JP4300224B2 - Acrylic acid production method - Google Patents
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Description
本発明はアクリル酸の製造方法に関し、詳しくは、アクリル酸の製造方法において、アクリル酸を高収率で製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing acrylic acid, and more particularly to a method for producing acrylic acid in high yield in a method for producing acrylic acid.
プロピレンおよび/またはアクロレインを接触気相酸化させてアクリル酸を製造する方法においては、接触気相酸化反応時に、水やプロピオン酸、酢酸、マレイン酸などの酸類、アセトン、アクロレイン、フルフラール、ホルムアルデヒドなどのアルデヒド類などに加えて、精製工程における、熱や触媒の作用により、アクリル酸の2〜5量体やオリゴマーといったミカエル付加物が副生成物として生じることが知られている。これらの副生成物は、アクリル酸製造の安定操業を妨げ、目的物であるアクリル酸の収率を低減させる原因となる。また、アクリル酸は易重合性物質であるため、加熱を伴う合成工程や、蒸留などの精製工程においてアクリル酸重合物が生成し、装置内に閉塞を生じたり、製品収率が減少するといった問題があった。かかる問題を解決し、アクリル酸を効率よく安定に製造することを目的として様々な技術が提案されている。 In the method of producing acrylic acid by catalytic vapor phase oxidation of propylene and / or acrolein, during the catalytic vapor phase oxidation reaction, acids such as water, propionic acid, acetic acid, maleic acid, acetone, acrolein, furfural, formaldehyde, etc. In addition to aldehydes, it is known that Michael adducts such as dimers and pentamers of acrylic acid and oligomers are generated as by-products due to the action of heat and catalyst in the purification process. These by-products hinder the stable operation of acrylic acid production and cause a reduction in the yield of the target acrylic acid. In addition, since acrylic acid is an easily polymerizable substance, problems such as production of acrylic acid polymer in the synthesis process involving heating and purification processes such as distillation cause clogging in the apparatus and decrease in product yield. was there. Various techniques have been proposed for the purpose of solving such problems and producing acrylic acid efficiently and stably.
特許文献1〜4には、接触気相酸化法により得られたガス状のアクリル酸をアクリル酸溶液として捕集し、当該溶液中に含まれる副生成物を蒸留により除去する蒸留精製法を採用したアクリル酸の製造方法が記載されており、これらの技術においても、アクリル酸の重合を抑制する方法や、ミカエル付加物を分解してアクリル酸として回収する方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、重合防止剤が均一に分散されるように、捕集塔や蒸留塔の特定の位置から重合防止剤を供給することや、各工程間に冷却器を設置して供給液を冷却することで重合物の発生を抑制し、さらに、薄膜蒸発器と熱分解槽を使用してアクリル酸オリゴマー(ミカエル付加物)を分解してアクリル酸を回収する方法が記載されている。特許文献2,3には、反応蒸留装置や、薄膜蒸発装置を備えた蒸留塔と、熱分解槽を使用してミカエル付加物を分解し、アクリル酸を回収する方法が提案されている。また、特許文献4には、アクリル酸の精製塔塔底液に含まれるアクリル酸多量体(ミカエル付加物)をアクリル酸に分解し、回収してアクリル酸の収率を向上させる方法が記載されている。
また、上記特許文献では、アクリル酸の製造工程において副生するマレイン酸がアクリル酸の収率を低減させたり、製造の安定操業を妨げることも指摘されている。マレイン酸は、アクリル酸合成時に副生し、プロセス内の組成によって(有水)マレイン酸(低温で水が存在する環境下)か、無水マレイン酸(高温で水不存在の環境下)の状態で存在する。特にマレイン酸は、アクリル酸への溶解度が低いため析出し易く、また、アクリル酸との共重合体も形成し易い。 In the above-mentioned patent documents, it is also pointed out that maleic acid by-produced in the production process of acrylic acid reduces the yield of acrylic acid or hinders stable operation of production. Maleic acid is a by-product of acrylic acid synthesis, depending on the composition in the process (water-containing) maleic acid (in an environment where water is present at low temperature) or maleic anhydride (in an environment where water is not present at high temperature) Exists. In particular, maleic acid has a low solubility in acrylic acid and thus tends to precipitate, and a copolymer with acrylic acid is easily formed.
しかしながら、上述のようなアクリル酸の製造工程では、合成工程で生成した水や捕集工程で使用した水を系内から完全に除去することは困難であり、このように水が存在する環境下ではマレイン酸は無水化され難く、析出し易い状態となる。さらに、マレイン酸は、加熱されると容易にフマル酸へと転移するが、これらマレイン酸やフマル酸は、無水マレイン酸に比べて析出し易いため、アクリル酸溶液の粘度を上昇させてミカエル付加物の分解効率を低減させたり、製造装置内の配管の閉塞や汚れの原因となる。 However, in the acrylic acid production process as described above, it is difficult to completely remove the water generated in the synthesis process and the water used in the collection process from the system, and in such an environment where water exists. In this case, maleic acid is hardly dehydrated and is likely to precipitate. Furthermore, maleic acid is easily transferred to fumaric acid when heated, but since maleic acid and fumaric acid are more likely to precipitate than maleic anhydride, the viscosity of the acrylic acid solution is increased to add Michael. This may reduce the efficiency of disassembling objects and may cause clogging or contamination of piping in the manufacturing apparatus.
このようなマレイン酸に関する問題について、特許文献1にはマレイン酸分離塔を使用して、熱分解(ミカエル付加物の分解)後の分解液中のマレイン酸量を低減することが記載されており、特許文献2、3には、ミカエル付加物の分解反応時の反応温度や操作圧力をコントロールして、アクリル酸と同時に回収されるマレイン酸量を低減させ、マレイン酸や無水マレイン酸が回収系内に蓄積するのを避けることが記載されている。
Regarding such a problem concerning maleic acid,
しかしながら、かかる分解、回収条件の適正化のみではマレイン酸および無水マレイン酸の含有量を低減するには限界があり、連続運転する間に系内におけるマレイン酸の蓄積量が増加していく虞がある。 However, there is a limit to reducing the contents of maleic acid and maleic anhydride only by such optimization of decomposition and recovery conditions, and the accumulated amount of maleic acid in the system may increase during continuous operation. is there.
また、特許文献4では、ミカエル付加物の分解に先立って、あるいは、ミカエル付加物分解後の回収液に、積極的に水や非水溶性溶媒を添加してマレイン酸を析出させて分離する方法が記載されている。しかしながら、新たな工程の設置は更なる設備投資を要し、アクリル酸の製造コストを上昇させる結果となる。また、使用溶媒量の増加も、経済面および環境面からは好ましいものではない。
Moreover, in
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、アクリル酸の製造工程において、特に、精製工程でアクリル酸から分離されたミカエル付加物を含む高沸点成分からアクリル酸を回収する際に、マレイン酸に由来する問題(例えば、配管や装置の閉塞、装置内の圧力上昇など)や、高沸点成分含有液の性状悪化などのトラブルを抑制し、効率よくミカエル付加物の分解を進め、高収率でアクリル酸を製造する方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its purpose is to recover acrylic acid from a high-boiling component containing a Michael adduct separated from acrylic acid in the purification process, particularly in the acrylic acid production process. At the same time, problems such as clogging of maleic acid (for example, clogging of pipes and equipment, pressure increase in the equipment, etc.) and troubles such as deterioration of properties of liquids containing high-boiling components are suppressed, and the Michael adduct is efficiently decomposed. It is to provide a method for producing acrylic acid in high yield.
上記問題点に着目して鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは、アクリル酸の製造方法において、特に、アクリル酸から分離される高沸点成分に含まれるミカエル付加物を分解してアクリル酸として回収する際に、当該高沸点成分に含まれる有水マレイン酸量を特定量以下に低減することで、その後の分解工程におけるマレイン酸の析出、アクリル酸との共重合物の生成などに起因する汚れ、粘度上昇、塔内圧損などのトラブルを顕著に抑制し得ることを見出した。すなわち、反応工程で副生するマレイン酸の総量を低減することは困難であるが、精製工程で水の存在により有水化した(有水)マレイン酸量の割合を低減し、さらにこれを無水化(無水マレイン酸)とすれば、分解工程におけるマレイン酸由来のトラブルを抑制でき、効率良くアクリル酸を回収できることが明らかとなったのである。 As a result of intensive studies focusing on the above problems, the present inventors, in the method for producing acrylic acid, in particular, decomposed the Michael adduct contained in the high-boiling component separated from acrylic acid to produce acrylic acid. As a result of reducing the amount of hydrous maleic acid contained in the high-boiling component to a specific amount or less, it is caused by precipitation of maleic acid in the subsequent decomposition step, formation of a copolymer with acrylic acid, etc. It has been found that troubles such as dirt, viscosity increase, and pressure loss in the tower can be remarkably suppressed. That is, although it is difficult to reduce the total amount of maleic acid by-produced in the reaction step, the proportion of maleic acid (hydrated) that has become hydrated due to the presence of water in the purification step is reduced, and this is further reduced to anhydrous. It has been clarified that troubles derived from maleic acid in the decomposition step can be suppressed and acrylic acid can be efficiently recovered if it is made into (Maleic anhydride).
上記課題を解決した本発明のアクリル酸の製造方法とは、原料ガスを気相酸化して得られたアクリル酸含有ガスを粗アクリル酸含有液として捕集し、捕集された粗アクリル酸含有溶液を精製するアクリル酸の製造方法であって、前記粗アクリル酸含有溶液を精製する工程として、蒸留塔で、高沸点成分を分離する高沸点成分分離工程を含み、さらに、前記高沸点成分に含まれるミカエル付加物を分解し、アクリル酸を生成させる分解工程、前記分解工程で生成したアクリル酸を回収する回収工程を含み、前記高沸点成分分離工程から分解工程に供給される高沸点成分中のマレイン酸量の割合を70%以下(下記数式より算出される値であり、マレイン酸と無水マレイン酸の合計を100%としたときのマレイン酸量の割合である。)とするところに要旨を有するものである。 The method for producing acrylic acid according to the present invention that has solved the above problems is to collect the acrylic acid-containing gas obtained by vapor-phase oxidation of the raw material gas as a crude acrylic acid-containing liquid, and collect the collected crude acrylic acid. A method for producing acrylic acid for purifying a solution, wherein the step of purifying the crude acrylic acid-containing solution includes a high-boiling component separation step for separating a high-boiling component in a distillation tower, In a high-boiling component supplied from the high-boiling component separation step to the decomposition step, including a decomposition step of decomposing the Michael adduct contained to generate acrylic acid, and a recovery step of recovering the acrylic acid generated in the decomposition step The ratio of the amount of maleic acid is 70% or less (which is a value calculated from the following formula, and is the ratio of the amount of maleic acid when the total of maleic acid and maleic anhydride is 100%). And it has a gist to the filtrate.
上述のようにマレイン酸はアクリル酸への溶解度が低く、無水マレイン酸に比べて析出し易いため、予め分解工程に供給されるマレイン酸量を低減しておけば、当該分解工程において、マレイン酸とアクリル酸の共重合物やマレイン酸が析出し難くなる。また、通常、分解工程に供給される高沸点成分は、すでに水など低沸点成分が除去されているので、分解処理を受ける間にマレイン酸から水が脱離し無水化される。このとき生成する無水マレイン酸は、マレイン酸よりも融点が低いため、高沸点成分中に溶液状態で存在させることができる。 As described above, maleic acid has a low solubility in acrylic acid and is more likely to precipitate than maleic anhydride. Therefore, if the amount of maleic acid supplied to the decomposition step is reduced in advance, maleic acid is used in the decomposition step. And acrylic acid copolymer and maleic acid are difficult to precipitate. In general, since the high-boiling components supplied to the decomposition step have already been removed from the low-boiling components such as water, water is desorbed from maleic acid during the decomposition treatment. Since maleic anhydride produced at this time has a lower melting point than maleic acid, it can be present in a high-boiling component in a solution state.
したがって、上記本発明の方法、すなわち、高沸点成分に含まれる有水マレイン酸の量と無水マレイン酸に対する有水マレイン酸の量を、特定量以下になるようにすることで、配管の閉塞や装置内の圧力上昇を生じることなく、安定なミカエル付加物の分解、および、効率のよいアクリル酸の回収を行うことができる。 Therefore, the method of the present invention, that is, the amount of the hydrated maleic acid contained in the high-boiling component and the amount of the hydrated maleic acid relative to the maleic anhydride are set to a specific amount or less, thereby blocking the piping. Stable Michael adduct decomposition and efficient recovery of acrylic acid can be performed without causing an increase in pressure in the apparatus.
上記高沸点成分分離工程は、蒸留塔の塔底温度90〜130℃、塔底液の滞留時間を2〜30時間とし、当該蒸留塔からの抜き出し液の質量Bに対する、当該蒸留塔へ供給する液の質量Fの比「F/B」(以下、「F/B」を濃縮倍率と言う場合がある)を5〜20として行うのが好ましい。また、上記分解工程に供給する高沸点成分中のミカエル付加物の濃度は20〜60質量%とするのが好ましく、上記分解工程は、反応蒸留形式で行うことが推奨される。特に、棚段式蒸留塔で分解工程を行うことは本発明の好ましい実施態様であり、このとき、還流比を0.5〜6とするのが好ましい。また、上記棚段式蒸留塔としては、理論段が3段以上の蒸留塔を使用するのが好ましく、この棚段式蒸留塔の塔頂側を基点とした総理論段の70〜100%の部位を125℃以下に加熱することが好ましい。また、棚段式蒸留塔としては、孔径10〜50mmの開口を有するトレイを備えたものが好ましい。 In the high boiling point component separation step, the bottom temperature of the distillation tower is 90 to 130 ° C., the residence time of the bottom liquid is 2 to 30 hours, and the mass B of the liquid extracted from the distillation tower is supplied to the distillation tower. It is preferable that the ratio F of the liquid mass “F / B” (hereinafter, “F / B” may be referred to as a concentration ratio) be 5 to 20. Moreover, it is preferable that the density | concentration of the Michael adduct in the high boiling point component supplied to the said decomposition process shall be 20-60 mass%, and performing the said decomposition process by the reactive distillation form is recommended. In particular, it is a preferred embodiment of the present invention to perform the decomposition step in a plate-type distillation column, and at this time, the reflux ratio is preferably 0.5 to 6. Further, as the above-mentioned plate type distillation column, it is preferable to use a distillation column having three or more theoretical plates, and 70 to 100% of the total theoretical plate based on the top side of this plate type distillation column. It is preferable to heat the part to 125 ° C. or lower. Moreover, as a tray type distillation tower, what was equipped with the tray which has an opening with a hole diameter of 10-50 mm is preferable.
