JP2012229197A - Production method of propylene oxide, and production apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロピレンオキシドを製造する方法およびそのための装置に関する。詳しくは、過酸化水素とプロピレンとを反応させてプロピレンオキシドを製造する方法およびそのための装置に関する。 The present invention relates to a method for producing propylene oxide and an apparatus therefor. Specifically, the present invention relates to a method for producing propylene oxide by reacting hydrogen peroxide with propylene and an apparatus for the method.
プロピレンオキシドを製造する方法として、液相中、固体触媒粒子存在下でプロピレン、酸素および水素を反応させてプロピレンオキシドを製造する方法が知られている。例えば、特開2009−256301号公報には、反応器において、アセトニトリルおよび水の混合溶媒ならびに固体チタン触媒およびパラジウム担持触媒の混合物中に、酸素および水素および希釈用窒素を含む混合ガスならびにプロピレンを供給してこれらを反応させることによってプロピレンオキシドを製造する方法が開示されている。 As a method for producing propylene oxide, a method for producing propylene oxide by reacting propylene, oxygen and hydrogen in the presence of solid catalyst particles in a liquid phase is known. For example, in JP-A-2009-256301, in a reactor, a mixed gas containing oxygen and hydrogen and nitrogen for dilution and propylene are supplied into a mixed solvent of acetonitrile and water and a mixture of a solid titanium catalyst and a palladium-supported catalyst. Thus, a method for producing propylene oxide by reacting them is disclosed.
上述のプロピレンオキシドの製造方法は、一般的には生産性に優れていると言われている。この方法では、固体チタン触媒およびパラジウム担持触媒を混合して用いるが、固体チタン触媒の耐久性とパラジウム担持触媒の耐久性とが異なる場合がある。この場合、一方の触媒がその耐久限度に達した場合に、当該一方の触媒のみを回収してこれを交換または再生することができない、または容易でないので、触媒の使用効率という点では、この方法は必ずしも好ましいとは言えない。 The above-described method for producing propylene oxide is generally said to be excellent in productivity. In this method, a solid titanium catalyst and a palladium-supported catalyst are mixed and used, but the durability of the solid titanium catalyst may be different from the durability of the palladium-supported catalyst. In this case, when one catalyst reaches its endurance limit, it is impossible to recover or replace or regenerate only the one catalyst, or it is not easy. Is not necessarily preferred.
従って、本発明が解決しようとする課題は、生産性に優れたプロピレンオキシドの新たな製造方法およびそのための製造装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a new method for producing propylene oxide excellent in productivity and a production apparatus therefor.
上述の課題は、第1反応工程で過酸化水素を含む第1反応混合物を得、第2反応工程で第1反応混合物とプロピレンとを反応させてプロピレンオキシドを含む第2反応混合物を得、第2反応混合物を第1反応工程に戻し、再び第1反応工程を実施して第1反応混合物を得、その後、再び第2反応工程を実施し、それにより得られる第2反応混合物を再び第1反応工程に戻す、という第1反応工程、第2反応工程および第1反応工程への戻しを繰り返し、その間、第1反応混合物の一部分および/又は第2反応混合物の一部分を取り出し、そこに含まれているプロピレンオキシドを回収することによって、プロピレンオキシドを得る、即ち、プロピレンオキシドを製造する方法によって、解決されることが見出された。 The above-described problems are obtained by obtaining a first reaction mixture containing hydrogen peroxide in the first reaction step, obtaining a second reaction mixture containing propylene oxide by reacting the first reaction mixture and propylene in the second reaction step, The two reaction mixture is returned to the first reaction step, and the first reaction step is performed again to obtain the first reaction mixture, and then the second reaction step is performed again, and the second reaction mixture obtained thereby is again converted into the first reaction mixture. Returning to the reaction step is repeated to return to the first reaction step, the second reaction step and the first reaction step, during which a part of the first reaction mixture and / or a part of the second reaction mixture is taken out and contained therein. It has been found that by recovering the propylene oxide that is recovered, a solution is obtained by a process for obtaining propylene oxide, i.e. producing propylene oxide.
従って、第1の要旨において、本発明は、
プロピレンオキシドを製造する方法であって、
(1)第1反応器において、溶媒中、パラジウム触媒の存在下、水素と酸素とを反応させて過酸化水素を含んで成る第1反応混合物を得る第1反応工程、
(2)第2反応器において、固体チタン触媒存在下、第1反応混合物とプロピレンとを反応させて、プロピレンオキシドを含んで成る第2反応混合物を得る第2反応工程、および
(3)第2反応混合物を第1反応器に戻すリターン工程
を含んで成り、工程(1)〜(3)を繰り返すことを特徴とするプロピレンオキシドの製造方法を提供する。
Accordingly, in the first aspect, the present invention provides:
A method for producing propylene oxide, comprising:
(1) a first reaction step in which in a first reactor, hydrogen and oxygen are reacted in a solvent in the presence of a palladium catalyst to obtain a first reaction mixture containing hydrogen peroxide;
(2) a second reaction step in which a first reaction mixture and propylene are reacted in the second reactor in the presence of a solid titanium catalyst to obtain a second reaction mixture containing propylene oxide; and (3) a second Provided is a method for producing propylene oxide, comprising a return step of returning the reaction mixture to the first reactor, wherein steps (1) to (3) are repeated.
