JP2013121946A - Method and apparatus for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol - Google Patents

Method and apparatus for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol Download PDF

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Hideji Akihara
秀治 秋原
Ken Oyauchi
健 大谷内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus for producing a raw material of methacrylic resin efficiently from isobutanol.SOLUTION: This invention relates to: a method and apparatus for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol, characterized by dehydrating and oxidizing the isobutanol by passing at least the isobutanol through a fixed-bed reaction device filled with a dehydration catalyst and an oxidation catalyst at a previous step and at a subsequent step, respectively; and an apparatus for producing the methacrolein and methacrylic acid, including the fixed-bed reaction device that is filled with the dehydration catalyst and the oxidation catalyst at the previous step and at the subsequent step, respectively, and dehydrates and oxidizes the isobutanol.

Description

本発明は、イソブタノール、特にバイオマス由来のイソブタノールからメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法並びにその製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol, particularly biomass-derived isobutanol, and a production apparatus therefor.

従来のプラスチックの大半は、石油を原料としている。しかし、近年は石油の枯渇が懸念され、また燃焼させた際に発生するCO2は地球温暖化の原因となる。そこで近年、石油の代替品として、カーボンニュートラルと言われるバイオマス由来の化学品が期待されている。 Most conventional plastics are made from petroleum. However, in recent years, there is a concern about the depletion of oil, and CO 2 generated when burnt causes global warming. In recent years, therefore, a biomass-derived chemical called carbon neutral has been expected as an alternative to petroleum.

一方、プラスチックの一種であるメタクリル樹脂は、透明性、耐候性等の特性に優れ、様々な用途に用いられている。このメタクリル樹脂の原料であるメタクリル酸メチルの原料となるメタクロレインやメタクリル酸を製造する方法の一つとして、t−ブタノールやイソブチレンを原料とする接触気相酸化法がある。   On the other hand, a methacrylic resin which is a kind of plastic is excellent in properties such as transparency and weather resistance, and is used in various applications. One method for producing methacrolein or methacrylic acid, which is a raw material of methyl methacrylate, which is a raw material of this methacrylic resin, is a catalytic gas phase oxidation method using t-butanol or isobutylene as a raw material.

そして、メタクリル樹脂に使用する原料を製造する為の方法としては、従来より様々な方法が知られている。例えば特許文献1及び特許文献2には、ブテン類からt−ブタノール(第3級ブタノール)を製造する方法が記載されている。また特許文献3には、t−ブタノールからメタクロレインを製造する方法が記載されている。また特許文献4には、イソブチレンからメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法が記載されている。非特許文献1には、イソブタノールからイソブチレンを合成する方法が記載されている。さらに、特許文献5には、イソブタノールからメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法が記載されている。   And various methods are conventionally known as a method for manufacturing the raw material used for a methacryl resin. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a method for producing t-butanol (tertiary butanol) from butenes. Patent Document 3 describes a method for producing methacrolein from t-butanol. Patent Document 4 describes a method for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutylene. Non-Patent Document 1 describes a method of synthesizing isobutylene from isobutanol. Furthermore, Patent Document 5 describes a method for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol.

国際公開第99/33775号International Publication No. 99/33775 特開2000−44502号公報JP 2000-44502 A 特開昭48−32814号公報JP-A 48-32814 特開昭50−13308号公報Japanese Patent Laid-Open No. 50-13308 特開昭61−30538号公報JP 61-30538 A

Topics inCatalysis(2010)53,1224−1230Topics in Catalysis (2010) 53, 1224-1230

しかしながら、以上説明した特許文献1から4のメタクリル樹脂原料を製造する為の従来の方法は、何れも石油由来の化学品を出発物質として想定した方法である。すなわち、バイオマス由来の化学品を出発物質とした場合の特有の課題については何も考慮されていない。   However, all of the conventional methods for producing the methacrylic resin raw materials described in Patent Documents 1 to 4 described above are methods assuming a chemical derived from petroleum as a starting material. In other words, no consideration is given to the specific problems when using a biomass-derived chemical as a starting material.

t−ブタノールは現状の発酵法では直接製造されないがイソブタノールは発酵法でも得ることができるが、イソブタノールからメタクリル樹脂原料を製造する為には、非特許文献1の方法では、別途イソブタノールの脱水工程を設ける必要がある。また、特許文献5に記載されている方法を用いるとイソブタノールの脱水工程を設ける必要はないが、目的生成物に対する選択率が非常に低い。したがって、バイオマス由来の化学品を出発物質としてメタクリル樹脂原料を効率的に製造する為には、従来技術をそのまま適用するのは困難である。   Although t-butanol is not directly produced by the current fermentation method, isobutanol can also be obtained by the fermentation method. However, in order to produce a methacrylic resin raw material from isobutanol, in the method of Non-Patent Document 1, isobutanol is separately produced. It is necessary to provide a dehydration step. Further, when the method described in Patent Document 5 is used, it is not necessary to provide a dehydration step of isobutanol, but the selectivity for the target product is very low. Therefore, in order to efficiently produce a methacrylic resin raw material using a biomass-derived chemical as a starting material, it is difficult to apply the conventional technology as it is.

