JP2023031583A - Manufacturing method of 1,3-butadiene and manufacturing device of 1,3-butadiene - Google Patents

Manufacturing method of 1,3-butadiene and manufacturing device of 1,3-butadiene Download PDF

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壮一郎 鈴木
Soichiro Suzuki
宣利 柳橋
Nobutoshi Yanagibashi
悠 西山
Yu Nishiyama
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

To provide a manufacturing method of 1,3-butadiene capable of continuously manufacturing 1,3-butadiene with a high yield, and capable of suppressing of the occurrence of a by-product and a manufacturing device of the 1,3-butadiene.SOLUTION: There is provided a method for manufacturing 1,3-butadiene in which 1,3-butadiene is continuously produced from a raw material gas containing ethanol, acetaldehyde, and an inert gas. The method includes a conversion step of bringing the raw material gas into contact with a catalyst layer containing a catalyst and converting ethanol and acetaldehyde in the raw material gas to 1,3-butadiene. A content of inert gas in the raw material gas is 5 to 50 vol.% with respect to a total volume of the raw material gas.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、1,3-ブタジエンの製造方法及び1,3-ブタジエンの製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing 1,3-butadiene and an apparatus for producing 1,3-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。1,3-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、さらにエタノール及びアセトアルデヒドを1,3-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 1,3-butadiene, for example, a method of converting ethanol to acetaldehyde in the presence of a catalyst and then converting ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene is known (see, for example, Patent Document 1 reference).

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

特許文献1の技術では、80質量%以上の高濃度のエタノールを原料として反応を行っている。加えて、反応活性(触媒活性)が高い触媒を使用した場合、反応後のガス組成中のエタノールやアセトアルデヒドの量が従来よりも減り、副生成物の量が従来よりも多くなる。これらの副生成物は、エタノールやアセトアルデヒドが共存する時はそれらに溶解し配管内を流れる。
しかしながら、エタノールやアセトアルデヒドが共存しない、又はエタノールやアセトアルデヒドの濃度が低い場合は、製造プロセス内の分析機器や配管等に上記副生成物が付着し、分析機器の故障、配管の詰まりや圧力損失の原因となる場合がある。
In the technique of Patent Document 1, the reaction is performed using high-concentration ethanol of 80% by mass or more as a raw material. In addition, when a catalyst with high reaction activity (catalytic activity) is used, the amount of ethanol and acetaldehyde in the gas composition after the reaction is less than before, and the amount of by-products is more than before. These by-products dissolve in ethanol and acetaldehyde when they coexist and flow through the piping.
However, if ethanol or acetaldehyde does not coexist, or if the concentration of ethanol or acetaldehyde is low, the above-mentioned by-products will adhere to analytical instruments, piping, etc. in the manufacturing process, resulting in failure of analytical instruments, clogging of piping, and pressure loss. It may be the cause.

また、エタノール及びアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化する転化反応は、吸熱反応であることが知られている。反応活性が高い触媒を使用し、高濃度のエタノールを原料として上記転化反応を行った場合、吸熱量が多いため、触媒を含む触媒層の温度が低下し、触媒活性が低下する。そのため、1,3-ブタジエンの収率の低下が懸念される。 Also, the conversion reaction of ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene is known to be an endothermic reaction. When a catalyst with high reaction activity is used and high-concentration ethanol is used as a raw material to perform the above conversion reaction, the temperature of the catalyst layer containing the catalyst drops due to the large amount of heat absorption, resulting in a drop in catalytic activity. Therefore, there is concern that the yield of 1,3-butadiene will decrease.

そこで、本発明は、高い収率で1,3-ブタジエンを連続的に製造することができ、かつ、副生成物の発生を抑制できる1,3-ブタジエンの製造方法及び1,3-ブタジエンの製造装置を目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for producing 1,3-butadiene that can continuously produce 1,3-butadiene at a high yield and suppress the generation of by-products, and a method for producing 1,3-butadiene. It is intended for manufacturing equipment.

上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を有する。
[1]エタノールとアセトアルデヒドと不活性ガスとを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する1,3-ブタジエンの製造方法であって、
前記原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記原料ガス中のエタノールとアセトアルデヒドとを1,3-ブタジエンまで転化させる転化工程を有し、
前記原料ガス中の不活性ガスの含有量が、前記原料ガスの総体積に対して、5~50体積%である、1,3-ブタジエンの製造方法。
[2]前記原料ガス中の前記エタノールの含有量と前記アセトアルデヒドの含有量との合計量が、前記原料ガスの総質量に対して、40~95体積%である、[1]に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[3]前記エタノールと前記アセトアルデヒドとを含むガスを前記不活性ガスで希釈する希釈工程をさらに有する、[1]又は[2]に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[4]前記原料ガス中のエタノールの含有量と、前記原料ガス中のアセトアルデヒドの含有量との比率(エタノール/アセトアルデヒド比)が1~100である、[1]~[3]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[5]前記触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである、[1]~[4]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[6]前記触媒層は希釈剤を含み、
前記希釈剤の熱伝導率が、前記触媒の熱伝導率よりも高い、[1]~[5]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention has the following aspects.
[1] A method for producing 1,3-butadiene in which 1,3-butadiene is continuously produced from a raw material gas containing ethanol, acetaldehyde, and an inert gas,
A conversion step of contacting the raw material gas with a catalyst layer containing a catalyst to convert ethanol and acetaldehyde in the raw material gas to 1,3-butadiene,
A method for producing 1,3-butadiene, wherein the content of the inert gas in the raw material gas is 5 to 50% by volume with respect to the total volume of the raw material gas.
[2] 1 according to [1], wherein the total amount of the ethanol content and the acetaldehyde content in the raw material gas is 40 to 95% by volume with respect to the total mass of the raw material gas. , 3-butadiene production method.
[3] The method for producing 1,3-butadiene according to [1] or [2], further comprising a dilution step of diluting the gas containing ethanol and acetaldehyde with the inert gas.
[4] Any one of [1] to [3], wherein the ratio of the content of ethanol in the source gas to the content of acetaldehyde in the source gas (ethanol/acetaldehyde ratio) is 1 to 100. A method for producing 1,3-butadiene as described.
[5] The method for producing 1,3-butadiene according to any one of [1] to [4], wherein the catalyst layer has a thermal conductivity of 0.1 to 250 W/m·K.
[6] The catalyst layer contains a diluent,
The method for producing 1,3-butadiene according to any one of [1] to [5], wherein the diluent has a higher thermal conductivity than the catalyst.

[7]1,3-ブタジエンを連続的に製造する1,3-ブタジエンの製造装置であって、
転化手段と、精製手段と、を備え、
前記転化手段は、エタノールを含むエタノール含有ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記エタノール含有ガス中のエタノールを1,3-ブタジエンに転化し、前記1,3-ブタジエンを含む粗生成ガスとする反応器を備え、
前記精製手段は、前記転化手段で得られる前記粗生成ガスを精製する蒸留塔を備え、
前記反応器と、前記蒸留塔とを接続する接続配管を備え、
前記接続配管は、少なくとも1つの屈曲部を有し、
前記屈曲部における曲率半径が20mm以上である、1,3-ブタジエンの製造装置。
[8]前記接続配管の内面における算術平均粗さが1.02μm以下である、[7]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[9]前記接続配管の内面が、炭素数6~12の有機化合物でコーティングされている、[7]又は[8]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[10]前記接続配管が、少なくとも一つのバイパスを有し、前記バイパスが取り外し可能である、[7]~[9]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[11]前記触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである、[7]~[10]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[12]前記触媒層は希釈剤を含み、
前記希釈剤の熱伝導率が、前記触媒の熱伝導率よりも高い、[7]~[11]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[13]前記反応器を加熱する加熱手段を2個以上有する、[7]~[12]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[14]前記反応器における前記触媒層の前記原料ガスの流れ方向の長さをLとしたときに、
前記触媒層における前記原料ガスの入り口側からL/3までの領域を第1エリアとし、
前記第1エリアからL/3までの領域を第2エリアとし、
前記第2エリアからL/3までの領域を第3エリアとし、
前記第1エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk1、前記第1エリアに充填される前記触媒の総質量をw1とし、
前記第2エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk2、前記第2エリアに充填される前記触媒の総質量をw2とし、
前記第3エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk3、前記第3エリアに充填される前記触媒の総質量をw3としたときに、
下記式(a)を満たす、[7]~[13]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
k1×w1<k2×w2<k3×w3 ・・・(a)
[7] A 1,3-butadiene production apparatus for continuously producing 1,3-butadiene,
a conversion means and a purification means;
The conversion means contacts an ethanol-containing gas containing ethanol with a catalyst layer containing a catalyst, converts the ethanol in the ethanol-containing gas into 1,3-butadiene, and converts the ethanol-containing gas into 1,3-butadiene. Equipped with a reactor for producing gas,
The purification means comprises a distillation column for purifying the crude gas obtained by the conversion means,
A connecting pipe that connects the reactor and the distillation column,
The connection pipe has at least one bend,
The apparatus for producing 1,3-butadiene, wherein the curved portion has a radius of curvature of 20 mm or more.
[8] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to [7], wherein the inner surface of the connecting pipe has an arithmetic average roughness of 1.02 μm or less.
[9] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to [7] or [8], wherein the inner surface of the connecting pipe is coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms.
[10] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [7] to [9], wherein the connecting pipe has at least one bypass, and the bypass is removable.
[11] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [7] to [10], wherein the catalyst layer has a thermal conductivity of 0.1 to 250 W/m·K.
[12] The catalyst layer contains a diluent,
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [7] to [11], wherein the diluent has a higher thermal conductivity than the catalyst.
[13] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [7] to [12], which has two or more heating means for heating the reactor.
[14] When the length of the catalyst layer in the reactor in the flow direction of the source gas is L,
A first area is defined as a region from the inlet side of the raw material gas to L/3 in the catalyst layer,
A region from the first area to L/3 is defined as a second area,
A region from the second area to L/3 is defined as a third area,
Let k1 be the catalytic activity of the catalyst filled in the first area, and w1 be the total mass of the catalyst filled in the first area,
Let k2 be the catalytic activity of the catalyst filled in the second area, and w2 be the total mass of the catalyst filled in the second area,
When the catalytic activity of the catalyst packed in the third area is k3 and the total mass of the catalyst packed in the third area is w3,
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [7] to [13], which satisfies the following formula (a).
k1×w1<k2×w2<k3×w3 (a)

[15]エタノールとアセトアルデヒドと不活性ガスとを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する1,3-ブタジエンの製造装置であって、
転化手段と、精製手段と、を備え、
前記転化手段は、前記原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化し、前記1,3-ブタジエンを含む粗生成ガスとする反応器を備え、
前記精製手段は、前記転化手段で得られる前記粗生成ガスを精製する蒸留塔を備え、
前記原料ガス中の不活性ガスの含有量が、前記原料ガスの総体積に対して、5~50体積%であり、
前記反応器と、前記蒸留塔とを接続する接続配管を備え、
前記接続配管は、少なくとも1つの屈曲部を有し、
前記屈曲部における曲率半径が20mm以上である、1,3-ブタジエンの製造装置。
[16]前記原料ガス中の前記エタノールの含有量と前記アセトアルデヒドの含有量との合計量が、前記原料ガスの総質量に対して、40~95体積%である、[15]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[17]前記反応器の前段に、前記エタノールと前記アセトアルデヒドとを含む中間ガスを前記不活性ガスで希釈する希釈装置をさらに備える、[15]又は[16]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[18]前記接続配管の内面における算術平均粗さが1.02μm以下である、[15]~[17]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[19]前記接続配管の内面が、炭素数6~12の有機化合物でコーティングされている、[15]~[18]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[20]前記接続配管が、少なくとも一つのバイパスを有し、前記バイパスが取り外し可能である、[15]~[19]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[21]前記触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである、[15]~[20]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[22]前記触媒層は希釈剤を含み、
前記希釈剤の熱伝導率が、前記触媒の熱伝導率よりも高い、[15]~[21]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[23]前記反応器を加熱する加熱手段を2個以上有する、[15]~[22]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[24]前記反応器における前記触媒層の前記原料ガスの流れ方向の長さをLとしたときに、
前記触媒層における前記原料ガスの入り口側からL/3までの領域を第1エリアとし、
前記第1エリアからL/3までの領域を第2エリアとし、
前記第2エリアからL/3までの領域を第3エリアとし、
前記第1エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk1、前記第1エリアに充填される前記触媒の総質量をw1とし、
前記第2エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk2、前記第2エリアに充填される前記触媒の総質量をw2とし、
前記第3エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk3、前記第3エリアに充填される前記触媒の総質量をw3としたときに、
下記式(a)を満たす、[15]~[23]のいずれかに記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
k1×w1<k2×w2<k3×w3 ・・・(a)
[15] A 1,3-butadiene production apparatus for continuously producing 1,3-butadiene from a raw material gas containing ethanol, acetaldehyde, and an inert gas,
a conversion means and a purification means;
The conversion means contacts the raw material gas with a catalyst layer containing a catalyst, converts ethanol and acetaldehyde in the raw material gas into 1,3-butadiene, and produces a crude product gas containing the 1,3-butadiene. with a reactor of
The purification means comprises a distillation column for purifying the crude gas obtained by the conversion means,
The content of the inert gas in the raw material gas is 5 to 50% by volume with respect to the total volume of the raw material gas,
A connecting pipe that connects the reactor and the distillation column,
The connection pipe has at least one bend,
The apparatus for producing 1,3-butadiene, wherein the curved portion has a radius of curvature of 20 mm or more.
[16] 1 according to [15], wherein the total amount of the ethanol content and the acetaldehyde content in the raw material gas is 40 to 95% by volume with respect to the total mass of the raw material gas. , 3-butadiene manufacturing equipment.
[17] The 1,3-butadiene of [15] or [16], further comprising a diluting device that dilutes the intermediate gas containing the ethanol and the acetaldehyde with the inert gas before the reactor. Manufacturing equipment.
[18] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [17], wherein the inner surface of the connecting pipe has an arithmetic mean roughness of 1.02 μm or less.
[19] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [18], wherein the inner surface of the connecting pipe is coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms.
[20] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [19], wherein the connecting pipe has at least one bypass, and the bypass is removable.
[21] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [20], wherein the catalyst layer has a thermal conductivity of 0.1 to 250 W/m·K.
[22] the catalyst layer comprises a diluent;
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [21], wherein the diluent has a higher thermal conductivity than the catalyst.
[23] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [22], which has two or more heating means for heating the reactor.
[24] When the length of the catalyst layer in the reactor in the flow direction of the source gas is L,
A first area is defined as a region from the inlet side of the raw material gas to L/3 in the catalyst layer,
A region from the first area to L/3 is defined as a second area,
A region from the second area to L/3 is defined as a third area,
Let k1 be the catalytic activity of the catalyst filled in the first area, and w1 be the total mass of the catalyst filled in the first area,
Let k2 be the catalytic activity of the catalyst filled in the second area, and w2 be the total mass of the catalyst filled in the second area,
When the catalytic activity of the catalyst packed in the third area is k3 and the total mass of the catalyst packed in the third area is w3,
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [15] to [23], which satisfies the following formula (a).
k1×w1<k2×w2<k3×w3 (a)

本発明の1,3-ブタジエンの製造方法及び1,3-ブタジエンの製造装置によれば、高い収率で1,3-ブタジエンを連続的に製造することができ、かつ、副生成物の発生を抑制できる。 According to the method for producing 1,3-butadiene and the apparatus for producing 1,3-butadiene of the present invention, it is possible to continuously produce 1,3-butadiene at a high yield and generate by-products. can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る1,3-ブタジエンの製造装置の一部を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing part of a 1,3-butadiene production apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に係る1,3-ブタジエンの製造装置の反応器の模式図である。1 is a schematic diagram of a reactor of a 1,3-butadiene production apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の他の実施形態に係る1,3-ブタジエンの製造装置の反応器の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a reactor of a 1,3-butadiene production apparatus according to another embodiment of the present invention. 図1に示す1,3-ブタジエンの製造装置の全体を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the entire apparatus for producing 1,3-butadiene shown in FIG. 1. FIG. 図4に示す水素濃度低減装置の一部を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a part of the hydrogen concentration reducing device shown in FIG. 4;

本明細書において、「~」で表される数値範囲は、「~」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を示す。 In the present specification, a numerical range represented by "-" indicates a numerical range including numerical values before and after "-" as lower and upper limits.

[1,3-ブタジエンの製造方法]
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、エタノールとアセトアルデヒドと不活性ガスとを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する方法である。また、本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、反応活性の高い触媒を使用することで生じる反応性低下又は副生成物の影響を抑える目的で、原料ガス中のエタノールとアセトアルデヒドを減量させることを特徴とする1,3-ブタジエンを連続的に製造する方法である。
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、原料ガス中のエタノールとアセトアルデヒドとを1,3-ブタジエンまで転化させる転化工程を有する。
[Method for producing 1,3-butadiene]
The method for producing 1,3-butadiene of the present invention is a method for continuously producing 1,3-butadiene from a raw material gas containing ethanol, acetaldehyde and an inert gas. In addition, the method for producing 1,3-butadiene of the present invention reduces the amount of ethanol and acetaldehyde in the source gas for the purpose of suppressing the effect of reduced reactivity or by-products caused by using a catalyst with high reaction activity. A method for continuously producing 1,3-butadiene characterized by:
The method for producing 1,3-butadiene of the present invention has a conversion step of contacting a raw material gas with a catalyst layer containing a catalyst to convert ethanol and acetaldehyde in the raw material gas into 1,3-butadiene.

原料ガスは、エタノールとアセトアルデヒドと不活性ガスとを必須として含む。原料ガスは、水、水素等の他の成分を含んでいてもよい。また、原料ガスは、エタノールを含むエタノール含有ガスからエタノールの一部をアセトアルデヒドへ転化する工程を経たエタノール、アセトアルデヒドを含む中間ガスに、不活性ガスを含むガスであってもよい。 The raw material gas essentially contains ethanol, acetaldehyde, and an inert gas. The source gas may contain other components such as water and hydrogen. Further, the source gas may be a gas containing an inert gas in an intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde, which has undergone a step of converting a part of ethanol from an ethanol-containing gas containing ethanol into acetaldehyde.

エタノールとしては、特に限定されず、例えば、シェールガス、石油等の化石由来のエタノールであってもよく、植物、動物、ゴミ等のバイオマス由来のバイオエタノールであってもよい。なかでも、窒素化合物や硫黄化合物等の不純物が少なく、触媒が劣化しにくい点から、バイオエタノールが好ましい。 Ethanol is not particularly limited, and may be, for example, ethanol derived from fossils such as shale gas and petroleum, or bioethanol derived from biomass such as plants, animals, and garbage. Among them, bioethanol is preferable because it contains few impurities such as nitrogen compounds and sulfur compounds and the catalyst is less likely to deteriorate.

アセトアルデヒドは、後述する製造装置100を用いて得られたものを用いてもよく、外部から入手したものを用いてもよい。1,3-ブタジエンを効率よく製造できることから、アセトアルデヒドとしては、後述する製造装置100を用いて得られたものを用いることが好ましい。 Acetaldehyde may be obtained using the production apparatus 100 described later, or may be obtained from the outside. Since 1,3-butadiene can be efficiently produced, it is preferable to use acetaldehyde obtained using the production apparatus 100 described later.

不活性ガスは、エタノールとアセトアルデヒドとを1,3-ブタジエンまで転化させる転化反応に悪影響を及ぼさないガスを使用できる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガス、二酸化炭素等が挙げられる。これらの中でも、価格及び入手しやすさの点から、窒素ガス、アルゴンガスが好ましく、窒素ガスがより好ましい。不活性ガスは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The inert gas can be any gas that does not adversely affect the conversion reaction that converts ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene. Examples of the inert gas include rare gases such as nitrogen gas and argon gas, and carbon dioxide. Among these, nitrogen gas and argon gas are preferred, and nitrogen gas is more preferred, from the viewpoint of price and availability. The inert gas may be used singly or in combination of two or more.

原料ガス中の不活性ガスの含有量は、原料ガスの総体積に対して、5~50体積%であり、5~40体積%が好ましく、5~30体積%がより好ましい。原料ガス中の不活性ガスの含有量が上記下限値以上であると、副生成物の発生を抑制できる。加えて、原料ガス中の不活性ガスの含有量が上記下限値以上であると、反応後の不活性ガスの分離を容易にすることができる。原料ガス中の不活性ガスの含有量が上記上限値以下であると、1,3-ブタジエンの収率の低下を抑制できる。 The content of the inert gas in the source gas is 5 to 50% by volume, preferably 5 to 40% by volume, more preferably 5 to 30% by volume, relative to the total volume of the source gas. When the content of the inert gas in the raw material gas is at least the above lower limit, generation of by-products can be suppressed. In addition, when the content of the inert gas in the raw material gas is at least the above lower limit, the separation of the inert gas after the reaction can be facilitated. When the content of the inert gas in the raw material gas is equal to or less than the above upper limit, it is possible to suppress a decrease in the yield of 1,3-butadiene.

原料ガス中のエタノールの含有量とアセトアルデヒドの含有量との合計量(以下、単に「合計量」ともいう)は、原料ガスの総体積に対して、40~95体積%が好ましく、50~95体積%がより好ましく、60~95体積%がさらに好ましく、70~95体積%が特に好ましい。合計量が上記下限値以上であると、1,3-ブタジエンの収率が向上する。合計量が上記上限値以下であると、副生成物の発生を抑制できる。 The total amount of the ethanol content and the acetaldehyde content in the raw material gas (hereinafter also simply referred to as "total amount") is preferably 40 to 95% by volume, preferably 50 to 95% by volume, relative to the total volume of the raw material gas. % by volume is more preferred, 60 to 95% by volume is even more preferred, and 70 to 95% by volume is particularly preferred. When the total amount is at least the above lower limit, the yield of 1,3-butadiene is improved. Generation|occurrence|production of a by-product can be suppressed as a total amount is below the said upper limit.

原料ガス中のエタノールの含有量と、原料ガス中のアセトアルデヒドの含有量との比率(エタノール/アセトアルデヒド比)は、1~100が好ましく、1~50がより好ましく、1~20がさらに好ましく、1~10が特に好ましく、1~5が最も好ましい。エタノール/アセトアルデヒド比が上記数値範囲内であると、1,3-ブタジエンの収率が向上する。 The ratio of the content of ethanol in the source gas to the content of acetaldehyde in the source gas (ethanol/acetaldehyde ratio) is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, further preferably 1 to 20, and 1 -10 is particularly preferred, and 1-5 is most preferred. When the ethanol/acetaldehyde ratio is within the above numerical range, the yield of 1,3-butadiene is improved.

本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、転化工程の前に、エタノールとアセトアルデヒドとを含むガス(後述する「中間ガス」)を不活性ガスで希釈する希釈工程を有することが好ましい。希釈工程を有することにより、原料ガス中の不活性ガスの含有量を容易に制御できる。加えて、希釈工程を有することにより、エタノール及びアセトアルデヒドの転化率が高い場合でも、副生成物の濃度を希釈できる。このため、配管への副生成物の付着を防げる。
原料ガスは、エタノールを希釈することにより得られてもよく、アセトアルデヒドを希釈することにより得られてもよい。また、エタノールを含むエタノール含有ガスの一部をアセトアルデヒドに転化させたエタノールとアセトアルデヒドとを含む中間ガスを不活性ガスで希釈してもよい。さらに、中間ガスを生成する工程において、不活性ガスにより希釈されたエタノール含有ガスを用いた転化工程の場合、エタノール、アセトアルデヒド及び不活性ガスを含むガスが生成することから、当該生成ガスを原料ガスとして利用することもできる。
他の実施形態として、上述した原料ガス中のエタノールの含有量とアセトアルデヒドの含有量との合計量を不活性ガスで希釈せずに、原料ガスの量を減量することで、エタノールとアセトアルデヒドの転化率を低下させずに副生成物の発生を抑え、1,3-ブタジエンの連続的な製造を行うことができる。
しかし、1,3-ブタジエンの収率をより高められる観点から、エタノールとアセトアルデヒドとを含むガスを希釈することにより、原料ガスが得られることが好ましい。
The method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment preferably has a dilution step of diluting a gas containing ethanol and acetaldehyde (an “intermediate gas” described later) with an inert gas before the conversion step. By including the dilution step, the content of inert gas in the raw material gas can be easily controlled. In addition, by having a dilution step, the concentration of by-products can be diluted even when the conversion of ethanol and acetaldehyde is high. Therefore, adhesion of by-products to the piping can be prevented.
The raw material gas may be obtained by diluting ethanol, or may be obtained by diluting acetaldehyde. Alternatively, an intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde obtained by converting part of an ethanol-containing gas containing ethanol into acetaldehyde may be diluted with an inert gas. Furthermore, in the step of generating an intermediate gas, in the case of a conversion step using an ethanol-containing gas diluted with an inert gas, a gas containing ethanol, acetaldehyde, and an inert gas is generated. can also be used as
As another embodiment, by reducing the amount of the source gas without diluting the total amount of the ethanol content and the acetaldehyde content in the source gas with an inert gas, ethanol and acetaldehyde can be converted. Continuous production of 1,3-butadiene can be carried out by suppressing the generation of by-products without lowering the yield.
However, from the viewpoint of further increasing the yield of 1,3-butadiene, it is preferable to obtain the source gas by diluting the gas containing ethanol and acetaldehyde.

転化工程は、原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、原料ガス中のエタノールとアセトアルデヒドとを1,3-ブタジエンまで転化させる工程である。
転化工程では、下記式(1)で表される反応により、1,3-ブタジエンが得られる。
CHCHOH+CHCHO→CH=CH-CH=CH+2HO ・・・(1)
The conversion step is a step of contacting the raw material gas with a catalyst layer containing a catalyst to convert ethanol and acetaldehyde in the raw material gas to 1,3-butadiene.
In the conversion step, 1,3-butadiene is obtained by the reaction represented by the following formula (1).
CH 3 CH 2 OH+CH 3 CHO→CH 2 =CH-CH=CH 2 +2H 2 O (1)

転化工程では、触媒の存在下に原料ガス中のエタノールとアセトアルデヒドとを1,3-ブタジエンまで転化させる転化反応に、2つ以上の並列の反応器を用いることが好ましい。2つ以上の並列の反応器を用いることで、1つの反応器で転化反応を行っている間に、残りの反応器のメンテナンスを行うことができる。反応器のメンテナンスとしては、触媒の再生や交換、反応器内部に付着した副生成物の除去等が挙げられる。 In the conversion step, it is preferable to use two or more parallel reactors for the conversion reaction of converting ethanol and acetaldehyde in the feed gas to 1,3-butadiene in the presence of a catalyst. By using two or more parallel reactors, maintenance can be performed on one reactor while the conversion reaction is being performed on the other reactor. Reactor maintenance includes catalyst regeneration and replacement, removal of by-products adhering to the interior of the reactor, and the like.

転化工程では、原料ガスを反応器に供給し、触媒を含む触媒層に接触処理させて、圧力及び温度を調整して、エタノール及びアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化する。 In the conversion step, the raw material gas is supplied to the reactor, contacted with a catalyst layer containing a catalyst, and the pressure and temperature are adjusted to convert ethanol and acetaldehyde into 1,3-butadiene.

触媒としては、エタノール及びアセトアルデヒドから1,3-ブタジエンへの転化反応を促進するものであればよい。すなわち、上記転化反応に対する触媒活性を有するものであればよい。触媒としては、例えば、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、マグネシウム、亜鉛、ケイ素を例示できる。なかでも、1,3-ブタジエンの収率の点から、ジルコニウム、ハフニウムが好ましい。触媒としては、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。
触媒を使用する態様としては、例えば、金属、酸化物、塩化物等を例示できる。触媒を使用する態様としては、金属、酸化物、塩化物等の2種以上の混合物として使用する態様や、金属、酸化物、塩化物等、又はこれらの混合物を担体上に担持させて使用する態様(担持触媒)を例示できる。
Any catalyst may be used as long as it promotes the conversion reaction of ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene. That is, any material may be used as long as it has catalytic activity for the conversion reaction. Examples of catalysts include tantalum, zirconium, niobium, hafnium, magnesium, zinc and silicon. Among them, zirconium and hafnium are preferable from the viewpoint of the yield of 1,3-butadiene. As the catalyst, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
Examples of the mode of using a catalyst include metals, oxides, chlorides, and the like. The mode of using the catalyst includes a mode of using a mixture of two or more of metals, oxides, chlorides, etc., and a mode of using metals, oxides, chlorides, etc., or a mixture thereof on a carrier. An embodiment (supported catalyst) can be exemplified.

