JP5130107B2 - Acrylic acid production method - Google Patents

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Description

本発明は、グリセリンからアクロレインを製造し、このアクロレインからアクリル酸を製造するアクリル酸の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing acrylic acid in which acrolein is produced from glycerin and acrylic acid is produced from the acrolein.

バイオディーゼルは、使用時の二酸化炭素排出量が少ない、化石燃料の代替燃料にできるなどの理由から注目されている。植物油のエステル交換反応によってバイオディーゼルが得られるが、その反応ではグリセリンが副生することが知られており、バイオディーゼルの需要および生産量が年々増加していることに伴い、グリセリンの副生量も増加している。このような背景下においては、グリセリンの有効利用が望まれる。   Biodiesel is attracting attention because it emits less carbon dioxide when used and can be used as a substitute for fossil fuels. Biodiesel is obtained by transesterification of vegetable oil, but it is known that glycerin is produced as a by-product in the reaction. As the demand and production of biodiesel increase year by year, the amount of glycerin produced as a by-product Has also increased. Under such a background, effective utilization of glycerin is desired.

アクロレインはグリセリンの分子内脱水反応によって得られる化合物であり、アクリル酸はアクロレインを酸化することにより得られる化合物である。そして、アクリル酸からアクリル酸エステル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、吸水性樹脂などのアクリル酸誘導体を製造することが可能であり、グリセリンからアクリル酸を製造することはアクリル酸誘導体の原料用途にまでグリセリンの利用範囲を拡張するものとなるから、グリセリンの有効利用を実現し、また、バイオディーゼル製造における副生物の利用範囲を拡張するので、バイオディーゼル製造の経済的価値を高める。   Acrolein is a compound obtained by intramolecular dehydration reaction of glycerin, and acrylic acid is a compound obtained by oxidizing acrolein. And it is possible to produce acrylic acid derivatives such as acrylic ester, polyacrylic acid, polyacrylic acid salt, water-absorbing resin from acrylic acid, and to produce acrylic acid from glycerin is a raw material for acrylic acid derivatives Therefore, the effective use of glycerin is realized, and the use range of by-products in biodiesel production is expanded, thereby increasing the economic value of biodiesel production.

上記の通りグリセリンからアクリル酸を製造することが公知となっており(例えば、特許文献1参照)、特許文献2には、グリセリンからのアクロレインの製造に際して、アリルアルコール、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドが副生することが示されている。また、本出願人の国際特許出願に係る特許文献3には、グリセリンからアクロレインを製造する際にリン酸の亜鉛塩、リン酸のホウ素塩などのリン酸の金属塩を触媒として使用可能であることが開示されている。   As described above, it is known to produce acrylic acid from glycerin (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 2, allyl alcohol, acetaldehyde, and propionaldehyde are by-produced during the production of acrolein from glycerin. Has been shown to do. In addition, in Patent Document 3 relating to the applicant's international patent application, a metal salt of phosphoric acid such as zinc salt of phosphoric acid or boron salt of phosphoric acid can be used as a catalyst when acrolein is produced from glycerin. It is disclosed.

ところで、アクリル酸から吸水性樹脂などの樹脂を製造する場合、プロピオン酸を含むアクリル酸を原料に使用すると、樹脂の不純物として含まれることになったプロピオン酸が樹脂の臭気原因になってしまう。この臭気を抑えるためには、アクリル酸からプロピオン酸を除去することも一つの手段であるが、プロピオン酸の副生を抑えつつアクリル酸を製造することも望まれる。また、一定量のグリセリンから高収率でアクリル酸を製造するためには、高選択率でアクリル酸を製造できることが望まれる。
特開2005−213225号公報 特開平6−211724号公報 WO2007/119528号公報
By the way, when producing a resin such as a water-absorbing resin from acrylic acid, if acrylic acid containing propionic acid is used as a raw material, propionic acid that has been contained as an impurity of the resin causes the odor of the resin. In order to suppress this odor, removal of propionic acid from acrylic acid is one means, but it is also desired to produce acrylic acid while suppressing by-production of propionic acid. Moreover, in order to produce acrylic acid with a high yield from a certain amount of glycerin, it is desired that acrylic acid can be produced with high selectivity.
JP 2005-213225 A JP-A-6-217724 WO2007 / 119528

本発明は、上記事情に鑑み、プロピオン酸の副生を抑えつつアクリル酸を得ることができ、かつ、高い選択率でアクリル酸を製造できるグリセリンからのアクリル酸の製造方法の提供を目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing acrylic acid from glycerin capable of obtaining acrylic acid while suppressing the by-production of propionic acid, and capable of producing acrylic acid with high selectivity. .

本発明者らは、アクリル酸に対するプロピオン酸の生成比率を低減するべくプロピオン酸の前駆体であるプロピオンアルデヒドの生成比率の低減について鋭意検討を重ねた結果、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を有する触媒をグリセリンと共存させれば、プロピオンアルデヒドの選択率を低く抑えてアクロレインを生成させることができる知見を得た。また、同触媒をグリセリンと共存させれば、アクリル酸の前駆体であるアクロレインの選択率が高い知見を得た。これらの知見から、本発明に係るアクリル酸の製造方法を完成するに至った。   As a result of intensive studies on reducing the production ratio of propionic aldehyde, which is a precursor of propionic acid, in order to reduce the production ratio of propionic acid to acrylic acid, the present inventors have made a boron salt of phosphoric acid and / or phosphoric acid. The present inventors have found that acrolein can be produced with a low propionaldehyde selectivity by coexisting a catalyst having a zinc salt with glycerin. In addition, when the catalyst was allowed to coexist with glycerin, a high selectivity of acrolein, which is a precursor of acrylic acid, was obtained. These findings led to the completion of the method for producing acrylic acid according to the present invention.

すなわち、本発明に係るアクリル酸の製造方法は、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を有する触媒と、グリセリンとの共存下においてグリセリンを脱水させてアクロレイン含有組成物を製造する脱水工程と、前記脱水工程で得られたアクロレインを酸化してアクリル酸含有組成物を製造する酸化工程とを有することを特徴とする。   That is, the method for producing acrylic acid according to the present invention comprises a catalyst having a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid and glycerin in the presence of glycerin to produce an acrolein-containing composition. And a step of oxidizing the acrolein obtained in the dehydration step to produce an acrylic acid-containing composition.

前記脱水工程の触媒におけるリン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩が、結晶構造を有することが好ましい。そのホウ素塩および/または亜鉛塩が結晶を有していると、その塩表面への炭素質物質の付着を抑制することができ、その触媒の活性持続期間が長くなる。また、前記脱水工程において、前記触媒とグリセリンガスとを接触させる気相脱水反応によりグリセリンを脱水させることが、工業的な脱水工程になるので好適である。前記触媒におけるリン酸のホウ素塩およびリン酸の亜鉛塩は、50質量%以上であると良い。   The boron salt of phosphoric acid and / or the zinc salt of phosphoric acid in the catalyst of the dehydration step preferably has a crystal structure. When the boron salt and / or zinc salt has a crystal, adhesion of a carbonaceous substance to the surface of the salt can be suppressed, and the activity duration of the catalyst becomes long. In the dehydration step, it is preferable to dehydrate glycerin by a gas phase dehydration reaction in which the catalyst and glycerin gas are brought into contact with each other because this is an industrial dehydration step. The boron salt of phosphoric acid and the zinc salt of phosphoric acid in the catalyst are preferably 50% by mass or more.

本発明に係るアクリル酸の製造方法は、前記脱水工程と酸化工程との間に、前記アクロレイン含有組成物からフェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンを除去するアクロレイン精製工程を有することが好適である。このアクロレイン精製工程を有していれば、より収率良くアクリル酸を製造することができる。   The method for producing acrylic acid according to the present invention preferably includes an acrolein purification step for removing phenol and / or 1-hydroxyacetone from the acrolein-containing composition between the dehydration step and the oxidation step. If this acrolein purification step is included, acrylic acid can be produced with higher yield.

また、本発明に係るアクリル酸の製造方法は、前記酸化工程の後に、アクリル酸含有組成物を冷却して析出したアクリル酸を回収することにより、アクリル酸含有組成物からプロピオン酸を除去するアクリル酸精製工程を有することが好適である。この精製工程によって、プロピオン酸がより低減されたアクリル酸含有組成物が得られる。   In addition, the method for producing acrylic acid according to the present invention includes an acrylic that removes propionic acid from the acrylic acid-containing composition by cooling the acrylic acid-containing composition and recovering the deposited acrylic acid after the oxidation step. It is preferred to have an acid purification step. By this purification step, an acrylic acid-containing composition with further reduced propionic acid is obtained.

本発明に係る触媒は、本発明に係るアクリル酸の製造方法における脱水工程に使用され、かつ、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を有する。   The catalyst according to the present invention is used in the dehydration step in the method for producing acrylic acid according to the present invention, and has a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid.

本発明に係るアクリル酸の製造方法を使用してアクリル酸を製造し、アクリル酸誘導体を製造できる。ここで、「アクリル酸誘導体」とは、アクリル酸を原料とする化合物であり、例えば、アクリル酸エステル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、および吸水性樹脂が挙げられる。   Acrylic acid can be produced using the method for producing acrylic acid according to the present invention to produce an acrylic acid derivative. Here, the “acrylic acid derivative” is a compound using acrylic acid as a raw material, and examples thereof include acrylic acid esters, polyacrylic acid, polyacrylic acid salts, and water-absorbing resins.

プロピオンアルデヒドを酸化すればプロピオン酸になるが、本発明に係るアクリル酸の製造方法によれば、脱水工程で生成するアクロレインの選択率に対するプロピオンアルデヒドの選択率の比を小さく抑えることができるので、グリセリンが脱水工程および酸化工程を経ることによって生成するアクリル酸の選択率に対するプロピオン酸の選択率の比も小さくできる。   When propionaldehyde is oxidized, it becomes propionic acid, but according to the method for producing acrylic acid according to the present invention, since the ratio of propionaldehyde selectivity to acrolein selectivity generated in the dehydration step can be kept small, The ratio of the selectivity of propionic acid to the selectivity of acrylic acid produced by glycerin through the dehydration step and the oxidation step can also be reduced.

また、本発明によれば、脱水工程で生成するアクロレインの選択率が高いので、グリセリンが脱水工程および酸化工程を経ることによって生成するアクリル酸の選択率が高くなる。   In addition, according to the present invention, since the selectivity of acrolein produced in the dehydration step is high, the selectivity of acrylic acid produced when glycerin undergoes the dehydration step and the oxidation step is increased.