好ましい態様では、上述の工程(1)〜(3)を繰り返す間、第1反応混合物の一部分を系外に取り出し、それに含まれているプロピレンオキシドを回収する。別の態様では、上述の工程(1)〜(3)を繰り返す間、第1反応器に戻す第2反応混合物の一部分を取り出し、それに含まれているプロピレンオキシドを回収する。更に別の態様では、第1反応混合物の一部分および第1反応器に戻す第2反応混合物の一部分の双方を取り出し、これらに含まれているプロピレンオキシドを回収する。これらの回収は、いずれかの適当な方法を含む後処理工程で実施してよい。また、別の好ましい態様では、溶媒がアセトニトリルと水との混合溶媒を使用する。 In a preferred embodiment, while repeating the steps (1) to (3) described above, a part of the first reaction mixture is taken out of the system and the propylene oxide contained therein is recovered. In another aspect, while repeating the above-mentioned steps (1) to (3), a part of the second reaction mixture returned to the first reactor is taken out and the propylene oxide contained therein is recovered. In yet another aspect, both a portion of the first reaction mixture and a portion of the second reaction mixture returned to the first reactor are removed and the propylene oxide contained therein is recovered. These recoveries may be performed in a post-treatment step including any suitable method. In another preferred embodiment, the solvent is a mixed solvent of acetonitrile and water.
本明細書において、第1反応工程において、水素および酸素が消費されて過酸化水素が生成し、また、第2反応工程において、過酸化水素およびプロピレンが消費されてプロピレンオキシドおよび水が生成する。当然ながら、いずれの反応工程においても、化学量論的に全ての反応原料が目的の反応生成物に転化されることはない。 In the present specification, hydrogen and oxygen are consumed in the first reaction step to produce hydrogen peroxide, and hydrogen peroxide and propylene are consumed in the second reaction step to produce propylene oxide and water. Of course, in any reaction step, all of the reaction raw materials are not stoichiometrically converted into the desired reaction product.
第1反応混合物とは、第1反応工程の結果として第1反応器において得られる液相の混合物であって、通常、溶媒に加えて、反応生成物としての過酸化水素、第1反応工程で反応しなかった反応原料(通常、その中に溶存または分散しているガス(酸素、水素および場合により存在する窒素))を含んで成る。また、第2反応混合物とは、第1反応混合物に含まれる成分に加えて、未反応のプロピレンおよび生成物としてのプロピレンオキシドを更に含んで成る。尚、第2反応混合物が第1反応器に戻されるので、第1反応混合物は、更に、第2反応工程において生成したプロピレンオキシドおよび未反応のプロピレンを含んで成る。 The first reaction mixture is a liquid phase mixture obtained in the first reactor as a result of the first reaction step. Usually, in addition to the solvent, hydrogen peroxide as a reaction product, Reacting raw materials that have not reacted (usually gases dissolved in or dispersed therein (oxygen, hydrogen and optionally nitrogen present)). The second reaction mixture further comprises unreacted propylene and propylene oxide as a product in addition to the components contained in the first reaction mixture. Since the second reaction mixture is returned to the first reactor, the first reaction mixture further comprises propylene oxide produced in the second reaction step and unreacted propylene.
尚、容易に理解できるように、第1反応混合物が第2反応器で反応し、第2反応混合物が第1反応器に戻されるので、上述のように工程(1)〜(3)を繰り返した後では、第1反応混合物および第2反応混合物は、実質的に同じ成分を含むが、第1反応工程で過酸化水素が生成し、それが第2反応工程で消費されるため、その組成は異なる。即ち、第2反応工程の前後を比較すると、過酸化水素の量は減少し、プロピレンの量も減少し、他方、プロピレンオキシドの量は増加する。 As can be easily understood, since the first reaction mixture reacts in the second reactor and the second reaction mixture is returned to the first reactor, steps (1) to (3) are repeated as described above. After that, the first reaction mixture and the second reaction mixture contain substantially the same components, but hydrogen peroxide is produced in the first reaction step and consumed in the second reaction step, so that the composition Is different. That is, comparing before and after the second reaction step, the amount of hydrogen peroxide decreases, the amount of propylene also decreases, while the amount of propylene oxide increases.
また、第2の要旨において、本発明は、
(A)溶媒中、パラジウム触媒の存在下、水素と酸素とを反応させて、過酸化水素を含んで成る第1反応混合物を生成する第1反応器、
(B)固体チタン触媒存在下、第1反応混合物とプロピレンとを反応させて、プロピレンオキシドを含んで成る第2反応混合物を生成する第2反応器、および
(C)第2反応混合物を第1反応器に戻すリターンライン
を有して成ることを特徴とするプロピレンオキシドの製造装置を提供する。この製造装置は、本発明のプロピレンオキシドの製造方法を実施するのに好適である。
In the second aspect, the present invention provides:
(A) a first reactor for reacting hydrogen and oxygen in a solvent in the presence of a palladium catalyst to produce a first reaction mixture comprising hydrogen peroxide;
(B) a second reactor that reacts the first reaction mixture with propylene in the presence of a solid titanium catalyst to form a second reaction mixture comprising propylene oxide; and (C) the second reaction mixture is first Provided is an apparatus for producing propylene oxide, comprising a return line returning to a reactor. This production apparatus is suitable for carrying out the method for producing propylene oxide of the present invention.