本明細書において、ガス空間速度(Gas Hourly Space Velocity:GHSV)は、標準状態換算のガス体積流量を触媒の体積で除したものとする。触媒に対する原料ガスのガス空間速度は、標準状態換算で、100~10000h-1が好ましく、200~8000h-1がより好ましく、400~6000h-1がさらに好ましい。GHSVが上記下限値以上であると、原料ガスの処理能力が高くなる。GHSVが上記上限値以下であると、エタノール及びアセトアルデヒドの転化率が向上する。
原料ガスのGHSVは、標準状態換算の原料ガスの流量を触媒の充填量(触媒層の体積)で除することにより求められる。
As used herein, gas hourly space velocity (GHSV) is obtained by dividing the gas volume flow rate in terms of standard conditions by the volume of the catalyst. The gas hourly space velocity of the raw material gas to the catalyst is preferably 100 to 10000 h -1 , more preferably 200 to 8000 h -1 and even more preferably 400 to 6000 h -1 in terms of standard conditions. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit, the raw material gas processing capacity increases. When the GHSV is equal to or less than the above upper limit, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde is improved.
The GHSV of the raw material gas is obtained by dividing the flow rate of the raw material gas in terms of the standard state by the catalyst filling amount (the volume of the catalyst layer).

触媒に対する原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドのGHSVは、標準状態換算で、100~3000h-1が好ましく、200~2500h-1がより好ましく、400~2000h-1がさらに好ましい。GHSVが上記下限値以上であると、原料ガスの処理能力が高くなる。GHSVが上記上限値以下であると、エタノール及びアセトアルデヒドの転化率が向上する。
原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドのGHSVは、標準状態換算のエタノール及びアセトアルデヒドの流量を触媒の充填量(触媒層の体積)で除することにより求められる。
The GHSV of ethanol and acetaldehyde in the raw material gas for the catalyst is preferably 100 to 3000 h −1 , more preferably 200 to 2500 h −1 and even more preferably 400 to 2000 h −1 in terms of standard conditions. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit, the raw material gas processing capacity increases. When the GHSV is equal to or less than the above upper limit, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde is improved.
The GHSV of ethanol and acetaldehyde in the source gas is obtained by dividing the flow rate of ethanol and acetaldehyde in terms of standard conditions by the amount of catalyst packed (volume of catalyst layer).

触媒層の熱伝導率は、0.1~250W/m・Kが好ましく、0.15~200W/m・Kがより好ましく、0.2~100W/m・Kがさらに好ましい。触媒層の熱伝導率が上記下限値以上であると、外部からの加熱による熱が触媒層に伝わりやすく、転化反応による温度低下を抑制できる。このため、触媒層の触媒活性が維持され、1,3-ブタジエンの収率を高められる。触媒層の熱伝導率が上記上限値以下であると、過反応による局所的な温度上昇を一部にとどめることができ、副生成物の生成を抑制できる。
触媒層の熱伝導率は、JIS R2251-2:2007に記載の熱線法(平行法)に準じて測定できる。
触媒層が1種類の触媒のみで形成される場合、触媒層の熱伝導率は、後述する触媒の熱伝導率と同じである。
The thermal conductivity of the catalyst layer is preferably 0.1 to 250 W/m·K, more preferably 0.15 to 200 W/m·K, even more preferably 0.2 to 100 W/m·K. When the thermal conductivity of the catalyst layer is equal to or higher than the above lower limit, heat from external heating can be easily conducted to the catalyst layer, and a temperature drop due to the conversion reaction can be suppressed. Therefore, the catalytic activity of the catalyst layer is maintained, and the yield of 1,3-butadiene can be increased. When the thermal conductivity of the catalyst layer is equal to or less than the above upper limit, the local temperature rise due to overreaction can be limited to a part, and the generation of by-products can be suppressed.
The thermal conductivity of the catalyst layer can be measured according to the hot wire method (parallel method) described in JIS R2251-2:2007.
When the catalyst layer is formed of only one kind of catalyst, the thermal conductivity of the catalyst layer is the same as the thermal conductivity of the catalyst described below.

触媒の熱伝導率は、0.01~50W/m・Kが好ましく、0.05~40W/m・Kがより好ましく、0.1~30W/m・Kがさらに好ましい。触媒の熱伝導率が上記下限値以上であると、外部からの加熱による熱が触媒に伝わりやすく、転化反応による温度低下を抑制できる。このため、触媒の触媒活性が維持され、1,3-ブタジエンの収率を高められる。触媒の熱伝導率が上記上限値以下であると、局所的な温度上昇が妨げられるため、過反応が抑制される。
触媒の熱伝導率は、触媒層の熱伝導率と同様の方法により測定できる。
The thermal conductivity of the catalyst is preferably 0.01 to 50 W/m·K, more preferably 0.05 to 40 W/m·K, even more preferably 0.1 to 30 W/m·K. When the thermal conductivity of the catalyst is equal to or higher than the above lower limit value, the heat due to heating from the outside is easily transmitted to the catalyst, and the temperature drop due to the conversion reaction can be suppressed. Therefore, the catalytic activity of the catalyst is maintained, and the yield of 1,3-butadiene is increased. If the thermal conductivity of the catalyst is equal to or less than the above upper limit, local temperature rise is prevented, so overreaction is suppressed.
The thermal conductivity of the catalyst can be measured by the same method as the thermal conductivity of the catalyst layer.

触媒の含有量は、触媒層の総質量に対して、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、50質量%以上がさらに好ましい。触媒の含有量が上記下限値以上であると、触媒層の触媒活性を高められ、1,3-ブタジエンの収率を高められる。触媒の含有量の上限値は特に限定されず、例えば、100質量%であってもよい。 The content of the catalyst is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and even more preferably 50% by mass or more, relative to the total mass of the catalyst layer. When the content of the catalyst is at least the above lower limit, the catalytic activity of the catalyst layer can be enhanced, and the yield of 1,3-butadiene can be enhanced. The upper limit of the catalyst content is not particularly limited, and may be, for example, 100% by mass.

触媒層は、希釈剤を含有してもよい。希釈剤としては、触媒よりも熱伝導率が高い物質が好ましい。触媒よりも熱伝導率が高い希釈剤を含有することで、触媒層の熱伝導率をより高められる。このため、外部からの加熱による熱が触媒層に伝わりやすく、転化反応による温度低下を抑制できる。その結果、1,3-ブタジエンの収率を高められる。
希釈剤としては、例えば、アルミナボール、ジルコニアボール、シリカボール、炭化ケイ素、石英、ラシヒリング等が挙げられる。希釈剤としては、熱伝導率が高く、副反応を誘発しないものが好ましい。副反応を誘発しない希釈剤としては、酸性度が低い希釈剤が挙げられる。希釈剤の酸性度は、10.0mmol/mg以下が好ましく、5.0mmol/mg以下がより好ましい。希釈剤の酸性度を測定する方法としては、例えば、ピリジンをプローブ分子とする固体表面の酸性質を、赤外分光光度計を用いて評価する方法が挙げられる。希釈剤としては、熱伝導率が高く、副反応を誘発しないことから、ジルコニアボール、シリカボール、炭化ケイ素が好ましい。
本明細書において、「希釈剤」とは、エタノール及びアセトアルデヒドから1,3-ブタジエンへの転化反応に対する触媒活性を有しない物質をいう。
The catalyst layer may contain a diluent. As a diluent, a substance having a higher thermal conductivity than the catalyst is preferred. By containing a diluent having a higher thermal conductivity than the catalyst, the thermal conductivity of the catalyst layer can be further increased. For this reason, the heat generated by heating from the outside is easily conducted to the catalyst layer, and the temperature drop due to the conversion reaction can be suppressed. As a result, the yield of 1,3-butadiene can be increased.
Examples of diluents include alumina balls, zirconia balls, silica balls, silicon carbide, quartz, Raschig rings and the like. As the diluent, those having high thermal conductivity and not inducing side reactions are preferred. Diluents that do not induce side reactions include diluents with low acidity. The acidity of the diluent is preferably 10.0 mmol/mg or less, more preferably 5.0 mmol/mg or less. A method for measuring the acidity of a diluent includes, for example, a method of evaluating the acidity of a solid surface using pyridine as a probe molecule using an infrared spectrophotometer. As the diluent, zirconia balls, silica balls, and silicon carbide are preferable because they have high thermal conductivity and do not induce side reactions.
As used herein, the term "diluent" refers to a substance that does not have catalytic activity for the conversion reaction of ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene.

希釈剤の熱伝導率は、0.1~300W/m・Kが好ましく、0.15~250W/m・Kがより好ましく、0.2~200W/m・Kがさらに好ましい。希釈剤の熱伝導率が上記下限値以上であると、外部からの加熱による熱が触媒層に伝わりやすく、転化反応による温度低下を抑制できる。このため、触媒層の触媒活性が維持され、1,3-ブタジエンの収率を高められる。希釈剤の熱伝導率が上記上限値以下であると、局所的な温度上昇が妨げられるため、過反応が抑制される。
希釈剤の熱伝導率は、触媒層の熱伝導率と同様の方法により測定できる。
The thermal conductivity of the diluent is preferably 0.1 to 300 W/m·K, more preferably 0.15 to 250 W/m·K, even more preferably 0.2 to 200 W/m·K. When the thermal conductivity of the diluent is equal to or higher than the above lower limit, heat due to heating from the outside is easily conducted to the catalyst layer, and temperature drop due to the conversion reaction can be suppressed. Therefore, the catalytic activity of the catalyst layer is maintained, and the yield of 1,3-butadiene can be increased. If the thermal conductivity of the diluent is equal to or less than the above upper limit, local temperature rise is prevented, thereby suppressing overreaction.
The thermal conductivity of the diluent can be measured by the same method as the thermal conductivity of the catalyst layer.

希釈剤の含有量は、触媒層の総質量に対して、5~50質量%が好ましく、5~40質量%がより好ましく、5~30質量%がさらに好ましい。希釈剤の含有量が上記下限値以上であると、触媒層の熱伝導率をより高められる。希釈剤の含有量が上記上限値以下であると、触媒層の触媒活性の低下を抑制でき、1,3-ブタジエンの収率を高められる。 The content of the diluent is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 5 to 40% by mass, even more preferably 5 to 30% by mass, relative to the total mass of the catalyst layer. When the content of the diluent is at least the above lower limit, the thermal conductivity of the catalyst layer can be further increased. When the content of the diluent is equal to or less than the above upper limit value, the decrease in catalytic activity of the catalyst layer can be suppressed, and the yield of 1,3-butadiene can be increased.

転化工程における圧力(転化圧力)は、例えば、0~1.0MPaGが好ましく、0~0.5MPaGがより好ましく、0~0.3MPaGがさらに好ましい。転化圧力が上記下限値以上であると、1,3-ブタジエンの収率が向上する。転化圧力が上記上限値以下であると、過剰反応による副生成物の生成をより抑制できる。 The pressure (conversion pressure) in the conversion step is, for example, preferably 0 to 1.0 MPaG, more preferably 0 to 0.5 MPaG, even more preferably 0 to 0.3 MPaG. When the conversion pressure is equal to or higher than the above lower limit, the yield of 1,3-butadiene is improved. When the conversion pressure is equal to or less than the above upper limit, it is possible to further suppress the generation of by-products due to excessive reaction.

転化反応における温度(転化温度)は、例えば、50~500℃が好ましく、300~400℃がより好ましく、320~370℃がさらに好ましい。転化温度が上記下限値以上であると、1,3-ブタジエンの収率が向上する。転化温度が上記上限値以下であると、過剰反応による副生成物の生成をより抑制できる。 The temperature in the conversion reaction (conversion temperature) is, for example, preferably 50 to 500°C, more preferably 300 to 400°C, even more preferably 320 to 370°C. When the conversion temperature is at least the above lower limit, the yield of 1,3-butadiene is improved. When the conversion temperature is equal to or lower than the above upper limit, generation of by-products due to excessive reaction can be further suppressed.

転化工程でのエタノール及びアセトアルデヒドの転化率は、30%超が好ましく、40%超がより好ましく、50%超がさらに好ましい。
ここで、転化工程での「エタノール及びアセトアルデヒドの転化率」とは、反応器に供給される原料ガス中のエタノール及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、反応器中で消費されたエタノール及びアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数のモル比率を意味する。反応器中で消費されたエタノール及びアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数は、反応器に供給される原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数から、反応器から排出される粗生成ガス中のエタノール及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 in the conversion step is preferably greater than 30%, more preferably greater than 40%, even more preferably greater than 50%.
Here, the "conversion rate of ethanol and acetaldehyde" in the conversion step means the ethanol and acetaldehyde consumed in the reactor with respect to the number of moles of ethanol and acetaldehyde in the raw material gas supplied to the reactor per unit time. means the molar ratio of the number of moles per unit time. The number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde consumed in the reactor is the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde in the raw material gas supplied to the reactor, and the crude product gas discharged from the reactor. It is calculated by subtracting the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde.

転化工程における転化反応の1,3-ブタジエンの選択率は、60%超が好ましく、70%超がより好ましく、80%超がさらに好ましい。なお、転化工程における転化反応の「1,3-ブタジエンの選択率」とは、転化工程の反応器中で消費されたエタノール及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、1,3-ブタジエンに変換されたエタノール及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。 The 1,3-butadiene selectivity of the conversion reaction in the conversion step is preferably greater than 60%, more preferably greater than 70%, and even more preferably greater than 80%. The "1,3-butadiene selectivity" of the conversion reaction in the conversion step refers to the number of moles of ethanol and acetaldehyde consumed in the reactor of the conversion step per unit time, converted to 1,3-butadiene. means the ratio (percentage) of the number of moles of ethanol and acetaldehyde produced per unit time.

転化工程における転化反応の1,3-ブタジエンの収率は、40~90%が好ましく、50~90%がより好まく、60~90%がさらに好ましい。なお、転化工程における転化反応の「1,3-ブタジエンの収率」とは、「エタノール及びアセトアルデヒドの転化率」×「1,3-ブタジエンの選択率」を意味する。 The yield of 1,3-butadiene in the conversion reaction in the conversion step is preferably 40-90%, more preferably 50-90%, even more preferably 60-90%. The "yield of 1,3-butadiene" of the conversion reaction in the conversion step means "conversion rate of ethanol and acetaldehyde"×"selectivity of 1,3-butadiene".

転化工程においては、アセトアルデヒドの約65~80モル%が1,3-ブタジエンに転化されることが好ましい。 Preferably, about 65 to 80 mole percent of the acetaldehyde is converted to 1,3-butadiene in the conversion step.

転化工程で生成する副生成物としては、褐色油に含まれる不純物(重質物)、及び粗生成ガスに含まれる不純物(軽質物)等が挙げられる。
褐色油としては、例えば、炭素数5以上の炭化水素、炭素数3以上のアルコール、炭素数3以上のアルデヒド、炭素数2以上のケトン、炭素数3以上のエーテル、炭素数2以上のエステル、炭素数1以上のカルボン酸等が挙げられる。
褐色油の炭素数の上限は、特に限定されないが、例えば、50とされる。
By-products produced in the conversion process include impurities (heavy substances) contained in the brown oil and impurities (light substances) contained in the crude gas.
Examples of brown oils include hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, alcohols having 3 or more carbon atoms, aldehydes having 3 or more carbon atoms, ketones having 2 or more carbon atoms, ethers having 3 or more carbon atoms, esters having 2 or more carbon atoms, Examples thereof include carboxylic acids having 1 or more carbon atoms.
The upper limit of the carbon number of the brown oil is not particularly limited, but is set to 50, for example.

粗生成ガスに含まれる不純物(軽質物)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、ヘキサジエン等が挙げられる。 Examples of impurities (light substances) contained in the crude product gas include ethylene, propylene, diethyl ether, ethyl acetate, butanol, hexanol, 1-butene, 2-butene, isobutene, pentene, pentadiene, hexene, and hexadiene. be done.

本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、原料ガス中の不活性ガスの含有量を、原料ガスの総体積に対して、5体積%以上とすることで、副生成物の生成を抑制し、副生成物の配管への付着を抑制できる。加えて、原料ガス中の不活性ガスの含有量を、原料ガスの総体積に対して、50体積%以下とすることで、反応後の不要な不活性ガスを分離しやすくし、また、温度低下による触媒層に含まれる触媒の触媒活性の低下を抑制することで、高い収率で1,3-ブタジエンを連続的に製造できる。
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、後述する1,3-ブタジエンの製造装置100Aを適用することで、本発明の効果をより高められる。
In the method for producing 1,3-butadiene of the present invention, the content of the inert gas in the raw material gas is set to 5% by volume or more with respect to the total volume of the raw material gas, thereby suppressing the production of by-products. It is possible to suppress adhesion of by-products to piping. In addition, by setting the content of the inert gas in the raw material gas to 50% by volume or less with respect to the total volume of the raw material gas, the unnecessary inert gas after the reaction can be easily separated, and the temperature By suppressing the deterioration of the catalytic activity of the catalyst contained in the catalyst layer due to the deterioration, 1,3-butadiene can be continuously produced at a high yield.
In the method for producing 1,3-butadiene of the present invention, the effects of the present invention can be further enhanced by applying a 1,3-butadiene production apparatus 100A, which will be described later.

[1,3-ブタジエンの製造装置]
図1に、本発明の1,3-ブタジエンの製造方法に用いられる1,3-ブタジエンの製造装置の一例を示す。
なお、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。
[Apparatus for producing 1,3-butadiene]
FIG. 1 shows an example of a 1,3-butadiene production apparatus used in the 1,3-butadiene production method of the present invention.
It should be noted that the dimensions and the like of the drawings illustrated in the following description are examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented by appropriately changing within the scope of not changing the gist of the present invention. .

図1に示すように、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造装置100A(以下、単に「製造装置100A」ともいう)は、転化手段2Aと、精製手段3とを備える。
転化手段2Aは、原料ガスを、触媒を含む触媒層111に接触処理させて、原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化し、1,3-ブタジエンを含む粗生成ガスとする反応器110を備える。
精製手段3は、転化手段2Aで得られる粗生成ガスを精製する蒸留塔(後述)を備える。
製造装置100Aは、反応器110と、精製手段3とを接続する接続配管40を備える。
As shown in FIG. 1, a 1,3-butadiene production apparatus 100A (hereinafter also simply referred to as “production apparatus 100A”) of the present embodiment includes conversion means 2A and purification means 3 .
The conversion means 2A contacts the raw material gas with a catalyst layer 111 containing a catalyst, converts ethanol and acetaldehyde in the raw material gas into 1,3-butadiene, and obtains a crude product gas containing 1,3-butadiene. A reactor 110 is provided.
Purification means 3 includes a distillation column (described later) for purifying the crude product gas obtained in conversion means 2A.
100 A of manufacturing apparatuses are equipped with the connection piping 40 which connects the reactor 110 and the refinement|purification means 3. As shown in FIG.

反応器110は、並列に2つ設置されている。反応器110には、配管29が接続され、配管29の反応器110側の分岐部分には、それぞれ弁32が設けられている。配管29には、分析計35が設けられている。配管29の分析計35の上流側には、配管37が接続されている。配管37には、流量指示調整計27が設けられている。分析計35の分析結果に基づいて配管37の流量を調整できるようになっている。 Two reactors 110 are installed in parallel. A pipe 29 is connected to the reactor 110 , and a valve 32 is provided at each branch portion of the pipe 29 on the side of the reactor 110 . An analyzer 35 is provided in the pipe 29 . A pipe 37 is connected to the upstream side of the analyzer 35 of the pipe 29 . A flow indicator adjuster 27 is provided in the pipe 37 . Based on the analysis result of the analyzer 35, the flow rate of the pipe 37 can be adjusted.

接続配管40の反応器110側の分岐部分にはそれぞれ弁42が設けられている。接続配管40には、3つの屈曲部R1、R2、R3が設けられている。本実施形態において、屈曲部は3つであるが、屈曲部の数は特に限定されない。例えば、屈曲部の数は、0~20でもよく、1~10でもよい。接続配管40には、バイパス41が並列に設けられており、バイパス41の分岐部分には、それぞれ弁45が設けられている。接続配管40のバイパス41と並行する部分には、弁43が設けられている。バイパス41の弁45で挟まれる部分は、取り外し可能になっている。接続配管40の弁43で挟まれる部分は、取り外し可能になっている。 A valve 42 is provided at each branch portion of the connecting pipe 40 on the side of the reactor 110 . The connecting pipe 40 is provided with three bent portions R1, R2, and R3. Although there are three bent portions in this embodiment, the number of bent portions is not particularly limited. For example, the number of bends may be 0-20 or 1-10. A bypass 41 is provided in parallel with the connection pipe 40 , and a valve 45 is provided at each branch of the bypass 41 . A valve 43 is provided in a portion of the connecting pipe 40 parallel to the bypass 41 . The portion sandwiched between the valves 45 of the bypass 41 is removable. The portion sandwiched by the valve 43 of the connecting pipe 40 is detachable.

反応器110としては、所定の圧力及び温度で原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させることができるものであればよい。例えば、側壁部に熱媒が循環される反応管内に触媒を充填して触媒層(反応床)を形成し、供給された原料ガスを触媒層の触媒に接触処理させる態様を例示できる。反応床としては、特に限定されず、例えば、固定床、移動床、流動床を例示できる。 As the reactor 110, any reactor can be used as long as the source gas can be brought into contact with the catalyst layer containing the catalyst at a predetermined pressure and temperature. For example, a catalyst layer (reaction bed) is formed by filling a catalyst in a reaction tube in which a heat medium is circulated in the side wall portion, and the supplied raw material gas is subjected to contact treatment with the catalyst in the catalyst layer. The reaction bed is not particularly limited, and examples thereof include fixed bed, moving bed and fluidized bed.

並列して設置する反応器110の数は、適宜設定でき、例えば、2~10が好ましく、2~8がより好ましく、4~8がさらに好ましい。並列して設置する反応器110の数が上記下限値以上であると、1つの反応器で転化反応を行っている間に、残りの反応器のメンテナンスを行うことができる。並列して設置する反応器110の数が上記上限値以下であると、製造装置100Aの制御を容易にできる。 The number of reactors 110 installed in parallel can be set appropriately, and is preferably 2 to 10, more preferably 2 to 8, and even more preferably 4 to 8, for example. When the number of reactors 110 installed in parallel is equal to or greater than the above lower limit, maintenance of the remaining reactors can be performed while the conversion reaction is being performed in one reactor. When the number of reactors 110 installed in parallel is equal to or less than the above upper limit, the control of the manufacturing apparatus 100A can be facilitated.

製造装置100Aは、反応器110を加熱する加熱手段(不図示)を1個有する。加熱手段としては、例えば、ヒーター、熱交換器、ファーネス(炉)、電熱器、マイクロ波照射機等が挙げられる。
製造装置100Aは、反応器110を加熱する加熱手段を2個以上有することが好ましい。製造装置100Aが加熱手段を2個以上有することで、触媒層111の(原料ガスの)入り口側をさらに加熱することができる。このため、転化反応による温度低下を抑制でき、触媒層111に含まれる触媒の触媒活性の低下を抑制できる。その結果、1,3-ブタジエンの収率をより高められる。
なお、触媒層111の入り口側をさらに加熱するのは、触媒層111の入り口側で転化反応が活発に起こり、触媒層111の中央部分や、触媒層111の(粗生成ガスの)出口側に比べて、触媒層111の入り口側での温度低下が大きいためである。
The manufacturing apparatus 100A has one heating means (not shown) for heating the reactor 110 . Examples of heating means include heaters, heat exchangers, furnaces, electric heaters, and microwave irradiators.
The manufacturing apparatus 100A preferably has two or more heating means for heating the reactor 110 . Since the manufacturing apparatus 100A has two or more heating means, the inlet side (of the raw material gas) of the catalyst layer 111 can be further heated. Therefore, it is possible to suppress the temperature decrease due to the conversion reaction, and suppress the decrease in the catalytic activity of the catalyst contained in the catalyst layer 111 . As a result, the yield of 1,3-butadiene can be increased.
The reason why the inlet side of the catalyst layer 111 is further heated is that the conversion reaction occurs actively at the inlet side of the catalyst layer 111, and the central portion of the catalyst layer 111 and the outlet side (of the crude gas) of the catalyst layer 111 are heated. This is because the temperature drop on the inlet side of the catalyst layer 111 is larger than that.

触媒層111の入り口側をさらに加熱する場合、加熱温度は、触媒層111の中央部分や出口側の温度よりも5~100℃高いことが好ましく、10~90℃高いことがより好ましく、15~80℃高いことがさらに好ましい。加熱温度が上記下限値以上であると、転化反応による温度低下を抑制できる。加熱温度が上記上限値以下であると、過加熱による温度低下を抑制できる。 When the inlet side of the catalyst layer 111 is further heated, the heating temperature is preferably 5 to 100° C. higher, more preferably 10 to 90° C. higher than the central portion and the outlet side temperature of the catalyst layer 111. 80° C. higher is even more preferred. When the heating temperature is equal to or higher than the above lower limit, temperature drop due to the conversion reaction can be suppressed. When the heating temperature is equal to or lower than the above upper limit, temperature drop due to overheating can be suppressed.

図2に示すように、反応器110における触媒層111の原料ガスの流れ方向の長さをLとする。このとき、触媒層111における原料ガスの入り口側からL/3までの領域を第1エリアF1とする。第1エリアF1からL/3までの領域を第2エリアF2とする。第2エリアF2からL/3までの領域を第3エリアF3とする。
第1エリアF1に充填される触媒の触媒活性をk1、触媒の総質量をw1とする。
第2エリアF2に充填される触媒の触媒活性をk2、触媒の総質量をw2とする。
第3エリアF3に充填される触媒の触媒活性をk3、触媒の総質量をw3とする。
このとき、製造装置100Aは、下記式(a)を満たすことが好ましい。
k1×w1<k2×w2<k3×w3 ・・・(a)
As shown in FIG. 2, let L be the length of the catalyst layer 111 in the reactor 110 in the flow direction of the raw material gas. At this time, the region from the entrance side of the raw material gas in the catalyst layer 111 to L/3 is defined as a first area F1. A region from the first area F1 to L/3 is defined as a second area F2. A region from the second area F2 to L/3 is defined as a third area F3.
Let k1 be the catalytic activity of the catalyst filled in the first area F1, and w1 be the total mass of the catalyst.
Let k2 be the catalytic activity of the catalyst filled in the second area F2, and w2 be the total mass of the catalyst.
Let k3 be the catalytic activity of the catalyst filled in the third area F3, and w3 be the total mass of the catalyst.
At this time, the manufacturing apparatus 100A preferably satisfies the following formula (a).
k1×w1<k2×w2<k3×w3 (a)

反応器110において、1,3-ブタジエンへの転化反応は、触媒層111の入り口側で活発に起こり、触媒層111の中央部分から、触媒層111の出口側に向かうにつれて転化反応が起こりにくくなる。このため、触媒層111の全体において、触媒活性が均等な場合、触媒層111の入り口側で急激な温度低下が起こり、1,3-ブタジエンの収率が低下する。
そこで、製造装置100Aが、式(a)を満たすように、触媒層111に充填する触媒の触媒活性と触媒の質量を制御することで、反応器110内で触媒層111の位置によらず、転化反応を常に均一に近い状態で維持することができる。その結果、1,3-ブタジエンの収率をより高められる。
式(a)を満たすように、触媒層111に充填する触媒の触媒活性と触媒の質量を制御する方法としては、例えば、(i)触媒活性が異なる触媒を用いる方法、(ii)希釈剤を添加して触媒の質量を調整する方法、(iii)触媒層の出口側に向かうほど触媒の質量を増加できる形状の反応器を適用する方法等が挙げられる。
In the reactor 110, the conversion reaction to 1,3-butadiene actively occurs on the inlet side of the catalyst layer 111, and the conversion reaction becomes less likely to occur from the central portion of the catalyst layer 111 toward the outlet side of the catalyst layer 111. . Therefore, if the catalytic activity is uniform throughout the catalyst layer 111, the temperature on the inlet side of the catalyst layer 111 will drop sharply, and the yield of 1,3-butadiene will decrease.
Therefore, the manufacturing apparatus 100A controls the catalytic activity and the mass of the catalyst filled in the catalyst layer 111 so as to satisfy the formula (a). The conversion reaction can always be maintained in a nearly homogeneous state. As a result, the yield of 1,3-butadiene can be increased.
Methods for controlling the catalytic activity and the mass of the catalyst packed in the catalyst layer 111 so as to satisfy the formula (a) include, for example, (i) a method using catalysts having different catalytic activities; A method of adjusting the mass of the catalyst by addition, (iii) a method of applying a reactor having a shape in which the mass of the catalyst can be increased toward the exit side of the catalyst layer, and the like.

図2に示す反応器110を適用する場合、上記(i)の方法としては、例えば、第1エリアF1に触媒活性がk1である触媒を、第2エリアF2に触媒活性がk2である触媒を、第3エリアF3に触媒活性がk3である触媒を等量充填し、k1<k2<k3となる触媒を選択する方法が挙げられる。この方法によれば、w1=w2=w3であるため、(a)式が満たされる。
上記(ii)の方法としては、例えば、触媒活性がk1である1種類の触媒を適用し、第1エリアF1と第2エリアF2とに、希釈剤の添加量が第1エリアF1の方が多くなるようにそれぞれ希釈剤を添加する方法が挙げられる。この方法によれば、w1<w2<w3となるため、(a)式が満たされる。
反応器110の形状としては、原料ガスの流れ方向に対して、反応器の断面形状が一定である形状が挙げられる。このような形状としては、例えば、円柱、楕円柱、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱等が挙げられる。一般的には、円柱形の反応器が用いられる。
When the reactor 110 shown in FIG. 2 is applied, as the method (i), for example, a catalyst having a catalytic activity of k1 is placed in the first area F1, and a catalyst having a catalytic activity of k2 is placed in the second area F2. , a method of filling an equal amount of a catalyst having a catalytic activity of k3 in the third area F3 and selecting a catalyst that satisfies k1<k2<k3. According to this method, since w1=w2=w3, the expression (a) is satisfied.
As the method (ii) above, for example, one type of catalyst having a catalytic activity of k1 is applied, and the amount of diluent added to the first area F1 and the second area F2 is higher in the first area F1. A method of adding each diluent so as to increase the amount can be mentioned. According to this method, since w1<w2<w3, the expression (a) is satisfied.
As the shape of the reactor 110, there is a shape in which the cross-sectional shape of the reactor is constant with respect to the flow direction of the raw material gas. Examples of such shapes include cylinders, elliptical cylinders, triangular prisms, square prisms, pentagonal prisms, hexagonal prisms, and the like. Generally, cylindrical reactors are used.