本発明は、そのような課題を解決すべくなされたものである。すなわち本発明の目的は、イソブタノールから効率的にメタクロレイン及びメタクリル酸を製造できる方法及び装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of efficiently producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol.

本発明は、イソブタノールからメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法において、前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填した固定床反応器に、少なくともイソブタノールを通過させることを特徴とするメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法である。   The present invention provides a process for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol, wherein at least isobutanol is passed through a fixed bed reactor filled with a dehydration catalyst in the front stage and an oxidation catalyst in the back stage. A method for producing methacrylic acid.

さらに本発明は、前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填したイソブタノールを脱水及び酸化する固定床反応器を有することを特徴とするメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する装置である。   Furthermore, the present invention is an apparatus for producing methacrolein and methacrylic acid, comprising a fixed bed reactor for dehydrating and oxidizing isobutanol filled with a dehydration catalyst in the front stage and an oxidation catalyst in the back stage.

本発明によれば、イソブタノールから効率的にメタクロレイン及びメタクリル酸を製造できる方法及び装置を提供できる。また本発明は、従来のプラント設備を改造せずにそのまま転用して、メタクリル樹脂原料を製造することもできるので、設備コストの点でも有利である。さらに本発明は、特にバイオマス由来のイソブタノールを出発原料として効率的に反応を行うことができ、環境保護の面からも非常に有用である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method and apparatus which can manufacture methacrolein and methacrylic acid efficiently from isobutanol can be provided. The present invention can also be used as it is without modifying the conventional plant equipment to produce a methacrylic resin raw material, which is advantageous in terms of equipment cost. Furthermore, the present invention is particularly useful from the standpoint of environmental protection, since it is possible to carry out the reaction efficiently using isobutanol derived from biomass as a starting material.

本発明においては、イソブタノールを脱水及び酸化することにより、メタクロレイン及びメタクリル酸を製造する。この反応は、前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填した固定床反応器に少なくともイソブタノールを通過させることにより行う。   In the present invention, methacrolein and methacrylic acid are produced by dehydrating and oxidizing isobutanol. This reaction is carried out by passing at least isobutanol through a fixed bed reactor filled with a dehydration catalyst in the front stage and an oxidation catalyst in the rear stage.

出発原料として用いるイソブタノールは特に限定されない。だたし、本発明では、特にバイオマス由来のイソブタノールを用いることが環境保護の面から好ましい。バイオマス由来のイソブタノールとは、例えば、トウモロコシ等の植物バイオマスの発酵性糖を用い、その発酵プロセスを経て得られた有機化合物から精製したものである。このようなバイオマス由来のイソブタノールは、市販品として入手することもできる。   The isobutanol used as a starting material is not particularly limited. However, in the present invention, it is particularly preferable to use biomass-derived isobutanol from the viewpoint of environmental protection. The biomass-derived isobutanol is purified from an organic compound obtained through a fermentation process using fermentable sugar of plant biomass such as corn. Such biomass-derived isobutanol can also be obtained as a commercial product.

原料であるイソブタノールを固定床反応器へ供給する場合、水と共に供給することができる。水分濃度は、固定床反応器後段の入口の組成、すなわちイソブタノール脱水反応後の組成として、0.5質量%から30質量%存在することが好ましい。多すぎても、少なすぎても次の酸化反応における収率が低下する。また過剰な水は有効成分回収時のエネルギー負荷増加の一因となる。   When isobutanol as a raw material is supplied to a fixed bed reactor, it can be supplied together with water. The water concentration is preferably 0.5% by mass to 30% by mass as the composition at the inlet of the latter stage of the fixed bed reactor, that is, the composition after the isobutanol dehydration reaction. If it is too much or too little, the yield in the next oxidation reaction is lowered. Excess water also contributes to an increase in energy load during active ingredient recovery.

