【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタノシリケート触媒存在下に過酸化水素を用いるプロピレンのエポキシ化反応を行うことによりプロピレンオキサイドを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チタノシリケート触媒およびニトリル化合物溶媒の存在下、過酸化水素を用いてプロピレンのエポキシ化反応を行うことによりプロピレンオキサイドを製造する技術としては、ＴＳ−１触媒およびアセトニトリル溶媒を用いる方法（例えば、非特許文献１参照）やＴｉ−ＭＷＷ触媒およびアセトニトリル溶媒を用いる方法（例えば、非特許文献２参照）等が知られているように公知である。ところが、過酸化水素とプロピレンとからプロピレンオキサイドを得る反応は発熱反応であり、反応温度上昇により収率が低下するという問題があった。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ １２９，１５９，（１９９１）
【非特許文献２】
平成１３年度次世代化学プロセス技術開発・ノンハロゲン化学プロセス技術開発成果報告書，１６８−２１０，（２００２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる現状において、本発明が解決しようとする課題は、チタノシリケート触媒およびニトリル化合物溶媒の存在下、プロピレンと過酸化水素を反応させてプロピレンオキサイドを製造する方法であって、発熱による反応温度上昇を抑制し、安定的に高収率下に実施することができるという優れた特徴を有するプロピレンオキサイドの製造方法を提供する点に存するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、チタノシリケート触媒およびニトリル化合物溶媒の存在下、プロピレンと過酸化水素を反応させてプロピレンオキサイドを製造する方法であって、下記の（１）〜（３）の特徴を有するプロピレンオキサイドの製造方法に係るものである。
（１）反応器を少なくともｎケの区分に分割して用いること（ここで、ｎは２以上の整数である。）
（２）フレッシュなプロピレンを第１番目の反応器に供給すること
（３）第ｎ番目の反応器の出口からの流出反応物を第（ｎ＋１）番目の反応器に供給すること
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、チタノシリケート触媒およびニトリル化合物溶媒の存在下、プロピレンと過酸化水素を反応させてプロピレンオキサイドを製造する方法に関するものである。
【０００７】
本発明に用いるチタノシリケート触媒とは、ゼオライト構造を有する結晶性チタノケイ酸塩である。代表的なチタノシリケートゼオライトとしては、ＩＺＡ（国際ゼオライト学会）の構造コードでＭＦＩ構造を有するＴＳ−１、ＭＥＬ構造を有するＴＳ−２、ＭＴＷ構造を有するＴｉ−ＺＳＭ―１２、ＢＥＡ構造を有するＴｉ−β、ＭＷＷ構造を有するＴｉ−ＭＷＷ、ＤＯＮ構造を有するＴｉ−ＵＴＤ−１等が知られている。本発明においては、酸素１２員環以上の大きな細孔を有する結晶性チタノシリケートが好ましい。酸素１２員環以上の大きな細孔を有する結晶性チタノシリケートとしては、Ｔｉ−ＺＳＭ−１２、Ｔｉ−β、Ｔｉ−ＭＷＷ、Ｔｉ−ＵＴＤ−１等が知られている。このうち、Ｔｉ−ＭＷＷ触媒が特に好ましく使用できる。
【０００８】
本発明に用いるチタノシリケート触媒は反応方式に応じて粉体状あるいは成型体の形で使用される。
【０００９】
本発明は、ニトリル化合物溶媒の存在下で実施する。ニトリル化合物としてはアセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル等が挙げられる。このうち、アセトニトリルが特に好ましい。
【００１０】
ニトリル化合物溶媒とは、ニトリル化合物を含む溶媒であり、本発明の効果を損ねない範囲でニトリル化合物以外の化合物を含むことができる。ニトリル化合物溶媒に含まれるニトリル化合物以外の化合物としては、水等の無機化合物、アルコール、ケトン化合物、エーテル化合物、エステル化合物、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、アミド化合物、グリコール類化合物等の有機化合物があげられる。
【００１１】
本発明の製造方法は、下記の（１）〜（３）の特徴を有する。
（１）反応器を少なくともｎケの区分に分割して用いること（ここで、ｎは２以上の整数である。）
（２）フレッシュなプロピレンを第１番目の反応器に供給すること
（３）第ｎ番目の反応器の出口からの流出反応物を第（ｎ＋１）番目の反応器に供給すること
【００１２】