上記(iii)の方法としては、例えば、図3に示すような、原料ガスの流れ方向に対して、反応器の断面形状が大きくなるような反応器110bを適用する方法が挙げられる。
図3に示す反応器110bを適用する場合、例えば、第1エリアG1、第2エリアG2、第3エリアG3のそれぞれに、触媒活性がk1である1種類の触媒を充填する方法が挙げられる。この方法によれば、w1<w2<w3となるため、(a)式が満たされる。
反応器110bの形状としては、例えば、円錐、楕円錐、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐等が挙げられる。反応器110bの形状としては、触媒層111bとの接触面積を大きくできることから、円錐形が好ましい。
As the method (iii), for example, a method of applying a reactor 110b having a larger cross-sectional shape with respect to the flow direction of the raw material gas as shown in FIG. 3 can be mentioned.
When applying the reactor 110b shown in FIG. 3, for example, a method of filling each of the first area G1, the second area G2, and the third area G3 with one type of catalyst having a catalytic activity of k1 can be used. According to this method, since w1<w2<w3, the expression (a) is satisfied.
Examples of the shape of the reactor 110b include cones, elliptical pyramids, triangular pyramids, square pyramids, pentagonal pyramids, and hexagonal pyramids. As for the shape of the reactor 110b, a conical shape is preferable because the contact area with the catalyst layer 111b can be increased.

上述した触媒活性k1、k2、k3は、それぞれのエリアに充填された触媒を取り出して、以下の方法により測定できる。
取り出した触媒を用いて、エタノールを1,3-ブタジエン(以下、「BD」とも記載する。)に変換し、1,3-ブタジエンの収率を求める。この収率の値を活性値(触媒活性k1、k2、k3)とする。
具体的には、まず、0.5gの触媒を直径1/2インチ(1.27cm)、長さ15.7インチ(40cm)のステンレス製円筒型の反応管に充填して反応床を形成する。
次に、反応温度(反応床の温度)を325℃とし、反応圧力(反応床の圧力)を0.1MPaとする。
この状態で、空間速度(SV)1200h-1で原料を反応管に供給し、1,3-ブタジエンを含む生成ガスを得る。
なお、原料には、エタノール30体積%(気体換算)、窒素70体積%(気体換算)の混合ガスを使用する。
原料の供給開始1時間後に、生成ガスを回収する。
そして、回収した生成ガスをそれぞれガスクロマトグラフィーにより分析し、BDの選択率、原料の転化率、BDの収率([原料の転化率]×[BDの選択率])を求める。
なお、「BDの選択率」とは、触媒を用いた反応で消費された原料のモル数のうち、BDへ変換された原料のモル数が占める百分率である。
また、「原料の転化率」とは、原料ガスに含まれる原料のモル数うち、消費されたモル数が占める百分率である。
The catalytic activities k1, k2 and k3 described above can be measured by the following method by taking out the catalyst filled in each area.
Using the removed catalyst, ethanol is converted to 1,3-butadiene (hereinafter also referred to as "BD"), and the yield of 1,3-butadiene is determined. These yield values are defined as activity values (catalytic activities k1, k2, k3).
Specifically, 0.5 g of the catalyst is first packed into a 1/2 inch (1.27 cm) diameter, 15.7 inch (40 cm) long stainless steel cylindrical reaction tube to form a reaction bed. .
Next, the reaction temperature (temperature of the reaction bed) is set to 325° C. and the reaction pressure (pressure of the reaction bed) is set to 0.1 MPa.
In this state, the raw material is supplied to the reaction tube at a space velocity (SV) of 1200 h −1 to obtain a product gas containing 1,3-butadiene.
A mixed gas of 30% by volume of ethanol (converted to gas) and 70% by volume of nitrogen (converted to gas) is used as the raw material.
After 1 hour from the start of supplying the raw material, the generated gas is recovered.
Then, each of the collected generated gases is analyzed by gas chromatography to obtain the selectivity of BD, the conversion of raw material, and the yield of BD ([conversion of raw material]×[selectivity of BD]).
The "selectivity of BD" is the percentage of the number of moles of the raw material converted to BD to the number of moles of the raw material consumed in the reaction using the catalyst.
Further, the "conversion rate of the raw material" is the percentage of the number of moles consumed of the raw material contained in the raw material gas.

なお、触媒層のエリアを2つとした場合は、(a)式を下記式(b)に読み替えることができる。
k1×w1<k2×w2 ・・・(b)
When the catalyst layer has two areas, the formula (a) can be read as the following formula (b).
k1×w1<k2×w2 (b)

触媒層のエリアを4つ以上とした場合は、第(n-1)エリアと、第nエリアとが下記式(c)を満たすものとする。ただし、nは、2以上の自然数を表す。
k(n-1)×w(n-1)<kn×wn ・・・(c)
ここで、第nエリアとは、反応器における触媒層の原料ガスの入り口側から出口側に順次分けていくエリアとする。すなわち、最も入り口側に近いエリアが第1エリアとなり、最も入り口側から遠いエリア(最も出口側に近いエリア)が第nエリアとなる。
When the number of areas of the catalyst layer is four or more, the (n-1)-th area and the n-th area shall satisfy the following formula (c). However, n represents a natural number of 2 or more.
k(n−1)×w(n−1)<kn×wn (c)
Here, the n-th area is an area sequentially divided from the inlet side of the raw material gas of the catalyst layer in the reactor to the outlet side. That is, the area closest to the entrance side is the first area, and the area furthest from the entrance side (the area closest to the exit side) is the n-th area.

接続配管40としては、耐食性、耐熱性を有するステンレス製の鋼管等が挙げられる。バイパス41としては、接続配管40と同様の鋼管等が挙げられる。 As the connection pipe 40, a stainless steel pipe or the like having corrosion resistance and heat resistance can be used. As the bypass 41, a steel pipe or the like similar to the connecting pipe 40 can be used.

接続配管40には、反応器110から排出される粗生成ガスが通流する。このため、接続配管40の内面(流路)には、転化反応で発生する副生成物が付着し得る。接続配管40の内面に副生成物が付着すると、接続配管40の詰まりや圧力損失の原因となる場合がある。このため、接続配管40は、以下の構成を有することが好ましい。 The crude product gas discharged from the reactor 110 flows through the connecting pipe 40 . Therefore, by-products generated by the conversion reaction may adhere to the inner surface (flow path) of the connecting pipe 40 . Adhesion of by-products to the inner surface of the connecting pipe 40 may cause clogging of the connecting pipe 40 and pressure loss. Therefore, it is preferable that the connection pipe 40 has the following configuration.

接続配管40において、屈曲部Rmにおける曲率半径は、20mm以上が好ましく、25mm以上がより好ましく、30mm以上がさらに好ましい。屈曲部Rmにおける曲率半径が上記下限値以上であると、副生成物、特に褐色油を溜まりにくくできる。屈曲部Rmにおける曲率半径の上限値は特に限定されず、例えば、100mmとされる。
屈曲部Rmにおける曲率半径は、それぞれの屈曲部Rmの内面の曲線を円弧とみなしたときの円の半径で与えられる。ここで、mは、自然数を表す。mとしては、例えば、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~5がさらに好ましい。本実施形態において、mは、1~3である。なお、第2反応器110から離れるにつれて、図1に示されるようにmは増加する。例えば、図1に示すように、屈曲部を3つ有する場合、第2反応器110に最も近い屈曲部はR1であり、最も遠い屈曲部はR3となる。
なお、2本の直管を継手等で接続して屈曲部を形成している場合は、継手等の曲率半径を、接続配管40の屈曲部における曲率半径とみなす。
In the connection pipe 40, the radius of curvature at the bent portion Rm is preferably 20 mm or more, more preferably 25 mm or more, and even more preferably 30 mm or more. When the radius of curvature of the bent portion Rm is equal to or greater than the above lower limit, it is possible to prevent accumulation of by-products, particularly brown oil. The upper limit of the radius of curvature of the bent portion Rm is not particularly limited, and is set to 100 mm, for example.
The radius of curvature of each bent portion Rm is given by the radius of a circle when the curve of the inner surface of each bent portion Rm is regarded as an arc. Here, m represents a natural number. For example, m is preferably from 1 to 20, more preferably from 1 to 10, and even more preferably from 1 to 5. In this embodiment, m is 1-3. Note that m increases as the distance from the second reactor 110 increases, as shown in FIG. For example, if there are three bends as shown in FIG. 1, the bend closest to the second reactor 110 is R1 and the furthest bend is R3.
When two straight pipes are connected by a joint or the like to form a bent portion, the curvature radius of the joint or the like is regarded as the curvature radius of the connecting pipe 40 at the bent portion.

屈曲部Rmの曲率半径(rRm(mm))を屈曲部Rmの内面の温度TRm(K)で除した値(rRm/TRm)は、0.03~100mm/Kが好ましく、0.05~80mm/Kがより好ましく、0.07~60mm/Kがさらに好ましい。rRm/TRmが上記下限値以上であると、温度TRmが高く、褐色油の流動性が上がるため、屈曲部Rmの内面に褐色油が溜まりにくい。rRm/TRmが上記上限値以下であると、曲率半径(rRm)が大きいため、屈曲部Rmの内面に褐色油が溜まりにくい。 The value (r Rm /T Rm ) obtained by dividing the radius of curvature (r Rm (mm)) of the bent portion Rm by the temperature T Rm (K) of the inner surface of the bent portion Rm is preferably 0.03 to 100 mm/K, and 0 0.05 to 80 mm/K is more preferred, and 0.07 to 60 mm/K is even more preferred. When r Rm /T Rm is equal to or higher than the above lower limit, the temperature T Rm is high, and the brown oil has a high fluidity, so that the brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the bent portion Rm. When r Rm /T Rm is equal to or less than the above upper limit value, the radius of curvature (r Rm ) is large, so brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the bent portion Rm.

屈曲部Rmの曲率半径(rRm(mm))を屈曲部Rmの配管の半径(r’Rm(mm))で除した値(rRm/r’Rm)は、0.02~1.00が好ましく、0.03~0.80がより好ましく、0.05~0.60がさらに好ましい。rRm/r’Rmが上記下限値以上であると、屈曲部Rmの配管の半径(r’Rm(mm))が小さく、褐色油の分散性が上がるため、屈曲部Rmの内面に褐色油が溜まりにくい。rRm/r’Rmが上記上限値以下であると、屈曲部Rmの曲率半径(rRm(mm))が大きいため、屈曲部Rmの内面に褐色油が溜まりにくい。なお、屈曲部Rmの配管の半径(r’Rm(mm))とは、屈曲部Rmにおける配管の内径を2で除した長さを意味する。 The value (r Rm /r' Rm ) obtained by dividing the radius of curvature (r Rm (mm)) of the bend Rm by the radius (r' Rm (mm)) of the pipe at the bend Rm is 0.02 to 1.00. is preferred, 0.03 to 0.80 is more preferred, and 0.05 to 0.60 is even more preferred. When r Rm /r′ Rm is equal to or greater than the above lower limit, the radius (r′ Rm (mm)) of the pipe at the bent portion Rm is small, and the dispersibility of the brown oil increases. hard to accumulate. When r Rm /r′ Rm is equal to or less than the above upper limit value, the radius of curvature (r Rm (mm)) of the bent portion Rm is large, so brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the bent portion Rm. The radius (r' Rm (mm)) of the pipe at the bent portion Rm means the length obtained by dividing the inner diameter of the pipe at the bent portion Rm by 2.

屈曲部Rmの曲率半径(rRm(mm))を屈曲部Rmの内面に付着した副生成物の粘度(μRm(mPa・s))で除した値(rRm/μRm)は、0.04mm/mPa・s以上が好ましく、0.05mm/mPa・s以上がより好ましく、0.06mm/mPa・s以上がさらに好ましい。rRm/μRmが上記下限値以上であると、屈曲部Rmの曲率半径(rRm(mm))が大きいため、屈曲部Rmの内面に褐色油が溜まりにくい。rRm/μRmの上限値は、特に限定されないが、例えば、1.0mm/mPa・sとされる。なお、屈曲部Rmの内面に付着した副生成物の粘度(μRm(mPa・s))は、屈曲部Rmの内面に付着した副生成物を10mL採取し、B型粘度計を用いて、190℃で測定される値とする。 The value (r RmRm ) obtained by dividing the radius of curvature (r Rm (mm)) of the bent portion Rm by the viscosity (μ Rm (mPa·s)) of the by-product adhering to the inner surface of the bent portion Rm is 0. 04 mm/mPa·s or more is preferable, 0.05 mm/mPa·s or more is more preferable, and 0.06 mm/mPa·s or more is even more preferable. When r RmRm is equal to or greater than the above lower limit value, the radius of curvature (r Rm (mm)) of the bent portion Rm is large, so brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the bent portion Rm. Although the upper limit of r RmRm is not particularly limited, it is, for example, 1.0 mm/mPa·s. The viscosity (μ Rm (mPa s)) of the by-product adhering to the inner surface of the bent portion Rm was measured by sampling 10 mL of the by-product adhered to the inner surface of the bent portion Rm and using a Brookfield viscometer. The value shall be measured at 190°C.

接続配管40は、内面における算術平均粗さ(Ra40(μm))が1.02μm以下が好ましく、1.00μm以下がより好ましく、0.90μm以下がさらに好ましく、0.80μm以下が特に好ましい。接続配管40の内面における算術平均粗さが上記上限値以下であると、副生成物、特に褐色油の付着を抑制できる。接続配管40の内面における算術平均粗さの下限値は、特に限定されないが、例えば、0.01μmとされる。
接続配管40の内面における算術平均粗さは、JIS B0601:2013に記載の粗さ曲線を、株式会社東京精密製のハンディサーフE-35Bを用いて、カットオフ値2.5にて測定される算術平均粗さである。
接続配管40の内面における算術平均粗さは、接続配管40の材質や、接続配管40のメンテナンス等により調節できる。
The arithmetic average roughness (Ra 40 (μm)) of the inner surface of the connection pipe 40 is preferably 1.02 μm or less, more preferably 1.00 μm or less, still more preferably 0.90 μm or less, and particularly preferably 0.80 μm or less. When the arithmetic mean roughness of the inner surface of the connecting pipe 40 is equal to or less than the above upper limit value, adhesion of by-products, particularly brown oil, can be suppressed. The lower limit of the arithmetic mean roughness of the inner surface of the connecting pipe 40 is not particularly limited, but is set to 0.01 μm, for example.
The arithmetic mean roughness of the inner surface of the connection pipe 40 is measured using a roughness curve described in JIS B0601:2013 with a cutoff value of 2.5 using Handysurf E-35B manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Arithmetic mean roughness.
The arithmetic average roughness of the inner surface of the connection pipe 40 can be adjusted by the material of the connection pipe 40, maintenance of the connection pipe 40, and the like.

接続配管40における内面の温度をT40(K)としたとき、上述した算術平均粗さの示す範囲において、接続配管40の算術平均粗さ(Ra40(μm))とT40との積(Ra40・T40)は、0.1~750μm・Kが好ましく、0.5~550μm・Kがより好ましく、1.0~480μm・Kがさらに好ましい。Ra40・T40が上記下限値以上であると、温度T40が高く、褐色油の流動性が上がるため、接続配管40の内面に褐色油が溜まりにくい。Ra40・T40が上記上限値以下であると、Ra40が小さいため、接続配管40の内面に褐色油が溜まりにくい。
なお、T40(K)は、接続配管40において、その算術平均粗さを有する位置における内面の温度とする。
When the temperature of the inner surface of the connecting pipe 40 is T 40 (K), the product of the arithmetic mean roughness (Ra 40 (μm)) of the connecting pipe 40 and T 40 ( Ra 40 ·T 40 ) is preferably from 0.1 to 750 µm·K, more preferably from 0.5 to 550 µm·K, even more preferably from 1.0 to 480 µm·K. When Ra 40 ·T 40 is equal to or higher than the above lower limit, the temperature T 40 is high and the fluidity of the brown oil is increased. When Ra 40 ·T 40 is equal to or less than the above upper limit value, brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the connecting pipe 40 because Ra 40 is small.
Note that T 40 (K) is the temperature of the inner surface of the connecting pipe 40 at the position having the arithmetic mean roughness.

接続配管40における配管半径をr40(mm)としたとき、接続配管40の算術平均粗さ(Ra40(μm))とr40との積(Ra40・r40)は、0.002~1mmが好ましく、0.005~0.8mmがより好ましく、0.01~0.5mmがさらに好ましい。Ra40・r40が上記下限値以上であると、Ra40が小さいため、接続配管40の内面に褐色油が溜まりにくい。Ra40・r40が上記上限値以下であると、配管半径r40が広く、褐色油の分散性が上がるため、接続配管40の内面に褐色油が溜まりにくい。
なお、r40(mm)は、接続配管40において、その算術平均粗さを有する位置における配管の半径(配管の内径の1/2)とする。
When the pipe radius of the connecting pipe 40 is r 40 (mm), the product of the arithmetic mean roughness (Ra 40 (μm)) of the connecting pipe 40 and r 40 (Ra 40 ·r 40 ) is 0.002 to 1 mm 2 is preferred, 0.005-0.8 mm 2 is more preferred, and 0.01-0.5 mm 2 is even more preferred. If Ra 40 ·r 40 is equal to or greater than the above lower limit, brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the connecting pipe 40 because Ra 40 is small. When Ra 40 ·r 40 is equal to or less than the above upper limit, the pipe radius r 40 is wide, and brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the connection pipe 40 because the dispersibility of brown oil increases.
Note that r 40 (mm) is the radius of the connecting pipe 40 (1/2 of the inner diameter of the pipe) at the position having the arithmetic mean roughness.

接続配管40における副生成物の粘度をμ40(mPa・s)とするとき、接続配管40の算術平均粗さ(Ra40(μm))をμ40で除した値(Ra40/μ40)は、0.0001μm/mPa・s以上が好ましく、0.0002μm/mPa・s以上がより好ましく、0.0005μm/mPa・s以上がさらに好ましい。Ra40/μ40が上記下限値以上であると、Ra40が小さいため、接続配管40の内面に褐色油が溜まりにくい。Ra40/μ40の上限値は、特に限定されないが、例えば、0.01μm/mPa・sとされる。
なお、μ40(mPa・s)は、接続配管40において、その算術平均粗さを有する位置における副生成物の190℃での粘度とする。
A value obtained by dividing the arithmetic average roughness (Ra 40 (μm)) of the connecting pipe 40 by μ 40 (Ra 40 / μ 40 ), where μ 40 (mPa·s) is the viscosity of the by-product in the connecting pipe 40 is preferably 0.0001 µm/mPa·s or more, more preferably 0.0002 µm/mPa·s or more, and still more preferably 0.0005 µm/mPa·s or more. When Ra 4040 is equal to or higher than the above lower limit, brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the connecting pipe 40 because Ra 40 is small. Although the upper limit of Ra 4040 is not particularly limited, it is, for example, 0.01 μm/mPa·s.
Here, μ 40 (mPa·s) is the viscosity at 190° C. of the by-product at the location of the arithmetic mean roughness in the connection pipe 40 .

接続配管40は、内面が炭素数6~12の有機化合物でコーティングされていることが好ましい。接続配管40の内面が炭素数6~12の有機化合物でコーティングされていることで、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制できる。
炭素数6~12の有機化合物としては、例えば、炭素数7~10の炭化水素、アルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、エステル、カルボン酸、フェノール等が挙げられる。より具体的には、δ-ヘキサノラクトン、2,6-ジイソプロピルフェノール、1-アダマンチルメチルケトン等が挙げられる。
The inner surface of the connecting pipe 40 is preferably coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms. Since the inner surface of the connecting pipe 40 is coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms, it is possible to suppress adhesion of brown oil to the inner surface of the connecting pipe 40 .
Examples of organic compounds having 6 to 12 carbon atoms include hydrocarbons having 7 to 10 carbon atoms, alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters, carboxylic acids, phenols and the like. More specific examples include δ-hexanolactone, 2,6-diisopropylphenol, 1-adamantylmethylketone and the like.

本明細書において、「コーティングされている」とは、接続配管40の内表面に厚さ100mm以下のコーティング層が形成されていることをいう。コーティング層の厚さは、0.001~100mmが好ましく、0.01~10mmがより好ましい。コーティング層の厚さが上記下限値以上であると、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制できる。コーティング層の厚さが上記上限値以下であると、配管の詰まりや圧力損失を抑制できる。コーティング層の厚さは、接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部を接続配管40の厚さ方向に切断した断面を顕微鏡等で観察することにより測定できる。この場合、接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における流路から無作為に選択した10箇所についてコーティング層の厚さを測定し、その測定値の算術平均値を「コーティング層の厚さ」とする。
なお、「接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部」とは、接続配管40において、曲率半径が100mm以下であり、かつ、反応器110に最も近い部分をいうものとする。本実施形態では、屈曲部R1が、接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部である。
As used herein, the term “coated” means that a coating layer having a thickness of 100 mm or less is formed on the inner surface of the connecting pipe 40 . The thickness of the coating layer is preferably 0.001-100 mm, more preferably 0.01-10 mm. If the thickness of the coating layer is equal to or greater than the lower limit value, adhesion of brown oil to the inner surface of the connecting pipe 40 can be suppressed. When the thickness of the coating layer is equal to or less than the above upper limit, clogging of piping and pressure loss can be suppressed. The thickness of the coating layer can be measured by observing, with a microscope or the like, a cross section obtained by cutting the bent portion of the connecting pipe 40 closest to the reactor 110 in the thickness direction of the connecting pipe 40 . In this case, the thickness of the coating layer is measured at 10 randomly selected points from the flow channel at the bend closest to the reactor 110 of the connection pipe 40, and the arithmetic mean value of the measured values is the "thickness of the coating layer. ”.
In addition, “the bent portion of the connecting pipe 40 closest to the reactor 110 ” refers to the portion of the connecting pipe 40 that has a radius of curvature of 100 mm or less and is closest to the reactor 110 . In this embodiment, the bent portion R1 is the bent portion of the connecting pipe 40 that is closest to the reactor 110 .

接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における内面の温度(TR1(K))は、反応器110の内面の温度(T110(K)、触媒層111の中央部分の温度)に対して、-250℃以上が好ましく、-200℃以上がより好ましく、-150℃以上がさらに好ましい。接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における内面の温度が上記下限値以上であると、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制できる。接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における内面の温度の上限値は、特に限定されないが、例えば、反応器110の内面の温度に対して、±0℃とされる。 The temperature of the inner surface of the connecting pipe 40 at the bend closest to the reactor 110 (T R1 (K)) is relative to the temperature of the inner surface of the reactor 110 (T 110 (K), the temperature of the central portion of the catalyst layer 111). The temperature is preferably −250° C. or higher, more preferably −200° C. or higher, and still more preferably −150° C. or higher. When the temperature of the inner surface of the connecting pipe 40 at the bent portion closest to the reactor 110 is equal to or higher than the above lower limit, it is possible to suppress adhesion of brown oil to the inner surface of the connecting pipe 40 . The upper limit of the temperature of the inner surface of the connecting pipe 40 at the bend closest to the reactor 110 is not particularly limited, but is set to ±0° C. with respect to the temperature of the inner surface of the reactor 110, for example.

接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における内面の温度低下(以下、単に「温度低下」ともいう。)は、反応器110の内面の温度(T110(K))に対して、70%以下が好ましく、60%以下がより好ましく、50%以下がさらに好ましい。温度低下が上記上限値以下であると、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制できる。温度低下の下限値は、特に限定されないが、例えば、0%とされる。
なお、温度低下は、下記式(d)により求められる。
温度低下(%)=(T110(K)-TR1(K))/T110(K)×100 ・・・(d)
The temperature drop of the inner surface of the connecting pipe 40 at the bend closest to the reactor 110 (hereinafter also simply referred to as “temperature drop”) is 70% relative to the temperature of the inner surface of the reactor 110 (T 110 (K)). % or less is preferable, 60% or less is more preferable, and 50% or less is even more preferable. If the temperature drop is equal to or less than the upper limit value, adhesion of brown oil to the inner surface of the connecting pipe 40 can be suppressed. The lower limit of the temperature drop is not particularly limited, but is set to 0%, for example.
Note that the temperature drop is obtained by the following formula (d).
Temperature drop (%) = (T 110 (K) - T R1 (K))/T 110 (K) x 100 (d)

接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における配管半径(r’R1(mm))は、50~1000mmが好ましく、80~800mmがより好ましく、100~500mmがさらに好ましい。配管半径(r’R1(mm))が上記下限値以上であると、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制できる。配管半径(r’R1(mm))が上記上限値以下であると、接続配管40のメンテナンスが容易になる。なお、配管半径(r’R1(mm))は、屈曲部R1における配管の半径(配管の内径の1/2)とする。 The pipe radius (r′ R1 (mm)) of the connecting pipe 40 at the bend closest to the reactor 110 is preferably 50 to 1000 mm, more preferably 80 to 800 mm, and even more preferably 100 to 500 mm. If the pipe radius (r′ R1 (mm)) is equal to or greater than the above lower limit value, adhesion of brown oil to the inner surface of the connecting pipe 40 can be suppressed. When the pipe radius (r' R1 (mm)) is equal to or less than the above upper limit, maintenance of the connection pipe 40 is facilitated. The radius of the pipe (r' R1 (mm)) is the radius of the pipe at the bent portion R1 (1/2 of the inner diameter of the pipe).

接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部における配管半径の減縮率は、屈曲前の配管半径(r’(mm)、屈曲部の前段における配管の内径の1/2)に対して、70%以下が好ましく、60%以下がより好ましく、50%以下がさらに好ましい。配管半径の減縮率が上記上限値以下であると、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制できる。配管半径の減縮率の下限値は、特に限定されないが、例えば、0%とされる。なお、配管半径の減縮率は、下記式(e)により求められる。
配管半径の減縮率(%)=(r’(mm)-r’(mm))/r’(mm)×100 ・・・(e)
式(e)において、r’(mm)は、屈曲後の配管半径(屈曲部の後段における配管の内径の1/2)である。
The reduction rate of the pipe radius at the bend closest to the reactor 110 of the connection pipe 40 is, with respect to the pipe radius before the bend (r' front (mm), 1/2 of the inner diameter of the pipe before the bend), 70% or less is preferable, 60% or less is more preferable, and 50% or less is even more preferable. If the reduction rate of the pipe radius is equal to or less than the upper limit value, adhesion of brown oil to the inner surface of the connection pipe 40 can be suppressed. The lower limit of the pipe radius reduction rate is not particularly limited, but is set to 0%, for example. The reduction rate of the pipe radius is obtained by the following formula (e).
Reduction rate of pipe radius (%) = (r' front (mm) - r' rear (mm)) / r' front (mm) x 100 (e)
In equation (e), after r' (mm) is the radius of the pipe after bending (1/2 of the inner diameter of the pipe after the bend).

接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部の内面に付着し得る副生成物の主成分としては、アセトアルデヒドが重合して生じる炭素数4以上の化合物が挙げられる。これらの化合物としては、例えば、δ-ヘキサノラクトン、2,6-ジイソプロピルフェノール、1-アダマンチルメチルケトン等が挙げられる。これらの化合物は、製造装置100Aのバイパス41に捕捉された副生成物をガスクロマトグラフィー(GC)で分析することにより検出できる。
接続配管40の反応器110に最も近い屈曲部の内面に付着し得る副生成物の粘度(μR1(mPa・s))は、これらの化合物の混合比によって変化する。副生成物の粘度(μR1(mPa・s))は、100~800mPa・sが好ましい。副生成物の粘度(μR1(mPa・s))は、JIS Z8803:2011に記載の共軸二重円筒形回転粘度計(内筒定速方式)を用いて20℃にて測定される粘度である。
A main component of the by-product that may adhere to the inner surface of the bent portion of the connecting pipe 40 closest to the reactor 110 is a compound having 4 or more carbon atoms produced by polymerization of acetaldehyde. Examples of these compounds include δ-hexanolactone, 2,6-diisopropylphenol, 1-adamantylmethylketone and the like. These compounds can be detected by gas chromatography (GC) analysis of the by-products trapped in the bypass 41 of the manufacturing apparatus 100A.
The viscosity (μ R1 (mPa·s)) of by-products that can adhere to the inner surface of the bent portion of connecting pipe 40 closest to reactor 110 varies depending on the mixing ratio of these compounds. The viscosity (μ R1 (mPa·s)) of the by-product is preferably 100 to 800 mPa·s. The viscosity of the by-product (μ R1 (mPa s)) is the viscosity measured at 20° C. using a coaxial double cylindrical rotational viscometer (constant inner cylinder speed method) described in JIS Z8803:2011. is.