原料は蒸発させて固定床反応器へ供給することが好ましく、蒸発させるための蒸発器としては、ジャケット型、自然循環式水平管型、自然循環式浸管型、自然循環式垂直短管型、垂直長管上昇膜型、水平管下降膜型、強制循環式水平管型、強制循環式垂直管型、またコイル型など、特に限定されない。   It is preferable to evaporate the raw material and supply it to the fixed bed reactor. As an evaporator for evaporating, a jacket type, a natural circulation type horizontal pipe type, a natural circulation type submerged pipe type, a natural circulation type vertical short pipe type, There is no particular limitation such as a vertical long pipe rising film type, a horizontal pipe falling film type, a forced circulation horizontal pipe type, a forced circulation vertical pipe type, and a coil type.

イソブタノール/水の共沸組成を考慮すると、原料ロスを防ぎ、また水分濃度調整のため、自然循環式水平管型や自然循環式垂直短管型等のケトル型蒸発器が好ましい。   Considering the azeotropic composition of isobutanol / water, a kettle type evaporator such as a natural circulation type horizontal tube type or a natural circulation type vertical short tube type is preferable for preventing raw material loss and adjusting the water concentration.

また、原料水の供給源、供給装置には特に制約はないが、水はイソブタノールとは別に単独に蒸発させることが好ましく、蒸発後に別途蒸発させたイソブタノールと混合して固定床反応器へ供給することが好ましい。その場合、イソブタノール用蒸発器に水を添加することなく、蒸発させることが好ましい。   There are no particular restrictions on the raw water supply source and supply device, but it is preferable to evaporate water separately from isobutanol, and after mixing it is mixed with isobutanol separately evaporated to a fixed bed reactor. It is preferable to supply. In that case, it is preferable to evaporate without adding water to the evaporator for isobutanol.

イソブタノールは、接触気相酸化法によるメタクロレインの製造において用いられる他の原料、例えばイソブチレン、t−ブタノール、メチル第3級ブチルエーテルなどと併用することができる。   Isobutanol can be used in combination with other raw materials used in the production of methacrolein by the catalytic gas phase oxidation method, for example, isobutylene, t-butanol, methyl tertiary butyl ether and the like.

t−ブタノールは、イソブチレンの水和反応により合成され、その後蒸留精製により得られ、水との共沸組成で得られる場合が多い。   In many cases, t-butanol is synthesized by a hydration reaction of isobutylene, then obtained by distillation purification, and obtained in an azeotropic composition with water.

イソブタノールと同じアルコール成分であるt−ブタノールとを併用する場合、蒸発器としては、例えば、棚段、充填塔タイプで、原料アルコール、原料水の供給口、蒸発した原料抜き出し口と釜液抜き出し口を備え、加熱装置としてリボイラーを備えているものを用いることができる。また、必要に応じて各原料の予熱器、蒸発した原料のスーパーヒーターを備えてもよい。   When t-butanol, which is the same alcohol component as isobutanol, is used in combination, the evaporator is, for example, a shelf, packed tower type, raw alcohol, raw water supply port, evaporated raw material extraction port and kettle liquid extraction A device having a mouth and a reboiler as a heating device can be used. Moreover, you may provide the preheater of each raw material and the super heater of the evaporated raw material as needed.

1つの蒸発器を用いて、イソブタノールとt−ブタノールを蒸発させる場合、式(1)で定義される原料水と混合アルコールの供給比率は、質量比で0.05以上が好ましく、0.5以下が好ましい。0.05より小さいと原料イソブタノールが釜液に混入し、ロスとなる。また、0.5より大きくなると釜から排出される排水が増加する。   When isobutanol and t-butanol are evaporated using one evaporator, the feed ratio of the raw water and the mixed alcohol defined by the formula (1) is preferably 0.05 or more by mass ratio, The following is preferred. If it is less than 0.05, the raw material isobutanol is mixed into the pot liquid, resulting in a loss. Moreover, when it becomes larger than 0.5, the waste water discharged | emitted from a kettle will increase.

原料水と混合アルコールの供給比率=(蒸発器へ供給される水の質量流量)/(蒸発器へ供給される混合アルコールの質量流量) ・・・・・(1)
また、式(2)で定義される混合アルコール中のイソブタノール比率は、質量基準で0を超えて、0.4以下が好ましい。混合比率が0.4より大きくなると、釜から排出される排水が増加する。
Supply ratio of raw water and mixed alcohol = (mass flow rate of water supplied to the evaporator) / (mass flow rate of mixed alcohol supplied to the evaporator) (1)
Moreover, the isobutanol ratio in the mixed alcohol defined by the formula (2) is more than 0 and preferably 0.4 or less on a mass basis. When the mixing ratio is greater than 0.4, the amount of waste water discharged from the kettle increases.

