されると推測されるが、この推測により本発明は何ら限定されない。一般に、触媒中の格子酸素が酸化脱水素反応に消費されると、酸化物中に酸素空孔が生じる。その結果、反応の進行に伴って酸化物の還元が進行し、触媒活性が失活していく。そこで、良好な触媒活性を維持するためには、還元を受けた酸化物が速やかに再酸化されることが好ましい。上記のMo、Bi及びFeを含む酸化物は、n-ブテンからブタジエンの酸化脱水素反応に対する反応性に加え、気相中の分子状酸素を解離吸着して酸化物内に取り込み、消費された格子酸素の再生を行う再酸化作用にも優れていると推測されるが、この推測により本発明は何ら限定されない。 The catalyst in which the oxide is supported on the carrier in the present embodiment preferably contains the carrier and Mo, Bi and Fe. The composition of Mo, Bi and Fe is preferably adjusted to form a purposeful oxide, in which lattice oxygen allows the oxidative dehydrogenation of n-butene to butadiene. Although it is speculated that this speculation does not limit the invention in any way. In general, oxygen vacancies are generated in the oxide when lattice oxygen in the catalyst is consumed in the oxidative dehydrogenation reaction. As a result, as the reaction progresses, the reduction of the oxide proceeds, and the catalytic activity is deactivated. Therefore, in order to maintain good catalytic activity, it is preferable that the oxide that has undergone reduction be quickly reoxidized. The above oxides containing Mo, Bi, and Fe have reactivity with respect to the oxidative dehydrogenation reaction of n-butene to butadiene, and in addition, molecular oxygen in the gas phase is dissociated and adsorbed into the oxide and consumed. Although it is presumed that it is also excellent in the reoxidation action of regenerating lattice oxygen, the present invention is not limited by this presumption.
本実施形態の製造方法において、Mo、Bi及びFeを含む酸化物を担体に担持した触媒は、特に流動層方式によるブタジエンの製造に用いる場合、生成物であるブタジエンの二次分解を効果的に抑制でき、高い収率でブタジエンを得ることができる傾向にある。その理由としては、詳細は不明であるが、触媒の酸性度が好適であるため、触媒上におけるブタジエンの二次分解が抑制されることが推測され、他の理由としては、生成したブタジエンに対する反応活性点の吸着能が小さいため、生成したブタジエンは、反応活性点において分解を受ける前に速やかに触媒から脱離する、ことなどが推測されるが、本発明はこれらの推測により何ら限定されない。 In the production method of the present embodiment, the catalyst in which the oxide containing Mo, Bi and Fe is supported on the carrier is effective for the secondary decomposition of the product butadiene, especially when used for the production of butadiene by the fluidized bed method. It tends to be possible to suppress and obtain butadiene in high yield. Although the details are unknown, it is speculated that secondary decomposition of butadiene on the catalyst is suppressed because the acidity of the catalyst is suitable. Since the adsorption capacity of the active sites is small, it is presumed that the produced butadiene quickly desorbs from the catalyst before being decomposed at the reaction active sites, but the present invention is not limited by these presumptions.
本実施形態において、Mo、Bi及びFeの組成比は、合目的的な酸化物を形成し易くする観点から、Moの原子比12に対するBiの原子比p、Feの原子比qが、0.1≦p≦5、0.5≦q≦8の範囲にあることが好ましい。 In the present embodiment, the composition ratio of Mo, Bi, and Fe is such that the atomic ratio p of Bi and the atomic ratio q of Fe with respect to the atomic ratio of Mo of 12 are 0.2 from the viewpoint of facilitating the formation of purposeful oxides. It is preferably in the range of 1≤p≤5 and 0.5≤q≤8.
酸化物触媒に含まれる酸化物としては、以下の実験式:
Mo12BipFeqAaBbCcDdEeOx
(上記実験式中、Aは、ニッケル及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bは、少なくとも1種のアルカリ金属元素を示し、Cは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛及びマンガンからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Dは、少なくとも1種の希土類元素を示し、Eはクロム、インジウム及びガリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Oは、酸素を示し、p、q、a、b、c、d、e、及びxはそれぞれモリブデン12原子に対するビスマス、鉄、A、B、C、D、E及び酸素の原子比を示し、0.1≦p≦5、0.5≦q≦8、0≦a≦10、0.02≦b≦2、0≦c≦5、0≦d≦5、0≦e≦5であり、xは存在する他の元素の原子価要求を満足させるのに必要な酸素の原子数である。)で表される組成を有することが好ましい。
The oxide contained in the oxide catalyst has the following empirical formula:
Mo12BipFeqAaBbCcDdEeOx _ _ _ _ _ _ _ _
(In the above empirical formula, A represents at least one element selected from the group consisting of nickel and cobalt, B represents at least one alkali metal element, C represents magnesium, calcium, strontium, barium, Represents at least one element selected from the group consisting of zinc and manganese, D represents at least one rare earth element, E represents at least one element selected from the group consisting of chromium, indium and gallium, O represents oxygen, p, q, a, b, c, d, e, and x represent the atomic ratios of bismuth, iron, A, B, C, D, E and oxygen to molybdenum-12 atoms, respectively; 0.1 ≤ p ≤ 5, 0.5 ≤ q ≤ 8, 0 ≤ a ≤ 10, 0.02 ≤ b ≤ 2, 0 ≤ c ≤ 5, 0 ≤ d ≤ 5, 0 ≤ e ≤ 5; x is the number of oxygen atoms required to satisfy the valence requirements of the other elements present.
