JP4401630B2 - Gas compression method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスの圧縮に関するものであり、詳しくは、アルカンをアンモニア存在下で気相接触酸化反応させ、目的生成物として不飽和ニトリルを製造する方法において、該反応ガスから該目的生成物を冷却および/または水吸収により回収した残りのガス流を圧縮する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アクリロニトリルやメタクリロニトリルなどの不飽和ニトリル類またはアクリル酸やメタクリル酸などの不飽和カルボン酸類あるいはアクロレインやメタクロレインなどの不飽和アルデヒド類は、繊維、合成樹脂、合成ゴムなどの重要な合成原料として広く利用されており、工業的に製造されている。従来、これら不飽和ニトリル類または不飽和カルボン酸類あるいは不飽和アルデヒド類の製造は、原料のプロピレン、イソブチレンなどのオレフィンを気相接触酸化反応される方法が一般的に実施されている。
一方、近年オレフィンに代えて、価格の安いアルカンを原料とし、触媒を用いてアンモニア存在下または非存在下で気相接触酸化反応を行い、直接目的生成物を得る方法が開発検討され、注目を集めている。
【0003】
例えば、プロパンからアクリロニトリルを得る触媒に関しては Mo−Bi−P系触媒(特開昭48−16887号)、Mo−Cr−Te系触媒(米国特許5171876号)、Mo−Cr−Bi系触媒(特開平7−215925号)、V−Sb系触媒(特公昭50−23016号、特開平1−268668号)、Mo−V−Te系触媒(特許12608768号、特開平10−81660号)、Mo−V−Sb系触媒(特開平9−157241号)等が報告されている。
同時に、これらの触媒の多くはイソブタンからメタクリロニトリルを製造する場合にも有用であることが報告されている。
プロパンからアクリル酸を得る触媒に関しては Mo−V−Te系触媒(特開平6−279351号)、Mo−V−Sb−Nb系触媒(特開平11−285636号)等が、また 炭素数3乃至8のアルカンから対応する不飽和カルボン酸を得る触媒にとしては Mo−V−Sb−Nb系触媒(特開平10−45664号)、Mo−V−Sb−Te系触媒(特開平10−36311号)が報告されている。
【0004】
イソブタンからメタクリル酸を得る触媒に関しては Mo−P−V−Cu系触媒(特開平2−42032号、特開平3−20237号)等が報告されている。しかしながら、これらの触媒による方法ではいずれも目的生成物の選択率が必ずしも十分ではなく、工業的方法としては未だ満足できるものではない。
そこで、アルカン転化率が低い場合の方が、高い場合に比べて高い選択率が得られることを利用し、供給したアルカン転化率を所定の値以下に抑え、且つアルカン濃度を高くすることにより、高い選択率と触媒の生産性を両立させた上で、未反応アルカンを回収し反応器にリサイクルすることが提案されている。
【0005】
例えば、米国特許4,352,755号には未反応アルカンを液化させることによる回収が提案されているが、この方法は窒素などの非凝縮性ガス成分の量が多いと、これらに同伴されるアルカンの損失が大きくなる。この時、アルカンの損失を工業的に実施可能な範囲にまで低減させようとすると、未反応アルカンの液化冷却操作の負担が極めて大きくなり実用的でなくなる。更にこの方法には回収したアルカンを反応温度まで加熱するのに大きなエネルギーを必要とする欠点もある。
特公平6−37451号、特開平10−81660号には未反応アルカンを分離・回収する装置として選択分離器が示されており、具体的には圧力スイング吸着装置(PSA)が挙げられている。
【0006】
しかし、PSAを適用しようとした場合、吸着剤のアルカンの吸着能力そのものが大きくないことや該ガス流中に未反応アルカン以外に含まれる炭酸ガス、一酸化炭素、窒素、水分などの成分の一部が吸着剤に同時に吸着してしまうため、多量の吸着剤を必要とし、工業規模での実施にあたっては多数の吸着塔の取り扱いを必要とし操作煩雑なことや経済性の課題がある。また運転操作も加圧により目的成分のアルカンなどを吸着させた後、圧力を下げて脱着を行う圧力差のみの操作では分離効率が悪いため、脱着時に圧力を下げる操作に加えて脱着用のガスを流し、アルカンなどの目的成分の分圧を下げて効率を上げることなどを必要とする。この際にそのガスとして不活性ガスを用いると、微量不活性ガスといえども反応器に持ち込まれ系内蓄積を起こす。
【0007】
このため、不活性ガスに替えて反応器に使用する空気の一部を用いて脱着を行い爆発範囲上限以上のアルカンなど可燃物を含むガスを得るやり方があるが、この場合、吸着塔内部では、空気が吸着剤層を通過して脱着を行っていく過程で、空気中のアルカンなどの可燃物の濃度が増加していき、可燃物の爆発範囲の下限および上限間を通過するという操作のやり難さ問題がある。また脱着が進行し脱着するアルカンなどの可燃物が少なくなって来ると、吸着剤層出口ガスの組成が、アルカンなどの可燃物の爆発範囲の上限以下に入ってしまう問題がある。
また、吸着剤を用いる方法では、システムに高沸点物質が持ち込まれて吸着剤表面や吸着剤粒子間に付着し汚れをおこした場合や、吸着剤の劣化時には再生が難しく取り換えが必要な場合がある点も、特に工業的実施の場合に操作が複雑でやり難い問題がある。
【0008】
例えば、米国特許3,914,277号には、未反応アルカンを含むガスを圧縮機で圧縮したのち、炭素数10から17のパラフィン油、例えば灯油、ヘビーナフサ、軽質軽油等で吸収し、得られた吸収液を窒素又は窒素と酸素の混合ガスでストリッピングして、回収されたアルカンとストリッピングガスとの混合物を反応器にリサイクルすることが提案されている。
しかし、本発明者らがこの方法を実施したところ、圧縮機の振動がたびたび起こり、わずか1ヶ月の運転しか出来ないことが判った。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が目的とするところは、触媒の存在下、炭素数3乃至4個のアルカンをアンモニア存在下または非存在下で気相接触酸化反応させ、目的生成物として不飽和ニトリルまたは不飽和酸無水物または不飽和カルボン酸および/または不飽和アルデヒドを製造する際に、高い選択率と触媒の生産性を両立させたうえで、吸収溶剤を用いて未反応アルカンを吸収する場合に、ガス圧縮機の振動が起こるのをなくし安定的に長期的に運転でき、工業的実施が優位な未反応のアルカンを主体とする混合物を分離・回収する方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、反応ガスから目的生成物を冷却および/または水吸収により回収した残りのガス流から未反応のアルカンを主体とする混合物を分離・回収する方法として、該目的生成物を回収した残りのガス流を圧縮するに際し、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を圧縮機の入口ガス流に存在させて圧縮した後、該ガス流を水と相互に不溶な有機溶剤に接触させて未反応のアルカンを主体とする気相成分を吸収することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。すなわち、
【0011】
本発明は、
1) 触媒の存在下、プロパンを、アンモニアの存在下で気相接触酸化反応させて、生成物として不飽和ニトリルを製造する方法において、該反応ガスから該目的生成物を冷却および/または水吸収などにより回収した残りのガス流を圧縮するに際し、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を圧縮機の入口ガス流に存在させることを特徴とするガスの圧縮方法。
【0012】
2) 該ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩が、水溶液で該ガス流に添加される1)記載の方法。
3) 該ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩の添加する量が該ガス流に対して0.01〜10wt%である2)記載の方法。
