JP2020079222A - メタクリル酸の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】連続運転性に優れるメタクリル酸の製造装置を提供する。【解決手段】メタクリル酸の製造装置１００は、メタクロレインを得る第一反応器１０と、メタクリル酸を得る第二反応器２０と、メタクロレイン回収手段７０と、第一反応器１０の出口１０ｊ及び第二反応器２０の入口２０ｉを接続するラインＬＡと、ラインＬＡ及び酸素供給源を接続するラインＬＢと、第二反応器２０の出口２０ｊ及びメタクロレイン回収手段７０の液入口７０ｉを接続するラインＬＣと、メタクロレイン回収手段７０のガス出口７０ｇｊとラインＬＡを接続するラインＬＤと、を備え、ラインＬＤは加熱手段２３ａを有し、加熱手段２３ａは、ガス出口７０ｇｊからラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、ガス出口７０ｇｊから３０までの位置の少なくとも一部に配置されている。【選択図】図１
Description
本発明は、メタクリル酸の製造装置に関する。
特許文献１には、メタクリル酸を製造するための方法が記載されている。
メタクリル酸の製造に用いられる製造装置は、長期にわたり連続で運転できることが求められる。そこで、本発明は、連続運転性に優れるメタクリル酸の製造装置を提供することを目的とする。
本発明のメタクリル酸の製造装置は、入口及び出口を有し、イソブチレン及び／又はｔｅｒｔ−ブチルアルコール（以下、「ＴＢＡ」と記載する)と酸素とからメタクロレインを得る第一反応器と、入口及び出口を有し、メタクロレイン及び酸素を反応させてメタクリル酸を得る第二反応器と、液入口、液出口及びガス出口を有するメタクロレイン回収手段と、第一反応器の出口及び第二反応器の入口を接続するラインＬＡと、ラインＬＡ及び酸素供給源を接続するラインＬＢと、第二反応器の出口及びメタクロレイン回収手段の液入口を接続するラインＬＣと、メタクロレイン回収手段のガス出口とラインＬＡを接続するラインＬＤと、を備え、ラインＬＤは加熱手段を有し、加熱手段は、上記ガス出口からラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、上記ガス出口から３０までの位置の少なくとも一部に配置されている。
このようなメタクリル酸の製造装置は、連続運転性に優れる。
上記加熱手段は、上記ガス出口から２０までの位置の少なくとも一部に配置されていてもよく、上記ガス出口から１０までの位置の少なくとも一部に配置されていてもよい。これにより、連続運転性が更に向上する。
上記ガス出口から上記加熱手段の入口までのラインの長さは、３ｍ以下であってもよい。これにより、連続運転性が更に向上する。
本発明によれば、連続運転性に優れるメタクリル酸の製造装置を提供できる。
本明細書において、イソブチレンとは２−メチルプロペンを指す。
まず、図１を参照して、本実施形態に係るメタクリル酸の製造装置１００について説明する。図１は、本実施形態のメタクリル酸の製造装置の一例を示す図である。
この製造装置１００は、第一反応器１０、第二反応器２０、液化手段６０、メタクロレイン回収手段７０、並びにラインＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、及びＬＤを主として備える。ラインＬＡはガスミキサー５０ｂを備える。ラインＬＢはコンプレッサー５５を備える。ラインＬＤは加熱手段２３ａを備える。
第一反応器１０の入口１０ｉには、イソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とを含むガスの供給源（Ｓ０）がラインＬ１０を介して接続されている。
第一反応器１０は、イソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とからメタクロレインを得る反応器である。第一反応器１０は、容器内に触媒が充填された反応器であることが好適である。第一反応器１０は、容器内に触媒を充填した固定床反応装置であることができる。流の向きに制限はなく、アップフローでもダウンフローでもよい。イソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とからメタクロレインを合成する反応に用いられる触媒の例は、モリブデン及びビスマスを含む金属酸化物である。