本明細書において、「実験式」とは、当該式に含まれる金属の原子比と、その原子比及び酸化数の総計に応じて要求される酸素とからなる組成を表す。様々な酸化数を取り得る金属を含む酸化物において、酸素の原子数を特定することは実質的に不可能であるため、酸素の数は形式的に「x」で表している。例えば、Mo化合物、Bi化合物及びFe化合物を含むスラリーを調製し、それを乾燥及び/又は焼成して酸化物を得る場合、スラリーに含まれる金属の原子比と、得られる酸化物中の金属の原子比とは実質的に同じと考えてよい。そのため、スラリーの仕込み組成式にOxを付加したものが、得られる酸化物の実験式となる。なお、本明細書中、上述のスラリーの仕込み組成のように、意図的にコントロールした成分とその比率を表す式を「組成式」と称する。また、上述の例の場合、実験式からOxを除いたものを「組成式」と称する。 As used herein, the term "empirical formula" refers to a composition consisting of the atomic ratios of metals contained in the formula and oxygen required according to the sum of the atomic ratios and oxidation numbers. Since it is practically impossible to specify the number of oxygen atoms in oxides containing metals that can have various oxidation numbers, the number of oxygen atoms is formally represented by "x". For example, when preparing a slurry containing a Mo compound, a Bi compound and an Fe compound and drying and/or firing it to obtain an oxide, the atomic ratio of the metal contained in the slurry and the metal in the resulting oxide It may be considered that the atomic ratio is substantially the same. Therefore, the empirical formula of the resulting oxide is obtained by adding Ox to the charged composition formula of the slurry. In this specification, a formula representing intentionally controlled components and their ratios, such as the composition of the charged slurry described above, is referred to as a "composition formula". In the case of the above example, the empirical formula excluding Ox is referred to as the "composition formula".
上記実験式において、A、B、C、D及びEで示される任意成分の役割は限定的ではないが、Mo、Bi及びFeを必須成分とする酸化物触媒の分野では、概ね次のように推測されている。すなわち、A及びEは、触媒の活性を向上させ、B及びCは、Mo、Bi及びFeを含む合目的な酸化物の構造を安定化させ、Dは酸化物を再酸化させる、と推測される。上記実験式中のp、q、a、b、c、d、eが好ましい範囲であると、これらの効果が一層高くなる傾向にある。なお、これらの推測により本発明は何ら限定されない。 In the above empirical formula, the roles of the optional components represented by A, B, C, D and E are not limited, but in the field of oxide catalysts containing Mo, Bi and Fe as essential components, the following are generally used: It is guessed. That is, it is speculated that A and E improve the activity of the catalyst, B and C stabilize the structure of suitable oxides containing Mo, Bi and Fe, and D reoxidizes the oxides. be. When p, q, a, b, c, d and e in the above empirical formula are within the preferred ranges, these effects tend to be enhanced. It should be noted that the present invention is not limited in any way by these assumptions.
上記実験式において、より好ましい組成としては、0.2≦p≦3.0、0.7≦q≦5.0、1.0≦a≦9.0、0.05≦b≦1.0、1.0≦c≦4.0、0.1≦d≦3.0、0≦e≦4.0であり、さらに好ましい組成としては、Bがルビジウム、カリウム又はセシウム、Cがマグネシウム、Dがセリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、イットリウムであり、且つ、0.3≦p≦2.0、1.0≦q≦3.0、2.0≦a≦8.0、0.1≦b≦0.5、1.5≦c≦3.5、0.2≦d≦2.0、0≦e≦3.0である。酸化物が上記組成を有していると、ブタジエンの収率が高くなる傾向にある。 In the above empirical formula, more preferable compositions are 0.2≤p≤3.0, 0.7≤q≤5.0, 1.0≤a≤9.0, 0.05≤b≤1.0. , 1.0 ≤ c ≤ 4.0, 0.1 ≤ d ≤ 3.0, 0 ≤ e ≤ 4.0. is cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, or yttrium, and 0.3 ≤ p ≤ 2.0, 1.0 ≤ q ≤ 3.0, 2.0 ≤ a ≤ 8.0, 0.1 ≤ b ≤0.5, 1.5≤c≤3.5, 0.2≤d≤2.0, 0≤e≤3.0. When the oxide has the above composition, the yield of butadiene tends to be high.