4) 該ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩の添加する量が該ガス流に対して0.05〜5wt%である2)記載の方法。
5) 不飽和ニトリルがアクリロニトリルである1)乃至4)記載の方法。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の要点は、反応ガスから該目的生成物を回収した残りのガス流には微量の該目的生成物即ちアクリロニトリルが回収されずに残存している。また副生成物である種々の不飽和ニトリル、または青酸、または種々の不飽和酸や不飽和アルデヒド、および高沸点物質も含まれている。このような目的物質や副生成物である不飽和ニトリルや不飽和酸や不飽和アルデヒドや青酸は、原料アルカンなどが反応し反応ガスとなりそれが圧縮機にくるまでの工程や圧縮機内部において重合し重合物となり、副生する高沸点物質とともに圧縮機の内面や動翼や静翼に付着蓄積し、付着量が多くなると圧縮機が振動を起こす原因となり圧縮機の運転を停止せざるを得なくなる。このような圧縮機が振動を起こすという望ましくない現象は、反応ガスから該目的生成物を回収した残りのガス流を圧縮するに際し、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を圧縮機の入口ガス流に存在させることにより防止することができることを見出したことが要点である。
【0015】
重合物や高沸点物質が圧縮機の内面や動翼や静翼に付着蓄積するのを、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩が防止する作用機構は不明であるが、恐らくナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩が、圧縮機の内面や動翼や静翼に付着した重合物や高沸点物質が水分を失って乾燥、固着するのを防止し、すみやかに洗い流すのであろう。
【0016】
以下本発明を詳細に説明する。触媒の存在下、プロパンをアンモニア存在下で気相接触酸化反応させ、目的生成物として不飽和ニトリルを製造する方法において、反応ガスから該目的生成物を冷却および/または水吸収により回収した残りのガス流を圧縮するに際し、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を圧縮機の入口ガス流に存在させることを特徴とするガスの圧縮方法である。
【0017】
発明の目的生成物とは、不飽和ニトリルであり、不飽和カルボン酸と不飽和アルデヒドとが同時に目的生成物となる場合もある。的生成物は、アクリロニトリル、アクリル酸、アクロレインから選ばれる少なくとも1種以上のものである。本発明の反応ガスとは、反応器に供給したガスが酸化反応またはアンモ酸化したガスのことで、目的生成物、未反応のアルカン、副生のアルケン、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水分等の混合物であり、反応の条件等でそれらの比率は異なる。
【0018】
本発明の反応ガスから該目的生成物を冷却および/または水吸収により回収した残りのガス流とは、反応器に供給されたガスから該目的生成物を冷却および/または水吸収により回収した残りのガスの流れのことで、未反応のアルカン、副生のアルケン、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水分、微量の目的生成物や副生成物や高沸点物質等の混合物であり、反応の条件等でそれらの比率は異なる。
【0019】
アルカリ性物質として、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を用いることができる。体の場合は水溶液にして、また液状の場合でも水溶液にして用いることができる。
【0020】
ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を添加する量は、該ガス流に対して0.01〜10wt%であり、好ましくは0.05〜5wt%添加するのがよい。ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を添加する方法は、ガスを圧縮する圧縮機入口の直近にノズルを用いて添加することができる。また圧縮機のケーシングに直接注入してもよい。
【0021】
ガスを圧縮する圧縮機は遠心式、軸流式または回転式圧縮機のいずれでもよい。また多段圧縮機の場合は各段毎に添加するのがよい。
圧縮されたガス流を吸収する有機溶剤としては、炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、ケトン類、エーテル類などが使用可能であるが水が不溶なものが適する。水が溶解するものは、放散塔でのストリッピングの際に、共沸混合物を作って流出する問題を起こす可能性が高く、また溶け込んだ水のために吸収塔での吸収効率が低下するなどのため好ましい溶剤とは成らない。またケトン類、エーテル類などは過酸化物を生じやすく、これはラジカル重合を引き起こす要因となり反応ガス中に重合しやすい物質が含まれる場合には好ましい溶剤とはならない。好ましいのは炭化水素類であり、中でも炭素数5〜20個からなる脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素または芳香族炭化水素がより好ましい。炭素数が4以下の炭化水素系溶剤はアルカンを吸収した後、放散塔等でアルカンを回収する際に、回収アルカンに同伴される有機溶剤の量が多く、操作が容易ではない。
【0022】
また、反応器へアルカン等をリサイクルする際、有機溶剤を同伴させることになり反応への悪影響が考えられる。一方、炭素数が20を超えると常用の吸収塔の操作温度では、高粘度となり吸収効率が大幅に悪化するため使用することができない。好適な溶剤としては、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、エイコサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ブチルベンゼン、シメン、デュレン、メチルナフタレン、エチルナフタレン、ジメチルナフタレン、ジフェニールなどが挙げられる。これらは単独であるいは混合物の形で使用できる。また、高沸点成分が溶剤中に蓄積してきた場合には、溶剤を連続的にあるいは間欠的に抜き出し蒸留操作により精製することもできる。
【0023】
圧縮されたガス流と、該有機溶剤とを接触させる吸収方式は公知の充填塔、多孔板塔、泡鐘塔、スプレー塔などのいずれの形式もとることができる。吸収操作圧力及び温度は使用する有機溶剤にもよるが、操作圧力は高いほど必要な有機溶剤量が少なくなるが、一般に1×105〜10×105Paである。操作温度は低いほど必要な有機溶剤量が少なくなるが、有機溶剤が凝固したり、また粘度が高くなり吸収効率が下がるので、一般に10℃〜100℃である。
【0024】
得られた吸収溶液から未反応のアルカンを主体とする混合物を取得する方法は、公知の方法により取得することができる。たとえば、吸収溶液を加熱蒸留する方法、吸収溶液を窒素、または窒素および酸素を主体とするガス、または水蒸気でストリッピングする方法等により取得することができ、公知の充填塔、多孔板塔、泡鐘塔などが用いられる。操作圧力は低いほど未反応のアルカンを取得するのが容易になるが、一般に0.05×105〜2×105Paである。操作温度は高いほど未反応のアルカンを取得するのが容易になるが、一般に吸収操作温度と同じでよい。
【0025】
未反応のアルカンを主体とする混合物とは、該反応ガスから該目的生成物を回収した残りのガス流中の未反応のアルカンと副生のアルケンのことであり、アルカンがプロパンの場合のアルケンはプロピレンである。
未反応アルカンを主体とする混合物を反応器にリサイクルする方法は、分離・回収したアルカンとアルケンを含む混合物を、必要により冷却して含有する水分を除去した後ガス状で反応器にリサイクルする、窒素、または窒素および酸素を主体とするストリッピングガスとともに反応器にリサイクルする、また液化して原料アルカンに混合する等いずれの方法もとることができる。
【0026】