上記分解工程は、強制循環型熱交換器を使用し、分解工程に供給された高沸点成分を155〜220℃に加熱し、且つ、当該強制循環型熱交換器の熱源と、当該強制循環型熱交換器により加熱された高沸点成分との温度差が15〜80℃となるようにして行うことが推奨される。 The decomposition step uses a forced circulation heat exchanger, heats the high boiling point component supplied to the decomposition step to 155 to 220 ° C., and heat source of the forced circulation heat exchanger, and the forced circulation type It is recommended that the temperature difference with the high boiling point component heated by the heat exchanger be 15 to 80 ° C.
さらに、上記分解工程は、N‐オキシル化合物の存在下で行うことが推奨される。 Furthermore, it is recommended that the decomposition step be performed in the presence of an N-oxyl compound.
なお、本明細書において「低沸点物質」とは、標準状態(25℃、大気圧下)においてアクリル酸よりも沸点が低い物質をいい、「高沸点物質」とは、標準状態においてアクリル酸よりも沸点が高い物質をいう。 In the present specification, the “low boiling point substance” means a substance having a boiling point lower than that of acrylic acid in a standard state (25 ° C., under atmospheric pressure), and the “high boiling point substance” means a substance having a lower boiling point than acrylic acid in the standard state. Refers to a substance with a high boiling point.
また、「ミカエル付加物」とは下記式(1)に示されるアクリル酸の多量体を言う。このようなミカエル付加物としては、例えば、アクリル酸二量体であれば、β‐アクリロキシプロピオン酸やこれらの塩を含むものである。 The “Michael adduct” refers to a multimer of acrylic acid represented by the following formula (1). As such a Michael adduct, for example, in the case of an acrylic acid dimer, β-acryloxypropionic acid and salts thereof are included.
(ただし、式(1)中、nは1〜5の整数を表し、−X−は、−CH2CH2−、または、−CH(CH3)−を表す。なお、nが2以上の場合、複数の−X−は同一であってもよく、また、異なるものであってもよい。) (In the formula (1), n represents an integer of 1 to 5, and —X— represents —CH 2 CH 2 — or —CH (CH 3 ) —, where n is 2 or more. In some cases, a plurality of -X- may be the same or different.)
さらに、「精製」には、蒸留、放散、晶析、抽出、吸収などが含まれる。ここに「蒸留」とは、溶液をその沸点まで加熱し含まれる揮発性成分を分離する方法であり、「晶析」とは、目的物を結晶として分離するものを意味するものとする。 Furthermore, “purification” includes distillation, stripping, crystallization, extraction, absorption and the like. Here, “distillation” is a method in which a solution is heated to its boiling point to separate volatile components contained therein, and “crystallization” means to separate the target product as crystals.
また、本明細書において「マレイン酸」とは、特に断りが無い場合には「有水マレイン酸」を意味し、無水マレイン酸とは区別して使用する。 In the present specification, “maleic acid” means “hydrous maleic acid” unless otherwise specified, and is used separately from maleic anhydride.
本発明の製造方法によれば、ミカエル付加物の分解工程において、マレイン酸の析出や、これに由来する分解装置内の圧力上昇などのトラブルが起こり難いため、ミカエル付加物の分解を効率よく進められ、アクリル酸を効率よく安定に製造することができる。 According to the production method of the present invention, in the decomposition process of the Michael adduct, troubles such as precipitation of maleic acid and a pressure increase in the decomposition apparatus derived from this hardly occur. Thus, acrylic acid can be produced efficiently and stably.
本発明のアクリル酸の製造方法とは、原料ガスを気相酸化して得られたアクリル酸含有ガスを粗アクリル酸含有液として捕集し、捕集された粗アクリル酸含有溶液を精製するアクリル酸の製造方法であって、前記粗アクリル酸含有溶液を精製する工程として、蒸留塔で高沸点成分を分離する高沸点成分分離工程を含み、さらに、前記高沸点成分に含まれるミカエル付加物を分解し、アクリル酸を生成させる分解工程、前記分解工程で生成したアクリル酸を回収する回収工程を含み、前記高沸点成分分離工程から分解工程に供給される高沸点成分中のマレイン酸量の割合を70%以下(下記数式により算出される値であり、マレイン酸と無水マレイン酸の合計を100%としたときのマレイン酸量の割合である。)とするところに特徴を有するものである。 The acrylic acid production method of the present invention is an acrylic that collects an acrylic acid-containing gas obtained by vapor-phase oxidation of a raw material gas as a crude acrylic acid-containing liquid, and purifies the collected crude acrylic acid-containing solution. A method for producing an acid, comprising a step of purifying the crude acrylic acid-containing solution, a high-boiling component separation step of separating a high-boiling component in a distillation column, and further, a Michael adduct contained in the high-boiling component. The ratio of the amount of maleic acid in the high boiling point component supplied from the high boiling point component separation step to the decomposition step, including a decomposition step for decomposing and generating acrylic acid, and a recovery step for recovering the acrylic acid generated in the decomposition step Is 70% or less (a value calculated by the following formula, which is a ratio of the amount of maleic acid when the total of maleic acid and maleic anhydride is 100%). Than is.
上述のように、分解工程に供給される高沸点成分中のマレイン酸量の割合(総マレイン酸量[有水マレイン酸+無水マレイン酸]に対する有水マレイン酸の割合)を上記範囲とすれば、分解工程で析出物や装置内の圧力上昇の発生を抑制できるので、効率よくミカエル付加物の分解が行え、アクリル酸を安定して製造することができる。 As described above, if the ratio of the amount of maleic acid in the high-boiling component supplied to the decomposition step (the ratio of hydrated maleic acid to the total amount of maleic acid [hydrated maleic acid + maleic anhydride]) is within the above range, Since the generation of precipitates and pressure increase in the apparatus can be suppressed in the decomposition step, the Michael adduct can be efficiently decomposed and acrylic acid can be stably produced.
上記数式により算出される高沸点成分中のマレイン酸量の割合は50%以下であるのが好ましく、より好ましくは40%以下で、もちろん、マレイン酸量の割合が0%であるのが最も好ましいことは言うまでもない。 The proportion of maleic acid in the high boiling point component calculated by the above formula is preferably 50% or less, more preferably 40% or less, and of course, the proportion of maleic acid is most preferably 0%. Needless to say.
但し、上記マレイン酸量の割合を0%とするには、特定の工程に厳しい運転条件を採用したり(製造工程の安定稼動性が損なわれることがある)、アクリル酸の製造効率を犠牲にしなければならない場合がある。したがって、上記数式により算出されるマレイン酸量の割合を0%とすることは実操業上困難であり、経済的な観点からも好ましくない。なお、通常は、上記数式により算出されるマレイン酸量の割合の下限は0%より大きい値となる。具体的には、上記マレイン酸量の割合の下限は5%であり、より詳しくは10%、さらには20%である。 However, in order to reduce the maleic acid content to 0%, strict operating conditions may be adopted for a specific process (the stable operability of the production process may be impaired), or the production efficiency of acrylic acid may be sacrificed. You may have to. Therefore, it is difficult in actual operation to set the ratio of the amount of maleic acid calculated by the above formula to 0%, which is not preferable from an economical viewpoint. In general, the lower limit of the proportion of the amount of maleic acid calculated by the above formula is a value greater than 0%. Specifically, the lower limit of the ratio of the maleic acid amount is 5%, more specifically 10%, and further 20%.
上記高沸点成分とは、アクリル酸よりも沸点の高い成分を含むものであって、ミカエル付加物をはじめとするアクリル酸製造時の副生物を含むものである。なお、本発明では、かかる高沸点成分からアクリル酸を回収して、アクリル酸の製造効率を一層向上させることを目的とするものである。そして、上述のように本発明は、分解工程に供給する高沸点成分中のマレイン酸量を特定量以下に低減させるところに特徴を有するものである。したがって、本発明では、アクリル酸の合成方法については一切限定されず、従来公知のアクリル酸の製造方法であれば、いずれの方法も採用できる。例えば、上記高沸点成分を含む液としては、精製工程(例えば、上記蒸留、放散、晶析、抽出、吸収など)から排出されるもの、あるいは、精製工程を経た後、必要に応じて任意に設けられる更なる精製工程において、製品となるアクリル酸から分離されるものなどが挙げられる。もちろん、高沸点成分を含む液にはアクリル酸が含まれていてもかまわない。代表的な例としては、蒸留塔塔底液や晶析精製で生じる残留母液などが挙げられる。 The high boiling point component includes a component having a boiling point higher than that of acrylic acid, and includes by-products during the production of acrylic acid including Michael adducts. It is an object of the present invention to recover acrylic acid from such a high boiling point component to further improve the production efficiency of acrylic acid. As described above, the present invention is characterized in that the amount of maleic acid in the high boiling point component supplied to the decomposition step is reduced to a specific amount or less. Therefore, in the present invention, the method for synthesizing acrylic acid is not limited at all, and any method can be adopted as long as it is a conventionally known method for producing acrylic acid. For example, the liquid containing the high-boiling component may be discharged from the purification process (for example, the distillation, emission, crystallization, extraction, absorption, etc.), or optionally after the purification process, if necessary. What is isolate | separated from the acrylic acid used as a product in the further refinement | purification process provided is mentioned. Of course, the liquid containing the high boiling point component may contain acrylic acid. Typical examples include distillation column bottom liquid and residual mother liquor generated by crystallization purification.
なお、工業的なアクリル酸の製造方法としては、プロピレンおよび/またはアクロレインを接触気相酸化させる方法が一般的である。そこで、本明細書では、アクリル酸の合成方法として接触気相酸化法を採用する場合を例として具体的に説明する。 As an industrial method for producing acrylic acid, a method of catalytic vapor phase oxidation of propylene and / or acrolein is common. Therefore, in the present specification, a specific example will be described in which a contact gas phase oxidation method is employed as a method for synthesizing acrylic acid.
まず、プロピレンおよび/又はアクロレインなどのアクリル酸原料と、空気などの分子状酸素含有ガス、および希釈ガスを混合し、原料ガスを調製する。この原料ガスを、接触気相酸化触媒を充填した反応器に供給し、接触気相酸化反応によってアクリル酸含有ガスを得る(合成工程)。 First, an acrylic acid raw material such as propylene and / or acrolein, a molecular oxygen-containing gas such as air, and a dilution gas are mixed to prepare a raw material gas. This raw material gas is supplied to a reactor filled with a catalytic gas phase oxidation catalyst, and an acrylic acid-containing gas is obtained by a catalytic gas phase oxidation reaction (synthesis process).
次いで、得られたアクリル酸含有ガスを捕集溶剤と接触させてアクリル酸含有溶液として捕集する捕集塔へと供給する(捕集工程)。上記捕集塔は、アクリル酸ガスとアクリル酸を捕集する捕集用溶剤とを、十分に接触させることができるものであれば特に限定されず、例えば、棚段塔、充填塔、濡れ壁塔、スプレー塔などの公知の捕集塔を使用できる。 Next, the obtained acrylic acid-containing gas is brought into contact with a collection solvent and supplied to a collection tower that collects it as an acrylic acid-containing solution (collection step). The collection tower is not particularly limited as long as it can sufficiently contact the acrylic acid gas and the collection solvent for collecting acrylic acid. For example, a plate tower, a packed tower, a wet wall A known collection tower such as a tower or a spray tower can be used.
上記捕集用溶剤としては、アクリル酸を吸収、溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、ジフェニルエーテル、ジフェニル、o‐ジメチルフタレート、ジフェニルエーテルとジフェニルとの混合物などの高沸点有機溶剤、水、アクリル酸精製プロセスから発生する有機酸を含んだ水やアクリル酸溶液、エジェクター廃水など、従来公知のものを広く使用することができる。 The collection solvent is not particularly limited as long as it can absorb and dissolve acrylic acid. For example, diphenyl ether, diphenyl, o-dimethyl phthalate, a high-boiling organic solvent such as a mixture of diphenyl ether and diphenyl, water, Conventionally known materials such as water containing an organic acid generated from the acrylic acid purification process, an acrylic acid solution, and ejector wastewater can be widely used.
上記アクリル酸含有ガスは捕集塔塔底から供給され、一方、捕集溶剤は、捕集塔塔頂から供給される。このとき、アクリル酸含有ガスと捕集用溶剤との接触方法は限定されず、例えば、泡鐘トレイ、ユニフラットトレイ、多孔板トレイ、ジェットトレイ、バブルトレイ、ベンチュリートレイを用いる十字流接触;ターボグリッドトレイ、デュアルフロートレイ、リップルトレイ、キッテルトレイ、ガーゼ型、シート型、グリット型の規則充填物、および、不規則充填物を用いる向流接触など、公知の接触方法がいずれも使用できる。 The acrylic acid-containing gas is supplied from the bottom of the collection tower, while the collection solvent is supplied from the top of the collection tower. At this time, the contact method between the acrylic acid-containing gas and the collection solvent is not limited. For example, cross flow contact using bubble bell tray, uniflat tray, perforated plate tray, jet tray, bubble tray, venturi tray; turbo Any known contact method such as grid tray, dual flow tray, ripple tray, kittel tray, gauze type, sheet type, grit type regular packing, and countercurrent contact using irregular packing can be used.