混合アルコール中のイソブタノール比率=(蒸発器へ供給されるイソブタノールの質量流量)/[(蒸発器へ供給されるイソブタノールの質量流量)+(蒸発器へ供給されるt−ブタノールの質量流量)] ・・・・・(2)
複数の蒸発器を用いて、イソブタノールとt−ブタノールを別々に蒸発させる場合は、水は単独で蒸発させたり、t−ブタノールと共に蒸発させたりすることが好ましい。
Ratio of isobutanol in mixed alcohol = (mass flow rate of isobutanol supplied to the evaporator) / [(mass flow rate of isobutanol supplied to the evaporator) + (mass flow rate of t-butanol supplied to the evaporator) ]] (2)
When isobutanol and t-butanol are evaporated separately using a plurality of evaporators, it is preferable to evaporate water alone or together with t-butanol.

イソブタノール及びt−ブタノールが脱水及び酸化することによって、効率良くメタクロレイン及びメタクリル酸を得ることができる。   As isobutanol and t-butanol are dehydrated and oxidized, methacrolein and methacrylic acid can be obtained efficiently.

前段のイソブタノールの脱水反応は、従来より知られる方法に従い行えば良い。特に、酸触媒等の脱水触媒を用いて行うことが好ましい。この酸触媒の具体例としては、アルミナ、シリカアルミナ、固体リン酸、チタニア、ジルコニアが挙げられる。これらの一種又は二種以上を併用した酸触媒を用いることによって、イソブタノールの脱水反応を良好に行うことができる。後段の酸化反応も、従来より知られる方法に従い行えば良い。酸化触媒の具体例としては、触媒成分として少なくともモリブデン、ビスマス及び鉄を含むものであって、下記一般式(3)で示される組成のものが好ましい。   The isobutanol dehydration reaction in the previous stage may be performed according to a conventionally known method. In particular, it is preferable to use a dehydration catalyst such as an acid catalyst. Specific examples of the acid catalyst include alumina, silica alumina, solid phosphoric acid, titania, and zirconia. By using an acid catalyst in which one or two or more of these are used in combination, the dehydration reaction of isobutanol can be favorably performed. The subsequent oxidation reaction may be performed according to a conventionally known method. As a specific example of the oxidation catalyst, a catalyst component containing at least molybdenum, bismuth and iron as catalyst components and having a composition represented by the following general formula (3) is preferable.

Moa Bib Fecdefg Sihi ・・・・・(3)
(式中、Mo、Bi、Fe、Si及びOはそれぞれモリブデン、ビスマス、鉄、ケイ素及び酸素を示す。Mはコバルト及びニッケルから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。Xはクロム、鉛、マンガン、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、銀、バリウム、スズ、タンタル及び亜鉛から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。Yはリン、ホウ素、硫黄、セレン、テルル、セリウム、タングステン、アンチモン及びチタンから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。Zはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。a、b、c、d、e、f、g、h及びiは各元素の原子比率を表し、a=12のときb=0.01〜3、c=0.01〜5、d=1〜12、e=0〜8、f=0〜5、g=0.001〜2及びh=0〜20であり、iは前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素原子比率である。)
酸化触媒は、触媒成分として少なくともモリブデン、ビスマス及び鉄を含む酸化物であることが好ましい。触媒成分としては、他に、ケイ素、コバルト、ニッケル、クロム、鉛、マンガン、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、銀、バリウム、スズ、タンタル、亜鉛、リン、ホウ素、硫黄、セレン、テルル、セリウム、タングステン、アンチモン、チタン、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム等を含んでいてもよい。
Mo a Bi b Fe c M d X e Y f Z g Si h O i (3)
(In the formula, Mo, Bi, Fe, Si and O represent molybdenum, bismuth, iron, silicon and oxygen, respectively. M represents at least one element selected from cobalt and nickel. X represents chromium, lead and manganese. Represents at least one element selected from calcium, magnesium, niobium, silver, barium, tin, tantalum and zinc, and Y represents at least selected from phosphorus, boron, sulfur, selenium, tellurium, cerium, tungsten, antimony and titanium. Z represents at least one element selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and thallium, a, b, c, d, e, f, g, h and i are each Represents the atomic ratio of the elements. When a = 12, b = 0.01-3, c = 0.01-5, d = 1-12, e = 0-8, f 0 to 5, g = a 0.001 and h = 0 to 20, i is an oxygen atom ratio required for satisfying the valency of each component.)
The oxidation catalyst is preferably an oxide containing at least molybdenum, bismuth and iron as catalyst components. Other catalyst components include silicon, cobalt, nickel, chromium, lead, manganese, calcium, magnesium, niobium, silver, barium, tin, tantalum, zinc, phosphorus, boron, sulfur, selenium, tellurium, cerium, tungsten, It may contain antimony, titanium, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, thallium and the like.