本発明では、触媒の存在下、アルカンを気相接触アンモ酸化するが、反応条件を所定の範囲に維持することが重要である。反応器に供給する原料ガス中のアルカンの含有量は3〜90vol%、好ましくは10〜50vol%であるが、生産性の面から可能な限り反応ガス中のアルカン濃度を高めることが好ましい。
本発明の方法では、アルカンの転化率は70%以下、好ましくは60%以下になる条件下で操作される。この範囲よりも高い転化率で行うと、目的生成物の選択率が低下して好ましくない。アルカンの転化率を低く維持するためには、触媒量の低減、反応温度、反応器供給ガスと触媒の接触時間、圧力、反応ガス組成などの反応条件を制御することにより行う。
【0027】
プロパンの気相接触アンモ酸化の場合は以下の条件で行うことができる。
反応に供給する酸素のプロパンまたはイソブタンに対するモル比は0.1〜6、好ましくは0.5〜4である。
反応温度は300℃〜500℃、好ましくは350℃〜470℃である。
反応圧力は0.5×10〜5×10Pa、好ましくは1×10〜3×10Paである。
接触時間は0.1〜10(sec・kg/l)、好ましくは0.5〜5(sec・kg/l)である。本発明において、接触時間は次式で決定される。
接触時間(sec・kg/l)=(W/F)×273/(273+T)
ここで
W=充填触媒量(kg)
F=標準状態(0℃、1.13×10Pa)での原料混合ガス流量(Nl/sec)
T=反応温度(℃)
である。
【0029】
また、本発明においては、前記のように70%以下のアルカンの転化率で操作されるため、単流におけるニトリル類の生産量を高めるのには反応器に供給される反応ガス中のアルカンの濃度を高める方が有利である。また高選択率で生成した目的生成物を分離した後のガス中には未反応のアルカンやアルケンが含まれているので、これらを本発明方法で選択分離し反応器に供給することによりアルカンに対する目的生成物の全収量を高めることが出来る。
本発明の触媒には、公知の酸化反応触媒、アンモ酸化反応触媒が用いられる。本発明の触媒は、シリカ担持触媒が好ましい。本発明の触媒がシリカ担持触媒の場合、高い機械的強度を有するので、流動床反応器を用いた酸化反応、アンモ酸化反応に好適である。シリカ担体の含有量は、触媒構成元素の酸化物とシリカ担体から成るシリカ担持酸化物触媒の全重量に対して、SiO2換算で20〜60重量%であることが好ましく、より好ましくは30〜50重量%である。
【0030】
このような酸化物触媒の存在下、プロパンを気相接触アンモ酸化反応させて、対応する不飽和ニトリルを製造する。
プロパンとアンモニアの供給原料は必ずしも高純度である必要はなく、工業グレードの原料を使用できる。
供給酸素源として空気、酸素を富化した空気または純酸素を用いることができる。
【0031】
更に、希釈ガスとして炭酸ガス、水蒸気、窒素などを供給してもよい。
反応方式は、固定床、流動床、移動床など従来の方式を採用できるが、反応熱の除去が容易な流動床反応器が好ましい。
反応器から流出するガスからの目的生成物の分離は、公知の方法で行われる。例えば、反応器から流出するガスを水等で急冷又はスクラビングして、目的生成物等の水溶性化合物を溶解して分離回収し、次いで、溶解物を蒸留、精製処理し、目的生成物を回収する。
【0032】
本発明は、(1)触媒を充填した反応器に、アルカン、空気または酸素と窒素を含有するガス、必要に応じてアンモニア等からなる反応ガスを供給し、気相接触酸化反応させる工程、(2)該反応器から流出するガスから目的生成物を分離する工程、(3)目的生成物を分離した残りのガスを圧縮した後有機溶剤に吸収させて未反応アルカンを主体とする気相成分を分離・回収する工程、(4)分離・回収した未反応アルカンを主体とする混合物を反応器にリサイクルする工程からなる。
【0033】
本発明の好ましい実施態様の一例として、第1図にプロパンからアクリロニトリル製造するプロセスの概念図を示し、それに従って、以下に説明する。
反応器1へは、プロパン放散塔9の塔頂より流出し分縮器10で水分、有機溶剤をはじめとする不要成分が除かれた反応原料であるプロパンと反応で副生したプロピレンを含むガスがライン31を通りリサイクルされる。ライン11からはアンモニアと補充分のプロパンが供給され、ライン12からは空気または酸素富化空気が供給される。反応器1でプロパンからはアクリロニトリル、青酸、プロピレン、一酸化炭素、二酸化炭素、水分等が生成する。生成したアクリロニトリルを含む反応ガスはライン13を通り急冷塔2に入り、未反応アンモニアは硫酸で中和され、ライン14より抜き出される。
【0034】
一方、未反応プロパン、副生のプロピレン、アクリロニトリル、青酸、一酸化炭素、二酸化炭素等を含有するガスは、ライン15を通り、吸収塔3へ導かれ、ここで回収・放散塔5の塔底よりライン18、19を通って供給された吸収剤である水に接触させ、ライン16よりアクリロニトリルを主として含有する吸収液が得られる。アクリロニトリルを主として含有する吸収液は熱交換器4で予熱された後ライン20を通り回収・放散塔5へ送られ、蒸留操作により分離が行われ、得られたアクリロニトリルや青酸はライン21を通り図示されていない精製系へ送られる。吸収塔3の塔頂からでた未反応プロパンおよび副生のプロピレンを含むガスはライン17を通り圧縮機6により圧縮される。ライン22からナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩が必要ならば水溶液にして添加される。
【0035】
圧縮されたガスはライン23によりプロパン吸収塔7へ導かれ、ライン27より供給された有機溶媒に接触させ、ライン24よりプロパンとプロピレンを主として含有する吸収液が得られる。そして、排ガスはライン25を通り、図示されていない廃ガス焼却器で処理された後に大気に排出される。プロパンとプロピレンを主として含有する吸収液は、ライン24を通り加熱器8でスチームにより加熱された後ライン26を通ってプロパン放散塔9へ供給される。吸収液中のプロパンおよびプロピレンはライン28により供給される水蒸気によりストリッピングされライン29を通って分縮器10に導入され、分縮により有機溶剤、水分、少量の不純物などがライン30より除去された後、ライン31を通って反応器にリサイクルされる。ライン27より抜き出された有機溶剤は、プロパン吸収塔7にリサイクルされる。
【0036】
以下に本発明の方法について、触媒の調製実施例およびプロパンの気相接触アンモ酸化反応によるアクリロニトリルの製造実施例を用いて説明するが、本発明はその要旨を越えない限りこれら実施例に限定されるものではない。
プロパンのアンモ酸化反応の成績は反応ガスを分析した結果を基に、次式で定義されるプロパン転化率およびアクリロニトリル選択率を指標として評価した。
プロパン転化率(%)=(反応したプロパンのモル数)/(供給したプロパンのモル数)×100
アクリロニトリル選択率(%)=(生成したアクリロニトリルのモル数)/(反応したプロパンのモル数)×100
【0037】
(ニオブ原料液の調製)
特開平11−253801号公報にならって、以下の方法でニオブ原料液を調製した。水16.89kgにNb25として80.2重量%を含有するニオブ酸2.58kgとシュウ酸二水和物〔H224・2H2O〕9.81kgを混合した。仕込みのシュウ酸/ニオブのモル比は5.0、仕込みのニオブ濃度は0.53(mol−Nb/kg−液)である。この混合液を95℃で1時間加熱撹拌することによって、ニオブが溶解した水溶液を得た。この水溶液を静置、氷冷後、固体を吸引濾過によって濾別し、均一なニオブ含有液を得た。このニオブ含有液のシュウ酸/ニオブのモル比は下記の分析により2.34であった。
【0038】
るつぼにこのニオブ含有液10gを精秤し、95℃で一夜乾燥後、600℃で1時間熱処理し、Nb25 0.8734gを得た。この結果から、ニオブ濃度は0.6572(mol−Nb/kg−液)であった。300mlのガラスビーカーにこのニオブ含有液3gを精秤し、約80℃の熱水200mlを加え、続いて1:1硫酸10mlを加えた。得られた溶液をホットスターラー上で液温70℃に保ちながら、攪拌下、1/4規定KMnO4を用いて滴定した。KMnO4によるかすかな淡桃色が約30秒以上続く点を終点とした。シュウ酸の濃度は、滴定量から次式に従って計算した結果、1.539(mol−シュウ酸/kg)であった。