従来のプロピレンオキシドの製造方法では、単一の反応器において、酸素、水素およびプロピレンを反応させてプロピレンオキシドを製造するのに対して、本発明のプロピレンオキシドの製造方法(またはそのための製造装置)では、過酸化水素生成反応とプロピレンオキシド生成反応とを別の工程(または反応器)で実施する。 In the conventional method for producing propylene oxide, propylene oxide is produced by reacting oxygen, hydrogen and propylene in a single reactor, whereas the method for producing propylene oxide of the present invention (or a production apparatus therefor). Then, a hydrogen peroxide production | generation reaction and a propylene oxide production | generation reaction are implemented in another process (or reactor).
よって、それぞれの反応により好ましい条件を選択して反応を実施することができる。その結果、プロピレンオキシドの製造の生産性をより向上させることが可能となる。また、パラジウム触媒と固体チタン触媒とを別々の反応器で使用するため、それぞれの使用済みの触媒の新しい触媒との交換または再生が非常に容易になる。 Therefore, the reaction can be carried out by selecting preferable conditions for each reaction. As a result, it becomes possible to further improve the productivity of production of propylene oxide. Further, since the palladium catalyst and the solid titanium catalyst are used in separate reactors, it is very easy to replace or regenerate each used catalyst with a new catalyst.
次に、図面を参照して本発明のプロピレンオキシドの製造方法を更に詳細に説明する。尚、図1〜図9において、同じ符号は実質的に同じ要素を意味するものとして使用している。また、いずれの図においても、第1反応器を撹拌槽型反応器とし、第2反応器を固定床触媒反応器とした例を示しているが、第1反応器と第2反応器とも撹拌槽型反応器であってもよいし、第1反応器と第2反応器とも固定床触媒反応器であってもよいし、第1反応器を固定床触媒反応器とし、第2反応器を撹拌槽型反応器としてもよい。最初に図1を参照すると、本発明のプロピレンオキシドの製造方法では、第1反応器10において第1反応工程を実施し、第2反応器12において第2反応工程を実施し、第2反応器12から第1反応器10へのリターンライン14によってリターン工程を実施する。
Next, the method for producing propylene oxide of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. 1 to 9, the same reference numerals are used to mean substantially the same elements. In each figure, an example in which the first reactor is a stirred tank reactor and the second reactor is a fixed bed catalyst reactor is shown. However, both the first reactor and the second reactor are stirred. The reactor may be a tank reactor, the first reactor and the second reactor may be fixed bed catalyst reactors, the first reactor may be a fixed bed catalyst reactor, and the second reactor may be A stirred tank reactor may be used. Referring first to FIG. 1, in the method for producing propylene oxide of the present invention, the first reaction step is performed in the
溶媒中16中で懸濁状態にあるパラジウム触媒存在下、混合ガス18としての酸素および水素(必要に応じて窒素によって希釈)を反応させて過酸化水素を生成する反応を第1反応工程で実施する。この反応は、自体公知であり、その反応の詳細については、例えば特開平10−324507号公報、特開平10−330103号公報を参照できる。また、上記特許文献1に記載される方法において、固体チタン触媒およびプロピレンを用いないことによってこの反応を実施することもできる。
In the presence of a palladium catalyst suspended in 16 in a solvent, a reaction for generating hydrogen peroxide by reacting oxygen and hydrogen (diluted with nitrogen if necessary) as a mixed
固体チタン触媒存在下、プロピレンおよび過酸化水素を反応させてプロピレンをエポキシ化してプロピレンオキシドを生成する反応を第2反応工程で実施する。この反応は、自体公知であり、その反応の詳細については、例えば特開2005−262164号公報、特開2010−159245号公報を参照できる。また、上記特許文献1に記載される方法において、パラジウム触媒および混合ガス(酸素および水素)を用いないことによってこの反応を実施することもできる。 In the presence of a solid titanium catalyst, a reaction in which propylene and hydrogen peroxide are reacted to epoxidize propylene to produce propylene oxide is performed in the second reaction step. This reaction is known per se, and details of the reaction can be referred to, for example, JP-A-2005-262164 and JP-A-2010-159245. Further, in the method described in Patent Document 1, this reaction can be carried out without using a palladium catalyst and a mixed gas (oxygen and hydrogen).
