JP2023031384A - Method for producing butadiene - Google Patents

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宣利 柳橋
Nobutoshi Yanagibashi
悠 西山
Yu Nishiyama
壮一郎 鈴木
Soichiro Suzuki
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Abstract

To provide a method for producing butadiene capable of producing butadiene while reducing carbon dioxide emissions.SOLUTION: A first reactor 3 and a second reactor 4 used in the method for producing butadiene of the present invention comprise a plurality of reaction tubes Ra and Rb each filled with a catalyst. When a reaction process in which the raw material gas is passed at a temperature of 300 to 420°C through some reaction tubes of Ra and Rb, and a regeneration process in which a regeneration gas for regenerating the catalyst is passed through the remaining reaction tubes at a temperature of 420 to 550°C are alternately performed, the contact frequency of the raw material gas and the regeneration gas with respect to the catalyst, which is represented by the following formula (1), is set to 500 to 50000. Contact frequency=(flow rate of raw material gas and regeneration gas [kg/hr]×pressure in the reaction tube [MPaA])/(area occupied by the catalyst in the cross section at the center in the longitudinal direction of the reaction tube [m2]×outer diameter of the reaction tube[m]] (1).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ブタジエンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing butadiene.

1,3-ブタジエン等のブタジエンは、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)等の原料として用いられている。ブタジエンの製造方法としては、例えば、触媒の存在下、エタノールをアセトアルデヒドに転化し、さらにエタノールおよびアセトアルデヒドをブタジエンに転化する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Butadiene such as 1,3-butadiene is used as a raw material for styrene-butadiene rubber (SBR) and the like. As a method for producing butadiene, for example, a method of converting ethanol into acetaldehyde in the presence of a catalyst and then converting ethanol and acetaldehyde into butadiene is known (see, for example, Patent Document 1).

特表2017-532318号公報Japanese Patent Publication No. 2017-532318

しかしながら、本発明者の検討によれば、従来の製造方法では、各工程で使用または発生する熱(エネルギー)が有効に再利用されないため、追加のエネルギーを投入せざるを得ず、このエネルギーの生成の際に発生する二酸化炭素が原因で、二酸化炭素の排出量の削減に限界があることが判った。
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、二酸化炭素の排出量を削減しつつ、ブタジエンを製造可能なブタジエンの製造方法を提供することにある。
However, according to the study of the present inventor, in the conventional manufacturing method, the heat (energy) used or generated in each process is not effectively reused, so additional energy must be input, and this energy is used. It has been found that there is a limit to reducing carbon dioxide emissions due to the carbon dioxide produced during production.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a method for producing butadiene capable of producing butadiene while reducing carbon dioxide emissions.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
(1) 本発明のブタジエンの製造方法は、エタノールからアセトアルデヒドに変換する第1反応器、該第1反応器で副生する無機ガスを分離する無機ガス分離器、エタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンに変換する第2反応器の順で、原料ガスを通過させてブタジエンを製造する方法であって、
各前記反応器は、互いに並列に接続され、触媒が充填された複数の反応管を備え、
該複数の反応管のうちの一部の前記反応管に前記原料ガスを300~420℃の温度で通過させる反応プロセスと、残りの前記反応管に前記触媒を再生する再生ガスを420~550℃の温度で通過させる再生プロセスとを交互に行うに際して、
前記触媒に対する前記原料ガスおよび前記再生ガスの下記式(1)で表される接触頻度を、500~50000に設定したことを特徴とする。
接触頻度=(原料ガスおよび再生ガスの流量[kg/hr]×反応管内の圧力[MPaA])/(反応管の長手方向中央での横断面において触媒が占める面積[m]×反応管の外径[m]) ・・・ (1)
Such objects are achieved by the present invention described below.
(1) The method for producing butadiene of the present invention includes a first reactor that converts ethanol to acetaldehyde, an inorganic gas separator that separates an inorganic gas by-produced in the first reactor, and ethanol and acetaldehyde that are converted to butadiene. A method for producing butadiene by passing a raw material gas through the second reactor in order,
each reactor comprises a plurality of reaction tubes connected in parallel and filled with a catalyst;
A reaction process in which the raw material gas is passed through some of the reaction tubes out of the plurality of reaction tubes at a temperature of 300 to 420 ° C., and a regeneration gas for regenerating the catalyst is supplied to the remaining reaction tubes at 420 to 550 ° C. in alternating with the regeneration process passing through at a temperature of
It is characterized in that the contact frequency represented by the following formula (1) of the raw material gas and the regeneration gas with respect to the catalyst is set to 500 to 50,000.
Contact frequency = (flow rate of raw material gas and regeneration gas [kg/hr] x pressure in reaction tube [MPaA])/(area occupied by catalyst in cross section at the center in the longitudinal direction of reaction tube [m 2 ] x reaction tube Outer diameter [m]) (1)

(2) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記原料ガスを前記無機ガス分離器に通過させる際の条件は、温度3~15℃、圧力0.5~5MPaGであることが好ましい。
(3) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記反応プロセスと前記再生プロセスとの間に、前記反応管に不活性ガスを通過させる置換プロセスを有し、
前記反応プロセスの時間>(前記反応プロセスと前記再生プロセスとの温度差)÷(前記反応プロセスから前記再生プロセスへの昇温速度)+(前記再生プロセスと前記反応プロセスとの温度差)÷(前記再生プロセスから前記反応プロセスへの降温速度)+(前記置換プロセスの時間)+(前記再生プロセスの時間)なる関係を満足するように、前記昇温速度および前記降温速度を調整することが好ましい。
(2) In the method for producing butadiene of the present invention, the conditions for passing the raw material gas through the inorganic gas separator are preferably a temperature of 3 to 15° C. and a pressure of 0.5 to 5 MPaG.
(3) The method for producing butadiene of the present invention includes, between the reaction process and the regeneration process, a replacement process of passing an inert gas through the reaction tube,
Time of the reaction process>(temperature difference between the reaction process and the regeneration process)/(heating rate from the reaction process to the regeneration process) + (temperature difference between the regeneration process and the reaction process)/( It is preferable to adjust the temperature increase rate and the temperature decrease rate so as to satisfy the following relationship: temperature drop rate from the regeneration process to the reaction process) + (time of the replacement process) + (time of the regeneration process). .

(4) 本発明のブタジエンの製造方法では、さらに、前記反応プロセスにおいて、前記原料ガスを加熱する加熱機構を備え、
該加熱機構は、熱媒移送ライン内を移送される熱媒との間で熱交換を行う熱交換器、電熱器およびマイクロ波照射器から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
(5) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記熱媒移送ラインは、第1分岐ラインと、該第1分岐ラインと分岐した後、再度合流する第2分岐ラインとを備え、
前記反応管に対して、前記第1分岐ラインにおける前記熱媒の移送方向と、前記第2分岐ラインにおける前記熱媒の移送方向とが逆方向であることが好ましい。
(4) The method for producing butadiene of the present invention further includes a heating mechanism for heating the raw material gas in the reaction process,
The heating mechanism preferably includes at least one selected from a heat exchanger, an electric heater, and a microwave irradiator that exchange heat with the heat medium transferred in the heat medium transfer line.
(5) In the method for producing butadiene of the present invention, the heat medium transfer line includes a first branch line and a second branch line that rejoins after branching off from the first branch line,
It is preferable that the transfer direction of the heat medium in the first branch line and the transfer direction of the heat medium in the second branch line are opposite to each other with respect to the reaction tube.

(6) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記第1分岐ラインおよび前記第2分岐ラインは、それぞれ前記反応管の内側、前記反応管の外側かつ前記反応器の内側、および前記反応器の外側から選ばれる少なくとも1つに設けられていることが好ましい。
(7) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記熱媒は、前記反応管を通過した後の前記原料ガスであり、
前記熱媒移送ラインは、前記原料ガスを移送する原料ガス移送ラインとしても機能するとともに、前記熱交換器は、前記反応管を通過した後の前記原料ガスと前記反応管を通過する前の前記原料ガスとの間で熱交換を行うことが好ましい。
(6) In the method for producing butadiene of the present invention, the first branch line and the second branch line are respectively inside the reaction tube, outside the reaction tube and inside the reactor, and outside the reactor. is preferably provided in at least one selected from
(7) In the method for producing butadiene of the present invention, the heat medium is the source gas after passing through the reaction tube,
The heat medium transfer line also functions as a raw material gas transfer line for transferring the raw material gas, and the heat exchanger connects the raw material gas after passing through the reaction tube and the raw material gas before passing through the reaction tube. It is preferable to perform heat exchange with the raw material gas.

(8) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記反応管の下流側に、前記原料ガスの圧力を上昇させる昇圧器を備えることが好ましい。
(9) 本発明のブタジエンの製造方法では、さらに、前記再生プロセスにおいて、前記再生ガスを加熱する第2加熱機構を備え、
該第2加熱機構は、前記加熱機構と分離して設けられ、第2熱媒移送ライン内を移送される第2熱媒との間で熱交換を行う第2熱交換器、第2電熱器および第2マイクロ波照射器から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
(8) In the method for producing butadiene of the present invention, it is preferable that a pressure booster for increasing the pressure of the raw material gas is provided on the downstream side of the reaction tube.
(9) The method for producing butadiene of the present invention further includes a second heating mechanism for heating the regeneration gas in the regeneration process,
The second heating mechanism is provided separately from the heating mechanism, and is a second heat exchanger and a second electric heater that exchange heat with the second heat medium transferred in the second heat medium transfer line. and a second microwave irradiator.

(10) 本発明のブタジエンの製造方法では、さらに、前記反応プロセス終了後、前記再生プロセス開始前において、前記触媒を加熱する第3加熱機構を備え、
該第3加熱機構は、前記加熱機構および前記第2加熱機構と分離して設けられ、第3熱媒移送ライン内を移送される第3熱媒との間で熱交換を行う第3熱交換器、第3電熱器および第3マイクロ波照射器から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
(11) 本発明のブタジエンの製造方法では、さらに、前記再生プロセス終了後、前記反応プロセス開始前において、前記触媒を冷却する冷却機構を備え、
該冷却機構は、冷媒移送ライン内を移送される冷媒との間で熱交換を行う第4熱交換器および冷却器から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
(10) The method for producing butadiene of the present invention further includes a third heating mechanism for heating the catalyst after the reaction process is finished and before the regeneration process is started,
The third heating mechanism is provided separately from the heating mechanism and the second heating mechanism, and performs heat exchange with a third heat medium transferred in a third heat medium transfer line. It is preferable to include at least one selected from a vessel, a third electric heater and a third microwave irradiator.
(11) The method for producing butadiene of the present invention further comprises a cooling mechanism for cooling the catalyst after the regeneration process is finished and before the reaction process is started,
The cooling mechanism preferably includes at least one selected from a fourth heat exchanger and a cooler that exchange heat with the refrigerant transferred in the refrigerant transfer line.

(12) 本発明のブタジエンの製造方法では、さらに、前記再生プロセスにおいて、予め加熱された前記再生ガスを前記反応管に供給する予熱再生ガス供給機構を備えることが好ましい。
(13) 本発明のブタジエンの製造方法では、前記反応管内の温度を調整するのに予め加熱されたガスが使用され、
該ガスは、互いにガス組成が異なる、前記反応プロセスにおいて使用される第1ガスと、前記反応プロセスから前記再生プロセスへの昇温プロセスにおいて使用される第2ガスと、前記再生プロセスにおいて使用される第3ガスと、前記再生プロセスから前記反応プロセスへの降温プロセスにおいて使用される第4ガスとを含み、
前記第1ガスと前記第3ガスとの間で熱交換を行い、かつ前記第2ガスと前記第4ガスとの間で熱交換を行うことが好ましい。
(12) In the method for producing butadiene of the present invention, the regeneration process preferably further includes a preheated regeneration gas supply mechanism for supplying the preheated regeneration gas to the reaction tube.
(13) In the method for producing butadiene of the present invention, preheated gas is used to adjust the temperature in the reaction tube,
The gases are a first gas used in the reaction process, a second gas used in a temperature raising process from the reaction process to the regeneration process, and a second gas used in the regeneration process, which are different in gas composition from each other. a third gas and a fourth gas used in a temperature-lowering process from the regeneration process to the reaction process;
Heat exchange is preferably performed between the first gas and the third gas, and heat exchange is performed between the second gas and the fourth gas.

本発明によれば、二酸化炭素の排出量を削減しつつ、ブタジエンを連続的かつ安定的に製造することができる。 According to the present invention, butadiene can be produced continuously and stably while reducing carbon dioxide emissions.

本発明のブタジエンの製造方法の第1実施形態で用いる製造装置の全体を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the whole manufacturing apparatus used by 1st Embodiment of the manufacturing method of butadiene of this invention. 反応器付近の構成を示す概略図(一部の構成を省略)である。FIG. 2 is a schematic diagram (partially omitted) showing the configuration around the reactor. 原料ガスを加熱する加熱機構の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the configuration of a heating mechanism that heats the raw material gas. 原料ガスを加熱する加熱機構の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the configuration of a heating mechanism that heats the raw material gas. 原料ガスを加熱する加熱機構の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the configuration of a heating mechanism that heats the raw material gas. 本発明のブタジエンの製造方法の第2実施形態で用いる製造装置の一部を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing part of a production apparatus used in a second embodiment of the method for producing butadiene of the present invention. 本発明のブタジエンの製造方法の第3実施形態で用いる製造装置の一部を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing part of a production apparatus used in a third embodiment of the method for producing butadiene of the present invention. 再生ガスを加熱する第2加熱機構の構成を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a second heating mechanism that heats the regeneration gas;

以下、本発明のブタジエンの製造方法について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明のブタジエンの製造方法の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明のブタジエンの製造方法の第1実施形態で用いる製造装置の全体を示す模式図である。
以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明は、それらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method for producing butadiene of the present invention will now be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First embodiment>
First, a first embodiment of the method for producing butadiene of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the entire production apparatus used in the first embodiment of the method for producing butadiene of the present invention.
The dimensions and the like in the drawings illustrated in the following description are examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of not changing the gist of the invention.