本実施形態において、酸化物は担体に担持されていることが好ましい。酸化物を担体に担持することによって、粒子形状・大きさ・分布、機械的強度といった、好適な物理的特性を付与できる傾向にある。また、流動床方式においては、酸化物を担体に担持することによって流動性を向上させることができる。担体は、担体と酸化物の合計に対して好ましくは30~70質量%、より好ましくは40~60質量%の範囲で有効に用いることができる。Mo、Bi及びFeを含有する酸化物を含む担持触媒は、公知の方法で製造することができる。例えば、原料スラリーを調製する第1の工程と、当該原料スラリーを乾燥する第2の工程と、当該第2の工程で得られた乾燥品を焼成する第3の工程と、を包含する製造方法を採用することができる。上記担体としては、特に限定されないが、シリカ、アルミナ、チタニア及びジルコニアからなる群より選択される1種以上が好ましく、シリカが特に好ましい。シリカは他の担体に比べ不活性な担体であり、シリカを担体として用いることで、ブタジエンに対する触媒の活性や選択性を低下させることなく、触媒と良好な結合作用を発揮することができる傾向にある。 In this embodiment, the oxide is preferably supported on a carrier. Supporting an oxide on a carrier tends to impart suitable physical properties such as particle shape/size/distribution and mechanical strength. In the fluidized bed system, the fluidity can be improved by supporting the oxide on the carrier. The carrier can be effectively used in an amount of preferably 30 to 70% by mass, more preferably 40 to 60% by mass, based on the total of the carrier and oxide. Supported catalysts containing oxides containing Mo, Bi and Fe can be produced by known methods. For example, a manufacturing method including a first step of preparing a raw material slurry, a second step of drying the raw material slurry, and a third step of firing the dried product obtained in the second step. can be adopted. The carrier is not particularly limited, but preferably one or more selected from the group consisting of silica, alumina, titania and zirconia, with silica being particularly preferred. Silica is an inactive carrier compared to other carriers, and by using silica as a carrier, there is a tendency to be able to exhibit a good binding action with the catalyst without reducing the activity and selectivity of the catalyst for butadiene. be.
触媒の製造方法について説明する。なお、本方法は代表的な触媒製造の一つであり、本発明は以下に記載の方法によって限定されるものではない。 A method for producing the catalyst will be described. Note that this method is one of typical catalyst production methods, and the present invention is not limited by the method described below.
上記第1の工程では、触媒原料を混合して原料スラリーを調製する。モリブデン、ビスマス、鉄、ニッケル、コバルト、アルカリ金属元素、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、マンガン、希土類元素、クロム、インジウム、ガリウムの各元素の供給源としては、水又は硝酸に可溶なアンモニウム塩、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、有機酸塩などを挙げることができる。上述したとおり、酸化物の担体としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の酸化物を用いることができるが、好適な担体としてはシリカが用いられ、その際のシリカ源としてはシリカゾルが好ましい。原料スラリーの調製は、例えば、水に溶解させたモリブデンのアンモニウム塩をシリカゾルに添加し、次に、ビスマス、希土類元素、鉄、ニッケル、マグネシウム、亜鉛、マンガン、アルカリ元素の各元素の硝酸塩を水又は硝酸水溶液に溶解させた溶液を加えることによって行うことができる。その際、上記の添加の順序を変えることもできる。 In the first step, catalyst raw materials are mixed to prepare a raw material slurry. Molybdenum, bismuth, iron, nickel, cobalt, alkali metal elements, magnesium, calcium, strontium, barium, zinc, manganese, rare earth elements, chromium, indium, and gallium can be supplied from soluble in water or nitric acid. Ammonium salts, nitrates, hydrochlorides, sulfates, organic acid salts and the like can be mentioned. As described above, oxides such as silica, alumina, titania, and zirconia can be used as the oxide carrier. Silica is used as a suitable carrier, and silica sol is preferred as the silica source in that case. The raw material slurry is prepared, for example, by adding an ammonium salt of molybdenum dissolved in water to silica sol, and then adding nitrates of bismuth, rare earth elements, iron, nickel, magnesium, zinc, manganese, and alkali elements to water. Alternatively, it can be carried out by adding a solution dissolved in an aqueous nitric acid solution. In that case, the order of addition described above can be changed.
上記第2の工程では、上記の第1工程で得られた原料スラリーを乾燥させて乾燥物を得る。乾燥の方法として、通常のスプレードライヤー、スラリードライヤー、ドラムドライヤー、通常の箱型乾燥器、トンネル型焼成炉等がある。 In the second step, the raw material slurry obtained in the first step is dried to obtain a dried product. Drying methods include ordinary spray dryers, slurry dryers, drum dryers, ordinary box-type dryers, tunnel-type kilns, and the like.
上記第3の工程では、第2の工程で得られた乾燥物を焼成することで所望の触媒を得る。焼成工程においては、回転炉、トンネル炉、マッフル炉等の焼成炉を用いて行うことができる。 In the third step, the desired catalyst is obtained by calcining the dried product obtained in the second step. The firing process can be performed using a firing furnace such as a rotary furnace, a tunnel furnace, or a muffle furnace.
以下に実施例を示して、本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下に記載の実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited by the examples described below.