2KMnO4+3H2SO4+5H224→K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2
得られたニオブ含有液は、シュウ酸/ニオブのモル比を調整することなく、下記の触媒調製のニオブ原料液(B)として用いた。
【0039】
(触媒の調製)
仕込み組成式がMo10.31Nb0.07Sb0.201.0Ti0.85n/40.2wt%−SiO2で示される酸化物触媒を次のようにして調製した。
水13.30kgにヘプタモリブデン酸アンモニウム〔(NH46Mo724・4H2O〕を2.014kg、メタバナジン酸アンモニウム〔NH4VO3〕を414g、三酸化二アンチモン〔Sb23〕を332g、オルトホウ酸〔H3BO3〕を708g、酸化チタン〔TiO2〕を774g加え、攪拌しながら90℃で2時間30分間加熱した後、約70℃まで冷却して混合液Aを得た。得られた混合液AにSiO2として30.6wt%を含有するシリカゾル7.84kgを添加した。更に、H22として15wt%を含有する過酸化水素水517gを添加し、50℃で1時間撹拌を続けた。次にニオブ含有液(B)を1.21kg添加して原料調合液を得た。得られた原料調合液を、遠心式噴霧乾燥器に供給して乾燥し、微小球状の乾燥粉体を得た。乾燥機の入口温度は210℃、そして出口温度は120℃であった。得られた乾燥粉体のうち480gを直径3インチのSUS製キルン炉に充填し、1.8Nl/minの窒素ガス流通下、660℃で2時間焼成して触媒を得た。
【0040】
【実施例1】
プロパンの気相接触酸化反応をアンモニアの存在下、上記方法で調製した触媒を用いて実施し、生成した反応ガスを急冷塔に導き未反応アンモニアを分離した後、吸収塔に導き水による吸収によりアクリロニトリル等を分離して、次のような未反応プロパンを含有する気相成分を得た。
すなわち、プロパン7.0モル%、酸素1.2モル%、その他窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水分を含んでいた。
【0041】
この気相成分を、圧縮機で7*105Paに圧縮し、3.7Nm3/minの流量で、内径310mm、充填物としてMellapakPlus 252.Yを10m充填したプロパン吸収塔の下部に送入した。圧縮機の入口部分にノズルを設け、3wt%の苛性ソーダ水溶液を10kg/hrの流量で注入した。プロパン吸収塔の上部からn−パラフィンを150l/minで供給した。このn−パラフィンはペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカンの混合物であり、含有率はそれぞれ、85重量%、13重量%、2重量%であった。プロパン吸収塔を温度60℃、6*105Paの圧力で操作したところ塔底からこの塔に供給したプロパンの99.6%を含んだn−パラフィン溶液が得られた。
【0042】
このn−パラフィン溶液を152l/minの流量で、内径310mm、充填物としてMellapakPlus 252.Yを10m充填したプロパン放散塔の上部に供給し、下部より水蒸気を6.3kg/hrで導入した。プロパン放散塔を温度60℃、0.18*105Paで運転したところ、塔頂からこの塔に供給したプロパンの99.7%を含んだガスが得られた。このガスを4*105Paに加圧し、凝縮器に送り30℃に冷却しガス中のn−パラフィンや水分などを凝縮させた後、ガス成分中のn−パラフィンの含量を分析したところ、その量は総計で100ppm以下であった。
この運転を6ヶ月継続した後運転を停止し、ガス圧縮機、プロパン吸収塔、プロパン放散塔の内部及び充填物を点検したところ詰まりや閉塞は全く認められなかった。なお、放散塔での一連の運転操作の間、爆発や異常燃焼などの現象は全く認められなかった。
【0043】
【参考例1】
圧縮機の入口部分に水のみを20kg/hrの流量で注入し、実施例1と同じ触媒、装置を用いて、同じ組成、流量、温度、圧力条件で6ヶ月運転を継続した後運転を停止し、ガス圧縮機内部を点検したところ、ガス圧縮機の出口配管に黒褐色の固形物が少量に付着していたが運転に支障を与える程ではなかった。
【0044】
【比較例1】
圧縮機の入口部分に苛性ソーダ水溶液を注入しないで実施例1と同じ触媒、装置を用いて、同じ組成、流量、温度、圧力条件で運転したところ、23日目にガス圧縮機が振動を起こし運転を停止した、ガス圧縮機の内部を点検したところ、圧縮機の内面および動翼に黒褐色のポリマー状の物質が多量に付着していた。
【0045】
【発明の効果】
本発明により、高い選択率と触媒の生産性を確保し、吸着剤の汚れや劣化時の取り換え等の操作が必要でなく、脱着時に可燃物の爆発範囲に入る問題を回避でき、水分、有機溶剤、少量の反応副生物などの不要成分の反応器への持ち込みが少なく、パージ等での未反応アルカンの損失を少なくすることができ、またエネルギー消費も少ない工業的実施が優位な未反応のアルカンを主体とする気相成分を分離・回収する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の実施態様の一例としてプロパンからアクリロニトリルを製造する態様を示す概念図である。
【符号の説明】
1 反応器
2 急冷塔
3 吸収塔
4 熱交換器
5 回収・放散塔
6 圧縮機
7 プロパン吸収塔
8 プロパン放散塔
9 加熱器
10 分縮器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to gas compression. Specifically, alkane is present in the presence of ammonia.UnderVapor-phase catalytic oxidation reaction and unsaturated nitrile as the target productLeIn the production method, the target product is cooled and / or absorbed by water from the reaction gas.To payThe present invention relates to a method for compressing the remaining recovered gas stream.
[0002]
[Prior art]
Unsaturated nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile, unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid, and unsaturated aldehydes such as acrolein and methacrolein are important raw materials for synthesis of fibers, synthetic resins, synthetic rubbers, etc. It is widely used and manufactured industrially. Conventionally, these unsaturated nitriles, unsaturated carboxylic acids or unsaturated aldehydes have been generally produced by a gas phase catalytic oxidation reaction of olefins such as propylene and isobutylene as raw materials.
On the other hand, in recent years, instead of olefins, a method for obtaining a target product directly by using a cheap alkane as a raw material and performing a gas phase catalytic oxidation reaction in the presence or absence of ammonia using a catalyst has been developed and studied. Collecting.