図1に示す製造装置1は、主に、原料タンク2と、第1反応器3と、第2反応器4と、精製部5と、原料タンク2と第1反応器3とを接続する第1ラインL1と、第1反応器3と第2反応器4とを接続する第2ラインL2と、第2反応器4と精製部5とを接続する第3ラインL3とを有している。
なお、本明細書中では、流体(液体またはガス)の流れ方向に対して上流側を単に「上流側」、下流側を単に「下流側」とも記載する。
The manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 mainly includes a raw material tank 2, a first reactor 3, a second reactor 4, a purification section 5, and a second It has a first line L1, a second line L2 connecting the first reactor 3 and the second reactor 4, and a third line L3 connecting the second reactor 4 and the refining section 5.
In this specification, the upstream side with respect to the flow direction of the fluid (liquid or gas) is also simply referred to as the "upstream side", and the downstream side is simply referred to as the "downstream side".

第1ラインL1は、その一端部において原料タンク2に接続されている。原料タンク2には、エタノール供給原料が供給および貯留される。
エタノール供給原料は、エタノールを必須成分として含み、本発明の効果を損なわない範囲で、水のような他の成分を含んでもよい。エタノール供給原料に含まれるエタノールの量は、エタノール供給原料の総質量に対して、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、93質量%以上であることがさらに好ましい。エタノールの量の上限は、理論的には100質量%である。
The first line L1 is connected to the raw material tank 2 at one end thereof. Ethanol feedstock is supplied and stored in the raw material tank 2 .
The ethanol feedstock contains ethanol as an essential component, and may contain other components such as water as long as the effects of the present invention are not impaired. The amount of ethanol contained in the ethanol feedstock is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and preferably 93% by mass or more, relative to the total mass of the ethanol feedstock. More preferred. The upper limit of the amount of ethanol is theoretically 100% by weight.

エタノール供給原料としては、特に限定されないが、例えば、シェールガス、石油のような化石燃料由来のエタノールであってもよく、植物、動物、ゴミのようなバイオマス由来のエタノール(バイオエタノール)であってもよい。中でも、エタノール供給原料としては、窒素化合物や硫黄化合物のような不純物の含有量が少なく、触媒を劣化させ難い観点から、バイオエタノールであることが好ましい。 The ethanol feedstock is not particularly limited, but may be, for example, ethanol derived from fossil fuels such as shale gas or petroleum, or biomass-derived ethanol (bioethanol) such as plants, animals, or garbage. good too. Among them, bioethanol is preferable as the ethanol feedstock from the viewpoint that the content of impurities such as nitrogen compounds and sulfur compounds is small and the catalyst is less likely to deteriorate.

一方、第1ラインL1は、その他端部において第1反応器3に接続されている。第1反応器3では、下記式(A)に示すように、エタノールがアセトアルデヒドへ転化(変換)される。
CHCHOH → CHCHO+H ・・・ (A)
第1反応器3は、互いに並列に接続された複数(本実施形態では、2個)の反応管Ra、Rbを備えている(図2参照)。
第1ラインL1は、分岐した後、それぞれ反応管Ra、Rbの入口ポートに接続されている。なお、図示しないが、第1ラインL1の分岐ラインの途中には、バルブのような流路開閉装置が配置されている。
On the other hand, the first line L1 is connected to the first reactor 3 at the other end. In the first reactor 3, ethanol is converted (converted) into acetaldehyde as shown in the following formula (A).
CH3CH2OH- > CH3CHO + H2 ... (A)
The first reactor 3 includes a plurality of (two in this embodiment) reaction tubes Ra and Rb connected in parallel (see FIG. 2).
After being branched, the first line L1 is connected to inlet ports of the reaction tubes Ra and Rb, respectively. Although not shown, a channel opening/closing device such as a valve is arranged in the middle of the branch line of the first line L1.

各反応管Ra、Rbは、その内部に第1触媒が充填されて反応床(触媒層)が形成されている。なお、反応床の形態としては、例えば、固定床、移動床、流動床等が挙げられる。
第1触媒は、エタノールからアセトアルデヒドへの転化反応を促進し得ればよい。第1触媒の具体例としては、例えば、酸化クロムと酸化銅との混合物、酸化亜鉛単独、酸化銅と酸化ケイ素との混合物等が挙げられる。なお、第1触媒は、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
中でも、エタノールからのアセトアルデヒドへの転化率が高い観点から、第1触媒としては、酸化銅と酸化ケイ素との混合物であることが好ましい。
Each reaction tube Ra, Rb is filled with a first catalyst to form a reaction bed (catalyst layer). Examples of the form of the reaction bed include fixed bed, moving bed, fluidized bed and the like.
The first catalyst may promote the conversion reaction from ethanol to acetaldehyde. Specific examples of the first catalyst include a mixture of chromium oxide and copper oxide, zinc oxide alone, and a mixture of copper oxide and silicon oxide. In addition, the 1st catalyst may use these 1 type individually, and may use 2 or more types together.
Among them, the first catalyst is preferably a mixture of copper oxide and silicon oxide from the viewpoint of high conversion rate from ethanol to acetaldehyde.

第1ラインL1の途中には、上流側から順に、気化器7と温調装置TC1とが配置されている。
気化器7では、エタノール供給原料を加熱することにより、気化させてエタノール含有ガス(原料ガス)を生成する。
エタノール供給原料の気化時の圧力は、-1.0~1.0MPaGであることが好ましく、-0.5~0.5MPaGであることがより好ましく、-0.3~0.3MPaGであることがさらに好ましい。エタノール供給原料の気化時の圧力が上記範囲であれば、エタノール供給原料を効率的に気化させ得るとともに、気化した際にエタノール含有ガスの体積が過剰にならず、機械設備の大型化を抑制することができる。
A vaporizer 7 and a temperature control device TC1 are arranged in order from the upstream side in the middle of the first line L1.
In the vaporizer 7, the ethanol feedstock is heated and vaporized to generate an ethanol-containing gas (raw material gas).
The pressure during vaporization of the ethanol feedstock is preferably -1.0 to 1.0 MPaG, more preferably -0.5 to 0.5 MPaG, and -0.3 to 0.3 MPaG. is more preferred. If the pressure at the time of vaporization of the ethanol feedstock is within the above range, the ethanol feedstock can be efficiently vaporized, and the volume of the ethanol-containing gas does not become excessive when vaporized, thereby suppressing an increase in the size of machinery and equipment. be able to.

エタノール供給原料の気化時の温度は、-100~200℃であることが好ましく、0~150℃であることがより好ましく、25~100℃であることがさらに好ましい。エタノール供給原料の気化時の温度が上記範囲であれば、エタノール供給原料を効率的に気化させ得るとともに、エタノール供給原料の過剰な加熱が不要となる。
気化器7には、第4ラインL4を介して、不活性ガスタンク6が接続されている。不活性ガスタンク6には、不活性ガスが供給および貯留される。
必要に応じて、気化器7に不活性ガスが供給され、生成されたエタノール含有ガスに混合される。
The temperature at which the ethanol feedstock is vaporized is preferably -100 to 200°C, more preferably 0 to 150°C, even more preferably 25 to 100°C. If the temperature at which the ethanol feedstock is vaporized is within the above range, the ethanol feedstock can be efficiently vaporized, and excessive heating of the ethanol feedstock becomes unnecessary.
An inert gas tank 6 is connected to the vaporizer 7 via a fourth line L4. An inert gas is supplied and stored in the inert gas tank 6 .
If necessary, an inert gas is supplied to the vaporizer 7 and mixed with the produced ethanol-containing gas.

エタノール含有ガスに含まれるエタノールの濃度は、0.1~100体積%であることが好ましく、10~100体積%であることがより好ましく、20~100体積%であることがさらに好ましい。エタノール含有ガスに含まれるエタノールの濃度が上記範囲であれば、ブタジエンの収率を高めることができる。
不活性ガス(希釈用ガス)としては、エタノールからブタジエンまでの転化反応に悪影響を及ぼさないガスが好適である。かかる不活性ガスの具体例としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような希ガス、炭酸ガスが挙げられる。なお、不活性ガスは、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、安価であり、入手が容易なことから、不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスであることが好ましい。
The concentration of ethanol contained in the ethanol-containing gas is preferably 0.1 to 100% by volume, more preferably 10 to 100% by volume, even more preferably 20 to 100% by volume. If the concentration of ethanol contained in the ethanol-containing gas is within the above range, the yield of butadiene can be increased.
As the inert gas (diluent gas), a gas that does not adversely affect the conversion reaction from ethanol to butadiene is suitable. Specific examples of such inert gas include nitrogen gas, rare gas such as argon gas, and carbon dioxide gas. In addition, these inert gases may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among them, nitrogen gas and argon gas are preferable as the inert gas because they are inexpensive and readily available.

得られたエタノール含有ガスの一部は、温調装置TC1を介して、第1反応器3に供給され、一部は、第5ラインL5を介して、後述する混合器10に供給される。別の態様としてエタノール含有ガスを、原料タンク2とは独立した原料タンクから混合器10へ供給することもできる。
温調装置TC1では、エタノール含有ガスを加熱する。
この際の温度は、第1触媒によるエタノールからアセトアルデヒドへの転化反応(第1触媒の種類)に応じて設定され、特に限定されないが、100~500℃であることが好ましく、200~450℃であることがより好ましく、300~420℃であることがさらに好ましい。この場合、過剰なエネルギーの消費(すなわち、二酸化炭素の排出量)を低減しつつ、エタノールのアセトアルデヒドへの転化率を高めることができる。
Part of the obtained ethanol-containing gas is supplied to the first reactor 3 via the temperature control device TC1, and part of it is supplied to the mixer 10 described later via the fifth line L5. Alternatively, the ethanol-containing gas can be supplied to the mixer 10 from a raw material tank independent of the raw material tank 2 .
The temperature controller TC1 heats the ethanol-containing gas.
The temperature at this time is set according to the conversion reaction from ethanol to acetaldehyde by the first catalyst (the type of the first catalyst), and is not particularly limited, but is preferably 100 to 500 ° C., and is preferably 200 to 450 ° C. more preferably 300 to 420°C. In this case, it is possible to increase the conversion rate of ethanol to acetaldehyde while reducing excessive energy consumption (that is, carbon dioxide emissions).

第1反応器3でのエタノールからアセトアルデヒドへの転化率は、30~70%であることが好ましく、40~60%であることがより好ましい。
ここで、「アルデヒドへの転化率」とは、第1反応器3に供給されるエタノール含有ガスに含まれるエタノールの単位時間当たりのモル数に対する、第1反応器3(第1触媒)で消費されたエタノールの単位時間当たりのモル数の比率(百分率)を意味する。
なお、第1反応器3で消費されたエタノールの単位時間当たりのモル数は、第1反応器3に供給されるエタノール含有ガスに含まれるエタノールの単位時間当たりのモル数から、第1反応器3から排出される排出ガス(以下、「中間ガス」とも記載する。)に含まれるエタノールの単位時間当たりのモル数を差し引くことで算出される。
The conversion rate from ethanol to acetaldehyde in the first reactor 3 is preferably 30-70%, more preferably 40-60%.
Here, the “conversion rate to aldehyde” refers to the number of moles of ethanol contained in the ethanol-containing gas supplied to the first reactor 3 per unit time consumed in the first reactor 3 (first catalyst). means the ratio (percentage) of the number of moles of ethanol per unit time.
The number of moles per unit time of ethanol consumed in the first reactor 3 is calculated from the number of moles per unit time of ethanol contained in the ethanol-containing gas supplied to the first reactor 3. It is calculated by subtracting the number of moles per unit time of ethanol contained in the exhaust gas (hereinafter also referred to as "intermediate gas") discharged from 3.

第1反応器3の転化反応におけるアセトアルデヒドの選択率は、85%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。
ここで、「アセトアルデヒドの選択率」とは、第1反応器3で消費されたエタノールの単位時間当たりのモル数に対する、アセトアルデヒドに変換されたエタノールの単位時間当たりのモル数の比率(百分率)を意味する。
なお、第1反応器3から排出される中間ガスに含まれる可能性のある副生物としては、例えば、メタン、エタン、エチレン、ジエチルエーテル、アセトン、クロトンアルデヒド、ブチルアルデヒド、酢酸エチル、酢酸等が挙げられる。
The selectivity of acetaldehyde in the conversion reaction in the first reactor 3 is preferably 85% or higher, more preferably 90% or higher.
Here, the "acetaldehyde selectivity" is the ratio (percentage) of the number of moles per unit time of ethanol converted to acetaldehyde to the number of moles per unit time of ethanol consumed in the first reactor 3. means.
By-products that may be contained in the intermediate gas discharged from the first reactor 3 include, for example, methane, ethane, ethylene, diethyl ether, acetone, crotonaldehyde, butyraldehyde, ethyl acetate, and acetic acid. mentioned.