実施例及び比較例において、反応成績を表すために用いたn-ブテン転化率、ブタジエン選択率及び収率は、次式で定義される。
n-ブテン転化率(%)
=(反応したn-ブテンのモル数)/(供給したn-ブテンのモル数)×100
ブタジエン選択率(%)
=(生成したブタジエンのモル数)/(反応したn-ブテンのモル数)×100
ブタジエン収率(%)
=(生成したブタジエンのモル数)/(供給したn-ブテンのモル数)×100
In Examples and Comparative Examples, n-butene conversion, butadiene selectivity and yield used to express reaction results are defined by the following equations.
n-butene conversion rate (%)
= (number of moles of reacted n-butene) / (number of moles of supplied n-butene) x 100
Butadiene selectivity (%)
= (number of moles of butadiene produced)/(number of moles of reacted n-butene) x 100
Butadiene yield (%)
= (Number of moles of butadiene produced)/(Number of moles of n-butene supplied) x 100
接触時間は、次式で定義される。
接触時間(sec・g/cc)
=W/F×273.15/(273.15+T)×(P×1000+101.325)/101.325
(式中、Wは、触媒充填量(g)を示し、Fは、全供給ガス流量(cc/sec、NTP換算)を示し、Tは反応温度(℃)を示し、Pは、反応圧力(MPa)を示す。)
Contact time is defined by the following equation.
Contact time (sec.g/cc)
=W/F×273.15/(273.15+T)×(P×1000+101.325)/101.325
(Wherein, W represents the catalyst filling amount (g), F represents the total supply gas flow rate (cc/sec, converted to NTP), T represents the reaction temperature (°C), and P represents the reaction pressure ( MPa).)
反応器出口のガスの分析は、反応器に直結したガスクロマトグラフィー(GC-2010(島津製作所製品)、分析カラム:HP-AL/S(アジレントJ&W製品)、キャリアガス:ヘリウム、カラム温度:ガス注入後、100℃で8分間保持した後、10℃/分で195℃になるまで昇温し、その後195℃で40分間保持、TCD(熱伝導型検出器)・FID(水素炎イオン検出器)設定温度:250℃)用いて行った。 Analysis of the gas at the reactor outlet was performed by gas chromatography (GC-2010 (Shimadzu Corporation product) directly connected to the reactor, analysis column: HP-AL/S (Agilent J & W product), carrier gas: helium, column temperature: gas After injection, the temperature was maintained at 100°C for 8 minutes, then the temperature was raised at 10°C/min to 195°C, and then held at 195°C for 40 minutes. ) Set temperature: 250°C).
(触媒の製造例)
実験式Mo12Bi0.60Fe1.8Ni5.0K0.09Rb0.05Mg2.0Ce0.75Oxで表される金属酸化物が、触媒全体(100質量%)に対して50質量%のシリカに担持された触媒を、次のようにして調製した。
(Production example of catalyst)
The metal oxide represented by the empirical formula Mo12Bi0.60Fe1.8Ni5.0K0.09Rb0.05Mg2.0Ce0.75Ox is 50 % by mass of the catalyst supported on silica with respect to the entire catalyst (100% by mass). , prepared as follows.
16.6質量%の硝酸41.3kgに、5.9kgの硝酸ビスマス〔Bi(NO3)3・5H2O〕、6.6kgの硝酸セリウム〔Ce(NO3)3・6H2O〕、14.7kgの硝酸鉄〔Fe(NO3)3・9H2O〕、29.3kgの硝酸ニッケル〔Ni(NO3)2・6H2O〕、10.4kgの硝酸マグネシウム〔Mg(NO3)2・6H2O〕、0.18kgの硝酸カリウム〔KNO3〕及び0.15kgの硝酸ルビジウム〔RbNO3〕を溶解させた。これを30質量%のSiO2を含むシリカゾル183.5kgに加え、最後に水86.1kgに42.7kgのパラモリブデン酸アンモニウム〔(NH4)6Mo7O24・4H2O〕を溶解させた液を加え、原料調合液を得た。得られた原料調合液を並流式の噴霧乾燥器に送り、入口温度約250℃、出口温度約140℃で乾燥させ、粉体を得た。上記原料調合液の噴霧化は、乾燥器上部中央に設置された皿型回転子を備えた噴霧化装置を用いて行った。得られた粉体を、電気式回転炉で、空気雰囲気下、約350℃で1時間の前焼成に供した。当該前焼成後の粉体を空気雰囲気下、590℃で2時間本焼成することにより触媒を得た。この触媒の調製を繰り返すことにより、必要量の触媒を製造した。製造した触媒の平均粒子径は、50.5μmであった。なお、触媒の平均粒子径は、堀場製作所株式会社製レーザー回折/3段式粒度分布測定装置「LA-300」により測定した。 5.9 kg of bismuth nitrate [Bi( NO3 ) 3.5H2O ], 6.6 kg of cerium nitrate [Ce ( NO3 ) 3.6H2O ] , 14.7 kg of iron nitrate [Fe( NO3 ) 3.9H2O ], 29.3 kg of nickel nitrate [Ni ( NO3 ) 2.6H2O ], 10.4 kg of magnesium nitrate [Mg ( NO3 ) 2.6H 2 O ], 0.18 kg of potassium nitrate [KNO 3 ] and 0.15 kg of rubidium nitrate [RbNO 3 ] were dissolved. This was added to 183.5 kg of silica sol containing 30% by mass of SiO 2 , and finally 42.7 kg of ammonium paramolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O] was dissolved in 86.1 kg of water. was added to obtain a raw material mixture. The raw material mixture thus obtained was sent to a parallel flow spray dryer and dried at an inlet temperature of about 250° C. and an outlet temperature of about 140° C. to obtain a powder. Atomization of the raw material preparation liquid was carried out using an atomization device equipped with a plate-shaped rotor installed in the center of the upper part of the dryer. The obtained powder was pre-calcined in an electric rotary furnace at about 350° C. for 1 hour in an air atmosphere. A catalyst was obtained by calcining the pre-calcined powder at 590° C. for 2 hours in an air atmosphere. The required amount of catalyst was produced by repeating this catalyst preparation. The average particle size of the produced catalyst was 50.5 μm. The average particle size of the catalyst was measured using a laser diffraction/three-stage particle size distribution analyzer "LA-300" manufactured by Horiba, Ltd.
