JP2013126978A - Method for producing propylene oxide - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing propylene oxide, which minimizes the loss to a purge gas of propylene, and improves the yield in a propylene oxide production process.SOLUTION: The method includes: (a) mixing propylene 102, high-purity oxygen 101 and balance gas 103 with recycle gas 110 to form a reaction gas mixture; (b) feeding the reaction mixture to a reactor 120 packed with a catalyst, and making an effluent 125 flow out from the reactor; (c) sending the effluent from the reactor to a recovery column 140 and forming a gas flow 148 having no propylene oxide; (d) sending the gas flow 148 having no propylene oxide to a diffusion column 130 to remove carbon dioxide 135; (e) purging 115 a part 138 of a gas flow having no carbon dioxide, and recycling a remaining gas flow as the recycle gas; (f) compressing the recycle gas again; and (g) regulating the flow amount of the purge gas to effectively reduce the concentration of argon.

Description

本発明は、プロピレンオキサイドの製造方法に関する。特に、高純度の酸素を用いたプロピレンの選択的酸化によるプロピレンオキサイドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing propylene oxide. In particular, the present invention relates to a method for producing propylene oxide by selective oxidation of propylene using high-purity oxygen.

プロピレンオキサイドは、プロピレンの酸素との接触気相酸化によって製造できる。酸素源としては、市販の酸素又は空気が用いられる。一般的には、プロピレン、酸素及びバランスガスは、リサイクルガスと混合されて、反応器に供給される。反応器は、多数の管を備え、その管は反応器の内側にシェルアンドチューブ熱交換器のように配置される。反応管は、多孔性支持体上に担持された触媒が充填される。冷媒は、温度制御を維持するために反応管の周りにシェル内を循環する。
プロピレンオキサイドの製造方法では、反応管に供給されるガス流の典型的な組成は、15〜95モル%のプロピレン、3〜12モル%の酸素、4〜20モル%のアルゴン、30〜50モル%のバランスガス、1〜15モル%の二酸化炭素を含み、プロパン、水及びWO2012/102918に記載されている有機塩素化合物等の添加剤等が組成物の残りを構成する。プロピレンは、触媒が充填された管の内部で酸素と反応して、反応生成物のプロピレンオキサイド、副生物の二酸化炭素と水を生成する。反応は発熱反応であり、ホットスポットが反応管内に形成しうる。「ホットスポット」とは、反応器内で局在化した高温の領域である。適切に制御されなければ、ホットスポットによって、望まない暴走反応を引き起こす可能性がある。
Propylene oxide can be produced by catalytic gas phase oxidation of propylene with oxygen. Commercially available oxygen or air is used as the oxygen source. Generally, propylene, oxygen and balance gas are mixed with recycle gas and supplied to the reactor. The reactor comprises a number of tubes that are arranged inside the reactor like a shell and tube heat exchanger. The reaction tube is filled with a catalyst supported on a porous support. A refrigerant circulates in the shell around the reaction tube to maintain temperature control.
In the process for producing propylene oxide, the typical composition of the gas stream fed to the reaction tube is 15-95 mol% propylene, 3-12 mol% oxygen, 4-20 mol% argon, 30-50 mol. % Balance gas, 1-15 mol% carbon dioxide, propane, water and additives such as organochlorine compounds described in WO2012 / 102918 constitute the remainder of the composition. Propylene reacts with oxygen inside the tube filled with the catalyst to produce propylene oxide as a reaction product, carbon dioxide and water as by-products. The reaction is exothermic and hot spots can form in the reaction tube. A “hot spot” is a hot region localized in the reactor. If not properly controlled, hot spots can cause unwanted runaway reactions.

プロピレンオキサイドの製造方法では、最適な反応混合物を得るために、温度を制御するために、また可燃性混合物とならないように、バランスガスが反応器に導入される。高温になると、望ましくない二酸化炭素の生成が促進し、触媒活性及び触媒寿命が共に低下する。反応速度と反応ゾーンからの熱の除去を制御することによって、温度及びホットスポットの場所を制御し、プロピレンオキサイドの選択率を最大化し、触媒活性を維持することができる。バランスガスとしては、メタン、エタン、窒素、二酸化炭素、及びこれらの混合物が例示される。メタンは優れた熱特性を持っているため、バランスガスとして窒素よりも好ましい。これらの熱特性には、高いモル熱容量と高い熱伝導率等が含まれる。US3119837には、バランスガスの窒素をメタンに置き換えることで、エチレンオキサイドの収率が増加したことが記載されている。
プロピレンオキサイドの製造方法では、US6040467に記載されているエチレンオキサイド製造方法と同じように、反応器流出物は、2つの異なる工程で処理される。第1の工程は、製品のプロピレンオキサイドを除去する工程であり、第2の工程は、副生成物の二酸化炭素を除去する工程である。その一部をパージした後、残りのガスは反応器にリサイクルされる。かなりの量のプロピレンがパージガス流に失われ、選択率が低下することとなる。バランスガスもパージガス流に失われるため、新たなバランスガスを補充する必要がある。ガスのパージは、反応器に入るガス混合物中の不純物を許容可能なレベルに保つために必要である。不純物のアルゴンは酸素流によって混入し、他の不純物のプロパン等はプロピレン流に含まれている。
In the process for producing propylene oxide, a balance gas is introduced into the reactor in order to obtain an optimal reaction mixture, to control the temperature and not to become a combustible mixture. At higher temperatures, undesirable carbon dioxide production is promoted, reducing both catalyst activity and catalyst life. By controlling the reaction rate and heat removal from the reaction zone, the temperature and hot spot location can be controlled to maximize propylene oxide selectivity and maintain catalyst activity. Examples of the balance gas include methane, ethane, nitrogen, carbon dioxide, and mixtures thereof. Methane is preferred over nitrogen as a balance gas because it has excellent thermal properties. These thermal properties include high molar heat capacity and high thermal conductivity. US3119837 describes that the yield of ethylene oxide was increased by replacing nitrogen in the balance gas with methane.
In the process for producing propylene oxide, the reactor effluent is treated in two different steps, similar to the process for producing ethylene oxide described in US6040467. The first step is a step of removing propylene oxide from the product, and the second step is a step of removing carbon dioxide as a by-product. After purging a portion of it, the remaining gas is recycled to the reactor. A significant amount of propylene is lost to the purge gas stream and the selectivity is reduced. Since the balance gas is also lost to the purge gas flow, a new balance gas must be replenished. A gas purge is necessary to keep the impurities in the gas mixture entering the reactor at an acceptable level. Impurity argon is mixed in by the oxygen stream, and other impurities such as propane are contained in the propylene stream.