イソブチレンと酸素とからメタクロレインを得る場合、イソブチレンと酸素とが反応して、これによりメタクロレインが生成する。イソブチレンに代えてＴＢＡを用いることも可能である。ＴＢＡと酸素とからメタクロレインを得る場合、ＴＢＡの脱水反応によりイソブチレンが生成し、生成したイソブチレンと酸素とが反応してメタクロレインが生成するものと考えられる。イソブチレンに代えてＴＢＡを用いることができる理由は、第一反応器１０内では、イソブチレンの酸化反応が律速となることにあると考えられる。イソブチレンとＴＢＡとは、併用することもできる。
第一反応器１０の出口１０ｊと第二反応器２０の入口２０ｉとがラインＬＡにより接続されている。
ラインＬＡのガスミキサー５０ｂの入口５０ｂｍには、ラインＬＢが接続されている。ラインＬＢは、ラインＬＡと酸素供給源（Ｓ１）とを接続するラインである。
第二反応器２０は、メタクロレイン及び酸素を反応させてメタクリル酸を得る反応器である。第二反応器２０は、容器内に触媒が充填された反応器であることが好適である。第二反応器２０は、容器内に触媒を充填した固定床反応装置であることができる。流の向きに限定はなく、アップフローでもダウンフローでもよい。メタクロレイン及び酸素からメタクリル酸を合成する反応に用いられる触媒の例は、リン及びモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物である。
第二反応器２０の出口２０ｊとメタクロレイン回収手段７０の液入口７０ｉとは、液化手段６０を介して、ラインＬＣにより接続されている。液化手段６０は１つの入口と、３つの出口を有する。液化手段６０の入口及び１つの出口にはラインＬＣが接続され、他の２つの出口には、ラインＬ３５及びラインＬ３１がそれぞれ接続されている。
液化手段６０は、第二反応器２０の出口ガスの流（Ｆ３０）中のメタクリル酸及び未反応のメタクロレインを液化する手段である。液化手段６０は、メタクロレインを分離する機能を有していてもよい。液化手段６０としては、例えば、蒸留塔、抽出塔、吸収塔及びこれらの組み合わせが挙げられる。液化手段６０の入口及び出口の数は、液化手段６０の形態に応じ変更し得る。例えば、ラインＬ３５及びラインＬ３１は、あってもなくてもよい。また、液化手段６０には、図示しない他のラインが接続されていてもよい。
メタクロレイン回収手段７０は、メタクロレインを回収する手段である。メタクロレイン回収手段７０は、液入口７０ｉ、液出口７０ｊ及びガス出口７０ｇｊを有する。メタクロレイン回収手段７０としては、例えば、放散塔、蒸留塔及びこれらの組合せが挙げられる。放散塔では、メタクロレインを含む液を放散ガスと接触させ、放散ガスにメタクロレインを同伴させることによりメタクロレインを分離する。
メタクロレイン回収手段７０が放散塔である場合、メタクロレイン回収手段７０は、液入口７０ｉ、液出口７０ｊ及びガス出口７０ｇｊに加え、図１に示すように、ガス入口７０ｇｉを有する。メタクロレイン回収手段７０が蒸留塔である場合、ガス入口７０ｇｉは必ずしも必要ではない。
ガス出口７０ｇｊは、ガス出口７０ｇｊから後述の加熱手段の入口２３ｉまでのラインの長さを短くし易い観点から、メタクロレイン回収手段７０の塔頂に設けられることが好ましい。液出口７０ｊは、例えば、メタクロレイン回収手段７０の塔底に設けられる。
メタクロレイン回収手段７０の液出口７０ｊには、ラインＬ４０が接続されている。ラインＬ４０はラインＬ３１に合流する。
メタクロレイン回収手段７０のガス出口７０ｇｊとラインＬＡとが、ラインＬＤにより接続されている。
加熱手段２３ａは、ガス出口７０ｇｊからＸｍまでのラインの一部に設けられている。ここで、ガス出口７０ｇｊからラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、ガス出口７０ｇｊからＸｍまでのラインの長さは、３０以下である。すなわち、加熱手段２３ａは、ガス出口７０ｇｊからラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、ガス出口７０ｇｊから３０までの位置の少なくとも一部に配置されている。ここで、ラインの長さは、ラインの中心軸の長さをいう。また、加熱手段２３ａはラインの一部である。
加熱手段２３ａは、連続安定性が更に向上する観点から、ガス出口７０ｇｊからラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、ガス出口７０ｇｊから２０までの位置の少なくとも一部に配置されていることが好ましく、ガス出口７０ｇｊから１０までの位置の少なくとも一部に配置されていることがより好ましい。
加熱手段２３ａとしては、熱交換器、ジャケット配管、シート型ヒーターを巻いた配管等が挙げられる。