第1反応器10には、溶媒16、例えばアセトニトリル/水の混合溶媒が予め供給されており、その中でパラジウム触媒が懸濁状態で分散している。この状態で第1反応器10に混合ガス18が供給され、所定条件下、そこでこれらが液相反応して過酸化水素が生成し、その結果、第1反応器10内には第1反応混合物20が存在する。
The
容易に理解できるように、第1反応混合物20は、溶媒に加えて、生成物である過酸化水素、反応原料としての酸素、水素および場合により存在する希釈用窒素を含んで成り、そのような第1反応混合物中でパラジウム触媒が懸濁している。尚、第1反応器10は、いずれの適当な反応装置であってもよく、例えば図示するように撹拌機を有する槽型反応器であるオートクレーブが好ましい。
As can be easily understood, the first reaction mixture 20 comprises, in addition to the solvent, the product hydrogen peroxide, oxygen as a reaction raw material, hydrogen and optionally diluting nitrogen, such as The palladium catalyst is suspended in the first reaction mixture. The
別の態様では、第1反応器は、パラジウム触媒を固定床として有する固定床反応器、例えば管型反応器であってもよい。この場合、混合ガスおよび溶媒を第1反応器に供給して第1反応工程を実施する。 In another aspect, the first reactor may be a fixed bed reactor having a palladium catalyst as a fixed bed, such as a tubular reactor. In this case, the mixed gas and the solvent are supplied to the first reactor to perform the first reaction step.
尚、第2反応器は、いずれの形態であっても、1つの態様では、単一の反応器であってもよく、別の態様では、複数ユニット反応器が直列に接続された多段式反応器であってもよい。この場合、水素、酸素および場合により存在する窒素を含む反応原料を多段式反応器を構成する複数のユニット反応器の最上流のユニット反応器に供給し、そこで反応させて、反応によって得られる反応混合物をその下流に位置する次のユニット反応器に供給して更に反応を進め、そこで反応によって得られる反応混合物を更にその下流のユニット反応器に供給して反応を一層進める。このように、次々と下流のユニット反応器に供給して反応させることを繰り返すことによって、水素/酸素の転化率を高めることができる。尚、必要に応じて、隣接するユニット反応器間を接続するラインを経由してそのような反応原料を追加的に供給するように第2反応器を構成してもよい。 The second reactor may be in any form, and may be a single reactor in one aspect, or a multistage reaction in which a plurality of unit reactors are connected in series in another aspect. It may be a vessel. In this case, a reaction raw material containing hydrogen, oxygen, and optionally present nitrogen is supplied to the most upstream unit reactor of the plurality of unit reactors constituting the multi-stage reactor, and the reaction is obtained by the reaction. The mixture is fed to the next unit reactor located downstream thereof to further proceed the reaction, where the reaction mixture obtained by the reaction is further fed to the downstream unit reactor to further proceed the reaction. In this way, the hydrogen / oxygen conversion rate can be increased by repeatedly supplying the reaction to the downstream unit reactor and reacting them. In addition, you may comprise a 2nd reactor so that such a reaction raw material may be additionally supplied through the line which connects between adjacent unit reactors as needed.
次に、第1反応器10で生成した第1反応混合物20の一部分を第1反応混合物ライン22を介して第2反応器12に供給する。パラジウム触媒が第1反応混合物20中に含まれているので、それを除去するため、第1反応器10から第1反応混合物20を取り出すに際してフィルター24を経由して取り出す。例えば、図1のように第1反応器の10内部にクロスフィルター等のフィルターを設けてよい。別の態様では、第1反応器10内の第1反応混合物20を外部循環するラインを設け、そのライン中にクロスフィルター等の固液分離用フィルター、遠心分離機等を設けてパラジウム触媒を除去した第1反応混合物20を得てもよい。
Next, a part of the first reaction mixture 20 produced in the
第2反応器12は、例えば図示するように固体チタン触媒が予め充填された固定床反応器であり、これに第1反応器10からの第1反応混合物20およびプロピレン26が供給される。図示した態様では、第2反応器12に供給される前に、第1反応混合物20にプロピレン26が混合され、その後、これらが第2反応器12に供給されるように構成されている。別の態様では、第2反応工程の前に(または第2反応器12の手前にて)、第1反応混合物20とプロピレン26とを混合する工程(または混合する装置)を設けてもよく、その後、得られた混合物を第2反応工程(または第2反応器12)に供給する。
The
別の態様では、第2反応器は、槽型反応器、例えば撹拌槽型反応器であってもよい。この場合、第1反応混合物を含む槽型反応器内で固体チタン触媒を分散させた状態でプロピレンを反応させる。 In another aspect, the second reactor may be a tank reactor, such as a stirred tank reactor. In this case, propylene is reacted in a state where the solid titanium catalyst is dispersed in the tank reactor containing the first reaction mixture.
尚、第2反応器は、いずれのタイプの反応器であっても、1つの態様では単一の反応器であってよく、別の態様では、別の態様では、複数ユニット反応器が直列に接続された多段式反応器であってもよい。この場合、第1反応混合物およびプロピレンを、多段式反応器を構成する複数のユニット反応器の最上流のユニット反応器に供給し、そこで反応させて、反応によって得られる反応混合物をその下流に位置する次のユニット反応器に供給して更に反応を進め、そこで反応によって得られる反応混合物を更にその下流のユニット反応器に供給して反応を一層進める。このように、次々と下流のユニット反応器に供給して反応させることを繰り返すことによって、プロピレンの転化率を高めることができる。尚、必要に応じて、隣接するユニット反応器間を接続するラインを経由してプロピレンを追加的に供給するように第2反応器を構成してもよい。 Note that the second reactor may be any type of reactor, and may be a single reactor in one aspect, or in another aspect, a multi-unit reactor in series. It may be a connected multistage reactor. In this case, the first reaction mixture and propylene are supplied to the most upstream unit reactor of the plurality of unit reactors constituting the multi-stage reactor, where they are reacted, and the reaction mixture obtained by the reaction is located downstream thereof. To the next unit reactor to further proceed the reaction, where the reaction mixture obtained by the reaction is further fed to the downstream unit reactor to further proceed the reaction. In this way, the conversion rate of propylene can be increased by repeating the supply and reaction to the downstream unit reactor one after another. In addition, you may comprise a 2nd reactor so that a propylene may be supplied additionally via the line which connects between adjacent unit reactors as needed.