(実施例1)
n-ブテン含有ガスを気化器に通してガス化させた(気化工程)。この時、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスを、温水を用いて加温するとともに、保温材を用いて保温した。
(Example 1)
The n-butene-containing gas was gasified through a vaporizer (vaporization step). At this time, the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer was heated with hot water and kept warm with a heat insulating material.
上記製造例で得られた触媒1200gを、3インチの管径及び950mmの高さを有するSUS304製の流動床反応器(以下、単に「反応器」ともいう。)に入れた。次に、この反応器に、気化工程により気化したn-ブテン含有ガス、空気、及び窒素からなるガスを供給した。n-ブテン含有ガスを反応器に供給する前に、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内で、n-ブテン含有ガスを、温水を用いて加温するとともに、保温材を用いて保温した。この時、供給ガスのモル比組成は、n-ブテン含有ガス/空気/窒素=1.0/3.9/7.4であり、供給ガス中のn-ブテン濃度は、8体積%であり、供給ガスの流量Fは、NTP換算で920NL/hrであった。次に、反応温度Tを360℃とし、反応圧力Pを0.05MPaGとして、酸化脱水素反応を行うことにより、生成ガスを得た。この時、触媒と、供給ガスとの接触時間は、3.0(g・sec/cc)であった。尚、n-ブテン含有ガスのC4成分のモル比組成は、1-ブテン:2-トランス-ブテン:2-シス-ブテン:イソブテン:n-ブタン:イソブタン:ブタジエン=92.0:0.2:0.1:0.1:7.1:0.2:0.3であった。なお、この実施例では、前記C4成分が「n-ブテン含有ガス」に相当する。 1200 g of the catalyst obtained in the above production example was placed in a SUS304 fluidized bed reactor (hereinafter also simply referred to as "reactor") having a tube diameter of 3 inches and a height of 950 mm. The reactor was then fed with a gas consisting of the n-butene-containing gas vaporized by the vaporization step, air, and nitrogen. Before supplying the n-butene-containing gas to the reactor, the n-butene-containing gas is warmed using hot water in the piping for supplying the n-butene-containing gas to the reactor, and a heat insulating material is used. kept warm. At this time, the molar ratio composition of the feed gas was n-butene-containing gas/air/nitrogen = 1.0/3.9/7.4, and the n-butene concentration in the feed gas was 8% by volume. , the flow rate F of the supplied gas was 920 NL/hr in terms of NTP. Next, an oxidative dehydrogenation reaction was performed at a reaction temperature T of 360° C. and a reaction pressure P of 0.05 MPaG to obtain a generated gas. At this time, the contact time between the catalyst and the supplied gas was 3.0 (g·sec/cc). The molar ratio composition of the C4 components of the n-butene-containing gas is 1-butene:2-trans-butene:2-cis-butene:isobutene:n-butane:isobutane:butadiene=92.0:0.2. : 0.1:0.1:7.1:0.2:0.3. In this embodiment, the C4 component corresponds to "n-butene-containing gas".
気化工程において、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの温度(気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度)は57.9℃であり、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの圧力(気化器を通過したn-ブテン含有ガスの圧力)は0.27MPaであった。また、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの温度(反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度)は、57.9℃であり、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの圧力(反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力)は、0.25MPaであった。これらの値に基づき、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの線速度(気化器を通過したn-ブテン含有ガスの線速度)を計算すると50.2cm/秒であり、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内のn-ブテン含有ガスの線速度(反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの線速度)を計算すると53.1cm/秒であった。尚、57.9℃におけるn-ブテン含有ガスの蒸気圧は、アントワンの式に基づき、0.62MPaと推算した。 In the vaporization step, the temperature of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer (the temperature of the n-butene-containing gas that passed through the vaporizer) was 57.9°C, and the n-butene in the outlet pipe of the vaporizer was The pressure of the contained gas (the pressure of the n-butene containing gas that passed through the vaporizer) was 0.27 MPa. In addition, the temperature of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor (the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor) was 57.9°C. The pressure of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the contained gas to the reactor (the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor) was 0.25 MPa. Based on these values, the linear velocity of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer (the linear velocity of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer) is calculated to be 50.2 cm/sec, and the n-butene The linear velocity of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the contained gas to the reactor (the linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor) was calculated to be 53.1 cm/sec. The vapor pressure of the n-butene-containing gas at 57.9° C. was estimated to be 0.62 MPa based on Antoine's equation.