US6040467に記載されているエチレンオキサイド製造方法と同じように、プロピレンオキサイドは酸素の代わりに空気を用いて製造してもよい。空気を用いた場合、反応しないガスは反応器にリサイクルされるが、過剰な窒素をプロセスから除去する必要量に応じてリサイクルの量が制限される。空気が反応器に加えられるために、窒素がプロセスに連続的に追加される。窒素を除去する際、かなりの量の未反応のプロピレンも窒素と一緒に失われる。この条件でプロピレンの損失を減らすには、パージガスを追加の空気と混合して、もっと過酷な反応条件で触媒存在下反応を行うための1つまたは複数の追加の酸化反応器が必要となる。しかし、酸化反応器の追加は、プロピレンオキサイドプラントのコストを大きく増加させることになる。空気を用いた方法の別の欠点は、プロピレン転化率が低下することである。
空気を用いるプロセスのパージと酸素を用いるプロセスのパージでは、大きな違いが存在する。空気を用いるプロセスでは、多量のパージ流と段階ごとの反応−吸収システムとが必要である。酸素を用いる場合は、空気を用いるプロセスと比較して、閉鎖系のサイクルに導入される不活性ガスの量が有意に少なくなり、実質的に少量のパージで十分であり、未反応のプロピレンをほぼ完全にリサイクルすることができる。しかし、反応器内に生成される二酸化炭素は、連続的に除去しなければならない。さらに、リサイクルガス中のアルゴンの蓄積を防ぐために、パージは必要である。アルゴンは、低温空気分離プラントに由来する酸素に含まれる主要な不純物である。プロピレンオキサイドの製造プラントに用いられる酸素は、一般的に低温空気分離プラント由来のものである。
Propylene oxide may be produced using air instead of oxygen, as in the ethylene oxide production process described in US6040467. When air is used, unreacted gas is recycled to the reactor, but the amount of recycling is limited by the amount required to remove excess nitrogen from the process. Nitrogen is continuously added to the process as air is added to the reactor. When removing nitrogen, a significant amount of unreacted propylene is also lost along with the nitrogen. To reduce the loss of propylene under these conditions, one or more additional oxidation reactors are required to mix the purge gas with additional air to perform the reaction in the presence of the catalyst under more severe reaction conditions. However, the addition of an oxidation reactor greatly increases the cost of the propylene oxide plant. Another drawback of the air process is that the propylene conversion is reduced.
There is a significant difference between purging a process using air and purging a process using oxygen. The process using air requires a large amount of purge flow and a step-by-step reaction-absorption system. When oxygen is used, the amount of inert gas introduced into the closed cycle is significantly lower compared to the process using air, a substantially small amount of purge is sufficient, and unreacted propylene is removed. It can be recycled almost completely. However, the carbon dioxide produced in the reactor must be removed continuously. Furthermore, a purge is necessary to prevent the accumulation of argon in the recycle gas. Argon is a major impurity contained in oxygen derived from a cryogenic air separation plant. The oxygen used in the propylene oxide production plant is generally derived from a low temperature air separation plant.

酸素を用いるプロセスによるプロピレンオキサイド製造プラントでは、典型的には95%〜99.5%の濃度の酸素が用いられる。酸素を用いるプロピレンオキサイド製造プラントにおいて、プロピレンを回収するためのパージガスの処置方法には様々なものが使用しうる。例えば、エチレンオキサイド製造プラントで言えば、US4904807には、パージガスの処理に使用されるアルゴン選択性の膜の使用が記載されており、その膜はパージガスを(1)パージされるアルゴン、及び(2)エチレンオキサイド反応器にリサイクルできるエチレンが豊富なガスの2つの流れに分離する。US4769047には、圧力スイング吸着法を用いてパージガスからエチレンを取り出し、反応器にリサイクルする方法が記載されている。これらの方法の主たる欠点は、用いる関連機器に必要となる多額のコストである。また、US3083213には、高純度の酸素を用いることでエチレンオキサイドの収率が低下することが記載されている。さらに、特許文献1には、高純度の酸素を用いたエチレンオキサイドの製造方法が記載されている。   In a propylene oxide production plant by a process using oxygen, oxygen at a concentration of 95% to 99.5% is typically used. In a propylene oxide production plant using oxygen, various methods can be used as a purge gas treatment method for recovering propylene. For example, in an ethylene oxide production plant, US 4904807 describes the use of an argon-selective membrane that is used for the treatment of purge gas, which is purged with (1) argon to be purged, and (2 ) Separate into two streams of gas rich in ethylene that can be recycled to the ethylene oxide reactor. US 4769047 describes a method in which ethylene is removed from purge gas using a pressure swing adsorption method and recycled to the reactor. The main drawback of these methods is the high cost required for the associated equipment used. US3083213 describes that the yield of ethylene oxide is reduced by using high-purity oxygen. Furthermore, Patent Document 1 describes a method for producing ethylene oxide using high-purity oxygen.