[0003]
For example, regarding a catalyst for obtaining acrylonitrile from propane, a Mo—Bi—P catalyst (Japanese Patent Laid-Open No. 48-16887), a Mo—Cr—Te catalyst (US Pat. No. 5,171,876), a Mo—Cr—Bi catalyst (special Kaihei 7-215925), V-Sb catalysts (Japanese Patent Publication No. 50-230616, JP-A-1-268668), Mo-V-Te catalysts (Japanese Patent No. 12608768, JP-A-10-81660), Mo- V-Sb catalysts (Japanese Patent Laid-Open No. 9-157241) and the like have been reported.
At the same time, many of these catalysts have been reported to be useful in the production of methacrylonitrile from isobutane.
Regarding catalysts for obtaining acrylic acid from propane, there are Mo-V-Te catalysts (JP-A-6-279351), Mo-V-Sb-Nb catalysts (JP-A-11-285636), etc. As catalysts for obtaining corresponding unsaturated carboxylic acids from 8 alkanes, Mo-V-Sb-Nb-based catalysts (Japanese Patent Laid-Open No. 10-45664), Mo-V-Sb-Te-based catalysts (Japanese Patent Laid-Open No. 10-36311). ) Has been reported.
[0004]
With respect to catalysts for obtaining methacrylic acid from isobutane, Mo-P-V-Cu-based catalysts (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-42032 and 3-20237) have been reported. However, none of these catalyst-based methods has a sufficient selectivity for the desired product, and is still not satisfactory as an industrial method.
Therefore, by utilizing the fact that when the alkane conversion rate is low, a higher selectivity can be obtained than when the alkane conversion rate is high, by suppressing the supplied alkane conversion rate to a predetermined value or less and increasing the alkane concentration, It has been proposed that unreacted alkane is recovered and recycled to the reactor while achieving both high selectivity and catalyst productivity.
[0005]
For example, US Pat. No. 4,352,755 proposes recovery by liquefying unreacted alkane, but this method is accompanied by a large amount of non-condensable gas components such as nitrogen. Alkane loss increases. At this time, if it is attempted to reduce the alkane loss to an industrially practicable range, the burden of the liquefaction cooling operation of the unreacted alkane becomes extremely large and becomes impractical. Furthermore, this method has the disadvantage that a large amount of energy is required to heat the recovered alkane to the reaction temperature.
JP-B-6-37451 and JP-A-10-81660 show a selective separator as an apparatus for separating and recovering unreacted alkane, specifically, a pressure swing adsorption apparatus (PSA). .
[0006]
However, when PSA is applied, the adsorption capacity of the adsorbent alkane itself is not large, and one of the components such as carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen, and moisture contained in the gas stream other than the unreacted alkane. Therefore, a large amount of adsorbent is required, and handling on a large number of adsorbing towers is required for implementation on an industrial scale, resulting in complicated operations and economical problems. In addition, the operation is performed by adsorbing the target component alkane by pressurization and then desorbing by reducing the pressure. Since the separation efficiency is poor, the desorption gas is added to the operation to decrease the pressure during desorption. In order to increase the efficiency by reducing the partial pressure of the target component such as alkane. In this case, if an inert gas is used as the gas, even a trace amount of inert gas is brought into the reactor and accumulates in the system.
[0007]
For this reason, there is a way to obtain gas containing flammables such as alkanes exceeding the upper limit of the explosion range by desorbing using part of the air used in the reactor instead of inert gas, but in this case, inside the adsorption tower As the air passes through the adsorbent layer and desorbs, the concentration of combustibles such as alkanes in the air increases and passes between the lower and upper limits of the explosion range of combustibles. There is a difficult problem. Further, when the desorption proceeds and the amount of combustible material such as alkane that is desorbed decreases, the composition of the adsorbent layer outlet gas falls below the upper limit of the explosion range of the combustible material such as alkane.
In addition, in the method using an adsorbent, when a high-boiling substance is brought into the system and adheres to the adsorbent surface or between adsorbent particles, or when the adsorbent deteriorates, it may be difficult to regenerate and need to be replaced. There is also a problem that operation is complicated and difficult to carry out, particularly in industrial implementation.
[0008]
For example, in US Pat. No. 3,914,277, a gas containing unreacted alkane is compressed with a compressor and then absorbed with paraffin oil having 10 to 17 carbon atoms such as kerosene, heavy naphtha, light diesel oil, etc. It is proposed that the absorbed liquid is stripped with nitrogen or a mixed gas of nitrogen and oxygen and the recovered mixture of alkane and stripping gas is recycled to the reactor.
However, when the present inventors carried out this method, it was found that the compressor frequently vibrates and can be operated for only one month.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to subject an alkane having 3 to 4 carbon atoms in the presence or absence of a catalyst to a gas phase catalytic oxidation reaction in the presence or absence of ammonia to produce an unsaturated nitrile or unsaturated acid anhydride as a target product. Gas compressor when absorbing unreacted alkane using an absorbing solvent while producing high selectivity and catalyst productivity at the same time in the production of product or unsaturated carboxylic acid and / or unsaturated aldehyde It is an object of the present invention to provide a method for separating and recovering a mixture mainly composed of unreacted alkane, which can be stably operated for a long period of time without causing vibrations, and is superior in industrial implementation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The inventors have cooled the target product from the reaction gas and / or absorbed water.To payAs a method of separating and recovering the mixture mainly composed of unreacted alkane from the remaining gas stream recovered, when compressing the remaining gas stream recovering the target product,Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateIs present in the inlet gas stream of the compressor, and then the gas stream is brought into contact with an organic solvent insoluble in water to absorb the vapor phase component mainly composed of unreacted alkane. It was found that the problem can be solved, and the present invention has been achieved. That is,
[0011]
  The present invention
1) In the presence of a catalyst,propaneThe presence of ammoniaUnderGas phase catalytic oxidation reaction to produce unsaturated nitrile as productLeCompressing the remaining gas stream recovered from the reaction gas, such as by cooling and / or water absorption, in the process of production;Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateIn a compressor inlet gas stream.
[0012]
2) TheSodium hydroxide, carbonate or bicarbonateIs added to the gas stream in an aqueous solution.
3) TheSodium hydroxide, carbonate or bicarbonateThe method according to 2), wherein the amount of addition is 0.01 to 10 wt% with respect to the gas flow.
4) TheSodium hydroxide, carbonate or bicarbonateThe method according to 2), wherein the amount of added is 0.05 to 5 wt% with respect to the gas flow.
5)TheThe method according to 1) to 4), wherein the unsaturated nitrile is acrylonitrile.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The key point of the present invention is that the remaining gas stream from which the target product is recovered from the reaction gas contains a trace amount of the target product, ie, acrylonitrile.LeIt remains without being collected. Various by-products such as various unsaturated nitriles or hydrocyanic acid, or various unsaturated acids and unsaturated aldehydes, and high-boiling substances are also included. Unsaturated nitriles, unsaturated acids, unsaturated aldehydes and hydrocyanic acid, which are the target substances and by-products, are polymerized in the process and inside the compressor until the raw material alkane reacts and becomes a reaction gas. It becomes a polymer and accumulates on the inner surface of the compressor and the moving blades and stationary blades together with high-boiling substances by-produced, and if the amount of adhesion increases, the compressor will vibrate and the compressor operation must be stopped. Disappear. The undesirable phenomenon that such a compressor vibrates is when compressing the remaining gas stream from which the target product has been recovered from the reaction gas,Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateCan be prevented by being present in the compressor inlet gas streamthingThe main point is to find.