このような少なくともモリブデン、ビスマスおよび鉄を含む酸化触媒は、一般に[1]触媒成分を含む粒子を製造する工程と、[2]乾燥及び/又は熱処理する工程を経て製造される。   Such an oxidation catalyst containing at least molybdenum, bismuth and iron is generally produced through [1] a step of producing particles containing a catalyst component and [2] a step of drying and / or heat treatment.

[1]の工程は特に限定されず、従来公知の種々の方法が適用できる。通常、少なくともモリブデン、ビスマス、鉄を含む水性スラリーを乾燥し、必要に応じてさらに粉砕して粒子状にする。この水性スラリーを製造する方法は特に限定されず、成分の著しい偏在を伴わない限り、従来からよく知られている沈殿法、酸化物混合法等の種々の方法を用いることができる。   The process [1] is not particularly limited, and various conventionally known methods can be applied. Usually, an aqueous slurry containing at least molybdenum, bismuth, and iron is dried and further pulverized into particles as necessary. The method for producing this aqueous slurry is not particularly limited, and various methods such as a well-known precipitation method and oxide mixing method can be used as long as there is no significant uneven distribution of components.

水性スラリーに溶解する触媒成分の原料としては、各元素の酸化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、アンモニウム塩、ハロゲン化物等を使用することができる。例えば、モリブデン原料としてはパラモリブデン酸アンモニウム、三酸化モリブデン等が挙げられる。触媒成分の原料は、各元素に対して1種を用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As raw materials for the catalyst component dissolved in the aqueous slurry, oxides, sulfates, nitrates, carbonates, hydroxides, ammonium salts, halides, and the like of each element can be used. For example, examples of the molybdenum raw material include ammonium paramolybdate and molybdenum trioxide. The raw material of the catalyst component may be used alone or in combination of two or more for each element.

[2]の工程において、水性スラリーを乾燥して粒子状にする方法は特に限定されず、例えば、スプレー乾燥機を用いて乾燥する方法、スラリードライヤーを用いて乾燥する方法、ドラムドライヤーを用いて乾燥する方法、蒸発乾固して塊状の乾燥物を粉砕する方法等が適用できる。これらの中では、乾燥と同時に粒子が得られること、得られる粒子の形状が整った球形であることから、スプレー乾燥機を用いて乾燥球状粒子を得る方法が好ましい。乾燥条件は乾燥方法により異なるが、スプレー乾燥機を用いる場合、入口温度は通常100〜500℃、出口温度は通常100℃以上で好ましくは105〜200℃である。   In the step [2], the method of drying the aqueous slurry to form particles is not particularly limited. For example, a method of drying using a spray dryer, a method of drying using a slurry dryer, or a drum dryer. A drying method, a method of pulverizing a lump-like dried product by evaporation to dryness, and the like can be applied. Among these, a method of obtaining dry spherical particles using a spray dryer is preferable because particles can be obtained simultaneously with drying and the obtained particles have a spherical shape. Although the drying conditions vary depending on the drying method, when a spray dryer is used, the inlet temperature is usually 100 to 500 ° C, and the outlet temperature is usually 100 ° C or higher, preferably 105 to 200 ° C.

このようにして得られた乾燥粒子は、触媒原料等に由来する硝酸等の塩を含んでいることがあり、これらの塩を粒子の成形後に焼成により分解すると成形品の強度が低下する恐れがある。このため、粒子は乾燥するだけでなく、この時点で焼成して焼成粒子としておくことが好ましい。焼成条件は特に限定されず、公知の焼成条件を適用することができる。通常、焼成は、酸素、空気、窒素、窒素酸化物等の存在下、200〜600℃の温度範囲で行われ、焼成時間は目的とする触媒によって適宜選択される。   The dried particles obtained in this way may contain a salt such as nitric acid derived from the catalyst raw material, etc., and if these salts are decomposed by firing after the molding of the particles, the strength of the molded product may be reduced. is there. For this reason, it is preferable that the particles are not only dried but also fired at this point to form fired particles. The firing conditions are not particularly limited, and known firing conditions can be applied. Usually, calcination is performed in the temperature range of 200 to 600 ° C. in the presence of oxygen, air, nitrogen, nitrogen oxides, etc., and the calcination time is appropriately selected depending on the target catalyst.