反応器出口のガス分析は、反応器に直結したガスクロマトグラフィーを用いて行った。反応開始から10時間後の反応成績は、n-ブテンの転化率が99.3%であり、ブタジエンの選択率が82.1%であり、ブタジエンの収率が81.5%であり、反応器出口のガス中の酸素濃度が1.1体積%であった。 Gas analysis at the reactor outlet was performed using a gas chromatograph directly connected to the reactor. The reaction results after 10 hours from the start of the reaction were that the n-butene conversion rate was 99.3%, the butadiene selectivity was 82.1%, and the butadiene yield was 81.5%. The oxygen concentration in the gas at the vessel outlet was 1.1% by volume.
(比較例1)
気化工程において、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスを加温しなかったこと、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する前に、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内で、n-ブテン含有ガスを加温しなかったこと以外は、実施例1と同様にして反応を行った。このとき、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの温度は、58.2℃であり、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの圧力は、0.22MPaであった。また、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの温度は、38.2℃であり、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの圧力は、0.20MPaであった。これらの値に基づき、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの線速度を計算すると45.3cm/秒であり、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内のn-ブテン含有ガスの線速度を計算すると42.6cm/秒であった。尚、58.2℃、38.2℃におけるn-ブテンの蒸気圧は、それぞれ、アントワンの式に基づき、0.62MPa、0.33MPaと推算した。
(Comparative example 1)
In the vaporization step, the n-butene-containing gas in the outlet piping of the vaporizer was not heated, and the piping for supplying the n-butene-containing gas to the reactor before supplying the n-butene-containing gas to the reactor. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the n-butene-containing gas was not heated. At this time, the temperature of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer was 58.2° C., and the pressure of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer was 0.22 MPa. Further, the temperature of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor was 38.2° C., and the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor was The gas pressure was 0.20 MPa. Based on these values, the linear velocity of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer is calculated to be 45.3 cm/sec, and the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor is The calculated linear velocity of the gas was 42.6 cm/sec. The vapor pressures of n-butene at 58.2° C. and 38.2° C. were estimated to be 0.62 MPa and 0.33 MPa, respectively, based on Antoine's equation.
反応開始から10時間後の反応成績は、n-ブテンの転化率が89.5%であり、ブタジエンの選択率が86.4%であり、ブタジエンの収率が77.3%であり、反応器出口のガス中の酸素濃度が0.37体積%であり、ブタジエンの収率の低下が確認された。 The reaction results after 10 hours from the start of the reaction were that the conversion of n-butene was 89.5%, the selectivity of butadiene was 86.4%, and the yield of butadiene was 77.3%. The oxygen concentration in the gas at the outlet of the reactor was 0.37% by volume, confirming a decrease in the yield of butadiene.
(実施例2)
気化工程において、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスを加温しなかったこと、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する前に、n-ブテン含有ガスを反応器へ供給する配管内で、n-ブテン含有ガスを加温しなかったこと、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスと酸素含有ガスとのガス量を調整し、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの線速度を54.4cm/秒とし、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの線速度を50.4cm/秒としたこと以外は実施例1と同様に反応を行った。
(Example 2)
In the vaporization step, the n-butene-containing gas in the outlet piping of the vaporizer was not heated, and the piping for supplying the n-butene-containing gas to the reactor before supplying the n-butene-containing gas to the reactor. Within, the n-butene-containing gas was not heated, the gas amounts of the n-butene-containing gas and the oxygen-containing gas supplied to the reactor were adjusted, and the n-butene content in the outlet pipe of the vaporizer Same as Example 1, except that the linear velocity of the gas was 54.4 cm/sec and the linear velocity of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor was 50.4 cm/sec. reacted to
反応開始から10時間後の反応成績は、n-ブテンの転化率が94.1%であり、ブタジエンの選択率が85.9%であり、ブタジエンの収率が80.9%であり、反応器出口のガス中の酸素濃度が0.58体積%であった。ブタジエンの転化率及び収率は、実施例1のブタジエンの転化率99.3%及びブタジエンの収率81.5%より低い値ではあるが、比較例1のブタジエンの転化率89.5%及びブタジエンの収率77.3%からの改善が見られた。 The reaction results after 10 hours from the start of the reaction were that the n-butene conversion rate was 94.1%, the butadiene selectivity was 85.9%, and the butadiene yield was 80.9%. The oxygen concentration in the gas at the vessel outlet was 0.58% by volume. Although the butadiene conversion and yield are lower than the butadiene conversion of 99.3% and butadiene yield of 81.5% in Example 1, the butadiene conversion of 89.5% and 81.5% in Comparative Example 1 An improvement from the butadiene yield of 77.3% was seen.