US6040467US6040467

プロピレンオキサイド製造に伴う不純物を減少させる工業的に実用的な方法は報告されていない。そこで、本発明の課題は、選択率を最大化してプロピレンのパージガスへの損失を最小化し、プロピレンオキサイドの収率が向上したプロピレンオキサイドの製造方法を提供することにある。さらに具体的には、収率が向上した酸素を用いるプロピレンオキサイド製造方法を提供すること、選択率を最大化してプロピレンのパージガスへの損失を最小化したプロピレンオキサイド製造方法を提供すること、またプロピレン、メタン、酸素及び二酸化炭素の少なくとも1つの濃度を調整することによるプロピレンオキサイドの選択率が向上する製造方法を提供することである。   An industrially practical method for reducing impurities associated with the production of propylene oxide has not been reported. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing propylene oxide in which the selectivity is maximized to minimize the loss of propylene to the purge gas and the yield of propylene oxide is improved. More specifically, a method for producing propylene oxide using oxygen with improved yield, a method for producing propylene oxide that maximizes selectivity and minimizes the loss of propylene to the purge gas, and propylene oxide Another object of the present invention is to provide a production method in which the selectivity of propylene oxide is improved by adjusting the concentration of at least one of methane, oxygen and carbon dioxide.

上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、以下の発明を見出した。
[1] a)プロピレン、少なくとも99.5%の高純度の酸素及びバランスガスを、リサイクルガスと混合して、反応ガス混合物を形成する工程、
b)前記反応混合物を、触媒が充填された反応器に供給して、流出物が反応器から流出される工程、
c)前記反応器からの前記流出物の少なくとも一部を回収塔に送り、選択的にプロピレンオキサイドを除去して、プロピレンオキサイドが存在しないガス流を形成する工程、
d)プロピレンオキサイドが存在しないガス流の少なくとも一部を放散塔に送り、前記ガス流から二酸化炭素を除去する工程、
e)二酸化炭素が存在しないガス流の少なくとも一部をパージし、残るガス流をリサイクルガスとしてリサイクルする工程、
f)リサイクルガスを再圧縮する工程、及び
g)アルゴンの濃度を効果的に低下させるために、パージするガス流の流量を調整する工程、
を含むプロピレンオキサイドの製造方法。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the following inventions have been found.
[1] a) mixing propylene, at least 99.5% high purity oxygen and a balance gas with a recycle gas to form a reaction gas mixture;
b) supplying the reaction mixture to a reactor filled with catalyst, and the effluent is discharged from the reactor;
c) sending at least a portion of the effluent from the reactor to a recovery tower to selectively remove propylene oxide to form a gas stream free of propylene oxide;
d) sending at least part of the gas stream free of propylene oxide to the stripping tower to remove carbon dioxide from said gas stream;
e) purging at least a portion of the gas stream free of carbon dioxide and recycling the remaining gas stream as a recycle gas;
f) recompressing the recycle gas; and g) adjusting the flow rate of the purged gas stream to effectively reduce the concentration of argon.
The manufacturing method of the propylene oxide containing this.

[2] 工程(g)が、プロピレン、高純度酸素及びバランスガスの少なくとも1つの供給流量を調節して、それによってプロピレンオキシド製造の選択性を向上させるステップをさらに含む、[1]記載の製造方法。
[3] 工程(g)が、反応器内に形成されるホットスポットの影響を低減するために、熱輸送特性が高められたガスを生成するステップをさらに含む、[1]記載の製造方法。
[4] ホットスポットの影響の低減によって、プロピレンオキサイドの選択性が向上し、触媒寿命が延びる、[3]記載の製造方法。
[5] 工程(g)でバランスガスの損失を低減する、[1]記載の製造方法。
[6] 前記バランスガスがメタンを含む、[1]記載の製造方法。
[7] 前記バランスガスが窒素を含む、[1]記載の製造方法。
[8] 前記の触媒が充填された反応器が、多孔性支持体上の触媒が充填された反応管を含む、[1]記載の製造方法。
[9] 前記触媒が、金属酸化物を含有する、[1]〜[8]のいずれか記載の製造方法。
[10] 前記触媒が、(a)銅酸化物及び(b)ルテニウム酸化物を含有する、[1]〜[8]のいずれか記載の製造方法。
[2] The production of [1], wherein step (g) further comprises adjusting the feed flow rate of at least one of propylene, high purity oxygen and balance gas, thereby improving the selectivity of propylene oxide production. Method.
[3] The production method according to [1], wherein the step (g) further includes a step of generating a gas with enhanced heat transport properties in order to reduce the influence of hot spots formed in the reactor.
[4] The production method according to [3], wherein the selectivity of propylene oxide is improved and the catalyst life is extended by reducing the influence of hot spots.
[5] The production method according to [1], wherein loss of balance gas is reduced in the step (g).
[6] The production method according to [1], wherein the balance gas includes methane.
[7] The production method according to [1], wherein the balance gas contains nitrogen.
[8] The production method according to [1], wherein the reactor filled with the catalyst includes a reaction tube filled with the catalyst on the porous support.
[9] The production method according to any one of [1] to [8], wherein the catalyst contains a metal oxide.
[10] The production method according to any one of [1] to [8], wherein the catalyst contains (a) copper oxide and (b) ruthenium oxide.