ガス出口７０ｇｊから加熱手段２３ａの入口２３ｉまでのラインの長さは、連続運転性が更に向上する観点から、３ｍ以下であることが好ましい。加熱手段２３ａは、ガス出口７０ｇｊに直接設けられていてもよい。連続安定性及び装置の簡便化の観点から、ガス出口７０ｇｊがメタクロレイン回収手段７０の塔頂に設けられ、かつ、加熱手段２３ａがガス出口７０ｇｊに直接設けられていてもよい。
続いて、本実施形態に係るメタクリル酸の製造方法について説明する。
（供給源）
イソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とを含むガスの供給源（Ｓ０）としてのイソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とを含む流（Ｆ１０）を用意する。
イソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とを含むガスの供給源（Ｓ０）としてのイソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とを含む流（Ｆ１０）を用意する。
流（Ｆ１０）は、イソブチレン、ＴＢＡ及び酸素以外の成分を含んでいてもよい。イソブチレン、ＴＢＡ及び酸素以外の成分としては、例えば、イソプレン等のＣ５オレフィン類、イソブタン、１−ブテン、２−ブテン(シス, トランス)、プロパン、プロピレン、ｎ−ブタン、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、メタノール、ジメチルエーテル、ブタジエン、プロパジエン、ジイソブチレン、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水及びアルゴンが挙げられる。
流（Ｆ１０）中のイソブチレン及び／又はＴＢＡの濃度は、イソブチレン及びＴＢＡの濃度の合計で、例えば、１質量％以上、２質量％以上、又は４質量％以上である。流（Ｆ１０）中のイソブチレン及びＴＢＡの濃度の合計は、例えば、２１質量％以下、１９質量％以下、又は１７質量％以下である。流（Ｆ１０）中のイソブチレン及びＴＢＡの濃度の合計は、好ましくは１〜２１質量％であり、より好ましくは２〜１９質量％であり、更に好ましくは４〜１７質量％である。
流（Ｆ１０）中の酸素濃度は、例えば、７質量％以上、８質量％以上、又は１０質量％以上である。流（Ｆ１０）中の酸素濃度は、例えば、２４質量％以下、２３質量％以下、又は２１質量％以下である。流（Ｆ１０）中の酸素濃度は、好ましくは７〜２４質量％であり、より好ましくは８〜２３質量％であり、更に好ましくは１０〜２１質量％である。
また、酸素供給源（Ｓ１）としての酸素を含む流（Ｆ２２）を準備する。
流（Ｆ２２）中の酸素の濃度は、例えば、１５質量％以上である。流（Ｆ２２）中の酸素の濃度は、好ましくは１６質量％以上であり、より好ましくは１７質量％以上であり、更に好ましくは２０質量％以上である。流（Ｆ２２）中の酸素の濃度の上限は、例えば、３５質量％とすることができる。流（Ｆ２２）中の酸素の濃度は、例えば、３０質量％以下であってもよく、２５質量％以下であってもよい。流（Ｆ２２）中の酸素濃度は、好ましくは１６〜３５質量％であり、より好ましくは１７〜３０質量％であり、更に好ましくは１８〜２５質量％である。
（反応工程）
流（Ｆ１０）を第一反応器１０に供給し、第一反応器１０において流（Ｆ１０）中のイソブチレン及び酸素を反応させる。イソブチレン及び酸素の反応により得たメタクロレインを含む流（Ｆ１１）は、ラインＬＡより排出させる。
流（Ｆ１０）を第一反応器１０に供給し、第一反応器１０において流（Ｆ１０）中のイソブチレン及び酸素を反応させる。イソブチレン及び酸素の反応により得たメタクロレインを含む流（Ｆ１１）は、ラインＬＡより排出させる。
第一反応器１０の反応温度は、３００〜４００℃とすることができる。第一反応器１０の反応圧力は、０．００４〜０．６ＭＰａＧ（ゲージ圧）とすることができる。
第一反応器１０から排出された流（Ｆ１１）には、ラインＬＤを介してメタクロレイン及び放散ガスを含む後述のリサイクル流（Ｆ２３）を混合し、ラインＬＢを介して、酸素を含む流（Ｆ２２）を混合する。これにより、得られた流（Ｆ２１）を、ラインＬＡを介して第二反応器２０に供給する。
第二反応器２０では、メタクロレイン及び酸素を反応させてメタクリル酸を得ると共に、ラインＬＣを介してメタクリル酸を含む流（Ｆ３０）を排出させる。