第1反応器3から排出される中間ガス(原料ガス)は、第2ラインL2を介して、第2反応器4に供給される。第2反応器4では、下記式(B)に示すように、中間ガスに含まれるエタノールおよびアセトアルデヒドがブタジエン(1,3-ブタジエン)へ転化される。
CHCHOH+CHCHO
→ CH=CH-CH=CH+2HO ・・・ (B)
第2反応器4は、互いに並列に接続された複数(本実施形態では、2個)の反応管Ra、Rbを備えている(図2参照)。
第2ラインL2は、分岐した後、それぞれ反応管Ra、Rbの入口ポートに接続されている。なお、図示しないが、第2ラインL2の分岐ラインの途中には、バルブのような流路開閉装置が配置されている。
The intermediate gas (raw material gas) discharged from the first reactor 3 is supplied to the second reactor 4 via the second line L2. In the second reactor 4, ethanol and acetaldehyde contained in the intermediate gas are converted to butadiene (1,3-butadiene) as shown in the following formula (B).
CH3CH2OH + CH3CHO
→CH 2 =CH-CH=CH 2 +2H 2 O (B)
The second reactor 4 includes a plurality of (two in this embodiment) reaction tubes Ra and Rb connected in parallel (see FIG. 2).
After branching, the second line L2 is connected to the inlet ports of the reaction tubes Ra and Rb, respectively. Although not shown, a channel opening/closing device such as a valve is arranged in the middle of the branch line of the second line L2.

各反応管Ra、Rbは、その内部に第2触媒が充填されて反応床(触媒層)が形成されている。なお、反応床の形態としては、例えば、固定床、移動床、流動床等が挙げられる。
第2触媒は、エタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンへの転化反応を促進し得ればよい。第2触媒の具体例としては、例えば、タンタル、ジルコニウム、チタン、セリウム、ニオブ、ハフニウム、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等が挙げられる。なお、第2触媒は、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
中でも、ブタジエンの収率が高い観点から、第2触媒としては、ジルコニウム、ハフニウムであることが好ましい。
第2触媒の状態としては、例えば、元素単体、酸化物、塩化物が挙げられる。そして、その使用態様としては、担体上に第2触媒を担持させて使用する態様や、2種以上の混合物として使用する態様が挙げられる。
Each reaction tube Ra, Rb is filled with a second catalyst to form a reaction bed (catalyst layer). Examples of the form of the reaction bed include fixed bed, moving bed, fluidized bed and the like.
The second catalyst may promote the conversion reaction of ethanol and acetaldehyde to butadiene. Specific examples of the second catalyst include tantalum, zirconium, titanium, cerium, niobium, hafnium, magnesium, zinc and silicon. The second catalyst may be used alone or in combination of two or more.
Among them, zirconium and hafnium are preferable as the second catalyst from the viewpoint of a high yield of butadiene.
Examples of the state of the second catalyst include simple element, oxide, and chloride. Examples of usage modes include a mode in which the second catalyst is supported on a carrier and a mode in which two or more of them are used as a mixture.

第2ラインL2の途中には、上流側から順に、温調装置TC2と、昇圧器8と、温調装置TC3と、水素分離器(無機ガス分離器)9と、混合器10と、温調装置TC4とが配置されている。
温調装置TC2では、中間ガスを冷却する。
冷却後の中間ガスは、昇圧器8を通過することにより、その圧力が上昇する。これにより、水素分離器9で一度に処理可能な中間ガスの量を増大させることができる。また、水素分離器9でアセトアルデヒドの同伴を少なく水素(無機ガス)を分離することができる。このとき、中間ガスは、昇圧に伴って、その温度も上昇する。
昇圧器8は、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機のようなターボ圧縮機、往復動圧縮機(レシプロ圧縮機)、ダイアフラム式圧縮機、シングルスクリュー圧縮機、ツインスクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ロータリーピストン型圧縮機、スライドベーン型圧縮機のような容積圧縮機、低圧に対応可能なルーツブロワー(二葉送風機)、遠心式のブロワー等で構成することができる。
In the middle of the second line L2, in order from the upstream side, there are a temperature control device TC2, a booster 8, a temperature control device TC3, a hydrogen separator (inorganic gas separator) 9, a mixer 10, and a temperature control device. A device TC4 is arranged.
The temperature controller TC2 cools the intermediate gas.
The pressure of the intermediate gas after cooling is increased by passing through the booster 8 . As a result, the amount of intermediate gas that can be processed by the hydrogen separator 9 at one time can be increased. In addition, the hydrogen separator 9 can separate hydrogen (inorganic gas) with less accompanying acetaldehyde. At this time, the temperature of the intermediate gas rises as the pressure rises.
The booster 8 is, for example, a centrifugal compressor, a turbo compressor such as an axial compressor, a reciprocating compressor (reciprocating compressor), a diaphragm compressor, a single screw compressor, a twin screw compressor, a scroll It can be composed of a compressor, a rotary compressor, a rotary piston type compressor, a positive displacement compressor such as a slide vane type compressor, a roots blower (two-leaf blower) capable of handling low pressure, a centrifugal blower, and the like.

温調装置TC3では、再度、中間ガスを冷却する。
冷却後の中間ガスは、水素分離器9を通過する。上述したように、第1反応器3で生成する中間ガス中には、水素が混入するため、この水素を水素分離器9で除去する。これにより、第2反応器4において、エタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンへの変換反応が阻害されるのを防止または抑制することができる。また、無機ガス分離器12においてブタジエンの同伴を少なく水素(無機ガス)を分離することができる。
水素分離器9を通過した後の中間ガスに含まれる水素の濃度は、中間ガス全体に対して、10体積%以下であることが好ましく、5体積%以下であることがより好ましく、1体積%以下であることがさらに好ましく、0体積%であってもよい。
The temperature controller TC3 cools the intermediate gas again.
The intermediate gas after cooling passes through the hydrogen separator 9 . As described above, hydrogen is mixed in the intermediate gas produced in the first reactor 3 , so this hydrogen is removed by the hydrogen separator 9 . This makes it possible to prevent or suppress inhibition of the conversion reaction from ethanol and acetaldehyde to butadiene in the second reactor 4 . Also, in the inorganic gas separator 12, hydrogen (inorganic gas) can be separated with less entrainment of butadiene.
The concentration of hydrogen contained in the intermediate gas after passing through the hydrogen separator 9 is preferably 10% by volume or less, more preferably 5% by volume or less, and 1% by volume with respect to the entire intermediate gas. It is more preferably below, and may be 0% by volume.

水素分離器9は、例えば、気液分離器で構成される。水素分離器9では、エタノールおよびアセトアルデヒドを含む液体と水素を含むガスとに分離される。この場合、エタノールおよびアセトアルデヒドを含む液体を加熱し、再び気化して中間ガスとして下流側に供給する。
気液分離の際の温度は、3~15℃であることが好ましく、5~10℃であることがより好ましい。また、気液分離の際の圧力は、0.5~5MPaGであることが好ましく、1~3MPaGであることがより好ましい。かかる条件での気液分離により、水素が効率よく分離される。
なお、気液分離器は、例えば、単なる容器、旋回流式分離器、遠心分離器、表面張力式分離器等で構成することができる。
The hydrogen separator 9 is composed of, for example, a gas-liquid separator. In the hydrogen separator 9, it is separated into a liquid containing ethanol and acetaldehyde and a gas containing hydrogen. In this case, a liquid containing ethanol and acetaldehyde is heated, re-vaporized and supplied downstream as an intermediate gas.
The temperature during gas-liquid separation is preferably 3 to 15°C, more preferably 5 to 10°C. The pressure during gas-liquid separation is preferably 0.5 to 5 MPaG, more preferably 1 to 3 MPaG. Hydrogen is efficiently separated by gas-liquid separation under such conditions.
The gas-liquid separator can be composed of, for example, a simple container, a swirling flow separator, a centrifugal separator, a surface tension separator, or the like.

水素除去後の中間ガスは、混合器10に供給される。この混合器10には、さらに、気化器7が第5ラインL5を介して、後述するAcH(アセトアルデヒド)精製器52が第6ラインL6を介して、後述するEtOH(エタノール)精製器53が第7ラインL7を介して、それぞれ接続されている。
混合器10では、水素除去後の中間ガスに、第5ラインL5を介して供給されるエタノール含有ガス、第6ラインL6を介して供給されるアセトアルデヒド含有ガス、第7ラインL7を介して供給される第2エタノール含有ガス、および原料タンク2とは独立した原料タンク由来のエタノール含有ガスのうちの少なくとも1つを混合して、中間ガスに含まれるエタノールとアセトアルデヒドとのモル比(以下、「モル比P」とも記載する。)を調整する。
The intermediate gas after removing hydrogen is supplied to the mixer 10 . The mixer 10 further includes a vaporizer 7 via a fifth line L5, an AcH (acetaldehyde) purifier 52 via a sixth line L6, and an EtOH (ethanol) purifier 53 via a sixth line L6. 7 lines L7 are connected to each other.
In the mixer 10, the intermediate gas from which hydrogen has been removed is fed through the ethanol-containing gas supplied through the fifth line L5, the acetaldehyde-containing gas supplied through the sixth line L6, and the seventh line L7. At least one of the second ethanol-containing gas and the ethanol-containing gas derived from the raw material tank independent of the raw material tank 2 is mixed, and the molar ratio of ethanol and acetaldehyde contained in the intermediate gas (hereinafter, “molar ratio P”) is adjusted.

モル比Pは、1~100であることが好ましく、1~50であることがより好ましく、1~20であることがさらに好ましく、1~10であることが特に好ましく、1~5または1.1~3であることが最も好ましい。モル比Pが上記範囲であれば、ブタジエンの収率が向上する。
また、混合器10には、中間ガスに含まれる成分を分析する分析計を設けるようにしてもよい。この場合、モル比Pを分析計によって監視した結果に基づいて、中間ガスに混合するエタノール含有ガス、アセトアルデヒド含有ガス、原料タンク2とは独立した原料タンク由来のエタノール含有ガスおよび第2エタノール含有ガスの少なくとも1つの量を調整することができる。これにより、モル比Pを上記範囲に制御することが容易になる。
なお、分析計には、例えば、プロセス質量分析計、ガスクロマトグラフィーを使用することができる。
The molar ratio P is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, still more preferably 1 to 20, particularly preferably 1 to 10, 1 to 5 or 1.5. 1 to 3 is most preferred. If the molar ratio P is within the above range, the yield of butadiene is improved.
Further, the mixer 10 may be provided with an analyzer for analyzing the components contained in the intermediate gas. In this case, based on the results of monitoring the molar ratio P with an analyzer, the ethanol-containing gas mixed with the intermediate gas, the acetaldehyde-containing gas, the ethanol-containing gas derived from the raw material tank independent of the raw material tank 2, and the second ethanol-containing gas can be adjusted. This makes it easier to control the molar ratio P within the above range.
For the spectrometer, for example, a process mass spectrometer or a gas chromatograph can be used.

本実施形態では、混合器10において、気化器7で生成されたエタノールリッチなエタノール含有ガスを中間ガスに直接混合するとともに、後述する精製部5から得られるアセトアルデヒド含有ガスおよび第2エタノール含有ガスを再利用して中間ガスに混合する。
ここで、第1反応器3から排出される中間ガスは、エタノールの濃度が低くなり易いものの、エタノールリッチなエタノール含有ガスが混合されるので、その極端な濃度低下を防止することができる。
また、精製部5から回収されるアセトアルデヒド含有ガスおよび第2エタノール含有ガスを再利用するため、ブタジエンの製造コストの増大を防止しつつ、上記範囲内で比較的高めの値にモル比Pを制御することが可能になる。したがって、ブタジエンへの転化効率が高められ、その収率を顕著に増大させることができる。
In the present embodiment, in the mixer 10, the ethanol-rich ethanol-containing gas produced in the vaporizer 7 is directly mixed with the intermediate gas, and the acetaldehyde-containing gas and the second ethanol-containing gas obtained from the refining unit 5, which will be described later, are mixed together. Recycled and mixed with intermediate gas.
Here, although the intermediate gas discharged from the first reactor 3 tends to have a low ethanol concentration, it is mixed with an ethanol-rich ethanol-containing gas, so an extreme drop in concentration can be prevented.
In addition, since the acetaldehyde-containing gas and the second ethanol-containing gas recovered from the refining unit 5 are reused, the molar ratio P is controlled to a relatively high value within the above range while preventing an increase in the production cost of butadiene. it becomes possible to Therefore, the conversion efficiency to butadiene is enhanced, and the yield can be significantly increased.

温調装置TC4では、中間ガスを加熱する。
この際の温度は、第2触媒によるエタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンへの転化反応(第2触媒の種類)に応じて設定され、特に限定されないが、50~500℃であることが好ましく、300~400℃であることがより好ましく、320~370℃であることがさらに好ましい。この場合、過剰なエネルギーの消費(すなわち、二酸化炭素の排出量)を低減しつつ、エタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンへの転化率を高めることができる。
The temperature controller TC4 heats the intermediate gas.
The temperature at this time is set according to the conversion reaction of ethanol and acetaldehyde to butadiene (type of second catalyst) by the second catalyst, and is not particularly limited, but is preferably 50 to 500° C., preferably 300 to 400° C. °C, more preferably 320 to 370°C. In this case, the conversion of ethanol and acetaldehyde to butadiene can be increased while reducing excessive energy consumption (ie, carbon dioxide emissions).

第2反応器4でのエタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンへの転化率は、30超であることが好ましく、40%超であることがより好ましく、50%超であることがさらに好ましい。
ここで、「ブタジエンへの転化率」とは、第2反応器4に供給される中間ガスに含まれるエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数に対する、第2反応器4(第2触媒)で消費されたエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数の比率(百分率)を意味する。
なお、第2反応器4で消費されたエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数は、第2反応器4に供給される中間ガスに含まれるエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数から、第2反応器4から排出される排出ガス(以下、「粗生成ガス」とも記載する。)に含まれるエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数を差し引くことで算出される。
The conversion of ethanol and acetaldehyde to butadiene in the second reactor 4 is preferably above 30%, more preferably above 40%, and even more preferably above 50%.
Here, the "conversion rate to butadiene" refers to the number of moles of ethanol and acetaldehyde contained in the intermediate gas supplied to the second reactor 4 per unit time in the second reactor 4 (second catalyst). Means the ratio (percentage) of the number of moles of ethanol and acetaldehyde consumed per unit time.
The number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde consumed in the second reactor 4 is calculated from the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde contained in the intermediate gas supplied to the second reactor 4. 2 Calculated by subtracting the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde contained in the exhaust gas discharged from the reactor 4 (hereinafter also referred to as "crude gas").