本発明のプロピレンオキサイドの製造方法によって、選択率を最大化してプロピレンのパージガスへの損失を最小化し、プロピレンオキサイドの収率が向上する。   The method for producing propylene oxide of the present invention maximizes the selectivity and minimizes the loss of propylene to the purge gas, thereby improving the yield of propylene oxide.

プロピレンの酸素との選択的酸化によるプロピレンオキサイドの製造方法の概略図である。It is the schematic of the manufacturing method of propylene oxide by selective oxidation with the oxygen of propylene.

本発明が適用できるプロピレンの接触気相酸化方法としては、例えば、金属酸化物等を含有するような金属触媒存在下でプロピレン及び酸素を反応させる製法等が挙げられる。このような金属触媒存在下でプロピレン及び酸素を反応させる製法については、例えば、WO2011/075458、WO2011/075459、WO2012/005822、WO2012/005823、WO2012/005824、WO2012/005825、WO2012/005831、WO2012/005832、WO2012/005835、WO2012/005837、WO2012/009054、WO2012/009059、WO2012/009058、WO2012/009053、WO2012/009057、WO2012/009055、WO2012/009052、WO2012/009056等に記載されている。その製法において用いる触媒としては、下記(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)及び(j)からなる群から選ばれる少なくとも2種を含む触媒が挙げられる。
(a)銅酸化物
(b)ルテニウム酸化物
(c)マンガン酸化物
(d)ニッケル酸化物
(e)オスミウム酸化物
(f)ゲルマニウム酸化物
(g)クロミウム酸化物
(h)タリウム酸化物
(i)スズ酸化物
(j)アルカリ金属成分又はアルカリ土類金属成分
好ましくは(a)銅酸化物及び(b)ルテニウム酸化物を含有する触媒であり、より好ましくは(a)銅酸化物、(b)ルテニウム酸化物及び(j)アルカリ金属成分又はアルカリ土類金属成分を含有する触媒である。
Examples of the method for catalytic vapor phase oxidation of propylene to which the present invention can be applied include a production method in which propylene and oxygen are reacted in the presence of a metal catalyst containing a metal oxide or the like. For the production method of reacting propylene and oxygen in the presence of such a metal catalyst, for example, WO2011 / 075458, WO2011 / 0754559, WO2012 / 005822, WO2012 / 005823, WO2012 / 005824, WO2012 / 005825, WO2012 / 005831, WO2012 / 005832, WO2012 / 005835, WO2012 / 005837, WO2012 / 009054, WO2012 / 009059, WO2012 / 009058, WO2012 / 009053, WO2012 / 009057, WO2012 / 009055, WO2012 / 009056, WO2012 / 009056 and the like. The catalyst used in the production method includes the following (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j). A catalyst containing at least two selected from the group can be mentioned.
(A) copper oxide (b) ruthenium oxide (c) manganese oxide (d) nickel oxide (e) osmium oxide (f) germanium oxide (g) chromium oxide (h) thallium oxide (i ) Tin oxide (j) Alkali metal component or alkaline earth metal component, preferably a catalyst containing (a) copper oxide and (b) ruthenium oxide, more preferably (a) copper oxide, (b A catalyst containing ruthenium oxide and (j) an alkali metal component or an alkaline earth metal component.