[0015]
  Polymers and high-boiling substances adhere to and accumulate on the inner surface of compressors, rotor blades and stationary blades.Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateThe mechanism of action that prevents is unknown, but probablySodium hydroxide, carbonate or bicarbonateHowever, it will prevent the polymer and high-boiling substances adhering to the inner surface of the compressor, the moving blades and the stationary blades from losing moisture, drying and sticking, and quickly washing away.
[0016]
  The present invention will be described in detail below. In the presence of a catalyst,propaneThe ammonia presentUnderVapor-phase catalytic oxidation reaction and unsaturated nitrile as the target productLeIn the production process, the target product is cooled and / or absorbed by water from the reaction gas.To payWhen compressing the remaining recovered gas stream,Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateIs present in the inlet gas stream of the compressor.
[0017]
  BookThe object product of the invention is an unsaturated nitriteLeIn some cases, the unsaturated carboxylic acid and the unsaturated aldehyde may simultaneously become the target product.EyeThe product is at least one selected from acrylonitrile, acrylic acid, and acrolein.Becauseis there. The reaction gas of the present invention is a gas obtained by oxidizing or ammoxidizing the gas supplied to the reactor. The target product, unreacted alkane, by-product alkene, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide , A mixture of moisture and the like, and their ratios differ depending on reaction conditions and the like.
[0018]
  The target product is cooled and / or absorbed from the reaction gas of the present invention.To payThe remaining gas stream recovered is the cooling and / or water absorption of the target product from the gas supplied to the reactor.To payThe remaining gas flow recovered from the process includes unreacted alkanes, by-produced alkenes, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, moisture, trace amounts of target products, by-products, and high-boiling substances. These are mixtures, and their ratios differ depending on the reaction conditions and the like.
[0019]
  As an alkaline substanceAndNaturiuOfHydroxides, carbonates or bicarbonates can be used.SolidIn the case of a body, it can be used as an aqueous solution, and even when it is liquid, it can be used as an aqueous solution.
[0020]
  Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateIs added in an amount of 0.01 to 10 wt%, preferably 0.05 to 5 wt% with respect to the gas flow.Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateCan be added using a nozzle in the immediate vicinity of the compressor inlet for compressing the gas. Moreover, you may inject | pour directly into the casing of a compressor.
[0021]
The compressor that compresses the gas may be a centrifugal, axial flow, or rotary compressor. Moreover, in the case of a multistage compressor, it is good to add every stage.
As the organic solvent that absorbs the compressed gas stream, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, ketones, ethers and the like can be used, but those insoluble in water are suitable. When water is dissolved, there is a high possibility of causing an azeotrope to flow out when stripping in the stripping tower, and the absorption efficiency in the absorption tower decreases due to the dissolved water. Therefore, it is not a preferable solvent. Further, ketones, ethers and the like tend to generate peroxides, which cause radical polymerization, and are not preferable solvents when a reaction gas contains a substance that is easily polymerized. Preferred are hydrocarbons, among which aliphatic hydrocarbons having 5 to 20 carbon atoms, alicyclic hydrocarbons or aromatic hydrocarbons are more preferred. A hydrocarbon-based solvent having 4 or less carbon atoms absorbs alkane, and when the alkane is recovered by a stripping tower or the like, the amount of the organic solvent accompanying the recovered alkane is large and the operation is not easy.
[0022]
In addition, when recycling alkane or the like to the reactor, an organic solvent is entrained, which may adversely affect the reaction. On the other hand, when the number of carbons exceeds 20, the operating temperature of a conventional absorption tower becomes high viscosity and the absorption efficiency is greatly deteriorated, so that it cannot be used. Suitable solvents include, for example, hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane, octadecane, eicosane, cyclohexane, toluene, xylene, ethylbenzene, butylbenzene, cymene, durene, methylnaphthalene. , Ethylnaphthalene, dimethylnaphthalene, diphenyl and the like. These can be used alone or in the form of a mixture. Moreover, when the high boiling point component accumulates in the solvent, the solvent can be extracted continuously or intermittently and purified by distillation operation.
[0023]
The absorption system in which the compressed gas stream is brought into contact with the organic solvent can be any of a known packed tower, perforated plate tower, bubble bell tower, spray tower, and the like. Although the absorption operating pressure and temperature depend on the organic solvent used, the higher the operating pressure, the smaller the amount of organic solvent required.Five-10x10FivePa. The lower the operating temperature, the smaller the required amount of organic solvent. However, the organic solvent is solidified, and the viscosity is increased to reduce the absorption efficiency.
[0024]
A method for obtaining a mixture mainly composed of unreacted alkane from the obtained absorbing solution can be obtained by a known method. For example, it can be obtained by a method of heating and distilling the absorbing solution, a method of stripping the absorbing solution with nitrogen, a gas mainly composed of nitrogen and oxygen, or a steam, and the like. A bell tower is used. The lower the operating pressure, the easier it is to obtain unreacted alkane, but generally 0.05 × 10Five~ 2x10FivePa. The higher the operating temperature, the easier it is to obtain unreacted alkane, but generally it may be the same as the absorption operating temperature.
[0025]
The mixture mainly composed of unreacted alkane refers to unreacted alkane and by-product alkene in the remaining gas stream obtained by recovering the target product from the reaction gas, and the alkene in the case where the alkane is propane. Is propylene.
The method of recycling the mixture mainly composed of unreacted alkane to the reactor is to recycle the mixture containing the separated alkane and alkene, if necessary, in a gaseous state after cooling to remove the contained water. Any method such as recycling to a reactor together with nitrogen or a stripping gas mainly composed of nitrogen and oxygen, or liquefaction and mixing with raw material alkane can be used.
[0026]
  In the present invention, an alkane is present in the presence of a catalyst.Gas phase catalytic ammoxidationHowever, it is important to maintain the reaction conditions within a predetermined range. The content of alkane in the raw material gas supplied to the reactor is 3 to 90 vol%, preferably 10 to 50 vol%, but it is preferable to increase the alkane concentration in the reaction gas as much as possible from the viewpoint of productivity.
  In the method of the present invention, the operation is performed under conditions where the alkane conversion is 70% or less, preferably 60% or less. If the conversion is higher than this range, the selectivity of the target product is lowered, which is not preferable. In order to keep the alkane conversion low, the reaction conditions such as reduction of the catalyst amount, reaction temperature, contact time between the reactor supply gas and the catalyst, pressure, and reaction gas composition are controlled.
[0027]
  PropNIn the case of gas phase catalytic ammoxidation, it can be carried out under the following conditions.
  The molar ratio of oxygen supplied to the reaction to propane or isobutane is 0.1 to 6, preferably 0.5 to 4.
  The reaction temperature is 300 ° C to 500 ° C, preferably 350 ° C to 470 ° C.
  Reaction pressure is 0.5 × 105~ 5x105Pa, preferably 1 × 105~ 3x105Pa.
  The contact time is 0.1 to 10 (sec · kg / l), preferably 0.5 to 5 (sec · kg / l). In the present invention, the contact time is determined by the following equation.