第2反応器4の転化反応におけるブタジエンの選択率は、60%超であることが好ましく、70%超であることがより好ましく、80%超であることがさらに好ましい。
ここで、「ブタジエンの選択率」とは、第2反応器4で消費されたエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数に対する、ブタジエンに変換されたエタノールおよびアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数の比率(百分率)を意味する。
第2反応器4においては、アセトアルデヒドの約65~80%がブタジエンに転化されることが好ましい。
なお、第2反応器4から排出される粗生成ガスに含まれる可能性のある副生物としては、例えば、エチレン、プロピレン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、ブタノール、ヘキサノール、1-ブテン、2-ブテン、イソブテン、ペンテン、ペンタジエン、ヘキセン、ヘキサジエン、酢酸、酪酸、クロトン酸、クロトンアルデヒド、クロチルアルコール、オクテン、オクタジエン、ヘキセン酸、オクテン酸、2,4-ジメチルフラン,2-メチル-2-シクロペンテン-1-オン、2,5-ジエチルフェノール、1,2,3-トリメチルインデン、4-ヒドロキシ‐4-メチル-2-ペンタノン、ジエチルアセタール等が挙げられる。
The butadiene selectivity in the conversion reaction in the second reactor 4 is preferably over 60%, more preferably over 70%, and even more preferably over 80%.
Here, the "butadiene selectivity" is the ratio of the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde converted to butadiene to the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde consumed in the second reactor 4. means (percentage).
Preferably, about 65-80% of the acetaldehyde is converted to butadiene in the second reactor 4 .
By-products that may be contained in the crude product gas discharged from the second reactor 4 include, for example, ethylene, propylene, diethyl ether, ethyl acetate, butanol, hexanol, 1-butene, 2-butene, isobutene, pentene, pentadiene, hexene, hexadiene, acetic acid, butyric acid, crotonic acid, crotonaldehyde, crotyl alcohol, octene, octadiene, hexenoic acid, octenoic acid, 2,4-dimethylfuran, 2-methyl-2-cyclopentene-1 -one, 2,5-diethylphenol, 1,2,3-trimethylindene, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, diethylacetal and the like.

第2反応器4から排出される粗生成ガスは、第3ラインL3を介して、精製部5に供給される。
第3ラインL3の途中には、上流側から順に、温調装置TC5と、昇圧器11と、温調装置TC6と、無機ガス分離器12とが配置されている。
温調装置TC5では、粗生成ガスを冷却する。
冷却後の粗生成ガスは、昇圧器11を通過することにより、その圧力が上昇する。これにより、無機ガス分離器12で一度に処理可能な粗生成ガスの量を増大させることができる。また、無機ガス分離器12でアセトアルデヒドおよびブタジエンの同伴を少なく水素(無機ガス)を分離することができる。このとき、粗生成ガスは、昇圧に伴って、その温度も上昇する。
昇圧器11は、昇圧器8と同様の構成とすることができる。
The crude product gas discharged from the second reactor 4 is supplied to the refining section 5 via the third line L3.
A temperature control device TC5, a booster 11, a temperature control device TC6, and an inorganic gas separator 12 are arranged in order from the upstream side in the middle of the third line L3.
The temperature controller TC5 cools the crude gas.
The pressure of the crude product gas after cooling is increased by passing through the booster 11 . As a result, the amount of crude product gas that can be processed by the inorganic gas separator 12 at one time can be increased. In addition, the inorganic gas separator 12 can separate hydrogen (inorganic gas) with less entrainment of acetaldehyde and butadiene. At this time, the temperature of the crude product gas rises as the pressure rises.
The booster 11 can have the same configuration as the booster 8 .

温調装置TC6では、再度、粗生成ガスを冷却する。
冷却後の粗生成ガスは、無機ガス分離器12を通過する。上述したように、第2反応器4で生成する粗生成ガス中には、水素、不活性ガスのような無機ガスが混入するため、この無機ガスを無機ガス分離器12で除去する。ことにより、精製部5において、ブタジエンの精製が阻害されたり、ブタジエンが副生物へ変換されることを防止または抑制することができる。
無機ガス分離器12を通過した後の粗生成ガスに含まれる無機ガスの濃度は、粗生成ガス全体に対して、30体積%以下であることが好ましく、20体積%以下であることがより好ましく、10体積%以下であることがさらに好ましく、0体積%であってもよい。
無機ガス分離器12は、水素分離器9と同様の構成および処理条件とすることができる。
なお、分離された無機ガスは、所定の処理を施した後、廃棄してもよく、水素や窒素等の無機ガスを精製・回収後に、他のプロセス等に再利用してもよい。
The temperature controller TC6 cools the crude gas again.
The crude product gas after cooling passes through the inorganic gas separator 12 . As described above, inorganic gases such as hydrogen and inert gases are mixed in the crude product gas produced in the second reactor 4 , so the inorganic gases are removed by the inorganic gas separator 12 . As a result, it is possible to prevent or suppress the inhibition of the purification of butadiene and the conversion of butadiene into by-products in the purification section 5 .
The concentration of the inorganic gas contained in the crude product gas after passing through the inorganic gas separator 12 is preferably 30% by volume or less, more preferably 20% by volume or less, relative to the entire crude product gas. , more preferably 10% by volume or less, and may be 0% by volume.
The inorganic gas separator 12 can have the same configuration and processing conditions as the hydrogen separator 9 .
The separated inorganic gas may be discarded after being subjected to a predetermined treatment, or the inorganic gas such as hydrogen or nitrogen may be purified and recovered and then reused in other processes.

精製部5は、軽炭化水素分離器51と、軽炭化水素分離器51に接続されたAcH精製器52と、AcH精製器52に接続されたEtOH精製器53と、EtOH精製器53および軽炭化水素分離器51に接続されたBD抽出器54とを備える。
軽炭化水素分離器51は、例えば、蒸留塔で構成される。軽炭化水素分離器51では、主にエタノールおよびアセトアルデヒドを含む液体(以下、「原料含有液」とも記載する。)と、軽炭化水素含有ガスと、主にブタジエンを含むガス(ブタジエン含有ガス)とに分離される。
軽炭化水素としては、例えば、エチレン、プロピレン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、1-ブテン、2-ブテン等が挙げられる。
なお、軽炭化水素含有ガスは、蒸留塔の塔頂から抜き出され、所定の処理を施した後、廃棄される。軽炭化水素含有ガスを抜き出した後、ブタジエン含有ガスは、蒸留塔の塔頂から抜き出され、BD抽出器54に供給される。一方、原料含有液は、蒸留塔の塔底から抜き出され、AcH精製器52に供給される。
The refining unit 5 includes a light hydrocarbon separator 51, an AcH purifier 52 connected to the light hydrocarbon separator 51, an EtOH purifier 53 connected to the AcH purifier 52, an EtOH purifier 53 and light carbonization. and a BD extractor 54 connected to the hydrogen separator 51 .
The light hydrocarbon separator 51 is composed of, for example, a distillation column. In the light hydrocarbon separator 51, a liquid containing mainly ethanol and acetaldehyde (hereinafter also referred to as "raw material-containing liquid"), a light hydrocarbon-containing gas, and a gas containing mainly butadiene (butadiene-containing gas) are separated. separated into
Light hydrocarbons include, for example, ethylene, propylene, diethyl ether, ethyl acetate, 1-butene, 2-butene and the like.
The light hydrocarbon-containing gas is withdrawn from the top of the distillation column, subjected to a predetermined treatment, and then discarded. After withdrawing the light hydrocarbon-containing gas, the butadiene-containing gas is withdrawn from the top of the distillation column and fed to the BD extractor 54 . On the other hand, the raw material-containing liquid is withdrawn from the bottom of the distillation column and supplied to the AcH purifier 52 .

AcH精製器52は、例えば、蒸留塔で構成される。AcH精製器52では、エタノール含有液とアセトアルデヒド含有ガスとに分離される。
なお、アセトアルデヒド含有ガスは、蒸留塔の塔頂から抜き出され、第6ラインL6を介して混合器10に供給される。一方、エタノール含有液は、蒸留塔の塔底から抜き出され、EtOH精製器53に供給される。
EtOH精製器53も、例えば、蒸留塔で構成される。EtOH精製器53では、水を含む残液と、第2エタノール含有ガスと、ブタジエン含有ガスとに分離される。
なお、ブタジエン含有ガスは、蒸留塔の塔頂から抜き出され、BD抽出器54に供給される。ブタジエン含有ガスを抜き出した後、第2エタノール含有ガスは、蒸留塔の塔頂から抜き出され、第7ラインL7を介して混合器10に供給される。一方、残液は、蒸留塔の塔底から抜き出され、所定の処理を施した後、廃棄される。
The AcH purifier 52 is composed of, for example, a distillation column. In the AcH purifier 52, it is separated into an ethanol-containing liquid and an acetaldehyde-containing gas.
The acetaldehyde-containing gas is withdrawn from the top of the distillation column and supplied to mixer 10 via sixth line L6. On the other hand, the ethanol-containing liquid is withdrawn from the bottom of the distillation column and supplied to the EtOH purifier 53 .
The EtOH purifier 53 is also composed of, for example, a distillation column. In the EtOH purifier 53, the remaining liquid containing water, the second ethanol-containing gas, and the butadiene-containing gas are separated.
The butadiene-containing gas is withdrawn from the top of the distillation column and supplied to the BD extractor 54 . After extracting the butadiene-containing gas, the second ethanol-containing gas is extracted from the top of the distillation column and supplied to the mixer 10 via the seventh line L7. On the other hand, the residual liquid is withdrawn from the bottom of the distillation column, subjected to a predetermined treatment, and then discarded.

BD抽出器54は、例えば、抽出塔で構成される。BD抽出器54では、ブタジエンが抽出されて、ブタジエンが精製される。
抽出塔としては、例えば、多孔板抽出塔、バッフル抽出塔、堰板型(WINTRAY)抽出塔等を使用することができる。
The BD extractor 54 is configured by, for example, an extraction tower. The BD extractor 54 extracts butadiene and purifies butadiene.
As the extraction tower, for example, a perforated plate extraction tower, a baffle extraction tower, a dam type (WINTRAY) extraction tower, or the like can be used.

次に、このような製造装置1を使用して行うブタジエンの製造方法、すなわち本実施形態のブタジエンの製造方法について説明する。
かかるブタジエンの製造方法は、主に、エタノールからアセトアルデヒドに転化(変換)する第1反応器3、この第1反応器3で副生する水素(無機ガス)を分離する水素分離器(無機ガス分離器)9、エタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンに転化(変換)する第2反応器4の順で、原料ガスを通過させてブタジエンを製造する方法である。
図2に示すように、第1反応器3および第2反応器4は、それぞれ互いに並列に接続され、触媒(第1触媒または第2触媒)が充填された複数(本実施形態では、2個)の反応管Ra、Rbを備えている。
Next, a method for producing butadiene using such a production apparatus 1, that is, a method for producing butadiene according to the present embodiment will be described.
The method for producing butadiene mainly comprises a first reactor 3 that converts (converts) ethanol into acetaldehyde, and a hydrogen separator (inorganic gas separation This is a method of producing butadiene by passing a raw material gas through a second reactor 4 that converts (converts) ethanol and acetaldehyde into butadiene, in that order.
As shown in FIG. 2, the first reactor 3 and the second reactor 4 are connected in parallel with each other, and a plurality (in this embodiment, two) filled with a catalyst (first catalyst or second catalyst). ) are equipped with reaction tubes Ra and Rb.

なお、反応管の設置数は、2個以上であればよいが、3~20個(好ましくは、5~15個)とすることもできる。また、複数の反応管は、外容器に収納され、各反応器3、4を構成していてもよい。
本実施形態では、複数の反応管Ra、Rbのうちの一部の反応管Ra、Rbに原料ガスを300~420℃の温度で通過させる反応プロセスと、残りの反応管Ra、Rbに触媒を再生する再生ガスを420~550℃の温度で通過させる再生プロセスとが交互に行われる。すなわち、まず反応管Raで反応プロセスが行われた場合、次に反応管Raで再生プロセスが行われ、一方、まず反応管Rbで再生プロセスが行われた場合、次に反応管Rbで反応プロセスが行われ、これらのプロセスが交互に繰り返して行われる。
The number of reaction tubes to be installed may be two or more, but may be 3 to 20 (preferably 5 to 15). Moreover, a plurality of reaction tubes may be housed in an outer container to constitute each of the reactors 3 and 4 .
In this embodiment, a reaction process is performed in which a raw material gas is passed through some of the reaction tubes Ra and Rb at a temperature of 300 to 420° C., and a catalyst is supplied to the remaining reaction tubes Ra and Rb. It is alternated with a regeneration process in which a regenerating regeneration gas is passed through at a temperature of 420-550°C. That is, when the reaction process is performed first in the reaction tube Ra, then the regeneration process is performed in the reaction tube Ra, while when the regeneration process is first performed in the reaction tube Rb, then the reaction process is performed in the reaction tube Rb. is performed, and these processes are repeated alternately.