特徴の（１）は、反応器を少なくｎケの区分に分割して用いることである。ここで、ｎは２以上の整数であり、通常２〜２０である。反応熱を分割するうえで、反応ゾーンを分割する方法としては、独立したｎケの反応器を用いる方法、一の反応器を複数の反応ゾーンに分割する方法等をあげることができる。区分された反応器は、触媒の種類又は充填量において、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００１３】
特徴の（２）は、フレッシュなプロピレンを第１番目の反応器に供給することである。フレッシュなプロピレンとは、本発明が形成する系の外部から供給されるプロピレンを意味する。なお、フレッシュなプロピレンは、その全量を第１番目の反応器に供給することが好ましいが、本発明の効果を損ねない範囲内で、フレッシュなプロピレンの一部を第１番目の反応器以外の場所に分割して供給してもよい。
【００１４】
特徴の（３）は、第ｎ番目の反応器の出口からの流出反応物を第（ｎ＋１）番目の反応器に供給することである。つまり、反応器の出口からの流出反応物は、直列の多段反応器を順次通過する。なお、本発明の効果を損ねない範囲内で、第ｎ番目の反応器の出口からの流出反応物の一部を第ｎ番目の反応器の入り口にリサイクルしてもよい。このことは、反応器内の反応熱による温度上昇を防ぐ上で有効である。
【００１５】
本発明に用いられる過酸化水素の供給方法としては、予め製造した過酸化水素水を供給する方法、あるいは水素および酸素から系中で過酸化水素を合成して供給する方法があげられる。過酸化水素水を供給する場合は、第１番目の反応器に全量を供給することもできるが、複数の反応器に分割して供給することもできる。予め製造した過酸化水素水を複数の反応器に分割して供給することは反応器内の反応熱による温度上昇を抑制できるので好ましい。水素および酸素から系中で過酸化水素を合成して供給する場合も、反応器内の反応熱による温度上昇を抑制できるので、複数の反応器に供給するのが好ましい。
【００１６】
一般に発熱を伴う反応の場合、必要以上に反応温度の上昇し、副反応の進行や、目的生成物の逐次反応による収率低下等を起こす恐れがあるため、反応温度の上昇を抑制する事が重要である。
【００１７】
本発明は上記の特徴を組み合わせることにより、反応に伴う発熱による反応温度の上昇を抑制し、安定的に高収率下に実施することができるという効果を実現するものである。すなわち、過酸化水素とプロピレンの反応にともなう発熱によるプロピレンオキサイド収率の低下を抑制することができる。収率の低下の原因としては触媒の熱劣化による活性の低下や触媒寿命の短化、プロピレンオキサイドの逐次反応による劣化等があげられる。
【００１８】
一般的には、反応器の入り口温度を制御したり、外部から強制的に除熱することにより、反応量を調節することが行われるが、触媒活性の時間変化や、反応器出口と入口の時間遅れにより、正確に、その触媒の活性に応じた反応温度を設定することが困難である。本発明のように、反応器を分割することにより、反応熱による温度上昇を制御できるため、急激な触媒層の温度上昇に伴う、触媒の活性低下や収率悪化を未然に抑制することが可能となる。本発明では、各反応器の間に、熱交換器等の除熱設備を設けることも好ましい。これにより、各反応器の温度制御がさらに容易となる。
【００１９】
本発明によるエポキシ化反応の反応温度は０〜１５０℃、好ましくは２０〜１００℃で実施できる。本発明では、分割された各反応器の温度上昇は５０℃以下、好ましくは３０℃以下、さらに好ましくは１０℃以下に抑制される。反応圧力は０．１〜２０ＭＰａ、好ましくは０．３〜１０ＭＰａである。フィードされるプロピレンと過酸化水素物のモル比は、１〜２００倍、好ましくは１．１〜１００倍である。通常、未反応のプロピレンは、分離精製後リサイクルして、エポキシ化反応原料として用いる。
【００２０】
本発明の反応方法としては、固定床流通反応方式あるいはスラリー反応方式があげられる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明により、チタノシリケート触媒およびニトリル化合物溶媒の存在下、プロピレンと過酸化水素を反応させてプロピレンオキサイドを製造する方法であって、発熱による反応温度上昇を抑制し、安定的に高収率下に実施することができるという優れた特徴を有するプロピレンオキサイドの製造方法を提供することができた。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing propylene oxide by performing an epoxidation reaction of propylene using hydrogen peroxide in the presence of a titanosilicate catalyst.