次いで、捕集塔で得られたアクリル酸含有溶液を、捕集塔塔底から抜き出し、精製工程へ供給する。精製工程は特に限定されず、従来公知の精製法、例えば、蒸留精製法、晶析精製法、膜分離法、薬剤処理法などを単独で、或いは組み合わせて採用することができる。 Next, the acrylic acid-containing solution obtained in the collection tower is extracted from the bottom of the collection tower and supplied to the purification step. The purification step is not particularly limited, and conventionally known purification methods such as distillation purification method, crystallization purification method, membrane separation method, chemical treatment method and the like can be used alone or in combination.
なお、上記蒸留精製法を採用する場合には、共沸溶剤の存在下で蒸留を行って、アクリル酸含有溶液から粗製アクリル酸溶液を得る共沸分離法(共沸分離工程)を採用してもよい。共沸分離法に使用可能な蒸留塔としては、棚段塔、充填塔、濡れ壁塔、スプレー塔などの公知の塔を用いることができる。上記共沸溶媒としては、トルエン、ヘプタン、ジメチルシクロトルエン、メチルイソブチルケトン、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、ヘキサン、酢酸ブチル等が挙げられる。 In addition, when adopting the above-mentioned distillation purification method, an azeotropic separation method (azeotropic separation step) in which a crude acrylic acid solution is obtained from an acrylic acid-containing solution by distillation in the presence of an azeotropic solvent is employed. Also good. As a distillation column usable in the azeotropic separation method, a known column such as a plate column, a packed column, a wet wall column, or a spray column can be used. Examples of the azeotropic solvent include toluene, heptane, dimethylcyclotoluene, methyl isobutyl ketone, ethyl acrylate, methyl methacrylate, hexane, and butyl acetate.
上記アクリル酸の合成工程、アクリル酸ガスの捕集工程、共沸分離工程、および精製工程の運転条件は特に限定されず、生成したアクリル酸ガスの組成、アクリル酸含有溶液および粗製アクリル酸溶液の組成などを考慮して適宜調整しながら行えばよい。 The operating conditions of the acrylic acid synthesis step, acrylic acid gas collection step, azeotropic separation step, and purification step are not particularly limited, and the composition of the generated acrylic acid gas, the acrylic acid-containing solution, and the crude acrylic acid solution What is necessary is just to adjust, considering a composition etc. suitably.
本発明では、上記工程に加えて、蒸留塔で高沸点成分を分離する高沸点成分分離工程、前記高沸点成分に含まれるミカエル付加物を分解し、アクリル酸を生成させる分解工程、前記分解工程で生成したアクリル酸を回収する回収工程を採用する。回収工程は、分解工程で生成したアクリル酸を回収できる工程であればよく、例えば、捕集工程や精製工程などの前段工程を回収工程とすればよい。なお、製品品質上は、前段工程の高沸点成分分離工程で回収するのが好ましい。
In the present invention, in addition to the above steps, a high boiling point component separation step for separating high boiling point components in a distillation column, a decomposition step for decomposing Michael adducts contained in the high boiling point components to produce acrylic acid, and the decomposition step A recovery process for recovering the acrylic acid produced in
本発明で採用する高沸点成分分離工程は、精製工程に含まれていてもよい。また、上記分解工程及び回収工程は、精製工程に含まれていても、精製工程とは異なる工程として設けるものであってもよい。なお、本発明の好ましい態様としては、精製工程において目的生成物であるアクリル酸から分離され(高沸点成分分離工程)、排出される高沸点成分含有液を分解工程、回収工程へと供して、アクリル酸を回収する態様が挙げられる。 The high boiling point component separation step employed in the present invention may be included in the purification step. Moreover, the said decomposition | disassembly process and collection | recovery process may be provided as a process different from a refinement | purification process, even if included in a refinement | purification process. As a preferred embodiment of the present invention, the high boiling point component-containing liquid separated from the target product acrylic acid in the purification step (high boiling point component separation step) and discharged is subjected to a decomposition step and a recovery step, The aspect which collect | recovers acrylic acid is mentioned.
次に、本発明の好ましい態様について、図1に示すプロセスを参照しながら具体的に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the process shown in FIG.
[高沸点成分分離工程]
合成工程、捕集工程を経て、精製工程(図示せず)に供給され、当該工程においてアクリル酸から分離された高沸点成分含有液を、ラインL‐1を通じて、高沸点成分を分離する蒸留塔1(高沸点成分分離塔)へと供給する(高沸点成分分離工程)。
[High boiling point component separation process]
A distillation column for separating a high-boiling-point component through a line L-1 from a high-boiling-component-containing liquid supplied to a purification step (not shown) through a synthesis step and a collection step and separated from acrylic acid in the step. 1 (high boiling point component separation tower) (high boiling point component separation step).
この高沸点成分分離工程は、精製工程においてアクリル酸と高沸点成分を分離する工程であってもよく(図示せず)、また、精製工程においてアクリル酸から分離された高沸点成分含有液に含まれる高沸点成分と、当該高沸点成分含有液中に含まれるアクリル酸やその他の低沸点成分とを分離する工程のいずれであってもよい。分離されたアクリル酸は、蒸留塔1の塔頂から留出させて、ラインL‐2を通じて、凝縮器E‐1で凝縮させた後、製品として、あるいは、更なる精製工程などへと供給するために回収する。また、このときラインL‐2に導入されたアクリル酸は、その一部を蒸留塔1へと循環させて還流液として使用してもよい。
This high boiling point component separation step may be a step of separating acrylic acid and high boiling point components in the purification step (not shown), and is included in the high boiling point component-containing liquid separated from acrylic acid in the purification step. Any of the process of isolate | separating the high boiling point component and acrylic acid and other low boiling point components which are contained in the said high boiling point component containing liquid may be sufficient. The separated acrylic acid is distilled from the top of the
一方、蒸留塔1の塔底液(高沸点成分)は、ラインL‐3を通じて、反応装置(蒸留塔)2(分解工程)へと供給する。また、ラインL−3に導入された高沸点成分は全て次工程へと供給しても良いが、一部をラインL−3上の熱源E−2を経由させた後、再び蒸留塔1へ循環させても良い。なお、蒸留塔1から留去される留出液および排出される塔底液は、次工程に供給する前にストレーナーに通して、留出液又は塔底液に含まれる不溶成分を除去しても良い。
On the other hand, the bottom liquid (high boiling point component) of the
ここで、高沸点成分とは、アクリル酸製造時の副生物あるいは出発原料を意味し、標準状態でアクリル酸よりも沸点の高い成分を含むものである。具体的な高沸点成分としては、ミカエル付加物(アクリル酸の二量体など)、フルフラール、プロトアネモニン、マレイン酸、無水マレイン酸等が挙げられる。 Here, the high boiling point component means a by-product or a starting material during the production of acrylic acid, and includes a component having a boiling point higher than that of acrylic acid in a standard state. Specific examples of the high boiling point component include Michael adducts (such as dimers of acrylic acid), furfural, protoanemonin, maleic acid, and maleic anhydride.
上記高沸点成分分離工程の蒸留塔(高沸分離塔)として使用可能な装置としては、充填塔、棚段塔(トレイ塔)などが挙げられる。上記充填塔に充填する充填物としては、後述する分解工程で充填物として例示するものはいずれも使用可能であり、また、棚段塔に設けるトレイには、後述する分解工程で例示するトレイを用いることができる。もちろん、上記充填物とトレイは組み合わせて使用しても良い。なお、留出液(アクリル酸)へのマレイン酸の混入を低減する観点からは棚段塔を採用するのが好ましい。例えば、棚段塔の理論段数は2〜20段とするのが好ましく、より好ましくは4〜12段であり、還流比は0.2〜4とするのが好ましく、より好ましくは0.4〜2である。 Examples of the apparatus that can be used as the distillation tower (high boiling separation tower) in the high boiling point component separation step include a packed tower and a plate tower (tray tower). As the packing to be packed in the packed tower, any of those exemplified as the packing in the decomposition step described later can be used, and the tray provided in the tray tower is a tray illustrated in the decomposition step described later. Can be used. Of course, the above filling and tray may be used in combination. In addition, it is preferable to employ | adopt a plate tower from a viewpoint of reducing the mixing of maleic acid into a distillate (acrylic acid). For example, the theoretical plate number of the plate column is preferably 2 to 20, more preferably 4 to 12, and the reflux ratio is preferably 0.2 to 4, more preferably 0.4 to 4. 2.
蒸留塔(高沸点成分分離塔)の運転条件は、アクリル酸と、高沸点成分とを分離できる条件であればよく、導入する高沸点成分(粗製アクリル酸溶液)のアクリル酸濃度や水濃度、酢酸濃度などによって、適宜選択することができる。例えば、塔底温度は90℃以上とするのが好ましく、より好ましくは95℃以上であり、好ましくは130℃以下、より好ましくは125℃以下、さらに好ましくは120℃以下である。一方、蒸留塔の塔頂温度は、通常40〜90℃とするのが好ましく、より好ましくは50〜80℃である。また、塔底液の滞留時間は2〜30時間とするのが好ましい。より好ましくは4〜25時間である。さらに、蒸留塔からの抜き出し液(塔底液)の質量Bに対する、蒸留塔へ供給する液の質量Fの比「F/B」(以下、F/Bを濃縮倍率という)は、5〜20とするのが好ましく、より好ましくは8〜15である。なお、塔頂圧力(絶対圧)は1.0〜40kPaとするのが好ましく、より好ましくは1.5〜30kPa、さらに好ましくは2.0〜20kPaである。塔頂圧力が上記範囲であれば、蒸留塔や蒸留塔に敷設するコンデンサや真空装置の大型化も必要なく、また、アクリル酸などが重合する虞も低い。 The operating conditions of the distillation tower (high boiling point component separation tower) are not particularly limited as long as acrylic acid and high boiling point components can be separated, and the acrylic acid concentration and water concentration of the high boiling point component (crude acrylic acid solution) to be introduced, It can be appropriately selected depending on the acetic acid concentration and the like. For example, the column bottom temperature is preferably 90 ° C. or higher, more preferably 95 ° C. or higher, preferably 130 ° C. or lower, more preferably 125 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or lower. On the other hand, the top temperature of the distillation column is usually preferably 40 to 90 ° C, more preferably 50 to 80 ° C. The residence time of the column bottom liquid is preferably 2 to 30 hours. More preferably, it is 4 to 25 hours. Furthermore, the ratio “F / B” (hereinafter, F / B is referred to as the concentration ratio) of the mass F of the liquid supplied to the distillation column to the mass B of the liquid extracted from the distillation column (column bottom liquid) is 5-20. Preferably, it is 8-15. In addition, it is preferable that tower top pressure (absolute pressure) shall be 1.0-40 kPa, More preferably, it is 1.5-30 kPa, More preferably, it is 2.0-20 kPa. If the pressure at the top of the column is in the above range, it is not necessary to increase the size of the distillation column, the condenser installed in the distillation column or the vacuum apparatus, and there is little possibility of polymerization of acrylic acid or the like.
蒸留塔(高沸蒸留塔)の熱源E−2としては、多管式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器、強制循環型熱交換器、薄膜蒸発器等の熱交換器や、リボイラーを使用することができる。 The heat source E-2 of the distillation tower (high boiling distillation tower) is a heat exchanger such as a multi-tube heat exchanger, a plate heat exchanger, a spiral heat exchanger, a forced circulation heat exchanger, or a thin film evaporator. Or a reboiler can be used.
なお、蒸留時には、アクリル酸などの重合性物質の重合を防止するために、還流液に重合防止剤を添加してもよい。このような重合防止剤としては、特開2001‐348360号公報、特開2001‐348358号公報、特開2001‐348359号公報等に記載されるN‐オキシル化合物、フェノール化合物、酢酸マンガン等のマンガン塩、ジブチルチオカルバミン酸銅などのジアルキルジチオカルバミン酸銅塩、ニトロソ化合物、アミン化合物およびフェノチアジンからなる群から選ばれる1種以上の化合物が挙げられる。 During distillation, a polymerization inhibitor may be added to the reflux liquid in order to prevent polymerization of a polymerizable substance such as acrylic acid. Examples of such a polymerization inhibitor include manganese such as N-oxyl compounds, phenol compounds, and manganese acetate described in JP-A-2001-348360, JP-A-2001-348358, and JP-A-2001-348359. Examples thereof include one or more compounds selected from the group consisting of a salt, a copper salt of dialkyldithiocarbamate such as copper dibutylthiocarbamate, a nitroso compound, an amine compound and phenothiazine.
上記蒸留工程で得られる留出液は、製品(アクリル酸)として使用してもよく、また、更なる精製工程へと供給してもよい。もちろん、上記蒸留塔(高沸分離塔)からの留出液は、当該蒸留工程の上流側の工程である捕集工程や共沸脱水工程等へ、アクリル酸含有液として供給してもよい(回収)。 The distillate obtained in the above distillation step may be used as a product (acrylic acid) or supplied to a further purification step. Of course, the distillate from the distillation column (high-boiling separation column) may be supplied as an acrylic acid-containing liquid to a collection step, an azeotropic dehydration step, etc., which are upstream of the distillation step ( Recovery).
一方、蒸留塔1(高沸分離塔)の塔底液は、ラインL‐3を通じて、反応装置2(反応蒸留塔)へと供給され、当該塔底液に含まれる有価物を分解させてアクリル酸を生成させる(分解工程)。 On the other hand, the bottom liquid of the distillation tower 1 (high boiling separation tower) is supplied to the reaction apparatus 2 (reactive distillation tower) through the line L-3, and the valuables contained in the bottom liquid are decomposed to produce acrylic. Acid is generated (decomposition step).