再生ガスとしては、酸素濃度が0.01~100体積%の酸素含有ガスが好適に使用される。かかる酸素含有ガスを使用することにより、触媒上に炭素成分、硫黄成分、窒素成分等が付着(析出)して触媒活性が低下している場合であっても、これらの成分が酸素と反応する。その結果、これらの成分が対応する酸化物となって除去されるため、触媒活性が復活(すなわち、触媒が再生)する。
酸素含有ガスの酸素濃度は、1~100体積%であることが好ましく、10~70体積%であることがより好ましく、20~50体積%であることがさらに好ましい。酸素含有ガスの酸素濃度が上記範囲であれば、短時間で触媒活性が回復し易く、1,3-ブタジエンの収率が向上するとともに、酸素濃度が高濃度になり過ぎることを防止して、発熱による爆発の可能性の低減に寄与する。
As the regeneration gas, an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 0.01 to 100% by volume is preferably used. By using such an oxygen-containing gas, even if carbon components, sulfur components, nitrogen components, etc. adhere (precipitate) on the catalyst and the catalytic activity is lowered, these components react with oxygen. . As a result, these components are removed in the form of corresponding oxides, thereby restoring catalytic activity (ie, regenerating the catalyst).
The oxygen concentration of the oxygen-containing gas is preferably 1 to 100% by volume, more preferably 10 to 70% by volume, even more preferably 20 to 50% by volume. If the oxygen concentration of the oxygen-containing gas is within the above range, the catalytic activity is easily recovered in a short time, the yield of 1,3-butadiene is improved, and the oxygen concentration is prevented from becoming too high. Contributes to reducing the possibility of explosion due to heat generation.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気、酸素ガス、希釈用ガスで酸素ガスを希釈したガス等が挙げられる。希釈用ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような希ガス等が挙げられる。
酸素含有ガスは、酸素濃度を所望の濃度に調節し易い観点から、希釈用ガスで酸素ガスを希釈したガスであることが好ましい。入手容易性の観点からは、酸素含有ガスは、空気であることが好ましい。
そして、本発明では、触媒に対する原料ガスおよび再生ガスの下記式(1)で表される接触頻度を、500~50000に設定した。
接触頻度=(原料ガスおよび再生ガスの流量[kg/hr]×反応管Ra、Rb内の圧力[MPaA])/(反応管Ra、Rbの長手方向中央での横断面において触媒が占める面積[m]×反応管Ra、Rbの外径[m]) ・・・ (1)
Examples of the oxygen-containing gas include air, oxygen gas, and a gas obtained by diluting oxygen gas with a diluent gas. Examples of the diluent gas include rare gases such as nitrogen gas and argon gas.
The oxygen-containing gas is preferably a gas obtained by diluting oxygen gas with a diluent gas from the viewpoint of facilitating adjustment of the oxygen concentration to a desired concentration. From the viewpoint of availability, the oxygen-containing gas is preferably air.
In the present invention, the contact frequency of the raw material gas and the regeneration gas with respect to the catalyst, represented by the following formula (1), is set to 500 to 50,000.
Contact frequency = (flow rate of raw material gas and regeneration gas [kg/hr] x pressure in reaction tubes Ra and Rb [MPaA])/(area occupied by the catalyst in the cross section at the center of the reaction tubes Ra and Rb in the longitudinal direction [ m 2 ]×the outer diameter of reaction tubes Ra and Rb [m]) (1)

かかる構成によれば、ブタジエンの収率の低下を伴うことなく、反応プロセスおよび再生プロセスに投入するエネルギーを小さくすることができる。また、反応管Ra、Rbの直前に、反応管Ra、Rbに供給する原料ガスおよび再生ガスを昇圧するための昇圧器を配置する必要がなくなるため、昇圧器に要するエネルギーも削減することができる。その結果、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量を削減することができる。
上記式(1)で表される接触頻度は、500~50000であればよいが、500~25000であることが好ましく、500~10000であることがより好ましく、500~5000であることがさらに好ましい。この場合、反応プロセスおよび再生プロセスに投入するエネルギーをより小さくすることができる。
According to such a configuration, the energy input to the reaction process and the regeneration process can be reduced without reducing the yield of butadiene. In addition, since there is no need to dispose a booster for boosting the pressure of the raw material gas and the regeneration gas supplied to the reaction tubes Ra and Rb immediately before the reaction tubes Ra and Rb, the energy required for the booster can also be reduced. . As a result, the amount of carbon dioxide emitted per butadiene production can be reduced.
The contact frequency represented by the above formula (1) may be from 500 to 50000, preferably from 500 to 25000, more preferably from 500 to 10000, and even more preferably from 500 to 5000. . In this case, less energy can be put into the reaction process and the regeneration process.

原料ガスおよび再生ガスの流量は、特に限定されないが、1000~100000kg/hrであることが好ましく、5000~50000kg/hrであることがより好ましい。
反応管Ra、Rb内の圧力も、特に限定されないが、0.02~5MPaAであることが好ましく、0.05~2MPaAであることがより好ましい。
反応管Ra、Rbの長手方向(鉛直方向)中央での横断面において触媒が占める面積(以下、「触媒層の横断面積」とも記載する。)は、0.1~10mであることが好ましく、0.5~5mであることがより好ましい。
さらに、反応管Ra、Rbの外径は、0.1~5mであることが好ましく、0.5~1mであることがより好ましい。
触媒層の横断面積および反応管Ra、Rbの外径を上記範囲とれば、反応管Ra、Rbの管厚(肉厚)の増大を防止することができる。この場合、例えば、原料ガスおよび再生ガスの加熱を反応管Ra、Rbの外側から行う際には、熱の反応管Ra、Rbの内側への移動がより迅速になされるようになる。
The flow rates of the raw material gas and the regeneration gas are not particularly limited, but are preferably 1000 to 100000 kg/hr, more preferably 5000 to 50000 kg/hr.
The pressure inside the reaction tubes Ra and Rb is also not particularly limited, but is preferably 0.02 to 5 MPaA, more preferably 0.05 to 2 MPaA.
The area occupied by the catalyst in the cross section at the center in the longitudinal direction (vertical direction) of the reaction tubes Ra and Rb (hereinafter also referred to as “cross-sectional area of the catalyst layer”) is preferably 0.1 to 10 m 2 . , 0.5 to 5 m 2 .
Furthermore, the outer diameter of the reaction tubes Ra and Rb is preferably 0.1 to 5 m, more preferably 0.5 to 1 m.
By setting the cross-sectional area of the catalyst layer and the outer diameter of the reaction tubes Ra and Rb within the above ranges, it is possible to prevent the tube thickness (thickness) of the reaction tubes Ra and Rb from increasing. In this case, for example, when heating the raw material gas and the regeneration gas from the outside of the reaction tubes Ra and Rb, the heat is more rapidly transferred to the inside of the reaction tubes Ra and Rb.

本実施形態では、反応プロセスと再生プロセスとの間に、反応管Ra、Rbに不活性ガスを通過させる置換プロセスを有することが好ましい。置換プロセスを設けることにより、反応プロセスで副生する水素と、再生プロセスで使用する酸素含有ガスとが接触する可能性を十分に排除することができ、爆発の危険性をより確実に防止することができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような希ガス等が挙げられる。
反応プロセスから再生プロセスへの昇温速度および再生プロセスから反応プロセスへの降温速は、反応プロセスの時間>(反応プロセスと再生プロセスとの温度差)÷(上記昇温速度)+(再生プロセスと反応プロセスとの温度差)÷(上記降温速度)+(置換プロセスの時間)+(再生プロセスの時間)なる関係を満足するように調整することが好ましい。これにより、ブタジエンの収率を維持しつつ、触媒の長寿命化を図ることができる。
In this embodiment, it is preferable to have a replacement process of passing an inert gas through the reaction tubes Ra and Rb between the reaction process and the regeneration process. By providing a replacement process, it is possible to sufficiently eliminate the possibility of contact between the hydrogen produced as a by-product in the reaction process and the oxygen-containing gas used in the regeneration process, thereby more reliably preventing the risk of explosion. can be done. Examples of inert gases include rare gases such as nitrogen gas and argon gas.
The rate of temperature increase from the reaction process to the regeneration process and the rate of temperature decrease from the regeneration process to the reaction process are: Reaction process time > (Temperature difference between reaction process and regeneration process) ÷ (Temperature increase rate above) + (Regeneration process and temperature decrease rate) It is preferable to make adjustments so as to satisfy the following relationship: temperature difference from the reaction process)/(the rate of temperature drop)+(replacement process time)+(regeneration process time). As a result, it is possible to extend the life of the catalyst while maintaining the yield of butadiene.

左辺の時間(反応プロセスの時間)をX[時間]とし、右辺の時間(再生プロセスを含む反応プロセスの時間以外の時間)をY[時間]としたとき、X-Yは、0.1時間以上であることが好ましく、0.5時間以上であることがより好ましく、1時間以上であることがさらに好ましい。なお、X-Yは、通常、10時間以下である。この場合、触媒を反応プロセスに使用できない時間を短縮して、ブタジエンの収率をより高めることができる。
昇温速度の具体的な値は、特に限定されないが、0.05~20℃/分が好ましく、0.1~10℃/分がより好ましい。
一方、降温速度の具体的な値も、特に限定されないが、0.05~20℃/分が好ましく、0.1~10℃/分がより好ましい。
When the time on the left side (reaction process time) is X [time] and the time on the right side (time other than the reaction process time including the regeneration process) is Y [time], XY is 0.1 hours. It is preferably 0.5 hours or longer, more preferably 1 hour or longer. XY is usually 10 hours or less. In this case, the time during which the catalyst cannot be used in the reaction process can be shortened, and the yield of butadiene can be further increased.
Although the specific value of the heating rate is not particularly limited, it is preferably 0.05 to 20°C/min, more preferably 0.1 to 10°C/min.
On the other hand, the specific value of the temperature drop rate is also not particularly limited, but is preferably 0.05 to 20°C/min, more preferably 0.1 to 10°C/min.

また、製造装置1は、反応プロセスにおいて、原料ガスを加熱する加熱機構を備えていることが好ましい。
図3~図5は、それぞれ原料ガスを加熱する加熱機構の構成を示す概略図である。
図3に示す加熱機構20は、原料ガスに熱を供給する熱媒(例えば、気体、液体等)を移送可能な熱媒移送ライン21と、熱媒移送ライン21の途中に設けられた熱媒タンク22、熱交換器23および電熱器24とを備えている。
熱媒移送ライン21は、反応管Ra、Rbの外面に接触して設けられた配管29を有している。熱交換器(エコノマイザ)23および電熱器24により加熱された熱媒は、配管29を通過する際に、反応管Ra、Rbを介して、反応管Ra、Rb内の原料ガスを加熱することができる。
Moreover, the manufacturing apparatus 1 preferably includes a heating mechanism for heating the raw material gas in the reaction process.
3 to 5 are schematic diagrams showing the configuration of the heating mechanism that heats the raw material gas.
The heating mechanism 20 shown in FIG. It has a tank 22 , a heat exchanger 23 and an electric heater 24 .
The heat medium transfer line 21 has a pipe 29 provided in contact with the outer surfaces of the reaction tubes Ra and Rb. The heat medium heated by the heat exchanger (economizer) 23 and the electric heater 24 can heat the raw material gas in the reaction tubes Ra and Rb through the reaction tubes Ra and Rb when passing through the piping 29. can.

熱交換器23は、例えば、温調装置TC2、温調装置TC3、温調装置TC5、温調装置TC6等に適用することができ、第2ラインL2または第3ラインL3を構成する一部の配管を屈曲させ、熱媒移送ライン21を構成する配管に接近させて構成することができる。かかる構成によれば、第1反応器3や第2反応器4を通過した後の高温の原料ガス(または中間ガス)を利用して、第1反応器3や第2反応器4に供給する前の熱媒を熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。したがって、追加するエネルギーを削減することができ、エネルギーの生成の際に発生する二酸化炭素を削減することができる。
このような熱交換器23は、例えば、ジャケット式熱交換器、浸漬コイル式熱交換器、二重管式熱交換器、シェル&チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器等として構成することができる。
なお、加熱機構20では、熱交換器23および電熱器24のいずれか一方を省略してもよい。
The heat exchanger 23 can be applied to, for example, the temperature control device TC2, the temperature control device TC3, the temperature control device TC5, the temperature control device TC6, etc. The piping can be bent so as to be close to the piping that constitutes the heat medium transfer line 21 . According to such a configuration, the high-temperature raw material gas (or intermediate gas) after passing through the first reactor 3 and the second reactor 4 is used to supply the first reactor 3 and the second reactor 4 Since the previous heat medium is heated by heat exchange, the heat can be effectively utilized. Therefore, additional energy can be reduced, and carbon dioxide generated during energy generation can be reduced.
Such heat exchangers 23 are, for example, jacket heat exchangers, immersion coil heat exchangers, double tube heat exchangers, shell and tube heat exchangers, plate heat exchangers, spiral heat exchangers. It can be configured as a vessel or the like.
In addition, in the heating mechanism 20, either one of the heat exchanger 23 and the electric heater 24 may be omitted.

また、電熱器24は、熱媒移送ライン21内の熱媒を加熱する構成に代えて、反応管Ra、Rbを直接加熱するように構成することができる。
さらに、加熱機構20は、熱交換器23および電熱器24の少なくとも一方に代えて、または熱交換器23および電熱器24とともに、マイクロ波照射器を備えていてもよい。
マイクロ波照射器を使用すれば、反応管Ra、Rbおよび充填された触媒を比較的短時間で、目的の温度まで加熱することができる。また、触媒の表面付近のみならず、中心部まで均一に加熱し易い。さらに、触媒(原料ガス)の加熱温度を精密に制御し易い。よって、ブタジエンの製造効率をより高めることができる。
なお、マイクロ波照射器により熱媒を加熱するようにしてもよい。
Further, the electric heater 24 can be configured to directly heat the reaction tubes Ra and Rb instead of heating the heat medium in the heat medium transfer line 21 .
Furthermore, the heating mechanism 20 may include a microwave irradiator instead of at least one of the heat exchanger 23 and the electric heater 24, or together with the heat exchanger 23 and the electric heater 24.
If a microwave irradiator is used, the reaction tubes Ra, Rb and the packed catalyst can be heated to the desired temperature in a relatively short period of time. Moreover, it is easy to uniformly heat not only the vicinity of the surface of the catalyst but also the central portion. Furthermore, it is easy to precisely control the heating temperature of the catalyst (raw material gas). Therefore, the production efficiency of butadiene can be further enhanced.
Alternatively, the heating medium may be heated by a microwave irradiator.

