JP2023031584A - 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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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 butadiene.SOLUTION: A manufacturing method of 1,3-butadiene includes a first conversion step of bringing an ethanol-containing gas into contact with a first catalyst, converting part of the ethanol in the ethanol-containing gas into acetaldehyde, and obtaining an intermediate gas, and a second conversion step of bringing the intermediate gas, or a mixed gas obtained by mixing the intermediate gas and a gas containing the intermediate gas and ethanol into contact with a second catalyst, converting the intermediate gas or ethanol and acetaldehyde in the mixed gas into 1,3-butadiene, and obtaining a 1,3-butadiene-containing gas. A hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas is controlled to less than 15 vol.%.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、エタノールを第1触媒に接触処理させて、エタノールをアセトアルデヒドに転化する第1工程と、さらにエタノール及びアセトアルデヒドを第2触媒に接触処理させて、1,3-ブタジエンに転化する第2工程と、を含む方法が知られている(特許文献1)。 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 first step of contacting ethanol with a first catalyst to convert ethanol to acetaldehyde, and further contacting ethanol and acetaldehyde with a second catalyst to produce 1 and a second step of converting to ,3-butadiene (US Pat.

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

第1工程の反応では、アセトアルデヒドと等モル量の水素が生成する。本願の発明者らが、特許文献1に記載の第1工程と第2工程を含む1,3-ブタジエンの製造方法を検討した所、第1工程で生成した水素により、第2工程の1,3-ブタジエンの収率が低下することが判明した。 In the reaction of the first step, acetaldehyde and an equimolar amount of hydrogen are produced. When the inventors of the present application investigated a method for producing 1,3-butadiene including the first step and the second step described in Patent Document 1, the hydrogen generated in the first step caused 1, It was found that the yield of 3-butadiene decreased.

さらに、高温化された水素は、ブタジエン製造プロセスの金属から構成される装置や配管を腐食することが知られている。特に、配管の屈曲部では流れるガスとの接触頻度が高くなった結果、配管が劣化しやすくなる。 Furthermore, hydrogen at elevated temperatures is known to corrode equipment and piping made of metal in the butadiene production process. In particular, as a result of the increased frequency of contact with the flowing gas at the bent portion of the pipe, the pipe is likely to deteriorate.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、高い収率で1,3-ブタジエンを連続的に製造できる1,3-ブタジエンの製造方法及びブタジエンの製造装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing 1,3-butadiene and an apparatus for producing butadiene that can continuously produce 1,3-butadiene at a high yield. and

本発明は、以下の態様を有する。
[1] エタノール含有ガスから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転化工程と、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転化工程と、を含み、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、1,3-ブタジエンの製造方法。
[2] 前記第1転化工程と前記第2転化工程の間に、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を有する、[1]に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[3] 前記水素濃度低減工程は、前記中間ガス、又は前記混合ガスを気液分離して、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工程を含む、[2]に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[4] 前記水素濃度低減工程は、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工程を含む、[2]又は[3]に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。
[5] 前記第1転化工程のエタノールの転化率が25~80%であり、アルデヒドの選択率が80~100%である、[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。
[6] 前記第2転化工程のエタノール及びアセトアルデヒドの転化率が50%超である、[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。
[7] エタノール含有ガスから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、転化手段を備え、前記転化手段は、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とする第1反応器と、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とする第2反応器と、前記第1反応器と前記第2反応器の間に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装置と、を備える、1,3-ブタジエンの製造装置。
[8] 前記第1反応器と、前記第2反応器の間に、前記中間ガス又は前記混合ガスを不活性ガスで希釈する希釈装置をさらに備える、[7]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[9] さらに精製手段と、前記転化手段と前記精製手段を接続する接続配管と、を備え、前記精製手段は、前記転化手段で得られる前記1,3―ブタジエン含有ガスを精製する手段であり、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、[7]又は[8]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[10] 前記接続配管の内面における算術平均粗さが1.02μm以下である、[9]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[11] 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、[9]又は[10]に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。
[12] 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、[9]~[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 present invention has the following aspects.
[1] A method for producing 1,3-butadiene by continuously producing 1,3-butadiene from an ethanol-containing gas, wherein the ethanol-containing gas is contacted with a first catalyst to remove a first conversion step of converting part of ethanol to acetaldehyde to obtain an intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde; and a mixed gas obtained by mixing the intermediate gas or the gas containing ethanol with the intermediate gas a second conversion step of contacting a second catalyst to convert ethanol and acetaldehyde in the intermediate gas or the mixed gas into 1,3-butadiene to obtain a 1,3-butadiene-containing gas. , A method for producing 1,3-butadiene, wherein the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas is controlled to less than 15% by volume.
[2] 1, 3- according to [1], having a hydrogen concentration reduction step of reducing the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas between the first conversion step and the second conversion step A method for producing butadiene.
[3] The hydrogen concentration reducing step includes a step of reducing the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas by gas-liquid separation of the intermediate gas or the mixed gas. A method for producing 1,3-butadiene.
[4] In [2] or [3], wherein the hydrogen concentration reducing step includes a step of diluting the intermediate gas or the mixed gas to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas A method for producing 1,3-butadiene as described.
[5] 1 according to any one of [1] to [4], wherein the ethanol conversion in the first conversion step is 25 to 80% and the aldehyde selectivity is 80 to 100%; A method for producing 3-butadiene.
[6] The method for producing 1,3-butadiene according to any one of [1] to [5], wherein the conversion rate of ethanol and acetaldehyde in the second conversion step is over 50%.
[7] A 1,3-butadiene production apparatus for continuously producing 1,3-butadiene from an ethanol-containing gas, comprising conversion means, wherein the conversion means brings the ethanol-containing gas into contact with a first catalyst. a first reactor for converting part of the ethanol in the ethanol-containing gas into acetaldehyde to form an intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde; and the intermediate gas, or the intermediate gas and a gas containing ethanol. The mixed gas obtained by mixing the Production of 1,3-butadiene, comprising a second reactor and a hydrogen concentration reducing device for reducing the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas between the first reactor and the second reactor. Device.
[8] The 1,3-butadiene according to [7], further comprising a dilution device for diluting the intermediate gas or the mixed gas with an inert gas between the first reactor and the second reactor. manufacturing equipment.
[9] further comprising purification means and a connecting pipe that connects the conversion means and the purification means, wherein the purification means is means for purifying the 1,3-butadiene-containing gas obtained by the conversion means; , The apparatus for producing 1,3-butadiene according to [7] or [8], wherein the connection pipe has at least one bend, and the bend has a radius of curvature of 20 mm or more.
[10] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to [9], wherein the inner surface of the connecting pipe has an arithmetic average roughness of 1.02 μm or less.
[11] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to [9] or [10], wherein the inner surface of the connecting pipe is coated with an organic compound having 6 to 12 carbon atoms.
[12] The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of [9] to [11], wherein the connecting pipe has at least one bypass, and the bypass is removable.