接続配管40には、バイパス41が並列に設けられている。弁45を開とすることで、粗生成ガスをバイパス41に通流させることができる。バイパス41の内面の算術平均粗さ(Ra41)をRa40よりも大きくすることや、バイパス41の内面の温度T41をT40よりも低くすることで、バイパス41の内面に副生成物、特に褐色油を溜めやすくできる。すなわち、バイパス41を副生成物のトラップとして利用できる。バイパス41に曲率半径が小さい屈曲部を設けたり、適当な格子サイズのフィルターを設置すること等で、トラップとしての機能をより高められる。 A bypass 41 is provided in parallel with the connection pipe 40 . By opening the valve 45 , the crude product gas can be passed through the bypass 41 . By making the arithmetic mean roughness (Ra 41 ) of the inner surface of the bypass 41 larger than Ra 40 and making the temperature T 41 of the inner surface of the bypass 41 lower than T 40 , by-products, In particular, brown oil can be easily collected. That is, the bypass 41 can be used as a by-product trap. By providing the bypass 41 with a bent portion with a small radius of curvature or installing a filter with an appropriate grid size, the function as a trap can be further enhanced.

バイパス41は、弁45で挟まれる部分が、取り外し可能になっている。バイパス41を取り外し可能とすることで、内面に副生成物が付着した場合に、新しいバイパスに交換したり、内面を清掃したりして、製造装置100Aの連続運転を停止せずに、メンテナンスをすることができる。バイパス41のメンテナンスを行う場合は、弁45を閉として、バイパス41を取り外して行う。また、バイパス配管によるトラップ以外にも、接続配管及び/又はバイパス配管上に適当な格子サイズの脱着可能なフィルターを設置して、付着、蓄積した副生成物を適宜取り除くことで製造装置をメンテナンスすることもできる。 The bypass 41 has a detachable portion sandwiched between the valves 45 . By making the bypass 41 removable, maintenance can be performed without stopping the continuous operation of the manufacturing apparatus 100A by replacing it with a new bypass or cleaning the inner surface when the by-product adheres to the inner surface. can do. When the bypass 41 is to be maintained, the valve 45 is closed and the bypass 41 is removed. In addition to the trap by the bypass pipe, install a detachable filter with an appropriate grid size on the connecting pipe and/or the bypass pipe, and maintain the manufacturing equipment by appropriately removing the adhered and accumulated by-products. can also

接続配管40が汚れた場合は、弁43を閉とし、弁45を開として、粗生成ガスをバイパス41に通流させる。接続配管40の弁43で挟まれる部分は、取り外し可能になっているので、この部分をメンテナンスすることが可能である。 When the connecting pipe 40 becomes dirty, the valve 43 is closed and the valve 45 is opened to allow the crude gas to flow through the bypass 41 . Since the portion sandwiched by the valve 43 of the connecting pipe 40 is detachable, it is possible to perform maintenance on this portion.

接続配管40には、バイパス41以外のバイパスを設けてもよい。バイパス41以外のバイパスを設けることで、より多くの副生成物を回収できる。
バイパスの数は、1個でもよく、2個以上であってもよい。
A bypass other than the bypass 41 may be provided in the connection pipe 40 . By providing a bypass other than the bypass 41, more by-products can be recovered.
The number of bypasses may be one, or two or more.

製造装置100Aは、希釈装置をさらに備えることが好ましい。希釈装置を備えることにより、反応器に供給する原料ガス中の不活性ガスの含有量を容易に制御できる。
希釈装置は、反応器110の前段に設けられ、エタノールとアセトアルデヒドとを含むガス(後述する「中間ガス」)を不活性ガスで希釈する装置である。
本実施形態においては、流量指示調整計27と、分析計35と、配管37とが、希釈装置を構成する。
分析計35によって、エタノールとアセトアルデヒドとを含むガス中のエタノール濃度を分析する。その結果に基づいて、流量指示調整計27によって配管37からの不活性ガスの流量を調整し、反応器110に供給する原料ガス中の不活性ガス濃度を5~50体積%に制御する。原料ガス中の不活性ガス濃度が5~50体積%に制御されるため、1,3-ブタジエンの収率を低下させることなく、副生成物の配管への付着を抑制できる。
The manufacturing apparatus 100A preferably further includes a diluting device. By providing the dilution device, the inert gas content in the source gas supplied to the reactor can be easily controlled.
The diluting device is provided in the preceding stage of the reactor 110 and dilutes a gas containing ethanol and acetaldehyde (an “intermediate gas” described later) with an inert gas.
In the present embodiment, the flow indicator adjuster 27, the analyzer 35, and the pipe 37 constitute a dilution device.
The analyzer 35 analyzes the ethanol concentration in the gas containing ethanol and acetaldehyde. Based on the result, the flow rate indicator adjuster 27 adjusts the flow rate of the inert gas from the pipe 37 to control the inert gas concentration in the raw material gas supplied to the reactor 110 to 5 to 50% by volume. Since the inert gas concentration in the raw material gas is controlled to 5 to 50% by volume, adhesion of by-products to piping can be suppressed without lowering the yield of 1,3-butadiene.

以上のように、製造装置100Aは、接続配管40が上記のような特徴を有する。このため、接続配管40の内面に褐色油が付着することを抑制でき、発生した副生成物を容易に除去できる。
加えて、製造装置100Aは、反応器110の触媒層111が上記のような特徴を有する。このため、転化反応を均一に近い状態で促進させることができる。その結果、1,3-ブタジエンの収率をより高められる。
As described above, in the manufacturing apparatus 100A, the connecting pipe 40 has the characteristics described above. For this reason, it is possible to prevent brown oil from adhering to the inner surface of the connecting pipe 40, and to easily remove the generated by-product.
In addition, in the manufacturing apparatus 100A, the catalyst layer 111 of the reactor 110 has the characteristics described above. Therefore, the conversion reaction can be promoted in a nearly uniform state. As a result, the yield of 1,3-butadiene can be increased.

次に、図4に示す1,3-ブタジエンの製造装置100を用いる1,3-ブタジエンの製造方法について説明する。
本実施形態は、上述した製造装置100Aを用いる1,3-ブタジエンの製造方法において、反応器110の上流側に後述する第1反応器108を備え、反応器110の下流側に後述する気液分離器112を備える場合の1,3-ブタジエンの製造方法である。
本実施形態において、後述する第2反応器110は、製造装置100Aにおける反応器110と同じである。
本実施形態において、後述する工程B3は、上述した転化工程と同じである。
本実施形態において、後述する第2触媒は、製造装置100Aにおける触媒層111に含まれる触媒と同じである。
Next, a method for producing 1,3-butadiene using the 1,3-butadiene production apparatus 100 shown in FIG. 4 will be described.
In the present embodiment, in the method for producing 1,3-butadiene using the production apparatus 100A described above, the first reactor 108 described later is provided upstream of the reactor 110, and the gas-liquid gas described later is provided downstream of the reactor 110. This is a method for producing 1,3-butadiene when a separator 112 is provided.
In this embodiment, the second reactor 110, which will be described later, is the same as the reactor 110 in the manufacturing apparatus 100A.
In this embodiment, step B3, which will be described later, is the same as the conversion step described above.
In this embodiment, the second catalyst, which will be described later, is the same as the catalyst contained in the catalyst layer 111 in the manufacturing apparatus 100A.

本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、エタノールを含むエタノール供給原料から1,3-ブタジエンを連続的に製造する方法である。
本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、下記の工程A、工程B、及び工程Cを含む。また、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、1,3-ブタジエンの収率が向上する点から、さらに工程Dを含むことが好ましい。
本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、下記中間ガス、又は下記混合ガス中の水素濃度を15体積%未満に制御する。
本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、下記中間ガス、又は下記混合ガス中の不活性ガスの含有量を5~50体積%とする。
The method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment is a method for continuously producing 1,3-butadiene from an ethanol feedstock containing ethanol.
The method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment includes steps A, B, and C below. Further, the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment preferably further includes step D from the viewpoint of improving the yield of 1,3-butadiene.
In the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment, the hydrogen concentration in the following intermediate gas or the following mixed gas is controlled to less than 15% by volume.
In the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment, the content of the inert gas in the following intermediate gas or the following mixed gas is 5 to 50% by volume.

工程A:エタノール供給原料からエタノール含有ガスを調製するガス調製工程。
工程B:触媒の存在下、前記エタノール含有ガス中のエタノールを1,3-ブタジエンまで転化させ、1,3-ブタジエン含有ガスを得る転化工程。
工程C:前記1,3-ブタジエン含有ガスを精製して精製1,3-ブタジエンを得る精製工程。
工程D:触媒を再生する触媒再生工程。
Step A: Gas preparation step to prepare an ethanol-containing gas from an ethanol feedstock.
Step B: A conversion step of converting ethanol in the ethanol-containing gas to 1,3-butadiene in the presence of a catalyst to obtain a 1,3-butadiene-containing gas.
Step C: Purification step of purifying the 1,3-butadiene-containing gas to obtain purified 1,3-butadiene.
Step D: A catalyst regeneration step for regenerating the catalyst.

(工程A)
工程Aは、圧力が-1.0~3.0MPaG、温度が-100~400℃の条件でエタノール供給原料を気化してエタノール含有ガスとする工程A1を含む。
(Process A)
Step A includes step A1 of vaporizing an ethanol feedstock under conditions of -1.0 to 3.0 MPaG in pressure and -100 to 400°C in temperature to form an ethanol-containing gas.

エタノール供給原料は、エタノールを必須として含み、本発明の効果を損なわない範囲で、水等の他の成分を含んでもよい。エタノール供給原料中のエタノールの割合は、エタノール供給原料の総質量に対して、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、93質量%以上がさらに好ましい。エタノールの割合の上限は、理論的には100質量%である。
エタノール供給原料に含まれるエタノールは、上述した原料ガスに含まれるエタノールと同様である。
The ethanol feedstock essentially contains ethanol, and may contain other components such as water as long as the effects of the present invention are not impaired. The ratio of ethanol in the ethanol feedstock is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 93% by mass or more, relative to the total mass of the ethanol feedstock. The upper limit of the proportion of ethanol is theoretically 100% by weight.
The ethanol contained in the ethanol feedstock is the same as the ethanol contained in the feed gas described above.

工程A1のエタノール供給原料の気化時の圧力は、-1.0~3.0MPaGの範囲で設定すればよく、-0.5~2.0MPaGが好ましく、-0.3~1.0MPaGがより好ましい。気化時の圧力が前記範囲の下限値以上であれば、気化した際の体積が過剰にならず機械設備の大きさを抑制できる。気化時の圧力が前記範囲の上限値以下であれば、効率的に気化する。 The pressure during vaporization of the ethanol feedstock in step A1 may be set in the range of -1.0 to 3.0 MPaG, preferably -0.5 to 2.0 MPaG, more preferably -0.3 to 1.0 MPaG. preferable. If the pressure at the time of vaporization is equal to or higher than the lower limit of the above range, the volume at the time of vaporization does not become excessive and the size of machinery and equipment can be suppressed. If the pressure at the time of vaporization is equal to or lower than the upper limit value of the above range, vaporization will be efficient.

工程A1のエタノール供給原料の気化時の温度は、-100~400℃の範囲で設定すればよく、0~200℃が好ましく、25~100℃がより好ましい。気化時の温度が前記範囲の下限値以上であれば、効率的に気化する。気化時の温度が前記範囲の上限値以下であれば、過剰な加熱が不要となる。 The temperature during vaporization of the ethanol feedstock in step A1 may be set in the range of -100 to 400°C, preferably 0 to 200°C, more preferably 25 to 100°C. If the temperature at the time of vaporization is equal to or higher than the lower limit of the above range, vaporization will be efficient. Excessive heating is unnecessary if the temperature at the time of vaporization is equal to or lower than the upper limit of the above range.

工程Aは、必要に応じて、工程A1で得たエタノール含有ガスに1種以上のガスを混合し、エタノール含有ガス中のエタノールの濃度を0.1~100体積%の範囲内で調整する工程A2をさらに含んでもよい。 In step A, if necessary, the ethanol-containing gas obtained in step A1 is mixed with one or more gases, and the concentration of ethanol in the ethanol-containing gas is adjusted within the range of 0.1 to 100% by volume. A2 may be further included.

エタノール含有ガスのエタノール濃度は、0.1~100体積%の範囲で調整すればよく、10~100体積%が好ましく、20~100体積%がより好ましい。エタノール濃度が前記範囲の下限値以上であれば、1,3-ブタジエンの収率が向上する。 The ethanol concentration of the ethanol-containing gas may be adjusted in the range of 0.1 to 100% by volume, preferably 10 to 100% by volume, more preferably 20 to 100% by volume. If the ethanol concentration is at least the lower limit of the above range, the yield of 1,3-butadiene is improved.

エタノール含有ガスに混合するガス(希釈用ガス)としては、エタノールから1,3-ブタジエンまでの転化反応に悪影響を及ぼさないガスを使用でき、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガスや二酸化炭素を例示できる。なかでも、価格及び入手しやすさの点から、窒素ガス、アルゴンガスが好ましい。エタノール含有ガスに混合するガスは、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the gas (diluent gas) to be mixed with the ethanol-containing gas, a gas that does not adversely affect the conversion reaction from ethanol to 1,3-butadiene can be used. For example, noble gases such as nitrogen gas and argon gas, and carbon dioxide can be exemplified. Among them, nitrogen gas and argon gas are preferable in terms of price and availability. The gas to be mixed with the ethanol-containing gas may be used singly or in combination of two or more.

(工程B)
工程Bは、下記の工程B1~工程B4からなる群から選ばれる少なくとも1つの工程を含む。
工程B1:前記エタノール含有ガスを第1触媒に接触処理させて、前記エタノール含有ガス中のエタノールの一部をアセトアルデヒドに転化し、エタノール及びアセトアルデヒドを含む中間ガスを得る、第1転化工程。
工程B2:前記中間ガスと、エタノールを含有するガスとを混合して混合ガス得る工程。
工程B3:前記中間ガス、又は前記中間ガスとエタノールを含有するガスとを混合して得られる混合ガスを第2触媒に接触処理させて、前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドを、1,3-ブタジエンに転化し、1,3-ブタジエン含有ガスを得る、第2転化工程。
工程B4:前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する水素濃度低減工程。
(Step B)
Step B includes at least one step selected from the group consisting of steps B1 to B4 below.
Step B1: A first conversion step of contacting the ethanol-containing gas with a first catalyst to convert part of the ethanol in the ethanol-containing gas into acetaldehyde to obtain an intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde.
Step B2: A step of mixing the intermediate gas and a gas containing ethanol to obtain a mixed gas.
Step B3: contacting the intermediate gas or a mixed gas obtained by mixing the intermediate gas and a gas containing ethanol with a second catalyst to remove ethanol and acetaldehyde from the intermediate gas or the mixed gas, A second conversion step of converting to 1,3-butadiene to obtain a 1,3-butadiene-containing gas.
Step B4: A hydrogen concentration reducing step of reducing the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.

工程B1では、工程Aで得たエタノール含有ガスを後述の第1反応器に充填された第1触媒に接触処理させて、前記エタノール含有ガス中のエタノールの一部をアセトアルデヒドに転化し、エタノール及びアセトアルデヒドを含む中間ガスを得る。工程B1の反応は、下記式(2)で表される。
CHCHOH→CHCHO+H ・・・(2)
In step B1, the ethanol-containing gas obtained in step A is subjected to contact treatment with a first catalyst filled in a first reactor described later to convert part of the ethanol in the ethanol-containing gas into acetaldehyde, ethanol and An intermediate gas containing acetaldehyde is obtained. The reaction of step B1 is represented by the following formula (2).
CH 3 CH 2 OH→CH 3 CHO+H 2 (2)

第1反応器の態様としては、所定の圧力及び温度でエタノール含有ガスを第1触媒に接触処理させることができるものであればよい。例えば、側壁部に熱媒が循環される反応管内に第1触媒を充填して反応床を形成し、供給されたエタノール含有ガスを反応床の第1触媒に接触処理させる態様を例示できる。反応床としては、特に限定されず、例えば、固定床、移動床、流動床を例示できる。 Any mode of the first reactor may be used as long as the ethanol-containing gas can be brought into contact with the first catalyst at a predetermined pressure and temperature. For example, a reaction bed is formed by filling the first catalyst in a reaction tube in which a heat medium is circulated in the side wall portion, and the supplied ethanol-containing gas is contacted with the first catalyst of the reaction bed for treatment. The reaction bed is not particularly limited, and examples thereof include fixed bed, moving bed and fluidized bed.

工程B1では、2つ以上の並列の反応器を用いてもよい。工程B1において並列して設置する反応器の数は、適宜設定でき、例えば、2~5個とすることができる。 Two or more parallel reactors may be used in step B1. The number of reactors to be installed in parallel in step B1 can be set appropriately, and can be, for example, 2 to 5.

第1触媒としては、エタノールからアセトアルデヒドへの転化反応を促進するものであればよく、例えば、酸化クロムと酸化銅の混合物、酸化亜鉛、酸化銅と酸化ケイ素の混合物を例示できる。なかでも、エタノールの転化率の点から、酸化銅と酸化ケイ素の混合物が好ましい。第1触媒は、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。 Any catalyst can be used as the first catalyst as long as it promotes the conversion reaction of ethanol to acetaldehyde, and examples thereof include a mixture of chromium oxide and copper oxide, zinc oxide, and a mixture of copper oxide and silicon oxide. Among them, a mixture of copper oxide and silicon oxide is preferable from the viewpoint of conversion rate of ethanol. A 1st catalyst may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

工程B1の転化反応時の第1反応器内の全ガスの圧力は、0~1.0MPaGの範囲で設定すればよく、0~0.5MPaGが好ましく、0~0.3MPaGがより好ましい。工程B1の圧力が前記範囲の下限値以上であれば、エタノールの転化率が向上する。工程B1の圧力が前記範囲の上限値以下であれば、反応中の液化を抑制できる。 The pressure of all gases in the first reactor during the conversion reaction in step B1 may be set in the range of 0 to 1.0 MPaG, preferably 0 to 0.5 MPaG, more preferably 0 to 0.3 MPaG. If the pressure in step B1 is equal to or higher than the lower limit of the range, the conversion of ethanol is improved. If the pressure in step B1 is equal to or lower than the upper limit of the range, liquefaction during the reaction can be suppressed.

工程B1の転化反応時の温度は、50~500℃の範囲で設定すればよく、200~500℃が好ましく、250~350℃がより好ましい。工程B1の温度が前記範囲の下限値以上であれば、エタノールの転化率が向上する。工程B1の温度が前記範囲の上限値以下であれば、過剰なエネルギーの消費を抑制できる。 The temperature during the conversion reaction in step B1 may be set in the range of 50 to 500°C, preferably 200 to 500°C, more preferably 250 to 350°C. When the temperature in step B1 is equal to or higher than the lower limit of the above range, the conversion of ethanol is improved. When the temperature in step B1 is equal to or lower than the upper limit of the range, excessive energy consumption can be suppressed.

第1触媒に対するエタノール含有ガスのガス空間速度(Gas Hourly Space Velocity:GHSV)は、標準状態換算で、1000~20000h-1が好ましく、2000~15000h-1がより好ましく、3000~10000h-1がさらに好ましい。GHSVが前記下限値以上であると、エタノール含有ガスの処理能力が高くなる。GHSVが前記上限値以下であると、エタノールの転化率が向上する。
第1触媒に対するエタノール含有ガスのGHSVは、標準状態換算のエタノール含有ガスの流量を、第1触媒の充填量(触媒層の体積)で除することにより求められる。
The gas hourly space velocity (GHSV) of the ethanol-containing gas with respect to the first catalyst is preferably 1000 to 20000 h -1 , more preferably 2000 to 15000 h -1 , more preferably 3000 to 10000 h -1 in terms of standard conditions. preferable. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit, the ethanol-containing gas processing capacity is increased. When the GHSV is equal to or less than the upper limit, the ethanol conversion rate is improved.
The GHSV of the ethanol-containing gas relative to the first catalyst is obtained by dividing the flow rate of the ethanol-containing gas in terms of standard conditions by the filling amount of the first catalyst (the volume of the catalyst layer).

第1触媒に対するエタノール含有ガス中のエタノールのGHSVは、標準状態換算で、500~20000h-1が好ましく、1000~15000h-1がより好ましく、1500~10000h-1がさらに好ましい。GHSVが前記下限値以上であると、エタノール含有ガスの処理能力が高くなる。GHSVが前記上限値以下であると、エタノールの転化率が向上する。
第1触媒に対するエタノール含有ガス中のエタノールのGHSVは、標準状態換算のエタノールの流量を、第1触媒の充填量(触媒層の体積)で除することにより求められる。
The GHSV of ethanol in the ethanol-containing gas with respect to the first catalyst is preferably 500 to 20,000 h -1 , more preferably 1,000 to 15,000 h -1 , and even more preferably 1,500 to 10,000 h -1 in terms of standard conditions. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit, the ethanol-containing gas processing capacity is increased. When the GHSV is equal to or less than the upper limit, the ethanol conversion rate is improved.
The GHSV of ethanol in the ethanol-containing gas relative to the first catalyst is obtained by dividing the flow rate of ethanol in terms of standard conditions by the filling amount of the first catalyst (the volume of the catalyst layer).

工程B1でのエタノールの転化率は、30~100%が好ましく、40~90%がより好ましい。
なお、工程B1の「エタノールの転化率」とは、工程B1の反応器に供給されるエタノール含有ガス中のエタノールの単位時間当たりのモル数に対する、当該反応器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。工程B1の反応器中で消費されたエタノールの単位時間当たりのモル数は、工程B1の反応器に供給されるエタノール含有ガス中のエタノールの単位時間当たりのモル数から、工程B1の反応器から排出される中間ガス中の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 of ethanol in step B1 is preferably 30-100%, more preferably 40-90%.
The "conversion rate of ethanol" in step B1 is the number of moles per unit time of ethanol in the ethanol-containing gas supplied to the reactor in step B1, and the ethanol consumed in the reactor per unit time. means the ratio (percentage) of the number of moles of The number of moles per unit time of ethanol consumed in the reactor of step B1 is calculated from the number of moles per unit time of ethanol in the ethanol-containing gas supplied to the reactor of step B1 from the reactor of step B1. It is calculated by subtracting the number of moles per unit time of ethanol in the discharged intermediate gas.

工程B1の転化反応のアセトアルデヒドの選択率は、80~100%が好ましく、90~100%がより好ましい。なお、工程B1の「アセトアルデヒドの選択率」とは、工程B1の反応器中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。
工程B1で得られる中間ガスに含まれ得る副生物としては、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 acetaldehyde selectivity of the conversion reaction in step B1 is preferably 80 to 100%, more preferably 90 to 100%. The “acetaldehyde selectivity” in step B1 refers to the ratio of the number of moles of ethanol converted to acetaldehyde per unit time to the number of moles per unit time of ethanol consumed in the reactor of step B1 ( percentage).
By-products that can be contained in the intermediate gas obtained in step B1 include crotonaldehyde, butyraldehyde, ethyl acetate, acetic acid, and the like.

工程B1の転化反応のアセトアルデヒドの収率は、25~100%が好ましく、35~90%がより好ましい。なお、工程B1の「アセトアルデヒドの収率」とは、「エタノールの転化率」×「アセトアルデヒドの選択率」を意味する。アセトアルデヒドの収率が前記上限値以下であると、生成する水素の量が低下し、後述の中間ガス又は混合ガス中の水素濃度が低下し、結果として1,3―ブタジエンの収率が向上する。 The yield of acetaldehyde in the conversion reaction of step B1 is preferably 25-100%, more preferably 35-90%. The "yield of acetaldehyde" in step B1 means "conversion rate of ethanol" x "selectivity of acetaldehyde". When the yield of acetaldehyde is equal to or less than the upper limit, the amount of hydrogen produced decreases, the concentration of hydrogen in the intermediate gas or mixed gas described later decreases, and as a result the yield of 1,3-butadiene increases. .

混合ガス中のモル比(エタノール/アセトアルデヒド)は、1~100が好ましく、1~50がより好ましく、1~20がさらに好ましく、1~10がよりさらに好ましく、1~5が特に好ましい。モル比が前記範囲内であると、1,3-ブタジエンの収率が向上する。 The molar ratio (ethanol/acetaldehyde) in the mixed gas is preferably 1-100, more preferably 1-50, even more preferably 1-20, even more preferably 1-10, and particularly preferably 1-5. When the molar ratio is within the above range, the yield of 1,3-butadiene is improved.

工程B2では、第1転化工程で得た前記中間ガス中のモル比(エタノール/アセトアルデヒド)を分析計によって監視した結果に基づいて、不足するエタノールを増加させることで最適な反応比率になるようにエタノールを含有するガスを前記中間ガスに混合する。エタノールを含有するガスとしては、工程Aで得たエタノール含有ガスの一部、他の供給源から供給されるエタノール含有ガスの一部が挙げられる。これにより、モル比(エタノール/アセトアルデヒド)を前記範囲内に制御することが容易になる。
分析計は工程B2を実施する箇所~後述の工程B3における第2反応器の入口までの間、に設置され、経時的に第2反応器へ供給されるモル比(エタノール/アルデヒド)を分析する。これにより、ブタジエン製造工程全体における各ガス流量の変化、触媒及び/又は機器の経時的な劣化に伴う各ガス流量の変化等、いずれのガス流量の変化も常時観察することができる。
分析計としては、例えば、プロセス質量分析計、ガス分析計等を例示できる。
In step B2, based on the results of monitoring the molar ratio (ethanol/acetaldehyde) in the intermediate gas obtained in the first conversion step with an analyzer, the shortage of ethanol is increased so as to achieve the optimum reaction ratio. A gas containing ethanol is mixed with the intermediate gas. The ethanol-containing gas includes a portion of the ethanol-containing gas obtained in step A and a portion of the ethanol-containing gas supplied from another source. This makes it easier to control the molar ratio (ethanol/acetaldehyde) within the above range.
The analyzer is installed between the point where step B2 is performed and the inlet of the second reactor in step B3 described later, and analyzes the molar ratio (ethanol / aldehyde) supplied to the second reactor over time. . As a result, any change in gas flow rate, such as change in each gas flow rate over the entire butadiene production process, change in each gas flow rate due to deterioration of the catalyst and/or equipment over time, etc., can be constantly observed.
Examples of analyzers include process mass spectrometers and gas analyzers.

工程B3では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガスを後述の第2反応器に充填された第2触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドを、1,3-ブタジエンに転化し、1,3-ブタジエン含有ガスを得る。工程B3の反応は、上述した下記式(1)で表される。
CHCHOH+CHCHO→CH=CH-CH=CH+2HO ・・・(1)
In step B3, the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 is brought into contact with a catalyst layer containing a second catalyst filled in a second reactor described later, to obtain the intermediate gas or Ethanol and acetaldehyde in the mixed gas are converted to 1,3-butadiene to obtain a 1,3-butadiene-containing gas. The reaction of step B3 is represented by the following formula (1) described above.
CH 3 CH 2 OH+CH 3 CHO→CH 2 =CH-CH=CH 2 +2H 2 O (1)

工程B3における第2反応器の態様としては、図1に示す反応器110と同様の態様を例示できる。工程B3では、工程B1と同様に、2つ以上の並列の反応器を用いてもよい。工程B3において並列して設置する反応器の数は、適宜設定でき、例えば、2~5個とすることができる。 As an aspect of the second reactor in step B3, the same aspect as the reactor 110 shown in FIG. 1 can be exemplified. In step B3, as in step B1, two or more parallel reactors may be used. The number of reactors to be installed in parallel in step B3 can be set appropriately, and can be, for example, 2 to 5.

第2触媒としては、図1に示す触媒層111に適用される「触媒」と同様の触媒を例示できる。 As the second catalyst, the same catalyst as the “catalyst” applied to the catalyst layer 111 shown in FIG. 1 can be exemplified.

工程B3の転化反応時の第2反応器内の全ガスの圧力は、0~1.0MPaGの範囲で設定すればよく、0~0.5MPaGが好ましく、0~0.3MPaGがより好ましい。工程B3の圧力が前記範囲の下限値以上であれば、1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程B3の圧力が前記範囲の上限値以下であれば、過剰反応による1,3-ブタジエンの収率低下を抑制できる。 The pressure of all gases in the second reactor during the conversion reaction in step B3 may be set in the range of 0 to 1.0 MPaG, preferably 0 to 0.5 MPaG, more preferably 0 to 0.3 MPaG. If the pressure in step B3 is at least the lower limit of the above range, the yield of 1,3-butadiene is improved. If the pressure in step B3 is equal to or lower than the upper limit of the above range, it is possible to suppress the decrease in yield of 1,3-butadiene due to excessive reaction.