本発明を実施形態に基づき説明する。本実施形態に係るアクリル酸の製造方法は、グリセリンからアクロレイン含有組成物を製造する脱水工程と、脱水工程で得られたアクロレインからアクリル酸含有組成物を製造する酸化工程とを有する。そして、本実施形態のアクリル酸の製造方法は、アクリル酸をより収率良く得るため、脱水工程と酸化工程との間に、アクロレイン含有組成物から脱水工程での副生物を除去するアクロレイン精製工程を有する。また、本実施形態のアクリル酸の製造方法は、プロピオン酸量がより少ないアクリル酸含有組成物を得るため、酸化工程の後に、アクリル酸含有組成物を冷却して析出したアクリル酸を回収するアクリル酸精製工程を有する。
以下、工程順に各工程を説明する。
The present invention will be described based on an embodiment. The method for producing acrylic acid according to the present embodiment includes a dehydration process for producing an acrolein-containing composition from glycerin and an oxidation process for producing an acrylic acid-containing composition from acrolein obtained in the dehydration process. The method for producing acrylic acid according to the present embodiment obtains acrylic acid with a higher yield, so that the acrolein purification step removes by-products in the dehydration step from the acrolein-containing composition between the dehydration step and the oxidation step. Have In addition, the acrylic acid production method of the present embodiment is an acrylic that recovers the deposited acrylic acid by cooling the acrylic acid-containing composition after the oxidation step in order to obtain an acrylic acid-containing composition having a smaller amount of propionic acid. It has an acid purification step.
Hereinafter, each process is demonstrated in order of a process.

(脱水工程)
脱水工程では、グリセリンと触媒(以下、脱水工程における触媒を「触媒(I)」と称することがある。)とを共存させ、グリセリンの分子内脱水反応によりアクロレインを生成させる。その脱水反応においては、プロピオン酸、1−ヒドロキシアセトン、及びフェノールなどから選択された一種または二種以上の副生成物もアクロレインと共に生成する。本実施形態における「アクロレイン含有組成物」は、アクロレインとその副生成物を含有する。
(Dehydration process)
In the dehydration step, glycerin and a catalyst (hereinafter, the catalyst in the dehydration step may be referred to as “catalyst (I)”) are used to produce acrolein by an intramolecular dehydration reaction of glycerin. In the dehydration reaction, one or two or more by-products selected from propionic acid, 1-hydroxyacetone, phenol and the like are also generated together with acrolein. The “acrolein-containing composition” in the present embodiment contains acrolein and its by-products.

触媒(I)は、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を触媒活性成分として有していれば、特に限定されない。触媒(I)に含まれる活性成分が多いほどアクリル酸の工業的生産に適するので、使用する触媒(I)の全量を100質量%としたとき、この触媒(I)に含まれるリン酸のホウ素塩およびリン酸の亜鉛塩は、50質量%以上が良く、70質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。   The catalyst (I) is not particularly limited as long as it has a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid as a catalytically active component. The more active component contained in the catalyst (I), the more suitable it is for industrial production of acrylic acid. Therefore, when the total amount of the catalyst (I) used is 100% by mass, boron phosphate contained in this catalyst (I) The salt and zinc salt of phosphoric acid are preferably 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.

触媒(I)は、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩が担体に担持されたものであっても良い。このときの担体としては、例えば、SiO2、Al23、TiO2、ZrO2などの無機酸化物や複合酸化物;ゼオライトなどの結晶性メタロシリケート;ステンレス、アルミニウムなどの金属;が挙げられる。また、触媒(I)の形状は、特に限定されず、例えば球形、柱状、リング状、鞍状、ハニカム状、スポンジ状である。 The catalyst (I) may be one in which a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid is supported on a carrier. Examples of the carrier at this time include inorganic oxides and composite oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZrO 2 ; crystalline metallosilicates such as zeolite; metals such as stainless steel and aluminum; . Further, the shape of the catalyst (I) is not particularly limited, and is, for example, a spherical shape, a column shape, a ring shape, a bowl shape, a honeycomb shape, or a sponge shape.

リン酸のホウ素塩は特に限定されず、触媒(I)には当該塩の一種または二種以上が含まれていても良い。リン酸のホウ素塩としては、例えば、BPO4、B4(P27)3、B5(P310)3、B2410などが挙げられる。 The boron salt of phosphoric acid is not particularly limited, and the catalyst (I) may contain one or more of the salts. Examples of the boron salt of phosphoric acid include BPO 4 , B 4 (P 2 O 7 ) 3 , B 5 (P 3 O 10 ) 3 , and B 2 P 4 O 10 .

上記のリン酸のホウ素塩は、結晶構造を有することが好適である。この結晶構造を有している場合には、連続的なグリセリンの脱水反応においても触媒(I)の活性低下の要因となるリン酸のホウ素塩への炭素質物質の付着が抑えられる。結晶構造は特に限定されず、例えば、正方晶である。   The boron salt of phosphoric acid preferably has a crystal structure. In the case of having this crystal structure, adhesion of the carbonaceous substance to the boron salt of phosphoric acid, which causes a decrease in the activity of the catalyst (I), can be suppressed even in the continuous dehydration reaction of glycerol. The crystal structure is not particularly limited, and is, for example, a tetragonal crystal.

リン酸の亜鉛塩はリン酸との塩であれば特に限定されず、当該塩が一種または二種以上であっても良い。リン酸の亜鉛塩としては、例えば、Zn3(PO4)3、Zn227、Zn5(P310)2、Zn3410などが挙げられる。 The zinc salt of phosphoric acid is not particularly limited as long as it is a salt with phosphoric acid, and the salt may be one kind or two or more kinds. Examples of the zinc salt of phosphoric acid include Zn 3 (PO 4 ) 3 , Zn 2 P 2 O 7 , Zn 5 (P 3 O 10 ) 2 , and Zn 3 P 4 O 10 .

上記のリン酸の亜鉛塩も、結晶構造を有することが好適である。この結晶構造を有している場合も、連続的なグリセリンの脱水反応においても触媒(I)の活性低下の要因となるリン酸の亜鉛塩への炭素質物質の付着が抑えられる。結晶構造は特に限定されず、例えば、単斜晶、斜方晶である。   It is also preferable that the zinc salt of phosphoric acid has a crystal structure. Even in the case of having this crystal structure, adhesion of the carbonaceous substance to the zinc salt of phosphoric acid, which causes a decrease in the activity of the catalyst (I), can be suppressed even in the continuous dehydration reaction of glycerol. The crystal structure is not particularly limited, and is, for example, monoclinic or orthorhombic.

リン酸のホウ素塩、リン酸の亜鉛塩は、市販されており、この市販の化合物を脱水工程で使用しても良い。また、沈殿法、共沈法、ゾルゲル法、水熱合成法などの公知の触媒調製法で得られたリン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を脱水工程で使用することもできる。なお、共沈法は、二種以上のイオンを同時に沈殿させる方法であり、沈殿組成の制御が容易などの点において好適である。   Boron salts of phosphoric acid and zinc salts of phosphoric acid are commercially available, and these commercially available compounds may be used in the dehydration step. Further, a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid obtained by a known catalyst preparation method such as a precipitation method, a coprecipitation method, a sol-gel method, or a hydrothermal synthesis method can also be used in the dehydration step. The coprecipitation method is a method in which two or more kinds of ions are simultaneously precipitated, and is preferable in terms of easy control of the precipitation composition.

リン酸のホウ素塩を調製するためのより具体的な例としては、H3BO3、HBO3、H424、H3BO2、H3BO、(NH4)2O・5B23・8H2Oなどから選択された一種または二種以上のホウ素源化合物と、H3PO4、H227、H5310、H6410などから選択された一種または二種以上のリン酸とを使用して調製された水溶液を加熱すると良い。ホウ素源化合物の使用量およびリン酸の使用量は、特に限定されない。 More specific examples for preparing the boron salt of phosphoric acid include H 3 BO 3 , HBO 3 , H 4 B 2 O 4 , H 3 BO 2 , H 3 BO, (NH 4 ) 2 O · 5B. From one or more boron source compounds selected from 2 O 3 .8H 2 O, etc., and H 3 PO 4 , H 2 P 2 O 7 , H 5 P 3 O 10 , H 6 P 4 O 10, etc. An aqueous solution prepared using one or more selected phosphoric acids may be heated. The amount of boron source compound used and the amount of phosphoric acid used are not particularly limited.

他方のリン酸の亜鉛塩を調製するためのより具体的な例としては、Zn(NO3)2、ZnCO3、Zn(OH)2、ZnCl2、Zn(CH3COO) 3などの無機酸塩および有機酸塩から選択された一種または二種以上の亜鉛源化合物と、H3PO4、H227、H5310、H6410などから選択された一種または二種以上のリン酸とを使用し、水中でリン酸の亜鉛塩を形成させると良い。亜鉛源化合物の使用量およびリン酸の使用量は、特に限定されない。 More specific examples for preparing the other zinc salt of phosphoric acid include inorganic acids such as Zn (NO 3 ) 2 , ZnCO 3 , Zn (OH) 2 , ZnCl 2 , Zn (CH 3 COO) 3 One or more zinc source compounds selected from salts and organic acid salts and selected from H 3 PO 4 , H 2 P 2 O 7 , H 5 P 3 O 10 , H 6 P 4 O 10, etc. One or two or more phosphoric acids may be used to form a zinc salt of phosphoric acid in water. The amount of zinc source compound used and the amount of phosphoric acid used are not particularly limited.

上記リン酸の亜鉛塩を形成させるには、例えば、(1)亜鉛源化合物とリン酸を使用して調製した水溶液にアルカリ性化合物を添加してリン酸の亜鉛塩を生成させる共沈法、(2)亜鉛源化合物を使用して調製した水溶液にアルカリ性化合物を添加して当該水溶液中に亜鉛の水酸化物を生成させた後に、リン酸を添加するゾルゲル法、が挙げられる。ここで「アルカリ性化合物」とは、水に溶解させたときに当該溶媒がアルカリ性になる化合物であり、アンモニア;メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、sec−ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等の脂肪族アミン;シクロヘキシルアミン等の脂環式アミン;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン;ピリジン;炭酸アンモニウム;尿素;等が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物などをアルカリ性化合物として使用しても良いが、アルカリ金属が触媒(I)に残存すると触媒(I)の性能に悪影響を与えることがあるため、前記例示した化合物はアルカリ性化合物として好ましく、アンモニアが特に好ましい。   In order to form the zinc salt of phosphoric acid, for example, (1) a coprecipitation method in which an alkaline compound is added to an aqueous solution prepared using a zinc source compound and phosphoric acid to produce a zinc salt of phosphoric acid; 2) A sol-gel method in which phosphoric acid is added after an alkaline compound is added to an aqueous solution prepared using a zinc source compound to form a zinc hydroxide in the aqueous solution. Here, the “alkaline compound” is a compound in which the solvent becomes alkaline when dissolved in water; ammonia; methylamine, ethylamine, n-propylamine, isopropylamine, sec-butylamine, dimethylamine, diethylamine, Aliphatic amines such as trimethylamine and triethylamine; alicyclic amines such as cyclohexylamine; alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine; pyridine; ammonium carbonate; urea; Alkali metal hydroxide or the like may be used as the alkaline compound, but if the alkali metal remains in the catalyst (I), the performance of the catalyst (I) may be adversely affected. As preferred, ammonia is particularly preferred.