本発明によれば、高い収率で1,3-ブタジエンを連続的に製造できる1,3-ブタジエンの製造方法及びブタジエンの製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing 1,3-butadiene and an apparatus for producing butadiene that can continuously produce 1,3-butadiene at a high yield.

本発明の一実施形態にかかるブタジエンの製造装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a butadiene production apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態にかかる水素濃度低減装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a hydrogen concentration reducing device according to an embodiment of the present invention; FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の記載は本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されず、その要旨の範囲内で変形して実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the following description is an example of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents, and can be modified within the scope of the gist thereof. can do.

[1,3-ブタジエンの製造方法]
本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法は、エタノール含有ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する方法であって、下記の工程B1及び工程B3を含む方法である。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。
工程B1: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。
[Method for producing 1,3-butadiene]
The method for producing 1,3-butadiene of the present embodiment is a method for continuously producing 1,3-butadiene from an ethanol-containing gas, and is a method including the following steps B1 and B3. 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.
Step B1: A first conversion step of contacting an 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 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.

工程B3が、前記混合ガスを第2触媒に接触処理させて、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転化工程である場合、工程B1と工程B3の間に工程B2を含む。
工程B2:第1転化工程で得た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を得る混合ガス調製工程。
Step B3 is a second conversion step of contacting the mixed gas with a second catalyst to convert ethanol and acetaldehyde in the mixed gas into 1,3-butadiene to obtain a 1,3-butadiene-containing gas. In some cases, step B2 is included between steps B1 and B3.
Step B2: Mixed gas preparing step of mixing the intermediate gas obtained in the first conversion step and a gas containing ethanol to obtain a mixed gas.

工程B1における、エタノール含有ガスに特に制限はないが、例えば下記の工程Aにより調製されたエタノール含有ガスを用いてもよい。
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。
The ethanol-containing gas in step B1 is not particularly limited, but an ethanol-containing gas prepared in step A below, for example, may be used.
Step A: Gas preparation step to prepare an ethanol-containing gas from an ethanol feedstock.

工程B3で製造された1,3-ブタジエン含有ガスを、例えば、下記の工程Cにより精製して、精製1,3-ブタジエンとしてもよい。
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。
The 1,3-butadiene-containing gas produced in step B3 may be purified, for example, by step C below to obtain purified 1,3-butadiene.
Step C: Purification step of purifying the 1,3-butadiene-containing gas to obtain purified 1,3-butadiene.

(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。
なお、本明細書中において、「~」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。
(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.
In this specification, a numerical range represented by "-" indicates a numerical range including numerical values before and after "-" as a lower limit and an upper limit.

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。 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.

エタノール供給原料としては、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。 The ethanol feedstock is not particularly limited, and may be, for example, ethanol derived from fossils such as shale gas or petroleum, or bioethanol derived from biomass such as plants, animals, or 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.

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。
本発明の一つの側面としては、エタノール含有ガス中のエタノール濃度は、0.1~95体積%が好ましく、10~90体積%がより好ましく、20~85体積%がさらに好ましい。
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.
As one aspect of the present invention, the ethanol concentration in the ethanol-containing gas is preferably 0.1 to 95% by volume, more preferably 10 to 90% by volume, and even more preferably 20 to 85% by volume.

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不活性ガスを使用でき、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガス、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, an inert gas that does not adversely affect the conversion reaction from ethanol to 1,3-butadiene can be used. 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B1)
工程B1では、例えば工程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、下式(1)で表される。
CHCHOH→CHCHO+H ・・・(1)
(Step B1)
In step B1, for example, the ethanol-containing gas obtained in step A is subjected to a 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, and ethanol and an intermediate gas containing acetaldehyde. The reaction of step B1 is represented by the following formula (1).
CH 3 CH 2 OH→CH 3 CHO+H 2 (1)

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器内に第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 reactor in which a heat medium is circulated in the side wall, and the supplied ethanol-containing gas is contacted with the first catalyst of the reaction bed. 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、アセトアルデヒドへの転化率の点から、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 to acetaldehyde. 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ると、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.

本発明において、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。第1触媒に対するエタノール含有ガスのガス空間速度は、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。 In the present invention, the 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 ethanol-containing gas with respect to the first catalyst is preferably 1000 to 20000 h -1 , more preferably 2000 to 15000 h -1 and even more preferably 3000 to 10000 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.

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。 The GHSV of ethanol in the ethanol-containing gas for the first catalyst is preferably 500 to 20,000 h −1 , more preferably 1,000 to 15,000 h −1 , still 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.