工程B3の転化反応時の温度は、50~500℃の範囲で設定すればよく、300~400℃が好ましく、320~370℃がより好ましい。工程B3の温度が前記範囲の下限値以上であれば、1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程B3の温度が前記範囲の上限値以下であれば、過剰反応による1,3-ブタジエンの収率低下を抑制できる。 The temperature during the conversion reaction in step B3 may be set in the range of 50 to 500°C, preferably 300 to 400°C, more preferably 320 to 370°C. If the temperature in step B3 is at least the lower limit of the above range, the yield of 1,3-butadiene is improved. If the temperature in step B3 is equal to or lower than the upper limit of the above range, it is possible to suppress the decrease in the yield of 1,3-butadiene due to overreaction.

第2触媒に対する前記中間ガス又は前記混合ガスのGHSVは、標準状態換算で、100~10000h-1が好ましく、200~8000h-1がより好ましく、400~6000h-1がさらに好ましい。GHSVが前記下限値以上であると、エタノール含有ガスの処理能力が高くなる。GHSVが前記上限値以下であると、エタノール及びアセトアルデヒドの転化率が向上する。
前記中間ガス又は前記混合ガスのGHSVは、標準状態換算の前記中間ガス又は前記混合ガスの流量を、第2触媒の充填量(触媒層の体積)で除することにより求められる。
The GHSV of the intermediate gas or the mixed gas with respect to the second catalyst is preferably 100 to 10000 h -1 , more preferably 200 to 8000 h -1 and even more preferably 400 to 6000 h -1 in terms of standard conditions. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit, the ethanol-containing gas processing capacity is increased. When the GHSV is equal to or less than the upper limit, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde is improved.
The GHSV of the intermediate gas or mixed gas is obtained by dividing the flow rate of the intermediate gas or mixed gas in terms of standard conditions by the filling amount of the second catalyst (the volume of the catalyst layer).

第2触媒に対する前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドの合計のGHSVは、標準状態換算で、100~3000h-1が好ましく、200~2500h-1がより好ましく、400~2000h-1がさらに好ましい。GHSVが前記下限値以上であると、エタノール含有ガスの処理能力が高くなる。GHSVが前記上限値以下であると、エタノール及びアセトアルデヒドの転化率が向上する。
前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドのGHSVは、標準状態換算のエタノール及びアセトアルデヒドの流量を、第2触媒の充填量(触媒層の体積)で除することにより求められる。
The total GHSV of ethanol and acetaldehyde in the intermediate gas or the mixed gas for the second catalyst is preferably 100 to 3000 h -1 , more preferably 200 to 2500 h -1 , and 400 to 2000 h -1 in terms of standard conditions. More preferred. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit, the ethanol-containing gas processing capacity is increased. When the GHSV is equal to or less than the upper limit, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde is improved.
The GHSV of ethanol and acetaldehyde in the intermediate gas or mixed gas is obtained by dividing the flow rate of ethanol and acetaldehyde in terms of standard conditions by the filling amount of the second catalyst (the volume of the catalyst layer).

工程B3でのエタノール及びアセトアルデヒドの転化率は、30%超が好ましく、40%超がより好ましく、50%超がさらに好ましい。
なお、工程B3の「エタノール及びアセトアルデヒドの転化率」とは、工程B3の反応器に供給される前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール及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、当該反応器中で消費されたエタノール及びアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数のモル比率を意味する。工程B3の反応器中で消費されたエタノール及びアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数は、工程B3の反応器に供給される前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドの単位時間当たりのモル数から、工程B3の反応器から排出される1,3-ブタジエン含有ガス中のエタノール及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 in step B3 is preferably over 30%, more preferably over 40%, even more preferably over 50%.
The "conversion rate of ethanol and acetaldehyde" in step B3 refers to the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde in the intermediate gas or mixed gas supplied to the reactor in step B3. means the molar ratio 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 reactor of step B3 is the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde in the intermediate gas or the mixed gas supplied to the reactor of step B3. from the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde in the 1,3-butadiene-containing gas discharged from the reactor in step B3.

工程B3の転化反応の1,3-ブタジエンの選択率は、60%超が好ましく、70%超がより好ましく、80%超がさらに好ましい。なお、工程B3の「1,3-ブタジエンの選択率」とは、工程B3の反応器中で消費されたエタノール及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、1,3-ブタジエンに変換されたエタノール及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。 The selectivity of 1,3-butadiene in the conversion reaction of step B3 is preferably greater than 60%, more preferably greater than 70%, and even more preferably greater than 80%. The “1,3-butadiene selectivity” in step B3 refers to the number of moles per unit time of ethanol and acetaldehyde consumed in the reactor in step B3, and ethanol converted to 1,3-butadiene. and the ratio (percentage) of the number of moles of acetaldehyde per unit time.

工程B3の転化反応の1,3-ブタジエンの収率は、40~90%が好ましく、50~90%がより好ましい。なお、工程B3の「1,3-ブタジエンの収率」とは、「エタノール及びアセトアルデヒドの転化率」×「1,3-ブタジエンの選択率」を意味する。 The yield of 1,3-butadiene in the conversion reaction in step B3 is preferably 40-90%, more preferably 50-90%. The “yield of 1,3-butadiene” in step B3 means “conversion rate of ethanol and acetaldehyde”דselectivity of 1,3-butadiene”.

工程B3においては、アセトアルデヒドの約65~80%が1,3-ブタジエンに転化されることが好ましい。
工程B3で得られる1,3-ブタジエン含有ガスに含まれ得る副生成物としては、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、ヘキサジエン等が挙げられる。
Preferably, about 65-80% of the acetaldehyde is converted to 1,3-butadiene in step B3.
By-products that can be contained in the 1,3-butadiene-containing gas obtained in step B3 include ethylene, propylene, diethyl ether, ethyl acetate, butanol, hexanol, 1-butene, 2-butene, isobutene, pentene, pentadiene, Examples include hexene and hexadiene.

本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、工程B3における、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を15体積%未満に制御する。水素濃度は15体積%未満が好ましく、10体積%以下がより好ましく、5体積%以下がさらに好ましい。水素濃度が前記上限値未満であると、1,3―ブタジエンの収率が向上する。 In the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment, the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas in step B3 is controlled to less than 15% by volume. The hydrogen concentration is preferably less than 15% by volume, more preferably 10% by volume or less, and even more preferably 5% by volume or less. When the hydrogen concentration is less than the upper limit, the yield of 1,3-butadiene is improved.

水素濃度の制御の方法としては、工程B1におけるアルデヒドの収率を前記上限値以下とすることが例として挙げられる。また、前記工程A2の希釈率によっても制御することができる。 An example of a method for controlling the hydrogen concentration is to set the yield of aldehyde in step B1 to the upper limit value or less. It can also be controlled by the dilution ratio in step A2.

本実施形態においては、工程B1と工程B3の間に水素濃度低減工程(工程B4)を設け、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を制御することが好ましい。工程B4としては、特に限定されないが、例えば、下記工程B4-1~B4-4のいずれか一種以上の工程が挙げられる。
工程B4-1:前記中間ガス、又は前記混合ガスの一部を凝縮することで気液分離して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する水素濃度低減工程。
工程B4-2:前記中間ガス、又は前記混合ガスを希釈して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する水素濃度低減工程。
工程B4-3:前記中間ガス、又は前記混合ガスをガス分離器によりガス分離して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する水素濃度低減工程。
工程B4-4:前記中間ガス、又は前記混合ガスをスクラバーにより気液分離して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する水素濃度低減工程。
In this embodiment, it is preferable to provide a hydrogen concentration reduction step (step B4) between steps B1 and B3 to control the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas. Process B4 is not particularly limited, but includes, for example, one or more of the following processes B4-1 to B4-4.
Step B4-1: A hydrogen concentration reduction step of condensing a portion of the intermediate gas or the mixed gas to separate gas and liquid to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.
Step B4-2: A hydrogen concentration reduction step of diluting the intermediate gas or the mixed gas to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.
Step B4-3: A hydrogen concentration reduction step of gas-separating the intermediate gas or the mixed gas with a gas separator to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.
Step B4-4: A step of reducing the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas by gas-liquid separation using a scrubber to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.

工程B4-1では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガスの一部を凝縮することで気液分離して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する。 In step B4-1, gas-liquid separation is performed by condensing a part of the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2, and the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas to reduce

気液分離によって、エタノール及びアセトアルデヒドを含む液と水素を含むガスとに分離することができる。この場合、エタノール及びアセトアルデヒドを含む液を加熱し、再び気化して中間ガス又は混合ガスとして第2反応器に供給する。分離された水素を含むガスはそのまま別の用途として使用してもよく、微量含まれるエタノールやアセトアルデヒド、ブタジエンを蒸留等により回収してもよい。
中間ガス又は混合ガスから水素を含むガスを分離する気液分離の条件としては、圧力が0~1.0MPaG、温度が0℃~100℃の条件が好ましい。
By gas-liquid separation, it can be separated into a liquid containing ethanol and acetaldehyde and a gas containing hydrogen. In this case, the liquid containing ethanol and acetaldehyde is heated, vaporized again, and supplied to the second reactor as an intermediate gas or mixed gas. The separated hydrogen-containing gas may be used as it is for another application, and ethanol, acetaldehyde, and butadiene contained in trace amounts may be recovered by distillation or the like.
Conditions for gas-liquid separation for separating a gas containing hydrogen from an intermediate gas or mixed gas are preferably conditions of pressure of 0 to 1.0 MPaG and temperature of 0°C to 100°C.

工程B4-2では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガスを希釈して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する。 In step B4-2, the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 is diluted to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.

工程B4-2では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガス中の水素濃度を水素分析計によって監視した結果に基づいて、水素濃度が15体積%未満となるように希釈用ガスで希釈する。希釈用ガスとしては、工程A2で例示した希釈用ガスが例として挙げられる。 In step B4-2, based on the result of monitoring the hydrogen concentration in the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 with a hydrogen analyzer, the hydrogen concentration is less than 15% by volume. diluent with diluent gas. Examples of the diluent gas include the diluent gas exemplified in step A2.

工程B4-3では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガスをガス分離器によりガス分離して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する。 In step B4-3, the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 is separated by a gas separator to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or mixed gas.

ガス分離器は、例えば、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、金属イオン(例えば、銅イオン)と有機配位子(例えば、5-アジドイソフタル酸)とを複合化した多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer:PCP)を用いた分離器、アミン吸収を利用した分離器等のうちの1種又は2種以上を用いて構成することができる。 Gas separators include, for example, cryogenic (cryogenic) separators, pressure swing adsorption (PSA) separators, membrane separation separators, temperature swing adsorption (TSA) separators, metal ion (e.g., copper ions) and organic ligands (e.g., 5-azidoisophthalic acid) are combined into a separator using a porous coordination polymer (PCP), and separation using amine absorption. It can be configured using one or two or more of the vessels and the like.

工程B4-4では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガスをスクラバーにより気液分離して、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を低減する。 In step B4-4, the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 is gas-liquid separated by a scrubber to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas.

スクラバーによる分離では、工程B1で得た前記中間ガス、又は工程B2で得た前記混合ガスをエタノールやアセトアルデヒド等の溶媒を用いてスクラブ処理することで、エタノール及びアセトアルデヒドを含む液と水素を含むガスとに分離することができる。この場合、エタノール及びアセトアルデヒド、溶媒を含む液を加熱し、再び気化して中間ガス又は混合ガスとして第2反応器に供給する。 In the separation by a scrubber, the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 is scrubbed with a solvent such as ethanol or acetaldehyde to obtain a liquid containing ethanol and acetaldehyde and a gas containing hydrogen. can be separated into In this case, a liquid containing ethanol, acetaldehyde, and a solvent is heated, vaporized again, and supplied to the second reactor as an intermediate gas or mixed gas.

水素分析計は、工程B1の第1反応器の出口~工程B3の第2反応器の入り口までの間に設置され、経時的に第2反応器へ供給される前記中間ガス、又は前記混合ガス中の水素濃度を分析する。前記混合ガス中の水素濃度を分析したい場合、水素分析計は、工程B2を実施する箇所~工程B3の第2反応器の入り口までの間に設置する。
水素分析計としては、例えば、インライン水素分析計、熱伝導式水素分析計、プロセス質量分析計等を例示できる。
工程B4-1と工程B4-2の両方を行う場合は、工程B4-2は、工程B4-1よりも後に行うことが好ましい。工程B4-2と工程B4-4の両方を行う場合は、工程B4-2は、工程B4-4よりも後に行うことが好ましい。工程B4-1~4-4の全てを行う場合は、工程B4-4、工程B4-1、工程B4-3、工程B4-2の順番で行うことが好ましい。すなわち工程B4-2は最後に行うことが好ましい。
The hydrogen analyzer is installed between the outlet of the first reactor in step B1 and the inlet of the second reactor in step B3, and the intermediate gas or the mixed gas supplied to the second reactor over time Analyze the hydrogen concentration in the When it is desired to analyze the hydrogen concentration in the mixed gas, a hydrogen analyzer is installed between the place where step B2 is performed and the entrance of the second reactor in step B3.
Examples of hydrogen analyzers include in-line hydrogen analyzers, thermal conductivity hydrogen analyzers, process mass spectrometers, and the like.
When both steps B4-1 and B4-2 are performed, step B4-2 is preferably performed after step B4-1. When both steps B4-2 and B4-4 are performed, step B4-2 is preferably performed after step B4-4. When all steps B4-1 to B4-4 are performed, it is preferable to perform the steps B4-4, B4-1, B4-3, and B4-2 in this order. That is, step B4-2 is preferably performed last.

本実施形態においては、工程B3の前に不活性ガスを供給する工程(希釈工程:工程B5)を設け、前記中間ガス、又は前記混合ガス中の不活性ガス濃度を制御することが好ましい。
工程B5では、前記中間ガス、又は前記混合ガスに不活性ガスを供給し、原料ガスを得る。原料ガスの不活性ガスの含有量は、5~50体積%となるように、不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、工程Aにおける希釈用ガスと同様のガスを例示できる。
In this embodiment, it is preferable to provide a step of supplying an inert gas (dilution step: step B5) before step B3 to control the inert gas concentration in the intermediate gas or the mixed gas.
In step B5, an inert gas is supplied to the intermediate gas or the mixed gas to obtain a source gas. The inert gas is supplied so that the content of the inert gas in the raw material gas is 5 to 50% by volume. As the inert gas, the same gas as the diluent gas in step A can be exemplified.

(工程C)
工程Cは、下記工程C1~工程C4からなる群から選ばれる少なくとも1つの工程を含む。
工程C1:1,3-ブタジエン含有ガス中のブテン(1-ブテン、2-ブテン、イソブテン)を脱水素化反応させて1,3-ブタジエンに転化する。
工程C2:1,3-ブタジエン含有ガスから気液分離によって水素ガスを分離して1,3-ブタジエン含有液を得る。
工程C3:1,3-ブタジエン含有ガスの液化物又は1,3-ブタジエン含有液を蒸留してエチレン含有ガスと1,3-ブタジエン含有流出物とアセトアルデヒド含有液に分離する。
工程C4:アセトアルデヒド含有液を蒸留し、アセトアルデヒド含有ガスと、水を含む残液とに分離する。
(Process C)
Step C includes at least one step selected from the group consisting of steps C1 to C4 below.
Step C1: The butenes (1-butene, 2-butene, isobutene) in the 1,3-butadiene-containing gas are dehydrogenated and converted to 1,3-butadiene.
Step C2: Hydrogen gas is separated from the 1,3-butadiene-containing gas by gas-liquid separation to obtain a 1,3-butadiene-containing liquid.
Step C3: The liquefied product of 1,3-butadiene-containing gas or the 1,3-butadiene-containing liquid is distilled to separate into ethylene-containing gas, 1,3-butadiene-containing effluent and acetaldehyde-containing liquid.
Step C4: The acetaldehyde-containing liquid is distilled and separated into an acetaldehyde-containing gas and a residual liquid containing water.

一般に、1-ブテン、2-ブテン、イソブテンは蒸留等によって1,3-ブタジエンと分離することが困難である。工程C1において、1-ブテン、2-ブテン、イソブテンを脱水素化反応させて1,3-ブタジエンに転化することで、1,3-ブタジエンの比率が高まる。なお、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法では、前記中間ガス又は前記混合ガス中の水素濃度を15体積%未満に制御するため、1-ブテン、2-ブテン、イソブテンの生成は抑制される。 In general, 1-butene, 2-butene and isobutene are difficult to separate from 1,3-butadiene by distillation or the like. In step C1, 1-butene, 2-butene and isobutene are dehydrogenated and converted to 1,3-butadiene, thereby increasing the proportion of 1,3-butadiene. In the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment, the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas is controlled to less than 15% by volume, so the production of 1-butene, 2-butene, and isobutene is suppressed. be done.

工程Cにおいて工程C1と工程C3の両方を行う場合、工程C3の前に工程C1を行ってもよく、工程C3の後に工程C1を行ってもよい。
工程C1では、例えば、工程B3で得た1,3-ブタジエン含有ガス、又は工程C3で得た1,3-ブタジエン含有流出物を第3反応器に供給し、第3触媒の存在下、圧力が-1.0~1.0MPaG、温度が200~550℃の条件で1-ブテン、2-ブテン、イソブテンを脱水素化反応させて1,3-ブタジエンに転化する。
工程C1における第3反応器の態様としては、第1反応器で例示した態様と同様の態様を例示できる。
When both the process C1 and the process C3 are performed in the process C, the process C1 may be performed before the process C3, and the process C1 may be performed after the process C3.
In step C1, for example, the 1,3-butadiene-containing gas obtained in step B3 or the 1,3-butadiene-containing effluent obtained in step C3 is fed to a third reactor, and in the presence of a third catalyst, pressure 1-butene, 2-butene and isobutene are dehydrogenated under the conditions of −1.0 to 1.0 MPaG and a temperature of 200 to 550° C. to convert them to 1,3-butadiene.
As the embodiment of the third reactor in step C1, the same embodiments as those exemplified for the first reactor can be exemplified.

第3触媒としては、1-ブテン、2-ブテン、イソブテンの脱水素化反応を促進するものであればよく、例えば、モリブデン、タングステン、ビスマス、スズ、鉄、ニッケルを例示できる。なかでも、1,3-ブタジエンの収率の点から、モリブデンが好ましい。第3触媒は、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。 Any catalyst can be used as the third catalyst as long as it promotes the dehydrogenation reaction of 1-butene, 2-butene and isobutene, and examples thereof include molybdenum, tungsten, bismuth, tin, iron and nickel. Among them, molybdenum is preferable from the viewpoint of yield of 1,3-butadiene. A 3rd catalyst may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

工程C1の脱水素化反応時の圧力は、-1.0~1.0MPaGの範囲で設定すればよく、-0.5~0.5MPaGが好ましく、-0.3~0.3MPaGがより好ましい。
工程C1の圧力が前記範囲の下限値以上であれば、1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程C1の圧力が前記範囲の上限値以下であれば、過剰反応による1,3-ブタジエンの収率低下を抑制できる。
The pressure during the dehydrogenation reaction in step C1 may be set in the range of -1.0 to 1.0 MPaG, preferably -0.5 to 0.5 MPaG, more preferably -0.3 to 0.3 MPaG. .
If the pressure in step C1 is at least the lower limit of the above range, the yield of 1,3-butadiene is improved. If the pressure in step C1 is equal to or lower than the upper limit of the above range, it is possible to suppress the decrease in yield of 1,3-butadiene due to excessive reaction.

工程C1の脱水素化反応時の温度は、200~550℃の範囲で設定すればよく、300~500℃が好ましく、300~450℃がより好ましい。工程C1の温度が前記範囲の下限値以上であれば、1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程C1の温度が前記範囲の上限値以下であれば、過剰反応による1,3-ブタジエンの収率低下を抑制できる。 The temperature during the dehydrogenation reaction in step C1 may be set in the range of 200 to 550°C, preferably 300 to 500°C, more preferably 300 to 450°C. If the temperature in step C1 is at least the lower limit of the above range, the yield of 1,3-butadiene is improved. If the temperature in step C1 is equal to or lower than the upper limit of the above range, it is possible to suppress the decrease in the yield of 1,3-butadiene due to excessive reaction.

工程C2では、工程B3で得た1,3ブタジエン含有ガス、又は、工程C1を行った後の1,3ブタジエン含有ガスに対して気液分離を行い、水素ガスを分離して1,3-ブタジエン含有液を得る。工程A2、工程B4-2で窒素ガス等の希釈用ガスで前記エタノール含有ガス、前記中間ガス、又は前記混合ガスを希釈している場合、工程C2では水素ガスとともに希釈用ガスも分離される。
1,3ブタジエン含有ガスの気液分離の条件としては、圧力が0~1.0MPaG、温度が0~100℃の条件が好ましい。
In step C2, the 1,3-butadiene-containing gas obtained in step B3 or the 1,3-butadiene-containing gas after step C1 is subjected to gas-liquid separation to separate the hydrogen gas into 1,3- A butadiene-containing liquid is obtained. When the ethanol-containing gas, the intermediate gas, or the mixed gas is diluted with a diluent gas such as nitrogen gas in steps A2 and B4-2, the diluent gas is separated together with the hydrogen gas in step C2.
The conditions for the gas-liquid separation of the 1,3-butadiene-containing gas are preferably a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 0 to 100°C.

工程C3では、工程B3で得た1,3ブタジエン含有ガスの液化物、工程C1後の1,3ブタジエン含有ガスの液化物、又は、工程C2後の1,3-ブタジエン含有液を蒸留塔に供給して蒸留する。これにより、エチレン含有ガスと1,3-ブタジエン含有流出物とアセトアルデヒド含有液に分離する。より具体的には、例えば、棚段式蒸留塔や充填型蒸留塔を用い、塔頂からエチレン含有ガスを抜き出し、塔底からアセトアルデヒド含有液を抜き出し、中間部から1,3-ブタジエン含有流出物を抜き出す。なお、工程C3では、2つの蒸留塔を用い、1つ目の蒸留塔でエチレン含有ガスを分離し、2つ目の蒸留塔で1,3-ブタジエン含有流出物とアセトアルデヒド含有液に分離してもよい。 In step C3, the liquefied 1,3-butadiene-containing gas obtained in step B3, the liquefied 1,3-butadiene-containing gas after step C1, or the 1,3-butadiene-containing liquid after step C2 is added to the distillation column. Feed and distill. This separates the ethylene-containing gas, the 1,3-butadiene-containing effluent and the acetaldehyde-containing liquid. More specifically, for example, using a plate distillation column or a packed distillation column, an ethylene-containing gas is extracted from the top of the column, an acetaldehyde-containing liquid is extracted from the bottom of the column, and a 1,3-butadiene-containing effluent is extracted from the intermediate portion. pull out. In step C3, two distillation columns are used, the ethylene-containing gas is separated in the first distillation column, and the 1,3-butadiene-containing effluent and the acetaldehyde-containing liquid are separated in the second distillation column. good too.

エチレン含有ガスには、エチレンの他、プロピレン、メタン、エタン等が含まれる。工程C1を行わずに工程B3で得た1,3ブタジエン含有ガスの液化物を蒸留した場合は、水素ガスと窒素ガス等の希釈用ガスは工程C3においてエチレン含有ガスとともに分離される。
アセトアルデヒド含有液には、アセトアルデヒドの他、エタノール、水等が含まれる。
Ethylene-containing gas includes propylene, methane, ethane, etc. in addition to ethylene. When the liquefied 1,3-butadiene-containing gas obtained in step B3 is distilled without performing step C1, hydrogen gas and diluent gas such as nitrogen gas are separated together with the ethylene-containing gas in step C3.
The acetaldehyde-containing liquid includes not only acetaldehyde but also ethanol, water, and the like.

工程C2を行わずに工程C3を行う場合、工程C3ではエチレン含有ガスとともに水素ガスも分離される。また、工程A2、工程B4-2で窒素ガス等の希釈用ガスで前記エタノール含有ガス、前記中間ガス、又は前記混合ガスを希釈している場合、工程C3ではエチレン含有ガスとともに希釈用ガスも分離される。 When step C3 is performed without step C2, hydrogen gas is also separated in step C3 together with the ethylene-containing gas. Further, when the ethanol-containing gas, the intermediate gas, or the mixed gas is diluted with a diluent gas such as nitrogen gas in steps A2 and B4-2, the diluent gas is separated together with the ethylene-containing gas in step C3. be done.

工程C4では、工程C3で得たアセトアルデヒド含有液を蒸留塔に供給し、アセトアルデヒド含有ガスと、水を含む残液とに分離する。
なお、工程Cで工程C3及び工程C4を行う場合、工程C3と工程C4を別々に行う態様には限定されず、工程C3と工程C4を1つの蒸留塔で一度に行ってもよい。
In step C4, the acetaldehyde-containing liquid obtained in step C3 is supplied to a distillation column and separated into an acetaldehyde-containing gas and a residual liquid containing water.
When performing Steps C3 and C4 in Step C, the method is not limited to performing Steps C3 and C4 separately, and Steps C3 and C4 may be performed at once in one distillation column.

工程C4で得られるアセトアルデヒド含有ガス中のアセトアルデヒドの含有量は、10体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましく、40体積%以上がさらに好ましい。アセトアルデヒドの含有量が前記下限値以上であれば、含有副生物が少ないため、アセトアルデヒドの回収、アセトアルデヒド含有ガスの再利用が容易になり経済性が向上する。
工程Cで得られる精製1,3-ブタジエンの純度は、95.0質量%以上が好ましく、99.0質量%以上がより好ましく、99.5質量%以上がさらに好ましい。
本実施形態において、工程C3及び工程C4による精製工程により、より純度の高い1,3-ブタジエン、アセトアルデヒド含有ガスを得ることができる。
The content of acetaldehyde in the acetaldehyde-containing gas obtained in step C4 is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and even more preferably 40% by volume or more. If the content of acetaldehyde is at least the above lower limit, the content of by-products is small, so recovery of acetaldehyde and reuse of the acetaldehyde-containing gas are facilitated, improving economic efficiency.
The purity of the purified 1,3-butadiene obtained in step C is preferably 95.0% by mass or higher, more preferably 99.0% by mass or higher, and even more preferably 99.5% by mass or higher.
In the present embodiment, the purifying steps of steps C3 and C4 can provide a 1,3-butadiene- and acetaldehyde-containing gas with higher purity.

(工程D)
工程Bで転化反応を継続すると、触媒上で炭素析出(コーキング)が生じ、触媒活性が低下する。これに対し、工程Dでは、工程Bを継続しつつ、工程Bで用いる2つ以上の並列の反応器のうちの少なくとも1つの反応器内の触媒を再生する。これにより、1,3-ブタジエンの製造を中断せずに触媒を再生することができ、1,3-ブタジエンの収率が向上する。
(Process D)
If the conversion reaction is continued in step B, carbon deposition (coking) will occur on the catalyst and the catalytic activity will decrease. In contrast, in step D, the catalyst in at least one of the two or more parallel reactors used in step B is regenerated while step B continues. Thereby, the catalyst can be regenerated without interrupting the production of 1,3-butadiene, and the yield of 1,3-butadiene is improved.

工程Dは、下記の工程D1~工程D3からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む。
工程D1:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の反応器のうちの少なくとも1つの反応器に、酸素濃度が0.01体積%~100体積%の酸素含有ガスを供給し、反応器から二酸化炭素を含むガスを排出させて触媒を再生する。
工程D2:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の反応器のうちの少なくとも1つの反応器から触媒を取り出し、反応器外で酸素含有ガスを接触させて再生した触媒を再充填して触媒を再生する。
工程D3:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の反応器のうちの少なくとも1つの反応器内の触媒を未使用の触媒に入れ替えて触媒を再生する。
Step D includes at least one selected from the group consisting of Steps D1 to D3 below.
Step D1: While continuing Step B, supplying an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 0.01% by volume to 100% by volume to at least one reactor of the two or more parallel reactors, and to regenerate the catalyst by exhausting gas containing carbon dioxide from the
Step D2: Continuing Step B, removing the catalyst from at least one of the two or more parallel reactors and recharging the regenerated catalyst by contacting it with an oxygen-containing gas outside the reactor. Regenerate the catalyst.
Step D3: Continuing Step B, replacing the catalyst in at least one of the two or more parallel reactors with unused catalyst to regenerate the catalyst.

工程D1及び工程D2では、酸素含有ガスを触媒に接触させることで、触媒上に析出した炭素が酸素と反応し、二酸化炭素となって除去されるため、触媒が再生する。触媒上に硫黄成分や窒素成分が付着して触媒活性が低下する場合も、それらが酸素と反応し、硫黄酸化物や窒素酸化物となって除去されるため、触媒が再生する。
工程D1~工程D3では、いずれも触媒再生処理を行う反応器以外の反応器においては触媒下の転化反応を継続する。
In Steps D1 and D2, the oxygen-containing gas is brought into contact with the catalyst, whereby the carbon deposited on the catalyst reacts with oxygen and is removed as carbon dioxide, thereby regenerating the catalyst. Even when sulfur components and nitrogen components adhere to the catalyst and the catalytic activity is lowered, they react with oxygen and are removed as sulfur oxides and nitrogen oxides, thereby regenerating the catalyst.
In Steps D1 to D3, the conversion reaction under the catalyst is continued in reactors other than the reactor in which the catalyst is regenerated.