原料ガス中のイソブタノールの濃度は、広い範囲で変えることができるが、1〜20容量%が好ましい。分子状酸素源としては空気を用いることが経済的であるが、必要ならば純酸素で富化した空気等も用いうる。原料ガス中の反応原料と酸素のモル比(容量比)は1:0.5〜1:3の範囲が好ましい。原料ガスは反応原料と分子状酸素以外に水を含んでいることが好ましく、また窒素、二酸化炭素等の不活性ガスで希釈して用いることが好ましい。原料ガス中の水分濃度は、1〜45容量%が好ましい。反応圧力は常圧から数100kPaまでが好ましい。反応温度は通常200〜450℃の範囲で選ぶことができるが、特に250〜400℃の範囲が好ましい。また、接触時間は1.5〜15秒が好ましい。   The concentration of isobutanol in the raw material gas can be varied within a wide range, but is preferably 1 to 20% by volume. Although it is economical to use air as the molecular oxygen source, air or the like enriched with pure oxygen can be used if necessary. The molar ratio (volume ratio) of the reaction raw material and oxygen in the raw material gas is preferably in the range of 1: 0.5 to 1: 3. The raw material gas preferably contains water in addition to the reaction raw material and molecular oxygen, and is preferably diluted with an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide. The water concentration in the raw material gas is preferably 1 to 45% by volume. The reaction pressure is preferably from normal pressure to several hundred kPa. The reaction temperature can usually be selected in the range of 200 to 450 ° C, but the range of 250 to 400 ° C is particularly preferable. The contact time is preferably 1.5 to 15 seconds.

このような方法に用いる装置は、前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填した固定床反応器を有し、この固定床反応器に少なくともイソブタノールを通過させることにより脱水及び酸化反応を行い、その反応生成物であるメタクロレイン及びメタクリル酸を取り出すことができる装置であれば良い。固定床の構造は従来の装置と同様のもので良い。本発明においては、イソブタノールを脱水及び酸化することにより、直接、メタクロレイン及びメタクリル酸を製造するので、イソブタノールの脱水工程が不要である。したがって、単独のイソブタノール脱水によるイソブチレン製造装置を新たに追加することも不要である。それ故に、例えば、t−ブタノールの脱水及び酸化反応によってメタクロレイン及びメタクリル酸を製造していた従来のプラント設備を、改造せずにそのまま転用して、イソブタノールからメタクリル樹脂原料を製造することもできる。このように、本発明は設備コストの点でも有利である。   The apparatus used in such a method has a fixed bed reactor filled with a dehydration catalyst in the front stage and an oxidation catalyst in the rear stage, and performs dehydration and oxidation reaction by passing at least isobutanol through the fixed bed reactor, Any apparatus that can extract the reaction products methacrolein and methacrylic acid may be used. The structure of the fixed floor may be the same as that of the conventional apparatus. In the present invention, since methacrolein and methacrylic acid are directly produced by dehydrating and oxidizing isobutanol, the isobutanol dehydrating step is unnecessary. Therefore, it is not necessary to newly add an isobutylene production apparatus by single isobutanol dehydration. Therefore, for example, the conventional plant equipment that produced methacrolein and methacrylic acid by dehydration and oxidation reaction of t-butanol can be used as it is without remodeling to produce a methacrylic resin raw material from isobutanol. it can. Thus, the present invention is advantageous in terms of equipment cost.

以上の方法に従って脱水及び酸化した反応生成物中では、イソブタノールの多くがメタクロレインに転化し、またその一部がメタクリル酸に転化している。その両者の転化率は、反応条件や触媒の種類により適宜調整すれば良い。   In the reaction product dehydrated and oxidized according to the above method, most of isobutanol is converted to methacrolein, and a part thereof is converted to methacrylic acid. The conversion of both may be adjusted as appropriate depending on the reaction conditions and the type of catalyst.

メタクロレインは、メタクリル酸の原料として有用である。例えば、メタクロレインと分子状酸素を含む気体(空気等)を接触気相酸化反応させることにより、メタクリル酸を得ることができる。そして、メタクリル酸とメタノールとのエステル化反応により、メタクリル樹脂原料のひとつであるメタクリル酸メチルが得られる。メタクリル酸メチルを重合することにより、メタクリル樹脂を得ることができる。   Methacrolein is useful as a raw material for methacrylic acid. For example, methacrylic acid can be obtained by catalytic gas phase oxidation reaction of gas (such as air) containing methacrolein and molecular oxygen. And the methyl methacrylate which is one of the methacrylic resin raw materials is obtained by esterification reaction of methacrylic acid and methanol. A methacrylic resin can be obtained by polymerizing methyl methacrylate.

以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。以下の記載中、「部」は質量部を意味する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the following description, “parts” means parts by mass.