なお、本発明法では、分解工程へ供給する高沸点成分に含まれるマレイン酸と無水マレイン酸の合計量を100質量%としたときの、マレイン酸量の割合を70%以下とする。なお、このときの総マレイン酸濃度(マレイン酸と無水マレイン酸の合計濃度)は、分解工程へ供給される液(高沸点成分含有液)100質量%中、3〜25質量%とするのが好ましい。より好ましくは5〜20質量%であり、さらに好ましくは7〜14質量%である。また、分解工程へ供給する高沸点成分に含まれるミカエル付加物の濃度(高沸点成分含有液100質量%に対して)は20〜60質量%とするのが好ましい。より好ましくは25〜55質量%であり、さらに好ましくは30〜50質量%である。なお、高沸点成分中の、マレイン酸量を上記範囲とするには、高沸点成分分離工程における蒸留塔の塔底温度、滞留時間、濃縮倍率、使用する蒸留装置の理論段数や、還流比などの運転条件を上述のように制御すればよい。また、後述する分解工程の分解(塔底)温度、滞留時間、濃縮倍率、還流比、塔内温度などの条件を制御し、分解工程からの留出液(循環液)を使用して、蒸留塔に供給される高沸点成分中の有水マレイン酸量や、ミカエル付加物量を調整してもよい。 In the method of the present invention, the ratio of the amount of maleic acid is 70% or less when the total amount of maleic acid and maleic anhydride contained in the high boiling point component supplied to the decomposition step is 100% by mass. The total maleic acid concentration (total concentration of maleic acid and maleic anhydride) at this time is 3 to 25% by mass in 100% by mass of the liquid (high-boiling component-containing liquid) supplied to the decomposition step. preferable. More preferably, it is 5-20 mass%, More preferably, it is 7-14 mass%. Moreover, it is preferable that the density | concentration (with respect to 100 mass% of high boiling component containing liquids) of the Michael adduct contained in the high boiling component supplied to a decomposition process shall be 20-60 mass%. More preferably, it is 25-55 mass%, More preferably, it is 30-50 mass%. In order to make the amount of maleic acid in the high boiling point component within the above range, the bottom temperature of the distillation column, the residence time, the concentration factor, the number of theoretical plates of the distillation apparatus used, the reflux ratio, etc. in the high boiling point component separation step These operating conditions may be controlled as described above. In addition, the distillation (column bottom) temperature, residence time, concentration rate, reflux ratio, tower temperature, etc. of the decomposition step described later are controlled and distilled using the distillate (circulated liquid) from the decomposition step. The amount of hydrated maleic acid or the amount of Michael adduct in the high boiling point component supplied to the tower may be adjusted.
このように、高沸点成分含有液におけるマレイン酸の量を調整することに合わせて、ミカエル付加物の量も特定の範囲に調整することは本発明の好ましい実施形態である。これによって、後述する分解工程におけるマレイン酸に由来する配管の閉塞や、付着物、廃油粘度の上昇といった問題を一層低減させることができる。 Thus, in accordance with the adjustment of the amount of maleic acid in the high-boiling component-containing liquid, it is a preferred embodiment of the present invention to adjust the amount of the Michael adduct to a specific range. This can further reduce problems such as blockage of piping derived from maleic acid in the decomposition step, which will be described later, deposits, and increased viscosity of waste oil.
[分解工程]
前記蒸留工程において、蒸留塔1(高沸点成分分離塔)の塔底から抜き出した高沸点成分を、ラインL‐3を通じて、ミカエル付加物の分解を行う反応装置2(蒸留塔2)へと供給する。上記高沸点成分には、アクリル酸二量体、アクリル酸三量体、アクリル酸オリゴマーなどのミカエル付加物が含まれているが、これらは分解することでアクリル酸として回収できる。すなわち、本発明に係る分解工程とは、高沸点成分を加熱し、当該高沸点成分に含まれるミカエル付加物などの有価物を分解してアクリル酸を生成させる工程である(分解工程)。
[Disassembly process]
In the distillation step, the high-boiling components extracted from the bottom of the distillation column 1 (high-boiling component separation column) are supplied to the reactor 2 (distillation column 2) that decomposes the Michael adduct through the line L-3. To do. The high-boiling components include Michael adducts such as acrylic acid dimer, acrylic acid trimer, and acrylic acid oligomer, which can be recovered as acrylic acid by decomposition. That is, the decomposition step according to the present invention is a step in which a high-boiling component is heated and a valuable material such as a Michael adduct contained in the high-boiling component is decomposed to generate acrylic acid (decomposition step).
図1に示しているように、反応装置2で生成したアクリル酸は、反応装置2の塔頂から留出させ、ラインL‐4および高沸分離塔に連結しているラインL‐1を通じて、あるいはラインL‐4から直接蒸留塔1へと循環させる(図示せず)。一方反応装置2の残留液は、ラインL‐5を通じて系外へと排出させればよい。もちろん、残留液の一部は熱交換器E−3に循環させて、反応装置2へ戻してもよい。なお、図1では、熱交換器として強制循環型熱交換器を使用する例を示している。
As shown in FIG. 1, the acrylic acid produced in the
本発明では、分解工程は、ミカエル付加物の分解と、分解生成物(アクリル酸)の蒸発あるいは蒸留を同時に行える反応蒸留形式を採用するのが好ましい。ここで、反応蒸留形式とは、ミカエル付加物を分解しつつ、分解生成物を蒸留により留去させる手法を意味する。アクリル酸からミカエル付加物が生成する反応は平衡反応である。したがって、反応蒸留形式を採用して、ミカエル付加物の分解反応と同時に分解生成物であるアクリル酸を蒸留により留去させれば、アクリル酸生成量が増加する向きに平衡が移動するので、分解反応が促進され、効率的なミカエル付加物の分解が行える。 In the present invention, it is preferable that the decomposition step adopts a reactive distillation method that can simultaneously decompose the Michael adduct and evaporate or distill the decomposition product (acrylic acid). Here, the reactive distillation format means a method in which the decomposition product is distilled off by distillation while decomposing the Michael adduct. The reaction in which the Michael adduct is formed from acrylic acid is an equilibrium reaction. Therefore, by adopting the reactive distillation method, if the acrylic acid, which is the decomposition product, is distilled away at the same time as the decomposition reaction of Michael adduct, the equilibrium shifts in the direction of increasing the amount of acrylic acid produced. The reaction is accelerated and the Michael adduct can be efficiently decomposed.
上記反応蒸留の実施態様は限定されず、回分式、半連続式、連続式のいずれでも行えるが、連続式を採用するのが好ましい。また、反応器の形式にも特に制限はなく、単蒸留器、蒸留塔、充填塔のような単純な反応器、反応器にトレイ(棚段)を設けた蒸留塔、反応器と精留塔を組み合わせた装置、攪拌器を備えた反応器等、一般的な反応蒸留装置が使用できる。 The embodiment of the reactive distillation is not limited and can be any of batch, semi-continuous and continuous, but it is preferable to adopt a continuous method. There are no particular restrictions on the type of the reactor, and a simple reactor such as a single distiller, a distillation column or a packed column, a distillation column provided with a tray (shelf) in the reactor, a reactor and a rectification column. A general reactive distillation apparatus such as an apparatus combining the above and a reactor equipped with a stirrer can be used.
なお、塔内の汚れを防止し、マレイン酸や、アクリル酸と近い沸点を有する副生物(例えば、ベンズアルデヒドやフルフラールなど)を効率よく分離する観点からは、棚段式蒸留塔を採用するのが好ましい。この場合、例えば理論段は2以上とするのが好ましく、より好ましくは3段以上、好ましくは15段以下、より好ましくは10段以下であり、還流比は0.5〜6、より好ましくは0.7〜4とするのが好ましい。理論段や還流比を上記範囲とすることで、フルフラールやベンズアルデヒドの留出を抑制できるので、製品品質を良好に保つことができる。さらに、塔内組成、トレー1枚当たりの液深を制御することで、塔内でのマレイン酸の濃縮や析出、アクリル酸との共重合物の発生が一層抑制されるので、汚れや塔内圧力損失上昇などのトラブル、運転費などのユーティリティの増大が抑えられる。留出液は、循環液として合成工程や捕集工程などの前段工程に供給される場合があり、循環液にマレイン酸が含まれていると、上記前段工程には水が存在しているため、当該工程においてマレイン酸は再び有水化することがある。このような場合には、分解工程への供給液中の有水マレイン酸量が増加する場合がある。したがって、分解工程への供給液中の有水マレイン酸量を一層低減させるためにも、留出液中のマレイン酸濃度はできるだけ低減しておくのが望ましく、理論段、還流比を上記範囲とすることが好ましい。 From the viewpoint of preventing contamination in the column and efficiently separating maleic acid and by-products having a boiling point close to that of acrylic acid (for example, benzaldehyde and furfural), a plate-type distillation column is used. preferable. In this case, for example, the theoretical plate is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, preferably 15 or less, more preferably 10 or less, and the reflux ratio is 0.5 to 6, more preferably 0. 7 to 4 is preferable. Since the distillation of furfural and benzaldehyde can be suppressed by setting the theoretical plate and the reflux ratio within the above ranges, the product quality can be kept good. Furthermore, by controlling the composition in the tower and the liquid depth per tray, the concentration and precipitation of maleic acid in the tower and the generation of a copolymer with acrylic acid are further suppressed. Troubles such as an increase in pressure loss and increase in utilities such as operating costs can be suppressed. The distillate may be supplied as a circulating liquid to a preceding process such as a synthesis process or a collection process. If maleic acid is contained in the circulating liquid, water is present in the preceding process. In this process, maleic acid may become hydrated again. In such a case, the amount of hydrous maleic acid in the feed liquid to the decomposition step may increase. Therefore, it is desirable to reduce the maleic acid concentration in the distillate as much as possible in order to further reduce the amount of hydrated maleic acid in the feed solution to the decomposition step. It is preferable to do.
上記分解反応装置内に設ける棚段(トレイ)としては、例えば、泡鐘トレイ、ユニフラットトレイ、多孔板トレイ、ジェットトレイ、バブルトレイ、ベンチュリートレイを用いる十字流接触;ターボグリッドトレイ、デュアルフロートレイ、リップルトレイ、キッテルトレイなどが挙げられる。上述と同様に、塔内におけるマレイン酸の濃縮や析出、アクリル酸との共重合物の蓄積を防止する観点から、孔径10〜50mm(より好ましくは12〜30mm)の開口を有するトレイを採用するのが好ましい。また、トレイと充填物とを組み合わせて使用しても良い。 Examples of the tray (tray) provided in the decomposition reaction apparatus include a cross flow contact using a bubble bell tray, a uniflat tray, a perforated plate tray, a jet tray, a bubble tray, and a venturi tray; a turbo grid tray and a dual flow tray , Ripple tray, kittel tray and so on. As described above, a tray having an opening with a pore diameter of 10 to 50 mm (more preferably 12 to 30 mm) is employed from the viewpoint of preventing the concentration and precipitation of maleic acid in the column and the accumulation of a copolymer with acrylic acid. Is preferred. Moreover, you may use combining a tray and a filler.
充填物としては、加圧、高温に対する耐久性を備え、残留母液中の成分と反応し難いものが好ましく、かかる観点からは、アルミナ製、またはステンレス鋼などの金属製のものが推奨される。また、充填物の形状は、反応蒸留装置の圧力損失を上昇させ難いものであるのが好ましい。かかる充填物としては、公知のラシヒリング、レッシングリング、ポールリング、フレキシリング、カスケード・ミニ・リング(ドットウェル社製)、ラシヒスーパーリングや、インタロックス・メタルタワー・パッキング(ノートン社製)およびインタロックスサドル(ノートン社製)、化学工学便覧(化学工学会編、第6版604頁図11,13)に記載の充填物、メラパック(住友重機工業社製)、ジェムパック(千代田化工建設社製)、テクノパック(三冷テクノ社製)、モンツパック(モンツ社製)、インタロックスハイパフォーマンスストラクチャードパッキング(ノートン社製)、その他化学工学便覧(化学工学協会偏、第6版)567頁の金属板型規則充填物が挙げられる。これらの充填物は、使用する反応装置のサイズ、残留母液の供給量、温度条件、圧力条件、理論段数、圧力損失、最低液流量、その他の要素によって、使用する径、形状などを選択すればよい。上述の充填物の中でも、ラシヒリング、レッシングリング、ポールリング、フレキシリング、カスケード・ミニ・リング、ラシヒスーパーリング、インタロックス・メタルタワーパッキングおよびインタロックスサドルは、いずれも1m3あたりの充填物表面積および空隙率が高いため、物質交換が効率的に行われ、且つ、圧力損失を減少できるので好ましい。最も好ましいものは、カスケード・ミニ・リングである。 The filler is preferably one that has durability against pressure and high temperature and does not easily react with the components in the residual mother liquor. From this point of view, one made of metal such as alumina or stainless steel is recommended. The shape of the packing is preferably such that it is difficult to increase the pressure loss of the reactive distillation apparatus. Such packings include known Raschig rings, Lessing rings, pole rings, flexi rings, cascade mini rings (Dotwell), Raschig Super Rings, Interlocks Metal Tower Packing (Norton) and Interlocks saddle (manufactured by Norton), chemical engineering handbook (6th edition, page 604, FIGS. 11 and 13), Merapack (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.), Gempack (Chiyoda Corporation) ), Techno Pack (manufactured by Sancool Techno Co., Ltd.), Monz Pack (manufactured by Monz), Interlocks High Performance Structured Packing (manufactured by Norton), and other chemical engineering manuals (Chemical Engineering Association, 6th edition) Examples include mold rule filling. Depending on the size of reactor used, supply amount of residual mother liquor, temperature conditions, pressure conditions, number of theoretical plates, pressure loss, minimum liquid flow rate, and other factors, the diameter and shape to be used can be selected. Good. Among the packings mentioned above, the Raschig ring, Lessing ring, Pole ring, Flexi ring, Cascade mini ring, Raschig super ring, Interlocks metal tower packing and Interlocks saddle are all filled surface area per m 3. Moreover, since the porosity is high, mass exchange is performed efficiently and pressure loss can be reduced. Most preferred is a cascade mini-ring.