マイクロ波は、周波数300MHz~300GHzの電磁波を意味し、周波数300~3000MHzの極超短波(UHF)、周波数3~30GHzのセンチメートル波(SHF)、周波数30~300GHzのミリ波(EHF)、周波数300~3000GHzのサブミリ波(SHF)に分類される。中でも、マイクロ波としては、極超短波(UHF)が好ましい。極超短波(UHF)を使用することにより、触媒または反応管Ra、Rbをより短時間で、目的の温度まで加熱することができる。
なお、マイクロ波の照射を行う場合、電波法に準拠した電波の漏洩対策が適切に講じられる。
Microwave means electromagnetic waves with a frequency of 300 MHz to 300 GHz, ultra high frequency (UHF) with a frequency of 300 to 3000 MHz, centimeter wave (SHF) with a frequency of 3 to 30 GHz, millimeter wave (EHF) with a frequency of 30 to 300 GHz, frequency 300 It is classified as submillimeter wave (SHF) of ~3000 GHz. Among them, ultrahigh frequency (UHF) is preferable as the microwave. By using ultrahigh frequency (UHF), the catalyst or reaction tubes Ra, Rb can be heated to the desired temperature in a shorter time.
In addition, when irradiating with microwaves, appropriate countermeasures against leakage of radio waves complying with the Radio Law are taken.

また、マイクロ波の照射は、連続的に行ってもよく、間欠的(パルス的)に行ってもよい。
マイクロ波の照射を連続的に行えば、ブタジエンの収率および触媒の再生効率がさらに高まることを、本発明者らは知見している。その理由は、必ずしも明確ではないが、反応管Ra、Rb内に供給されるガスおよび触媒が、連続的に照射されるマイクロ波により活性化されることが要因であると考えられる。
一方、マイクロ波の照射を間欠的に行う場合には、ブタジエンの収率および触媒の再生時の吸熱反応に必要なエネルギー分だけを補償するように、所定のタイミングでマイクロ波を照射すればよいので、エネルギー効率を高めることができる。
Further, the microwave irradiation may be performed continuously or intermittently (in pulses).
The present inventors have found that continuous microwave irradiation further increases the yield of butadiene and the regeneration efficiency of the catalyst. Although the reason is not necessarily clear, it is considered that the gas and the catalyst supplied into the reaction tubes Ra and Rb are activated by the continuously irradiated microwaves.
On the other hand, when the microwave irradiation is performed intermittently, the microwave irradiation should be performed at a predetermined timing so as to compensate only for the energy required for the endothermic reaction during regeneration of the butadiene yield and the catalyst. Therefore, energy efficiency can be improved.

図4に示す加熱機構20では、熱媒移送ライン21は、第1分岐ライン21aと、第1分岐ライン21aと分岐した後、再度合流する第2分岐ライン21bとを備えている。
図4に示す構成例では、第1分岐ライン21aが反応管Ra、Rbの外面に接触して設けられた配管29を有し、第2分岐ライン21bが反応管Ra、Rbの内面に接触して設けられた配管28を有している。配管28は、反応管Ra、Rb内に設けられることにより、触媒にも直接接触している。かかる構成によれば、触媒(原料ガス)の加熱効率をより高めることができる。
In the heating mechanism 20 shown in FIG. 4, the heat medium transfer line 21 includes a first branch line 21a and a second branch line 21b that branches off from the first branch line 21a and then merges with the first branch line 21a.
In the configuration example shown in FIG. 4, the first branch line 21a has a pipe 29 provided in contact with the outer surfaces of the reaction tubes Ra and Rb, and the second branch line 21b contacts the inner surfaces of the reaction tubes Ra and Rb. It has a pipe 28 that is provided at the bottom. The piping 28 is also in direct contact with the catalyst by being provided inside the reaction tubes Ra and Rb. According to such a configuration, the heating efficiency of the catalyst (raw material gas) can be further enhanced.

図5に示す加熱機構20では、熱媒移送ライン21は、第1分岐ライン21a、21cと、第1分岐ライン21a、21cと分岐した後、再度合流する第2分岐ライン21bとを備えている。
図5に示す構成例では、第1分岐ライン21a、21cがそれぞれ反応管Ra、Rbの外面に接触して設けられた配管29を有し、第2分岐ライン21bが反応管Ra、Rbの中心軸に沿って設けられた配管28を有している。配管28は、反応管Ra、Rbの中心軸に沿って設けられることにより、触媒層を貫通して触媒にも直接接触している。
In the heating mechanism 20 shown in FIG. 5, the heat medium transfer line 21 includes first branch lines 21a and 21c, and a second branch line 21b that branches off from the first branch lines 21a and 21c and then joins again. .
In the configuration example shown in FIG. 5, the first branch lines 21a and 21c have pipes 29 provided in contact with the outer surfaces of the reaction tubes Ra and Rb, respectively, and the second branch line 21b is the center of the reaction tubes Ra and Rb. It has a pipe 28 running along the axis. The pipes 28 are provided along the central axes of the reaction tubes Ra and Rb so as to penetrate the catalyst layers and directly contact the catalysts.

また、反応管Ra、Rbに対して、第1分岐ライン21a、21cにおける熱媒の移送方向は、長手方向(鉛直方向)の上から下に向かう方向であり、第2分岐ライン21bにおける熱媒の移送方向は、これとは逆方向、すなわち長手方向(鉛直方向)の下から上に向かう方向である。
このように、反応管Ra、Rbに対して異なる2方向に熱媒を通過させることにより、触媒(原料ガス)をより効率的に加熱することが可能となる。特に、反応管Ra、Rbの中心軸に沿って熱媒を通過させることにより、吸熱反応による触媒の低温化を防止することができる。そのため、ブタジエン転化反応を低下させることなく、かつ熱エネルギーを再利用することでブタジエンの生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量をさらに削減することができる。
In addition, the transfer direction of the heat medium in the first branch lines 21a and 21c with respect to the reaction tubes Ra and Rb is the direction from the top to the bottom in the longitudinal direction (vertical direction), and the heat medium in the second branch line 21b. is the opposite direction, that is, from the bottom to the top of the longitudinal direction (vertical direction).
In this manner, by allowing the heat medium to pass through the reaction tubes Ra and Rb in two different directions, it becomes possible to heat the catalyst (raw material gas) more efficiently. In particular, by allowing the heat medium to pass along the central axes of the reaction tubes Ra and Rb, it is possible to prevent the temperature of the catalyst from lowering due to the endothermic reaction. Therefore, it is possible to further reduce the amount of carbon dioxide emitted per production amount of butadiene by reusing thermal energy without lowering the butadiene conversion reaction.

なお、各反応器3、4が、外容器に複数の反応管Ra、Rbを収納してなる構成の場合、第1分岐ライン21a、21cおよび第2分岐ライン21bは、それぞれ反応管Ra、Rbの内側、反応管Ra、Rbの外側かつ反応器(外容器)の内側、および反応器(外容器)の外側から選ばれる少なくとも1つに設けることができる。本構成は、使用する触媒と反応管、反応器との組合せにより適宜変更することができ、触媒反応状態を最適かつ一定に保ち、ブタジエン製造における熱エネルギーを最小限に抑えることを可能にする。 When each of the reactors 3 and 4 has a configuration in which a plurality of reaction tubes Ra and Rb are accommodated in the outer container, the first branch lines 21a and 21c and the second branch line 21b are respectively connected to the reaction tubes Ra and Rb. , the outside of the reaction tubes Ra and Rb, the inside of the reactor (outer container), and the outside of the reactor (outer container). This configuration can be changed as appropriate depending on the combination of the catalyst, reaction tube, and reactor used, making it possible to keep the catalytic reaction state optimal and constant and to minimize thermal energy in the production of butadiene.

<第2実施形態>
次に、本発明のブタジエンの製造方法の第2実施形態について説明する。
図6は、本発明のブタジエンの製造方法の第2実施形態で用いる製造装置の一部を示す模式図である。
以下、第2実施形態で用いる製造装置について、上記第1実施形態で用いる製造装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図6に示す製造装置1では、加熱機構の構成が異なり、それ以外は、上記第1実施形態の製造装置1と同様である。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the method for producing butadiene of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic diagram showing part of a production apparatus used in the second embodiment of the method for producing butadiene of the present invention.
In the following, the manufacturing apparatus used in the second embodiment will be described with a focus on differences from the manufacturing apparatus used in the first embodiment, and the description of the same items will be omitted.
The manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 6 is the same as the manufacturing apparatus 1 of the first embodiment except for the configuration of the heating mechanism.

第2実施形態の加熱機構では、熱媒は、第1反応器3(反応管Ra、Rb)を通過した後の原料ガスであり、熱媒移送ラインは、原料ガスを移送するライン(原料ガス移送ライン)L2としても機能する。
そして、熱交換器(エコノマイザ)13は、第1反応器3を通過した後の原料ガスと第1反応器3を通過する前の原料ガスとの間で熱交換を行うように構成されている。また、第2ラインL2の途中であって、第1反応器3と熱交換器13との間には、昇圧器8が設けられている。
なお、原料タンク2とは独立した原料ガスの供給ラインを併設する場合は、熱交換器(エコノマイザ)13は、当該独立した原料ガスとの間で熱交換を行うように構成されていてもよい。
In the heating mechanism of the second embodiment, the heat medium is the raw material gas after passing through the first reactor 3 (reaction tubes Ra, Rb), and the heat medium transfer line is a line for transferring the raw material gas (raw material gas transfer line) L2.
The heat exchanger (economizer) 13 is configured to exchange heat between the source gas after passing through the first reactor 3 and the source gas before passing through the first reactor 3. . A pressure booster 8 is provided between the first reactor 3 and the heat exchanger 13 in the middle of the second line L2.
In addition, when a raw material gas supply line independent from the raw material tank 2 is installed together, the heat exchanger (economizer) 13 may be configured to perform heat exchange with the independent raw material gas. .

かかる構成によれば、1つの熱交換器13で、図1中の温調装置TC1および温調装置TC3の機能を発揮させることができる。
したがって、製造装置1の構成を簡略化するとともに、第1反応器3および昇圧器8の熱を効率よく利用することができる。このため、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量を削減することができる。
なお、図6には、第1反応器3周辺の構成について示したが、第2反応器4周辺にも同様の構成を採用することができる。
According to such a configuration, one heat exchanger 13 can exhibit the functions of the temperature control device TC1 and the temperature control device TC3 in FIG.
Therefore, the configuration of the manufacturing apparatus 1 can be simplified, and the heat of the first reactor 3 and the booster 8 can be efficiently used. Therefore, the amount of carbon dioxide emitted per butadiene production can be reduced.
Although the configuration around the first reactor 3 is shown in FIG. 6, the same configuration can be adopted around the second reactor 4 as well.

<第3実施形態>
次に、本発明のブタジエンの製造方法の第3実施形態について説明する。
図7は、本発明のブタジエンの製造方法の第3実施形態で用いる製造装置の一部を示す模式図である。
以下、第3実施形態で用いる製造装置について、上記第1および第2実施形態で用いる製造装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図7に示す製造装置1では、加熱機構の構成が異なり、それ以外は、上記第1実施形態の製造装置1と同様である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the method for producing butadiene of the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic diagram showing part of a production apparatus used in the third embodiment of the method for producing butadiene of the present invention.
In the following, the manufacturing apparatus used in the third embodiment will be described with a focus on the differences from the manufacturing apparatuses used in the first and second embodiments, and the description of the same items will be omitted.
The manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 7 is the same as the manufacturing apparatus 1 of the first embodiment except for the configuration of the heating mechanism.

第3実施形態の製造装置1では、温調装置TC1~TC3のそれぞれが熱交換器で構成されている。
そして、温調装置TC1と温調装置TC3とが、これらの間で熱媒を移送(循環)する熱媒移送ライン31で接続されて、加熱機構30が構成されている。また、温調装置TC1と温調装置TC2とが、これらの間で熱媒を移送(循環)する熱媒移送ライン41で接続されて、加熱機構40が構成されている。
かかる構成によれば、製造装置1の構成を簡略化するとともに、第1反応器3および昇圧器8の熱を効率よく利用することができる。このため、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量を削減することができる。
なお、図7には、第1反応器3周辺の構成について示したが、第2反応器4周辺にも同様の構成を採用することができる。
In the manufacturing apparatus 1 of the third embodiment, each of the temperature control devices TC1 to TC3 is composed of a heat exchanger.
A heating mechanism 30 is configured by connecting the temperature control device TC1 and the temperature control device TC3 with a heat medium transfer line 31 for transferring (circulating) a heat medium therebetween. A heating mechanism 40 is configured by connecting the temperature control device TC1 and the temperature control device TC2 with a heat medium transfer line 41 that transfers (circulates) a heat medium therebetween.
With such a configuration, the configuration of the manufacturing apparatus 1 can be simplified, and the heat of the first reactor 3 and the booster 8 can be efficiently used. Therefore, the amount of carbon dioxide emitted per butadiene production can be reduced.
Although the configuration around the first reactor 3 is shown in FIG. 7, the same configuration can be adopted around the second reactor 4 as well.