原料及び生成物の分析はガスクロマトグラフィーを用いて行った。イソブタノールの反応率、生成するイソブチレン、メタクロレイン及びメタクリル酸の選択率はそれぞれ以下のように定義される。   Analysis of raw materials and products was performed using gas chromatography. The reaction rate of isobutanol and the selectivity of isobutylene to be produced, methacrolein and methacrylic acid are respectively defined as follows.

イソブタノールの反応率(%)=(反応したイソブタノールのモル数)/(供給したイソブタノールのモル数)×100
イソブチレンの選択率(%)=(生成したイソブチレンのモル数)/(供給したイソブタノールのモル数)×100
メタクロレインの選択率(%)=(生成したメタクロレインのモル数)/(供給したイソブタノールのモル数)×100
メタクリル酸の選択率(%)=(生成したメタクリル酸のモル数)/(供給したイソブタノールのモル数)×100
(実施例1)
前段に脱水触媒として市販のアルミナ(AL3992E・三つ葉型・BASF製)1.5部を、後段に酸化触媒7.0部を充填した固定床反応器を用いて340℃に保ち、イソブタノール5容量%、酸素14容量%、窒素81容量%からなる混合ガスを空間速度0.30s-1で送入し反応させて、メタクロレイン及びメタクリル酸を得た。結果を表1に示す。
Reaction rate of isobutanol (%) = (mol number of reacted isobutanol) / (mol number of supplied isobutanol) × 100
Isobutylene selectivity (%) = (number of moles of isobutylene produced) / (number of moles of isobutanol supplied) × 100
Selectivity of methacrolein (%) = (number of moles of methacrolein produced) / (number of moles of isobutanol supplied) × 100
Selectivity of methacrylic acid (%) = (number of moles of methacrylic acid produced) / (number of moles of supplied isobutanol) × 100
Example 1
Using a fixed bed reactor filled with 1.5 parts of commercially available alumina (AL3992E, trefoil type, manufactured by BASF) as the dehydration catalyst in the front stage and 7.0 parts of the oxidation catalyst in the back stage, the isobutanol is 5 volumes. %, Oxygen 14 volume%, and nitrogen 81 volume% were fed at a space velocity of 0.30 s −1 and reacted to obtain methacrolein and methacrylic acid. The results are shown in Table 1.

なお、本実施例で使用した酸化触媒は、具体的には次の方法で調製したものである。純水1000部にパラモリブデン酸アンモニウム500部、パラタングステン酸アンモニウム6.2部、硝酸カリウム1.4部、三酸化アンチモン27.5部及び三酸化ビスマス49.5部を加え加熱攪拌してA液とした。一方、これとは別に、純水1000部に硝酸第二鉄114.4部、硝酸コバルト281.6部及び硝酸亜鉛42.1部を順次加え溶解してB液とした。A液にB液を加えて水性スラリーとし、この水性スラリーを80℃で1時間熟成した後、水の大部分を蒸発させた。得られたケーキ状物質を120℃で乾燥させた後、空気雰囲気下300℃で1時間焼成を行い、破砕した。その後、加圧成型したものを破砕し、この破砕粒子のうち、目開き2.36mmの篩を通過し、かつ目開き0.71mmの篩を通過しないものを得た。こうして分級された特定の大きさの粒子を再び空気雰囲気下510℃で3時間熱処理したものを触媒として用いた。得られた触媒の酸素以外の触媒組成は、Mo120.1Bi0.9Fe1.2Sb0.8Co4.1Zn0.60.06であった。 The oxidation catalyst used in this example was specifically prepared by the following method. Add 500 parts of ammonium paramolybdate, 6.2 parts of ammonium paratungstate, 1.4 parts of potassium nitrate, 27.5 parts of antimony trioxide and 49.5 parts of bismuth trioxide to 1000 parts of pure water, and heat and stir. It was. Separately, 114.4 parts of ferric nitrate, 281.6 parts of cobalt nitrate and 42.1 parts of zinc nitrate were sequentially added and dissolved in 1000 parts of pure water to obtain a liquid B. Liquid B was added to liquid A to form an aqueous slurry. This aqueous slurry was aged at 80 ° C. for 1 hour, and then most of the water was evaporated. The obtained cake-like substance was dried at 120 ° C. and then fired at 300 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to be crushed. Thereafter, the pressure-molded product was crushed, and among the crushed particles, a particle that passed through a sieve having an aperture of 2.36 mm and not passed through a sieve having an aperture of 0.71 mm was obtained. Particles of a specific size thus classified were again heat-treated at 510 ° C. for 3 hours in an air atmosphere, and used as a catalyst. The catalyst composition other than oxygen of the obtained catalyst was Mo 12 W 0.1 Bi 0.9 Fe 1.2 Sb 0.8 Co 4.1 Zn 0.6 K 0.06 .