アルカリ性化合物の添加量は、添加される水溶液のpHを2〜13にする量であると良く、pHを4〜11にする量が好ましく、pHを7〜9にする量がより好ましい。アルカリ性化合物の添加においては、アルカリ性化合物を一定速度で徐々に添加しても良く、アルカリ性化合物を一括で添加しても良いが、リン酸の亜鉛塩の粒径を均一化させるためには前者の徐々に添加することが好適である。アルカリ性化合物を添加する際の水溶液の温度は、特に限定されないが、揮発性のアルカリ性化合物を選択した場合にその化合物の揮発によるpH調整の困難性、およびリン酸の亜鉛塩の生成再現性を考慮すれば、1〜50℃が通常であり、20〜40℃が良い。アルカリ性化合物の添加が終了した後には、塩の粒子の大きさを均一化させるため、そのまま放置することが好適である。   The addition amount of the alkaline compound may be an amount that makes the pH of the aqueous solution to be added 2 to 13, preferably an amount that makes the pH 4 to 11, and more preferably an amount that makes the pH 7 to 9. In addition of the alkaline compound, the alkaline compound may be gradually added at a constant rate, or the alkaline compound may be added all at once, but in order to make the particle size of the zinc salt of phosphoric acid uniform, the former It is preferable to add gradually. The temperature of the aqueous solution at the time of adding the alkaline compound is not particularly limited, but when a volatile alkaline compound is selected, the pH adjustment difficulty due to volatilization of the compound and the reproducibility of the zinc salt of phosphoric acid are considered. If it does, 1-50 degreeC will be normal and 20-40 degreeC is good. After the addition of the alkaline compound is completed, it is preferably left as it is in order to make the size of the salt particles uniform.

結晶構造を有するリン酸のホウ素塩、リン酸の亜鉛塩を得るためには当該塩を焼成すると良いが、その塩に硝酸アンモニウムなどが大量に含まれている場合には、塩をそのまま焼成温度雰囲気に置くと発生する硝酸アンモニウムなどのガスが塩結晶の飛散や爆発を生じさせる恐れがある。そのため、焼成の際にその発生するガスを減少させるため、焼成前の塩を焼成温度よりも低い温度の雰囲気に置くことが好ましい。そのガス減少のためには、例えば、焼成前の塩を150〜230℃の空気雰囲気または150〜350℃の不活性ガス雰囲気に置くと良い。   In order to obtain a boron salt of phosphoric acid having a crystal structure or a zinc salt of phosphoric acid, the salt is preferably calcined. However, if the salt contains a large amount of ammonium nitrate or the like, the salt is used as it is at the firing temperature atmosphere. If placed on the gas, gas such as ammonium nitrate may be scattered and explode. Therefore, in order to reduce the gas generated during firing, it is preferable to place the salt before firing in an atmosphere at a temperature lower than the firing temperature. In order to reduce the gas, for example, the salt before firing may be placed in an air atmosphere at 150 to 230 ° C or an inert gas atmosphere at 150 to 350 ° C.

焼成温度が高いほど結晶化が進む一般的な傾向があり、また、焼成時間が長いほど結晶化が進む一般的な傾向がある。グリセリンの分子内脱水反応におけるアクロレイン収率の極端な変化があるとアクリル酸を安定して製造することができないので、結晶構造の極端な変化がない焼成温度、時間であれば、その温度、時間は、特に限定されない。焼成条件は、例えば空気中で500〜1500℃、3〜15時間であり、600〜1400℃、3〜10時間であると良く、700〜1200℃、3〜5時間であると好ましい。   There is a general tendency that crystallization progresses as the firing temperature is higher, and there is a general tendency that crystallization progresses as the firing time is longer. If there is an extreme change in the yield of acrolein in the intramolecular dehydration reaction of glycerin, acrylic acid cannot be produced stably, so if the firing temperature and time have no extreme change in crystal structure, the temperature and time Is not particularly limited. The firing conditions are, for example, 500 to 1500 ° C. for 3 to 15 hours in air, 600 to 1400 ° C. and 3 to 10 hours, and preferably 700 to 1200 ° C. and 3 to 5 hours.

リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を担体に担持させる場合には、例えば、(1)リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩の原料を含ませた液を担体に含浸させ、加熱する含浸法、(2)担体を含有する液中でリン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を析出、または、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を析出させた液中に担体を添加する析出沈殿法、(3)リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩と、担体を混合する混練法、が挙げられる。   In the case where a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid is supported on a carrier, for example, (1) a liquid containing a raw material of boron salt of phosphoric acid and / or zinc salt of phosphoric acid is used as the carrier. Impregnation method of impregnation and heating, (2) precipitation of boron salt of phosphoric acid and / or zinc salt of phosphoric acid in liquid containing carrier, or boron salt of phosphoric acid and / or zinc salt of phosphoric acid Examples thereof include a precipitation method in which a carrier is added to the precipitated liquid, and (3) a kneading method in which a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid is mixed with a carrier.

使用されるグリセリンは、特に限定されず、精製グリセリンおよび粗製グリセリンのいずれであっても良い。また、このグリセリンは、パーム油、パーム核油、ヤシ油、大豆油、ナタネ油、オリーブ油、ごま油などの植物油のエステル交換反応で生じるグリセリン;魚油、牛脂、豚脂、鯨油などの動物性油のエステル交換反応で生じるグリセリン;などの天然資源由来のグリセリンであってもよい。また、エチレン、プロピレンなどから化学合成されたグリセリンであっても良い。   The glycerin used is not particularly limited, and may be either purified glycerin or crude glycerin. This glycerin is produced by transesterification of vegetable oils such as palm oil, palm kernel oil, coconut oil, soybean oil, rapeseed oil, olive oil and sesame oil; animal oils such as fish oil, beef tallow, lard It may be glycerol derived from natural resources such as glycerol produced by transesterification. Further, glycerin chemically synthesized from ethylene, propylene or the like may be used.

脱水工程は、グリセリンガスと触媒(I)との接触による気相脱水反応、および液状グリセリンと触媒(I)との接触による液相脱水反応のいずれの反応が生じるものであっても良い。以下、アクロレインの工業的生産性に優れた気相脱水反応を利用するアクロレインの製造方法を例に挙げて説明する。   In the dehydration step, any of a gas phase dehydration reaction caused by contact between the glycerin gas and the catalyst (I) and a liquid phase dehydration reaction caused by contact between the liquid glycerin and the catalyst (I) may occur. Hereinafter, a method for producing acrolein using a gas phase dehydration reaction excellent in industrial productivity of acrolein will be described as an example.

グリセリンの気相脱水反応では、固定床反応器、移動床反応器、流動床反応器等から任意に選択した反応器内でグリセリン含有ガスと触媒(I)を接触させる。   In the gas phase dehydration reaction of glycerin, the glycerin-containing gas and catalyst (I) are brought into contact in a reactor arbitrarily selected from a fixed bed reactor, a moving bed reactor, a fluidized bed reactor and the like.

グリセリン含有ガスにおけるグリセリン濃度は特に限定されないが、グリセリン含有ガス中のグリセリン濃度を調整する必要がある場合、グリセリンからアクロレインを生成させる脱水反応に悪影響を与えない凝縮性ガスおよび非凝縮性ガスから選択された一種または二種以上のガスを、グリセリン含有ガスに希釈ガスとして含めてグリセリン濃度を調整する。希釈ガスを含むグリセリン含有ガスを調製するには、グリセリンと希釈ガス成分の溶液のガス化、または、グリセリンガスと希釈ガスとの混合を行なえば良い。   The glycerin concentration in the glycerin-containing gas is not particularly limited, but if it is necessary to adjust the glycerin concentration in the glycerin-containing gas, select from condensable and non-condensable gases that do not adversely affect the dehydration reaction that produces acrolein from glycerin The glycerol concentration is adjusted by including one or two or more kinds of gases as a diluent gas in the glycerol-containing gas. In order to prepare a glycerin-containing gas containing a dilution gas, gasification of a solution of glycerin and a dilution gas component or mixing of glycerin gas and a dilution gas may be performed.

脱水工程でのアクロレインの選択率と収率をより高め、かつ、触媒(I)表面に付着する炭素質物質の量を低減して触媒(I)の寿命を向上させるためには、グリセリン含有ガス中のグリセリンガスの分圧を低く調整することが好適である。この収率等の向上のためには、グリセリンガスの分圧は30kPa以下が良く、25kPa以下が好ましく、20kPa以下がより好ましく、15kPa以下が更に好ましい。アクロレインの収率と触媒(I)寿命の向上のみを考えればグリセリンの分圧は低いほど良いが、その分圧を実現するためにグリセリン含有ガスの圧力(全圧)を低下させた場合には、高気密性および耐減圧性を備えた反応器と大型減圧装置が必要となり、希釈ガスを大量に使用してその分圧を低下させた場合には、経済的ではない。この経済的な観点などから、グリセリンガスの分圧は0.01kPa以上が良く、1.0kPa以上が好ましく、2.0kPa以上がより好ましい。グリセリンガスの分圧は、反応器入口における圧力であり、グリセリン含有ガスに希釈ガスなどが含まれている場合の分圧は、反応器入口におけるグリセリン含有ガスの圧力(全圧)とグリセリンのモル濃度(モル%)とに基づいて算出される値である。   In order to increase the selectivity and yield of acrolein in the dehydration process and reduce the amount of carbonaceous material adhering to the surface of the catalyst (I) to improve the life of the catalyst (I), a glycerin-containing gas It is preferable to adjust the partial pressure of the glycerin gas therein. In order to improve the yield and the like, the partial pressure of glycerin gas is preferably 30 kPa or less, preferably 25 kPa or less, more preferably 20 kPa or less, and further preferably 15 kPa or less. Considering only the improvement in the yield of acrolein and the life of the catalyst (I), the lower the partial pressure of glycerin, the better. However, when the pressure of the glycerin-containing gas (total pressure) is reduced to achieve the partial pressure, In addition, a reactor having high airtightness and pressure-resistant resistance and a large pressure reducing device are required, and it is not economical when the partial pressure is reduced by using a large amount of dilution gas. From this economical viewpoint, the partial pressure of glycerin gas is preferably 0.01 kPa or more, preferably 1.0 kPa or more, and more preferably 2.0 kPa or more. The partial pressure of glycerin gas is the pressure at the reactor inlet, and the partial pressure when dilution gas is included in the glycerin-containing gas is the glycerin-containing gas pressure (total pressure) and the molarity of glycerin at the reactor inlet. It is a value calculated based on the concentration (mol%).