(実施例3)
反応器に供給されるn-ブテン含有ガスと酸素含有ガスとのガス量を調整し、気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの線速度を118.4cm/秒とし、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの線速度を126.5cm/秒としたこと以外は実施例1と同様に反応を行った。
(Example 3)
The gas amounts of the n-butene-containing gas and the oxygen-containing gas supplied to the reactor are adjusted, the linear velocity of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer is 118.4 cm / sec, and the n-butene-containing gas is A reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the linear velocity of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the gas to the reactor was set at 126.5 cm/sec.
反応開始から10時間後の反応成績は、n-ブテンの転化率が96.5%であり、ブタジエンの選択率が86.0%であり、ブタジエンの収率が83.0%であり、反応器出口のガス中の酸素濃度が1.0体積%であり、良好なブタジエン収率が確認された。 The reaction results after 10 hours from the start of the reaction were that the conversion of n-butene was 96.5%, the selectivity of butadiene was 86.0%, and the yield of butadiene was 83.0%. The oxygen concentration in the gas at the outlet of the vessel was 1.0% by volume, confirming a good yield of butadiene.
(比較例2)
実施例1において、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスの圧力をn-ブテン含有ガスの温度における蒸気圧以上とした後、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスと酸素含有ガスとのガス量を調整し、実施例1の線速度と同等とした条件で反応を行おうとした。しかし、n-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの温度を57.9℃に調整した後、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスの圧力を、その温度におけるn-ブテンの蒸気圧である0.62MPaとした時点で、気化工程における気化器の出口配管内のn-ブテンの流量及び反応器に供給されるn-ブテン含有ガスの流量の制御が困難となり、その結果、反応温度及び反応器の出口ガス中の酸素濃度が乱高下したため、反応継続が不可能な状態となった。これらの要因の1つとして、反応器に供給されるn-ブテンが凝縮したことによりものと推測されるがこの推測により本発明は何ら限定されない。
(Comparative example 2)
In Example 1, after the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor was made equal to or higher than the vapor pressure at the temperature of the n-butene-containing gas, the n-butene-containing gas and the oxygen-containing gas were supplied to the reactor. The amount of gas was adjusted, and the reaction was attempted under conditions equivalent to the linear velocity in Example 1. However, after adjusting the temperature of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor to 57.9°C, the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor was adjusted to that temperature. When the vapor pressure of n-butene is 0.62 MPa, it is difficult to control the flow rate of n-butene in the outlet pipe of the vaporizer in the vaporization step and the flow rate of the n-butene-containing gas supplied to the reactor. As a result, the reaction temperature and the oxygen concentration in the outlet gas of the reactor fluctuated wildly, making it impossible to continue the reaction. One of these factors is presumed to be the condensation of the n-butene supplied to the reactor, but the present invention is not limited by this presumption.
(比較例3)
実施例1において、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスの温度を0℃とした後、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスと酸素含有ガスとのガス量を調整し、実施例1の線速度と同等とした条件で反応を行おうとした。しかし、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスの温度を下げていく段階で、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスの圧力がその温度におけるn-ブテンの蒸気圧以上となり、気化工程における気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの圧力、及びn―ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテンの圧力の乱れ、反応器に供給されるn-ブテンの流量の乱れが確認された。これらの要因の1つとして、反応器に供給されるn-ブテンが凝縮したことによるものと推測されるがこの推測により本発明は何ら限定されない。このため、気化工程における気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの圧力、及びn-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの圧力をその温度における蒸気圧未満となるよう調整したが、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度が0℃付近となると、気化工程における気化器の出口配管内のn-ブテン含有ガスの圧力、及びn-ブテン含有ガスを反応器に供給する配管内のn-ブテン含有ガスの圧力が乱れ、反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの流量の制御が困難となり、その結果、反応温度及び反応器の出口ガス中の酸素濃度が乱高下したため、反応継続が不可能な状態となった。これらの要因の1つとして、反応器に供給されるn-ブテン含有ガスに加え、反応器に供給されるガス中に含まれる不純物(水など)が配管表面等で凝縮したことによるものと推測されるがこの推測により本発明は何ら限定されない。尚、0℃におけるn-ブテンの蒸気圧は、アントワンの式に基づき、0.03MPaと推算した。
(Comparative Example 3)
In Example 1, after the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor was set to 0 ° C., the gas amounts of the n-butene-containing gas and the oxygen-containing gas supplied to the reactor were adjusted. An attempt was made to carry out the reaction under conditions equivalent to the linear velocity of 1. However, in the step of lowering the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor, the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor becomes equal to or higher than the vapor pressure of n-butene at that temperature, and the vaporization process Disturbance of the pressure of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer and the pressure of n-butene in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor, and the flow rate of n-butene supplied to the reactor disturbance was confirmed. One of these factors is presumed to be the condensation of the n-butene supplied to the reactor, but this presumption does not limit the present invention. For this reason, the pressure of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer in the vaporization step and the pressure of the n-butene-containing gas in the pipe supplying the n-butene-containing gas to the reactor are less than the vapor pressure at that temperature. However, when the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor reaches around 0 ° C., the pressure of the n-butene-containing gas in the outlet pipe of the vaporizer in the vaporization step and the n-butene content The pressure of the n-butene-containing gas in the piping that supplies the gas to the reactor is disturbed, making it difficult to control the flow rate of the n-butene-containing gas supplied to the reactor, and as a result, the reaction temperature and the outlet gas of the reactor Since the oxygen concentration inside fluctuated, it became impossible to continue the reaction. One of these factors is assumed to be the condensation of impurities (water, etc.) contained in the gas supplied to the reactor, in addition to the n-butene-containing gas supplied to the reactor, on the surface of the piping, etc. However, the present invention is not limited by this speculation. The vapor pressure of n-butene at 0° C. was estimated to be 0.03 MPa based on Antoine's equation.