  Contact time (sec · kg / l) = (W / F) × 273 / (273 + T)
here
  W = amount of packed catalyst (kg)
  F = standard state (0 ° C., 1.13 × 105Raw material mixed gas flow rate at Pa) (Nl / sec)
  T = reaction temperature (° C.)
It is.
[0029]
In the present invention, as described above, the alkane conversion is controlled at 70% or less. Therefore, in order to increase the production amount of nitriles in a single stream, the alkane in the reaction gas supplied to the reactor is increased. It is advantageous to increase the concentration. In addition, since the unreacted alkane and alkene are contained in the gas after separating the target product produced at high selectivity, it is selected and separated by the method of the present invention, and supplied to the reactor. The overall yield of the desired product can be increased.
As the catalyst of the present invention, known oxidation reaction catalysts and ammoxidation reaction catalysts are used. The catalyst of the present invention is preferably a silica-supported catalyst. When the catalyst of the present invention is a silica-supported catalyst, it has high mechanical strength, and is therefore suitable for oxidation reactions and ammoxidation reactions using a fluidized bed reactor. The content of the silica support is based on the total weight of the silica-supported oxide catalyst composed of the oxide of the catalyst constituent element and the silica support.2It is preferably 20 to 60% by weight in terms of conversion, more preferably 30 to 50% by weight.
[0030]
  In the presence of such an oxide catalyst,CarePhase contact ammoxidation reactionRuSaturated nitrile is produced.
  PropAndThe ammonia feedstock does not necessarily have to be highly pure, and industrial grade feedstock can be used.
  Air, oxygen-enriched air, or pure oxygen can be used as the supply oxygen source.
[0031]
Further, carbon dioxide gas, water vapor, nitrogen or the like may be supplied as a dilution gas.
As the reaction method, a conventional method such as a fixed bed, a fluidized bed, or a moving bed can be adopted, but a fluidized bed reactor in which reaction heat can be easily removed is preferable.
Separation of the target product from the gas flowing out of the reactor is carried out by a known method. For example, the gas flowing out from the reactor is rapidly cooled or scrubbed with water, etc., and the water-soluble compound such as the target product is dissolved and separated and recovered, and then the dissolved product is distilled and purified to recover the target product. To do.
[0032]
The present invention includes (1) a step of supplying a reaction gas comprising alkane, air or a gas containing oxygen and nitrogen, and, if necessary, a reaction gas composed of ammonia or the like to a reactor filled with a catalyst to perform a gas phase catalytic oxidation reaction. 2) a step of separating the target product from the gas flowing out from the reactor; (3) a gas phase component mainly composed of unreacted alkane after the remaining gas from which the target product has been separated is compressed and absorbed in an organic solvent. And (4) a step of recycling the separated and recovered mixture mainly composed of unreacted alkane to the reactor.
[0033]
As an example of a preferred embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a conceptual diagram of a process for producing acrylonitrile from propane, which will be described below.
A gas containing propylene produced as a by-product in the reaction with propane, which is a reaction raw material that has flowed out from the top of the propane stripping tower 9, and from which unnecessary components such as moisture and organic solvents have been removed by the partial condenser 10, Is recycled through line 31. A line 11 is supplied with ammonia and supplemented propane, and a line 12 is supplied with air or oxygen-enriched air. In the reactor 1, acrylonitrile, hydrocyanic acid, propylene, carbon monoxide, carbon dioxide, moisture and the like are generated from propane. The produced reaction gas containing acrylonitrile passes through the line 13 and enters the quenching tower 2, and unreacted ammonia is neutralized with sulfuric acid and extracted from the line 14.
[0034]
  On the other hand, the gas containing unreacted propane, by-product propylene, acrylonitrile, hydrocyanic acid, carbon monoxide, carbon dioxide and the like passes through the line 15 and is led to the absorption tower 3 where the bottom of the recovery / dispersion tower 5 From the line 16, an absorbent containing mainly acrylonitrile is obtained by contacting with water which is the absorbent supplied through the lines 18 and 19. The absorption liquid mainly containing acrylonitrile is preheated by the heat exchanger 4 and then sent to the recovery / dispersion tower 5 through the line 20 and separated by distillation operation. The obtained acrylonitrile and hydrocyanic acid are shown through the line 21. Sent to an unpurified purification system. The gas containing unreacted propane and by-product propylene from the top of the absorption tower 3 passes through the line 17 and is compressed by the compressor 6. From line 22Sodium hydroxide, carbonate or bicarbonateIs added as an aqueous solution if necessary.
[0035]
The compressed gas is led to the propane absorption tower 7 through the line 23 and brought into contact with the organic solvent supplied from the line 27, and an absorption liquid mainly containing propane and propylene is obtained from the line 24. The exhaust gas passes through the line 25 and is discharged to the atmosphere after being processed by a waste gas incinerator (not shown). The absorption liquid mainly containing propane and propylene is supplied to the propane stripping tower 9 through the line 26 after being heated by the steam in the heater 8 through the line 24. Propane and propylene in the absorption liquid are stripped by water vapor supplied through a line 28 and introduced into a partial condenser 10 through a line 29, and organic solvent, moisture, a small amount of impurities, etc. are removed from the line 30 through the partial condensation. And then recycled to the reactor through line 31. The organic solvent extracted from the line 27 is recycled to the propane absorption tower 7.
[0036]
Hereinafter, the method of the present invention will be described with reference to preparation examples of catalysts and preparation examples of acrylonitrile by gas-phase catalytic ammoxidation reaction of propane. However, the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist. It is not something.
The results of the propane ammoxidation reaction were evaluated based on the results of analysis of the reaction gas, using the propane conversion and acrylonitrile selectivity defined by the following equations as indicators.
Propane conversion (%) = (moles of propane reacted) / (moles of propane fed) × 100
Acrylonitrile selectivity (%) = (number of moles of acrylonitrile produced) / (number of moles of reacted propane) × 100
[0037]
(Preparation of niobium raw material liquid)
In accordance with Japanese Patent Laid-Open No. 11-253801, a niobium raw material liquid was prepared by the following method. Nb in 16.89 kg of water2OFive2.58 kg of niobic acid containing 80.2% by weight as oxalic acid dihydrate [H2C2OFour・ 2H2O] 9.81 kg was mixed. The molar ratio of the charged oxalic acid / niobium is 5.0, and the concentration of charged niobium is 0.53 (mol-Nb / kg-solution). This mixed solution was heated and stirred at 95 ° C. for 1 hour to obtain an aqueous solution in which niobium was dissolved. The aqueous solution was allowed to stand and ice-cooled, and then the solid was separated by suction filtration to obtain a uniform niobium-containing liquid. The niobium-containing liquid had an oxalic acid / niobium molar ratio of 2.34 according to the following analysis.
[0038]
In a crucible, 10 g of this niobium-containing solution is precisely weighed, dried at 95 ° C. overnight, and then heat treated at 600 ° C. for 1 hour.2OFive0.8734 g was obtained. From this result, the niobium concentration was 0.6572 (mol-Nb / kg-solution). 3 g of this niobium-containing solution was precisely weighed into a 300 ml glass beaker, 200 ml of hot water at about 80 ° C. was added, and then 10 ml of 1: 1 sulfuric acid was added. While maintaining the solution temperature on a hot stirrer at a liquid temperature of 70 ° C., under stirring, 1/4 N KMnOFourWas titrated using. KMnOFourThe end point was a point where the faint pale pink color continued for about 30 seconds or more. The concentration of oxalic acid was 1.539 (mol-oxalic acid / kg) as a result of calculation according to the following formula from titration.
