JPH0226616B2 - - Google Patents

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JPH0226616B2
JPH0226616B2 JP60137637A JP13763785A JPH0226616B2 JP H0226616 B2 JPH0226616 B2 JP H0226616B2 JP 60137637 A JP60137637 A JP 60137637A JP 13763785 A JP13763785 A JP 13763785A JP H0226616 B2 JPH0226616 B2 JP H0226616B2
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JP
Japan
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catalyst
reactor
formaldehyde
monocarboxylic acid
acid compound
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JP60137637A
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Japanese (ja)
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JPS6115858A (en
Inventor
Jii Sumisu Toomasu
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BP Corp North America Inc
Original Assignee
BP Corp North America Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by BP Corp North America Inc filed Critical BP Corp North America Inc
Publication of JPS6115858A publication Critical patent/JPS6115858A/en
Publication of JPH0226616B2 publication Critical patent/JPH0226616B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

発明の分野 本発明の分野はアルフアーベーターエチレン性
不飽和カルボン酸化合物の製法に関するものであ
り、その方法は、(1)飽和脂肪族モノカルボン酸化
合物とホルムアルデヒドとを反応器へ供給し、(2)
気相条件下で上記の飽和モノカルボン酸化合物と
ホルムアルデヒドを縮合させて上記飽和カルボン
酸化合物より炭素原子が1個多いアルフアーベー
ターエチレン性不飽和モノカルボン酸化合物を固
体触媒の存在下において生成させ、(3)上記反応器
中で上記固体触媒上にコークが沈着したのち、脂
肪族モノカルボン酸化合物とホルムアルデヒド化
合物の上記反応器への供給を止め、稀釈酸素を、
上記触媒上に650〓(343℃)をこえない温度、好
ましくは550〓(288℃)をこえない温度におい
て、発熱を約10から30〓(5.6から16.7℃)へ抑
制しながら通し、約20%の酸素と80%の不活性ガ
スとの混合物例えば空気で以て発熱がなくなるま
で発熱を約10から30〓(5.6から16.7℃)へ抑制
しながら酸素含量を増分的に増し、次いで25から
75〓(13.9から41.7℃)づつ温度を増分的に上げ
脱コークが約650から800〓(343から427℃)にお
いて完了するまで発熱を約10から30〓(5.6から
16.7℃)へ制御する、ことから成る。 より特定的にいえば、本発明の分野は1個また
は1個より多くの反応器中でメタクリル酸をプロ
ピオン酸とホルムアルデヒドから気相アルドール
型縮合反応において固体触媒の存在下において製
造する方法に関するものであり、その場合、コー
クが第一反応器中で固体触媒上に沈着したのち、
プロピオン酸―ホルムアルデヒドの供給を第二反
応器へ転換させるか完全に停止し、稀釈酸素をコ
ーク沈着固体触媒上に550〓(288℃)より低い温
度において通して上記触媒を脱コークする。固体
触媒は好ましくは第族または第族金属の少く
とも一つのカチオンとシリカ担体とから成り、こ
の担体は好ましくは20から275m2/gの表面積、
0.1から0.8c.c./gの細孔容積、および75Åから
200Åの平均細孔径をもつ。 発明の背景 メタクリル酸およびアクリル酸のような不飽和
酸、アクリロニトリル、およびメタクリル酸メチ
ルのようなこの種の酸のエステルは相当するポリ
マー、樹脂などの製造に広く用いられている。各
種の方法と触媒が酢酸またはプロピオン酸のよう
なアルカン酸とホルムアルデヒドとを相当するモ