流（Ｆ３０）は、未反応のメタクロレインを含む。流（Ｆ３０）は、メタクリル酸及びメタクロレイン以外の成分を含み得る。このような成分としては、アクリル酸、アクロレイン、窒素、アルゴン、水、一酸化炭素、二酸化炭素、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、テレフタル酸、マレイン酸、フマル酸、ジアセチル、イソフタル酸、イソ酪酸、メチルフルフラール、酢酸、プロピオン酸等が挙げられる。
第二反応器２０の反応温度は、２００〜３５０℃とすることができる。第二反応器２０における反応圧力は、例えば０．０１〜０．３ＭＰａＧである。
（液化工程）
第二反応器２０を出た流（Ｆ３０）は、ラインＬＣを介して液化手段６０に供する。液化手段６０においては、流（Ｆ３０）中のメタクリル酸及びメタクロレインを液化し、例えば、ラインＬ３１からメタクリル酸及び重質成分を含む流（Ｆ３１）を、ラインＬ３５から一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、アルゴン、その他の軽質成分及び酸素を含む流（Ｆ３５）を、ラインＬＣからメタクロレインを含む流（Ｆ３４）を、それぞれ抜き出す。
第二反応器２０を出た流（Ｆ３０）は、ラインＬＣを介して液化手段６０に供する。液化手段６０においては、流（Ｆ３０）中のメタクリル酸及びメタクロレインを液化し、例えば、ラインＬ３１からメタクリル酸及び重質成分を含む流（Ｆ３１）を、ラインＬ３５から一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、アルゴン、その他の軽質成分及び酸素を含む流（Ｆ３５）を、ラインＬＣからメタクロレインを含む流（Ｆ３４）を、それぞれ抜き出す。
（メタクロレイン回収工程）
メタクロレインを含む流（Ｆ３４）は、ラインＬＣを介してメタクロレイン回収手段７０に供する。
メタクロレインを含む流（Ｆ３４）は、ラインＬＣを介してメタクロレイン回収手段７０に供する。
メタクロレイン回収手段７０が放散塔である場合、ガス入口７０ｇｉには放散ガスを含む流を供給し、液出口７０ｊからメタクリル酸及び重質成分を含む流（Ｆ４０）を、ガス出口７０ｇｊからメタクロレイン及び放散ガスを含む流（Ｆ２３）を、それぞれ排出する。放散ガスは、メタクロレインを含む液と接触したときに、メタクロレインを放散させ得るガスであればよい。放散ガスは、窒素、アルゴン、酸素及び二酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも一種のガス成分を含んでいてもよい。
メタクロレイン回収手段７０が蒸留塔である場合、蒸留操作により、例えば、液出口７０ｊからメタクリル酸及び重質成分を含む流（Ｆ４０）を、ガス出口７０ｇｊからメタクロレインを含む流（Ｆ２３）を、それぞれ排出すればよい。
メタクロレイン回収手段７０のガス出口７０ｇｊでの流（Ｆ２３）の温度は、例えば、５０〜９０℃であってもよく、５５〜８５℃であってもよく、６０〜８０℃であってもよい。
流（Ｆ２３）中のメタクロレインの濃度は、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは３質量％以上であり、更に好ましくは７質量％以上である。（Ｆ２３）中のメタクロレインの濃度は、好ましくは３２質量％以下であり、より好ましくは２３質量％以下であり、更に好ましくは１６質量％以下である。流（Ｆ２３）中のメタクロレインの濃度は、０．１〜３２質量％であってもよく、３〜２３質量％であってもよく、７〜１６質量％であってもよい。流（Ｆ２３）は、メタクロレイン以外の成分として、例えば、窒素、アルゴン、酸素、水及び二酸化炭素を含み得る。
流（Ｆ４０）は、流（Ｆ３１）に合流する。
流（Ｆ２３）は、加熱手段２３ａにより加熱される。加熱後の流（Ｆ２３）の温度は、例えば、１５０℃以上、１７０℃以上、又は１９０℃以上であってもよい。加熱後の流（Ｆ２３）の温度は、例えば、２８５℃以下、２５０℃以下、又は２２０℃以下であってもよい。加熱後の流（Ｆ２３）の温度は、例えば、１５０〜２８５℃であってもよく、１７０〜２５０℃であってもよく、１９０〜２２０℃であってもよい。
加熱手段２３ａにより加熱された流（Ｆ２３）は、リサイクル流として流（Ｆ１１）に合流させる。