上記反応装置として棚段式蒸留塔を採用する場合には、塔頂側を基点とした総理論段の70〜100%の部位を125℃以下に加熱するのが好ましい。より好ましくは90〜120℃、さらに好ましくは95〜115℃である。なお、「塔頂側を基点とした総理論段の70〜100%の部位」とは、塔頂を1段目と数えたときの総理論段数の70〜100%のいずれかの部位の意味であり、棚段式蒸留塔の高さ方向の下部に相当する。この部分は、熱交換器で加熱された反応液(高沸点成分)が供給される位置に該当するため、蒸留装置内では温度が上昇し易い位置であり、マレイン酸の濃縮による有水マレイン酸の析出、有水マレイン酸とアクリル酸の共重合物の生成が起こり易い箇所の一つと言える。また、かかる位置の温度が低すぎる場合には、ミカエル付加物の分解反応を進行し難くなる場合がある。したがって、当該部位の温度を上記範囲とすることで、重合物の生成を抑制し、ミカエル付加物の分解反応をより円滑に進行させることができる。 When a plate-type distillation column is employed as the reaction apparatus, it is preferable to heat a portion of 70 to 100% of the total theoretical plate starting from the column top side to 125 ° C. or lower. More preferably, it is 90-120 degreeC, More preferably, it is 95-115 degreeC. In addition, "the part of 70 to 100% of the total theoretical plate from the tower top side" means any part of 70 to 100% of the total theoretical plate number when the tower top is counted as the first stage. It corresponds to the lower part in the height direction of the plate-type distillation column. This part corresponds to the position where the reaction liquid (high boiling point component) heated by the heat exchanger is supplied, so the temperature is likely to rise in the distillation apparatus. This is one of the places where precipitation of hydrated maleic acid and acrylic acid is likely to occur. Moreover, when the temperature of this position is too low, it may be difficult to proceed with the decomposition reaction of the Michael adduct. Therefore, by making the temperature of the said part into the said range, the production | generation of a polymer can be suppressed and the decomposition reaction of a Michael adduct can be advanced more smoothly.
反応装置内における反応液(高沸点成分)の滞留時間(抜き出し液基準)は塔底温度に応じて適宜設定すればよいが、例えば、0.2〜30時間とするのが好ましく、より好ましくは0.5〜15時間、さらに好ましくは1〜10時間である。温度が高すぎたり、滞留時間が長すぎると、分解反応は進行するが、粘度上昇など反応液の性状を悪化させたり、反応装置内に汚れの付着を招く場合がある。一方、温度が低すぎたり、滞留時間が短すぎると、ミカエル付加物を十分に分解し難い場合がある。また、共沸脱水工程を採用する場合には、高沸点成分中のマレイン酸は有水マレイン酸として存在する場合が多く、析出などのトラブルが生じ易いため、上記条件のように、速やかにミカエル付加物の分解反応が平衡に達するような温度に加熱し、且つ、滞留時間を短くすれば、一層効率よく、且つ、反応液の性状を悪化させることなくミカエル付加物を分解させることができる。 The residence time (based on the extracted liquid) of the reaction liquid (high boiling point component) in the reaction apparatus may be appropriately set according to the tower bottom temperature. For example, it is preferably 0.2 to 30 hours, more preferably 0.5 to 15 hours, more preferably 1 to 10 hours. If the temperature is too high or the residence time is too long, the decomposition reaction proceeds, but the properties of the reaction solution such as an increase in viscosity may be deteriorated, or dirt may be deposited in the reaction apparatus. On the other hand, if the temperature is too low or the residence time is too short, the Michael adduct may not be sufficiently decomposed. In addition, when employing an azeotropic dehydration step, maleic acid in the high boiling point component is often present as hydrous maleic acid, and troubles such as precipitation are likely to occur. By heating to a temperature at which the decomposition reaction of the adduct reaches equilibrium and shortening the residence time, the Michael adduct can be decomposed more efficiently and without deteriorating the properties of the reaction solution.
反応蒸留装置の熱源E−3としては、多管式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器、強制循環型熱交換器、薄膜式蒸発器、リボイラーなどが使用できる。特に、分解対象物の粘度が高い場合や、反応装置の塔底部を高温に保つ必要がある場合には、上述の熱交換器の中でも、強制循環型熱交換器を採用するのが好ましい。強制循環型熱交換器には、循環用ポンプが備わっており、反応装置内の塔底液の一部を連続的に取り出して加熱し、反応装置内へと戻す構成を採用するものであるので、反応装置内の壁面を通して加熱する場合に比べて、装置内における重合物および析出物の生成や付着が低減される。上記強制循環型熱交換器としては、例えば、特開平09‐110778号公報に記載されているように、配管の途中にしぼり構造が設けられているものであってもよい。かかる構成を有するものは、液体の過加熱状態を維持でき、沸騰、気化に必要なエネルギーを効率よく反応装置内へ供給できるからである。また、汚れや性状悪化によるトラブルも抑制されるので、速やかに分解反応を行うことができる。 As the heat source E-3 of the reactive distillation apparatus, a multi-tube heat exchanger, a plate heat exchanger, a spiral heat exchanger, a forced circulation heat exchanger, a thin film evaporator, a reboiler, or the like can be used. In particular, when the decomposition target has a high viscosity or when it is necessary to keep the tower bottom of the reaction apparatus at a high temperature, it is preferable to employ a forced circulation heat exchanger among the above heat exchangers. The forced circulation heat exchanger is equipped with a circulation pump, and adopts a configuration in which a part of the bottom liquid in the reaction apparatus is continuously taken out, heated, and returned to the reaction apparatus. Compared with the case of heating through the wall surface in the reaction apparatus, the generation and adhesion of polymer and precipitate in the apparatus are reduced. As the forced circulation heat exchanger, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-110778, a squeezed structure may be provided in the middle of the piping. This is because the liquid overheated state can be maintained, and the energy required for boiling and vaporization can be efficiently supplied into the reactor. In addition, since troubles due to dirt and property deterioration are also suppressed, the decomposition reaction can be performed promptly.
強制循環型熱交換器を使用する場合、分解温度(塔底温度、高沸点成分の温度)は、155〜220℃で運転するのが好ましく、より好ましくは160〜200℃である。このとき、強制循環型熱交換器の熱源の温度は、分解温度(塔底温度)と当該熱源の温度との差が15〜80℃となるように調整するのが好ましく、より好ましくはその差を20〜60℃とすることが推奨される。分解温度(塔底温度)と加熱温度の差を上記範囲にすることで、熱交換器の汚れの付着や、廃油粘度の上昇などの性状の悪化を抑制できるので、長期間安定運転する上では、分解温度(塔底温度)と加熱温度の差を上記範囲とするのがより好ましい。また、強制循環型熱交換器における塔底液の循環量は100〜300m3/hrとするのが好ましく、より好ましくは140〜250m3/hrとすることが推奨される。循環量を上記範囲とすることで、十分な熱効率が得られると共に、熱交換器への汚れの付着が抑制できるため、長期間安定運転する上では好ましい。 When a forced circulation heat exchanger is used, the decomposition temperature (column bottom temperature, high boiling point component temperature) is preferably operated at 155 to 220 ° C, more preferably 160 to 200 ° C. At this time, the temperature of the heat source of the forced circulation heat exchanger is preferably adjusted so that the difference between the decomposition temperature (column bottom temperature) and the temperature of the heat source is 15 to 80 ° C., more preferably the difference. Is recommended to be 20-60 ° C. By making the difference between the decomposition temperature (column bottom temperature) and the heating temperature within the above range, it is possible to suppress the deterioration of properties such as dirt on the heat exchanger and increase in viscosity of waste oil. The difference between the decomposition temperature (column bottom temperature) and the heating temperature is more preferably in the above range. The circulation rate of the bottom liquid in the forced circulation heat exchanger is preferably 100 to 300 m 3 / hr, more preferably 140 to 250 m 3 / hr. By setting the amount of circulation within the above range, sufficient thermal efficiency can be obtained and adhesion of dirt to the heat exchanger can be suppressed, which is preferable for stable operation over a long period of time.
また、反応装置内における汚れや性状悪化トラブルを低減するため、当該装置内に液飛沫衝突板等を設けてもよい。これにより、蒸留塔内に反応装置内に供給液を供給する際、液面からの液飛沫がカットされるので、衝突板より上方における重合物の生成や析出物に由来するトラブルを低減することができる。 Further, in order to reduce dirt and property deterioration troubles in the reaction apparatus, a liquid splash collision plate or the like may be provided in the apparatus. Thereby, when supplying the feed liquid into the reactor in the distillation column, the liquid splash from the liquid surface is cut, so that troubles caused by the formation of polymer and precipitates above the collision plate are reduced. Can do.
分解反応時の圧力は、分解反応で生成するアクリル酸や、分解反応の原料である供給液中に含まれるアクリル酸などの有用成分の大半を蒸発させることができ、かつ、平衡反応であるミカエル付加物の分解をより速やかに進行させられる圧力を採用するのが好ましい。例えば、反応装置の塔頂圧力(ゲージ圧)は6.7〜64kPa(50〜480torr)とするのが好ましく、より好ましくは13.3〜40kPa(100〜300torr)、さらに好ましくは20〜33.3kPa(150〜250torr)とすることが推奨される(操作圧)。塔頂温度は60〜150℃とするのが好ましく、より好ましくは80〜130℃、さらに好ましくは90〜120℃とすることが推奨される。塔頂圧力および塔頂温度を上記範囲とすることで、副生成物中の高沸成分であるプロトアネモニンや、アクリル酸と沸点の近いフルフラール、ベンズアルデヒドなどが、アクリル酸と共に留出するのを抑制できるので、分解工程の留出液をアクリル酸ガスの捕集塔(捕集工程)や、高沸分離塔(蒸留工程)に供給しても、製品品質を良好に保つことができる。また、塔頂圧力や塔頂温度が高すぎる場合のように、ミカエル付加物の分解反応に高温を要さないため、反応液の性状悪化や、分解率の低下も起こし難い。 The pressure at the time of the decomposition reaction can evaporate most of the useful components such as acrylic acid generated by the decomposition reaction and acrylic acid contained in the feed liquid that is the raw material of the decomposition reaction, and is the equilibrium reaction Michael It is preferable to employ a pressure that allows the decomposition of the adduct to proceed more rapidly. For example, the tower top pressure (gauge pressure) of the reactor is preferably 6.7 to 64 kPa (50 to 480 torr), more preferably 13.3 to 40 kPa (100 to 300 torr), and still more preferably 20 to 33.32. 3 kPa (150 to 250 torr) is recommended (operation pressure). The column top temperature is preferably 60 to 150 ° C, more preferably 80 to 130 ° C, and still more preferably 90 to 120 ° C. By setting the tower top pressure and tower top temperature within the above ranges, protoanemonin, which is a high boiling component in the by-product, furfural having a boiling point close to that of acrylic acid, benzaldehyde, and the like are distilled together with acrylic acid. Since it can suppress, even if it supplies the distillate of a decomposition process to the collection tower (collection process) of acrylic acid gas, or a high boiling separation tower (distillation process), product quality can be maintained favorable. Moreover, since the high temperature is not required for the decomposition reaction of the Michael adduct as in the case where the tower top pressure or the tower top temperature is too high, the property of the reaction solution is hardly deteriorated and the decomposition rate is hardly lowered.
当該分解工程では、ミカエル付加物の分解を促進させるために、触媒として、ルイス酸、ルイス塩基、硫酸、燐酸などの無機酸、アルカリ金属、アルカリ土類金属、メタンスルホン酸、p‐トルエンスルホン酸などの有機酸、N‐オキシル化合物やアミン類などから選択される1種以上を使用してもよい。上記分解触媒の中でもN‐オキシル化合物を採用するのが好ましい。N‐オキシル化合物が、分解工程、すなわち反応蒸留塔から留出する留出液を他の工程、例えば、アクリル酸ガスの捕集工程や、蒸留工程(高沸分離塔1)へ循環させる循環液中に含まれていれば、アクリル酸の重合防止剤としても働き得るからである。 In the decomposition step, in order to promote the decomposition of the Michael adduct, as a catalyst, inorganic acid such as Lewis acid, Lewis base, sulfuric acid, phosphoric acid, alkali metal, alkaline earth metal, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid One or more selected from organic acids such as N-oxyl compounds and amines may be used. Among the decomposition catalysts, it is preferable to employ N-oxyl compounds. Circulating liquid in which the N-oxyl compound is circulated to the decomposition step, that is, the distillate distilled from the reactive distillation column to other steps, for example, the collection step of acrylic acid gas or the distillation step (high boiling separation column 1). This is because it can also act as a polymerization inhibitor for acrylic acid if it is contained therein.
上記触媒の添加量は、反応装置の塔底液に対して0.05〜3質量%の濃度となるようにするのが好ましく、より好ましくは0.1〜1質量%である。なお、上記触媒は、分解する際に存在していればよく、触媒の添加のタイミングは分解工程のみに限定されず、例えば、アクリル酸捕集工程の捕集塔や各種蒸留塔、さらには分解工程で使用する反応装置に、高沸点成分含有液を供給する際に添加しても良い。 The addition amount of the catalyst is preferably 0.05 to 3% by mass, more preferably 0.1 to 1% by mass with respect to the bottom liquid of the reactor. The catalyst only needs to be present at the time of decomposition, and the timing of addition of the catalyst is not limited to the decomposition step. For example, the collection column and various distillation columns in the acrylic acid collection step, and further the decomposition You may add when supplying a high boiling point component containing liquid to the reactor used at a process.
