JP2009520747A - アクリル酸を形成するためのプロピレンの不均一触媒部分気相酸化の方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この場合、
開始反応ガス混合物1が、前記開始反応ガス混合物1に含まれるプロピレンのモル量に基づき、0mol%超、3mol%以下のシクロプロパンを含み、前記第2の分離ゾーンにおける前記少なくとも1つ熱分離工程が、(濃縮液相からの)アクリル酸の少なくとも1つの結晶化分離工程を含む、
方法を請求する。
a)液相Pからアクリル酸を結晶化させる手順;
b)アクリル酸結晶を残留する母液(残留溶融物、液体残留相)から分離させる手順;
c)分離したアクリル酸結晶を少なくとも部分的に溶融させる手順;ならびに
d)溶融アクリル酸を手順b)および/または手順a)に少なくとも部分的に再利用する手順。
a)液相Pは、液相内に含まれるアクリル酸に基づき、0.20〜30重量%、多くの場合は最高20重量%、大抵は最高10重量%の水を含み;
b)使用する洗浄液は、洗浄カラムで精製したアクリル酸結晶の溶融物である、
ことを条件とする、方法を含む。
式(IV)
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 fOn (IV)
[式中、変数はそれぞれ以下のように定義される:
X1=ニッケルおよび/またはコバルト、
X2=タリウム、アルカリ金属、および/またはアルカリ土類金属、
X3=亜鉛、リン、ヒ素、ホウ素、アンチモン、錫、セリウム、鉛、および/またはタングステン、
X4=ケイ素、アルミニウム、チタニウン、および/またはジルコニウム、
a=0.5〜5、
b=0.01〜5、好ましくは2〜4、
c=0〜10、好ましくは3〜10、
d=0〜2、好ましくは0.02〜2、
e=0〜8、好ましくは0〜5、
f=0〜10、ならびに、
n=式IV中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値]。
式(V)
[Y1 a'Y2 b'Ox']p[Y3 c'Y4 d'Y5 e'Y6 f'Y7 g'Y2 h'Oy']q (V)
[式中、変数はそれぞれ以下のように定義される:
Y1=ビスマスのみ、あるいはビスマスおよびテリウム、アンチモン、錫および銅の元素の少なくとも1つ、
Y2=モリブデン、またはタングステン、またはモリブデンおよびタングステン、
Y3=アルカリ金属、タリウム、および/またはサマリウム、
Y4=アルカリ土類金属、ニッケル、コバルト、銅、マンガン、亜鉛、錫、カドミウム、および/または水銀、
Y5=鉄、あるいは鉄ならびにクロミウムおよびセリウムの元素の少なくとも1つ、
Y6=リン、ヒ素、ホウ素、および/またはアンチモン、
Y7=希土類金属、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、レニウム、ルーテニウム、ロジウム、銀、金、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、鉛、トリウム、および/またはウラニウム、
a’=0.01〜8、
b’=0.1〜30、
c’=0〜4、
d’=0〜20、
e’>0〜20、
f’=0〜6、
g’=0〜15、
h’=8〜16、
x’,y’=式V中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値、
p,q=p/q比が0.1〜10である数値]、
局所的環境とは異なる組成物のために局所的環境から分界される化学組成物Y1 a'・Y2 b'・Ox'の3次元領域を含み、その最大直径(領域の中心を通り、かつ領域の表面(境界)上の2つの点を結ぶ最長の直線)が、1nm〜100μm、多くの場合は10nm〜500nm、または1μm〜50μmもしくは25μmである、
組成物でもある。
式(VI)
[Bia"Z2 b"Ox"]p"[Z2 12Z3 c"Z4 d"Fee"Z5 f"Z6 g"Z7 h"Oy"]q" (VI)
[式中、変数はそれぞれ以下のように定義される:
Z2=モリブデン、またはタングステン、またはモリブデンおよびタングステン、
Z3=ニッケルおよび/またはコバルト、
Z4=タリウム、アルカリ金属、および/またはアルカリ土類金属、
Z5=リン、ヒ素、ホウ素、アンチモン、錫、セリウム、および/または鉛、
Z6=ケイ素、アルミニウム、チタン、および/またはジルコニウム、
Z7=銅、銀、および/または金、
a’’=0.1〜1、
b’’=0.2〜2、
c’’=3〜10、
d’’=0.02〜2、
e’’=0.01〜5、好ましくは0.1〜3、
f’’=0〜5、
g’’=0〜10、
h’’=0〜1、
x’’,y’’=式VI中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値、