<第4実施形態>
次に、本発明のブタジエンの製造方法の第4実施形態について説明する。
図8は、再生ガスを加熱する第2加熱機構の構成を示す概略図である。
以下、第4実施形態の製造装置について、上記第1~第3実施形態の製造装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図8に示す製造装置1では、さらに、再生プロセスにおいて、再生ガスを加熱する第2加熱機構を備え、それ以外は、上記第1実施形態の製造装置1と同様である。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the method for producing butadiene of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the second heating mechanism that heats the regeneration gas.
Hereinafter, the manufacturing apparatus of the fourth embodiment will be described with a focus on the differences from the manufacturing apparatuses of the first to third embodiments, and the description of the same items will be omitted.
The manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 8 further includes a second heating mechanism for heating the regeneration gas in the regeneration process, and otherwise is the same as the manufacturing apparatus 1 of the first embodiment.

図8に示す第2加熱機構90は、加熱機構20と分離して設けられ、再生ガスに熱を供給する再生用熱媒(第2熱媒)を移送可能な第2熱媒移送ライン91と、第2熱媒移送ライン91の途中に設けられた再生用熱媒タンク92、第2熱交換器93および第2電熱器94とを備えている。
第2熱媒移送ライン91は、反応管Ra、Rbの外面に接触して設けられた配管99を有している。第2熱交換器(エコノマイザ)93および第2電熱器94により加熱された再生用熱媒は、配管99を通過する際に、反応管Ra、Rbを介して、反応管Ra、Rb内の再生ガスを加熱することができる。
The second heating mechanism 90 shown in FIG. 8 is provided separately from the heating mechanism 20, and includes a second heat medium transfer line 91 capable of transferring a heat medium for regeneration (second heat medium) that supplies heat to the regeneration gas. , a regenerating heat medium tank 92 provided in the middle of the second heat medium transfer line 91, a second heat exchanger 93 and a second electric heater 94.
The second heat medium transfer line 91 has a pipe 99 provided in contact with the outer surfaces of the reaction tubes Ra and Rb. The heat medium for regeneration heated by the second heat exchanger (economizer) 93 and the second electric heater 94 passes through the reaction tubes Ra and Rb when passing through the pipe 99, and the regeneration in the reaction tubes Ra and Rb. Gas can be heated.

第2熱交換器93は、例えば、温調装置TC2、温調装置TC3、温調装置TC5、温調装置TC6等に適用することができ、第2ラインL2を構成する一部の配管を屈曲させ、第2熱媒移送ライン91を構成する配管に接近させて構成することができる。かかる構成によれば、第1反応器3や第2反応器4を通過した後の高温の原料ガス(または中間ガス)を利用して、第1反応器3や第2反応器4に供給する前の熱媒を熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。したがって、追加するエネルギーを削減することができ、エネルギーの生成の際に発生する二酸化炭素を削減することができる。
このような第2熱交換器93は、熱交換器23と同様の構成とすることができる。
The second heat exchanger 93 can be applied to, for example, the temperature control device TC2, the temperature control device TC3, the temperature control device TC5, the temperature control device TC6, etc., and a part of the pipes forming the second line L2 is bent. and close to the piping that constitutes the second heat medium transfer line 91 . According to such a configuration, the high-temperature raw material gas (or intermediate gas) after passing through the first reactor 3 and the second reactor 4 is used to supply the first reactor 3 and the second reactor 4 Since the previous heat medium is heated by heat exchange, the heat can be effectively utilized. Therefore, additional energy can be reduced, and carbon dioxide generated during energy generation can be reduced.
Such a second heat exchanger 93 can have the same configuration as the heat exchanger 23 .

かかる構成によれば、反応用熱媒の温度と再生用熱媒の温度とを大きく変動させる必要がなくなり、所定の温度に維持すればよい。このため、ブタジエンの製造に際して、投入するエネルギーを削減することができ、よって、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量も削減することができる。
なお、第2加熱機構90では、第2熱交換器93および第2電熱器94のいずれか一方を省略してもよい。
また、第2電熱器94は、第2熱媒移送ライン91内の再生用熱媒を加熱する構成に代えて、反応管Ra、Rbを直接加熱するように構成することができる。
According to such a configuration, the temperature of the heat medium for reaction and the temperature of the heat medium for regeneration do not need to fluctuate greatly, and can be maintained at a predetermined temperature. For this reason, it is possible to reduce the energy to be input in the production of butadiene, and thus to reduce the amount of carbon dioxide emitted per production amount of butadiene.
In addition, in the second heating mechanism 90, either one of the second heat exchanger 93 and the second electric heater 94 may be omitted.
Further, the second electric heater 94 can be configured to directly heat the reaction tubes Ra and Rb instead of heating the regeneration heat medium in the second heat medium transfer line 91 .

さらに、第2加熱機構90は、第2熱交換器93および第2電熱器94の少なくとも一方に代えて、または第2熱交換器93および第2電熱器94とともに、上記のマイクロ波照射器と同様の第2マイクロ波照射器を備えていてもよい。
第2マイクロ波照射器を使用すれば、反応管Ra、Rbおよび充填された触媒を比較的短時間で、目的の温度まで加熱することができる。また、触媒の表面付近のみならず、中心部まで均一に加熱し易い。さらに、触媒(再生ガス)の加熱温度を精密に制御し易い。よって、ブタジエンの製造効率をより高めることができる。
なお、第2マイクロ波照射器により再生用熱媒を加熱するようにしてもよい。
Furthermore, the second heating mechanism 90 replaces at least one of the second heat exchanger 93 and the second electric heater 94, or together with the second heat exchanger 93 and the second electric heater 94. A similar second microwave irradiator may be provided.
By using the second microwave irradiator, the reaction tubes Ra, Rb and the packed catalyst can be heated to the target temperature in a relatively short time. Moreover, it is easy to uniformly heat not only the vicinity of the surface of the catalyst but also the central portion. Furthermore, it is easy to precisely control the heating temperature of the catalyst (regeneration gas). Therefore, the production efficiency of butadiene can be further improved.
Note that the second microwave irradiator may heat the regeneration heat medium.

なお、第2加熱機構90に代えて、再生プロセスにおいて、予め加熱された再生ガスを反応管Ra、Rbに供給する予熱再生ガス供給機構を設けるようにしてもよい。
この場合、多種類の熱媒を用意する必要がなくなるという利点がある。また、それぞれの熱媒を加熱するためのエネルギーが削減され、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量をより削減することができる。
Instead of the second heating mechanism 90, a preheated regeneration gas supply mechanism may be provided for supplying preheated regeneration gas to the reaction tubes Ra and Rb in the regeneration process.
In this case, there is an advantage that it is not necessary to prepare many types of heat medium. In addition, the energy for heating each heat medium is reduced, and the amount of carbon dioxide emissions per production amount of butadiene can be further reduced.

<第5実施形態>
次に、本発明のブタジエンの製造方法の第5実施形態について説明する。
以下、第5実施形態で用いる製造装置について、上記第1~第4実施形態の製造装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第5実施形態の製造装置1では、さらに、反応プロセス終了後、再生プロセス開始前において、触媒を加熱する第3加熱機構を備え、それ以外は、上記第4実施形態の製造装置1と同様である。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the method for producing butadiene of the present invention will be described.
In the following, the manufacturing apparatus used in the fifth embodiment will be described with a focus on differences from the manufacturing apparatuses in the first to fourth embodiments, and the description of the same items will be omitted.
The production apparatus 1 of the fifth embodiment further includes a third heating mechanism for heating the catalyst after the reaction process is finished and before the regeneration process is started. be.

この第3加熱機構は、加熱機構20および第2加熱機構90と分離して設けられ、触媒に熱を供給する昇温用熱媒(第3熱媒)を移送可能な第3熱媒移送ラインと、第3熱媒移送ラインの途中に設けられた昇温用熱媒タンク、第3熱交換器および第3電熱器とを備え、各部は、加熱機構20および第2加熱機構90と同様に構成することができる。
かかる構成によれば、反応用熱媒および再生用熱媒以外に、昇温用熱媒を使用するため、反応用熱媒の温度と再生用熱媒の温度とをさらに大きく変動させる必要がなくなり、所定の温度に維持すればよい。このため、ブタジエンの製造に際して、投入するエネルギーをより削減することができ、よって、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量も十分に削減することができる。
なお、第3加熱機構では、第3熱交換器および第3電熱器のいずれか一方を省略してもよい。
また、第3電熱器は、第3熱媒移送ライン内の昇温用熱媒を加熱する構成に代えて、反応管Ra、Rbを直接加熱するように構成することができる。
The third heating mechanism is provided separately from the heating mechanism 20 and the second heating mechanism 90, and is a third heating medium transfer line capable of transferring a heating medium (third heating medium) for supplying heat to the catalyst. and a heating medium tank for raising temperature, a third heat exchanger, and a third electric heater provided in the middle of the third heating medium transfer line, and each part is provided in the same manner as the heating mechanism 20 and the second heating mechanism 90 Can be configured.
According to this configuration, since the heating medium is used in addition to the heating medium for reaction and the heating medium for regeneration, the temperature of the heating medium for reaction and the temperature of the heating medium for regeneration do not need to fluctuate further. , should be maintained at a predetermined temperature. Therefore, it is possible to further reduce the energy input in the production of butadiene, and thus the amount of carbon dioxide emitted per butadiene production can be sufficiently reduced.
In the third heating mechanism, either one of the third heat exchanger and the third electric heater may be omitted.
Further, the third electric heater can be configured to directly heat the reaction tubes Ra and Rb instead of heating the heating medium in the third heating medium transfer line.

さらに、第3加熱機構は、第3熱交換器および第3電熱器の少なくとも一方に代えて、または第3熱交換器および第3電熱器とともに、上記のマイクロ波照射器と同様の第3マイクロ波照射器を備えていてもよい。
第3マイクロ波照射器を使用すれば、反応管Ra、Rbおよび充填された触媒を比較的短時間で、目的の温度まで加熱することができる。また、触媒の表面付近のみならず、中心部まで均一に加熱し易い。さらに、触媒の加熱温度を精密に制御し易い。よって、ブタジエンの製造効率をより高めることができる。
なお、第3マイクロ波照射器により昇温用熱媒を加熱するようにしてもよい。
In addition, the third heating mechanism replaces or together with the third heat exchanger and/or the third electric heater includes a third microwave similar to the microwave irradiator described above. A wave irradiator may be provided.
By using the third microwave irradiator, the reaction tubes Ra, Rb and the packed catalyst can be heated to the desired temperature in a relatively short time. Moreover, it is easy to uniformly heat not only the vicinity of the surface of the catalyst but also the central portion. Furthermore, it is easy to precisely control the heating temperature of the catalyst. Therefore, the production efficiency of butadiene can be further improved.
It should be noted that the third microwave irradiator may be used to heat the heating medium for increasing the temperature.

<第6実施形態>
次に、本発明のブタジエンの製造方法の第6実施形態について説明する。
以下、第6実施形態で用いる製造装置について、上記第1~第5実施形態の製造装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第6実施形態の製造装置1では、さらに、再生プロセス終了後、反応プロセス開始前において、触媒を冷却する冷却機構を備え、それ以外は、上記第5実施形態の製造装置1と同様である。
<Sixth embodiment>
Next, a sixth embodiment of the method for producing butadiene of the present invention will be described.
In the following, the manufacturing apparatus used in the sixth embodiment will be described with a focus on the differences from the manufacturing apparatuses in the first to fifth embodiments, and the description of the same items will be omitted.
The production apparatus 1 of the sixth embodiment further includes a cooling mechanism for cooling the catalyst after the regeneration process is finished and before the reaction process is started, and otherwise is the same as the production apparatus 1 of the fifth embodiment.

この冷却機構は、触媒から熱を除去する降温用熱媒(冷媒)を移送可能な冷媒移送ラインと、冷媒移送ラインの途中に設けられた冷媒タンク、第4熱交換器および冷却器とを備え、各部は、加熱機構20および第2加熱機構90と同様に構成することができる。
かかる構成によれば、反応用熱媒および再生用熱媒以外に、冷媒を使用するため、反応用熱媒の温度と再生用熱媒の温度とをさらに大きく変動させる必要がなくなり、所定の温度に維持すればよい。このため、ブタジエンの製造に際して、投入するエネルギーをより削減することができ、よって、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量も十分に削減することができる。
なお、冷却機構では、第4熱交換器および冷却器のいずれか一方を省略してもよい。
This cooling mechanism includes a refrigerant transfer line capable of transferring a temperature-lowering heat medium (refrigerant) for removing heat from the catalyst, a refrigerant tank, a fourth heat exchanger, and a cooler provided in the middle of the refrigerant transfer line. , each part can be configured in the same manner as the heating mechanism 20 and the second heating mechanism 90 .
According to such a configuration, since the refrigerant is used in addition to the heat medium for reaction and the heat medium for regeneration, there is no need to greatly fluctuate the temperature of the heat medium for reaction and the temperature of the heat medium for regeneration. should be maintained at Therefore, it is possible to further reduce the energy input in the production of butadiene, and thus the amount of carbon dioxide emitted per butadiene production can be sufficiently reduced.
In addition, in the cooling mechanism, either one of the fourth heat exchanger and the cooler may be omitted.

第6実施形態の製造装置1では、反応プロセス、反応プロセスから再生プロセスへの昇温プロセス、再生プロセス、および再生プロセスから反応プロセスへの降温プロセスが、この順で繰り返して行われる。
この場合、反応管Ra、Rb内の温度を調整するのに予め加熱されたガスを使用するようにしてもよい。また、この場合、4つのプロセスには、互いにガス組成が異なるガスを使用することが好ましい。
In the manufacturing apparatus 1 of the sixth embodiment, the reaction process, the temperature increasing process from the reaction process to the regeneration process, the regeneration process, and the temperature decreasing process from the regeneration process to the reaction process are repeated in this order.
In this case, preheated gas may be used to adjust the temperature inside the reaction tubes Ra and Rb. In this case, it is preferable to use gases with different gas compositions for the four processes.