メタクリル酸の製造装置１００は、入口１０ｉ及び出口１０ｊを有し、イソブチレン及び／又はＴＢＡと酸素とからメタクロレインを得る第一反応器１０と、入口２０ｉ及び出口２０ｊを有し、メタクロレイン及び酸素を反応させてメタクリル酸を得る第二反応器２０と、液入口７０ｉ、液出口７０ｊ及びガス出口７０ｇｊを有するメタクロレイン回収手段７０と、第一反応器１０の出口１０ｊ及び第二反応器２０の入口２０ｉを接続するラインＬＡと、ラインＬＡ及び酸素供給源（Ｓ１）を接続するラインＬＢと、第二反応器２０の出口２０ｊ及びメタクロレイン回収手段７０の液入口７０ｉを接続するラインＬＣと、メタクロレイン回収手段７０のガス出口７０ｇｊとラインＬＡを接続するラインＬＤと、を備え、ラインＬＤは加熱手段を有し、加熱手段は、ガス出口７０ｇｊから接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、ガス出口７０ｇｊから３０までの位置の少なくとも一部に配置されている。これにより、連続運転性に優れる。このような装置において、連続運転性に優れる理由を発明者らは以下のように推測している。
メタクロレイン回収手段７０のガス出口から回収したメタクロレインを第二反応器にリサイクルする場合、そのままの温度でリサイクルすると、メタクロレインが液化して重合したり、重質成分が析出したりすることが考えられる。そして、このまま連続運転を続けると、メタクロレイン回収手段７０から第二反応器へリサイクルされるメタクロレインの量が減少し、結果的にメタクリル酸の生産性が低下する可能性がある。また、メタクロレインのリサイクル量は、第二反応器入口での成分組成に影響を与えることから、第二反応器での反応にも影響が及ぶことが考えられる。これに伴い、連続運転が困難になる可能性もある。これに対し、メタクリル酸の製造装置１００は、ラインＬＤの上記位置に加熱手段２３aを備えることにより、メタクロレインが液化及び重質成分の析出を低減し易く、第二反応器を定常状態に保ち易いと考えられる。したがって、長期にわたり運転した場合であっても、安定的に運転しやすく、連続運転性に優れる。
また、本実施形態の装置は連続運転性に優れることから、長期運転時の原料及びエネルギーの削減が可能であると考えられる。
本発明は、上記実施形態に限られず、様々な変形態様が可能である。
例えば、第一反応器１０及び第二反応器２０は、それぞれ、複数の単位反応器を直列又は並列に接続したものであることができる。また、各ラインに、更に、蒸留塔、抽出塔等の分離精製手段を追加してもよい。
ラインＬ４０は、必ずしもラインＬ３１に合流しなくてもよい。すなわち、流（Ｆ４０）と流（Ｆ３１）とは、それぞれ別々に次の工程に送られてもよい。
ガスミキサー５０ｂは、省略することもできる。この場合、ラインＬＢは、ラインＬＡの配管に直接接続されることができる。
メタクリル酸の製造装置１００では、加熱手段２３ａは、ガス出口７０ｇｊからラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、ガス出口７０ｇｊから３０までの位置の一部に配置されているが、加熱手段は、ガス出口７０ｇｊから３０までの位置の全部に配置されていてもよい。
ラインＬＤは、ガス出口７０ｇｊから３０までの位置以外の場所に他の加熱手段を更に備えていてもよい。
１０…第一反応器、２０…第二反応器、５０ｂ…ガスミキサー、６０…液化手段、７０…メタクロレイン回収手段、２３ａ…加熱手段、１００…メタクリル酸の製造装置。
Claims (4)
- 入口及び出口を有し、イソブチレン及び／又はｔｅｒｔ−ブチルアルコールと酸素とからメタクロレインを得る第一反応器と、
入口及び出口を有し、メタクロレイン及び酸素を反応させてメタクリル酸を得る第二反応器と、
液入口、液出口及びガス出口を有するメタクロレイン回収手段と、
前記第一反応器の出口及び前記第二反応器の入口を接続するラインＬＡと、
前記ラインＬＡ及び酸素供給源を接続するラインＬＢと、
前記第二反応器の出口及び前記メタクロレイン回収手段の液入口を接続するラインＬＣと、
前記メタクロレイン回収手段のガス出口と前記ラインＬＡを接続するラインＬＤと、を備え、
前記ラインＬＤは加熱手段を有し、
前記加熱手段は、前記ガス出口から前記ラインＬＡとの接続部Ｘｏまでのラインの長さを１００としたときに、前記ガス出口から３０までの位置の少なくとも一部に配置されている、メタクリル酸の製造装置。 - 前記加熱手段が、前記ガス出口から２０までの位置の少なくとも一部に配置されている、請求項１に記載のメタクリル酸の製造装置。
- 前記加熱手段が、前記ガス出口から１０までの位置の少なくとも一部に配置されている、請求項１又は２に記載のメタクリル酸の製造装置。
- 前記ガス出口から前記加熱手段の入口までのラインの長さが、３ｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のメタクリル酸の製造装置。
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