p’’,q’’=p’’/q’’比が0.1〜5、好ましくは0.5〜2である数値]、
特に、以下の通りである組成物VIが好ましい:
Z2 b''=(タングステン)b''およびZ2 12=(モリブデン)12。
式(VII)
Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOn (VII)
[式中、変数はそれぞれ以下のように定義される:
X1=W、Nb、Ta、Cr、および/またはCe、
X2=Cu、Ni、Co、Fe、Mn、および/またはZn、
X3=Sbおよび/またはBi、
X4=1つ以上のアルカリ金属、
X5=1つ以上のアルカリ土類金属、
X6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜4、
c=0.5〜18、
d=0〜40、
e=0〜2、
f=0〜4、
g=0〜40、および
n=式VII中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値]。
X1=W、Nb、Ta、および/またはCr、
X2=Cu、Ni、Co、および/またはFe、
X3=Sb、
X4=Naおよび/またはK、
X5==Ca、Sr、および/またはBa、
X6=Si、Al、および/またはTi、
a=1〜5、
b=0.5〜2、
c=0.5〜3、
d=0〜2、
e=0〜0.2、
f=0〜1、
n=式VII中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値。
式(VIII)
Mo12Va'Y1 b'Y2 c'Y5 f'Y6 g'On' (VIII)
[式中、
Y1=Wおよび/またはNb、
Y2=Cuおよび/またはNi、
Y5=Caおよび/またはSr、
Y6=Siおよび/またはAl、
a’=2〜4、
b’=1〜1.5、
c’=1〜3、
f=0〜0.5、
g’=0〜8、
n=式VIII中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値]。
式(IX)
[D]p[E]q (IX)
[式中、
D=Mo12Va''Z1 b''Z2 c''Z3 d''Z4 e''Z5 f''Z6 g''Ox、
E=Z7 12Cuh''Hi''Oy''、
Z1=W、Nb、Ta、Cr、および/またはCe、
Z2=Cu、Ni、Co、Fe、Mn、および/またはZn、
Z3=Sbおよび/またはBi、
Z4=Li、Na、K、Rb、Cs、および/またはH、
Z5=Mg、Ca、Sr、および/またはBa、
Z6=Si、Al、Ti、および/またはZr、
Z7=Mo、W、V、Nb、および/またはTa、好ましくはMoおよび/またはW、
a’’=1〜8、
b’’=0.2〜5、
c’’=0〜23、
d’’=0〜50、
e’’=0〜2、
f’’=0〜5、
g’’=0〜50、
h’’=4〜30、
i’’=0〜20、および
x’’,y’’=式IX中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値、ならびに
p,q=p/q比が160:1〜1:1であるゼロ以外の数値]、
微粒子形態(開始組成物1)で以下の多金属酸化物組成物Eを個別に予備成形した後:
Z7 12Cuh"Hi"Oy" (E)
予備形成された固体開始組成物1を、所望のp:q比で以下の化学量論D(開始組成物2)の上述の元素を含む元素Mo、V、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6の供給源の水溶液、水性懸濁液、または微粒子化した乾燥混合物に組み込み:
Mo12Va"Z1 b"Z2 c"Z3 d"Z4 e"Z5 f"Z6 g" (D)
結果として得られる場合がある水性混合物を乾燥させ、250℃〜600℃の温度にて乾燥させて所望の触媒形状を得る前または後に、得られた乾燥先駆物質組成物をか焼することにより、得ることができる、
組成物でもある。
直径0.03μm未満の孔:0体積%以上55体積%以下、
直径0.003μm以上0.1μm以下の孔:3体積%以上20体積%以下、
直径0.1μm超1μm未満の孔:75体積%以下95体積%以下、ならびに
直径1μm以上10μm以下の孔:5体積%以下。
6〜11体積%のプロペン、
6〜12体積%の水、
プロペン、水、酸素、シクロプロパン、および窒素以外の0体積%以上〜5体積%の成分、
V1が1〜3である十分な分子酸素、ならびに
存在するプロペンに基づき0mol%超〜最高3mol%のシクロプロパン、ならびに最高100体積%の全量の残りとしての分子窒素。
6〜9体積%のプロピレン、
8〜18体積%の分子酸素、
6〜30体積%のプロパン、および
32〜72体積%の分子窒素。
4.5〜8体積%のアクロレイン、
2.25〜9体積%の分子酸素、
6〜30体積%のプロパン、
32〜72体積%の分子窒素、および
5〜30体積%の蒸気。
4〜25体積%のプロピレン、