本発明は、a)プロピレン、高純度の酸素及びバランスガスを、リサイクルガスと混合して、反応ガス混合物を形成する工程;b)前記反応混合物を、触媒が充填された反応器に供給して、流出物が反応器から流出される工程;c)前記反応器からの前記流出物の少なくとも一部を回収塔に送り、選択的にプロピレンオキサイドを除去して、プロピレンオキサイドが存在しないガス流を形成する工程;d)プロピレンオキサイドが存在しないガス流の少なくとも一部を放散塔に送り、前記ガス流から二酸化炭素を除去する工程;e)二酸化炭素が存在しないガス流の少なくとも一部をパージし、残るガス流をリサイクルガスとしてリサイクルする工程;及び、f)リサイクルガスを再圧縮する工程を含む、プロピレンオキサイドの製造方法に関する。
本発明はまた、a)プロピレン、高純度の酸素及びバランスガスを、触媒が充填された反応器でリサイクルガスと混合して、反応ガス混合物を形成する工程;b)前記反応混合物を、触媒が充填された反応器に供給して、流出物が反応器から流出される工程;c)前記反応器からの前記流出物の少なくとも一部を回収塔に送り、選択的にプロピレンオキサイドを除去して、プロピレンオキサイドが存在しないガス流を形成する工程;d)プロピレンオキサイドが存在しないガス流の少なくとも一部を放散塔に送り、前記ガス流から二酸化炭素を除去する工程;e)二酸化炭素が存在しないガス流の少なくとも一部をパージし、残るガス流をリサイクルガスとしてリサイクルする工程;f)リサイクルガスを再圧縮する工程;g)アルゴンの濃度を効果的に低下させるために、パージするガス流の流量を調整する工程:及び、(必要に応じて)h)プロピレン、高純度の酸素、バランスガス及び二酸化炭素の少なくとも1つの濃度を調整する工程を含む、プロピレンオキサイドの製造において、アルゴンの含有率を減少させることによって、プロピレンオキサイドの収率を向上させる方法に関する。
The present invention includes: a) mixing propylene, high purity oxygen and balance gas with a recycle gas to form a reaction gas mixture; b) supplying the reaction mixture to a reactor packed with a catalyst. C) the effluent is discharged from the reactor; c) at least a portion of the effluent from the reactor is sent to a recovery tower to selectively remove propylene oxide to produce a gas stream free of propylene oxide. Forming; d) sending at least part of the gas stream free of propylene oxide to the stripping tower and removing carbon dioxide from said gas stream; e) purging at least part of the gas stream free of carbon dioxide A process for recycling the remaining gas stream as a recycle gas; and f) a process for recompressing the recycle gas. To.
The present invention also includes: a) mixing propylene, high purity oxygen and balance gas with a recycle gas in a reactor filled with catalyst to form a reaction gas mixture; b) Feeding to a packed reactor and allowing the effluent to flow out of the reactor; c) sending at least a portion of the effluent from the reactor to a recovery tower to selectively remove propylene oxide; Forming a gas stream free of propylene oxide; d) sending at least a portion of the gas stream free of propylene oxide to the stripping tower to remove carbon dioxide from the gas stream; e) no carbon dioxide present Purging at least a portion of the gas stream and recycling the remaining gas stream as a recycle gas; f) recompressing the recycle gas; g) the concentration of argon Adjusting the flow rate of the purged gas stream to effectively reduce: and (if necessary) h) adjusting the concentration of at least one of propylene, high purity oxygen, balance gas and carbon dioxide The present invention relates to a method for improving the yield of propylene oxide by reducing the argon content in the production of propylene oxide including a step.

アルゴンの濃度を低下させることで、リサイクルガスの他のガスの濃度が調整されて、リサイクルガスの熱輸送特性を向上させることができる。そのリサイクルガスの熱輸送特性の向上によって、反応器内に形成されるホットスポットの影響が減少し、プロピレンオキサイドの選択率が高められ、触媒寿命が向上する。
アルゴン濃度が低下したリサイクルガスによって、重いアルゴンガスが軽いガス(プロピレン、メタン、酸素等)と交換されるために、コンプレッサーの負荷及び運転が減少する。代わりに、コンプレッサーの負荷を維持したまま、アルゴン濃度が低下したリサイクルガスの流量を増加させてプロピレンオキサイドの生産量を増加させることができる。
本発明はまた、プロピレンと高純度酸素のモル比が少なくとも約1であり、触媒及び添加剤の存在下でプロピレンを高純度酸素と反応させることを含むプロピレンオキサイドの製造方法であって、反応ゾーンに導入される供給ガスが15〜95モル%のプロピレン、4〜20モル%のアルゴン、6〜10モル%の非常に高い純度の酸素、15〜65モル%のバランスガス、及び5〜10モル%の二酸化炭素を含む方法に関する。
本発明では、高純度ガスは、少なくとも95%の酸素、好ましくは少なくとも約99.5%の酸素が含まれる。本明細書において、「非常に高い純度の酸素」とは、酸素純度が少なくとも99.5%の酸素ガスを表わす。バランスガスには、メタン、窒素が含まれる。触媒が充填された反応器は、多孔性支持体上に担持された触媒を充填した反応管を備える。
By reducing the concentration of argon, the concentration of other gases of the recycled gas is adjusted, and the heat transport characteristics of the recycled gas can be improved. By improving the heat transport characteristics of the recycled gas, the influence of hot spots formed in the reactor is reduced, the selectivity of propylene oxide is increased, and the catalyst life is improved.
Recycled gas with reduced argon concentration replaces heavy argon gas with lighter gases (propylene, methane, oxygen, etc.), reducing compressor load and operation. Instead, while maintaining the compressor load, the amount of propylene oxide produced can be increased by increasing the flow rate of recycle gas with reduced argon concentration.
The present invention also provides a process for producing propylene oxide, wherein the molar ratio of propylene to high purity oxygen is at least about 1 and comprises reacting propylene with high purity oxygen in the presence of a catalyst and an additive, comprising the reaction zone The feed gas introduced into the reactor is 15 to 95 mol% propylene, 4 to 20 mol% argon, 6 to 10 mol% very high purity oxygen, 15 to 65 mol% balance gas, and 5 to 10 mol % Of carbon dioxide.
In the present invention, the high purity gas contains at least 95% oxygen, preferably at least about 99.5% oxygen. As used herein, “very high purity oxygen” refers to oxygen gas having an oxygen purity of at least 99.5%. The balance gas includes methane and nitrogen. The reactor filled with the catalyst includes a reaction tube filled with the catalyst supported on the porous support.