第1触媒の金属種に対するエタノール含有ガス中のエタノールの重量空間速度(Weight Hourly Space Velocity:WHSV)は、20000~500000h-1が好ましく、50000~450000h-1がより好ましく、100000~400000h-1がさらに好ましい。WHSV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。WHSV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。
WHSVは以下のようにして求めることができる。第1触媒に含まれる金属種の元素の含有量を誘導結合プラズマ発光分光分析装置などにより測定し、酸化物換算に計算する。例えば、上述の酸化クロムはCr、酸化銅はCuO、酸化亜鉛はZnO、酸化ケイ素はSiOに換算する。エタノール含有ガス中のエタノールの流量(単位は例えば、kg/h)を上述の第1触媒に含まれる金属種の酸化物換算の質量(単位は例えば、kg)で除することによりWHSVを求めることができる。
The weight hourly space velocity (WHSV) of ethanol in the ethanol-containing gas with respect to the metal species of the first catalyst is preferably 20,000 to 500,000 h -1 , more preferably 50,000 to 450,000 h -1 , and 100,000 to 400,000 h -1 . More preferred. When the WHSV is equal to or higher than the lower limit, the ethanol-containing gas processing capacity is increased. When the WHSV is equal to or less than the upper limit, the conversion of ethanol improves.
WHSV can be obtained as follows. The content of the element of the metal species contained in the first catalyst is measured by an inductively coupled plasma atomic emission spectrometer or the like, and calculated in terms of oxide. For example, the above chromium oxide is converted to Cr 2 O 3 , copper oxide to CuO, zinc oxide to ZnO, and silicon oxide to SiO 2 . WHSV is obtained by dividing the flow rate of ethanol in the ethanol-containing gas (unit: kg/h) by the mass of the metal species contained in the first catalyst in terms of oxide (unit: kg). can be done.

工程B1でのエタノールの転化率は、25~80%が好ましく、30~60%がより好ましく、40~50%がさらに好ましい。
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 ethanol conversion rate in step B1 is preferably 25 to 80%, more preferably 30 to 60%, even more preferably 40 to 50%.
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、25~80%が好ましく、30~70%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 25-80%, more preferably 30-70%. 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. .

(工程B2)
工程B2では、工程B1で得た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B2は、工程B1と工程B3の間で行う。
(Step B2)
In step B2, the intermediate gas obtained in step B1 and a gas containing ethanol are mixed to obtain a mixed gas. Process B2 is performed between process B1 and process B3.

混合ガス中のアセトアルデヒドに対するエタノールのモル比(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 of ethanol to acetaldehyde in the mixed gas (ethanol/acetaldehyde) is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, even more preferably 1 to 20, even more preferably 1 to 10, especially 1 to 5. preferable. 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ガスのモル比(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など、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 the molar ratio (ethanol/aldehyde) of the gas supplied to the second reactor over time is measured. analyse. As a result, any change in gas flow rate, such as a change in each gas flow rate over the entire butadiene production process and a change in each gas flow rate due to deterioration of the catalyst and/or equipment over time, can be constantly observed.
Examples of analyzers include process mass spectrometers and gas analyzers.

(工程B3)
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、下式(2)で表される。
CHCHOH+CHCHO→CH=CH-CH=CH+2HO ・・・(2)
(Step B3)
In step B3, the intermediate gas obtained in step B1 or the mixed gas obtained in step B2 is contacted with a second catalyst filled in a second reactor described later, and the intermediate gas or the mixed gas of ethanol and acetaldehyde 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 (2).
CH 3 CH 2 OH+CH 3 CHO→CH 2 =CH-CH=CH 2 +2H 2 O (2)

工程B3における第2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。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 the aspect of the second reactor in step B3, the same aspects as those exemplified in the first reactor 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、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く、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、ハフニウムが好ましい。第2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。
第2触媒を使用する態様としては、例えば金属、酸化物、塩化物を例示でき、担体上に第2触媒を担持させて使用する態様や、2種以上の混合物として使用する態様を例示できる。
Any catalyst can be used as the second catalyst as long as it promotes the conversion reaction of ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene. Examples include tantalum, zirconium, niobium, hafnium, magnesium, zinc, and silicon. Among them, hafnium is preferable from the viewpoint of yield of 1,3-butadiene. A 2nd catalyst may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Examples of the aspect of using the second catalyst include metals, oxides, and chlorides, and examples of using the second catalyst by supporting it on a carrier and using a mixture of two or more thereof 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、100~5000h-1が好ましく、200~4000h-1がより好ましく、400~3000h-1がさらに好ましい。GHSVが前記下限値以上であると、前記中間ガス又は前記混合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。 The GHSV of the intermediate gas or the mixed gas with respect to the second catalyst is preferably 100 to 5000 h −1 , more preferably 200 to 4000 h −1 and even more preferably 400 to 3000 h −1 in terms of standard conditions. When the GHSV is equal to or higher than the lower limit value, the intermediate gas or the mixed gas can be treated with high performance. When the GHSV is equal to or less than the upper limit, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde is improved.

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、前記中間ガス又は前記混合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。 The total GHSV of ethanol and acetaldehyde in the intermediate gas or 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 value, the intermediate gas or the mixed gas can be treated with high performance. When the GHSV is equal to or less than the upper limit, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde is improved.

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、50%超が好ましく、60%超がより好ましく、70%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 50%, more preferably over 60%, even more preferably over 70%.
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%がより好ましく、60~90%がさらに好ましい。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 of step B3 is preferably 40 to 90%, more preferably 50 to 90%, even more preferably 60 to 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65~100%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, 65-100% 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, and hexene. , hexadiene and the like.