6〜70体積%のプロパン、
5〜60体積%のH2O、
8〜65体積%のO2、および
0.3〜20体積%のプロピレンH2。
3〜25体積%のアクロレイン、
5〜65体積%の分子酸素、
6〜70体積%のプロパン、
0.3〜20体積%の分子水素、および
8〜65体積%の蒸気。
実施例および比較例
I. シクロプロパンの非存在下および存在下におけるプロピレンからアクリル酸への2段階不均一触媒部分酸化
A) 反応装置の一般的な実験設定
第1の酸化段階の反応器(第1の反応段階)
反応器は、ステンレス鋼のジャケット付きシリンダー(シリンダー外部容器で囲まれたシリンダーガイド管)で構成されていた。壁厚は、常に2〜5mmであった。
第1段階の反応器を確認しながら、塩溶融物および第1段階の反応器の充填ガス混合を並流で通した。充填ガス混合物は、第1段階の反応器の下部に流入した。いずれの場合にも、混合物は165℃の温度で反応管に通した。
セクションA:長さ90cm
直径4〜5mmのステアタイト球の予備床
セクションB:長さ100cm
形状5mm×3mm×2mm(外径×長さ×内径)の30重量%のステアタイトリングと、セクションCの70重量%の無担持触媒との均一混合物の触媒充填。
ドイツ特許出願第DE−A 100 46 957号の実施例1による環状(5mm×3mm×2mm=外径×長さ×内径)無担持触媒の触媒充填(化学量論:[Bi2W2O9・2WO3]0.5[Mo12Co5.5Fe2.94Si1.59K0.08Ox]1)
セクションD:長さ10cm
形状7mm×3mm×4mm(外径×長さ×内径)のステアタイトリングの下流床
中間冷却および中間酸素供給(2次ガスとして純粋なO2)
(空気による間接的な)中間冷却のため、第1の固定床反応器に残留する生成物ガス混合物1を、20cmの長さまで中心に取り付け、形状7mm×3mm×4mm(外径×長さ×内径)のステアタイトリングの不活性床を充填し、第1段階の触媒管の上に直接フランジ付けした接続管(長さ40cm、内径26mm、外径30mm、壁厚2mm、ステンレス鋼、1cmの絶縁材を巻き付ける)に通した。
第2の酸化段階(第2の反応段階)の反応器
第1の酸化段階のものと同一の設計である触媒管固定床反応器を使用した。反応器を確認しながら、塩溶融物および充填ガス混合物を並流で通した。塩溶融物は下部に流入し、充填ガス混合物も同様に流入した。塩溶融物の入口温度Tinは、第2の酸化段階の出口において1回通過する際に99.3±0.1mol%のアクロレイン変換を常に生じるように調整した。塩溶融物のToutは、常にTinよりも最高で2℃高かった。
長さ70cm
形状7mm×3mm×4mm(外径×長さ×内径)のステアタイトリングの上流床
セクションB:
長さ100cm
形状7mm×3mm×4mm(外径×長さ×内径)の30重量%のステアタイトリングと、セクションCの70重量%のコーティング触媒との均一混合物の触媒充填。
長さ200cm
ドイツ特許出願第DE−A 10046928号の製造例5による環状(7mm×3mm×4mm=外径×長さ×内径)コーティング触媒の触媒充填(化学量論:Mo12V3W1.2Cu2.4Ox)。
長さ30cm
直径4〜5mmのステアタイト球の下流床
B) 第1の酸化段階の開始反応ガス混合物1の組成物の関数として達成した結果(プロペンの充填は、150Nl/l・時に設定;アクリル酸形成の選択性(変換したプロピレンに基づき両反応段階にわたって評価)は、常に94mol%以上)
a) 第1の酸化段階の開始反応ガス混合物1の組成物は、(開始反応ガス混合物1の全体積に基づき)実質的に以下を含んでいた:
6.3体積%のプロピレン、
28体積%のプロパン、
X体積%のシクロプロパン、
10.8体積%のO2、
5体積%のH2O、および
残りとしてN2。
液相Pは、以下の含有量を有していた:
95.201重量%のアクリル酸、
0.042重量%のメタクリル酸、
0.604重量%のベンズアルデヒド、
0.062重量%のプロピオン酸、
0.687重量%のフラン−2−アルデヒド、
0.663重量%の酢酸、
0.004重量%のフラン−3−アルデヒド、
0.002重量%のアリルアクリレート、
0.009重量%のアクロレイン、および
2.20重量%の水。
Claims (29)