反応プロセスにおける第1ガスには、原料ガス自体を使用することが好ましく、再生プロセスにおける第3ガスには、再生ガス自体を使用することが好ましい。一方、昇温プロセスにおける第2ガスには、窒素ガスを使用することが好ましく、降温プロセスにおける第4ガスには、希ガスを使用することが好ましい。
また、この場合、第1ガスと第3ガスとの間で熱交換を行い、かつ第2ガスと第4ガスとの間で熱交換を行うことが好ましい。
熱媒の加熱降温操作が必要なくなり、また、熱交換を行うことで効率よく投入エネルギーを削減できる。そのため、ブタジエン生産量当たりにおける二酸化炭素の排出量を十分に削減することができる。
The raw material gas itself is preferably used as the first gas in the reaction process, and the regeneration gas itself is preferably used as the third gas in the regeneration process. On the other hand, nitrogen gas is preferably used as the second gas in the temperature raising process, and a rare gas is preferably used as the fourth gas in the temperature lowering process.
Moreover, in this case, it is preferable to perform heat exchange between the first gas and the third gas, and to perform heat exchange between the second gas and the fourth gas.
It eliminates the need to heat and lower the temperature of the heat medium, and heat exchange can efficiently reduce input energy. Therefore, the amount of carbon dioxide emitted per butadiene production can be sufficiently reduced.

以上、本発明のブタジエンの製造方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明のブタジエンの製造方法は、上記実施形態に対して、他の任意の目的の工程を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の工程と置換されていてよい。
また、上記第1~第6実施形態の任意の構成を組み合わせるようにしてもよい。
Although the method for producing butadiene of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto.
For example, the method for producing butadiene of the present invention may have steps for any other purpose with respect to the above embodiment, and may be replaced with any steps that exhibit similar functions.
Also, any configuration of the first to sixth embodiments may be combined.

1…製造装置
2…原料タンク
3…第1反応器
4…第2反応器
5…精製部
51…軽炭化水素分離器
52…AcH精製器
53…EtOH精製器
54…BD抽出器
6…不活性ガスタンク
7…気化器
8…昇圧器
9…水素分離器
10…混合器
11…昇圧器
12…無機ガス分離器
13…熱交換器
20…加熱機構
21…熱媒移送ライン
21a…第1分岐ライン
21b…第2分岐ライン
21c…第1分岐ライン
22…熱媒タンク
23…熱交換器
24…電熱器
28…配管
29…配管
30…加熱機構
31…熱媒移送ライン
40…加熱機構
41…熱媒移送ライン
90…第2加熱機構
91…熱媒移送ライン
92…再生用熱媒タンク
93…熱交換器
94…電熱器
99…配管
L1…第1ライン
L2…第2ライン
L3…第3ライン
L4…第4ライン
L5…第5ライン
L6…第6ライン
L7…第7ライン
TC1…温調装置
TC2…温調装置
TC3…温調装置
TC4…温調装置
TC5…温調装置
TC6…温調装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Manufacturing apparatus 2... Raw material tank 3... 1st reactor 4... 2nd reactor 5... Purification part 51... Light hydrocarbon separator 52... AcH refiner 53... EtOH refiner 54... BD extractor 6... Inert Gas tank 7 Vaporizer 8 Booster 9 Hydrogen separator 10 Mixer 11 Booster 12 Inorganic gas separator 13 Heat exchanger 20 Heating mechanism 21 Heat medium transfer line 21a First branch line 21b Second branch line 21c First branch line 22 Heat medium tank 23 Heat exchanger 24 Electric heater 28 Pipe 29 Pipe 30 Heating mechanism 31 Heat medium transfer line 40 Heating mechanism 41 Heat medium transfer Line 90 Second heating mechanism 91 Heat medium transfer line 92 Heat medium tank for regeneration 93 Heat exchanger 94 Electric heater 99 Piping L1 First line L2 Second line L3 Third line L4 Third line Line 4 L5... Fifth line L6... Sixth line L7... Seventh line TC1... Temperature controller TC2... Temperature controller TC3... Temperature controller TC4... Temperature controller TC5... Temperature controller TC6... Temperature controller

Claims (13)

エタノールからアセトアルデヒドに変換する第1反応器、該第1反応器で副生する無機ガスを分離する無機ガス分離器、エタノールおよびアセトアルデヒドからブタジエンに変換する第2反応器の順で、原料ガスを通過させてブタジエンを製造する方法であって、
各前記反応器は、互いに並列に接続され、触媒が充填された複数の反応管を備え、
該複数の反応管のうちの一部の前記反応管に前記原料ガスを300~420℃の温度で通過させる反応プロセスと、残りの前記反応管に前記触媒を再生する再生ガスを420~550℃の温度で通過させる再生プロセスとを交互に行うに際して、
前記触媒に対する前記原料ガスおよび前記再生ガスの下記式(1)で表される接触頻度を、500~50000に設定したことを特徴とするブタジエンの製造方法。
接触頻度=(原料ガスおよび再生ガスの流量[kg/hr]×反応管内の圧力[MPaA])/(反応管の長手方向中央での横断面において触媒が占める面積[m]×反応管の外径[m]) ・・・ (1)
The raw material gas passes through the first reactor that converts ethanol to acetaldehyde, the inorganic gas separator that separates the inorganic gas by-produced in the first reactor, and the second reactor that converts ethanol and acetaldehyde to butadiene, in that order. A method for producing butadiene by allowing
each reactor comprises a plurality of reaction tubes connected in parallel and filled with a catalyst;
A reaction process in which the raw material gas is passed through some of the reaction tubes out of the plurality of reaction tubes at a temperature of 300 to 420 ° C., and a regeneration gas for regenerating the catalyst is supplied to the remaining reaction tubes at 420 to 550 ° C. in alternating with the regeneration process passing through at a temperature of
A method for producing butadiene, wherein the contact frequency represented by the following formula (1) of the raw material gas and the regeneration gas with respect to the catalyst is set to 500 to 50,000.
Contact frequency = (flow rate of raw material gas and regeneration gas [kg/hr] x pressure in reaction tube [MPaA])/(area occupied by catalyst in cross section at the center in the longitudinal direction of reaction tube [m 2 ] x reaction tube Outer diameter [m]) (1)
前記原料ガスを前記無機ガス分離器に通過させる際の条件は、温度3~15℃、圧力0.5~5MPaGである請求項1に記載のブタジエンの製造方法。 The method for producing butadiene according to claim 1, wherein the conditions for passing the raw material gas through the inorganic gas separator are a temperature of 3 to 15°C and a pressure of 0.5 to 5 MPaG. 前記反応プロセスと前記再生プロセスとの間に、前記反応管に不活性ガスを通過させる置換プロセスを有し、
前記反応プロセスの時間>(前記反応プロセスと前記再生プロセスとの温度差)÷(前記反応プロセスから前記再生プロセスへの昇温速度)+(前記再生プロセスと前記反応プロセスとの温度差)÷(前記再生プロセスから前記反応プロセスへの降温速度)+(前記置換プロセスの時間)+(前記再生プロセスの時間)なる関係を満足するように、前記昇温速度および前記降温速度を調整する請求項1または2に記載のブタジエンの製造方法。
Between the reaction process and the regeneration process, a replacement process of passing an inert gas through the reaction tube,
Time of the reaction process>(temperature difference between the reaction process and the regeneration process)/(heating rate from the reaction process to the regeneration process) + (temperature difference between the regeneration process and the reaction process)/( 2. The rate of temperature increase and the rate of temperature decrease are adjusted so as to satisfy the following relationship: rate of temperature drop from the regeneration process to the reaction process)+(time of the replacement process)+(time of the regeneration process). 3. The method for producing butadiene according to 2 above.
さらに、前記反応プロセスにおいて、前記原料ガスを加熱する加熱機構を備え、
該加熱機構は、熱媒移送ライン内を移送される熱媒との間で熱交換を行う熱交換器、電熱器およびマイクロ波照射器から選ばれる少なくとも1つを含む請求項1~3のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。
Furthermore, in the reaction process, a heating mechanism for heating the raw material gas is provided,
4. Any one of claims 1 to 3, wherein the heating mechanism includes at least one selected from a heat exchanger, an electric heater, and a microwave irradiator for exchanging heat with the heat medium transferred in the heat medium transfer line. 1. The method for producing butadiene according to claim 1.
前記熱媒移送ラインは、第1分岐ラインと、該第1分岐ラインと分岐した後、再度合流する第2分岐ラインとを備え、
前記反応管に対して、前記第1分岐ラインにおける前記熱媒の移送方向と、前記第2分岐ラインにおける前記熱媒の移送方向とが逆方向である請求項4に記載のブタジエンの製造方法。
The heat medium transfer line includes a first branch line and a second branch line that rejoins after branching off from the first branch line,
5. The method for producing butadiene according to claim 4, wherein the direction of transfer of the heat medium in the first branch line is opposite to the direction of transfer of the heat medium in the second branch line with respect to the reaction tube.
前記第1分岐ラインおよび前記第2分岐ラインは、それぞれ前記反応管の内側、前記反応管の外側かつ前記反応器の内側、および前記反応器の外側から選ばれる少なくとも1つに設けられている請求項5に記載のブタジエンの製造方法。 The first branch line and the second branch line are provided in at least one selected from the inside of the reaction tube, the outside of the reaction tube and the inside of the reactor, and the outside of the reactor, respectively. Item 6. A method for producing butadiene according to item 5. 前記熱媒は、前記反応管を通過した後の前記原料ガスであり、
前記熱媒移送ラインは、前記原料ガスを移送する原料ガス移送ラインとしても機能するとともに、前記熱交換器は、前記反応管を通過した後の前記原料ガスと前記反応管を通過する前の前記原料ガスとの間で熱交換を行う請求項4に記載のブタジエンの製造方法。
The heat medium is the source gas after passing through the reaction tube,
The heat medium transfer line also functions as a raw material gas transfer line for transferring the raw material gas, and the heat exchanger connects the raw material gas after passing through the reaction tube and the raw material gas before passing through the reaction tube. 5. The method for producing butadiene according to claim 4, wherein heat is exchanged with the raw material gas.
前記反応管の下流側に、前記原料ガスの圧力を上昇させる昇圧器を備える請求項4~7のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。 The method for producing butadiene according to any one of claims 4 to 7, comprising a booster for increasing the pressure of the raw material gas on the downstream side of the reaction tube. さらに、前記再生プロセスにおいて、前記再生ガスを加熱する第2加熱機構を備え、
該第2加熱機構は、前記加熱機構と分離して設けられ、第2熱媒移送ライン内を移送される第2熱媒との間で熱交換を行う第2熱交換器、第2電熱器および第2マイクロ波照射器から選ばれる少なくとも1つを含む請求項4~8のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。
Furthermore, in the regeneration process, a second heating mechanism for heating the regeneration gas is provided,
The second heating mechanism is provided separately from the heating mechanism, and is a second heat exchanger and a second electric heater that exchange heat with the second heat medium transferred in the second heat medium transfer line. and a second microwave irradiator. The method for producing butadiene according to any one of claims 4 to 8.
さらに、前記反応プロセス終了後、前記再生プロセス開始前において、前記触媒を加熱する第3加熱機構を備え、
該第3加熱機構は、前記加熱機構および前記第2加熱機構と分離して設けられ、第3熱媒移送ライン内を移送される第3熱媒との間で熱交換を行う第3熱交換器、第3電熱器および第3マイクロ波照射器から選ばれる少なくとも1つを含む請求項9に記載のブタジエンの製造方法。
further comprising a third heating mechanism for heating the catalyst after the reaction process is finished and before the regeneration process is started,
The third heating mechanism is provided separately from the heating mechanism and the second heating mechanism, and performs heat exchange with a third heat medium transferred in a third heat medium transfer line. 10. The method for producing butadiene according to claim 9, comprising at least one selected from a vessel, a third electric heater and a third microwave irradiator.
さらに、前記再生プロセス終了後、前記反応プロセス開始前において、前記触媒を冷却する冷却機構を備え、
該冷却機構は、冷媒移送ライン内を移送される冷媒との間で熱交換を行う第4熱交換器および冷却器から選ばれる少なくとも1つを含む請求項1~10のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。
Furthermore, a cooling mechanism for cooling the catalyst after the regeneration process is completed and before the reaction process is started,
11. The cooling mechanism according to any one of claims 1 to 10, comprising at least one selected from a fourth heat exchanger and a cooler that exchange heat with the refrigerant transferred in the refrigerant transfer line. butadiene production method.
さらに、前記再生プロセスにおいて、予め加熱された前記再生ガスを前記反応管に供給する予熱再生ガス供給機構を備える請求項4~8のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。 The method for producing butadiene according to any one of claims 4 to 8, further comprising a preheated regeneration gas supply mechanism for supplying the preheated regeneration gas to the reaction tube in the regeneration process. 前記反応管内の温度を調整するのに予め加熱されたガスが使用され、
該ガスは、互いにガス組成が異なる、前記反応プロセスにおいて使用される第1ガスと、前記反応プロセスから前記再生プロセスへの昇温プロセスにおいて使用される第2ガスと、前記再生プロセスにおいて使用される第3ガスと、前記再生プロセスから前記反応プロセスへの降温プロセスにおいて使用される第4ガスとを含み、
前記第1ガスと前記第3ガスとの間で熱交換を行い、かつ前記第2ガスと前記第4ガスとの間で熱交換を行う請求項1~3のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。
preheated gas is used to adjust the temperature in the reaction tube;
The gases are a first gas used in the reaction process, a second gas used in a temperature raising process from the reaction process to the regeneration process, and a second gas used in the regeneration process, which are different in gas composition from each other. a third gas and a fourth gas used in a temperature-lowering process from the regeneration process to the reaction process;
The butadiene according to any one of claims 1 to 3, wherein heat exchange is performed between the first gas and the third gas, and heat exchange is performed between the second gas and the fourth gas. manufacturing method.
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