工程Dにおける触媒再生工程では、酸素含有ガスを供給する前後で、窒素ガス等の不活性ガスを用いて当該再生させる触媒を含む反応器をパージしてもよい。具体的には、残存する水素、酸素、エタノール、アセトアルデヒド、ブタジエン及び各工程で生成する副生成物等、酸素含有ガスの暴露又は次反応工程の原料となるガスに影響を与えないように不活性ガスを供給する。具体的には、生成するブタジエンや原料として回収可能なエタノールやアセトアルデヒドが酸素と反応し酸化されることで損失しないように不活性ガスを供給して、反応器中の残存ガスを追い出す。また、反応器内に残存する水素が酸素含有ガスに曝露されると爆発する危険があるため、酸素含有ガスを供給する前に不活性ガスによって反応器をパージすることで爆発の危険を回避することができる。不活性ガスとしては、窒素ガスが好ましい。経済性を向上させるため、前記残存ガスを含むパージに用いた不活性ガスは、そのまま排出するだけでなく、ポンプ等で循環させることで再利用してもよく、残存ガスを分離した後、循環させて再利用してもよい。もしくは、前記残存ガスを含むパージに用いた不活性ガスは、工程Cへ送り、工程C2又は工程C3において水素ガスとともに残存ガスと分離してもよく、分離された不活性ガスはそのままもしくは水素ガスと分離して再利用してもよい。これにより、残存ガス中に含まれるブタジエンやエタノール、アセトアルデヒドを回収できるためブタジエンの収率がより高まる。もしくは、前記残存ガスを含むパージに用いた不活性ガスは、工程Bへ送り、工程B1又は工程B3に用いられる前記エタノール含有ガス、前記中間ガス、又は前記中間ガスとエタノールを含有するガスとを混合して得られる混合ガスに混ぜて再利用してもよい。これにより、工程B1における水素濃度を低減し、工程B3における副生成物の発生を抑制できる。コストを低減する観点から、1,3-ブタジエン製造装置100において、パージに用いるガスは、希釈用ガス収容部106から配管24又は配管37を通じて反応器に供給することがより好ましい。 In the catalyst regeneration step in step D, the reactor containing the catalyst to be regenerated may be purged with an inert gas such as nitrogen gas before and after the oxygen-containing gas is supplied. Specifically, it is inert so as not to affect the exposure of oxygen-containing gases or the gases used as raw materials in the next reaction process, such as residual hydrogen, oxygen, ethanol, acetaldehyde, butadiene, and by-products generated in each process. Supply gas. Specifically, an inert gas is supplied so that the produced butadiene and recoverable ethanol and acetaldehyde as raw materials are not lost by reacting with oxygen and being oxidized, and the residual gas in the reactor is expelled. In addition, since there is a danger of explosion if hydrogen remaining in the reactor is exposed to oxygen-containing gas, the danger of explosion is avoided by purging the reactor with an inert gas before supplying oxygen-containing gas. be able to. Nitrogen gas is preferred as the inert gas. In order to improve economic efficiency, the inert gas used for purging containing the residual gas may not only be discharged as it is, but may be reused by circulating it with a pump or the like. After separating the residual gas, it may be recycled. can be reused. Alternatively, the inert gas used for purging containing the residual gas may be sent to step C and separated from the residual gas together with hydrogen gas in step C2 or step C3. can be separated and reused. As a result, butadiene, ethanol, and acetaldehyde contained in the residual gas can be recovered, so that the yield of butadiene is further increased. Alternatively, the inert gas used for purging containing the residual gas is sent to step B, and the ethanol-containing gas used in step B1 or step B3, the intermediate gas, or the intermediate gas and the ethanol-containing gas are combined. It may be reused by being mixed with a mixed gas obtained by mixing. Thereby, the hydrogen concentration in step B1 can be reduced, and the generation of by-products in step B3 can be suppressed. From the viewpoint of cost reduction, in the 1,3-butadiene production apparatus 100, the gas used for purging is more preferably supplied from the diluent gas container 106 to the reactor through the pipe 24 or the pipe 37.

酸素含有ガスの酸素濃度は、0.01体積%~100体積%であり、1体積%~100体積%が好ましく、10体積%~70体積%がより好ましく、10体積%~50体積%がさらに好ましく、10体積%~30体積%が特に好ましい。酸素含有ガスの酸素濃度が前記範囲の下限値以上であれば、触媒活性が回復しやすく、1,3-ブタジエンの収率が向上する。酸素含有ガスの酸素濃度が前記範囲の上限値以下であれば、酸素濃度が過剰にならず、爆発の可能性を低くし、かつ触媒再生を行うことができる。 The oxygen concentration of the oxygen-containing gas is 0.01% to 100% by volume, preferably 1% to 100% by volume, more preferably 10% to 70% by volume, and further 10% to 50% by volume. Preferably, 10% to 30% by volume is particularly preferred. When the oxygen concentration of the oxygen-containing gas is equal to or higher than the lower limit of the above range, the catalytic activity is easily recovered and the yield of 1,3-butadiene is improved. If the oxygen concentration of the oxygen-containing gas is equal to or less than the upper limit of the above range, the oxygen concentration does not become excessive, the possibility of explosion can be reduced, and the catalyst can be regenerated.

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を例示できる。希釈用ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガスを例示できる。
酸素含有ガスとしては、酸素濃度を所望の濃度に調節できる点では、希釈用ガスで酸素ガスを希釈したガスが好ましい。入手容易性の点では、酸素含有ガスとしては空気が好ましい。
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.
As the oxygen-containing gas, a gas obtained by diluting oxygen gas with a diluent gas is preferable in that the oxygen concentration can be adjusted to a desired concentration. Air is preferable as the oxygen-containing gas in terms of availability.

工程Dの触媒再生処理は、工程B1の第1触媒及び工程B3の第2触媒の少なくとも一方に対して行う。
工程B1の第1触媒を再生する場合、工程Dは、下記の工程D11、工程D21及び工程D31からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む。
工程D11:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の第1反応器のうちの少なくとも1つの第1反応器に、圧力が0~1.0MPaG、温度が0℃~500℃の条件で酸素含有ガスを供給し、第1反応器から二酸化炭素を含むガスを排出させて第1触媒を再生する。
工程D21:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の第1反応器のうちの少なくとも1つの第1反応器から第1触媒を取り出し、第1反応器外で酸素含有ガスを接触させて再生した第1触媒を再充填して第1触媒を再生する。
工程D31:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の第1反応器のうちの少なくとも1つの第1反応器内の第1触媒を未使用の第1触媒に入れ替えて第1触媒を再生する。
The catalyst regeneration treatment in step D is performed on at least one of the first catalyst in step B1 and the second catalyst in step B3.
When regenerating the first catalyst in step B1, step D includes at least one selected from the group consisting of steps D11, D21 and D31 below.
Step D11: While continuing Step B, at least one first reactor of the two or more parallel first reactors is charged under conditions of a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 0 ° C. to 500 ° C. An oxygen-containing gas is supplied and a carbon dioxide-containing gas is exhausted from the first reactor to regenerate the first catalyst.
Step D21: Continuing Step B, removing the first catalyst from at least one first reactor of the two or more parallel first reactors and contacting the oxygen-containing gas outside the first reactor The regenerated first catalyst is recharged to regenerate the first catalyst.
Step D31: Continuing Step B, replacing the first catalyst in at least one first reactor of the two or more parallel first reactors with an unused first catalyst to regenerate the first catalyst. do.

工程D11では、2つ以上の並列の第1反応器のうちの少なくとも1つの第1反応器に酸素含有ガスを供給する。工程D21では、2つ以上の並列の第1反応器のうちの少なくとも1つの第1反応器から第1触媒を取り出し、第1反応器外で再生した第1触媒を再充填する。工程D31では、2つ以上の並列の第1反応器のうちの少なくとも1つの第1反応器の第1触媒を未使用の第1触媒に入れ替える。いずれの場合も、並列する残りの第1反応器にはエタノール含有ガスの供給を継続する。
工程D11、工程D21及び工程D31の第1反応器では第1触媒が再生し、第1触媒の活性が回復する。2つ以上の並列の第1反応器のそれぞれに対し、工程D11、工程D21及び工程D31のうちの少なくとも1つの触媒再生処理を順次実施することで、1,3-ブタジエンの連続的な製造を中断せずに各第1反応器の第1触媒を再生できる。
その結果、工程B1における第1触媒の活性低下を抑制でき、1,3-ブタジエンの収率が向上する。
In step D11, an oxygen-containing gas is supplied to at least one first reactor of the two or more parallel first reactors. In step D21, the first catalyst is removed from at least one first reactor of the two or more parallel first reactors and recharged with the regenerated first catalyst outside the first reactor. In step D31, the first catalyst of at least one first reactor of the two or more parallel first reactors is replaced with an unused first catalyst. In either case, the ethanol-containing gas continues to be supplied to the remaining parallel first reactors.
The first catalyst is regenerated in the first reactor of step D11, step D21 and step D31, and the activity of the first catalyst is restored. Continuous production of 1,3-butadiene is achieved by sequentially performing at least one catalyst regeneration treatment of step D11, step D21 and step D31 for each of the two or more parallel first reactors. The first catalyst in each first reactor can be regenerated without interruption.
As a result, the decrease in activity of the first catalyst in step B1 can be suppressed, and the yield of 1,3-butadiene is improved.

工程D11において第1反応器に酸素含有ガスを供給する態様としては、例えば、製造ラインから第1反応器を切り離し、別途用意した再生処理ラインに接続して酸素含有ガスを供給する態様を例示できる。また、酸素含有ガスの供給ラインと二酸化炭素を含むガスの排出ラインを製造ラインに追加し、製造ライン上で第1反応器に酸素含有ガスを供給してもよい。 As an aspect of supplying the oxygen-containing gas to the first reactor in step D11, for example, the first reactor is disconnected from the production line and connected to a separately prepared regeneration treatment line to supply the oxygen-containing gas. . Alternatively, an oxygen-containing gas supply line and a carbon dioxide-containing gas discharge line may be added to the production line, and the oxygen-containing gas may be supplied to the first reactor on the production line.

工程D11における触媒再生処理時の圧力は、0~1.0MPaGの範囲で設定すればよく、0~0.5MPaGが好ましく、0~0.3MPaGがより好ましい。工程D11における圧力が前記範囲の下限値以上であれば、触媒の再生が充分となり1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程D11における圧力が前記範囲の上限値以下であれば、過剰な酸化反応を抑制し易く、爆発の可能性が低くなる。 The pressure during the catalyst regeneration treatment in step D11 may be set in the range of 0 to 1.0 MPaG, preferably 0 to 0.5 MPaG, more preferably 0 to 0.3 MPaG. When the pressure in step D11 is at least the lower limit of the above range, regeneration of the catalyst is sufficient and the yield of 1,3-butadiene is improved. If the pressure in step D11 is equal to or lower than the upper limit of the range, excessive oxidation reaction is easily suppressed, and the possibility of explosion is reduced.

工程D11における触媒再生処理時の温度は、0℃~500℃の範囲で設定すればよく、100℃~450℃が好ましく、250℃~400℃がより好ましい。工程D11における温度が前記範囲の下限値以上であれば、触媒の再生が充分となり1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程D11における温度が前記範囲の上限値以下であれば、過剰なエネルギーの消費を抑制できる。
工程D21の触媒再生処理時の圧力及び温度の好ましい条件は、工程D11の触媒再生処理時の圧力及び温度の好ましい条件と同じである。
The temperature during the catalyst regeneration treatment in step D11 may be set in the range of 0°C to 500°C, preferably 100°C to 450°C, more preferably 250°C to 400°C. When the temperature in step D11 is at least the lower limit of the above range, regeneration of the catalyst is sufficient and the yield of 1,3-butadiene is improved. If the temperature in step D11 is equal to or lower than the upper limit of the range, excessive energy consumption can be suppressed.
The preferred conditions of pressure and temperature during the catalyst regeneration treatment in step D21 are the same as the preferred conditions of pressure and temperature during the catalyst regeneration treatment in step D11.

工程D11では、第1反応器内の酸素濃度を分析計によって監視した結果に基づいて、第1反応器内の酸素量を制御することが好ましい。これにより、爆発の可能性を低くしつつ、1,3-ブタジエンの収率が向上させることができる。
第1反応器内の酸素量の制御方法としては、酸素量を低くする場合、例えば、供給する酸素含有ガスの酸素濃度を低くする、酸素含有ガスの供給量を少なくする、第1反応器からのガス排出量を多くする等の方法を例示できる。反対に酸素量を高くする場合は、供給する酸素含有ガスの酸素濃度を高くする、酸素含有ガスの供給量を高くする、第1反応器からのガス排出量を少なくする等の方法を例示できる。
In step D11, it is preferable to control the amount of oxygen in the first reactor based on the result of monitoring the oxygen concentration in the first reactor with an analyzer. This can improve the yield of 1,3-butadiene while reducing the possibility of explosion.
As a method for controlling the amount of oxygen in the first reactor, when the amount of oxygen is decreased, for example, the oxygen concentration of the oxygen-containing gas to be supplied is decreased, the amount of oxygen-containing gas supplied is decreased, For example, a method such as increasing the amount of gas emitted from the Conversely, when increasing the amount of oxygen, methods such as increasing the oxygen concentration of the oxygen-containing gas to be supplied, increasing the amount of oxygen-containing gas supplied, and decreasing the amount of gas discharged from the first reactor can be exemplified. .

第1触媒の触媒活性が低下すると、エタノールの転化率が低くなるため、第2反応器に供給される中間ガス中のモル比(エタノール/アセトアルデヒド)が高くなる。そのため、モル比(エタノール/アセトアルデヒド)を監視することで、第1触媒の触媒活性の低下を検知できる。工程Dでは、第2反応器に供給される中間ガス又は混合ガス(原料ガス)中のモル比(エタノール/アセトアルデヒド)を分析計によって監視した結果に基づいて、工程D11、工程D21及び工程D31のうちの1つ以上を実施することが好ましい。工程D11、工程D21及び工程D31のうちの少なくとも1つの触媒再生処理を行いながら、各工程におけるモル比(エタノール/アセトアルデヒド)を分析しながら順次実施していくことが好ましい。これにより、第2反応器に供給される中間ガス又は混合ガス(原料ガス)中のモル比(エタノール/アセトアルデヒド)が高くなり過ぎることなく、第1触媒の触媒活性を効率良く回復させることができるため、1,3-ブタジエンの収率が向上する。 When the catalytic activity of the first catalyst decreases, the ethanol conversion rate decreases, so the molar ratio (ethanol/acetaldehyde) in the intermediate gas supplied to the second reactor increases. Therefore, a decrease in catalytic activity of the first catalyst can be detected by monitoring the molar ratio (ethanol/acetaldehyde). In step D, step D11, step D21 and step D31 are performed based on the results of monitoring the molar ratio (ethanol/acetaldehyde) in the intermediate gas or mixed gas (source gas) supplied to the second reactor with an analyzer. It is preferable to implement one or more of them. It is preferable to carry out sequentially while performing at least one of step D11, step D21 and step D31, while analyzing the molar ratio (ethanol/acetaldehyde) in each step. As a result, the catalytic activity of the first catalyst can be efficiently recovered without excessively increasing the molar ratio (ethanol/acetaldehyde) in the intermediate gas or mixed gas (raw material gas) supplied to the second reactor. Therefore, the yield of 1,3-butadiene is improved.

第1触媒を再生する工程Dでは、第1反応器内の水素濃度を分析計によって監視した結果に基づいて、第1反応器から中間ガスを排出することが好ましい。これにより、水素濃度が高くなり過ぎることを抑制しやすく、爆発の可能性が低くなる。また、適切なタイミングで第1触媒の再生を行うことができ、1,3-ブタジエンの収率が向上する。
第1反応器内の水素濃度を監視する分析計としては、例えば、プロセス質量分析計を例示できる。
In step D of regenerating the first catalyst, it is preferable to discharge the intermediate gas from the first reactor based on the result of monitoring the hydrogen concentration in the first reactor with an analyzer. This makes it easier to prevent the hydrogen concentration from becoming too high and reduces the possibility of explosion. Also, the first catalyst can be regenerated at an appropriate timing, and the yield of 1,3-butadiene is improved.
As an analyzer for monitoring the hydrogen concentration in the first reactor, for example, a process mass spectrometer can be exemplified.

工程B3の第2触媒を再生する場合、工程Dは、下記の工程D12、工程D22及び工程D32からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む。
工程D12:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の第2反応器のうちの少なくとも1つの第2反応器に、圧力が0~1.0MPaG、温度が0℃~500℃の条件で酸素含有ガスを供給し、第2反応器から二酸化炭素を含むガスを排出させて第2触媒を再生する。
工程D22:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の第2反応器のうちの少なくとも1つの第2反応器から第2触媒を取り出し、第2反応器外で酸素含有ガスを接触させて再生した第2触媒を再充填して第2触媒を再生する。
工程D32:工程Bを継続しつつ、2つ以上の並列の第2反応器のうちの少なくとも1つの第2反応器内の第2触媒を未使用の第2触媒に入れ替えて第2触媒を再生する。
When regenerating the second catalyst in step B3, step D includes at least one selected from the group consisting of step D12, step D22 and step D32 below.
Step D12: While continuing Step B, at least one of the two or more parallel second reactors is charged with a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 0 ° C. to 500 ° C. An oxygen-containing gas is supplied and a gas containing carbon dioxide is exhausted from the second reactor to regenerate the second catalyst.
Step D22: Continuing Step B, removing the second catalyst from at least one second reactor of the two or more parallel second reactors and contacting the oxygen-containing gas outside the second reactor. The regenerated second catalyst is recharged to regenerate the second catalyst.
Step D32: Continuing Step B, replacing the second catalyst in at least one second reactor of the two or more parallel second reactors with an unused second catalyst to regenerate the second catalyst. do.

工程D12では、工程D11と同様に、2つ以上の並列の第2反応器のうちの少なくとも1つの第2反応器に酸素含有ガスを供給する。工程D22では、工程D21と同様に、2つ以上の並列の第2反応器のうちの少なくとも1つの第2反応器から第2触媒を取り出し、第2反応器外で再生した第2触媒を再充填する。工程D32では、工程D31と同様に、2つ以上の並列の第2反応器のうちの少なくとも1つの第2反応器の第2触媒を未使用の第2触媒に入れ替える。いずれの場合も、並列する残りの第2反応器には中間ガス又は混合ガスの供給を継続する。
工程D12、工程D22及び工程D32の第2反応器では第2触媒が再生し、第2触媒の活性が回復する。2つ以上の並列の第2反応器のそれぞれに対し、工程D12、工程D22及び工程D32のうちの1つ以上の触媒再生処理を順次実施することで、1,3-ブタジエンの連続的な製造を中断せずに各第2反応器の第2触媒を再生できる。その結果、工程B3における第2触媒の活性低下を抑制でき、1,3-ブタジエンの収率が向上する。
In step D12, similarly to step D11, the oxygen-containing gas is supplied to at least one second reactor of the two or more parallel second reactors. In step D22, as in step D21, the second catalyst is removed from at least one second reactor of the two or more parallel second reactors, and the second catalyst regenerated outside the second reactor is regenerated. to fill. In step D32, as in step D31, the second catalyst in at least one of the two or more parallel second reactors is replaced with an unused second catalyst. In either case, the intermediate gas or mixed gas continues to be supplied to the remaining parallel second reactors.
In the second reactor of step D12, step D22 and step D32, the second catalyst is regenerated and the activity of the second catalyst is restored. Continuous production of 1,3-butadiene by sequentially performing one or more catalyst regeneration treatments of step D12, step D22 and step D32 for each of two or more parallel second reactors The second catalyst in each second reactor can be regenerated without interrupting the process. As a result, the decrease in activity of the second catalyst in step B3 can be suppressed, and the yield of 1,3-butadiene is improved.

工程D12において第2反応器に酸素含有ガスを供給する態様としては、工程D11で例示した第1反応器に酸素含有ガスを供給する態様と同じ態様を例示できる。
工程D12における触媒再生処理時の圧力は、0~1.0MPaGの範囲で設定すればよく、0~0.5MPaGが好ましく、0~0.3MPaGがより好ましい。工程D12における圧力が前記範囲の下限値以上であれば、触媒の再生が充分となり1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程D12における圧力が前記範囲の上限値以下であれば、過剰な酸化反応を抑制し易く、爆発の可能性が低くなる。
As the aspect of supplying the oxygen-containing gas to the second reactor in step D12, the same aspect as the aspect of supplying the oxygen-containing gas to the first reactor exemplified in step D11 can be exemplified.
The pressure during the catalyst regeneration treatment in step D12 may be set in the range of 0 to 1.0 MPaG, preferably 0 to 0.5 MPaG, more preferably 0 to 0.3 MPaG. When the pressure in step D12 is at least the lower limit of the above range, regeneration of the catalyst is sufficient and the yield of 1,3-butadiene is improved. If the pressure in step D12 is equal to or lower than the upper limit of the range, excessive oxidation reaction is easily suppressed, and the possibility of explosion is reduced.

工程D12における触媒再生処理時の温度は、0℃~500℃の範囲で設定すればよく、200℃~500℃が好ましく、300℃~450℃がより好ましい。工程D12における温度が前記範囲の下限値以上であれば、触媒の再生が充分となり1,3-ブタジエンの収率が向上する。工程D12における温度が前記範囲の上限値以下であれば、過剰なエネルギーの消費を抑制できる。
工程D22の触媒再生処理時の圧力及び温度の好ましい条件は、工程D12の触媒再生処理時の圧力及び温度の好ましい条件と同じである。
The temperature during the catalyst regeneration treatment in step D12 may be set in the range of 0°C to 500°C, preferably 200°C to 500°C, more preferably 300°C to 450°C. When the temperature in step D12 is at least the lower limit of the above range, regeneration of the catalyst is sufficient and the yield of 1,3-butadiene is improved. If the temperature in step D12 is equal to or lower than the upper limit of the range, excessive energy consumption can be suppressed.
The preferred conditions of pressure and temperature for the catalyst regeneration treatment in step D22 are the same as the preferred conditions of pressure and temperature for the catalyst regeneration treatment in step D12.

工程D12では、第2反応器内の酸素濃度を分析計によって監視した結果に基づいて、0.01体積%~100体積%、1体積%~100体積%、10体積%~70体積%の範囲に制御することが好ましく、10体積%~50体積%又は10体積%~30体積%の範囲に第2反応器内の酸素量を制御することがより好ましい。これにより、爆発の可能性を低くしつつ、1,3-ブタジエンの収率を向上させることができる。
第2反応器内の酸素量の制御方法としては、第1反応器内の酸素量の制御方法として例示した態様と同じ態様を例示できる。
In step D12, based on the results of monitoring the oxygen concentration in the second reactor with an analyzer, the range of 0.01% to 100% by volume, 1% to 100% by volume, and 10% to 70% by volume. It is preferable to control the amount of oxygen in the second reactor in the range of 10% to 50% by volume or 10% to 30% by volume. This can improve the yield of 1,3-butadiene while reducing the possibility of explosion.
As the method for controlling the amount of oxygen in the second reactor, the same aspects as those exemplified as the method for controlling the amount of oxygen in the first reactor can be exemplified.

第2触媒を再生する工程Dでは、第2反応器内の1,3-ブタジエン濃度及び水素濃度を分析計によって監視した結果に基づいて、第2反応器から粗生成ガスを排出することが好ましい。第2反応器内の水素濃度を分析計によって監視した結果に基づいて、第2反応器から粗生成ガスを排出することも好ましい。これにより、適切なタイミングで第2触媒の再生を行うことができ、1,3-ブタジエンの収率が向上する。第2反応器内の1,3-ブタジエン濃度及び水素濃度を監視する分析計としては、例えば、プロセス質量分析計やガスクロマトグラフィーを例示できる。 In step D of regenerating the second catalyst, it is preferable to discharge the crude product gas from the second reactor based on the results of monitoring the 1,3-butadiene concentration and hydrogen concentration in the second reactor with an analyzer. . It is also preferred to vent the crude product gas from the second reactor based on the results of monitoring the hydrogen concentration in the second reactor with an analyzer. As a result, the second catalyst can be regenerated at appropriate timing, and the yield of 1,3-butadiene is improved. Examples of analyzers for monitoring the 1,3-butadiene concentration and hydrogen concentration in the second reactor include process mass spectrometers and gas chromatography.

本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、前記した工程A~工程Cを含み、必要に応じてさらに工程Dを含む。本実施形態は、工程A~工程Dにおいて説明した各構成を適宜選択し、組み合わせて実施することができる。以下、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法の実施形態例を示して具体的に説明する。 The method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment includes Steps A to C described above and, if necessary, Step D. The present embodiment can be carried out by appropriately selecting and combining the configurations described in steps A to D. Hereinafter, the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment will be specifically described by showing an embodiment example.

図4は、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造装置100(以下、「製造装置100」ともいう)の模式図である。なお、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。 FIG. 4 is a schematic diagram of a 1,3-butadiene production apparatus 100 (hereinafter also referred to as "production apparatus 100") of the present embodiment. It should be noted that the dimensions and the like of the drawings illustrated in the following description are only examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope of not changing the gist of the present invention. .

製造装置100は、ガス調製手段1と、転化手段2と、精製手段3と、を備えている。
ガス調製手段1は、原料収容部102と、気化器104と、希釈用ガス収容部106と、を備えている。転化手段2は、第1反応器108と、水素濃度低減装置109と、第2反応器110と、を備えている。精製手段3は、気液分離器112と、第1蒸留塔114と、第3反応器116と、第2蒸留塔118と、回収部120と、を備えている。
The manufacturing apparatus 100 includes gas preparation means 1 , conversion means 2 and purification means 3 .
The gas preparation means 1 includes a raw material container 102 , a vaporizer 104 , and a dilution gas container 106 . The conversion means 2 comprises a first reactor 108 , a hydrogen concentration reducing device 109 and a second reactor 110 . The purification means 3 includes a gas-liquid separator 112 , a first distillation column 114 , a third reactor 116 , a second distillation column 118 and a recovery section 120 .

原料収容部102と気化器104とは配管10で接続されている。配管10には流量指示調整計11が設けられている。気化器104と第1反応器108とは配管12によって接続されている。配管12には、気化器104内の圧力に基づいて流量を調整する圧力指示調整計14、ミキサー16、熱交換器18、温度指示調整計20、弁22が気化器104側からこの順に設けられている。希釈用ガス収容部106は、配管24によって、配管12における圧力指示調整計14とミキサー16との間に接続されている。配管24には流量指示調整計26が設けられている。 The raw material container 102 and the vaporizer 104 are connected by the pipe 10 . A flow rate indicator adjuster 11 is provided in the pipe 10 . Vaporizer 104 and first reactor 108 are connected by pipe 12 . The piping 12 is provided with a pressure indicator adjuster 14 for adjusting the flow rate based on the pressure in the vaporizer 104, a mixer 16, a heat exchanger 18, a temperature indicator adjuster 20, and a valve 22 in this order from the vaporizer 104 side. ing. Diluent gas container 106 is connected by pipe 24 between pressure indicator adjuster 14 and mixer 16 in pipe 12 . A flow indicator adjuster 26 is provided in the pipe 24 .

2つ以上の並列の第1反応器108と、水素濃度低減装置109とは、第1反応器108側が分岐している配管28によって接続されている。配管28の第1反応器108側の分岐部分にはそれぞれ弁30が設けられている。水素濃度低減装置109と、2つ以上の並列の第2反応器110とは、第2反応器110側が分岐している配管29によって接続されている。配管29の第2反応器110側の分岐部分にはそれぞれ弁32が設けられている。配管28には分析計34が設けられている。また、配管12の気化器104と圧力指示調整計14の間から分岐し、配管28の第2反応器110側の分岐部と分析計34との間に接続される配管36が設けられている。配管36には、流量指示調整計38が設けられており、分析計34の分析結果に基づいて配管36の流量を調整できるようになっている。配管29には分析計35が設けられている。また、配管24の希釈用ガス収容部106と流量指示調整計26の間から分岐し、配管29の水素濃度低減装置109と分析計35との間に接続される配管37が設けられている。配管37には、流量指示調整計27が設けられており、分析計35の分析結果に基づいて配管37の流量を調整できるようになっている。水素濃度低減装置109は、工程B4-1を行う場合、熱交換器130、気液分離器132、及び気化器138がこの順で設置された水素濃度低減装置109である(図5)。気液分離器132は配管28と接続されおり、配管28上には熱交換器130が設けられている。気液分離器132は配管134と接続されている。気液分離器132と気化器138は配管136で接続されている。気化器138は配管29と接続されている。工程B4-3を行う場合、ガス分離器及び水素を含むガスを排出する配管が設置された水素濃度低減装置(不図示)であり、工程B4-4を行う場合、スクラバー、気化器がこの順番で設置された水素濃度低減装置(不図示)である。なお、水素濃度低減装置は、上述した態様のうち、いずれか1つ以上を備えていればよい。 The two or more parallel first reactors 108 and the hydrogen concentration reduction device 109 are connected by a pipe 28 branched on the first reactor 108 side. A valve 30 is provided at each branched portion of the pipe 28 on the first reactor 108 side. The hydrogen concentration reducing device 109 and two or more parallel second reactors 110 are connected by a pipe 29 branched on the second reactor 110 side. A valve 32 is provided at each branch portion of the pipe 29 on the side of the second reactor 110 . An analyzer 34 is provided in the pipe 28 . Further, a pipe 36 is provided which branches from between the vaporizer 104 and the pressure indicator regulator 14 of the pipe 12 and is connected between the branch portion of the pipe 28 on the side of the second reactor 110 and the analyzer 34. . The pipe 36 is provided with a flow rate indicator adjuster 38 so that the flow rate of the pipe 36 can be adjusted based on the analysis result of the analyzer 34 . An analyzer 35 is provided in the pipe 29 . Further, a pipe 37 is provided which branches from between the diluent gas storage portion 106 and the flow indicator adjuster 26 of the pipe 24 and is connected between the hydrogen concentration reducing device 109 of the pipe 29 and the analyzer 35 . The pipe 37 is provided with a flow rate indicator adjuster 27 so that the flow rate of the pipe 37 can be adjusted based on the analysis result of the analyzer 35 . The hydrogen concentration reducing device 109 is a hydrogen concentration reducing device 109 in which a heat exchanger 130, a gas-liquid separator 132, and a vaporizer 138 are installed in this order when step B4-1 is performed (FIG. 5). The gas-liquid separator 132 is connected to the pipe 28 and the heat exchanger 130 is provided on the pipe 28 . The gas-liquid separator 132 is connected with a pipe 134 . The gas-liquid separator 132 and vaporizer 138 are connected by a pipe 136 . Vaporizer 138 is connected to pipe 29 . When performing step B4-3, a gas separator and a hydrogen concentration reduction device (not shown) equipped with a pipe for discharging gas containing hydrogen, and when performing step B4-4, a scrubber and a vaporizer in this order. It is a hydrogen concentration reduction device (not shown) installed in . Note that the hydrogen concentration reduction device may include any one or more of the above-described aspects.