2KMnOFour+ 3H2SOFour+ 5H2C2OFour→ K2SOFour+ 2MnSOFour+ 10CO2+ 8H2O
The obtained niobium-containing liquid was used as a niobium raw material liquid (B) for catalyst preparation described below without adjusting the molar ratio of oxalic acid / niobium.
[0039]
(Preparation of catalyst)
Preparation composition formula is Mo1V0.31Nb0.07Sb0.20B1.0Ti0.85On/40.2wt%-SiO2Was prepared as follows.
Ammonium heptamolybdate [(NHFour)6Mo7Otwenty four・ 4H22.014 kg of O], ammonium metavanadate [NHFourVOThree414 g, antimony trioxide [Sb2OThree332 g of orthoboric acid [HThreeBOThree708 g, titanium oxide [TiO2] Was added at 90 ° C. for 2 hours and 30 minutes with stirring, and then cooled to about 70 ° C. to obtain a liquid mixture A. The obtained mixed liquid A was mixed with SiO.2As a result, 7.84 kg of silica sol containing 30.6 wt% was added. In addition, H2O2As a result, 517 g of hydrogen peroxide containing 15 wt% was added and stirring was continued at 50 ° C. for 1 hour. Next, 1.21 kg of the niobium-containing liquid (B) was added to obtain a raw material preparation liquid. The obtained raw material mixture was supplied to a centrifugal spray dryer and dried to obtain a microspherical dry powder. The dryer inlet temperature was 210 ° C and the outlet temperature was 120 ° C. 480 g of the obtained dry powder was filled in a 3 inch diameter SUS kiln furnace and calcined at 660 ° C. for 2 hours under a nitrogen gas flow of 1.8 Nl / min to obtain a catalyst.
[0040]
[Example 1]
The gas phase catalytic oxidation reaction of propane is carried out in the presence of ammonia using the catalyst prepared by the above method, and the produced reaction gas is led to a quenching tower to separate unreacted ammonia, and then led to an absorption tower and absorbed by water. By separating acrylonitrile and the like, the following gas phase component containing unreacted propane was obtained.
That is, 7.0 mol% of propane, 1.2 mol% of oxygen, other nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and moisture were contained.
[0041]
This gas phase component is 7 * 10 with a compressor.FiveCompressed to Pa, 3.7 NmThreeAt a flow rate of 300 mm / min, an inner diameter of 310 mm, and MelapakPlus 252. It was sent to the lower part of a propane absorption tower packed with 10 m of Y. A nozzle was provided at the inlet of the compressor, and a 3 wt% aqueous sodium hydroxide solution was injected at a flow rate of 10 kg / hr. N-paraffin was supplied at 150 l / min from the upper part of the propane absorption tower. This n-paraffin was a mixture of pentadecane, hexadecane, and heptadecane, and the contents were 85 wt%, 13 wt%, and 2 wt%, respectively. Propane absorption tower at 60 ° C, 6 * 10FiveWhen operated at a pressure of Pa, an n-paraffin solution containing 99.6% of propane fed to the column from the bottom was obtained.
[0042]
This n-paraffin solution was filled with MelapakPlus 252. Y was charged into the upper part of the propane diffusion tower packed with 10 m, and water vapor was introduced at 6.3 kg / hr from the lower part. Propane stripping tower at a temperature of 60 ° C and 0.18 * 10FiveWhen operated at Pa, a gas containing 99.7% of the propane supplied to the tower from the top was obtained. This gas is 4 * 10FiveAfter pressurizing to Pa, sending to a condenser and cooling to 30 ° C. to condense the n-paraffin and moisture in the gas, the content of the n-paraffin in the gas component was analyzed. Met.
After this operation was continued for 6 months, the operation was stopped and the inside of the gas compressor, the propane absorption tower, the propane diffusion tower and the packing were checked, and no clogging or blockage was observed. During the series of operations in the stripping tower, no phenomena such as explosion or abnormal combustion were observed.
[0043]
[Reference Example 1]
  Only water was injected into the inlet of the compressor at a flow rate of 20 kg / hr, and the operation was stopped after 6 months of operation with the same catalyst, equipment and the same composition, flow rate, temperature and pressure conditions as in Example 1. However, when the inside of the gas compressor was inspected, a small amount of black-brown solid matter adhered to the outlet piping of the gas compressor, but this did not hinder the operation.
[0044]
[Comparative Example 1]
When the same catalyst, equipment as in Example 1 was used and the same composition, flow rate, temperature, and pressure conditions were used without injecting the aqueous caustic soda solution into the inlet of the compressor, the gas compressor vibrated on the 23rd day. When the inside of the gas compressor was inspected, a large amount of black-brown polymer substance adhered to the inner surface of the compressor and the rotor blade.
[0045]
【The invention's effect】
The present invention ensures high selectivity and catalyst productivity, eliminates the need to replace adsorbents when they are contaminated or deteriorated, avoids the problem of entering the explosive range of combustible materials during desorption, moisture, organic Unnecessary components such as solvents and small amounts of reaction by-products are not brought into the reactor. Loss of unreacted alkanes during purging can be reduced. A method for separating and recovering a gas phase component mainly composed of alkane can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment for producing acrylonitrile from propane as an example of an embodiment of the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 reactor
2 quenching tower
3 Absorption tower
4 Heat exchanger
5 Collection / Dispersion Tower
6 Compressor
7 Propane absorption tower
8 Propane stripping tower
9 Heater
10 Reducer

Claims (5)

触媒の存在下、プロパンを、アンモニアの存在下で気相接触酸化反応させて、生成物として不飽和ニトリルを製造する方法において、該反応ガスから該目的生成物を冷却および/または水吸収により回収した残りのガス流を圧縮するに際し、ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を圧縮機の入口ガス流に存在させることを特徴とするガスの圧縮方法。The presence of a catalyst, propane, in the presence of ammonia by vapor phase catalytic oxidation reaction in the method for producing an unsaturated Nitrile Le as product, cooling and / or Mizu吸yield the said purpose product from the reaction gas remaining upon compressing the gas stream, sodium hydroxide, gas compression method which is characterized in that the presence of carbonate or bicarbonate to the inlet gas stream of the compressor which is more recovered. ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩が、水溶液で該ガス流に添加される請求項1記載の方法。The process of claim 1 wherein the sodium hydroxide, carbonate or bicarbonate is added to the gas stream in an aqueous solution . ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩の添加する量が該ガス流に対して0.01〜10wt%である請求項2記載の方法。The method of claim 2, wherein the amount of sodium hydroxide, carbonate or bicarbonate added is 0.01 to 10 wt% with respect to the gas stream. ナトリウムの水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩の添加する量が該ガス流に対して0.05〜5wt%である請求項2記載の方法。The process according to claim 2, wherein the amount of sodium hydroxide, carbonate or bicarbonate added is 0.05 to 5 wt% with respect to the gas stream. 不飽和ニトリルがアクリロニトリルであることを特徴とする請求項1乃至4記載の方法。It claims 1 to 4 method, wherein the said unsaturated nitrile is acrylonitrile.
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