[0002]
[Prior art]
As a technique for producing propylene oxide by performing an epoxidation reaction of propylene with hydrogen peroxide in the presence of a titanosilicate catalyst and a nitrile compound solvent, a method using a TS-1 catalyst and an acetonitrile solvent (for example, Patent Literature 1) and a method using a Ti-MWW catalyst and an acetonitrile solvent (for example, see Non-Patent Literature 2) are known. However, the reaction of obtaining propylene oxide from hydrogen peroxide and propylene is an exothermic reaction, and there is a problem that the yield decreases with an increase in the reaction temperature.
[0003]
[Non-patent document 1]
Journal of Catalysis 129, 159, (1991)
[Non-patent document 2]
2001 Next Generation Chemical Process Technology Development / Halogen-free Chemical Process Technology Development Result Report, 168-210, (2002)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the problem to be solved by the present invention is a method for producing propylene oxide by reacting propylene with hydrogen peroxide in the presence of a titanosilicate catalyst and a nitrile compound solvent, wherein the reaction temperature rises due to heat generation. And to provide a method for producing propylene oxide, which has an excellent feature that it can be carried out stably at a high yield.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is a method for producing propylene oxide by reacting propylene with hydrogen peroxide in the presence of a titanosilicate catalyst and a nitrile compound solvent, and has the following features (1) to (3). The present invention relates to a method for producing propylene oxide.
(1) The reactor is divided into at least n sections and used (here, n is an integer of 2 or more).
(2) feeding fresh propylene to the first reactor; (3) feeding effluent reactant from the outlet of the n-th reactor to the (n + 1) -th reactor.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing propylene oxide by reacting propylene with hydrogen peroxide in the presence of a titanosilicate catalyst and a nitrile compound solvent.
[0007]
The titanosilicate catalyst used in the present invention is a crystalline titanosilicate having a zeolite structure. Representative titanosilicate zeolites include TS-1 having an MFI structure, TS-2 having a MEL structure, Ti-ZSM-12 having an MTW structure, and a BEA structure according to IZA (International Zeolite Society) structural code. Known are Ti-β, Ti-MWW having an MWW structure, Ti-UTD-1 having a DON structure, and the like. In the present invention, a crystalline titanosilicate having a large pore of 12 or more oxygen rings is preferable. As crystalline titanosilicates having large pores of 12 or more oxygen rings, Ti-ZSM-12, Ti-β, Ti-MWW, Ti-UTD-1 and the like are known. Among them, a Ti-MWW catalyst can be particularly preferably used.
[0008]
The titanosilicate catalyst used in the present invention is used in the form of a powder or a molded product depending on the reaction system.
[0009]
The present invention is carried out in the presence of a nitrile compound solvent. Examples of the nitrile compound include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, benzonitrile and the like. Of these, acetonitrile is particularly preferred.
[0010]
The nitrile compound solvent is a solvent containing a nitrile compound, and may contain a compound other than the nitrile compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Compounds other than the nitrile compound contained in the nitrile compound solvent include inorganic compounds such as water, alcohols, ketone compounds, ether compounds, ester compounds, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, amide compounds, and organic compounds such as glycol compounds. can give.
[0011]
The production method of the present invention has the following features (1) to (3).
(1) The reactor is divided into at least n sections and used (here, n is an integer of 2 or more).