リサイクルガス中のアルゴン濃度を一定に保ちながら、パージ流を減少させることで、プロピレンの損失及びバランスガスのパージへの損失が減少する。本発明は、アルゴン濃度を一定に保ってパージ流を減少させる代わりに、高純度の酸素を用いることで、アルゴン濃度を低下させる方法を提供する。アルゴン濃度を低下させることで、プロピレン、メタン、酸素、若しくは二酸化炭素の濃度、又はこれらの4つのガスの合計濃度を増加させて、より良好な熱輸送特性を有する反応器供給ガスを得ることができる。所望のプロピレンオキサイド生成と望まない二酸化炭素生成との反応の比率は、すべての反応物及び生成物の濃度に依存する。供給ガス中の反応物及び生成物の濃度を調整することで、プロピレンオキサイドの収率を増加させることができる。パージ流の量は、高純度の酸素を使用しない場合よりも、小さくなる。   By reducing the purge flow while keeping the argon concentration in the recycle gas constant, propylene loss and balance gas loss to purge are reduced. The present invention provides a method for reducing the argon concentration by using high purity oxygen instead of reducing the purge flow while keeping the argon concentration constant. By reducing the argon concentration, the concentration of propylene, methane, oxygen or carbon dioxide, or the total concentration of these four gases can be increased to obtain a reactor feed gas with better heat transport properties. it can. The ratio of reaction between desired propylene oxide production and unwanted carbon dioxide production depends on the concentration of all reactants and products. The yield of propylene oxide can be increased by adjusting the concentrations of reactants and products in the feed gas. The amount of purge flow is smaller than when high purity oxygen is not used.

このように、アルゴン濃度が低下すると選択性が改善する理由が2つ存在する。1)ホットスポット効果を減少させ、選択率を向上させる、反応器に供給されるガスのより優れた熱輸送特性、2)残存するガス(反応物と生成物)の濃度を調整することによる反応速度の向上、である。プロピレンオキサイドの選択率の向上とは、反応器に供給されるプロピレンが、より多くのプロピレンオキサイドに変換され、副産物にはより少量しか変換されないことを意味する。触媒の種類及び使用年数、反応管内の温度、圧力、滞留時間等の様々な運転条件、並びにシェル内で反応管の周囲に流される冷却流体の温度、圧力及び流速等を含む様々な条件によって、改善がなされる。
触媒の違い、及び各々の工業プラントで使用される運転条件の違いがあるために、選択率の向上はケースバイケースで決定されなければならない。エチレンオキサイドの製造においては、窒素をメタンに交換することで、エチレンオキサイドの選択性が窒素の1モル%低下ごとに0.8モル%向上したことが報告されている(参照:US3119837)。供給ガス中のエチレン濃度を30.6モル%から74.5モル%に増加させると、選択性が79.7モル%から80.8モル%に向上したことが報告されている(参照:US5262551)。反応器への供給ガス中のアルゴンを交換すると、類似の利点が生じる。
Thus, there are two reasons why the selectivity improves as the argon concentration decreases. 1) Reduced hot spot effect and improved selectivity, better heat transport properties of gas fed to reactor, 2) Reaction by adjusting the concentration of remaining gas (reactant and product) Speed improvement. Improved propylene oxide selectivity means that propylene fed to the reactor is converted to more propylene oxide and less by-products. Depending on various conditions including the type and age of the catalyst, the temperature in the reaction tube, the pressure, the residence time, and the various conditions including the temperature, pressure and flow rate of the cooling fluid flowing around the reaction tube in the shell, Improvements are made.
Because of the differences in catalysts and the operating conditions used in each industrial plant, the improvement in selectivity must be determined on a case-by-case basis. In the production of ethylene oxide, it has been reported that the selectivity of ethylene oxide is improved by 0.8 mol% for every 1 mol% reduction of nitrogen by exchanging nitrogen for methane (see: US3119837). Increasing the ethylene concentration in the feed gas from 30.6 mol% to 74.5 mol% has been reported to improve the selectivity from 79.7 mol% to 80.8 mol% (see US Pat. No. 5,262,551). ). Replacing argon in the feed gas to the reactor has similar advantages.