[回収工程]
分解工程でミカエル付加物の分解により生成したアクリル酸は、反応装置2(分解工程の蒸留塔)の塔頂部から回収され、ラインL‐4を経て前記アクリル酸捕集工程(図示せず)や蒸留塔1へと送られる。このとき、反応装置2の塔頂から抜き出される留出物中のマレイン酸濃度は低いほど好ましいが、好ましくは2.0質量%以下であり、より好ましくは1.8質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以下、さらに一層好ましくは0.6質量%以下である。これにより、マレイン酸の濃縮トラブルを低減し、前工程の高沸点成分分離塔からの供給液の有水マレイン酸量を低減することが可能である、上記留出液中のマレイン酸濃度を低減させるには、例えば、反応装置として使用する反応器の理論段数や、還流比などの運転条件を上記範囲とすればよい。
[Recovery process]
Acrylic acid produced by the decomposition of the Michael adduct in the decomposition step is recovered from the top of the reactor 2 (distillation column in the decomposition step), and is collected through the line L-4 to collect the acrylic acid (not shown). It is sent to the
また、反応装置2から留去させる留出物には、当該留出物に含まれるアクリル酸の重合を防止するため、酸素や酸素を含むガスを添加しても良い。かかる酸素含有ガスは、反応蒸留装置塔底の気相部、あるいは液相部に導入すればよい。上記酸素含有ガスとしては、純酸素、酸素を不活性ガス(窒素など)で希釈した混合ガス、空気などが挙げられる。添加量は、反応装置2の塔頂部から留出するガスの容量に対して、酸素濃度が0.01〜5容量%となるようにするのが好ましく、より好ましくは0.02〜3容量%であり、さらに好ましくは0.05〜1容量%である。留出ガス中の酸素濃度が上記範囲であれば、重合防止効果が十分に得られる。また、酸素、または酸素含有ガスに同伴されて系外に排出される有効成分量を低レベルに抑えられ、分解工程の圧力制御も容易となる。
Moreover, in order to prevent polymerization of acrylic acid contained in the distillate, oxygen or a gas containing oxygen may be added to the distillate distilled off from the
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは全て本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.
[マレイン酸の割合]
本実施例では、高沸点成分の分離工程から分解工程に供給される高沸点成分中のマレイン酸の割合は、高沸分離塔の塔底液に含まれるマレイン酸および無水マレイン酸の質量を測定し、得られた値を下記数式に代入してマレイン酸量の割合を算出した。
[Percentage of maleic acid]
In this example, the proportion of maleic acid in the high-boiling component supplied from the separation step of the high-boiling component to the decomposition step is measured by the mass of maleic acid and maleic anhydride contained in the bottom liquid of the high-boiling separation column. Then, the ratio of the maleic acid amount was calculated by substituting the obtained value into the following formula.
なお、マレイン酸の質量は、塔底液に含まれるマレイン酸をメタノールと反応させて生成したモノメチルマレイン酸の質量をガスクロマトグラフィーにより測定し、得られた値をマレイン酸の質量に換算した。なお、この時、無水マレイン酸はメタノールとは反応しない。 In addition, the mass of the maleic acid measured the mass of the monomethyl maleic acid produced | generated by making the maleic acid contained in a tower bottom liquid react with methanol by gas chromatography, and converted the obtained value into the mass of maleic acid. At this time, maleic anhydride does not react with methanol.
一方、無水マレイン酸の質量は、塔底液中に含まれるマレイン酸および無水マレイン酸の合計質量を液体クロマトグラフィーにより測定した後、この値からマレイン酸の質量を差し引いた値を無水マレイン酸の質量とした。
[マレイン酸量の割合(%)]
On the other hand, the mass of maleic anhydride was determined by measuring the total mass of maleic acid and maleic anhydride contained in the column bottom liquid by liquid chromatography, and subtracting the mass of maleic acid from this value. Mass.
[Percentage of maleic acid content (%)]
[転化率]
分解工程に供給した高沸点成分含有液、および、分解工程後の留出液中に含まれるミカエル付加物の質量をガスクロマトグラフィーにより測定し、下記式よりミカエル付加物の転化率を算出した。
[Conversion rate]
The mass of the Michael adduct contained in the high-boiling component-containing liquid supplied to the decomposition step and the distillate after the decomposition step was measured by gas chromatography, and the conversion rate of the Michael adduct was calculated from the following formula.
[選択率]
分解工程に供給した高沸点成分含有液中のミカエル付加物の質量、アクリル酸の質量、および、分解工程後の留出液中に含まれるアクリル酸の質量をガスクロマトグラフィーにより測定し、下記式より分解反応の選択率を算出した。
[Selection rate]
The mass of Michael adduct in the high boiling point component-containing liquid supplied to the decomposition step, the mass of acrylic acid, and the mass of acrylic acid contained in the distillate after the decomposition step are measured by gas chromatography. From this, the selectivity of the decomposition reaction was calculated.
[アクリル酸の合成]
プロピレン接触気層酸化法により得られたアクリル酸含有ガスを、捕集溶剤と接触させてアクリル酸含有溶液として捕集し(捕集工程)、次いで設けた共沸分離工程で、得られたアクリル酸含有溶液から低沸点成分を除去して、高沸点成分を含む粗製アクリル酸溶液を得た。得られた粗製アクリル酸溶液の組成は、アクリル酸:96.05質量%、マレイン酸:0.49質量%、無水マレイン酸:0.33質量%、アクリル酸二量体(ミカエル付加物):3質量%、フルフラール:0.03質量%、ベンズアルデヒド:0.03質量%、プロトアネモニン:0.02質量%、水:0.05質量%であった。
[Synthesis of acrylic acid]
The acrylic acid-containing gas obtained by the propylene catalytic gas-phase oxidation method is brought into contact with a collection solvent and collected as an acrylic acid-containing solution (collection step), and then the acrylic obtained in the provided azeotropic separation step A low-boiling component was removed from the acid-containing solution to obtain a crude acrylic acid solution containing a high-boiling component. The composition of the obtained crude acrylic acid solution was acrylic acid: 96.05 mass%, maleic acid: 0.49 mass%, maleic anhydride: 0.33 mass%, acrylic acid dimer (Michael adduct): 3% by mass, furfural: 0.03% by mass, benzaldehyde: 0.03% by mass, protoanemonin: 0.02% by mass, and water: 0.05% by mass.
[実験例1‐1]
図1に示す工程図に従ってアクリル酸の回収を行った。なお、実験例1では、高沸点成分分離工程の蒸留塔1として高沸分離塔(段数:50段、無堰多孔板蒸留塔)を用い、分解工程の反応装置2として段塔付き反応蒸留塔(段数:20段、無堰多孔板蒸留塔2)を使用した。また、分解工程の熱交換器としては、強制循環型熱交換器(図1中「E‐3」)を使用し、高沸分離塔および反応蒸留塔へ各供給液を供給する際にはストレーナー(Z‐1〜Z‐6)を通して、液中の不溶物を除去してから供給した。このときの分解工程の分解温度(反応蒸留塔の塔底温度)は170℃、反応蒸留塔の総理論段数80%の部位(理論段20段の16段目)の温度は120℃で、還流比は4であった。なお、強制循環型熱交換器の熱源の温度は220℃で、分解温度と強制循環型熱交換器の熱源との温度差(ΔT)は50℃であった。
[Experimental Example 1-1]
Acrylic acid was recovered according to the process chart shown in FIG. In Experimental Example 1, a high-boiling separation column (number of stages: 50 plates, unweired perforated plate distillation column) is used as the
まず、上記アクリル酸の合成により得られた粗製アクリル酸溶液を、後述する分解工程からの留出液と併せて、蒸留塔1(高沸分離塔)に導入した。蒸留塔1は、操作圧:46.7hPa(mmhg)、塔底温度98℃に制御し、還流比:0.9、塔底液の滞留時間:5時間で運転して、塔頂からアクリル酸およびその他の低沸点成分を留出させ、塔底からミカエル付加物を含む高沸含有液(高沸点成分)を得た。なお、このとき得られた高沸含有液に含まれるマレイン酸量の割合(上記数式により算出される値)は38%であった。また、ミカエル付加物は42質量%含まれていた。
First, the crude acrylic acid solution obtained by the synthesis of acrylic acid was introduced into the distillation column 1 (high boiling separation column) together with the distillate from the decomposition step described later. The
次いで、得られた高沸含有液を、反応装置2(段塔付き反応蒸留塔)に10kg/hrで導入し、ミカエル付加物を分解、回収した。このときの反応装置2(分解工程)の運転条件、および、結果を表1に示す。 Next, the obtained high-boiling liquid was introduced into the reaction apparatus 2 (reactive distillation tower with a plate column) at 10 kg / hr, and the Michael adduct was decomposed and recovered. Table 1 shows the operating conditions and results of the reactor 2 (decomposition step) at this time.
ミカエル付加物の分解操作を2週間継続したが、反応装置内には汚れの発生や、装置内の圧力上昇などのトラブルは発生せず、廃油(反応装置2の塔底液)粘度も低く、ミカエル付加物の分解を安定に行うことができた。なお、廃油粘度の値は、振動型粘度計を用いて、一定温度(100℃)で測定した。 Although the Michael adduct decomposition operation was continued for 2 weeks, no troubles such as contamination and pressure increase in the reactor occurred, and the viscosity of the waste oil (the bottom liquid of the reactor 2) was low. The Michael adduct could be decomposed stably. The value of the waste oil viscosity was measured at a constant temperature (100 ° C.) using a vibration type viscometer.
このときのミカエル付加物の転化率は85%であり、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は83.3%であった。 At this time, the conversion rate of the Michael adduct was 85%, and the yield of acrylic acid based on the supplied Michael adduct was 83.3%.
[実験例1‐2]
蒸留塔1(高沸分離塔)に供給する高沸含有液として、上記アクリル酸の合成において、捕集工程に次いで晶析精製を行い得られた晶析工程の残留母液を粗製アクリル酸溶液として使用したこと以外は、上記実験例1と同様にしてアクリル酸の回収を行った。なお、このとき得られた粗製アクリル酸溶液の組成は、アクリル酸:87.1質量%、マレイン酸:0.72質量%、無水マレイン酸:0.1質量%、アクリル酸二量体(ミカエル付加物):3.1質量%、フルフラール:0.03質量%、ベンズアルデヒド:0.03質量%、プロトアネモニン:0.02質量%、水:8.9質量%であった。
[Experimental example 1-2]
In the synthesis of acrylic acid as a high-boiling content liquid supplied to the distillation tower 1 (high-boiling separation tower), the residual mother liquor of the crystallization process obtained by performing crystallization purification after the collection process is used as a crude acrylic acid solution. Acrylic acid was recovered in the same manner as in Experimental Example 1 except that it was used. The composition of the crude acrylic acid solution thus obtained was acrylic acid: 87.1% by mass, maleic acid: 0.72% by mass, maleic anhydride: 0.1% by mass, acrylic acid dimer (Mikael). Adduct): 3.1% by mass, furfural: 0.03% by mass, benzaldehyde: 0.03% by mass, protoanemonin: 0.02% by mass, water: 8.9% by mass.
上記、粗製アクリル酸溶液を蒸留塔1に供給し、表1に示す条件で蒸留塔1を運転して、蒸留塔1の塔底からミカエル付加物を含む高沸含有液を得た。このとき得られた高沸含有液は、マレイン酸および無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を62%含むものであった(上記数式により算出されるマレイン酸の量の割合、以下の実験例でも同様)。ミカエル付加物は42質量%であった。
The above crude acrylic acid solution was supplied to the
得られた高沸含有液を反応装置2に供給し、実験例1‐1と同じ条件で反応装置を運転して、ミカエル付加物の分解、回収を行った。結果を表1に示す。
The obtained high-boiling liquid was supplied to the
ミカエル付加物の分解操作を2週間継続したが、反応装置やその他の付帯設備には汚れや、反応装置内の圧力上昇などのトラブルは発生せず、廃油の粘度も低く安定に稼動していた。 Although the Michael adduct decomposition operation was continued for two weeks, the reactor and other ancillary equipment were free from problems such as contamination and pressure rise in the reactor, and the waste oil had a low viscosity and was operating stably. .
なお、このときのミカエル付加物の転化率は82%であり、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は80%であった。 At this time, the conversion rate of the Michael adduct was 82%, and the yield of acrylic acid relative to the supplied Michael adduct was 80%.
[実験例1‐3]
蒸留塔1(高沸点成分分離塔)の運転条件を表1に示す条件に変更したこと以外は、実験例1‐2と同様にしてアクリル酸を回収した。このとき反応装置2へ供給した高沸含有液は、マレイン酸および無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を80%含むものであった。
[Experimental Example 1-3]
Acrylic acid was recovered in the same manner as in Experimental Example 1-2, except that the operating conditions of the distillation column 1 (high boiling point component separation column) were changed to the conditions shown in Table 1. At this time, the high-boiling liquid supplied to the
ミカエル付加物の分解操作を実施したところ、熱交換器E−3に汚れの付着が確認された。また、廃油粘度が上昇し、反応装置2の塔内圧力が上昇したため、1週間で運転を停止した。このときのミカエル付加物の転化率は72%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は58%であった。結果を表1に示す。
When the Michael adduct was decomposed, it was confirmed that dirt was attached to the heat exchanger E-3. Moreover, since the waste oil viscosity increased and the internal pressure of the
なお、実験例1−3で使用した高沸含有液は、実験例1−2と同様の晶析精製後に製品から分離された残留母液である。したがって、当該残留母液の水の含有量は、共沸分離工程を経て得られた実験例1−1の粗製アクリル酸溶液に比べて若干多く、実験例1−3で採用した高沸点成分分離工程の条件(実験例1−1,1−2に比べて塔底温度がやや低く、F/Bが小さい)では、蒸留塔1の塔底(塔底液中)において無水マレイン酸が有水マレイン酸になり易い環境であったと考えられる。実験例1−1,1−2に比べて、実験例1−3のマレイン酸量の割合がやや大きかったのは上記理由によるものと考えられる。
In addition, the high-boiling-containing liquid used in Experimental Example 1-3 is a residual mother liquor separated from the product after crystallization purification similar to Experimental Example 1-2. Therefore, the water content of the residual mother liquor is slightly larger than the crude acrylic acid solution of Experimental Example 1-1 obtained through the azeotropic separation process, and the high boiling point component separation process employed in Experimental Example 1-3. Under the above conditions (the column bottom temperature is slightly lower than that of Experimental Examples 1-1 and 1-2 and the F / B is small), maleic anhydride is hydrated maleate at the column bottom (in the column bottom liquid) of the
実験例1−1〜実験例1−3の結果より、分解工程に供給する高沸含有液に含まれるマレイン酸量を予め低減しておけば、溶液粘度の上昇や重合物の発生が抑制され、ミカエル付加物の分解、回収が効率よく行えることが分かる。 From the results of Experimental Example 1-1 to Experimental Example 1-3, if the amount of maleic acid contained in the high-boiling liquid supplied to the decomposition step is reduced in advance, the increase in solution viscosity and the generation of polymer are suppressed. It can be seen that the Michael adduct can be efficiently decomposed and recovered.