(実施例2)
固定床反応器の後段に充填する酸化触媒の量を10.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてメタクロレイン及びメタクリル酸を得た。結果を表1に示す。
(Example 2)
Methacrolein and methacrylic acid were obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the oxidation catalyst charged in the latter stage of the fixed bed reactor was changed to 10.0 parts. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
酸化触媒7.0部のみを充填した固定床反応器を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてメタクロレイン及びメタクリル酸を得ようとした。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
An attempt was made to obtain methacrolein and methacrylic acid in the same manner as in Example 1 except that a fixed bed reactor charged with only 7.0 parts of the oxidation catalyst was used. The results are shown in Table 1.

Figure 2013121946
Figure 2013121946

[評価]
表1に示す通り、実施例1は、前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填した固定床反応器を用いる方法なので、メタクロレインの選択率が高かった。
[Evaluation]
As shown in Table 1, Example 1 was a method using a fixed bed reactor in which a dehydration catalyst was packed in the front stage and an oxidation catalyst was packed in the rear stage, so that the selectivity of methacrolein was high.

一方、比較例1は、酸化触媒のみを充填した固定床反応器を用いる方法なので、メタクロレインの選択率が低く、またメタクリル酸は得られなかった。   On the other hand, since Comparative Example 1 uses a fixed bed reactor filled with only an oxidation catalyst, the selectivity of methacrolein was low and methacrylic acid was not obtained.

本発明は、メタクリル樹脂の原料であるメタクロレインやメタクリル酸を効率的に製造する方法として有用である。そしてメタクリル樹脂は、透明性、耐候性等の特性に優れているので、例えば、看板、照明器具のカバー、水族館の水槽、最近ではLED液晶テレビの導光板など多くの用途に好適に用いることができる。   The present invention is useful as a method for efficiently producing methacrolein and methacrylic acid, which are raw materials for methacrylic resins. And since methacrylic resin is excellent in properties such as transparency and weather resistance, it can be suitably used for many applications such as signboards, covers for lighting fixtures, aquarium tanks, and recently LED light guide plates for LED liquid crystal televisions. it can.

Claims (9)

イソブタノールからメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法において、
前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填した固定床反応器に、少なくともイソブタノールを通過させることを特徴とするメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する方法。
In a process for producing methacrolein and methacrylic acid from isobutanol,
A method for producing methacrolein and methacrylic acid, wherein at least isobutanol is passed through a fixed bed reactor filled with a dehydration catalyst in the front stage and an oxidation catalyst in the rear stage.
前段の脱水触媒が、酸触媒である請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the dehydration catalyst in the previous stage is an acid catalyst. 酸触媒が、アルミナ、シリカアルミナ、固体リン酸、チタニア又はジルコニアを含む酸触媒である請求項2記載の方法。   The method of claim 2, wherein the acid catalyst is an acid catalyst comprising alumina, silica alumina, solid phosphoric acid, titania or zirconia. 後段の酸化触媒が、少なくともモリブデン、ビスマス及び鉄を含む酸化物である請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the subsequent oxidation catalyst is an oxide containing at least molybdenum, bismuth and iron. 固定床反応器に、イソブタノールと共にt−ブタノールを通過させる請求項1記載の方法。   The process of claim 1 wherein t-butanol is passed along with isobutanol through a fixed bed reactor. 固定床反応器に通過させるイソブタノールは、バイオマス由来のイソブタノールである請求項1記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the isobutanol passed through the fixed bed reactor is biomass-derived isobutanol. 前段に脱水触媒、後段に酸化触媒を充填したイソブタノールを脱水及び酸化する固定床反応器を有することを特徴とするメタクロレイン及びメタクリル酸を製造する装置。   An apparatus for producing methacrolein and methacrylic acid, comprising a fixed bed reactor for dehydrating and oxidizing isobutanol filled with a dehydration catalyst in the front stage and an oxidation catalyst in the back stage. 独立のイソブタノール脱水によるイソブチレン製造装置を有しない請求項7記載の装置。   The apparatus of Claim 7 which does not have the isobutylene manufacturing apparatus by independent isobutanol dehydration. メタノールと、請求項1記載の方法により得たメタクリル酸とからメタクリル酸メチルを合成する方法。   A method for synthesizing methyl methacrylate from methanol and methacrylic acid obtained by the method according to claim 1.
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