上述のような反応条件において、上述のようなエタノール及びアセトアルデヒドの転化率等の反応成績を示す場合、第2触媒の活性が非常に高いことを意味する。このような活性が非常に高い第2触媒を使用すると、第2触媒に金属酸化物が含まれる場合、前記金属酸化物のエタノール及びアセトアルデヒドに対する反応性のみならず、水素に対する反応性も高くなる。本願の発明者らが検討を行った結果、金属酸化物を含み活性が非常に高い第2触媒を使用すると、前記金属酸化物の水素に対する反応性が高くなりすぎ、前記金属酸化物がより活性の低い金属に還元され、第2触媒の活性が低下するという問題が発生することが判明した。さらに、前記金属酸化物により活性化された水素が工程B3で生成した1,3-ブタジエンの2重結合に付加することにより、ブテン等の副生成物の生成が増加するという問題が発生することも判明した。すなわち、本願の発明者らは、金属酸化物を含み活性が非常に高い第2触媒を使用し、かつ、前記中間ガス又は前記混合ガス中の水素濃度が高いと、ブタジエンの収率が低下するということを新たに知見した。 When the reaction results such as the conversion rate of ethanol and acetaldehyde are shown under the reaction conditions as described above, it means that the activity of the second catalyst is very high. When such a highly active second catalyst is used, when the second catalyst contains a metal oxide, the reactivity of the metal oxide not only to ethanol and acetaldehyde but also to hydrogen is increased. As a result of studies by the inventors of the present application, when a second catalyst containing a metal oxide and having a very high activity is used, the reactivity of the metal oxide to hydrogen becomes too high, and the metal oxide becomes more active. It has been found that a problem arises that the activity of the second catalyst is lowered due to the reduction to a metal having a low molecular weight. Furthermore, the addition of hydrogen activated by the metal oxide to the double bond of 1,3-butadiene produced in step B3 causes a problem of increased production of by-products such as butene. was also found. That is, the inventors of the present application have found that when a second catalyst containing a metal oxide and having a very high activity is used and the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas is high, the yield of butadiene decreases. I learned something new.

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10体積%以下が好ましく5体積%以下がより好ましい。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 10% by volume or less, 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。
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。水素濃度低減工程としては、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。
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.
In this embodiment, it is preferable to provide a hydrogen concentration reduction step between the steps B1 and B3 to control the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas. The hydrogen concentration reduction step is not particularly limited, but includes, for example, one or more of the following steps 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)
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。
(Step B4-1)
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、ブタジエンを蒸留など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 minute 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)
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。
(Step B4-2)
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)
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。
(Step B4-3)
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)
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。
(Step B4-4)
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、ガス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 inlet of the second reactor in step B3.
Examples of hydrogen analyzers include in-line hydrogen analyzers, thermal conductivity hydrogen analyzers, process mass spectrometers, gas analyzers, 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 step B4-4, step B4-1, step B4-3, and step B4-2 in this order. That is, step B4-2 is preferably performed last.

(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を含むガスを分離して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: Butene (1-butene, 2-butene, isobutene) in the 1,3-butadiene-containing gas is subjected to a dehydrogenation reaction to convert to 1,3-butadiene.
Step C2: A 1,3-butadiene-containing liquid is obtained by separating a hydrogen-containing gas from a 1,3-butadiene-containing gas by gas-liquid separation.
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 the 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、水素を含むガスを分離して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-containing gas into 1,3-butadiene-containing gas. - to obtain a butadiene-containing liquid. 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 supplied to the distillation column. 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を含むガスも分離される。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, the hydrogen-containing 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 amount of by-products contained 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 this embodiment, the purifying steps of Steps C3 and C4 can provide a 1,3-butadiene- and acetaldehyde-containing gas with higher purity.

[1,3-ブタジエンの製造装置]
本実施形態の1,3-ブタジエンの製造装置は、エタノール含有ガスから1,3-ブタジエンを連続的に製造する製造装置である。本実施形態の1,3-ブタジエンの製造装置を用いることで、前述の1,3-ブタジエンの製造方法を実施できる。
本発明の1,3-ブタジエンの製造装置は、転化手段を備えている。本発明の1,3-ブタジエンの製造装置は、さらにガス調製手段と、精製手段とを備えていてもよい。また、本発明の1,3-ブタジエンの製造装置は、前記転化手段と、前記精製手段とを接続する接続配管を備えていてもよい。
[Apparatus for producing 1,3-butadiene]
The 1,3-butadiene production apparatus of the present embodiment is a production apparatus for continuously producing 1,3-butadiene from an ethanol-containing gas. By using the apparatus for producing 1,3-butadiene of the present embodiment, the above-described method for producing 1,3-butadiene can be carried out.
The apparatus for producing 1,3-butadiene of the present invention comprises conversion means. The apparatus for producing 1,3-butadiene of the present invention may further comprise gas preparation means and purification means. Further, the apparatus for producing 1,3-butadiene of the present invention may comprise a connecting pipe that connects the conversion means and the purification means.

ガス調製手段は、工程Aのための手段であり、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気化器を備えている。気化器は、エタノール供給原料を気化できるものであればよく、公知の気化器を採用できる。 The gas preparation means is the means for step A and comprises a vaporizer for vaporizing the ethanol feedstock into an ethanol-containing gas. Any known vaporizer can be used as long as it can vaporize the ethanol feedstock.