上記の理由から、高純度の酸素を使用した場合、他のガスの合計濃度がアルゴン濃度に代わって増加すれば、アルゴン濃度が1モル%下がるごとに、プロピレンオキサイドの選択率が0.05モル%〜1モル%改善する。しかし、アルゴン濃度を低下させると、パージ流量を増加させることになり、リサイクルガス流中のプロピレン濃度も増加するために、結果的にパージにおけるプロピレンの損失が増加する。従って、高純度の酸素を使用する場合、プロピレンオキサイドの収率を最大化する、リサイクルガス流とパージ流における最適な低減されたアルゴン濃度が存在する。
反応器の選択率の向上によっても、プロピレンオキサイド生産量が増加する。プロピレンの供給速度を一定に保ち、かつ選択性が向上すれば、プロピレンオキサイドの生成量は増加する。下流の分離装置の負荷が増えても処理できるのであれば、追加コスト無しで、約0.5%〜約5.0%の程度で生産量を増加させることができる。
アルゴン濃度を低下させることで、反応器内のホットスポット形成が減少し、そこで触媒の寿命が延びる。この効果によって、選択率の向上(反応器内で発生する熱量が減少する)と、反応ガス混合物の熱特性の改善(反応器からの熱除去が改善される)も生じる。触媒寿命の向上によって、触媒の使用量を減らすことができる。
For the above reasons, when high-purity oxygen is used, if the total concentration of other gases increases instead of the argon concentration, the selectivity of propylene oxide is 0.05 mol each time the argon concentration decreases by 1 mol%. % To 1 mol% improvement. However, reducing the argon concentration will increase the purge flow rate and also increase the propylene concentration in the recycle gas stream, resulting in an increase in propylene loss in the purge. Thus, when using high purity oxygen, there is an optimal reduced argon concentration in the recycle gas and purge streams that maximizes the yield of propylene oxide.
Propylene oxide production also increases with improved reactor selectivity. If the supply rate of propylene is kept constant and the selectivity is improved, the amount of propylene oxide produced increases. If processing can be performed even if the load on the downstream separator increases, the production amount can be increased by about 0.5% to about 5.0% without additional cost.
By reducing the argon concentration, hot spot formation in the reactor is reduced where catalyst life is extended. This effect also results in increased selectivity (reducing the amount of heat generated in the reactor) and improving the thermal properties of the reaction gas mixture (improving heat removal from the reactor). The amount of catalyst used can be reduced by improving the catalyst life.

一般に、本発明の運転温度としては、好適には100℃〜350℃の範囲で、好ましくは120℃〜330℃の範囲で、最も好ましくは170℃〜330℃の範囲で行われる。本発明の実施のための運転圧力としては、好適には0.001MPaA〜3MPaAの範囲で、好ましくは0.002PAaA〜2MPaAの範囲で行われる。ガス空間速度は、所望の生産量に応じて、好ましくは100hr−1〜100000hr−1の範囲で選ばれる。
パージを処理して、残存するプロピレンを回収し、反応器に戻すために、従来のパージ流のためのプロピレン回収装置(膜分離または圧力スイング吸着法等)と共に、高純度の酸素を使用して本発明を実施することができる。高純度の酸素の使用によって、必要な設備投資が大幅に削減される。
In general, the operating temperature of the present invention is suitably in the range of 100 ° C to 350 ° C, preferably in the range of 120 ° C to 330 ° C, and most preferably in the range of 170 ° C to 330 ° C. The operating pressure for carrying out the present invention is suitably in the range of 0.001 MPaA to 3 MPaA, preferably in the range of 0.002 PAaA to 2 MPaA. Gas space velocity, depending on the desired production volume is preferably selected in the range of 100hr -1 ~100000hr -1.
Using high-purity oxygen in conjunction with a propylene recovery device for conventional purge streams (such as membrane separation or pressure swing adsorption) to process the purge and recover the remaining propylene and return it to the reactor The present invention can be implemented. The use of high purity oxygen greatly reduces the required capital investment.

以下、本発明をさらに詳しく述べるために、図面に基づいて具体的な実施態様を説明する。しかし本発明はこの実施態様のみによって本発明の範囲を規制するものでない。
図1は、プロピレンの酸素との選択的酸化によるプロピレンオキサイドの製造方法の概略図である。必要量の酸素101(不純物としてアルゴンを含む)、プロピレン102及びバランスガス103(窒素、メタン等)が、反応器120に供給されるリサイクルガス110の少なくとも一部と混合される。リサイクルガス110及び排気パージ115は、二酸化炭素放散塔130から流出する。反応器120は、熱交換器に似て配置されたシェル中のいくつかの管で構成される。反応管は触媒で充填される。不純物を含有するプロピレンの反応器流出流125は、酸素(101及び110に由来)とプロピレン(102及び110に由来)との反応で生じる。反応器流出流125は、プロピレンオキサイド回収塔140に送られる。回収塔140での処理によって、プロピレンオキサイド製品145及び二酸化炭素の富む流148が生じる。二酸化炭素放散塔130は、二酸化炭素に富む流148を二酸化炭素135及び流138に変換する。その流138は、リサイクルガス流110及びパージ流115に分離される。リサイクルガス流110は、酸素101(アルゴン不純物を含む)及びプロピレン102と共にさらなる反応が行われ、パージ流115は、廃棄物とされる。
Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, specific embodiments will be described based on the drawings. However, the present invention does not limit the scope of the present invention only by this embodiment.
FIG. 1 is a schematic view of a method for producing propylene oxide by selective oxidation of propylene with oxygen. Necessary amounts of oxygen 101 (containing argon as an impurity), propylene 102 and balance gas 103 (nitrogen, methane, etc.) are mixed with at least a part of the recycle gas 110 supplied to the reactor 120. The recycle gas 110 and the exhaust purge 115 flow out from the carbon dioxide stripping tower 130. Reactor 120 is made up of several tubes in a shell arranged similar to a heat exchanger. The reaction tube is filled with a catalyst. A propylene reactor effluent 125 containing impurities is produced by the reaction of oxygen (from 101 and 110) and propylene (from 102 and 110). Reactor effluent 125 is sent to propylene oxide recovery tower 140. Treatment in the recovery tower 140 produces a propylene oxide product 145 and a stream 148 rich in carbon dioxide. Carbon dioxide stripping tower 130 converts carbon dioxide rich stream 148 into carbon dioxide 135 and stream 138. The stream 138 is separated into a recycle gas stream 110 and a purge stream 115. The recycle gas stream 110 is further reacted with oxygen 101 (containing argon impurities) and propylene 102, and the purge stream 115 is discarded.