第2反応器12では、固体チタン触媒の存在下、第1反応混合物20中の過酸化水素とプロピレン26とが液相反応してプロピレンオキシドが生成し、その結果、第2反応混合物が得られる。容易に理解できるように、第2反応混合物は、酸素、水素、場合により存在する希釈用窒素、過酸化水素、プロピレンおよびプロピレンオキシドを含んで成る。
In the
このような第2反応混合物を、第2反応器12から取り出してリターンライン14を経由して第1反応器10に戻してリターン工程を実施すると共に、第1反応混合物20の一部分を、例えば第1反応器10から第1反応混合物系外取出ライン30を経て系外に取り出す。本発明のプロピレンオキシドの製造方法では、第1反応混合物系外取出ライン30を経て系外に取り出す第1反応混合物中の溶媒の量に対する、第1反応混合物ライン22を経て第1反応器10から取り出す第1反応混合物中の溶媒の割合、即ち、系外に取り出す溶媒に対する循環する溶媒の割合は、好ましくは1〜12000であり、より好ましくは10〜5000、より一層好ましくは50〜500である。このように循環量を多くすることによって、第1反応混合物中の過酸化水素の濃度が低い場合であっても、プロピレンオキシドを高濃度で含む第1反応混合物および第2反応混合物を得ることが可能となる。尚、図2に示すように、第2反応混合物の一部分をリターンライン14から第2反応混合物系外取出ライン30’を介して取り出し、それから第2反応器にて生成したプロピレンオキシドを取り出してもよい。
Such a second reaction mixture is taken out from the
尚、リターンライン14を経由して第2反応混合物を戻す場合、図1に示すように直接的に第1反応器10に戻すことに代えて、間接的に第1反応器10に間接的に戻してもよい。例えば図3に示すように、第1反応器10に反応原料を供給する供給ライン40にリターンライン14を接続することによって、供給ライン40を経由して第2反応混合物を第1反応器10に戻すことができる。
When returning the second reaction mixture via the
本発明のプロピレンオキシドの製造方法の別の態様を図4に示す。図示した態様では、第1反応器10が複数、具体的には3つのユニット反応器10−1、10−2および10−3によって構成され、これらのユニット反応器間に接続ライン22−1および22−2が存在する。水素、酸素および場合により存在する窒素を含む反応原料18が第1ユニット反応器10−1に送られ、そこで反応が起こって反応混合物が生成し、それが接続ライン22−1を経由して第2ユニット反応器10−2に送られ、そこで反応が更に起って反応混合物が生成し、それが接続ライン22−2を経由して第3ユニット反応器10−3に送られ、そこで反応が更に起こって反応混合物が生成し、それが接続ライン22−3を経由して第3ユニット反応器10−3から排出される。
Another embodiment of the method for producing propylene oxide of the present invention is shown in FIG. In the illustrated embodiment, the
尚、接続ライン22−3は、第1反応混合物ライン22に対応し、ユニット反応器10−3から排出される。従って第1反応器10から排出される第1反応混合物を第2反応器12に供給する。この態様において、少なくとも1つの接続ラインに、水素、酸素および場合により存在する窒素を含む反応原料を追加してもよい。この態様を図5に示す。ここでは、接続ライン22−1および22−2に原料追加ライン18−1および18−2を接続している。このように反応原料を追加して供給することは、反応原料の分割仕込みを意味し、それによって、反応原料の反応速度をユニット反応器毎に調節することができ、その結果、水素と酸素との反応量を容易に調節することができる。
The connection line 22-3 corresponds to the first
本発明のプロピレンオキシドの製造方法の更に別の態様を図6に示す。この態様では、第2反応器に供給する第1反応混合物の一部分を第1反応器に戻す。図6(a)に示す態様では、循環ライン42を経由して第1反応混合物を直接的に第1反応器10に戻し、また、図6(b)に示す態様では、供給ライン40に接続された循環ライン44を経由して第1反応混合物を間接的に第1反応器10に戻す。このように第1反応混合物の一部分を第1反応器10に戻すことによって第1反応混合物の一部分が循環することになり、第1反応器における触媒使用量を抑制することができる。換言すれば、第1反応器での転化率が高まり、その結果、触媒使用効率が高まる。
Yet another embodiment of the method for producing propylene oxide of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, a portion of the first reaction mixture fed to the second reactor is returned to the first reactor. In the embodiment shown in FIG. 6 (a), the first reaction mixture is directly returned to the