グリセリン含有ガスの圧力を任意に設定しなくとも、脱水工程でアクロレインが生成する。反応装置の気密性および耐圧力性能と触媒(I)性能とのバランスからその圧力を適宜設定することが通常であり、グリセリン含有ガスの圧力は、0.01kPa〜1MPaであると良く、0.1kPa〜500kPaが好ましく、1kPa〜300kPaがより好ましく、1kPa〜200kPaが更に好ましい。   Even if the pressure of the glycerin-containing gas is not arbitrarily set, acrolein is generated in the dehydration step. In general, the pressure is appropriately set from the balance between the gas tightness and pressure resistance performance of the reactor and the catalyst (I) performance, and the pressure of the glycerin-containing gas is preferably 0.01 kPa to 1 MPa. 1 kPa to 500 kPa is preferable, 1 kPa to 300 kPa is more preferable, and 1 kPa to 200 kPa is still more preferable.

希釈ガスを使用してグリセリン含有ガスのグリセリン濃度を調整する場合、当該希釈ガスとして使用できる凝縮性ガスは、沸点がアクロレインより高く、かつ、常圧条件で200℃以下の化合物のガスであり、例えば、水蒸気;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン化合物のガス;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼンなどの芳香族化合物のガス;が挙げられる。水蒸気を選択した場合には、触媒(I)の寿命とアクロレインの収率が向上する。グリセリン含有ガスを昇温および/または冷却する際のエネルギー消費量を抑えると共に、アクロレインと凝縮性ガスとの分離費用を抑えるには、グリセリン含有ガスにおける凝縮性ガスの濃度を80モル%以下にすると良く、40モル%以下するのが好ましく、10モル%以下にすることがより好ましい。また、凝縮性ガスの分圧は、当該ガスの発生と反応器から流出した凝縮性ガスの凝縮とに必要なエネルギー、廃水処理の観点から、グリセリンガスの分圧の5倍以下が好適であり、4倍以下がより好適であり、1倍以下が最適である。   When adjusting the glycerin concentration of the glycerin-containing gas using a dilution gas, the condensable gas that can be used as the dilution gas is a gas of a compound having a boiling point higher than that of acrolein and 200 ° C. or less under normal pressure conditions, For example, water vapor; gas of alkane compound such as hexane, heptane, octane, cyclohexane; gas of aromatic compound such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene; When water vapor is selected, the life of the catalyst (I) and the yield of acrolein are improved. In order to reduce the energy consumption when heating and / or cooling the glycerin-containing gas, and to reduce the separation cost of acrolein and the condensable gas, the concentration of the condensable gas in the glycerin-containing gas should be 80 mol% or less. It is preferably 40 mol% or less, more preferably 10 mol% or less. In addition, the partial pressure of the condensable gas is preferably 5 times or less the partial pressure of the glycerin gas from the viewpoint of energy required for generating the gas and condensing the condensable gas flowing out of the reactor and wastewater treatment. 4 times or less is more suitable, and 1 time or less is most suitable.

グリセリン含有ガスの希釈ガスとして使用される非凝縮性ガスは、沸点が常圧条件で0℃以下の化合物や単体のガスであり、例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、空気などの酸素含有ガス、ヘリウムなどの希ガスが挙げられる。酸素を選択した場合には、触媒(I)表面上への炭素質物質の付着量が軽減される。グリセリン含有ガスにおける非凝縮性ガスの濃度は、40モル%以下にすると良く、グリセリン含有ガスを昇温および/または冷却する際のエネルギー消費量を抑えると共に、アクロレインの液化回収時での当該アクロレインの飛散ロスを低減するには、グリセリン含有ガスにおける非凝縮性ガスの濃度を10モル%以下にすると良く、8モル%以下にするのが好ましく、5モル%以下にするのがより好ましい。また、非凝縮性ガスの分圧は、グリセリンガスの分圧の2倍以下が良く、1倍以下が好ましく、0.5倍以下がより好ましい。なお、酸素を希釈ガスとして使用する場合には、グリセリン含有ガス中の酸素の量は、燃焼反応によるアクロレイン収率の低下を避けるために、20モル%以下(より好ましくは15モル%以下)、およびグリセリンガス分圧の3.5倍以下となる量のいずれか低い値以下であると好ましい。   The non-condensable gas used as the dilution gas of the glycerin-containing gas is a compound or a single gas having a boiling point of 0 ° C. or lower under normal pressure conditions, for example, an oxygen-containing gas such as nitrogen gas, carbon dioxide gas, air, Examples include noble gases such as helium. When oxygen is selected, the amount of carbonaceous material deposited on the surface of the catalyst (I) is reduced. The concentration of the non-condensable gas in the glycerin-containing gas is preferably 40 mol% or less, and while suppressing the energy consumption when the glycerin-containing gas is heated and / or cooled, the concentration of the acrolein during liquefaction recovery of acrolein is reduced. In order to reduce scattering loss, the concentration of the non-condensable gas in the glycerin-containing gas should be 10 mol% or less, preferably 8 mol% or less, and more preferably 5 mol% or less. Further, the partial pressure of the non-condensable gas is preferably not more than twice the partial pressure of the glycerin gas, preferably not more than 1 time, and more preferably not more than 0.5 times. When oxygen is used as a diluent gas, the amount of oxygen in the glycerin-containing gas is 20 mol% or less (more preferably 15 mol% or less) in order to avoid a decrease in acrolein yield due to combustion reaction, And an amount that is 3.5 times or less of the glycerin gas partial pressure, whichever is lower, is preferable.

反応器内へのグリセリン含有ガス流量は、単位触媒(I)容積あたりのグリセリン含有ガス流量(流量:GHSV)で表すと、10〜30000hr-1が通常であり、30〜20000hr-1が良く、50〜12000hr-1が好ましく、70〜10000hr-1がより好ましく、100〜5000hr-1が更に好ましい。経済的かつ高効率でアクロレインを生成させるためには、3000hr-1以下が良い。グリセリン含有ガスのGHSVは、反応器入口におけるグリセリン含有ガスの流量自体を基準にして決定されるものであり、次述のグリセリンガスのGHSVとはその決定方法において異なる(グリセリン含有ガス中のグリセリンが100モル%である場合には、後記のグリセリンガスのGHSVを採用する。)。 Glycerin-containing gas flow into the reactor, glycerin-containing gas flow rate per unit catalyst (I) volume (flow rate: GHSV) is represented by, 10~30000Hr -1 it is usually good 30~20000Hr -1, 50-12000hr < -1 > is preferable, 70-10000hr < -1 > is more preferable, 100-5000hr < -1 > is still more preferable. In order to produce acrolein economically and with high efficiency, 3000 hr −1 or less is preferable. The GHSV of the glycerin-containing gas is determined based on the flow rate of the glycerin-containing gas itself at the reactor inlet, and differs from the glycerin gas GHSV described below in the determination method (the glycerin in the glycerin-containing gas is When it is 100 mol%, GHSV of glycerin gas described later is employed.)

グリセリンガスのGHSVは、(グリセリン含有ガス中のグリセリンの質量比)×(触媒(I)1Lおよび1時間あたりのグリセリン含有ガスの質量)×(理想気体の標準状態における体積)/(グリセリンの分子量)を算出した値である。例えば、グリセリン含有量が90質量%のグリセリン含有ガスを、1000g・hr-1の流量で触媒(I)1Lを備える反応器内に供給した場合、グリセリンガスのGHSVは、0.9×1000g・hr-1・L-1×22.4L÷92.06g=219hr-1である。このグリセリンガスのGHSVは、反応器の小型化などの経済性、触媒(I)寿命、およびアクロレインの生産効率などの工業的観点を考慮すれば、70〜3650hr-1が通常であり、80〜2400hr-1が良く、100〜1200hr-1が好ましく、125〜1200hr-1がより好ましく、125〜600hr-1が更に好ましい。 GHSV of glycerin gas is (mass ratio of glycerin in glycerin-containing gas) × (mass of glycerol-containing gas per 1 L of catalyst (I) and 1 hour) × (volume of ideal gas in standard state) / (molecular weight of glycerin) ) Is a calculated value. For example, when a glycerin-containing gas having a glycerin content of 90% by mass is supplied into a reactor equipped with 1 L of catalyst (I) at a flow rate of 1000 g · hr −1 , the GHSV of the glycerin gas is 0.9 × 1000 g · hr is a -1 · L -1 × 22.4L ÷ 92.06g = 219hr -1. The GHSV of this glycerin gas is usually from 70 to 3650 hr −1 in consideration of economic aspects such as miniaturization of the reactor, industrial (eg, catalyst (I) life, and acrolein production efficiency, good 2400hr -1, preferably 100~1200hr -1, more preferably 125~1200hr -1, 125~600hr -1 is more preferable.

グリセリンの気相脱水反応では、その反応温度が低すぎたり高すぎたりするとアクロレインの収率が低下することになってしまうので、反応温度は、200〜500℃が良く、250〜450℃が好ましく、300〜450℃がより好ましく、350〜400℃が更に好ましい。ここで、気相脱水反応における「反応温度」とは、反応器の温度制御を行なうための熱媒等の設定温度を意味する。   In the gas phase dehydration reaction of glycerin, if the reaction temperature is too low or too high, the yield of acrolein will be lowered. Therefore, the reaction temperature is preferably 200 to 500 ° C, and preferably 250 to 450 ° C. 300 to 450 ° C is more preferable, and 350 to 400 ° C is still more preferable. Here, the “reaction temperature” in the gas phase dehydration reaction means a set temperature of a heating medium or the like for controlling the temperature of the reactor.

グリセリンの気相脱水反応によりアクロレイン含有組成物が得られる。このアクロレイン含有組成物中のアクロレインを一時的に回収する必要がある場合には、例えば、冷却してアクロレインを液化させる方法や、水等の溶剤にアクロレインを吸収させる方法を用いれば良い。また、この回収において希釈ガスが排気される場合には、その排気された希釈ガスの一部または全部を、反応器に導入するグリセリン含有ガスの希釈ガスとして再利用しても良い。   An acrolein-containing composition is obtained by gas phase dehydration reaction of glycerin. When it is necessary to temporarily recover acrolein in the acrolein-containing composition, for example, a method of liquefying acrolein by cooling or a method of absorbing acrolein in a solvent such as water may be used. Further, when the dilution gas is exhausted in this recovery, a part or all of the exhausted dilution gas may be reused as the dilution gas for the glycerin-containing gas introduced into the reactor.

グリセリンの分子内脱水反応では、得られたアクロレイン含有組成物に未反応グリセリンが含まれている場合があり(気相脱水反応、液相脱水反応のいずれにおいても同様である。)、また、気相脱水反応を継続させると、工業的に適さない程度にまで触媒(I)の活性が低下することになる。   In the intramolecular dehydration reaction of glycerin, unreacted glycerin may be contained in the obtained acrolein-containing composition (the same applies to both gas phase dehydration reaction and liquid phase dehydration reaction). If the phase dehydration reaction is continued, the activity of the catalyst (I) is reduced to an extent that is not industrially suitable.