ノカルボン酸例えばメタクリル酸ヘアルドール型
反応によつて転化させるために提案されてきた。
一般的には、酸とホルムアルデヒドとの反応は蒸
気相または気相中で塩基性または酸性の触媒の存
在下でおこる。 飽和カルボン酸化合物より炭素数が1個多いア
ルフアーベーターエチレン性不飽和脂肪族モノカ
ルボン酸化合物を生成させる脂肪族カルボン酸化
合物とホルムアルデヒドとの反応についての開示
に関しては、文献が豊富である。 カーク・オスマーの第5巻、第3版(1981)の
364頁と374頁において、プロピオン酸塩―ホルム
アルデヒド径路がメタクリル酸またはメタクリル
酸メチルの製造において考慮されていることが述
べられている。カーク・オスマーは適当な触媒は
高い選択率と転化率を与えるべきでありかつ少く
とも6ケ月の寿命をもつことを述べている。効果
的な触媒はアルカリ金属またはアルカリ土類金属
のアルミノ珪酸塩、水酸化カリウムまたは水酸化
セシウムで処理したシリカ、アルミナ、およびラ
ンタン酸化物を含む。カーク・オスマーはそれら
の結果がある範囲の転化率と選択率にわたつてお
りかつ一般的には最良の結果は約50%の転化率に
おいて80%以上の選択率であることを示している
が、これらの転化率と選択率は、カーク・オスマ
ーがホルムアルデヒドに対する実質上モル過剰の
プロピオン酸を使用する方法に言及しないかぎり
高すぎると思われ、それらの転化率と選択率はホ
ルムアルデヒドを基準としている。プロピオン酸
をホルムアルデヒドとモル当量で用い転化率と選
択率がプロピオン酸を基準とするときには、選択
率と転化率パーセントはともに低い。従来技術を
注意深く概観しても、反応が1日以上あるいは2
日以上継続された操作例を当業において示すこと
ができない。これは驚くことではなく、なぜなら
ば、我々の経験では、触媒寿命は一般的に短かく
触媒上にコークが沈着しその結果触媒活性が急速
に落ちることが示されているからである。 コーク沈着触媒表面に関する我々の研究では、
コークの沈着は触媒表面のある領域の活性能を減
らし、継続的な触媒活性能は触媒表面上の沈着コ
ーク量だけでなく触媒組成に依存することが示さ
れている。コーク付着シリカ触媒床の2gまたは
3gならば空気で以て100〓(538℃)において再
生できるけれども、さらに大きいコーク付着シリ
カ触媒床はこれらの再生条件の下で焼結をおこ
す。 我々の研究では、ほぼ等モル濃度のプロピオン
酸とホルムアルデヒドを使用するとき、シリカ担
持触媒はプロピオン酸を基準にして比較的高度の
転化率と選択率を提供することが示された。一般
には、反応温度が高いほど、プロピオン酸の転化
パーセントが大きくかつ触媒の選択率が低い。
我々の研究ではまた、シリカ担体は、触媒表面積
が減少し一方平均細孔径が増加するという意味に
おいて、長時間の間で劣化する傾向があることが
示された。表面積が約10ないし20m2/gへ落ち
1200Å以下の直径をもつ細孔数が減少するにつれ
て触媒活性は急速に落ちる。この劣化はまた反応
媒体の含水量の関数でもある。水の存在が多いほ
ど、シリカゲル担体の劣化は早い。実質上無水の
反応剤を使用できるけれども、生成物1分子あた
り1分子の生成水が存在する。その上、アルカリ
金属またはアルカリ土類金属のカチオンが触媒担
体から揮発する傾向が存在し、その結果、触媒活
性(転化%および/または選択率%)は急速にお
ちる。 カーク・オスマーが指摘するとおり、より長時
間の運転を可能にする触媒系を求める要請が存在
している。カーク・オスマーは触媒寿命は少くと
も6ケ月であるべきであると述べているが、我々
は24時間から48時間以上の縮合反応を開示してい
る従来法の例を知らない。従つて、実質的な触媒
劣化をおこすことなく長期間にわたつて利用でき
る、プロピオン酸化合物をメタクリル酸化合物へ
転化する適当な触媒および/または方法を求める
要求が存在している。 本発明の一般的目的は飽和脂肪族モノカルボン
酸化合物とホルムアルデヒド化合物とをアルフア
ーベーターエチレン性不飽和モノカルボン酸化合
物へ接触的に縮合させることに使用するのに適す
る新しい触媒再生方法を提供することである。そ
の他の目的は以後において明らかになる。 本発明の目的はアルフアーベーターエチレン性
不飽和カルボン酸化合物を製造する方法によつて
達成することができ、その方法は、(1)飽和脂肪族
モノカルボン酸化合物とホルムアルデヒドを反応
器へ供給し、(2)気相条件下で上記飽和モノカルボ
ン酸化合物とホルムアルデヒドを縮合させてこの
飽和カルボン酸化合物より炭素原子が1個多いア
ルフアーベーターエチレン性不飽和モノカルボン
酸化合物を固体触媒存在下で生成させ、(3)コーク
が上記反応器中の上記固体触媒上に沈着したの
ち、脂肪族モノカルボン酸化合物とホルムアルデ
ヒド化合物との上記反応器への供給を停止し、そ
して、上記触媒上に稀釈酸素を650〓(343℃)を
こえない温度、好ましくは550〓(288℃)をこえ
ない温度において発熱を約10から30〓(5.6から
16.7℃)へ抑えながら通し、約20%の酸素と80%