本発明のプロピレンオキシドの製造方法の更に別の態様を図7に示す。図示した態様では、第2反応器12が複数、具体的には3つのユニット反応器12−1、12−2および12−3によって構成され、これらのユニット反応器間に接続ライン23−1および23−2が存在する。第1反応混合物およびプロピレンが第1ユニット反応器12−1に送られ、そこで反応が起こって反応混合物が生成し、それが接続ライン23−1を経由して第2ユニット反応12−2に送られ、そこで反応が更に起って反応混合物が生成し、それが接続ライン23−2を経由して第3ユニット反応器12−3に送られ、そこで反応が更に起こって反応混合物が生成し、それがリターンライン14を経由して第3ユニット反応器12−3から排出される。この態様において、少なくとも1つの接続ラインに、プロピレンを含む反応原料を追加してもよい。この態様を図8に示す。ここでは、接続ライン23−1および23−2にプロピレン追加ライン26−1および26−2を接続している。このように反応原料を追加して供給する場合、プロピレンの供給量をユニット反応器毎に調節することができ、その結果、反応熱を容易に制御することができる。
Yet another embodiment of the method for producing propylene oxide of the present invention is shown in FIG. In the illustrated embodiment, the
本発明のプロピレンオキシドの製造方法の更に別の態様を図9に示す。この態様では、第1反応器に供給する第2反応混合物の一部分を第2反応器に戻す。図9(a)に示す態様では、循環ライン46を経由して第2反応混合物を直接的に第2反応器12に戻し、また、図9(b)に示す態様では、第1反応混合物ライン22に接続された循環ライン46を経由して第2反応混合物を間接的に第2反応器12に戻す。このように第2反応混合物の一部分を第2反応器12に戻すことによって第2反応混合物の一部分が循環することになり、第2反応器における触媒使用量を抑制することができる。換言すれば、第2反応器での転化率が高まり、その結果、触媒使用効率が高まる。
FIG. 9 shows still another embodiment of the method for producing propylene oxide of the present invention. In this embodiment, a portion of the second reaction mixture fed to the first reactor is returned to the second reactor. In the embodiment shown in FIG. 9 (a), the second reaction mixture is returned directly to the
このような第1反応工程、第2反応工程およびリターン工程を、この順で繰り返しながら、系外に取り出す第1反応混合物の量に対応して、混合ガス18およびプロピレン26を第1反応器10および第2反応器12にそれぞれ供給する。また、系外に溶媒が同伴して取り出されるのでメイクアップ溶媒28を第1反応器10に供給する。混合ガス18、プロピレン26およびメイクアップ溶媒18を供給し、第1反応混合物の一部分30を取り出し、定常状態を形成してそれを維持する。別の態様では、混合ガス18に供給することに代えて、あるいはそれに加えて、メイクアップ溶媒28を、第1反応混合物を供給する第1反応混合物ライン22に供給してもよい。
While repeating the first reaction step, the second reaction step, and the return step in this order, the
尚、当業者であれば、容易に理解できるように、定常状態を形成して維持するには、第1反応工程への混合ガス18の供給、第1反応工程からの第1反応混合物20の一部分の第2反応工程への供給、プロピレン26の供給、第2反応工程から第1反応器10への第2反応混合物のリターンは、連続的に実施するのが好ましい。従って、本発明のプロピレンオキシドの製造方法における工程(1)〜(3)は連続的に実施するのが好ましい。この場合、系内への供給および系外への排出も連続的に実施するのが特に好ましい。
As can be easily understood by those skilled in the art, in order to form and maintain a steady state, the supply of the
しかしながら、上述のように完全に連続的に実施することは必ずしも必要ではなく、間欠的に実施して、第1反応混合物および第2反応混合物の組成が所定の範囲内で変動するようにしてもよい。更に別の態様では、供給および排出の少なくとも一部分を連続的にして、他の部分を間欠的にしてもよい。 However, it is not always necessary to carry out completely continuously as described above, and it may be carried out intermittently so that the compositions of the first reaction mixture and the second reaction mixture vary within a predetermined range. Good. In yet another aspect, at least a portion of the supply and discharge may be continuous and the other portions intermittent.