未反応グリセリンについては、アクロレイン含有組成物から回収して、脱水工程で再度使用することが好ましい。この再使用により一定量のグリセリンから得られるアクロレイン量を多くすることができ、一定量のグリセリンから得られるアクリル酸の量も多くすることができる。なお、グリセリンは、アクロレイン含有組成物中に含まれている化合物の中でも沸点が高いので、凝縮などにより回収容易である。   Unreacted glycerin is preferably recovered from the acrolein-containing composition and used again in the dehydration step. By this reuse, the amount of acrolein obtained from a certain amount of glycerol can be increased, and the amount of acrylic acid obtained from a certain amount of glycerol can also be increased. Glycerin has a high boiling point among the compounds contained in the acrolein-containing composition, and thus can be easily recovered by condensation or the like.

触媒(I)の活性低下については、触媒(I)を再生すればその触媒活性を実用的なレベルにまで高めることができる。再生用ガスと触媒(I)とを高温で接触させれば、触媒(I)表面に付着した炭素質物質を除去して触媒(I)を再生することができる。   Regarding the decrease in the activity of the catalyst (I), the catalyst activity can be increased to a practical level by regenerating the catalyst (I). When the regeneration gas and the catalyst (I) are brought into contact with each other at a high temperature, the carbonaceous material adhering to the surface of the catalyst (I) can be removed to regenerate the catalyst (I).

上記「再生用ガス」とは、酸化性ガスを含むガスであり、酸化性ガスとしては、例えば酸素、酸素を含む空気である。また、窒素、二酸化炭素、水蒸気等の触媒再生反応において不活性なガスを再生用ガス中に含ませても良く、酸素と触媒(I)との接触により急激な発熱が懸念される場合には、その急激な発熱を抑制するためにも不活性ガスを再生用ガスに含ませることが推奨される。   The “regeneration gas” is a gas containing an oxidizing gas, and the oxidizing gas is, for example, oxygen or air containing oxygen. In addition, a gas that is inert in the catalyst regeneration reaction such as nitrogen, carbon dioxide, and water vapor may be included in the regeneration gas, and when sudden heat generation is a concern due to contact between oxygen and the catalyst (I). In order to suppress the rapid heat generation, it is recommended to include an inert gas in the regeneration gas.

再生用ガスと触媒(I)とを接触させる方法は、再生用ガスと反応器から取り出した触媒(I)とを接触させる方法;グリセリンの脱水反応後の反応器内に再生用ガスを流通させる方法;等、特に限定されない。後者の反応器内に再生用ガスを流通させる方法は、反応器からの触媒(I)の取り出しと、反応器内への触媒(I)の再充填とを省略できるので好適である。   The method for bringing the regeneration gas into contact with the catalyst (I) is a method in which the regeneration gas is brought into contact with the catalyst (I) taken out from the reactor; the regeneration gas is circulated in the reactor after the dehydration reaction of glycerol. The method; etc. are not particularly limited. The latter method in which the regeneration gas is circulated in the reactor is preferable because the removal of the catalyst (I) from the reactor and the recharging of the catalyst (I) into the reactor can be omitted.

上記再生用ガスとの接触の際の温度は、炭素質物質を除去できる温度を適宜設定する。例えば反応器に再生用ガスを流通させる場合、反応器の温度制御を行なうための熱媒等の温度を330℃以上にすると良く、350℃以上にすると好ましく、その温度上限は、触媒(I)が熱劣化しない温度である。   The temperature at the time of contact with the regeneration gas is appropriately set to a temperature at which the carbonaceous material can be removed. For example, when the regeneration gas is circulated through the reactor, the temperature of the heating medium for controlling the temperature of the reactor is preferably 330 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, and the upper temperature limit is the catalyst (I) Is a temperature at which no thermal degradation occurs.

(アクロレイン精製工程)
脱水工程で得られるアクロレイン含有組成物には、アクロレインとグリセリンの分子内脱水反応の副生成物が含まれる。プロピオンアルデヒドが副生物として含まれ、他の副生物としてフェノール、1−ヒドロキシアセトン、アリルアルコールなどが含まれることがある。アクロレイン精製工程では、フェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンをアクロレイン含有組成物から除去する。この除去を行なうことで、アクリル酸の収率をより高めることができる。1−ヒドロキシアセトンを除去した場合には、酸化工程における酢酸の副生が抑制される。
(Acrolein purification process)
The acrolein-containing composition obtained in the dehydration step includes a by-product of the intramolecular dehydration reaction of acrolein and glycerin. Propionaldehyde may be included as a by-product, and other by-products may include phenol, 1-hydroxyacetone, allyl alcohol, and the like. In the acrolein purification step, phenol and / or 1-hydroxyacetone is removed from the acrolein-containing composition. By performing this removal, the yield of acrylic acid can be further increased. When 1-hydroxyacetone is removed, the by-product of acetic acid in the oxidation process is suppressed.

フェノールの除去によりアクリル酸の収率が高まるので、フェノールの除去量は多いほど良い。除去後のフェノール量は、アクロレインの質量(A)とフェノールの質量(Ph)との比(Ph/A)で表せば、Ph/Aが0.020以下であると良く、0.010以下であると好ましく、0.005以下であるとより好ましい。フェノールの除去量が多いほど好ましいが、この除去量を多くすることに伴って、アクロレインの損失量が増大する問題およびアクロレイン生成工程が煩雑になる問題が生じやすくなる。このことを考慮すれば、Ph/Aが1×10-9以上であると良く、好ましくは1×10-7以上、更に好ましくは1×10-5以上である。 Since the yield of acrylic acid is increased by removing phenol, the larger the amount of phenol removed, the better. The amount of phenol after removal can be expressed as a ratio (Ph / A) of the mass (A) of acrolein to the mass (Ph) of phenol, with Ph / A being 0.020 or less, and 0.010 or less. Preferably, it is more preferably 0.005 or less. Although it is preferable that the amount of phenol to be removed is large, the problem that the amount of acrolein loss increases and the acrolein production step becomes complicated are likely to occur as the amount of removal is increased. Considering this, Ph / A is preferably 1 × 10 −9 or more, preferably 1 × 10 −7 or more, more preferably 1 × 10 −5 or more.

また、1−ヒドロキシアセトンの除去によりアクリル酸の収率が高まるので、1−ヒドロキシアセトンの除去量は多いほど良い。除去後の1−ヒドロキシアセトンの量は、アクロレインの質量(A)と1−ヒドロキシアセトンの質量(H)との比(H/A)で表せば、H/Aが0.020以下であると良く、0.010以下であると好ましく、0.005以下であると更に好ましい。1−ヒドロキシアセトンの除去においても上記フェノール除去と同様のアクロレインの損失量の問題が生じる場合には、H/Aが1×10-9以上であると良く、好ましくは1×10-7以上、更に好ましくは1×10-5以上である。 Moreover, since the yield of acrylic acid is increased by removing 1-hydroxyacetone, the larger the amount of 1-hydroxyacetone removed, the better. The amount of 1-hydroxyacetone after removal is expressed by the ratio (H / A) of the mass (A) of acrolein and the mass (H) of 1-hydroxyacetone, and H / A is 0.020 or less. Good, preferably 0.010 or less, and more preferably 0.005 or less. In the removal of 1-hydroxyacetone, if the same problem of loss of acrolein as in the above phenol removal occurs, H / A may be 1 × 10 −9 or more, preferably 1 × 10 −7 or more, More preferably, it is 1 × 10 −5 or more.

アクロレイン(沸点:53℃程度)、フェノール(沸点:182℃程度)、及び1−ヒドロキシアセトン(沸点146℃程度)の沸点差を利用して、アクロレイン含有組成物からフェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンを除去することができる。そのためには、例えば、液状のアクロレインを蒸留塔で処理して除去目的物よりも低沸点のアクロレインを分留する方法、ガス状のアクロレインを凝集塔で処理してアクロレインよりも高沸点の除去目的物を凝集する方法、蒸散塔内に導入したアクロレインにガスを吹き込んで除去目的物よりも低沸点のアクロレインを気化させる方法、を採用すると良い。また、フェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンの冷却析出物を除去するなど、アクロレイン(融点:−87℃程度)、フェノール(融点:43℃程度)、1−ヒドロキシアセトン(融点:−17℃程度)の融点差を利用してアクロレイン含有組成物からフェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンを除去しても良い。なお、アクロレイン(沸点:53℃程度、融点:−87℃)とプロピオンアルデヒド(沸点:48℃程度、融点:−81℃程度)の沸点差または融点差を利用して、アクロレイン含有組成物からプロピオンアルデヒドを除去することも可能であるが、それらの沸点および融点の差が小さいので、アクロレインの損失量が多くなってしまう。   Utilizing the difference in boiling point between acrolein (boiling point: about 53 ° C.), phenol (boiling point: about 182 ° C.), and 1-hydroxyacetone (boiling point: about 146 ° C.), phenol and / or 1-hydroxyacetone from the acrolein-containing composition. Can be removed. For this purpose, for example, a method in which liquid acrolein is treated with a distillation column to fractionate acrolein having a lower boiling point than that of the object to be removed, or a gaseous acrolein is treated in a coagulation tower to remove a boiling point higher than that of acrolein. It is preferable to employ a method of agglomerating the product or a method of injecting gas into acrolein introduced into the transpiration tower to vaporize acrolein having a boiling point lower than that of the object to be removed. Moreover, acrolein (melting point: about −87 ° C.), phenol (melting point: about 43 ° C.), 1-hydroxyacetone (melting point: about −17 ° C.), such as removing cooling precipitates of phenol and / or 1-hydroxyacetone Phenol and / or 1-hydroxyacetone may be removed from the acrolein-containing composition using the difference in melting point. It should be noted that propion from an acrolein-containing composition by utilizing the difference in boiling point or the melting point difference between acrolein (boiling point: about 53 ° C, melting point: -87 ° C) and propionaldehyde (boiling point: about 48 ° C, melting point: about -81 ° C). Although it is possible to remove aldehydes, the difference in boiling point and melting point between them is small, so that the amount of loss of acrolein increases.

(酸化工程)
酸化工程では、アクロレイン含有組成物中のアクロレインを酸化させることによりアクリル酸含有組成物が生成する。本実施形態の酸化工程は、工業的に好適な公知のアクロレインの気相酸化反応によるものである。
(Oxidation process)
In the oxidation step, an acrylic acid-containing composition is produced by oxidizing acrolein in the acrolein-containing composition. The oxidation step of the present embodiment is based on a known vapor phase oxidation reaction of acrolein which is industrially suitable.