転化手段は、工程B1~3、工程B4-1~4-4のための手段であり、工程B1を実施するための第1反応器と、工程B3を実施するための第2反応器と、前記第1反応器と前記第2反応器との間に工程B4-1~4-4を実施するための水素濃度低減装置及び/又は希釈装置を備えている。反応器の態様としては、所定の圧力及び温度でガスを触媒に接触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器内に触媒を充填して反応床を形成し、供給されたガスを反応床の触媒に接触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。水素濃度低減装置の態様としては、例えば、気液分離器、ガス分離器、スクラバー等が挙げられる。 The conversion means is a means for steps B1 to B3 and steps B4-1 to B4-4, and comprises a first reactor for carrying out step B1, a second reactor for carrying out step B3, A hydrogen concentration reducing device and/or a diluting device for performing steps B4-1 to B4-4 are provided between the first reactor and the second reactor. Any reactor can be used as long as it can bring the gas into contact with the catalyst at a predetermined pressure and temperature. For example, a reaction bed is formed by filling a catalyst in a reactor in which a heat transfer medium is circulated in the side wall, and the supplied gas is brought into contact with the catalyst in the reaction bed. The reaction bed is not particularly limited, and examples thereof include fixed bed, moving bed and fluidized bed. Examples of the hydrogen concentration reducing device include a gas-liquid separator, a gas separator, a scrubber, and the like.

転化手段は、2つ以上の並列の第1反応器を備えていてもよい。転化手段は、2つ以上の並列の第2反応器を備えていてもよい。 The conversion means may comprise two or more parallel first reactors. The conversion means may comprise two or more parallel secondary reactors.

精製手段は、工程Cのための手段であり、例えば、気液分離器、蒸留塔、反応器等の1,3-ブタジエン含有ガスを精製可能な機器を備える。
精製手段が反応器を備えることで工程C1を実施できる。精製手段が気液分離器を備えることで工程C2を実施することができる。精製手段が蒸留塔を備えることで工程C3、工程C4を実施することができる。精製手段は、前記した機器の1つを単独で備えるものであってもよく、2つ以上の機器を組み合わせたものであってもよい。
The purifying means is a means for Step C, and includes equipment capable of purifying a 1,3-butadiene-containing gas, such as a gas-liquid separator, a distillation column, or a reactor.
Step C1 can be carried out by the purification means having a reactor. The step C2 can be carried out by providing the purification means with a gas-liquid separator. Steps C3 and C4 can be carried out by providing the purification means with a distillation column. The purification means may comprise one of the devices described above alone, or may be a combination of two or more devices.

[実施形態]
以下、本実施形態の1,3-ブタジエンの製造方法及び製造装置の実施形態例を示して具体的に説明する。図1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」とも記す。)の概略模式図である。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。
[Embodiment]
Hereinafter, specific examples of the method and apparatus for producing 1,3-butadiene of the present embodiment will be described. FIG. 1 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)
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。
(Manufacturing equipment)
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 includes 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には流量指示調節計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節計14、ミキサー16、熱交換器18、温度指示調節計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節計14とミキサー16の間と接続されている。配管24には流量指示調節計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 indicator controller 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 controller 14 for adjusting the flow rate based on the pressure in the vaporizer 104, a mixer 16, a heat exchanger 18, a temperature indicator controller 20, and a valve 22 in this order from the vaporizer 104 side. ing. The diluent gas container 106 is connected by a pipe 24 between the pressure indicating controller 14 and the mixer 16 in the pipe 12 . A flow indicator controller 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1反応器108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にはミキサー33、分析計35がこの順で設けられている。また、配管24の希釈用ガス収容部106と流量指示調節計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109-1である(図2)。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109-2(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109-3(不図示)である。なお、水素濃度低減装置109-1~109-3のいずれか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 that 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 first reactor 108 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 . A pipe 29 is provided with a mixer 33 and an analyzer 35 in this order. Further, a pipe 37 is provided which branches from between the diluent gas storage portion 106 and the flow indicator controller 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 reduction device 109 is the hydrogen concentration reduction device 109-1 in which the heat exchanger 130, the gas-liquid separator 132, and the vaporizer 138 are installed in this order when step B4-1 is performed (FIG. 2). . 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 109-2 (not shown) equipped with a pipe for discharging gas containing hydrogen, and when performing step B4-4, a scrubber, a vaporizer is the hydrogen concentration reducing device 109-3 (not shown) installed in this order. Note that any one or more of the hydrogen concentration reducing devices 109-1 to 109-3 may be provided.

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。本実施形態においては、接続配管40が、転化手段と精製手段とを接続する接続配管である。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。接続配管40の弁42と熱交換器44との間には、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。
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 . In this embodiment, the connection pipe 40 is a connection pipe that connects the conversion means and the purification means. 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 . Between the valve 42 of the connection pipe 40 and the heat exchanger 44, three bends R1, R2, R3 are provided. 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.
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。 The bottom of first distillation column 114 and second distillation column 118 are connected by pipe 60 .

上述の接続配管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 described above, a steel pipe made of stainless steel 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1,3-ブタジエン含有ガスが通流する。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 1,3-butadiene-containing 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.

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1,3-ブタジエン含有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 1,3-butadiene-containing 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.

1,3-ブタジエン含有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 1,3-butadiene-containing gas include ethylene, propylene, diethyl ether, ethyl acetate, butanol, hexanol, 1-butene, 2-butene, isobutene, pentene, pentadiene, hexene, hexadiene and the like.