Claims (7)
前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度が、5℃以上150℃以下であり、且つ、
前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの圧力が、前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの温度におけるn-ブテンの蒸気圧未満であり、且つ、
前記反応器へ供給されるn-ブテン含有ガスの線速度が、50cm/秒以上であり、
前記触媒は、下記実験式;
Mo 12 Bi p Fe q A a B b C c D d E e O x
(上記実験式中、Aは、ニッケル及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bは、少なくとも1種のアルカリ金属元素を示し、Cは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛及びマンガンからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Dは、少なくとも1種の希土類元素を示し、Eはクロム、インジウム及びガリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Oは、酸素を示し、p、q、a、b、c、d、e、及びxはそれぞれモリブデン12原子に対するビスマス、鉄、A、B、C、D、E及び酸素の原子比を示し、0.1≦p≦5、0.5≦q≦8、0≦a≦10、0.02≦b≦2、0≦c≦5、0≦d≦5、0≦e≦5であり、xは存在する他の元素の原子価要求を満足させるのに必要な酸素の原子数である。)で表される組成を有する、
ブタジエンの製造方法。 A method for producing butadiene through an oxidative dehydrogenation reaction by supplying an n-butene-containing gas and an oxygen-containing gas to a reactor and bringing them into contact with a catalyst, comprising:
The temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 5° C. or higher and 150° C. or lower, and
the pressure of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is less than the vapor pressure of n-butene at the temperature of the n-butene-containing gas supplied to the reactor; and
The linear velocity of the n-butene-containing gas supplied to the reactor is 50 cm/sec or more ,
The catalyst has the following empirical formula:
Mo12BipFeqAaBbCcDdEeOx _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
(In the above empirical formula, A represents at least one element selected from the group consisting of nickel and cobalt, B represents at least one alkali metal element, C represents magnesium, calcium, strontium, barium, Represents at least one element selected from the group consisting of zinc and manganese, D represents at least one rare earth element, E represents at least one element selected from the group consisting of chromium, indium and gallium, O represents oxygen, p, q, a, b, c, d, e, and x represent the atomic ratios of bismuth, iron, A, B, C, D, E and oxygen to molybdenum-12 atoms, respectively; 0.1 ≤ p ≤ 5, 0.5 ≤ q ≤ 8, 0 ≤ a ≤ 10, 0.02 ≤ b ≤ 2, 0 ≤ c ≤ 5, 0 ≤ d ≤ 5, 0 ≤ e ≤ 5; x is the number of oxygen atoms required to satisfy the valence requirements of the other elements present.
A method for producing butadiene.
請求項1に記載のブタジエンの製造方法。 The n-butene-containing gas is heated and/or kept warm in a pipe that supplies the n-butene-containing gas to the reactor;
The method for producing butadiene according to claim 1.
請求項2に記載のブタジエンの製造方法。 Using reaction heat as a heat source for heating and/or keeping the n-butene-containing gas in the piping,
The method for producing butadiene according to claim 2.
前記気化工程において、
前記気化器を通過したn-ブテン含有ガスの温度が、15℃以上150℃以下であり、且つ、
前記気化器を通過したn-ブテン含有ガスの圧力が、前記気化器を通過したn-ブテンの温度における蒸気圧未満であり、且つ、
前記気化器を通過したn-ブテン含有ガスの線速度が、50cm/秒以上である、
請求項1~3のいずれか1項に記載のブタジエン製造方法。 comprising a vaporization step of vaporizing the n-butene-containing gas using a vaporizer;
In the vaporization step,
The temperature of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is 15° C. or higher and 150° C. or lower, and
The pressure of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is less than the vapor pressure at the temperature of the n-butene that has passed through the vaporizer, and
The linear velocity of the n-butene-containing gas that has passed through the vaporizer is 50 cm/sec or more.
The method for producing butadiene according to any one of claims 1 to 3.
請求項4記載のブタジエンの製造方法。 Warming and/or keeping the n-butene-containing gas at the outlet pipe of the vaporizer;
The method for producing butadiene according to claim 4.
請求項5に記載のブタジエンの製造方法。 Using reaction heat as a heat source for heating and/or keeping the n-butene-containing gas at the outlet pipe of the vaporizer,
The method for producing butadiene according to claim 5.
請求項1~6のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。
wherein said reactor is a fluidized bed reactor;
The method for producing butadiene according to any one of claims 1 to 6.
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