アクロレインの酸化によりアクリル酸を製造するには、アクロレイン含有組成物を含むガス(以下、「アクロレイン含有ガス」と称することがある。)と触媒(以下、酸化工程における触媒を「触媒(II)」と称することがある。)とを固定床反応器、移動床反応器、流動床反応器等から任意に選択した酸化反応器内に共存させ、200〜400℃でアクロレインを気相酸化することが好適である。なお、アクロレインの酸化反応に伴ってプロピオンアルデヒドからプロピオン酸が生成することになるが、本実施形態においては、アクロレイン含有組成物に含まれているプロピオンアルデヒドの量が低く抑えられているので、プロピオン酸の生成量は少ない。   In order to produce acrylic acid by oxidation of acrolein, a gas containing an acrolein-containing composition (hereinafter sometimes referred to as “acrolein-containing gas”) and a catalyst (hereinafter referred to as “catalyst (II)” in the oxidation step). Can be coexisted in an oxidation reactor arbitrarily selected from a fixed bed reactor, a moving bed reactor, a fluidized bed reactor, etc., and acrolein can be vapor-phase oxidized at 200 to 400 ° C. Is preferred. Propionic acid is produced from propionaldehyde with the acrolein oxidation reaction, but in this embodiment, the amount of propionaldehyde contained in the acrolein-containing composition is kept low, so propion The amount of acid produced is small.

触媒(II)は、アクロレイン、および分子状酸素又は分子状酸素を含有するガスを用いた接触気相酸化法によってアクリル酸を製造する場合に用いられる公知の触媒であれば、特に限定されない。例えば、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化アンチモン、酸化錫、および酸化銅等の金属酸化物の混合物;金属酸化物の複合物;を例示することができる。これら例示した触媒(II)のうち、モリブデンおよびバナジウムが構成金属の主体となっているモリブデン−バナジウム系触媒が好適である。また、触媒(II)は、担体(例えば、ジルコニア、シリカ、アルミナ、およびこれらの複合物、並びに、炭化珪素)に前述の混合物および/または複合物を担持させたものであっても良い。   The catalyst (II) is not particularly limited as long as it is a known catalyst used for producing acrylic acid by a catalytic gas phase oxidation method using acrolein and molecular oxygen or a gas containing molecular oxygen. For example, a mixture of metal oxides such as iron oxide, molybdenum oxide, titanium oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, antimony oxide, tin oxide, and copper oxide; a composite of metal oxides can be exemplified. Of these exemplified catalysts (II), a molybdenum-vanadium catalyst in which molybdenum and vanadium are main constituent metals is preferable. Further, the catalyst (II) may be one in which the above mixture and / or composite is supported on a support (for example, zirconia, silica, alumina, and a composite thereof, and silicon carbide).

アクリル酸の製造で使用するアクロレイン含有ガスへの酸素添加量は、添加量が過剰の場合には燃焼が生じて爆発の危険を伴う恐れが生じるので、その上限値を適宜設定することになる。   The amount of oxygen added to the acrolein-containing gas used in the production of acrylic acid is appropriately set because the amount of oxygen added is excessive, because there is a risk of combustion and risk of explosion.

気相酸化反応で製造されたアクリル酸含有組成物ガスを回収するためには、当該ガスを冷却または水等の溶剤に吸収させることが好適である。   In order to recover the acrylic acid-containing composition gas produced by the gas phase oxidation reaction, it is preferable that the gas is cooled or absorbed in a solvent such as water.

(アクリル酸精製工程)
アクリル酸精製工程では、酸化工程で得られたアクリル酸含有組成物からプロピオン酸を除去する。酸化工程で得られたアクリル酸含有組成物に含まれているプロピオン酸量は、脱水工程で触媒(I)を使用しているので抑えられるが、よりプロピオン酸の量が少ないことが求められる場合にアクリル酸精製工程でのプロピオン酸の除去を行なう。
(Acrylic acid purification process)
In the acrylic acid purification step, propionic acid is removed from the acrylic acid-containing composition obtained in the oxidation step. The amount of propionic acid contained in the acrylic acid-containing composition obtained in the oxidation step can be suppressed because the catalyst (I) is used in the dehydration step, but when a smaller amount of propionic acid is required In addition, propionic acid is removed in the acrylic acid purification step.

アクリル酸含有組成物からのプロピオン酸の除去は、当該組成物を冷却し、プロピオン酸よりも先に析出するアクリル酸を回収することにより行なわれる。プロピオン酸(沸点:141℃程度)とアクリル酸(沸点:141℃程度)の沸点はほぼ同じであるため、沸点差を利用してアクリル酸含有組成物からプロピオン酸を除去することは困難であるが、プロピオン酸(融点:−21℃程度)とアクリル酸(融点:12℃)の融点には大きな差があり、アクリル酸含有組成物からのアクリル酸の回収(プロピオン酸の除去)は容易である。プロピオン酸の除去を行なう際にアクリル酸含有組成物を冷却する温度は、−18〜10℃であると良く、−18〜4℃であると好ましく、−18〜0℃であるとより好ましい。なお、酢酸、アクロレイン、水などのプロピオン酸以外の不純物がアクリル酸含有組成物に含まれている場合には、当該不純物を蒸留などの公知の方法により除去した後、冷却によりプロピオン酸を除去するのが好ましい。   The removal of propionic acid from the acrylic acid-containing composition is performed by cooling the composition and recovering the acrylic acid that precipitates before propionic acid. Since the boiling points of propionic acid (boiling point: about 141 ° C.) and acrylic acid (boiling point: about 141 ° C.) are almost the same, it is difficult to remove propionic acid from the acrylic acid-containing composition using the boiling point difference. However, there is a large difference between the melting points of propionic acid (melting point: about −21 ° C.) and acrylic acid (melting point: 12 ° C.), and recovery of acrylic acid from the acrylic acid-containing composition (propionic acid removal) is easy. is there. The temperature for cooling the acrylic acid-containing composition when removing propionic acid is preferably −18 to 10 ° C., preferably −18 to 4 ° C., and more preferably −18 to 0 ° C. In addition, when impurities other than propionic acid such as acetic acid, acrolein, and water are contained in the acrylic acid-containing composition, the impurities are removed by a known method such as distillation, and then propionic acid is removed by cooling. Is preferred.

本実施形態に係るアクリル酸の製造方法は、以上の通りである。製造されたアクリル酸は、アクリル酸エステル、ポリアクリル酸等のアクリル酸誘導体の原料として使用可能であることは公知となっていることから、上記アクリル酸の製造方法を、アクリル酸誘導体の製造方法におけるアクリル酸製造工程にすることが可能である。   The method for producing acrylic acid according to this embodiment is as described above. Since it is known that the produced acrylic acid can be used as a raw material for acrylic acid derivatives such as acrylic acid esters and polyacrylic acid, the production method for acrylic acid is referred to as the production method for acrylic acid derivatives. In the acrylic acid production process.

そして、得られたアクリル酸を使用してポリアクリル酸を製造する場合、水溶液重合法や逆相懸濁重合法を使用して、吸水性樹脂として使用することができるポリアクリル酸を製造することができる。ここで、水溶液重合法は、分散溶媒を使用せずにアクリル酸水溶液中のアクリル酸を重合する方法であり、米国特許公報第4625001号、4873299号、4286082号、4973632号、4985518号、5124416号、5250640号、5264495号、5145906号、および5380808号、並びに、欧州特許公報第0811636号、0955086号、および0922717号等に開示されている。また、逆相懸濁重合法は、単量体であるアクリル酸の水溶液を疎水性有機溶媒に懸濁させる重合法であり、米国特許公報第4093776号、4367323号、4446261号、4683274号、および5244735号に開示されている。   And when manufacturing polyacrylic acid using the obtained acrylic acid, manufacturing polyacrylic acid which can be used as a water-absorbing resin using aqueous solution polymerization method or reverse phase suspension polymerization method Can do. Here, the aqueous solution polymerization method is a method of polymerizing acrylic acid in an aqueous acrylic acid solution without using a dispersion solvent. US Pat. Nos. 462501, 4873299, 426082, 4973632, 4985518, 5124416 No. 5,250,640, No. 5,264,495, No. 5,145,906 and No. 5,380,808, and European Patent Publication Nos. 081636, 09555086, 0922717, and the like. The reverse phase suspension polymerization method is a polymerization method in which an aqueous solution of acrylic acid as a monomer is suspended in a hydrophobic organic solvent, such as U.S. Pat. Nos. 4,093,764, 4,367,323, 4,446,261, 4,683,274, and No. 5244735.

(実験例)
以下に、本発明に係るアクロレインの製造方法を見出すに至った実験例の一部を示す。
(Experimental example)
Below, a part of experimental example which came to discover the manufacturing method of the acrolein which concerns on this invention is shown.

各種触媒(I)を調製し、この触媒(I)を使用してアクロレインを製造した。実験例1〜4、および比較実験例1〜29における分析方法、触媒(I)表面の炭素状物質量の測定方法、触媒(I)の調製方法、アクロレインの製造(脱水工程)についての詳細は、以下の通りである。   Various catalysts (I) were prepared, and acrolein was produced using the catalyst (I). Details of the analysis methods in Experimental Examples 1 to 4 and Comparative Experimental Examples 1 to 29, the method of measuring the amount of carbonaceous material on the surface of the catalyst (I), the method of preparing the catalyst (I), and the production of acrolein (dehydration step) Is as follows.

(蛍光X線(XRF)分析)
PHILIPS社製蛍光X線分析装置「PW2404」を使用し、ガラスビード法により触媒(I)における金属原子(M原子)およびリン原子を分析した。M原子およびリン原子の定量は、予め調製した標準試料を使用して作成した検量線を用いて行なった。
(Fluorescence X-ray (XRF) analysis)
Using a fluorescent X-ray analyzer “PW2404” manufactured by PHILIPS, metal atoms (M atoms) and phosphorus atoms in the catalyst (I) were analyzed by the glass bead method. Quantification of M atom and phosphorus atom was performed using a calibration curve prepared using a standard sample prepared in advance.

(X線回折(XRD)分析)
リガク社製粉末X線回折装置「RINT−TTRIII」を使用し、次の条件で触媒(I)における結晶構造を分析した。
X線源:Cu
フィルタ:不使用
管電圧:50kV
管電流:300mA
発散スリット:1/3°
散乱スリット:1/2°
受光スリット:開放
走査範囲:5〜90°
サンプリング幅:0.02°
スキャンスピード:3.000°/sec
(X-ray diffraction (XRD) analysis)
Using a powder X-ray diffractometer “RINT-TTRIII” manufactured by Rigaku Corporation, the crystal structure of the catalyst (I) was analyzed under the following conditions.
X-ray source: Cu
Filter: Non-use tube voltage: 50kV
Tube current: 300mA
Divergent slit: 1/3 °
Scattering slit: 1/2 °
Receiving slit: Open scanning range: 5-90 °
Sampling width: 0.02 °
Scan speed: 3.000 ° / sec

(炭素状物質量の測定)
熱重量−示差熱分析(TG−DTA)を使用し、空気流通下に触媒(I)を置き、室温から900℃まで速度10℃/minで昇温させ、触媒(I)の質量変化をアクロレイン製造において触媒(I)に付着した炭素質物質の量として測定した。
(Measurement of amount of carbonaceous material)
Using thermogravimetric-differential thermal analysis (TG-DTA), the catalyst (I) was placed in an air stream, the temperature was raised from room temperature to 900 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and the mass change of the catalyst (I) was acrolein. It was measured as the amount of carbonaceous material attached to the catalyst (I) during production.