接続配管における屈曲部として具体的には、接続配管40における屈曲部Rmなどが挙げられ、その曲率半径は、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、屈曲部の数であり、自然数である。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。
Specifically, the bent portion of the connection pipe includes the bent portion Rm of the connection pipe 40, and the radius of curvature thereof 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 is the number of bends and is 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 higher 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 is increased. 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 bending portion Rm was measured by collecting 10 mL of the by-product adhering to the inner surface of the bending 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, and 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 brown oil has a high fluidity. When Ra 40 ·T 40 is equal to or less than the above upper limit, brown oil is less likely to accumulate on the inner surface of the connection 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 mean 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 connection pipe 40 because Ra 40 is small. The upper limit of Ra 4040 is not particularly limited, but is, for example, 0.01 μm/mPa·s.
Note that μ 40 (mPa·s) is the viscosity at 190° C. of the by-product at the position having the arithmetic mean roughness in the connecting 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). , -250°C or higher is preferred, -200°C or higher is more preferred, and -150°C or higher is even more preferred. 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 value, adhesion of brown oil to the inner surface of the connecting pipe 40 can be suppressed. 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(3)により求められる。
温度低下(%)=(T110(K)-TR1(K))/T110(K)×100・・・(3)
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 (3).
Temperature drop (%) = (T 110 (K) - T R1 (K))/T 110 (K) x 100 (3)

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(4)により求められる。
配管半径の減縮率(%)=(r’(mm)-r’(mm))/r’(mm)×100・・・(4)
式(4)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. In addition, the reduction rate of the pipe radius is obtained by the following formula (4).
Pipe radius reduction rate (%) = (r' front (mm) - r' rear (mm)) / r' front (mm) x 100 (4)
In Equation (4), 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 analyzing by-products trapped in bypass 41 of manufacturing apparatus 100A by gas chromatography (GC).
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43を閉、弁45を開とすることで、1,3-ブタジエン含有ガスをバイパス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 closing the valve 43 and opening the valve 45 , the 1,3-butadiene-containing gas can flow 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100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 100 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の内面に副生成物が付着した場合は、弁43を閉とし、弁45を開として、1,3-ブタジエン含有ガスをバイパス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 by-product adheres to the inner surface of the connection pipe 40 , the valve 43 is closed and the valve 45 is opened to allow the 1,3-butadiene-containing 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.

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又は混合ガス中のモル比(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 or mixed 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、水素を含むガスとに分離する。1実施形態においては、水素濃度低減装置109が上述の水素濃度低減装置109-1である場合、熱交換器130によって前記中間ガス又は前記混合ガスを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を含むガスを分離する。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、水素を含む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で分離された水素を含むガスは、配管134を通じて外部で処理される。他の実施形態においては、水素濃度低減装置109が上述の水素濃度低減装置109-2である場合、前記中間ガス又は前記混合ガスをガス分離器に供給し、エタノール及びアセトアルデヒドを含むガスと水素を含むガスとに分離する(工程B4-3)。水素を含むガスは、水素を含むガスを排出する配管(不図示)から排出してもよい。エタノール及びアセトアルデヒドを含むガスは、前記中間ガス又は混合ガスとして第2反応器110に供給する。他の実施形態においては、水素濃度低減装置109が上述の水素濃度低減装置109-3である場合、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、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(工程B4-4)。この場合、エタノール及びアセトアルデヒドを含む液を気化器によって加熱し、再び気化して前記中間ガス又は混合ガスとして第2反応器110に供給する。水素を含むガスは、水素を含むガスを排出する配管(不図示)から排出してもよい。 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 a hydrogen-containing gas. In one embodiment, when the hydrogen concentration reduction device 109 is the hydrogen concentration reduction device 109 - 1 described above, the intermediate gas or the mixed gas is cooled by the heat exchanger 130 and supplied to the gas-liquid separator 132 . A gas containing hydrogen is separated from the intermediate gas or the mixed gas in the gas-liquid separator 132 . Specifically, gas-liquid separation can separate into a liquid containing ethanol and acetaldehyde and a gas containing hydrogen (step B4-1). In this case, the 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. The hydrogen-containing gas separated by the gas-liquid separator 132 is processed outside through a pipe 134 . In another embodiment, when the hydrogen concentration reduction device 109 is the hydrogen concentration reduction device 109-2 described above, the intermediate gas or the mixed gas is supplied to a gas separator, and a gas containing ethanol and acetaldehyde and hydrogen are separated. It is separated from the containing gas (step B4-3). The hydrogen-containing gas may be discharged from a pipe (not shown) that discharges the hydrogen-containing gas. A gas containing ethanol and acetaldehyde is supplied to the second reactor 110 as the intermediate gas or mixed gas. In another embodiment, when the hydrogen concentration reduction device 109 is the above-described hydrogen concentration reduction device 109-3, the intermediate gas or the mixed gas is gas-liquid separated by a scrubber, and a liquid containing ethanol and acetaldehyde and hydrogen (step B4-4). In this case, a liquid containing ethanol and acetaldehyde is heated by a vaporizer, vaporized again, and supplied to the second reactor 110 as the intermediate gas or mixed gas. The hydrogen-containing gas may be discharged from a pipe (not shown) that discharges the hydrogen-containing gas.

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、流量指示調節計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)。すなわち、希釈用ガス収容部106、配管37、流量指示調節計27、配管29、分析計35が本実施形態の希釈装置を構成する。 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 nitrogen gas (diluent gas) from the pipe 37 is adjusted by the flow indicator controller 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). In other words, the diluting gas storage section 106, the pipe 37, the flow indicator controller 27, the pipe 29, and the analyzer 35 constitute the dilution apparatus of this embodiment.

中間ガス又は混合ガスを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℃の条件で前記中間ガス又は前記混合ガスを第2触媒と接触処理させて、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。 An intermediate gas or mixed gas is supplied to two or more parallel second reactors 110 . In each second reactor 110, for example, the intermediate gas or the mixed gas is brought into contact with the second catalyst under conditions of a pressure of 0 to 1.0 MPaG and a temperature of 50 ° C. to 500 ° C., and the intermediate gas or Ethanol and acetaldehyde in the mixed gas 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を含むガスを分離する。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, a hydrogen-containing 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、塔頂からアセトアルデヒド含有ガスを抜き出す(工程C4)。 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 residual liquid containing water is withdrawn from the bottom of the second distillation column 118 to the pipe 64, and an acetaldehyde-containing gas is withdrawn from the top of the column (step C4).

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、集塵装置(不図示)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など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。 As described above, in this embodiment, processes 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.