本発明のプロピレンオキシドの製造方法では、第1反応器10の液相、即ち、第1反応混合物20は、溶媒としてのアセトニトリルおよび水、第1反応工程で生成した過酸化水素および第2反応工程で反応せずにそれから戻された過酸化水素、第2反応工程で生成して第1反応器10に供給されたプロピレンオキシド、ならびに第2反応工程で反応せずに第1反応器10に供給されたプロピレンを含んで成る。当然ながら、第1反応器10から第1反応混合物系外取出ライン30を経て系外に取り出される、第1反応混合物の一部分も同様である。取り出す第1反応混合物がパラジウム触媒を同伴して、パラジウム触媒が系外に出るのを防止するために、第1反応混合物は、フィルター32を介して取り出される。
In the method for producing propylene oxide of the present invention, the liquid phase of the
尚、第1反応混合物20は、上述のように、プロピレンオキシドに加えて、それに溶解または分散している酸素、水素および場合により存在する窒素、過酸化水素、プロピレンおよび溶媒を他の成分として含む。従って、第1反応混合物系外取出ライン30を介して取り出した第1反応混合物20から目的物であるプロピレンオキシドを回収するために、後処理工程(図示せず)にて他の成分を除去する。この後処理工程は、いずれの適当な処理であってもよく、例えば、最初にガス成分(窒素、水素および酸素)を系の圧力を減圧することによって除去する。過酸化水素につても同様に除去できる。プロピレンおよび溶媒は加圧下、蒸留によって除去することによってプロピレンオキシドを回収してよい。第2反応混合物は、組成が異なるが、第1反応混合物と実質的に同じ成分を含む。従って、図2に示すように、第2反応器12から第1反応器10に向かって戻す第2反応混合物の一部分を第2反応混合物系外取出ライン30’を介して取り出す場合であっても、取り出した第2反応混合物の一部分から、それに含まれている目的物であるプロピレンオキシドを回収できる。この回収には、上述の後処理工程と同様に、いずれの適当な処理によって実施してもよい。
As described above, the first reaction mixture 20 contains, in addition to propylene oxide, oxygen, hydrogen, and optionally present nitrogen, hydrogen peroxide, propylene, and a solvent as other components dissolved or dispersed therein. . Therefore, in order to recover the target propylene oxide from the first reaction mixture 20 taken out via the first reaction
上述の説明から容易に理解できるように、本発明のプロピレンオキシドの製造方法では、第2反応混合物を第1反応器10に戻すことを1つの特徴とする。そのような製造方法に使用できる本発明のプロピレンオキシドの製造装置は、リターンライン14を有する。即ち、本発明のプロピレンオキシドの製造装置は、
(A)溶媒中、パラジウム触媒の存在下、水素と酸素とを反応させて、過酸化水素を含んで成る第1反応混合物を生成する第1反応器、
(B)固体チタン触媒存在下、第1反応混合物とプロピレンとを反応させて、プロピレンオキシドを含んで成る第2反応混合物を生成する第2反応器、および
(C)第2反応混合物を第1反応器に戻すリターンライン
を有して成ることを特徴とする。
As can be easily understood from the above description, the propylene oxide production method of the present invention is characterized in that the second reaction mixture is returned to the
(A) a first reactor for reacting hydrogen and oxygen in a solvent in the presence of a palladium catalyst to produce a first reaction mixture comprising hydrogen peroxide;
(B) a second reactor that reacts the first reaction mixture with propylene in the presence of a solid titanium catalyst to form a second reaction mixture comprising propylene oxide; and (C) the second reaction mixture is first It is characterized by having a return line returning to the reactor.
上述のような本発明のプロピレンオキシドの製造方法では、過酸化水素を生成する第1反応工程を第1反応器において実施し、プロピレンオキシドを生成する第2反応工程を第2反応器で実施すると共に、第2反応混合物を第1反応器に戻すリターン工程を実施する結果、第2反応器に供給する第1反応混合物に含まれる過酸化水素の濃度が低い場合であっても、プロピレンオキシドを効率的に得ることが可能となる。 In the method for producing propylene oxide of the present invention as described above, the first reaction step for generating hydrogen peroxide is performed in the first reactor, and the second reaction step for generating propylene oxide is performed in the second reactor. In addition, as a result of performing the return step of returning the second reaction mixture to the first reactor, even when the concentration of hydrogen peroxide contained in the first reaction mixture supplied to the second reactor is low, propylene oxide is reduced. It can be obtained efficiently.
具体的には、物質収支に基づくと、リターン工程を実施する本発明のプロピレンオキシドの製造方法を以下のようにシュミレーションできる:
プロピレンオキシドは、実質的には第2反応器においてのみ生成する。10重量%のプロピレンオキシドを含む第2反応混合物を1kg/secで、図2に示すように、第2反応混合物系外取出ライン30’を介して系外へ取り出す場合、第2反応器にてプロピレンオキシドは0.1kg/secの速度で生成する必要がある。この生成速度は、1.7モル/secのプロピレンオキシドの生成速度に対応する。第2反応器に供給される過酸化水素の実質的に100%がプロピレンの酸化に使用されると仮定すると、1.7モル/secでプロピレンオキシドが生成するには、第2反応器に過酸化水素を1.7モル/secの割合で供給する必要がある。例えば、第1反応混合物を90kg/secの割合で供給する場合、この時の第1反応混合物中に含まれる過酸化水素の濃度は、0.064重量%(1.7×34/90000=0.00064)となる。即ち、第1反応混合物中の過酸化水素の濃度は0.1重量%以下でよいことになる。
Specifically, based on the mass balance, the process for producing propylene oxide of the present invention that performs the return step can be simulated as follows:
Propylene oxide is produced substantially only in the second reactor. When the second reaction mixture containing 10% by weight of propylene oxide is taken out at 1 kg / sec via the second reaction mixture system outtake
尚、リターン工程を実施しない場合、先と同様に、10重量%のプロピレンオキシドを含む第2反応混合物を1kg/secで系外へ取り出す場合、第2反応器にてプロピレンオキシドは0.1kg/sec、即ち、1.7モル/secの速度で生成する必要がある。この場合、物資収支に基づくと、第1反応混合物を0.9kg/secの割合で第2反応器に供給する必要がある。先と同様に、第2反応器に供給される過酸化水素の100%がプロピレンの酸化に使用されると仮定すると、1.7モル/secでプロピレンオキシドが生成するには、第2反応器に過酸化水素を1.7モル/secの割合で供給する必要がある。従って、第2反応器に供給される第1反応混合物中の過酸化水素濃度は6.4重量%(1.7×34/900=0.064)となる。 In the case where the return step is not performed, similarly to the above, when taking out the second reaction mixture containing 10% by weight of propylene oxide out of the system at 1 kg / sec, propylene oxide is 0.1 kg / sec in the second reactor. It is necessary to produce at a rate of sec, that is, 1.7 mol / sec. In this case, based on the material balance, it is necessary to supply the first reaction mixture to the second reactor at a rate of 0.9 kg / sec. As before, assuming that 100% of the hydrogen peroxide fed to the second reactor is used for propylene oxidation, to produce propylene oxide at 1.7 mol / sec, the second reactor It is necessary to supply hydrogen peroxide at a rate of 1.7 mol / sec. Therefore, the hydrogen peroxide concentration in the first reaction mixture supplied to the second reactor is 6.4% by weight (1.7 × 34/900 = 0.064).