(触媒(I)の調製)
以下の共沈法、ゾルゲル法、還流−濃縮、または市販のリン酸金属塩の焼成により触媒(I)を調製した。なお、触媒(I)の調製で使用した金属原子源化合物(M源化合物)の種類;金属原子源化合物、リン酸、およびアンモニア水の使用量;触媒(I)の調製における焼成温度;については、後記表1−1、1−2の通りとした。また、調製した触媒(I)のXRF分析結果から算出されたP/M(P:リン原子のモル数、M:金属原子のモル数);XRD分析結果である触媒組成および結晶構造;についても、後記表1−1、1−2に示す。
(Preparation of catalyst (I))
Catalyst (I) was prepared by the following coprecipitation method, sol-gel method, reflux-concentration, or calcination of a commercially available metal phosphate. Regarding the type of metal atom source compound (M source compound) used in the preparation of catalyst (I); the amount of metal atom source compound, phosphoric acid, and aqueous ammonia used; the calcination temperature in the preparation of catalyst (I); As described in Tables 1-1 and 1-2 below. Also, P / M calculated from the XRF analysis result of the prepared catalyst (I) (P: mole number of phosphorus atom, M: mole number of metal atom); catalyst composition and crystal structure as a result of XRD analysis; These are shown in Tables 1-1 and 1-2 below.

ゾルゲル法による触媒(I)の調製:
30℃の10質量%金属原子源化合物水溶液に、この水溶液を攪拌しながら、高速液体クロマトグラフ用ポンプ(日立製作所社製「L7110」)を使用して28質量%アンモニア水を3時間かけて一定滴速度で滴下した。この滴下後の溶液を攪拌しながら15時間放置して熟成させることにより触媒前駆体溶液Aを得た。触媒前駆体溶液Aに、この溶液Aを攪拌しながら、高速液体クロマトグラフ用ポンプを使用して85質量%H3PO4水溶液を3時間かけて一定速度で滴下した後、攪拌をしつつ15時間放置して熟成させることにより触媒前駆体溶液Bを得た。触媒前駆体溶液Bは、ゾル化またはゲル化していた。触媒前駆体溶液Bを0.005MPa、60℃の条件で脱水した後、空気雰囲気下、120℃、10時間の条件で乾燥した。次に、乾燥物を300℃の窒素雰囲気中に10時間置くことで、硝酸アンモニウムを熱分解させて乾燥物から離脱させた。その後の乾燥物を空気中で5時間かけて焼成することによりリン酸の金属塩結晶を得た。この結晶を粉砕して、目開き0.7〜2.0mmの篩を通過したものを触媒(I)とした。
Preparation of catalyst (I) by sol-gel method:
While stirring this aqueous solution in a 10 mass% metal atom source compound aqueous solution at 30 ° C, 28 mass% aqueous ammonia was kept constant for 3 hours using a pump for high performance liquid chromatography ("L7110" manufactured by Hitachi, Ltd.). It was dropped at a dropping speed. The solution after dropping was allowed to age for 15 hours with stirring to obtain a catalyst precursor solution A. While stirring this solution A to the catalyst precursor solution A, an 85 mass% H 3 PO 4 aqueous solution was dropped at a constant rate over 3 hours using a high-performance liquid chromatograph pump, and then stirred while stirring 15 The catalyst precursor solution B was obtained by allowing to stand for aging for aging. The catalyst precursor solution B was sol or gelled. The catalyst precursor solution B was dehydrated under conditions of 0.005 MPa and 60 ° C., and then dried under conditions of 120 ° C. and 10 hours in an air atmosphere. Next, by placing the dried product in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. for 10 hours, ammonium nitrate was thermally decomposed and separated from the dried product. Thereafter, the dried product was fired in air for 5 hours to obtain a metal salt crystal of phosphoric acid. The crystals were pulverized and passed through a sieve having an aperture of 0.7 to 2.0 mm to obtain catalyst (I).

共沈法による触媒の調製:
10質量%金属原子源化合物、85質量%リン酸水溶液を混合して30℃の透明な混合液を調製した。この混合液に、攪拌しながら、高速液体クロマトグラフ用ポンプを使用して28質量%アンモニア水を3時間かけて一定速度で滴下した(当該滴下開始当初から沈殿物が生じた。)。この滴下後の溶液を攪拌しながら15時間放置して熟成させ、生じた沈殿物を濾過分離し、空気雰囲気下、120℃、10時間の条件で乾燥した。次に、乾燥物を300℃の窒素雰囲気中に10時間置くことで、硝酸アンモニウムを熱分解させて乾燥物から離脱させた。その後の乾燥物を、空気中で5時間かけて焼成してリン酸の金属塩結晶を得た。この結晶を粉砕して、目開き0.75〜2.00mmの篩を通過したものを触媒(I)とした。
Preparation of catalyst by coprecipitation method:
A 10% by mass metal atom source compound and 85% by mass phosphoric acid aqueous solution were mixed to prepare a transparent mixed solution at 30 ° C. While stirring, 28% by mass of aqueous ammonia was dropped at a constant rate over 3 hours using a high-performance liquid chromatograph pump (precipitate was formed from the beginning of the dropping). The solution after dropping was left to age for 15 hours with stirring, and the resulting precipitate was separated by filtration and dried under conditions of 120 ° C. and 10 hours in an air atmosphere. Next, by placing the dried product in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. for 10 hours, ammonium nitrate was thermally decomposed and separated from the dried product. Thereafter, the dried product was fired in the air for 5 hours to obtain a metal salt crystal of phosphoric acid. The crystal was pulverized and passed through a sieve having an aperture of 0.75 to 2.00 mm to obtain catalyst (I).

還流−濃縮による触媒(I)の調製:
10質量%金属原子源化合物水溶液と85質量%リン酸水溶液との混合液を、90℃、2時間の条件で還流した。還流後の混合液を0.005MPa、60℃の条件で脱水した後、空気雰囲気下、120℃、24時間の条件で乾燥した。次に、乾燥物を空気中で5時間かけて焼成することによりリン酸の金属塩結晶を得た。この結晶を粉砕して、目開き0.7〜2.0mmの篩を通過したものを触媒(I)とした。
Preparation of catalyst (I) by reflux-concentration:
A mixed solution of a 10 mass% metal atom source compound aqueous solution and an 85 mass% phosphoric acid aqueous solution was refluxed at 90 ° C. for 2 hours. The mixed liquid after refluxing was dehydrated under conditions of 0.005 MPa and 60 ° C., and then dried under conditions of 120 ° C. and 24 hours in an air atmosphere. Next, the dried product was fired in air for 5 hours to obtain a metal salt crystal of phosphoric acid. The crystals were pulverized and passed through a sieve having an aperture of 0.7 to 2.0 mm to obtain catalyst (I).

市販のリン酸塩の焼成による触媒(I)の調製:
市販のリン酸塩を空気中で5時間かけて焼成することによりリン酸の金属塩結晶を得た。この結晶を粉砕して、目開き0.7〜2.0mmの篩を通過したものを触媒(I)とした。
Preparation of catalyst (I) by calcination of commercial phosphate:
A commercially available phosphate was fired in air for 5 hours to obtain a metal salt crystal of phosphoric acid. The crystals were pulverized and passed through a sieve having an aperture of 0.7 to 2.0 mm to obtain catalyst (I).

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(アクロレインの製造(脱水工程))
触媒(I)15mlを充填したステンレス製反応管(内径10mm、長さ500mm)を固定床反応器として準備し、この反応器を360℃の溶融塩浴に浸漬した。その後、反応器内に窒素を62ml/minの流量で30分間流通させた後、80質量%グリセリン含有ガス(グリセリン含有ガス組成:グリセリン27モル%、水34モル%、窒素39モル%)をGHSV640hr-1の流量で流通させた。反応器内にグリセリン含有ガスを流通させてから所定時間経過前から30分間、反応器から流出するアクロレイン含有組成物ガスを水に吸収させ、当該水における化合物を定量分析した。ここでの分析では、検出器にFIDを備えるガスクロマトグラフィ(GC)を使用し、内部標準法を採用した。
(Manufacturing of acrolein (dehydration process))
A stainless steel reaction tube (inner diameter 10 mm, length 500 mm) filled with 15 ml of catalyst (I) was prepared as a fixed bed reactor, and this reactor was immersed in a 360 ° C. molten salt bath. Then, after flowing nitrogen through the reactor at a flow rate of 62 ml / min for 30 minutes, 80 mass% glycerin-containing gas (glycerin-containing gas composition: glycerin 27 mol%, water 34 mol%, nitrogen 39 mol%) was added to GHSV 640 hr. The flow rate was -1 . The acrolein-containing composition gas flowing out from the reactor was absorbed in water for 30 minutes before the passage of a predetermined time after the glycerin-containing gas was circulated in the reactor, and the compounds in the water were quantitatively analyzed. In this analysis, gas chromatography (GC) equipped with a FID was used, and an internal standard method was adopted.

なお、TG−DTAを使用した触媒(I)表面上の炭素質物質の測定については、グリセリン含有ガス流通開始から7時間経過後の触媒(I)を試料とした。   In addition, about the measurement of the carbonaceous substance on the surface of the catalyst (I) using TG-DTA, the catalyst (I) after 7 hours from the start of circulation of the glycerin-containing gas was used as a sample.

グリセリンの転化率(GLY転化率)を下記式(1)に基づいて算出し、触媒(I)表面における炭素質物質の付着量を下記式(2)に基づいて算出した。アクロレイン(ACR)、プロピオンアルデヒド(PALD)、1−ヒドロキシアセトン(HDAC)、フェノール(PhOH)の選択率を下記式(3)に基づいて算出した。アクロレインの収率(ACR収率)については、下記式(4)に基づいて算出した。   The conversion rate of glycerin (GLY conversion rate) was calculated based on the following formula (1), and the adhesion amount of the carbonaceous material on the surface of the catalyst (I) was calculated based on the following formula (2). Selectivities of acrolein (ACR), propionaldehyde (PARD), 1-hydroxyacetone (HDAC), and phenol (PhOH) were calculated based on the following formula (3). The yield of acrolein (ACR yield) was calculated based on the following formula (4).

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グリセリンの転化率(GLY転化率)等を表2、3−1、3−2、4−1、4−2に示す。   Tables 2, 3-1, 3-2, 4-1, and 4-2 show conversion rates of glycerin (GLY conversion rate) and the like.