(2) feeding fresh propylene to the first reactor (3) feeding the effluent reactant from the outlet of the n-th reactor to the (n + 1) -th reactor
The feature (1) is that the reactor is divided into at least n sections and used. Here, n is an integer of 2 or more, and is usually 2 to 20. As a method for dividing the reaction heat, a method using n independent reactors, a method for dividing one reactor into a plurality of reaction zones, and the like can be mentioned. The partitioned reactors may be the same or different in the type or amount of catalyst.
[0013]
The feature (2) is to supply fresh propylene to the first reactor. Fresh propylene means propylene supplied from outside the system formed by the present invention. It is preferable that the whole amount of fresh propylene is supplied to the first reactor, but a part of the fresh propylene may be supplied to other than the first reactor within a range that does not impair the effects of the present invention. It may be supplied divided into locations.
[0014]
The feature (3) is to supply the effluent from the outlet of the n-th reactor to the (n + 1) -th reactor. That is, the effluent reactants from the outlet of the reactor pass sequentially through the multistage reactor in series. Note that a part of the effluent from the outlet of the n-th reactor may be recycled to the inlet of the n-th reactor within a range that does not impair the effects of the present invention. This is effective in preventing a rise in temperature due to reaction heat in the reactor.
[0015]
Examples of the method for supplying hydrogen peroxide used in the present invention include a method for supplying hydrogen peroxide water produced in advance, and a method for synthesizing and supplying hydrogen peroxide in a system from hydrogen and oxygen. In the case of supplying the hydrogen peroxide solution, the whole amount can be supplied to the first reactor, or the hydrogen peroxide solution can be divided and supplied to a plurality of reactors. It is preferable to supply the hydrogen peroxide solution prepared in advance to a plurality of reactors in a divided manner, because the temperature rise due to reaction heat in the reactors can be suppressed. When hydrogen peroxide is synthesized and supplied from hydrogen and oxygen in a system, it is preferable to supply the hydrogen peroxide to a plurality of reactors because the temperature rise due to reaction heat in the reactor can be suppressed.
[0016]
In general, in the case of a reaction that generates heat, the reaction temperature may be increased more than necessary, a side reaction may proceed, or the yield may decrease due to the sequential reaction of the target product. is important.
[0017]
The present invention, by combining the above features, suppresses an increase in the reaction temperature due to the heat generated by the reaction and realizes an effect that the reaction can be stably carried out at a high yield. That is, it is possible to suppress a decrease in the propylene oxide yield due to the heat generated by the reaction between hydrogen peroxide and propylene. Causes of the decrease in yield include a decrease in activity due to thermal degradation of the catalyst, a shortened catalyst life, and a degradation due to successive reactions of propylene oxide.
[0018]
In general, the reaction amount is adjusted by controlling the inlet temperature of the reactor or by forcibly removing heat from the outside. Due to the time delay, it is difficult to accurately set a reaction temperature according to the activity of the catalyst. As in the present invention, the temperature rise due to the reaction heat can be controlled by dividing the reactor, so that it is possible to prevent a decrease in the activity of the catalyst or a decrease in the yield due to a rapid increase in the temperature of the catalyst layer. It becomes. In the present invention, it is also preferable to provide a heat removal facility such as a heat exchanger between the reactors. This makes it easier to control the temperature of each reactor.
[0019]
The reaction temperature of the epoxidation reaction according to the present invention can be carried out at 0 to 150 ° C, preferably 20 to 100 ° C. In the present invention, the temperature rise in each of the divided reactors is suppressed to 50 ° C or lower, preferably 30 ° C or lower, more preferably 10 ° C or lower. The reaction pressure is 0.1 to 20 MPa, preferably 0.3 to 10 MPa. The molar ratio of propylene and hydrogen peroxide fed is 1 to 200 times, preferably 1.1 to 100 times. Usually, unreacted propylene is recycled after separation and purification and used as an epoxidation reaction raw material.
[0020]
Examples of the reaction method of the present invention include a fixed bed flow reaction system and a slurry reaction system.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a method for producing propylene oxide by reacting propylene with hydrogen peroxide in the presence of a titanosilicate catalyst and a nitrile compound solvent, which suppresses an increase in the reaction temperature due to heat generation and is stable. Thus, it was possible to provide a method for producing propylene oxide, which has an excellent feature that it can be carried out with high yield.