即ち、リターン工程を実施しない場合、リターン工程を実施する場合と比較して、第1反応混合物中の過酸化水素の濃度を相当高くする必要があることになる。 That is, when the return step is not performed, the concentration of hydrogen peroxide in the first reaction mixture needs to be considerably higher than when the return step is performed.
10…第1反応器、10−1…第1ユニット反応器、10−2…第2ユニット反応器、
10−3…第3ユニット反応器、12…第2反応器、12−1…第1ユニット反応器、
12−2…第2ユニット反応器、12−3…第3ユニット反応器、
14…リターンライン、16…溶媒、18…混合ガス、
18−1,18−2…原料追加ライン、20…第1反応混合物、
22…第1反応混合物ライン、22−1,22−2…接続ライン、
23−1,23−2…接続ライン、24…フィルター、26…プロピレン、
26−1,26−2…プロピレン追加ライン、28…溶媒メイクアップ、
30…第1反応混合物系外取出ライン、30’…第2反応混合物系外取出ライン、
32…フィルター、 40…供給ライン、42,44…循環ライン、
46…循環ライン。
10 ... 1st reactor, 10-1 ... 1st unit reactor, 10-2 ... 2nd unit reactor,
10-3 ... 3rd unit reactor, 12 ... 2nd reactor, 12-1 ... 1st unit reactor,
12-2 ... 2nd unit reactor, 12-3 ... 3rd unit reactor,
14 ... return line, 16 ... solvent, 18 ... mixed gas,
18-1, 18-2 ... Raw material addition line, 20 ... first reaction mixture,
22 ... 1st reaction mixture line, 22-1, 22-2 ... Connection line,
23-1, 23-2 ... connecting line, 24 ... filter, 26 ... propylene,
26-1, 26-2 ... Propylene addition line, 28 ... Solvent make-up,
30 ... First reaction mixture system out-take line, 30 '... Second reaction mixture system out-take line,
32 ... Filter, 40 ... Supply line, 42, 44 ... Circulation line,
46 ... circulation line.
Claims (19)
(1)第1反応器において、溶媒中、パラジウム触媒の存在下、水素と酸素とを反応させて過酸化水素を含んで成る第1反応混合物を得る第1反応工程、
(2)第2反応器において、固体チタン触媒存在下、第1反応混合物とプロピレンとを反応させて、プロピレンオキシドを含んで成る第2反応混合物を得る第2反応工程、および
(3)第2反応混合物を第1反応器に戻すリターン工程
を含んで成り、工程(1)〜(3)を繰り返すことを特徴とするプロピレンオキシドの製造方法。 A method for producing propylene oxide, comprising:
(1) a first reaction step in which in a first reactor, hydrogen and oxygen are reacted in a solvent in the presence of a palladium catalyst to obtain a first reaction mixture containing hydrogen peroxide;
(2) a second reaction step in which a first reaction mixture and propylene are reacted in the second reactor in the presence of a solid titanium catalyst to obtain a second reaction mixture containing propylene oxide; and (3) a second A method for producing propylene oxide, comprising a return step of returning the reaction mixture to the first reactor, wherein steps (1) to (3) are repeated.
(B)固体チタン触媒存在下、第1反応混合物とプロピレンとを反応させて、プロピレンオキシドを含んで成る第2反応混合物を生成する第2反応器、および
(C)第2反応混合物を第1反応器に戻すリターンライン
を有して成ることを特徴とするプロピレンオキシドの製造装置。 (A) a first reactor for reacting hydrogen and oxygen in a solvent in the presence of a palladium catalyst to produce a first reaction mixture comprising hydrogen peroxide;
(B) a second reactor that reacts the first reaction mixture with propylene in the presence of a solid titanium catalyst to form a second reaction mixture comprising propylene oxide; and (C) the second reaction mixture is first An apparatus for producing propylene oxide, comprising a return line returning to the reactor.
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