2つ以上の並列の第2反応器110と気液分離器112とは接続配管40で接続されている。接続配管40の第2反応器110側の分岐部分にはそれぞれ弁42が設けられ、また、気液分離器112寄りの位置に熱交換器44が設けられている。
気液分離器112と第1蒸留塔114とは配管46によって接続されている。配管46には、ポンプ48と、気液分離器112内の液面レベルに基づいて流量を調整するレベル指示調整計50とが、気液分離器112側からこの順に設けられている。
Two or more parallel second reactors 110 and gas-liquid separators 112 are connected by connecting pipes 40 . A valve 42 is provided at each branch portion of the connecting pipe 40 on the side of the second reactor 110 , and a heat exchanger 44 is provided at a position closer to the gas-liquid separator 112 .
Gas-liquid separator 112 and first distillation column 114 are connected by pipe 46 . The pipe 46 is provided with a pump 48 and a level indicator adjuster 50 for adjusting the flow rate based on the liquid level in the gas-liquid separator 112 in this order from the gas-liquid separator 112 side.

第1蒸留塔114の塔頂には配管52が接続されている。また、気液分離器112の気相部と接続され、配管52に合流する配管54が設けられている。
第1蒸留塔114の中間部と第3反応器116とは配管56によって接続されている。
第3反応器116と回収部120とは配管58によって接続されている。
A pipe 52 is connected to the top of the first distillation column 114 . Further, a pipe 54 that is connected to the gas phase portion of the gas-liquid separator 112 and merges with the pipe 52 is provided.
An intermediate portion of the first distillation column 114 and the third reactor 116 are connected by a pipe 56 .
The third reactor 116 and recovery section 120 are connected by a pipe 58 .

第1蒸留塔114の塔底と第2蒸留塔118とは配管60によって接続されている。第2蒸留塔118の塔頂と、配管28における配管36との接続部と分析計34との間とは配管62によって接続されている。第2蒸留塔118の塔底には配管64が接続されている。 The bottom of first distillation column 114 and second distillation column 118 are connected by pipe 60 . A pipe 62 connects the top of the second distillation column 118 , the connecting portion of the pipe 28 to the pipe 36 and the analyzer 34 . A pipe 64 is connected to the bottom of the second distillation column 118 .

以下、製造装置100を用いる第1実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法について説明する。
原料収容部102から配管10を通じて気化器104にエタノール供給原料を供給し、圧力が-1.0MPaG~1.0MPaG、温度が-100℃~200℃の条件でエタノール供給原料を気化してエタノール含有ガスとする(工程A1)。気化器104から配管12にエタノール含有ガスを送り出し、希釈用ガス収容部106から配管24を通じて窒素ガス(希釈用ガス)を合流させ、ミキサー16で混合する。そして、エタノール含有ガスのエタノール濃度を0.1体積%~100体積%の範囲内で調整する(工程A2)。
A method for producing 1,3-butadiene according to the first embodiment using the production apparatus 100 will be described below.
The ethanol feedstock is supplied from the raw material storage unit 102 to the vaporizer 104 through the pipe 10, and the ethanol feedstock is vaporized under the conditions of -1.0 MPaG to 1.0 MPaG and the temperature of -100°C to 200°C to contain ethanol. It is made into gas (process A1). Ethanol-containing gas is sent from the vaporizer 104 to the pipe 12 , and nitrogen gas (dilution gas) is joined from the diluent gas storage unit 106 through the pipe 24 and mixed by the mixer 16 . Then, the ethanol concentration of the ethanol-containing gas is adjusted within the range of 0.1% by volume to 100% by volume (step A2).

エタノール濃度を調整したエタノール含有ガスを熱交換器18で加熱し、2つ以上の並列の第1反応器108に供給する。各々の第1反応器108において、例えば、圧力が0~1.0MPaG、温度が50℃~500℃の条件でエタノール含有ガスを第1触媒に接触処理させて、前記エタノール含有ガス中のエタノールの一部をアセトアルデヒドに転化する(工程B1)。各々の第1反応器108からエタノール及びアセトアルデヒドを含む中間ガスを配管28へと送り出す。 The ethanol-containing gas with adjusted ethanol concentration is heated by the heat exchanger 18 and supplied to two or more parallel first reactors 108 . In each first reactor 108, for example, the ethanol-containing gas is contacted with the first catalyst under conditions of a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 50° C. to 500° C., so that ethanol in the ethanol-containing gas is A portion is converted to acetaldehyde (step B1). An intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde is sent from each first reactor 108 to the pipe 28 .

気化器104(工程A1)で得たエタノール含有ガスの一部を、配管36を通じて中間ガスに混合して混合ガスを得る(工程B2)。分析計34によって第2反応器110に供給される中間ガス中のモル比(エタノール/アルデヒド)を分析する。その結果に基づいて流量指示調整計38によって配管36からのエタノール含有ガスの流量を調整し、第2反応器110に供給する混合ガスのモル比(エタノール/アルデヒド)を1~100の範囲で調整する(工程B2)。具体的には、製造プロセスを運転中にモル比(エタノール/アルデヒド)が小さくなった場合、配管36から供給されるエタノール含有ガスの流量を増加させることで、モル比(エタノール/アルデヒド)を大きくすることができる。反対にモル比(エタノール/アルデヒド)が大きくなった場合、配管36から供給されるエタノール含有ガスの流量を減らすことによって、モル比(エタノール/アルデヒド)を小さくすることができる。 A part of the ethanol-containing gas obtained in the vaporizer 104 (step A1) is mixed with the intermediate gas through the pipe 36 to obtain a mixed gas (step B2). The analyzer 34 analyzes the molar ratio (ethanol/aldehyde) in the intermediate gas supplied to the second reactor 110 . Based on the result, the flow rate indicator adjuster 38 adjusts the flow rate of the ethanol-containing gas from the pipe 36, and adjusts the molar ratio (ethanol/aldehyde) of the mixed gas supplied to the second reactor 110 within the range of 1 to 100. (Step B2). Specifically, when the molar ratio (ethanol/aldehyde) decreases during operation of the manufacturing process, the flow rate of the ethanol-containing gas supplied from the pipe 36 is increased to increase the molar ratio (ethanol/aldehyde). can do. Conversely, when the molar ratio (ethanol/aldehyde) increases, the molar ratio (ethanol/aldehyde) can be decreased by reducing the flow rate of the ethanol-containing gas supplied from the pipe 36 .

前記中間ガス又は前記混合ガスを水素濃度低減装置109へ送る。前記中間ガス又は前記混合ガスをエタノール及びアセトアルデヒドと、水素ガスとに分離する。具体的には、図5に示すように、熱交換器130によって冷却して気液分離器132に供給する。気液分離器132において、前記中間ガス又は前記混合ガスから水素ガスを分離する。詳細には、気液分離によって、エタノール及びアセトアルデヒドを含む液と、水素ガスとに分離することができる(工程B4-1)。この場合、エタノール及びアセトアルデヒドを含む液を、配管136を通じて気化器138に供給する。エタノール及びアセトアルデヒドを含む液を気化器138によって加熱し、再び気化して前記中間ガス又は混合ガスとして配管29を通じて第2反応器110に供給する。気液分離器132で分離された水素ガスは、配管134を通じて外部で処理される。 The intermediate gas or the mixed gas is sent to the hydrogen concentration reduction device 109 . The intermediate gas or the mixed gas is separated into ethanol and acetaldehyde and hydrogen gas. Specifically, as shown in FIG. 5, it is cooled by the heat exchanger 130 and supplied to the gas-liquid separator 132 . Hydrogen gas is separated from the intermediate gas or the mixed gas in the gas-liquid separator 132 . Specifically, the liquid containing ethanol and acetaldehyde can be separated from the hydrogen gas by gas-liquid separation (step B4-1). In this case, a liquid containing ethanol and acetaldehyde is supplied to vaporizer 138 through pipe 136 . A liquid containing ethanol and acetaldehyde is heated by the vaporizer 138, vaporized again, and supplied to the second reactor 110 through the pipe 29 as the intermediate gas or mixed gas. Hydrogen gas separated by the gas-liquid separator 132 is processed outside through a pipe 134 .

分析計35によって第2反応器110に供給される前記中間ガス又は前記混合ガス中の水素濃度を分析する。その結果に基づいて、流量指示調整計27によって配管37からの窒素ガス(希釈用ガス)の流量を調整し、第2反応器110に供給する中間ガス又は混合ガス中の水素濃度を15体積%未満に制御する(工程B4-2)。
また、分析計35によって、前記中間ガス又は前記混合ガス中のエタノール濃度を分析する。その結果に基づいて、流量指示調整計27によって配管37からの窒素ガス(不活性ガス)の流量を調整し、第2反応器110に供給する中間ガス又は混合ガス(原料ガス)中の不活性ガス濃度を5~50体積%に制御する(工程B5)。
The concentration of hydrogen in the intermediate gas or the mixed gas supplied to the second reactor 110 is analyzed by the analyzer 35 . Based on the result, the flow rate of the nitrogen gas (diluent gas) from the pipe 37 is adjusted by the flow indicator adjuster 27, and the hydrogen concentration in the intermediate gas or mixed gas supplied to the second reactor 110 is 15% by volume. Control to less than (step B4-2).
Also, the analyzer 35 analyzes the ethanol concentration in the intermediate gas or the mixed gas. Based on the result, the flow rate of the nitrogen gas (inert gas) from the pipe 37 is adjusted by the flow indicator adjuster 27, and the inert gas in the intermediate gas or mixed gas (raw material gas) supplied to the second reactor 110 The gas concentration is controlled to 5-50% by volume (step B5).

原料ガスを2つ以上の並列の第2反応器110に供給する。各々の第2反応器110において、例えば、圧力が0~1.0MPaG、温度が50℃~500℃の条件で前記原料ガスを、第2触媒を含む触媒層と接触処理させて、前記原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化する(工程B3)。各々の第2反応器110から1,3-ブタジエン含有ガスを接続配管40へと送り出す。 Feed gas is supplied to two or more parallel second reactors 110 . In each of the second reactors 110, for example, the source gas is brought into contact with a catalyst layer containing a second catalyst under conditions of a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 50° C. to 500° C. to produce the source gas. Ethanol and acetaldehyde in are converted to 1,3-butadiene (Step B3). A 1,3-butadiene-containing gas is delivered from each second reactor 110 to the connecting pipe 40 .

1,3-ブタジエン含有ガスを、熱交換器44によって冷却して気液分離器112に供給する。気液分離器112において、1,3-ブタジエン含有ガスから気液分離によって水素ガスを分離する。詳細には、気液分離によって、1,3-ブタジエン含有ガスを、水素ガス及び窒素ガス(希釈用ガス)と、1,3-ブタジエン含有液とに分離する(工程C2)。ポンプ48を駆動させ、1,3-ブタジエン含有液を気液分離器112から配管46を通じて第1蒸留塔114に供給し、第1蒸留塔114にて1,3-ブタジエン含有液を蒸留する。第1蒸留塔114の塔頂から配管52にエチレン含有ガスを抜き出し、塔底から配管60にアセトアルデヒド含有液を抜き出し、中間部から配管56に1,3-ブタジエン含有流出物を抜き出して、それぞれに分離する(工程C3)。配管52に抜き出したエチレン含有ガスは、気液分離器112の気相部から配管54に抜き出した水素ガス及び窒素ガス(希釈用ガス)と合流させて廃ガスとして処理する。 The 1,3-butadiene-containing gas is cooled by heat exchanger 44 and supplied to gas-liquid separator 112 . In the gas-liquid separator 112, hydrogen gas is separated from the 1,3-butadiene-containing gas by gas-liquid separation. Specifically, by gas-liquid separation, the 1,3-butadiene-containing gas is separated into hydrogen gas and nitrogen gas (diluent gas) and a 1,3-butadiene-containing liquid (step C2). The pump 48 is driven to supply the 1,3-butadiene-containing liquid from the gas-liquid separator 112 through the pipe 46 to the first distillation column 114, where the 1,3-butadiene-containing liquid is distilled. An ethylene-containing gas is extracted from the top of the first distillation column 114 to the pipe 52, an acetaldehyde-containing liquid is extracted from the bottom of the column to the pipe 60, and a 1,3-butadiene-containing effluent is extracted from the intermediate part to the pipe 56. Separate (step C3). The ethylene-containing gas drawn out to the pipe 52 is combined with the hydrogen gas and nitrogen gas (dilution gas) drawn out from the gas phase part of the gas-liquid separator 112 to the pipe 54 and treated as waste gas.

配管56に抜き出した1,3-ブタジエン含有流出物を第3反応器116に供給し、第3触媒の存在下、1,3-ブタジエン含有流出物を脱水素化反応させて、1,3-ブタジエン含有流出物中のブテン(1-ブテン、2-ブテン、イソブテン)を1,3-ブタジエンに転化する(工程C1)。配管58によって、第3反応器116から回収部120に精製1,3-ブタジエンを送って回収する。 The 1,3-butadiene-containing effluent discharged through the pipe 56 is supplied to the third reactor 116, where the 1,3-butadiene-containing effluent is dehydrogenated in the presence of the third catalyst to produce 1,3- The butenes (1-butene, 2-butene, isobutene) in the butadiene-containing effluent are converted to 1,3-butadiene (step C1). Purified 1,3-butadiene is sent from the third reactor 116 to the recovery unit 120 through the pipe 58 and recovered.

第1蒸留塔114の塔底から配管60に抜き出したアセトアルデヒド含有液は第2蒸留塔118に供給して蒸留する。第2蒸留塔118の塔底から配管64に水を含む残液を抜き出し、塔頂から配管62にアセトアルデヒド含有ガスを抜き出す(工程C4)。配管62に抜き出したアセトアルデヒド含有ガスは、前記したように中間ガスに混合する(工程B2)。配管64に抜き出した水を含む残液は廃液として処理する。 The acetaldehyde-containing liquid extracted from the bottom of the first distillation column 114 to the pipe 60 is supplied to the second distillation column 118 and distilled. A water-containing residual liquid is extracted from the bottom of the second distillation column 118 to a pipe 64, and an acetaldehyde-containing gas is extracted from the top of the column to a pipe 62 (step C4). The acetaldehyde-containing gas extracted to the pipe 62 is mixed with the intermediate gas as described above (step B2). The residual liquid containing water extracted to the pipe 64 is treated as a waste liquid.

例えば、2つ以上の並列の第1反応器108のうちの少なくとも1つの第1反応器108の両側の弁22及び弁30を閉じ、製造ラインから切り離す。切り離した第1反応器108に、圧力が0~1.0MPaG、温度が0℃~500℃の条件で酸素含有ガスを供給し、その第1反応器108から二酸化炭素を含むガスを排出させて第1触媒を再生する。もしくは第1反応器108から第1触媒を取り出し、第1反応器108外で再生した第1触媒、もしくは未使用の第1触媒を第1反応器108に充填して第1触媒を再生する。
このとき、残りの第1反応器108においてはエタノールからアセトアルデヒドへの転化反応を継続し、1,3-ブタジエンを連続的に製造し続ける(工程D11、工程D21、工程D31)。触媒再生処理後の第1反応器108を再び製造ラインに接続し、その両側の弁22及び弁30を開いて転化反応を再開する(工程B1)。
For example, the valves 22 and 30 on both sides of at least one first reactor 108 of the two or more parallel first reactors 108 are closed and disconnected from the production line. An oxygen-containing gas is supplied to the separated first reactor 108 under the conditions of a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 0° C. to 500° C., and a gas containing carbon dioxide is discharged from the first reactor 108. Regenerate the first catalyst. Alternatively, the first catalyst is taken out from the first reactor 108, and the first catalyst regenerated outside the first reactor 108 or an unused first catalyst is filled into the first reactor 108 to regenerate the first catalyst.
At this time, the conversion reaction from ethanol to acetaldehyde continues in the remaining first reactor 108 to continuously produce 1,3-butadiene (steps D11, D21, D31). After the catalyst regeneration treatment, the first reactor 108 is connected to the production line again, and the valves 22 and 30 on both sides are opened to restart the conversion reaction (step B1).

例えば、2つ以上の並列の第2反応器110のうちの少なくとも1つの第2反応器110の両側の弁32及び弁42を閉じ、製造ラインから切り離す。切り離した第2反応器110に、圧力が0~1.0MPaG、温度が0℃~500℃の条件で酸素含有ガスを供給し、その第2反応器110から二酸化炭素を含むガスを排出させて第2触媒を再生する。もしくは第2反応器110から第2触媒を取り出し、第2反応器110外で再生した第2触媒、もしくは未使用の第2触媒を第2反応器110に充填して第2触媒を再生する。
このとき、残りの第2反応器110においてはエタノール及びアセトアルデヒドから1,3-ブタジエンへの転化反応を継続し、1,3-ブタジエンを連続的に製造し続ける(工程D12、工程D22、工程D32)。触媒再生処理後の第2反応器110を再び製造ラインに接続し、その両側の弁32及び弁42を開いて転化反応を再開する(工程B2)。
本実施形態においては、工程D11、工程D21、工程D31、工程D12、工程D22及び工程D32のうち、いずれか1つを行ってもよく、2つ以上を適宜組み合わせて行ってもよい。
For example, the valves 32 and 42 on both sides of at least one second reactor 110 of the two or more parallel second reactors 110 are closed and disconnected from the production line. An oxygen-containing gas is supplied to the separated second reactor 110 under conditions of a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 0 ° C. to 500 ° C., and a gas containing carbon dioxide is discharged from the second reactor 110. Regenerate the second catalyst. Alternatively, the second catalyst is taken out from the second reactor 110, and the second catalyst regenerated outside the second reactor 110 or an unused second catalyst is filled into the second reactor 110 to regenerate the second catalyst.
At this time, in the remaining second reactor 110, the conversion reaction from ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene is continued to continuously produce 1,3-butadiene (step D12, step D22, step D32 ). After the catalyst regeneration treatment, the second reactor 110 is connected to the production line again, and the valves 32 and 42 on both sides are opened to restart the conversion reaction (step B2).
In the present embodiment, any one of process D11, process D21, process D31, process D12, process D22, and process D32 may be performed, or two or more may be appropriately combined.

なお、上記構成の製造装置100においては、第1反応器108と第2反応器110とを接続する配管28、配管29の経路に、第1触媒が第2反応器110内に混入するのを防止するための、図示略の集塵装置を設置することが好ましい。
このような集塵装置を設置することにより、第2反応器110におけるエタノールからアセトアルデヒドへの転化反応を抑制することができ、エタノールが必要な第2触媒による1,3-ブタジエンへの転化を安定的に維持することが可能になる。
上記のような集塵装置としては、特に限定されないが、例えば、サイクロン、バグフィルター、又は充填層フィルターを例示できる。
In addition, in the manufacturing apparatus 100 having the above configuration, the first catalyst is prevented from being mixed into the second reactor 110 in the route of the pipe 28 and the pipe 29 connecting the first reactor 108 and the second reactor 110. It is preferable to install a dust collector (not shown) to prevent this.
By installing such a dust collector, the conversion reaction from ethanol to acetaldehyde in the second reactor 110 can be suppressed, and the conversion to 1,3-butadiene by the second catalyst that requires ethanol is stabilized. can be effectively maintained.
Examples of the dust collector as described above include, but are not particularly limited to, a cyclone, a bag filter, or a packed bed filter.

さらに、製造装置100においては、第1触媒又は第2触媒が、第1反応器108又は第2反応器110の後段側に流出するのを防止するため、これら各反応器の後段側、具体的には配管28、配管29及び接続配管40に図示略の触媒保持ユニットを設置することが好ましい。
このような触媒保持ユニットを設置することにより、第1反応器108又は第2反応器110から流出した第1触媒及び第2触媒が、これら各反応器以外の配管内等において蓄積するのを防止できる。これにより、エタノール、又は、エタノール及びアセトアルデヒドから1,3-ブタジエンへの転化反応が、各反応器以外の箇所で生じることによる、炭素含有物の生成や、1,3-ブタジエンの収率の低下を抑制することが可能になる。
上記のような触媒保持ユニットとしては、特に限定されないが、例えば、グリッドサポート、多孔板、又はアルミナボール等が例示できる。
Furthermore, in the production apparatus 100, in order to prevent the first catalyst or the second catalyst from flowing out to the rear stage side of the first reactor 108 or the second reactor 110, the rear stage side of each reactor, specifically, Preferably, a catalyst holding unit (not shown) is installed in the pipe 28, the pipe 29 and the connecting pipe 40.
By installing such a catalyst holding unit, the first catalyst and the second catalyst flowing out from the first reactor 108 or the second reactor 110 are prevented from accumulating in pipes other than these reactors. can. As a result, the conversion reaction of ethanol or ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene occurs at a location other than each reactor, resulting in the production of carbon-containing substances and a decrease in the yield of 1,3-butadiene. can be suppressed.
Examples of the catalyst holding unit as described above include, but are not limited to, grid supports, perforated plates, and alumina balls.

以上説明したように、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、工程A~工程Cを行う。特に工程B4-1又は工程4-2を行うことにより、第2反応器110に供給する中間ガス又は混合ガス中の水素濃度が15体積%未満となり、第2触媒の活性の低下、副反応を抑制することができ、1,3-ブタジエンの収率が向上する。
加えて、工程B5を行うことにより、第2反応器110に供給する原料ガス中の不活性ガスの含有量を5~50体積%にできる。このため、原料ガス中のエタノール濃度を低減でき、副生成物の配管への付着を抑制し、温度低下による1,3-ブタジエンの収率の低下を抑制できる。
さらに、工程B5を行うことにより、工程B3で生成する水蒸気を不活性ガスで置換でき、工程Dを行ったときに、反応器110の内部に残存する水分の急激な気化による第2触媒の破壊を防ぐことができる。
As described above, in the method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment, Steps A to C are performed. In particular, by performing step B4-1 or step 4-2, the hydrogen concentration in the intermediate gas or mixed gas supplied to the second reactor 110 is less than 15% by volume, the activity of the second catalyst is reduced, and side reactions occur. can be suppressed, and the yield of 1,3-butadiene is improved.
In addition, by performing step B5, the content of inert gas in the raw material gas supplied to the second reactor 110 can be made 5 to 50% by volume. Therefore, the concentration of ethanol in the raw material gas can be reduced, adhesion of by-products to the pipes can be suppressed, and a drop in the yield of 1,3-butadiene due to temperature drop can be suppressed.
Furthermore, by performing the step B5, the water vapor generated in the step B3 can be replaced with an inert gas, and when the step D is performed, the moisture remaining inside the reactor 110 rapidly vaporizes to destroy the second catalyst. can be prevented.

本発明の本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、上述した実施態様には限定されず、各工程で説明した構成を適宜組み合わせることができる。本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、上記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 The method for producing 1,3-butadiene of the present invention is not limited to the embodiments described above, and the configurations described in each step can be appropriately combined. It is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiments with well-known constituent elements without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、エタノールから1,3-ブタジエンまでの転化反応として、式(1)及び式(2)で表される2段階反応を採用した場合について説明したが、本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、下記式(3)で表される1段反応を採用してもよい。
2CHCHOH→CH=CH-CH=CH+2HO+H ・・・(3)
For example, in the above-described embodiment, the case of adopting the two-step reaction represented by formula (1) and formula (2) as the conversion reaction from ethanol to 1,3-butadiene was described. ,3-butadiene may employ a one-step reaction represented by the following formula (3).
2CH 3 CH 2 OH→CH 2 =CH-CH=CH 2 +2H 2 O+H 2 (3)

1,3-ブタジエンの製造方法として、1段反応を採用した場合、不活性ガスは、エタノール含有ガスへと供給される。 When a one-step reaction is adopted as the method for producing 1,3-butadiene, the inert gas is supplied to the ethanol-containing gas.

次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[実施例1~4、比較例1]
上述の製造装置100Aを用いて、1,3-ブタジエンの製造を行った。この際、工程B3(転化工程)の条件は、以下の通りとした。また、第2反応器の下流に、屈曲部を1箇所有する接続配管(ステンレス鋼管)を適用した。接続配管の曲率半径は30mm、算術平均粗さは30μmとし、原料ガス中の不活性ガスの含有量は、表1に示す通りとした。
・不活性ガス:窒素ガス(純度99%)。
・屈曲部における接続配管の内面温度:190℃(463K)。
・工程B3(転化工程):圧力0.1MPaG、温度350℃(623K)、第2触媒:二酸化ジルコニウムと二酸化ケイ素との混合触媒(ZrO(10wt% for SiO)/SiO)。
[Examples 1 to 4, Comparative Example 1]
1,3-butadiene was produced using the production apparatus 100A described above. At this time, the conditions of step B3 (conversion step) were as follows. In addition, a connection pipe (stainless steel pipe) having one bent portion was applied downstream of the second reactor. The radius of curvature of the connecting pipe was set to 30 mm, the arithmetic mean roughness was set to 30 μm, and the inert gas content in the raw material gas was set as shown in Table 1.
- Inert gas: Nitrogen gas (purity 99%).
- The inner surface temperature of the connecting pipe at the bend: 190°C (463K).
Step B3 (conversion step): pressure 0.1 MPaG, temperature 350° C. (623 K), second catalyst: mixed catalyst of zirconium dioxide and silicon dioxide (ZrO 2 (10 wt % for SiO 2 )/SiO 2 ).

1.触媒の製造
まず、塩化酸化ジルコニウム八水和物(ZrClO・8HO:富士フイルム和光純薬(株)製)0.7gを、水100mLに溶解して、水溶液を調製した。次に、この水溶液を2.0gの多孔質担体(富士シリシア化学(株)製のシリカ多孔質粒子、平均粒径:1.77mm、平均細孔直径:10nm、全細孔容積:1.01mL/g、比表面積:283m/g)に滴下した。その後、大気圧下、超音波洗浄機で、1時間攪拌した後、濾過により水溶液を分離した。回収された多孔質体を110℃で4時間乾燥した後、さらに400℃で4.5時間焼成して、触媒を製造した。
1. Production of Catalyst First, 0.7 g of zirconium chloride oxide octahydrate (ZrCl 2 O.8H 2 O: manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 100 mL of water to prepare an aqueous solution. Next, this aqueous solution was added to 2.0 g of a porous carrier (silica porous particles manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., average particle size: 1.77 mm, average pore diameter: 10 nm, total pore volume: 1.01 mL /g, specific surface area: 283 m 2 /g). Then, after stirring for 1 hour with an ultrasonic cleaner under atmospheric pressure, the aqueous solution was separated by filtration. The recovered porous material was dried at 110° C. for 4 hours and then calcined at 400° C. for 4.5 hours to produce a catalyst.

<副生成物の付着の確認>
各接続配管の内面に付着する褐色の副生成物を目視で確認し、以下の評価基準に基づいて、褐色の副生成物の付着の程度を評価した。結果を表1に示す。
《評価基準》
A:褐色の副生成物の付着が見られない。
B:褐色の副生成物が若干付着している。
C:褐色の副生成物が付着している。
<Confirmation of adhesion of by-products>
A brown by-product adhering to the inner surface of each connecting pipe was visually observed, and the degree of adhesion of the brown by-product was evaluated based on the following evaluation criteria. Table 1 shows the results.
"Evaluation criteria"
A: Adhesion of brown by-product is not observed.
B: Some brown by-product adheres.
C: A brown by-product is attached.