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表4−1、4−2の実験例と比較実験例を対比すると、(プロピオンアルデヒド(PALD)の選択率)/(アクロレイン(ACR)の選択率)×100については、実験例は殆どの比較実験例よりも低い。このことは、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を触媒(I)として使用すれば、プロピオン酸の前駆体であるプロピオンアルデヒドの選択率をアクロレインよりも大幅に低くしてアクロレインを製造できることを示している。つまり、本発明に係るアクリル酸の製造方法によれば、生成するアクリル酸の選択率に対するプロピオン酸の選択率の比も小さくできることを示しているのである。   When comparing the experimental examples in Tables 4-1 and 4-2 with the comparative experimental examples, (experimental selectivity of propionaldehyde (PARD)) / (selectivity of acrolein (ACR)) × 100, most of the experimental examples were compared. Lower than the experimental example. This means that if boron salt of phosphoric acid and / or zinc salt of phosphoric acid is used as catalyst (I), the selectivity of propionaldehyde, which is a precursor of propionic acid, is significantly lower than that of acrolein. It shows that it can be manufactured. That is, according to the method for producing acrylic acid according to the present invention, the ratio of the selectivity of propionic acid to the selectivity of acrylic acid to be generated can be reduced.

また、表4−1、4−2の実験例と比較実験例を対比すると、アクロレインの選択率については、実験例は殆どの比較実験例よりも高い。このことは、リン酸のホウ素塩および/またはリン酸の亜鉛塩を触媒(I)として使用すれば、アクリル酸の選択率を高くすることができることを示している。   Further, when comparing the experimental examples of Tables 4-1 and 4-2 with the comparative experimental examples, the selectivity of acrolein is higher than most comparative experimental examples. This indicates that the selectivity of acrylic acid can be increased by using a boron salt of phosphoric acid and / or a zinc salt of phosphoric acid as the catalyst (I).

次に、本発明に係るアクロレインの製造方法において、アクロレイン含有組成物からフェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンを除去するアクロレイン精製工程を、脱水工程と酸化工程との間に設ければ、より高収率でアクリル酸を製造できることを見出すに至った実験例の一部を以下に示す。   Next, in the method for producing acrolein according to the present invention, if an acrolein purification step for removing phenol and / or 1-hydroxyacetone from the acrolein-containing composition is provided between the dehydration step and the oxidation step, higher yield is obtained. Some of the experimental examples that led to the finding that acrylic acid can be produced at a rate are shown below.

触媒(II)およびアクロレイン含有組成物を使用してアクリル酸を製造した。実験例5、および比較実験例30〜32における触媒(II)、アクリル酸の製造(酸化工程)についての詳細は、以下の通りである。   Acrylic acid was prepared using catalyst (II) and an acrolein-containing composition. Details of production of catalyst (II) and acrylic acid (oxidation step) in Experimental Example 5 and Comparative Experimental Examples 30 to 32 are as follows.

(触媒(II)の調製)
加熱攪拌している水2500mlにパラモリブデン酸アンモニウム350g、メタバナジン酸アンモニウム116gおよびパラタングステン酸アンモニウム44.6gを溶解した後、三酸化バナジウム1.5gを添加した。これとは別に、加熱攪拌している水750mlに硝酸銅87.8gを溶解した後、酸化第一銅1.2gおよび三酸化アンチモン29gを添加した。これら2つの液を混合した後、担体である直径3〜5mmの球状α−アルミナ1000mlを加え、攪拌しながら蒸発乾固させて触媒(II)前駆体を得た。この触媒(II)前駆体を400℃で6時間焼成して触媒(II)を調製した。なお、触媒(II)において担体に担持されていた触媒活性成分の金属組成は、Mo126.11Cu2.3Sb1.2である。
(Preparation of catalyst (II))
After dissolving 350 g of ammonium paramolybdate, 116 g of ammonium metavanadate, and 44.6 g of ammonium paratungstate in 2500 ml of water with stirring, 1.5 g of vanadium trioxide was added. Separately from this, 87.8 g of copper nitrate was dissolved in 750 ml of heated and stirred water, and then 1.2 g of cuprous oxide and 29 g of antimony trioxide were added. After these two liquids were mixed, 1000 ml of spherical α-alumina having a diameter of 3 to 5 mm as a carrier was added and evaporated to dryness with stirring to obtain a catalyst (II) precursor. This catalyst (II) precursor was calcined at 400 ° C. for 6 hours to prepare catalyst (II). In addition, the metal composition of the catalytically active component supported on the carrier in the catalyst (II) is Mo 12 V 6.1 W 1 Cu 2.3 Sb 1.2 .

(アクリル酸の製造(酸化工程))
触媒(II)20mlを充填したステンレス製反応管を固定床反応器として準備し、アクロレイン含有組成物ガスをGHSV2000hr-1の流量で流通させた。そして、流通開始から60〜80分の間に固定床反応器から流出したアクリル酸含有組成物ガスを捕集し、この成分をガスクロマトグラフィーで分析した。なお、アクロレイン含有組成物ガスは、水蒸気33.36容量部(実験例5);水蒸気33.18容量部、およびフェノール0.18容量部(比較実験例30);水蒸気33.00容量部、および1−ヒドロキアセトン0.36容量部(比較実験例31);または、水蒸気33.00容量部、およびアリルアルコール0.36容量部(比較実験例32);と、窒素54.4容量部、酸素10.44およびアクロレイン1.8容量部とを成分に有するガスとした。
(Manufacture of acrylic acid (oxidation process))
A stainless steel reaction tube filled with 20 ml of catalyst (II) was prepared as a fixed bed reactor, and an acrolein-containing composition gas was circulated at a flow rate of GHSV 2000 hr −1 . And the acrylic acid containing composition gas which flowed out from the fixed bed reactor between the start of distribution for 60 to 80 minutes was collected, and this component was analyzed by gas chromatography. In addition, the acrolein-containing composition gas contains 33.36 parts by volume of water vapor (Experimental Example 5); 33.18 parts by volume of water vapor and 0.18 parts by volume of phenol (Comparative Experimental Example 30); 1-hydroxyacetone 0.36 part by volume (Comparative Experimental Example 31); or water vapor 33.00 part by volume, and allyl alcohol 0.36 part by volume (Comparative Experimental Example 32); A gas having 10.44 and 1.8 parts by volume of acrolein as components was used.

アクロレインの転化率(ACR転化率)を下記式(5)に基づいて算出した。アクリル酸(AA)および酢酸(AcOH)の収率については、下記式(6)および(7)に基づいて算出した。   The conversion rate of acrolein (ACR conversion rate) was calculated based on the following formula (5). The yields of acrylic acid (AA) and acetic acid (AcOH) were calculated based on the following formulas (6) and (7).

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実験例5、および比較実験例30〜32の結果を、表5に示す。   Table 5 shows the results of Experimental Example 5 and Comparative Experimental Examples 30 to 32.

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表5に示す通り、フェノール(比較実験例30)または1−ヒドロキシアセトン(比較実験例31)を含むアクロレイン含有組成物ガスを使用した場合、これらの化合物が添加しなかった実験例5よりも、アクロレインの転化率(ACR転化率)、およびアクリル酸(AA)の収率が悪い。このことから、脱水工程と酸化工程の間に、アクロレイン含有組成物からフェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンを除去するアクロレイン精製工程を設ければ、アクリル酸の収率が高まることが言える。   As shown in Table 5, when an acrolein-containing composition gas containing phenol (Comparative Experimental Example 30) or 1-hydroxyacetone (Comparative Experimental Example 31) was used, rather than Experimental Example 5 in which these compounds were not added, The conversion rate of acrolein (ACR conversion rate) and the yield of acrylic acid (AA) are poor. From this, it can be said that if an acrolein purification step for removing phenol and / or 1-hydroxyacetone from the acrolein-containing composition is provided between the dehydration step and the oxidation step, the yield of acrylic acid is increased.

なお、実験例5と比較実験例31から、1−ヒドロキシアセトンを除去した場合、酢酸の副生を抑制できると言える。   From Experimental Example 5 and Comparative Experimental Example 31, it can be said that when 1-hydroxyacetone is removed, the by-product of acetic acid can be suppressed.

Claims (8)

単斜晶または斜方晶の結晶構造を有するリン酸の亜鉛塩を有する触媒と、グリセリンとの共存下においてグリセリンを脱水させてアクロレイン含有組成物を製造する脱水工程と、
前記脱水工程で得られたアクロレインを酸化してアクリル酸含有組成物を製造する酸化工程とを有することを特徴とするアクリル酸の製造方法。
A dehydration step of producing an acrolein-containing composition by dehydrating glycerin in the presence of glycerol with a catalyst having a zinc salt of phosphoric acid having a monoclinic or orthorhombic crystal structure ;
An oxidation step of oxidizing an acrolein obtained in the dehydration step to produce an acrylic acid-containing composition.
前記脱水工程において、前記触媒とグリセリンガスとを接触させる気相脱水反応によりグリセリンを脱水させる請求項1に記載のアクリル酸の製造方法。 The method for producing acrylic acid according to claim 1, wherein in the dehydration step, glycerin is dehydrated by a gas phase dehydration reaction in which the catalyst and glycerin gas are brought into contact with each other. 前記脱水工程の触媒におけるリン酸の亜鉛塩が、50質量%以上である請求項1または2に記載のアクリル酸の製造方法。 The zinc salt of lapis lazuli phosphate put into the catalyst dehydration step, method for producing acrylic acid according to claim 1 or 2 is at least 50 mass%. 前記脱水工程と酸化工程との間に、前記アクロレイン含有組成物からフェノールおよび/または1−ヒドロキシアセトンを除去するアクロレイン精製工程を有する請求項1〜のいずれか1項に記載のアクリル酸の製造方法。 The production of acrylic acid according to any one of claims 1 to 3 , further comprising an acrolein purification step for removing phenol and / or 1-hydroxyacetone from the acrolein-containing composition between the dehydration step and the oxidation step. Method. 前記酸化工程の後に、アクリル酸含有組成物を冷却して析出したアクリル酸を回収することにより、アクリル酸含有組成物からプロピオン酸を除去するアクリル酸精製工程を有する請求項1〜のいずれか1項に記載のアクリル酸の製造方法。 Any one of Claims 1-4 which has an acrylic acid refinement | purification process which removes propionic acid from an acrylic acid containing composition by collect | recovering the acrylic acid which precipitated after cooling the acrylic acid containing composition after the said oxidation process. 2. A method for producing acrylic acid according to item 1. 請求項1〜のいずれか1項に記載の脱水工程で使用される触媒であって、単斜晶または斜方晶の結晶構造を有するリン酸の亜鉛塩を有する触媒。 A catalyst used in the dehydration step as claimed in any one of claims 1 to 5 catalyst having a zinc salt of-phosphate having a monoclinic or orthorhombic crystal structure. 請求項1〜のいずれか1項に記載のアクリル酸の製造方法を使用してアクリル酸を製造する工程を有するアクリル酸誘導体の製造方法。 The manufacturing method of an acrylic acid derivative which has the process of manufacturing acrylic acid using the manufacturing method of acrylic acid of any one of Claims 1-5 . 前記アクリル酸誘導体が、吸水性樹脂である請求項に記載のアクリル酸誘導体の製造方法。 The method for producing an acrylic acid derivative according to claim 7 , wherein the acrylic acid derivative is a water absorbent resin.
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