なお、本発明の本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、前記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、前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 above-described embodiments, 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.

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

1.触媒の製造
まず、1.0gの塩化ハフニウム(HfCl:株式会社高純度化学研究所製)を、水100mLに溶解して、溶液を調製した。
次に、この溶液を、1.0gの多孔質担体(富士シリシア化学株式会社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。
次に、多孔質担体が浸漬された溶液を、大気圧下、超音波洗浄機で、1時間攪拌した後、濾過により溶液を分離した。
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, 1.0 g of hafnium chloride (HfCl 4 : manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was dissolved in 100 mL of water to prepare a solution.
Next, this solution was added to 1.0 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).
Next, the solution in which the porous carrier was immersed was stirred under atmospheric pressure with an ultrasonic cleaner for 1 hour, and the 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.

2.触媒の評価(1,3-ブタジエンの製造)
各実施例及び各比較例で製造された触媒を用いて、エタノール及びアセトアルデヒドを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型の反応器に充填して反応床を形成した。
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とした。
この状態で、触媒に対するガス空間速度(GHSV)1200h-1で原料を反応器に供給し、1,3-ブタジエンを含む生成ガスを得た。
原料の供給開始1時間後に、生成ガスを回収した。
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、エタノール及びアセトアルデヒドの転化率、BDの収率([エタノール及びアセトアルデヒドの転化率]×[BDの選択率])を求めた。
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に含まれるエタノール及びアセトアルデヒドのモル数のうち、BDへ変換されたエタノール及びアセトアルデヒドのモル数が占める百分率である。
また、「エタノール及びアセトアルデヒドの転化率」とは、原料に含まれるエタノール及びアセトアルデヒドのモル数うち、消費されたエタノール及びアセトアルデヒドモル数が占める百分率である。
2. Evaluation of catalyst (production of 1,3-butadiene)
Ethanol and acetaldehyde were converted to 1,3-butadiene (hereinafter also referred to as "BD") using the catalysts produced in each example and each comparative example, and the yield of 1,3-butadiene was determined. rice field.
Specifically, 1.0 g of the catalyst was first packed into a 1/2 inch (1.27 cm) diameter, 15.7 inch (40 cm) long stainless steel cylindrical reactor to form a reaction bed. .
Next, the reaction temperature (temperature of the reaction bed) was set to 325° C., and the reaction pressure (pressure of the reaction bed) was set to 0.1 MPa.
In this state, the raw material was supplied to the reactor at a gas hourly space velocity (GHSV) of 1200 h −1 against the catalyst to obtain a product gas containing 1,3-butadiene.
One hour after starting the supply of the raw material, the produced gas was recovered.
Then, each of the collected generated gases is analyzed by gas chromatography, and the selectivity of BD, the conversion rate of ethanol and acetaldehyde, and the yield of BD ([conversion rate of ethanol and acetaldehyde] × [selectivity of BD]) are obtained. rice field.
The "selectivity of BD" is the percentage of the number of moles of ethanol and acetaldehyde converted to BD among the number of moles of ethanol and acetaldehyde contained in the raw materials consumed in the reaction using the catalyst.
Further, the "conversion rate of ethanol and acetaldehyde" is the percentage of the number of moles of ethanol and acetaldehyde consumed in the number of moles of ethanol and acetaldehyde contained in the raw material.

[比較例1]
原料として、エタノール35体積%、アセトアルデヒド35体積%、水素30体積%の混合ガスを使用した。なお、体積%は気体換算であり、以下も同様である。
[Comparative Example 1]
A mixed gas of 35% by volume ethanol, 35% by volume acetaldehyde, and 30% by volume hydrogen was used as a raw material. In addition, volume % is gaseous conversion, and is the same as below.

[比較例2]
原料として、エタノール35体積%、アセトアルデヒド35体積%、窒素15体積%、水素15体積%の混合ガスを使用した。
[Comparative Example 2]
A mixed gas of 35% by volume ethanol, 35% by volume acetaldehyde, 15% by volume nitrogen, and 15% by volume hydrogen was used as a raw material.

[実施例1]
原料として、エタノール35体積%、アセトアルデヒド35体積%、窒素20体積%、水素10体積%の混合ガスを使用した。
[Example 1]
A mixed gas of 35% by volume ethanol, 35% by volume acetaldehyde, 20% by volume nitrogen, and 10% by volume hydrogen was used as a raw material.

[実施例2]
原料として、エタノール35体積%、アセトアルデヒド35体積%、窒素25体積%、水素5体積%の混合ガスを使用した。
[Example 2]
A mixed gas of 35% by volume ethanol, 35% by volume acetaldehyde, 25% by volume nitrogen, and 5% by volume hydrogen was used as a raw material.

[実施例3]
原料として、エタノール35体積%、アセトアルデヒド35体積%、窒素30体積%の混合ガスを使用した。
[Example 3]
A mixed gas of 35% by volume ethanol, 35% by volume acetaldehyde, and 30% by volume nitrogen was used as a raw material.

Figure 2023031584000001
Figure 2023031584000001

表1に示されるように、第2転化工程の原料中の水素濃度が15体積%以上である比較例1、2では、水素濃度が15体積%未満である実施例1~3よりもBD収率が低下することがわかった。すなわち、上述したように、第2転化工程に供される中間ガス又は前記混合ガス中の水素濃度を15体積%未満に制御することにより、高い収率で1,3-ブタジエンを連続的に製造できると考えられる。 As shown in Table 1, in Comparative Examples 1 and 2 in which the hydrogen concentration in the raw material in the second conversion step is 15% by volume or more, the BD yield is higher than in Examples 1 to 3 in which the hydrogen concentration is less than 15% by volume. It was found that the rate decreased. That is, as described above, by controlling the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas supplied to the second conversion step to less than 15% by volume, 1,3-butadiene is continuously produced at a high yield. It is possible.