酸素を用いるプロセスでは、酸素流より導入されるアルゴン不純物によって、パージ流の量が決まる。パージ115で除去されるアルゴンの量は、パージ中のアルゴン濃度とパージの体積の積に等しい。この積は、式(1)に従って、新たな酸素供給で反応器に導入されるアルゴンの量と等しくなければならない。
式(1):(アルゴン体積濃度)×(パージ流の体積流速)=(新たな酸素で加わるアルゴン量)
もし、新たな酸素供給で導入されるアルゴンの量が低下して、アルゴン濃度が一定に維持されれば、式(1)に従って、パージ流の量を減らすことができ、パージによって失われるプロピレンの損失を減らすことができる。
In a process using oxygen, the amount of purge flow is determined by the argon impurities introduced from the oxygen flow. The amount of argon removed by the purge 115 is equal to the product of the argon concentration during the purge and the volume of the purge. This product must be equal to the amount of argon introduced into the reactor with a fresh oxygen supply, according to equation (1).
Formula (1): (Argon volume concentration) × (Volume flow rate of purge flow) = (Argon amount added with new oxygen)
If the amount of argon introduced in the new oxygen supply is reduced and the argon concentration is kept constant, the amount of purge flow can be reduced according to equation (1), and the amount of propylene lost by the purge is reduced. Loss can be reduced.

本発明によって、選択率を最大化してプロピレンのパージガスへの損失を最小化し、プロピレンオキサイドの収率が向上したプロピレンオキサイドの製造方法を提供される。   The present invention provides a method for producing propylene oxide that maximizes selectivity, minimizes loss of propylene to the purge gas, and improves the yield of propylene oxide.

Claims (10)

a)プロピレン、少なくとも99.5%の高純度の酸素及びバランスガスを、リサイクルガスと混合して、反応ガス混合物を形成する工程、
b)前記反応混合物を、触媒が充填された反応器に供給して、流出物が反応器から流出される工程、
c)前記反応器からの前記流出物の少なくとも一部を回収塔に送り、選択的にプロピレンオキサイドを除去して、プロピレンオキサイドが存在しないガス流を形成する工程、
d)プロピレンオキサイドが存在しないガス流の少なくとも一部を放散塔に送り、前記ガス流から二酸化炭素を除去する工程、
e)二酸化炭素が存在しないガス流の少なくとも一部をパージし、残るガス流をリサイクルガスとしてリサイクルする工程、
f)リサイクルガスを再圧縮する工程、及び
g)アルゴンの濃度を効果的に低下させるために、パージするガス流の流量を調整する工程、
を含むプロピレンオキサイドの製造方法。
a) mixing propylene, at least 99.5% high purity oxygen and balance gas with recycle gas to form a reaction gas mixture;
b) supplying the reaction mixture to a reactor filled with catalyst, and the effluent is discharged from the reactor;
c) sending at least a portion of the effluent from the reactor to a recovery tower to selectively remove propylene oxide to form a gas stream free of propylene oxide;
d) sending at least part of the gas stream free of propylene oxide to the stripping tower to remove carbon dioxide from said gas stream;
e) purging at least a portion of the gas stream free of carbon dioxide and recycling the remaining gas stream as a recycle gas;
f) recompressing the recycle gas; and g) adjusting the flow rate of the purged gas stream to effectively reduce the concentration of argon.
The manufacturing method of the propylene oxide containing this.
工程(g)が、プロピレン、高純度酸素及びバランスガスの少なくとも1つの供給流量を調節して、それによってプロピレンオキシド製造の選択率を向上させるステップをさらに含む、請求項1記載の製造方法。   The production method of claim 1, wherein step (g) further comprises adjusting at least one feed flow rate of propylene, high purity oxygen and balance gas, thereby improving selectivity for propylene oxide production. 工程(g)が、反応器内に形成されるホットスポットの影響を低減するために、熱輸送特性が高められたガスを生成するステップをさらに含む、請求項1記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein step (g) further comprises the step of generating a gas with enhanced heat transport properties to reduce the effect of hot spots formed in the reactor. ホットスポットの影響の低減によって、プロピレンオキサイドの選択性が向上し、触媒寿命が延びる、請求項3記載の製造方法。   The production method according to claim 3, wherein the selectivity of propylene oxide is improved and the catalyst life is extended by reducing the influence of hot spots. 工程(g)でバランスガスの損失を低減する、請求項1記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 which reduces the loss of balance gas at a process (g). 前記バランスガスがメタンを含む、請求項1記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 with which the said balance gas contains methane. 前記バランスガスが窒素を含む、請求項1記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 with which the said balance gas contains nitrogen. 前記の触媒が充填された反応器が、多孔性支持体上の触媒が充填された反応管を含む、請求項1記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the reactor filled with the catalyst includes a reaction tube filled with the catalyst on the porous support. 前記触媒が、金属酸化物を含有する、請求項1〜8のいずれか記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the catalyst contains a metal oxide. 前記触媒が、(a)銅酸化物及び(b)ルテニウム酸化物を含有する、請求項1〜8のいずれか記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the catalyst contains (a) copper oxide and (b) ruthenium oxide.
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