- プロピレンからアクリル酸への不均一触媒部分気相酸化の方法であって、第1の反応ゾーンにおいて、プロピレン、分子酸素、および少なくとも1つの不活性希釈ガスを含み、かつO2:C3H6のモル比が1以上で前記分子酸素と前記プロピレンを含む開始反応ガス混合物1を、高温の第1の反応段階で、まず、活性組成物としてMo、FeおよびBiを含む少なくとも1つの多金属酸化物を触媒が有する少なくとも1つの第1の触媒床に通して、前記触媒床を1回通過した際のプロピレン変換率が90mol%以上となり、かつアクロレイン形成とアクリル酸副生成物形成を合わせた付随する選択性SACが80mol%以上となるようにし、前記第1の反応段階を終えた前記生成物ガス混合物1の温度を、適宜、直接冷却により、または間接冷却により、または直接および間接冷却により低下させ、さらに適宜、生成物ガス混合物1に、分子酸素の形態の、または不活性ガスの形態の、あるいは分子酸素および不活性ガスの形態の2次ガスを添加し、次いで、生成物ガス混合物1を、アクロレイン、分子酸素、および少なくとも1つの不活性希釈ガスを含み、かつO2:C3H4Oのモル比が0.5以上で前記分子酸素および前記アクロレインを含む開始反応ガス混合物2として、高温の第2の反応段階で、活性組成物としてMoおよびVを含む少なくとも1つの多金属酸化物を触媒が有する少なくとも1つの第2の触媒に通して、触媒床を1回通過した際のアクロレイン変換率が90mol%以上となり、かつ両反応段階にわたって評価された、変換されたプロピレンに基づくアクリル酸形成の選択性SAAが70mol%以上となるようにし、その後、前記第2の反応段階で形成された前記生成物ガス混合物2から、そこに含まれるアクリル酸を、前記第1の分離ゾーンにおいて、現在の相から凝縮相に変換し、次いで、第2の分離ゾーンにおいて、少なくとも1つの熱分離工程を使用することにより、濃縮相からアクリル酸を分離する方法において、開始反応混合物1が、前記開始反応ガス混合物1に含まれるプロピレンのモル量に基づき、最高3mol%のシクロプロパンを含み、前記第2の分離ゾーンの前記少なくとも1つの熱分離工程が、アクリル酸の少なくとも1つの結晶分離を含むことを特徴とする方法。
- 開始反応ガス混合物1が、前記開始反応ガス混合物1に含まれるプロピレンの全量に基づき、50molppb〜2mol%のシクロプロパンを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 開始反応ガス混合物1が、前記開始反応ガス混合物1に含まれるプロピレンの全量に基づき、100molppb〜1mol%のシクロプロパンを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記アクリル酸が、吸収措置によって生成物ガス混合物2から前記凝縮相に変換されることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸が、凝縮措置によって生成物ガス混合物2から前記凝縮相に変換されることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸が、吸収および凝縮措置によって生成物ガス混合物2から前記凝縮相に変換されることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 吸収剤として水または水溶液を使用することを特徴とする、請求項4または6に記載の方法。
- 前記アクリル酸が、分別凝縮によって生成物ガス混合物2から前記凝縮相に変換されることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸の少なくとも1つの結晶化分離を、前記第1の分離ゾーンにおいて実施した生成物ガス混合物2から前記凝縮相へのアクリル酸の変換時に得られたアクリル酸含有凝縮相から、前記第2の分離ゾーンにおいて実施することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離を、前記第1の分離ゾーンで得られた前記アクリル酸含有凝縮相に対して結晶化以外の少なくとも1つの熱分離工程を使用することにより得られる液相から、前記第2の分離ゾーンにおいて実施することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離を、分別凝縮として実施することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離を、層結晶化として実施することを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離が、動的層結晶化と静的層結晶化の組み合わせであることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離を、懸濁結晶化として実施することを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 形成された懸濁液結晶と残留する母液との分離を、洗浄カラムで実施することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