Figure 2023031583000001
Figure 2023031583000001

表1に示すように、本発明の製造方法を適用した実施例1~4は、副生成物の付着の確認の評価が「A」又は「B」で、副生成物の配管内面への付着を抑制できることが確認できた。これに対し、原料ガス中の不活性ガスの含有量を5体積%未満とした比較例1は、副生成物の付着の確認の評価が「C」で、副生成物の配管内面への付着が確認できた。これは、原料ガス中の不活性ガスの含有量が少なく、副生成物の生成を抑制できなかったためだと考えられる。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 to which the production method of the present invention was applied, the evaluation of confirmation of adhesion of by-products was "A" or "B", and adhesion of by-products to the inner surface of the pipe was confirmed to be suppressed. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the content of the inert gas in the raw material gas was less than 5% by volume, the evaluation of confirmation of adhesion of by-products was "C", and adhesion of by-products to the inner surface of the pipe was confirmed. It is considered that this is because the content of inert gas in the raw material gas was small and the generation of by-products could not be suppressed.

[実験例1~5]
上述の製造装置100Aを用いて、実施例1と同様の条件で1,3-ブタジエンの製造を行った。ただし、原料ガス中の不活性ガスの含有量は、50体積%とし、各例の触媒層の組成及び熱伝導率は、表2に示す通りとした。
[Experimental Examples 1 to 5]
1,3-Butadiene was produced under the same conditions as in Example 1 using the production apparatus 100A described above. However, the content of the inert gas in the raw material gas was 50% by volume, and the composition and thermal conductivity of the catalyst layer in each example were as shown in Table 2.

2.触媒の評価
各実験例の触媒層を用いて、エタノールを1,3-ブタジエン(以下、「BD」とも記載する。)に変換し、1,3-ブタジエンの収率を求めた。
具体的には、まず、1.0gの触媒を直径1/2インチ(1.27cm)、長さ15.7インチ(40cm)のステンレス製円筒形の反応管に充填して反応床(触媒層)を形成した。次に、反応温度(反応床の中心温度Kc)が350℃となるように加熱し、反応圧力(反応床の圧力)を0.1MPaとした。反応中の加熱温度Krは、表2に記載の通りであった。この状態で、触媒に対するガス空間速度(GHSV)1200h-1で原料ガスを反応管に供給し、1,3-ブタジエンを含む生成ガスを得た。原料ガスの供給開始から1時間後に、生成ガスを回収した。回収した生成ガスをそれぞれガスクロマトグラフィーにより分析し、BDの選択率、原料の転化率、BDの収率([原料の転化率]×[BDの選択率])及び反応維持率を求めた。結果を表2に示す。
なお、「BDの選択率」とは、触媒を用いた反応で消費された原料(エタノール)のモル数のうち、BDへ変換された原料のモル数が占める百分率である。また、「原料の転化率」とは、原料ガスに含まれる原料のモル数のうち、消費されたモル数が占める百分率である。
2. Evaluation of Catalyst Ethanol was converted to 1,3-butadiene (hereinafter also referred to as “BD”) using the catalyst layer of each experimental example, and the yield of 1,3-butadiene was determined.
Specifically, first, 1.0 g of the catalyst is packed in a stainless steel cylindrical reaction tube having a diameter of 1/2 inch (1.27 cm) and a length of 15.7 inches (40 cm) to form a reaction bed (catalyst layer). ) was formed. Next, the mixture was heated so that the reaction temperature (center temperature Kc of the reaction bed) was 350° C., and the reaction pressure (pressure of the reaction bed) was 0.1 MPa. The heating temperature Kr during the reaction was as shown in Table 2. In this state, the source gas was supplied to the reaction tube at a gas hourly space velocity (GHSV) of 1200 h −1 against the catalyst to obtain a product gas containing 1,3-butadiene. After 1 hour from the start of supply of the raw material gas, the generated gas was collected. The collected product gases were each analyzed by gas chromatography to determine the BD selectivity, raw material conversion, BD yield ([raw material conversion]×[BD selectivity]) and reaction retention rate. Table 2 shows the results.
The term “BD selectivity” is the percentage of the number of moles of the raw material (ethanol) consumed in the reaction using the catalyst, which is converted to BD. In addition, the "raw material conversion rate" is the percentage of the number of moles consumed of the raw material contained in the raw material gas.

Figure 2023031583000002
Figure 2023031583000002

表2に示すように、触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである実験例1~4は、原料の転化率が68%以上であり、BDの収率が50%以上であった。これに対し、触媒層の熱伝導率が0.1W/m・K未満である実験例5は、原料の転化率が63%と低く、BDの収率も低かった。これは、触媒層の熱伝導率が0.1W/m・K未満と低いため、反応管内の温度低下が生じたためだと考えられる。なお、触媒層の熱伝導率が250W/m・Kを超えると、局所的な温度上昇が発生し、過反応が進行し、副生成物が多く生成し、BDの収率が低下することが分かった。 As shown in Table 2, in Experimental Examples 1 to 4 in which the thermal conductivity of the catalyst layer is 0.1 to 250 W / m K, the conversion rate of the raw material is 68% or more, and the yield of BD is 50%. That was it. On the other hand, in Experimental Example 5 in which the thermal conductivity of the catalyst layer was less than 0.1 W/m·K, the raw material conversion rate was as low as 63%, and the yield of BD was also low. This is presumably because the catalyst layer had a low thermal conductivity of less than 0.1 W/m·K, which caused the temperature inside the reaction tube to drop. If the thermal conductivity of the catalyst layer exceeds 250 W/m·K, a local temperature rise occurs, overreaction proceeds, many by-products are produced, and the yield of BD decreases. Do you get it.

[実施例5~9、比較例2]
上述の製造装置100Aを用いて、実施例1と同様の条件で1,3-ブタジエンの製造を行った。ただし、原料ガス中の不活性ガスの含有量は、50体積%とし、接続配管の屈曲部R1における曲率半径rR1、屈曲部R1における接続配管の内面温度TR1は、表3に示す通りとした。
[Examples 5 to 9, Comparative Example 2]
1,3-Butadiene was produced under the same conditions as in Example 1 using the production apparatus 100A described above. However, the content of the inert gas in the raw material gas is 50% by volume, and the radius of curvature r R1 at the bend R1 of the connection pipe and the inner surface temperature T R1 of the connection pipe at the bend R1 are as shown in Table 3. bottom.

<副生成物の付着の確認>
各接続配管の内面に付着する褐色の副生成物を目視で確認し、以下の評価基準に基づいて、褐色の副生成物の付着の程度を評価した。結果を表3に示す。
《評価基準》
A:褐色の副生成物の付着が見られない。
B:褐色の副生成物が若干付着している。
C:褐色の副生成物が付着している。
<Confirmation of adhesion of by-products>
A brown by-product adhering to the inner surface of each connecting pipe was visually observed, and the degree of adhesion of the brown by-product was evaluated based on the following evaluation criteria. Table 3 shows the results.
"Evaluation criteria"
A: Adhesion of brown by-product is not observed.
B: Some brown by-product adheres.
C: A brown by-product is attached.

Figure 2023031583000003
Figure 2023031583000003

表3に示すように、本発明を適用した実施例5~9は、副生成物の付着の確認の評価が「A」又は「B」で、副生成物の配管内面への付着を抑制できることが確認できた。これに対し、曲率半径rR1の値が20mm未満である比較例2は、副生成物の付着の確認の評価が「C」で、副生成物の配管内面への付着が確認できた。これは、曲率半径rR1の値が20mm未満であると、副生成物が屈曲部における接続配管の内部を移動しにくくなり、配管内面に付着しやすくなるためだと考えられる。副生成物が配管内面に多く付着すると、配管の閉塞を引き起こすおそれがある。 As shown in Table 3, in Examples 5 to 9 to which the present invention is applied, the evaluation of confirmation of adhesion of by-products is "A" or "B", and adhesion of by-products to the inner surface of the pipe can be suppressed. was confirmed. On the other hand, in Comparative Example 2 in which the value of the radius of curvature r R1 was less than 20 mm, the evaluation of confirmation of adhesion of by-products was "C", and adhesion of by-products to the inner surface of the pipe was confirmed. It is believed that this is because if the value of the radius of curvature r R1 is less than 20 mm, it becomes difficult for the by-product to move inside the connecting pipe at the bent portion, and the by-product tends to adhere to the inner surface of the pipe. If a large amount of the by-product adheres to the inner surface of the piping, it may clog the piping.

[実験例6~8]
<副生成物の付着の確認>
粘度の異なる化合物(副生成物)を用いて、以下の実験を行った。表4に示すように、異なる粘度(mPa・s)を有する副生成物を用意した。表4に示す曲率半径の屈曲部R1を1箇所有する接続配管の内面を190℃(463K)に加熱し、上記の副生成物100μLを接続配管の流路に滴下し、接続配管の内面に付着する褐色の副生成物を目視で確認し、以下の評価基準に基づいて、褐色の副生成物の付着の程度を評価した。結果を表4に示す。
《評価基準》
A:褐色の副生成物の付着が見られない。
B:褐色の副生成物が若干付着している。
C:褐色の副生成物が付着している。
[Experimental Examples 6 to 8]
<Confirmation of adhesion of by-products>
The following experiments were conducted using compounds (by-products) with different viscosities. By-products with different viscosities (mPa·s) were prepared as shown in Table 4. The inner surface of the connecting pipe having one bent portion R1 with the radius of curvature shown in Table 4 is heated to 190 ° C. (463 K), and 100 μL of the above byproduct is dropped into the flow path of the connecting pipe and adheres to the inner surface of the connecting pipe. A brown by-product was visually observed, and the degree of adhesion of the brown by-product was evaluated based on the following evaluation criteria. Table 4 shows the results.
"Evaluation criteria"
A: Adhesion of brown by-product is not observed.
B: Some brown by-product adheres.
C: A brown by-product is attached.

Figure 2023031583000004
Figure 2023031583000004

表4に示すように、屈曲部R1の曲率半径(rR1(mm))を屈曲部R1の内面に付着した副生成物の粘度(μR1(mPa・s))で除した値(rR1/μR1)が0.04mm/mPa・s以上である実験例6~7は、副生成物の付着の確認の評価が「A」又は「B」で、副生成物の配管内面への付着を抑制できることが確認できた。これに対し、曲率半径rR1/副生成物の粘度μR1が0.04mm/mPa・s未満である実験例8は、副生成物の付着の確認の評価が「C」で、副生成物の配管内面への付着が確認できた。これは、曲率半径rR1/副生成物の粘度μR1が0.04mm/mPa・s未満であると、副生成物が屈曲部における接続配管の内部を移動しにくくなり、配管内面に付着しやすくなるためだと考えられる。 As shown in Table 4 , the value ( r R1R1 ) is 0.04 mm/mPa s or more, the evaluation of confirmation of adhesion of by-products is "A" or "B", and adhesion of by-products to the inner surface of the pipe was confirmed to be suppressed. On the other hand, in Experimental Example 8, in which the radius of curvature r R1 /the viscosity μ R1 of the by-product is less than 0.04 mm/mPa·s, the evaluation of confirmation of adhesion of the by-product is “C”, and the by-product was confirmed to adhere to the inner surface of the pipe. This is because when the radius of curvature r R1 /viscosity μ R1 of the by-product is less than 0.04 mm/mPa·s, the by-product is less likely to move inside the connecting pipe at the bend and adhere to the inner surface of the pipe. Presumably because it makes it easier.

[実験例9~12]
製造装置100Aのバイパス41に捕捉された副生成物をガスクロマトグラフィー(GC)で分析した結果、δ-ヘキサノラクトン、2,6-ジイソプロピルフェノール、1-アダマンチルメチルケトンが含まれていることが分かった。この捕捉された副生成物を用いて以下の実験を行った。
[Experimental Examples 9 to 12]
As a result of gas chromatography (GC) analysis of the by-product captured in the bypass 41 of the manufacturing apparatus 100A, it was found to contain δ-hexanolactone, 2,6-diisopropylphenol, and 1-adamantylmethyl ketone. Do you get it. The following experiments were performed using this captured by-product.

<副生成物の移動速度の測定>
表5に示す算術平均粗さRa40(μm)を有し、曲率半径30mmの屈曲部を1箇所有する接続配管を用意し(Ra40は、接続配管内面の値)、屈曲部における内面温度が200℃(473K)になるように加熱した。加熱した接続配管の流路にバイパス41に捕捉された副生成物100μLを滴下し、5分間放置した。その後、接続配管を90°傾けて、15秒後における副生成物の液滴の移動距離を測定し、副生成物の液滴の移動速度を算出した。結果を表5に示す。
<Measurement of moving speed of by-product>
A connection pipe having an arithmetic mean roughness Ra 40 (μm) shown in Table 5 and having one bend with a radius of curvature of 30 mm was prepared (Ra 40 is the value of the inner surface of the connection pipe), and the inner surface temperature at the bend was Heated to 200° C. (473 K). 100 μL of the by-product captured by the bypass 41 was dropped into the flow path of the heated connecting pipe and left for 5 minutes. After that, the connecting pipe was tilted by 90°, and the moving distance of the droplet of the by-product after 15 seconds was measured to calculate the moving speed of the droplet of the by-product. Table 5 shows the results.

Figure 2023031583000005
Figure 2023031583000005

表5に示すように、Ra40が1.02μm以下の実験例9~11は、副生成物の液滴の移動速度が1.2mm/s以上であった。これに対し、Ra40が1.03μmの実験例12は、副生成物の液滴の移動速度が0.0mm/sであった。このことから、Ra40が1.02μm超であると、副生成物が接続配管の屈曲部にとどまり、接続配管の内面に付着しやすくなることが分かった。 As shown in Table 5, in Experimental Examples 9 to 11 in which Ra 40 was 1.02 μm or less, the movement speed of the by-product droplets was 1.2 mm/s or more. On the other hand, in Experimental Example 12 with Ra 40 of 1.03 μm, the movement speed of the by-product droplets was 0.0 mm/s. From this, it was found that if Ra 40 is more than 1.02 μm, the by-product stays in the bent portion of the connecting pipe and tends to adhere to the inner surface of the connecting pipe.

[実験例13~15]
<副生成物の移動速度の測定>
粘度の異なる化合物(副生成物)を用いて、以下の実験を行った。表6に示すように、異なる粘度(mPa・s)を有する副生成物を用意した。接続配管の内面の算術平均粗さRa40が0.09μm、曲率半径30mmの屈曲部を1箇所有する接続配管を用意し、屈曲部における内面温度が190℃(463K)になるように加熱した。加熱した接続配管の流路に上記の副生成物100μLを滴下し、5分間放置した。その後、接続配管を90°傾けて、15秒後における副生成物の液滴の移動距離を測定し、副生成物の液滴の移動速度を算出した。結果を表6に示す。
[Experimental Examples 13 to 15]
<Measurement of moving speed of by-product>
The following experiments were conducted using compounds (by-products) with different viscosities. By-products with different viscosities (mPa·s) were prepared as shown in Table 6. A connecting pipe having an inner surface arithmetic mean roughness Ra 40 of 0.09 μm and a bending portion with a radius of curvature of 30 mm was prepared and heated so that the inner surface temperature at the bending portion was 190° C. (463 K). 100 μL of the by-product was dropped into the flow path of the heated connecting pipe and left for 5 minutes. After that, the connecting pipe was tilted by 90°, and the moving distance of the droplet of the by-product after 15 seconds was measured to calculate the moving speed of the droplet of the by-product. Table 6 shows the results.

Figure 2023031583000006
Figure 2023031583000006

表6に示すように、接続配管の内面の算術平均粗さRa40を副生成物の粘度μ40で除した値(Ra40/μ40)が、0.0001μm/mPa・s以上である実験例13~14は、副生成物の液滴の移動速度が2.0mm/s以上であった。これに対し、Ra40/μ40が0.0001μm/mPa・s未満である実験例15は、副生成物の液滴の移動速度が0.0mm/sであった。このことから、Ra40/μ40が0.0001μm/mPa・s未満であると、副生成物が接続配管の屈曲部にとどまり、接続配管の内面に付着しやすくなることが分かった。 As shown in Table 6, the value obtained by dividing the arithmetic mean roughness Ra 40 of the inner surface of the connecting pipe by the viscosity μ 40 of the by-product (Ra 4040 ) is 0.0001 μm/mPa s or more. In Examples 13 and 14, the moving speed of the by-product droplets was 2.0 mm/s or more. On the other hand, in Experimental Example 15, in which Ra 4040 is less than 0.0001 μm/mPa·s, the movement speed of the by-product droplets was 0.0 mm/s. From this, it was found that when Ra 4040 is less than 0.0001 μm/mPa·s, the by-product stays in the bent portion of the connecting pipe and easily adheres to the inner surface of the connecting pipe.

本発明によれば、副生成物の発生を抑制し、発生した副生成物の配管内面への付着を抑制できることが分かった。 According to the present invention, it was found that the generation of by-products can be suppressed, and the adhesion of the generated by-products to the inner surface of the pipe can be suppressed.

1…ガス調製手段、2,2A…転化手段、3…精製手段、10,12,24,28,29,36,37,46,52,54,56,58,60,62,64,134,136…配管、11,26,27,38…流量指示調整計、14…圧力指示調整計、16…ミキサー、18,44,130…熱交換器、20…温度指示調整計、22,30,32,42,43,45…弁、34,35…分析計、40…接続配管、41…バイパス、48…ポンプ、50…レベル指示調整計、100,100A…1,3-ブタジエン製造装置、102…原料収容部、104,138…気化器、106…希釈用ガス収容部、108…第1反応器、109…水素濃度低減装置、110‥第2反応器、111…触媒層、112,132…気液分離器、114…第1蒸留塔、116…第3反応器、118…第2蒸留塔、120…回収部 1... gas preparation means, 2, 2A... conversion means, 3... purification means, DESCRIPTION OF SYMBOLS 136... Piping, 11,26,27,38...Flow indicator adjuster, 14... Pressure indicator adjuster, 16... Mixer, 18,44,130... Heat exchanger, 20... Temperature indicator adjuster, 22,30,32 , 42, 43, 45... valves, 34, 35... analyzer, 40... connection pipe, 41... bypass, 48... pump, 50... level indicator adjuster, 100, 100A... 1,3-butadiene production apparatus, 102... Raw material storage unit 104, 138 Vaporizer 106 Diluent gas storage unit 108 First reactor 109 Hydrogen concentration reducing device 110 Second reactor 111 Catalyst layer 112, 132 Gas Liquid separator, 114...first distillation column, 116...third reactor, 118...second distillation column, 120...recovery section

Claims (24)

エタノールとアセトアルデヒドと不活性ガスとを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する1,3-ブタジエンの製造方法であって、
前記原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記原料ガス中のエタノールとアセトアルデヒドとを1,3-ブタジエンまで転化させる転化工程を有し、
前記原料ガス中の不活性ガスの含有量が、前記原料ガスの総体積に対して、5~50体積%である、1,3-ブタジエンの製造方法。
A method for producing 1,3-butadiene, which continuously produces 1,3-butadiene from a raw material gas containing ethanol, acetaldehyde, and an inert gas,
A conversion step of contacting the raw material gas with a catalyst layer containing a catalyst to convert ethanol and acetaldehyde in the raw material gas to 1,3-butadiene,
A method for producing 1,3-butadiene, wherein the content of the inert gas in the raw material gas is 5 to 50% by volume with respect to the total volume of the raw material gas.
前記原料ガス中の前記エタノールの含有量と前記アセトアルデヒドの含有量との合計量が、前記原料ガスの総質量に対して、40~95体積%である、請求項1に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 1,3- according to claim 1, wherein the total amount of the ethanol content and the acetaldehyde content in the source gas is 40 to 95% by volume with respect to the total mass of the source gas. A method for producing butadiene. 前記エタノールと前記アセトアルデヒドとを含む中間ガスを前記不活性ガスで希釈する希釈工程をさらに有する、請求項1又は2に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 3. The method for producing 1,3-butadiene according to claim 1, further comprising a dilution step of diluting the intermediate gas containing the ethanol and the acetaldehyde with the inert gas. 前記原料ガス中のエタノールの含有量と、前記原料ガス中のアセトアルデヒドの含有量との比率(エタノール/アセトアルデヒド比)が1~100である、請求項1~3のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 1 according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio of the content of ethanol in the source gas to the content of acetaldehyde in the source gas (ethanol/acetaldehyde ratio) is 1 to 100. , 3-butadiene production method. 前記触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである、請求項1~4のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 The method for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst layer has a thermal conductivity of 0.1 to 250 W/m·K. 前記触媒層は希釈剤を含み、
前記希釈剤の熱伝導率が、前記触媒の熱伝導率よりも高い、請求項1~5のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
the catalyst layer comprises a diluent;
The method for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 1 to 5, wherein the diluent has a higher thermal conductivity than the catalyst.
1,3-ブタジエンを連続的に製造する1,3-ブタジエンの製造装置であって、
転化手段と、精製手段と、を備え、
前記転化手段は、エタノールを含むエタノール含有ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記エタノール含有ガス中のエタノールを1,3-ブタジエンに転化し、前記1,3-ブタジエンを含む粗生成ガスとする反応器を備え、
前記精製手段は、前記転化手段で得られる前記粗生成ガスを精製する蒸留塔を備え、
前記反応器と、前記蒸留塔とを接続する接続配管を備え、
前記接続配管は、少なくとも1つの屈曲部を有し、
前記屈曲部における曲率半径が20mm以上である、1,3-ブタジエンの製造装置。
A 1,3-butadiene production apparatus for continuously producing 1,3-butadiene,
a conversion means and a purification means;
The conversion means contacts an ethanol-containing gas containing ethanol with a catalyst layer containing a catalyst, converts the ethanol in the ethanol-containing gas into 1,3-butadiene, and converts the ethanol-containing gas into 1,3-butadiene. Equipped with a reactor for producing gas,
The purification means comprises a distillation column for purifying the crude gas obtained by the conversion means,
A connecting pipe that connects the reactor and the distillation column,
The connection pipe has at least one bend,
The apparatus for producing 1,3-butadiene, wherein the curved portion has a radius of curvature of 20 mm or more.
前記接続配管の内面における算術平均粗さが1.02μm以下である、請求項7に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 8. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to claim 7, wherein the inner surface of said connecting pipe has an arithmetic average roughness of 1.02 μm or less. 前記接続配管の内面が、炭素数6~12の有機化合物でコーティングされている、請求項7又は8に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to claim 7 or 8, wherein the inner surface of the connecting pipe is coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms. 前記接続配管が、少なくとも一つのバイパスを有し、前記バイパスが取り外し可能である、請求項7~9のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 10. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 7 to 9, wherein the connecting pipe has at least one bypass, and the bypass is removable. 前記触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである、請求項7~10のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 7 to 10, wherein the catalyst layer has a thermal conductivity of 0.1 to 250 W/m·K. 前記触媒層は希釈剤を含み、
前記希釈剤の熱伝導率が、前記触媒の熱伝導率よりも高い、請求項7~11のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
the catalyst layer comprises a diluent;
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 7 to 11, wherein the diluent has a higher thermal conductivity than the catalyst.
前記反応器を加熱する加熱手段を2個以上有する、請求項7~12のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 7 to 12, comprising two or more heating means for heating the reactor. 前記反応器における前記触媒層の前記原料ガスの流れ方向の長さをLとしたときに、
前記触媒層における前記原料ガスの入り口側からL/3までの領域を第1エリアとし、
前記第1エリアからL/3までの領域を第2エリアとし、
前記第2エリアからL/3までの領域を第3エリアとし、
前記第1エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk1、前記第1エリアに充填される前記触媒の総質量をw1とし、
前記第2エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk2、前記第2エリアに充填される前記触媒の総質量をw2とし、
前記第3エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk3、前記第3エリアに充填される前記触媒の総質量をw3としたときに、
下記式(a)を満たす、請求項7~13のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
k1×w1<k2×w2<k3×w3 ・・・(a)
When the length of the catalyst layer in the reactor in the flow direction of the source gas is L,
A first area is defined as a region from the inlet side of the raw material gas to L/3 in the catalyst layer,
A region from the first area to L/3 is defined as a second area,
A region from the second area to L/3 is defined as a third area,
Let k1 be the catalytic activity of the catalyst filled in the first area, and w1 be the total mass of the catalyst filled in the first area,
Let k2 be the catalytic activity of the catalyst filled in the second area, and w2 be the total mass of the catalyst filled in the second area,
When the catalytic activity of the catalyst packed in the third area is k3 and the total mass of the catalyst packed in the third area is w3,
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 7 to 13, which satisfies the following formula (a).
k1×w1<k2×w2<k3×w3 (a)
エタノールとアセトアルデヒドと不活性ガスとを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する1,3-ブタジエンの製造装置であって、
転化手段と、精製手段と、を備え、
前記転化手段は、前記原料ガスを、触媒を含む触媒層に接触処理させて、前記原料ガス中のエタノール及びアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化し、前記1,3-ブタジエンを含む粗生成ガスとする反応器を備え、
前記精製手段は、前記転化手段で得られる前記粗生成ガスを精製する蒸留塔を備え、
前記原料ガス中の不活性ガスの含有量が、前記原料ガスの総体積に対して、5~50体積%であり、
前記反応器と、前記蒸留塔とを接続する接続配管を備え、
前記接続配管は、少なくとも1つの屈曲部を有し、
前記屈曲部における曲率半径が20mm以上である、1,3-ブタジエンの製造装置。
A 1,3-butadiene production apparatus for continuously producing 1,3-butadiene from a raw material gas containing ethanol, acetaldehyde, and an inert gas,
a conversion means and a purification means;
The conversion means contacts the raw material gas with a catalyst layer containing a catalyst, converts ethanol and acetaldehyde in the raw material gas into 1,3-butadiene, and produces a crude product gas containing the 1,3-butadiene. with a reactor of
The purification means comprises a distillation column for purifying the crude gas obtained by the conversion means,
The content of the inert gas in the raw material gas is 5 to 50% by volume with respect to the total volume of the raw material gas,
A connecting pipe that connects the reactor and the distillation column,
The connection pipe has at least one bend,
The apparatus for producing 1,3-butadiene, wherein the curved portion has a radius of curvature of 20 mm or more.
前記原料ガス中の前記エタノールの含有量と前記アセトアルデヒドの含有量との合計量が、前記原料ガスの総質量に対して、40~95体積%である、請求項15に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 16. The 1,3- Butadiene manufacturing equipment. 前記反応器の前段に、前記エタノールと前記アセトアルデヒドとを含む中間ガスを前記不活性ガスで希釈する希釈装置をさらに備える、請求項15又は16に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 17. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to claim 15 or 16, further comprising a diluting device that dilutes the intermediate gas containing the ethanol and the acetaldehyde with the inert gas in the preceding stage of the reactor. 前記接続配管の内面における算術平均粗さが1.02μm以下である、請求項15~17のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 18. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 17, wherein the inner surface of the connecting pipe has an arithmetic average roughness of 1.02 µm or less. 前記接続配管の内面が、炭素数6~12の有機化合物でコーティングされている、請求項15~18のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 18, wherein the inner surface of the connecting pipe is coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms. 前記接続配管が、少なくとも一つのバイパスを有し、前記バイパスが取り外し可能である、請求項15~19のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 19, wherein the connection piping has at least one bypass, and the bypass is removable. 前記触媒層の熱伝導率が0.1~250W/m・Kである、請求項15~20のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 20, wherein the catalyst layer has a thermal conductivity of 0.1 to 250 W/m·K. 前記触媒層は希釈剤を含み、
前記希釈剤の熱伝導率が、前記触媒の熱伝導率よりも高い、請求項15~21のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
the catalyst layer comprises a diluent;
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 21, wherein the thermal conductivity of the diluent is higher than the thermal conductivity of the catalyst.
前記反応器を加熱する加熱手段を2個以上有する、請求項15~22のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 22, comprising two or more heating means for heating the reactor. 前記反応器における前記触媒層の前記原料ガスの流れ方向の長さをLとしたときに、
前記触媒層における前記原料ガスの入り口側からL/3までの領域を第1エリアとし、
前記第1エリアからL/3までの領域を第2エリアとし、
前記第2エリアからL/3までの領域を第3エリアとし、
前記第1エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk1、前記第1エリアに充填される前記触媒の総質量をw1とし、
前記第2エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk2、前記第2エリアに充填される前記触媒の総質量をw2とし、
前記第3エリアに充填される前記触媒の触媒活性をk3、前記第3エリアに充填される前記触媒の総質量をw3としたときに、
下記式(a)を満たす、請求項15~23のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
k1×w1<k2×w2<k3×w3 ・・・(a)
When the length of the catalyst layer in the reactor in the flow direction of the source gas is L,
A first area is defined as a region from the inlet side of the raw material gas to L/3 in the catalyst layer,
A region from the first area to L/3 is defined as a second area,
A region from the second area to L/3 is defined as a third area,
Let k1 be the catalytic activity of the catalyst filled in the first area, and w1 be the total mass of the catalyst filled in the first area,
Let k2 be the catalytic activity of the catalyst filled in the second area, and w2 be the total mass of the catalyst filled in the second area,
When the catalytic activity of the catalyst packed in the third area is k3 and the total mass of the catalyst packed in the third area is w3,
The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 15 to 23, which satisfies the following formula (a).
k1×w1<k2×w2<k3×w3 (a)
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