[実験例2‐1]
蒸留塔1(高沸点成分分離塔)の運転条件を表1のように変更したこと以外は、実験例1−1と同様にして、高沸含有液を得た。得られた高沸含有液は、マレイン酸および無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を62%含むものであった。また、高沸含有液中には、アクリル酸二量体(ミカエル付加物)が20質量%含まれていた。
[Experimental example 2-1]
A high-boiling liquid was obtained in the same manner as in Experimental Example 1-1 except that the operating conditions of the distillation column 1 (high-boiling component separation column) were changed as shown in Table 1. The resulting high-boiling liquid contained 62% maleic acid based on the total amount of maleic acid and maleic anhydride. Moreover, 20 mass% of acrylic acid dimers (Michael adduct) were contained in the high boiling content liquid.
上記高沸含有液を反応装置2(反応蒸留塔)に供給し、ミカエル付加物の分解操作を2週間継続したが、反応装置やその付帯設備に汚れの付着は見られなかった。また、装置内の圧力上昇などのトラブルも発生せず、廃油の粘度も低く安定に稼動した。このときのミカエル付加物の転化率は70%で、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は63%であった。結果を表1に示す。 The above high-boiling liquid was supplied to the reactor 2 (reactive distillation column), and the decomposition operation of the Michael adduct was continued for 2 weeks. However, no contamination was observed on the reactor or its incidental equipment. In addition, troubles such as pressure rise in the equipment did not occur, and the viscosity of the waste oil was low and it operated stably. At this time, the conversion rate of the Michael adduct was 70%, and the yield of acrylic acid based on the supplied Michael adduct was 63%. The results are shown in Table 1.
[実験例2‐2]
蒸留塔1(高沸点成分分離塔)の運転条件を表1のように変更したこと以外は、実験例1−1と同様にして、高沸含有液を得た。得られた高沸含有液は、アクリル酸二量体(ミカエル付加物)63質量%含んでおり、マレイン酸および無水マレイン酸の合計量に対して、マレイン酸を62%含むものであった。
[Experimental example 2-2]
A high-boiling liquid was obtained in the same manner as in Experimental Example 1-1 except that the operating conditions of the distillation column 1 (high-boiling component separation column) were changed as shown in Table 1. The obtained high boiling point liquid contained 63% by mass of acrylic acid dimer (Michael adduct), and contained 62% maleic acid with respect to the total amount of maleic acid and maleic anhydride.
上記高沸含有液を反応装置2に供給し、ミカエル付加物の分解操作を実施した。なお、このとき供給した高沸含有液は、実験例2−1に比べてミカエル付加物量が少し多いものであった。分解操作を開始してから2週間が経過した時点で分離塔および付帯設備を確認したところ、少量ではあったが、熱交換器に汚れが付着し、廃油粘度の上昇が確認された。なお、汚れの付着、廃油粘度上昇の程度は、一応、分解操作の継続が可能なものであった。このときのミカエル付加物の転化率は82%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は72%であった。結果を表1に示す。
The high-boiling content liquid was supplied to the
実験例2−1および実験例2−2の結果より、分解工程に供給する高沸含有液のマレイン酸量に加えて、ミカエル付加物の濃度を本発明の好ましい範囲(高沸点成分含有液100質量%に対して20〜60質量%)とすることにより、溶液粘度の上昇や重合物の発生が抑制され、分解工程を一層安定に行えることが分かる。 From the results of Experimental Example 2-1 and Experimental Example 2-2, in addition to the amount of maleic acid in the high boiling point liquid supplied to the decomposition step, the concentration of the Michael adduct is within the preferred range of the present invention (high boiling point component containing liquid 100 From 20 to 60% by mass), it can be seen that an increase in solution viscosity and generation of a polymer are suppressed, and the decomposition process can be performed more stably.
[実験例3‐1]
反応装置として用いた段塔付き反応蒸留塔の塔頂側を基点とした総理論段の80%の部位(理論段20段の16段目、以下「下段」と言う)の温度を140℃としたこと以外は実験例1‐1と同様にして、高沸点成分分離工程及び分解工程を行い、アクリル酸の回収を行った。なお、このとき反応装置に供給した高沸含有液は、ミカエル付加物を42質量%含み、さらにマレイン酸および無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を78%含むものであった。このときの運転条件等を表1に示す。
[Experimental example 3-1]
The temperature of 80% of the total theoretical stage (the 16th stage of the 20th theoretical stage, hereinafter referred to as the “lower stage”), starting from the top of the reactive distillation column with a column used as a reactor, is 140 ° C. Except that, the high boiling point component separation step and the decomposition step were performed in the same manner as in Experimental Example 1-1, and acrylic acid was recovered. The high-boiling liquid supplied to the reactor at this time contained 42% by mass of Michael adduct, and further contained 78% maleic acid with respect to the total amount of maleic acid and maleic anhydride. Table 1 shows the operating conditions at this time.
反応装置2の運転中に、反応装置2の塔頂からの留出液および反応装置中段における滞留液を分析したところ、留出液にはマレイン酸および無水マレイン酸が合計で8質量%、反応蒸留塔中段における滞留液には、マレイン酸および無水マレイン酸が合計で70質量%含まれていた。
During the operation of the
反応装置2の運転を継続していたが、装置内圧力が上昇したため、1週間で運転を停止した。このときのミカエル付加物の転化率は85%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は78%であった。結果を表1に示す。
Although the operation of the
この実験例3−1では、分解工程における反応蒸留塔の下段付近(理論段20段中の16段目で総理論段の80%の部位)の温度を実施例1−1(120℃)に比べてやや高い140℃とした。その結果、反応蒸留塔内の下段付近でマレイン酸が濃縮し、有水マレイン酸の析出や、アクリル酸との共重合物が生成し易くなったものと考えられる。また、高沸含有液中に含まれるマレイン酸量も多かったため、加熱により反応蒸留塔の塔頂部から留出するマレイン酸量が増加したものと考えられる。すなわち、当該実験例3−1では、実験例1−1と同様のアクリル酸含有液を使用したものの、回収されたアクリル酸(分解工程の留出液)に含まれるマレイン酸量が多かったため、分解工程に供給される高沸含有液中のマレイン酸量が高くなったものと考えられる。 In Experimental Example 3-1, the temperature in the vicinity of the lower stage of the reactive distillation column in the decomposition process (the 16th stage in 20 theoretical stages and 80% of the total theoretical stage) was set to Example 1-1 (120 ° C.). It was set to 140 ° C., which is slightly higher than that. As a result, it is considered that maleic acid is concentrated in the vicinity of the lower stage in the reactive distillation column, and precipitation of hydrous maleic acid and a copolymer with acrylic acid are easily generated. In addition, since the amount of maleic acid contained in the high-boiling liquid was large, it is considered that the amount of maleic acid distilled from the top of the reactive distillation column was increased by heating. That is, in Experimental Example 3-1, although the same acrylic acid-containing liquid as in Experimental Example 1-1 was used, the amount of maleic acid contained in the recovered acrylic acid (distillate from the decomposition step) was large. It is considered that the amount of maleic acid in the high-boiling liquid supplied to the decomposition process was increased.
[実験例3‐2]
実験例1‐1と同様の操作、工程に従って、アクリル酸を回収した。ただし、反応装置(段塔付き反応蒸留塔)は、下段(理論段20段の16段目)の温度を110℃とし、反応蒸留塔内の還流比を3として運転した。このとき反応蒸留塔の留出液には、マレイン酸および無水マレイン酸が合計で2質量%、反応蒸留塔下段の滞留液には、マレイン酸及び無水マレイン酸が合計で35質量%含まれていた。反応装置の運転条件等を表1に示す。
[Experimental example 3-2]
Acrylic acid was recovered according to the same procedures and steps as in Experimental Example 1-1. However, the reactor (reactive distillation column with a column tower) was operated at a temperature of 110 ° C. at the lower stage (the 16th stage of the 20th theoretical stage) and a reflux ratio of 3 in the reactive distillation tower. At this time, the distillate from the reactive distillation column contains 2% by mass of maleic acid and maleic anhydride in total, and the staying liquid at the lower stage of the reactive distillation column contains 35% by mass of maleic acid and maleic anhydride in total. It was. Table 1 shows the operating conditions of the reactor.
反応蒸留塔の運転を2週間継続したが、反応装置2やその付帯設備に汚れは確認されなかった。また、装置内の圧力上昇などのトラブルも発生せず、反応装置2(反応蒸留塔)の廃油粘度も低く安定に稼動した。このときのミカエル付加物の転化率は86%であり、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は84%であった。結果を表1に示す。
The operation of the reactive distillation column was continued for 2 weeks, but no contamination was confirmed in the
当該実験例3−2では、反応蒸留搭の下段付近の温度を実験例3−1に比べてやや低い温度で(110℃)運転し、還流比を上げたため、マレイン酸の析出や、重合物の生成、反応蒸留塔塔頂からのマレイン酸の留出などの問題が抑制されたものと考えられる。 In Experimental Example 3-2, since the temperature near the lower stage of the reactive distillation column was operated at a slightly lower temperature (110 ° C.) than in Experimental Example 3-1, and the reflux ratio was increased, the precipitation of maleic acid and the polymer It is considered that the problems such as the formation of bismuth and distillation of maleic acid from the top of the reactive distillation column were suppressed.
[実験例3‐3]
実験例1‐1と同様の操作、工程に従って、アクリル酸を回収した。ただし、反応装置(段塔付き反応蒸留塔)は、下段(理論段20段の16段目)の温度を120℃に制御し、反応蒸留塔内の還流比を0.3として運転した。尚、このとき反応装置に供給した高沸含有液は、ミカエル付加物を42質量%含み、マレイン酸および無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を72%含むものであった。また、反応蒸留塔の留出液には、マレイン酸及び無水マレイン酸が合計で6質量%、反応蒸留塔下段の滞留液には、マレイン酸及び無水マレイン酸が合計で65質量%含まれていた。反応装置の運転条件等を表1に示す。
[Experimental Example 3-3]
Acrylic acid was recovered according to the same procedures and steps as in Experimental Example 1-1. However, the reaction apparatus (reactive distillation column with a column tower) was operated with the temperature of the lower stage (the 16th stage of the 20th theoretical stage) controlled to 120 ° C. and the reflux ratio in the reactive distillation tower set to 0.3. The high-boiling liquid supplied to the reaction apparatus at this time contained 42% by mass of the Michael adduct, and contained 72% maleic acid with respect to the total amount of maleic acid and maleic anhydride. The distillate from the reactive distillation column contains 6% by mass of maleic acid and maleic anhydride in total, and the staying liquid at the lower stage of the reactive distillation column contains 65% by mass of maleic acid and maleic anhydride in total. It was. Table 1 shows the operating conditions of the reactor.
反応装置2の運転を継続していたが、反応装置2内の圧力が上昇したため、1週間で運転を停止した。このときのミカエル付加物の転化率は75%であり、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は62%であった。結果を表1に示す。
Although the operation of the
実験例1‐1、実験例3‐1〜実験例3‐3の結果より、分解工程の反応蒸留塔の中段の温度を制御し、還流比を調整することにより、反応蒸留塔留出液に含まれるマレイン酸および無水マレイン酸量を効果的に低減できることが分かる。また、これは、分解工程へ供給する高沸成分含有液中のマレイン酸量を特定量以下に低減することにも寄与するため、分解工程において上述のような条件を採用することで、アクリル酸をより効率良く回収できることが分かる。 From the results of Experimental Example 1-1 and Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-3, the temperature of the middle stage of the reactive distillation column in the cracking process was controlled, and the reflux ratio was adjusted. It can be seen that the amount of maleic acid and maleic anhydride contained can be effectively reduced. This also contributes to reducing the amount of maleic acid in the high-boiling component-containing liquid supplied to the decomposition step to a specific amount or less, so by adopting the above-described conditions in the decomposition step, acrylic acid It can be seen that it can be recovered more efficiently.