- 前記アクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離を、水を含む液相から実施することを特徴とする、請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の分離ゾーンにおいて結晶化により分離されたアクリル酸を溶融させ、溶融アクリル酸結晶をポリマーを製造するために遊離基重合させる、遊離基重合の少なくとも1つの方法が続くことを特徴とする、請求項1から16までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の分離ゾーンにおけるアクリル酸の前記少なくとも1つの結晶化分離と少なくとも1つの非精密分離工程とを、前記第1および/または前記第2の分離ゾーンにおいて、結晶化アクリル酸分離において残留する母液を少なくとも部分的に非精密分離工程の少なくとも1つに再利用することによって組み合わせることを特徴とする、請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法。
- Mo、FeおよびBiを含む前記少なくとも1つの多金属酸化物が、以下の一般化学式IV:
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 fOn (IV)
[式中、
X1=ニッケルおよび/またはコバルト、
X2=タリウム、アルカリ金属、および/またはアルカリ土類金属、
X3=亜鉛、リン、ヒ素、ホウ素、アンチモン、錫、セリウム、鉛、および/またはタングステン、
X4=ケイ素、アルミニウム、チタン、および/またはジルコニウム、
a=0.5〜5、
b=0.01〜5、
c=0〜10、
d=0〜2、
e=0〜8、
f=0〜10、ならびに、
n=式IV中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値]の1つであることを特徴とする、請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法。 - MoおよびVを含む前記少なくとも1つの多金属酸化物が、以下の一般化学式VII:
Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOn (VII)
[式中、
X1=W、Nb、Ta、Cr、および/またはCe、
X2=Cu、Ni、Co、Fe、Mn、および/またはZn、
X3=Sbおよび/またはBi、
X4=1つ以上のアルカリ金属、
X5=1つ以上のアルカリ土類金属、
X6=Si、Al、Ti、および/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜4、
c=0.5〜18、
d=0〜40、
e=0〜2、
f=0〜4、
g=0〜40、ならびに、
n=式VII中の酸素以外の元素の原子価および頻度によって決定される数値]の1つであることを特徴とする、請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの第1の触媒床の比体積活性が、開始反応ガス混合物1の流れ方向の流路の長さにわたって少なくとも1回増大することを特徴とする、請求項1から20までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの第2の触媒床の比体積活性が、開始反応ガス混合物2の流れ方向の流路の長さにわたって少なくとも1回増大することを特徴とする、請求項1から21までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの第1の触媒床が、固定床であり、そのプロペン負荷量が、120Nl/l・時以上、250Nl/l・時以下であることを特徴とする、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法。
- 開始反応ガス混合物1が6〜13体積%のプロピレンを含むことを特徴とする、請求項1から23までのいずれか1項に記載の方法。
- 開始反応ガス混合物1が0体積%超〜35体積%のH2Oを含むことを特徴とする、請求項1から24までのいずれか1項に記載の方法。
- 開始反応ガス混合物1が0.01体積%以上のプロパンを含むことを特徴とする、請求項1から25までのいずれか1項に記載の方法。
- 生成物ガス混合物2から前記凝縮相へのアクリル酸の変換時に残留する残留ガスの少なくとも部分量を、前記第1の反応段階および/または前記第2の反応段階に再利用することを特徴とする、請求項1から26までのいずれか1項に記載の方法。
- 開始反応ガス混合物1に含まれる前記プロピレンを、少なくとも部分的に、プロパンの部分脱水素化から開始反応ガス混合物1に供給することを特徴とする、請求項1から27までのいずれか1項に記載の方法。
- 生成物ガス混合物2から前記凝縮相へのアクリル酸の変換時に残留する残留ガスの少なくとも部分量を、プロパンの前記部分脱水素化に再利用することを特徴とする、請求項28に記載の方法。
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