1…ガス調製手段、2…転化手段、3…精製手段、10…配管、11…流量指示計、12…配管、14…圧力指示調節計、16…ミキサー、18…熱交換器、20…温度指示調節計、22…弁、24…配管、26…流量指示調節計、27…流量指示調節計、28…配管、29…配管、30…弁、32…弁、34…分析計、33…ミキサー、35…分析計、36…配管、37…配管、38…流量指示調整計、40…接続配管、41…バイパス、42…弁43…弁、44…熱交換器、45…弁、46…配管、48…ポンプ、50…レベル指示調節計、52…配管、54…配管、56…配管、58…配管、60…配管、64…配管、100…1,3-ブタジエン製造装置、102…原料収容部、104…気化器、106…希釈用ガス収容部、108…第1反応器、109(109-1)…水素濃度低減装置、110‥第2反応器、112…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、130…熱交換器、132…気液分離器、134…配管、136…配管、138…気化器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Gas preparation means, 2... Conversion means, 3... Purification means, 10... Piping, 11... Flow indicator, 12... Piping, 14... Pressure indicator controller, 16... Mixer, 18... Heat exchanger, 20... Temperature Indicator controller 22 Valve 24 Piping 26 Flow indicator controller 27 Flow indicator controller 28 Piping 29 Piping 30 Valve 32 Valve 34 Analyzer 33 Mixer , 35... Analyzer, 36... Piping, 37... Piping, 38... Flow rate indicator regulator, 40... Connection pipe, 41... Bypass, 42... Valve 43... Valve, 44... Heat exchanger, 45... Valve, 46... Piping , 48... Pump, 50... Level indicating controller, 52... Piping, 54... Piping, 56... Piping, 58... Piping, 60... Piping, 64... Piping, 100... 1,3-butadiene manufacturing apparatus, 102... Raw material storage Part 104... Vaporizer 106... Diluent gas storage part 108... First reactor 109 (109-1)... Hydrogen concentration reducing device 110... Second reactor 112... Gas-liquid separator 114... First distillation column 116 Third reactor 118 Second distillation column 120 Recovery unit 130 Heat exchanger 132 Gas-liquid separator 134 Piping 136 Piping 138 Vaporizer

Claims (12)

エタノール含有ガスから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転化工程と、
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転化工程と、を含み、
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、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 an ethanol-containing gas,
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;
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 butadiene to obtain a 1,3-butadiene-containing gas;
A method for producing 1,3-butadiene, wherein the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas is controlled to less than 15% by volume.
前記第1転化工程と前記第2転化工程の間に、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を有する、請求項1に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 2. Production of 1,3-butadiene according to claim 1, comprising a hydrogen concentration reducing step of reducing hydrogen concentration in said intermediate gas or said mixed gas between said first conversion step and said second conversion step. Method. 前記水素濃度低減工程は、前記中間ガス、又は前記混合ガスを気液分離して、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工程を含む、請求項2に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 3. 1 and 3 according to claim 2, wherein the hydrogen concentration reducing step includes a step of gas-liquid separation of the intermediate gas or the mixed gas to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas. - A process for the production of butadiene. 前記水素濃度低減工程は、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工程を含む、請求項2又は3に記載の1,3-ブタジエンの製造方法。 4. 1 and 3 according to claim 2 or 3, wherein the hydrogen concentration reducing step includes a step of diluting the intermediate gas or the mixed gas to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas. - A process for the production of butadiene. 前記第1転化工程のエタノールの転化率が25~80%であり、アルデヒドの選択率が80~100%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 production of 1,3-butadiene according to any one of claims 1 to 4, wherein the ethanol conversion in the first conversion step is 25 to 80% and the aldehyde selectivity is 80 to 100%. Method. 前記第2転化工程のエタノール及びアセトアルデヒドの転化率が50%超である、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 method for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 1 to 5, wherein the conversion rate of ethanol and acetaldehyde in the second conversion step is over 50%. エタノール含有ガスから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、
転化手段を備え、
前記転化手段は、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とする第1反応器と、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とする第2反応器と、前記第1反応器と前記第2反応器の間に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装置と、を備える、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 an ethanol-containing gas,
provided with conversion means,
a first reactor in which the conversion means contacts the ethanol-containing gas with a first catalyst to convert a part of the ethanol in the ethanol-containing gas into acetaldehyde to obtain an intermediate gas containing ethanol and acetaldehyde; 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 reactor to convert to butadiene to form a 1,3-butadiene-containing gas, and hydrogen between the first reactor and the second reactor to reduce the hydrogen concentration in the intermediate gas or the mixed gas. and a concentration reducing device.
前記第1反応器と、前記第2反応器の間に、前記中間ガス又は前記混合ガスを不活性ガスで希釈する希釈装置をさらに備える、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, further comprising a dilution device for diluting the intermediate gas or the mixed gas with an inert gas between the first reactor and the second reactor. . さらに精製手段と、前記転化手段と前記精製手段を接続する接続配管と、を備え、前記精製手段は、前記転化手段で得られる前記1,3-ブタジエン含有ガスを精製する手段であり、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、請求項7又は8に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 and a connecting pipe connecting the conversion means and the purification means, wherein the purification means is means for purifying the 1,3-butadiene-containing gas obtained by the conversion means, and the connection 9. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to claim 7 or 8, wherein the pipe has at least one bend, and the bend 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9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 claim 9, 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9又は10に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 11. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to claim 9 or 10, wherein the inner surface of said 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9~11のいずれか一項に記載の1,3-ブタジエンの製造装置。 12. The apparatus for producing 1,3-butadiene according to any one of claims 9 to 11, wherein said connecting pipe has at least one bypass, and said bypass is removable.
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