[実験例4‐1]
反応蒸留塔の操作圧を46hPa(35torr)、分解温度(塔底温度)を140℃とし、還流比1.2としたこと以外は、実験例1‐1と同様にしてアクリル酸を回収した。蒸留塔1および反応装置2(反応蒸留塔)の運転条件を表2に示す。
[Experimental example 4-1]
Acrylic acid was recovered in the same manner as in Example 1-1 except that the operating pressure of the reactive distillation column was 46 hPa (35 torr), the decomposition temperature (column bottom temperature) was 140 ° C., and the reflux ratio was 1.2. Table 2 shows the operating conditions of the
なお、このとき反応蒸留塔2に供給した高沸含有液は、マレイン酸と無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を74%含むものであった(ミカエル付加物42質量%)。また、反応蒸留塔2の運転中に留出液の組成を分析したところ、留出液にはマレイン酸及び無水マレイン酸が10質量%含まれていた。
At this time, the high boiling point liquid supplied to the
反応装置2の運転を継続していたが、装置内の圧力が上昇したため、1週間で運転を停止した。塔内、熱交換器などの付帯設備に徐々に汚れが認められた。このときのミカエル付加物の転化率は68%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は64%であった。結果を表2に示す。
Although the operation of the
[実験例4‐2]
反応蒸留塔の操作圧を467hPa(350torr)、分解温度(塔底温度)を210℃に制御し、還流比1.2で運転したこと以外は、実験例4‐1と同様にして、アクリル酸を回収した。蒸留塔1および反応装置2(反応蒸留塔)の運転条件を表2に示す。
[Experimental example 4-2]
Acrylic acid was obtained in the same manner as in Experimental Example 4-1, except that the operating pressure of the reactive distillation column was 467 hPa (350 torr), the decomposition temperature (column bottom temperature) was controlled at 210 ° C., and the reflux ratio was 1.2. Was recovered. Table 2 shows the operating conditions of the
なお、このとき反応蒸留塔2に供給した高沸含有液は、マレイン酸と無水マレイン酸の合計量に対してマレイン酸を50%含むものであった(ミカエル付加物42質量%)。また、反応蒸留塔2の運転中に留出液の組成を分析したところ、留出液にはマレイン酸及び無水マレイン酸が合計で8質量%含まれていた。
At this time, the high-boiling liquid supplied to the
ミカエル付加物の分解操作を2週間継続したが、反応蒸留塔やその付帯設備には目立った汚れは確認されなかった。また、塔内の圧力上昇も発生せず、廃油粘度も低く安定に稼動した。このときのミカエル付加物の転化率は80%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は61%であった。結果を表2に示す。 The decomposition operation of Michael adduct was continued for 2 weeks, but no noticeable contamination was observed in the reactive distillation column and its associated equipment. In addition, the pressure in the tower did not increase, and the viscosity of the waste oil was low and it operated stably. The conversion rate of the Michael adduct at this time was 80%, and the yield of acrylic acid relative to the supplied Michael adduct was 61%. The results are shown in Table 2.
実験例1−1、実験例4−1,4−2の結果から、反応蒸留塔の操作圧、反応温度を適切な条件に変更することで、分解工程へ供給する高沸成分含有液中のマレイン酸量を特定量以下に低減し、反応蒸留塔留出液に含まれるマレイン酸及び無水マレイン酸量を効果的に低減でき、且つ、塔内におけるマレイン酸の析出を防止しつつ、アクリル酸をより効率よく回収できることが分かる。 From the results of Experimental Example 1-1 and Experimental Examples 4-1 and 4-2, by changing the operating pressure and reaction temperature of the reactive distillation column to appropriate conditions, The amount of maleic acid can be reduced to a specific amount or less, the amount of maleic acid and maleic anhydride contained in the reactive distillation column distillate can be effectively reduced, and acrylic acid can be prevented while precipitating maleic acid in the column. It can be seen that can be recovered more efficiently.
[実験例5]
分解工程の反応装置2として単蒸留器(蒸留缶と凝縮器を組み合わせた装置)を使用したこと以外は実験例1−1と同様にして、蒸留工程、分解工程を行った。各工程への供給液の組成および運転条件を表2に示す。
[Experimental Example 5]
A distillation step and a decomposition step were performed in the same manner as in Example 1-1, except that a single distiller (an apparatus combining a distillation can and a condenser) was used as the
このとき反応装置2からの留出液の組成を分析したところ、留出液にはマレイン酸および無水マレイン酸が合計で18質量%含まれていた。
When the composition of the distillate from the
ミカエル付加物の分解操作を1週間継続したところ、反応装置および熱交換器などの付帯設備に汚れが確認された。また、反応装置内の溶液粘度も非常に高かった。なお、このときのミカエル付加物の転化率は83%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は71%であった。結果を表2に示す。 When the decomposition operation of the Michael adduct was continued for one week, contamination was confirmed in the incidental equipment such as the reactor and the heat exchanger. The solution viscosity in the reactor was also very high. At this time, the conversion rate of the Michael adduct was 83%, and the yield of acrylic acid relative to the supplied Michael adduct was 71%. The results are shown in Table 2.
[実験例6]
図2に示す工程に従って、アクリル酸を回収した。なお、実験例6では、蒸留塔1(高沸分離塔)として、段数50段の無堰多孔板蒸留塔、分解工程の反応装置2として、段塔付き反応蒸留塔(段数20段、無堰多孔板蒸留塔)を使用し、反応装置2の熱源として、分解槽V−1を備えた薄膜蒸発型熱交換器E−4を使用した。
[Experimental Example 6]
Acrylic acid was recovered according to the process shown in FIG. In Experimental Example 6, as a distillation column 1 (high boiling separation column), a non-weired perforated plate distillation column having 50 plates, and as a
実験例1‐1と同様の方法で、アクリル酸含有溶液を得、これを蒸留塔1に導入した。蒸留塔1の操作圧46.7hPa(35mmHg)、塔底温度98℃に制御し、還流比0.9とし、塔底液の滞留時間5時間として運転し、塔底からミカエル付加物を含む高沸含有液を得た。また、塔頂からは粗製アクリル酸を得た。
An acrylic acid-containing solution was obtained in the same manner as in Experimental Example 1-1, and this was introduced into the
次いで、得られた高沸含有液を段塔付きの反応装置2(分解工程)に10kg/hrで導入し、薄膜蒸発器E−4でアクリル酸やその他の低沸点成分を蒸発させて反応装置2に循環させ、一方、薄膜蒸発器E−4の塔底液は分解槽V−1に導入した。分解槽V‐1は、150℃(分解温度)、常圧で、滞留時間を30時間として運転した。分解槽V‐1で加熱分解された分解液をポンプで薄膜蒸発器E−4に循環させて、ミカエル付加物の分解反応および生成したアクリル酸の回収を行った。 Next, the obtained high-boiling liquid is introduced into the reaction apparatus 2 (decomposition step) with a column tower at 10 kg / hr, and acrylic acid and other low-boiling components are evaporated by the thin film evaporator E-4. 2, while the bottom liquid of the thin film evaporator E-4 was introduced into the decomposition tank V-1. The decomposition tank V-1 was operated at 150 ° C. (decomposition temperature), normal pressure, and a residence time of 30 hours. The decomposition solution heated and decomposed in the decomposition tank V-1 was circulated to the thin film evaporator E-4 by a pump, and the Michael adduct decomposition reaction and the generated acrylic acid were recovered.
ミカエル付加物の分解操作を3週間継続したところ、連続運転可能なレベルであったが、反応装置2内で溶液粘度上昇や、反応装置2、熱交換器などの付帯設備に若干の汚れが確認された。なお、このときのミカエル付加物の転化率は70%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は60%であった。このときの分解条件および結果を表2に示す。
When the Michael adduct decomposition operation was continued for 3 weeks, it was at a level where continuous operation was possible, but there was an increase in solution viscosity in the
[実験例7]
ミカエル付加物の分解触媒として、4H‐TEMPO(4‐ヒドロキシ‐2,2,6,6‐テトラメチルピペリジノオキシル)を含む水溶液(50質量%水溶液)を、蒸留塔1の塔頂より0.06kg/hrで導入したこと以外は実験例1‐1と同様にしてアクリル酸の回収を行った。
[Experimental Example 7]
An aqueous solution (50% by mass aqueous solution) containing 4H-TEMPO (4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxyl) was used as a decomposition catalyst for the Michael adduct from the top of the
ミカエル付加物の分解操作を2週間継続したが、蒸留塔2およびその他の付帯設備に汚れは見られず、塔内の圧力上昇も生じなかった。また、廃油粘度も低く、反応蒸留塔は安定に稼動していた。特に他の実験例に比べて系内での重合生成物の付着も少なく、廃油粘度も低いものであった。このときのミカエル付加物の転化率は88%、分解工程に供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は86%であった。このときの分解条件および結果を表2に示す。
The decomposition operation of the Michael adduct was continued for 2 weeks, but no contamination was observed in the
[実験例8]
分解温度(塔底温度)を170℃、強制循環型熱交換器の熱源の温度220℃とし、分解温度と強制循環型熱交換器の熱源との温度差(ΔT)100℃の条件で反応蒸留塔(反応装置2)を運転したこと以外は、実験例1−1と同様にしてアクリル酸の回収を行った。
[Experimental Example 8]
Reactive distillation under the conditions that the decomposition temperature (column bottom temperature) is 170 ° C, the temperature of the heat source of the forced circulation heat exchanger is 220 ° C, and the temperature difference (ΔT) between the decomposition temperature and the heat source of the forced circulation heat exchanger is 100 ° C. Acrylic acid was recovered in the same manner as in Experimental Example 1-1 except that the tower (reaction apparatus 2) was operated.
分解操作を2週間継続したところ、熱交換器の伝熱面に汚れが確認された。このときのミカエル付加物の添加率は82%、供給したミカエル付加物に対するアクリル酸の収率は78%であった。結果を表2に示す。 When the decomposition operation was continued for 2 weeks, contamination was confirmed on the heat transfer surface of the heat exchanger. At this time, the addition rate of the Michael adduct was 82%, and the yield of acrylic acid relative to the supplied Michael adduct was 78%. The results are shown in Table 2.
尚、表1,2中、「F/B(※1)」は、蒸留工程への供給液流量(kg/hr)/抜き出し液(塔底液)流量(kg/hr)を意味し、「有水マレイン酸の割合(※2)」とは、上記数式により算出されるマレイン酸量の割合、「総マレイン酸量(※3)」とは、有水マレイン酸と無水マレイン酸の合計量、「滞留時間(※4)」は、[保持液質量(kg)/反応装置から排出される抜き出し液流量(kg/hr)]により算出される値、「下段(※5)」とは、理論段20段の棚段付き反応蒸留塔の16段目(塔頂側を起点とする総理論段の80%の位置)をそれぞれ意味する。 In Tables 1 and 2, “F / B (* 1)” means the flow rate of feed liquid (kg / hr) to the distillation process / flow rate of extracted liquid (column bottom liquid) (kg / hr). “Percentage of hydrous maleic acid (* 2)” means the proportion of maleic acid calculated by the above formula, and “Total amount of maleic acid (* 3)” means the total amount of hydrous maleic acid and maleic anhydride. , “Residence time (* 4)” is a value calculated by [retentate liquid mass (kg) / extracted liquid flow rate discharged from reactor (kg / hr)], “lower stage (* 5)” This means the 16th stage (80% of the total theoretical stage starting from the top of the tower) of the reactive distillation column with 20 theoretical stages.
本発明の製造方法によれば、ミカエル付加物の分解工程において、マレイン酸の析出や、これに由来する分解装置内の圧力上昇などのトラブルが起こり難いため、ミカエル付加物の分解を効率よく進められ、アクリル酸を安定に効率よく製造することができる。 According to the production method of the present invention, in the decomposition process of the Michael adduct, troubles such as precipitation of maleic acid and a pressure increase in the decomposition apparatus derived from this hardly occur. Thus, acrylic acid can be produced stably and efficiently.
1 蒸留塔(高沸点分離塔)
2 反応装置
E−1 凝縮器
E−2 リボイラー
E−3 強制循環型熱交換器
E−3 薄膜蒸発器
L−1〜L−6、L−5’,L−5’’ ライン(配管)
V−1 分解槽
Z−1〜Z−6 ストレーナー
1 Distillation tower (high boiling point separation tower)
2 Reactor E-1 Condenser E-2 Reboiler E-3 Forced circulation heat exchanger E-3 Thin film evaporator L-1 to L-6, L-5 ′, L-5 ″ line (pipe)
V-1 Decomposition tank Z-1 to Z-6 Strainer
Claims (5)
前記粗アクリル酸含有溶液を精製する工程として、蒸留塔で高沸点成分を分離する高沸点成分分離工程を含み、さらに、
孔径10〜50mmの開口を有する無堰多孔板を棚段とし、理論段が3段以上の棚段式蒸留塔と、強制循環型熱交換器とを用いた反応蒸留形式により、前記高沸点成分に含まれるミカエル付加物を分解し、アクリル酸を生成させる分解工程、
前記分解工程で生成したアクリル酸を回収する回収工程を含み、
前記高沸点成分分離工程から分解工程に供給される高沸点成分中のマレイン酸量の割合(%)が下記数式を満足するように、前記分解工程を、前記強制循環型熱交換器の熱源と当該強制循環型熱交換器により加熱された高沸点成分との温度差を15〜80℃として、分解工程に供給された高沸点成分を155〜220℃に加熱し、さらに、前記棚段式蒸留塔の塔頂側を基点とした総理論段の70〜100%の部位を125℃以下とし、還流比0.5〜6で運転すると共に前記高沸点成分分離工程の運転条件を制御することを特徴とするアクリル酸の製造方法。
The step of purifying the crude acrylic acid-containing solution includes a high boiling point component separation step of separating a high boiling point component in a distillation column,
The high-boiling point is obtained by a reactive distillation method using a plate-type distillation column having three or more theoretical plates and a forced circulation heat exchanger, with a non-weir perforated plate having an opening with a pore diameter of 10 to 50 mm as a shelf. Decomposing process that decomposes Michael adducts contained in the ingredients to produce acrylic acid,
Including a recovery step of recovering acrylic acid generated in the decomposition step,
The decomposition step is performed with the heat source of the forced circulation heat exchanger so that the ratio (%) of the amount of maleic acid in the high boiling point component supplied from the high boiling point component separation step to the decomposition step satisfies the following formula: The temperature difference from the high boiling point component heated by the forced circulation heat exchanger is set to 15 to 80 ° C., the high boiling point component supplied to the decomposition step is heated to 155 to 220 ° C., and the above-mentioned plate distillation 70 to 100% of the sites of total theoretical stages as a base point the overhead side of the column and 125 ° C. or less, for controlling the operation conditions of the more the high-boiling component separated Engineering while operating at a reflux ratio of 0.5-6 that A process for producing acrylic acid, characterized in that
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