の不活性ガスとの混合物例えば空気で以て発熱が
なくなるまで約10から30〓(5.5から16.7℃)へ
発熱を抑えながら酸素含量を増分的に増し、次い
で25から75〓(13.9から41.7℃)づつ温度を増分
的に上げかつ脱コークが約650から800〓(343か
ら427℃)において完了するまで発熱を約10から
30〓(5.5から16.7℃)へ制御する、ことによつ
て脱コークを実施する、ことから成る。 再生中の発熱を抑制することによつて、触媒の
消失および/または触媒床の焼結を防ぎシリカ触
媒の細孔構造と表面積の変化を減らすことが可能
である。従つて、触媒は多数回の再生後において
も繰返し使用できる。 商業的基準において、本方法はアルフアーベー
ターエチレン性不飽和モノカルボン酸化合物とホ
ルムアルデヒドとの流れを第一反応器から第二反
応器へ転換し、一方、第一反応器は再生を行なう
ことによつて有利に実施できる。再生をアルドー
ル型縮合が実施されつつある時間の半分の間実施
する場合には、3個の反応器と2個の下流処理部
分を採用し、1個の反応器は再生を受け2個の反
応器はアルフアーベーターエチレン性不飽和モノ
カルボン酸化合物を製造することが可能である。 要約すると、本発明のシリカ担体は水性シリカ
コロイドをゲル化させ、その組成物を乾燥して水
和水以外の実質上すべての水分を除き、そして〓
焼することによつてつくることができる。 触媒のアルカリ金属および/またはアルカリ土
類金属のカチオンは乾燥固体基準でシリカ担体
100gあたり0.001から0.2当量(グラム原子)の
カチオン濃度で使用できる。一般には、乾燥固体
基準でシリカ担体100gあたり約0.004から0.1当
量のカチオンをもつことが好ましく、なぜなら
ば、カチオン濃度が高いほど、飽和脂肪族モノカ
ルボン酸化合物とホルムアルデヒド化合物との縮
合に必要とする温度が低く、触媒の選択率と寿命
が大である。カチオン濃度が低いほど、アルフア
ーベーターエチレン性不飽和モノカルボン酸化合
物への所望転化率を得るに必要な縮合温度が高
く、触媒の選択率が低く寿命が短かい。 アルカリ金属およびアルカリ土類金属の適当な
源は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化
セシウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、
水酸化ストロンチウム、水酸化マグネシウム、燐
酸リチウム、燐酸三ナトリウム、燐酸セシウム、
硼酸ナトリウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウ
ム、弗化セシウム、硝酸セシウム、などを含む。
これらのうち、アルカリ金属カチオンが好まし
い。 商業的に入手できるコロイド状シリカはどれで
も使用できるが、平均粒径が40から1000Åのもの
特に、表面積が20から275m2/g、細孔容積が0.1
から0.8c.c./g、平均細孔径約75から200Åである
シリカ担体触媒をつくるよう、約50から250Åの
粒径をもつ商業的入手可能のコロイド状シリカを
使用するのが好ましく、これは特開昭61―15737
号公報に開示されており、これは本明細書におい
て文献として組入れられている。上記公開公報に
おいて指摘されているとおり、元素周期律表
(Handbook of Chemistry and Physics,46版,
Chemical Rubber Co.オハイオ州クリーブラン
ド,の裏表紙)の第族または第族金属の少く
とも一つのカチオンとシリカ担体とから成るシリ
カ触媒は、その担体は20から275m2/gの表面積、
0.1から0.8c.c./gの細孔容積、および75から200
Åの平均細孔径をもつものであるが、比較的高い
活性能(転化率および選択率)と比較的長い寿命
をもつている。細孔容積、表面積および平均細孔
径は相互依存性変数である。一つの変数を一定に
保つとき、表面積が増すにつれて細孔容積が増
し、表面積が増すにつれて平均細孔径が小さくな
り、細孔容積が増すにつれて平均細孔径が増す。
前記公開公報においては、触媒が細孔容積、表面
積および平均細孔径の各々を満足させることが重
要である。例えば、触媒が0.8c.c./gより大きい
気孔率をもつ場合には、触媒は長時間使用にとつ
て必要である耐磨耗強度に欠ける。気孔率が0.1
c.c./g以下である場合には、表面積は小さすぎそ
して/あるいは平均細孔径が大きすぎる。しか
し、上記説明のとおり、触媒は1200Åより小さい
直径をもつ細孔が消滅するにつれて活性を失な
う。従つて、触媒が適切な寿命をもつように実質
的により小さい平均細孔径をもつ触媒を使うこと
が望ましい。出発触媒の平均細孔径が200Åより
実質的に大きい場合には触媒寿命の実質的低下が
おこる。少くとも75Åの細孔径は反応剤の反応生
成物のガス拡散を可能にするために必要である。 シリカは乾燥前あるいは〓焼前のいずれかにお
いてカチオンで以て処理できる。ゲル化前または
ゲル化中にコロイド状シリカへカチオンを添加す
ることによつてつくつた触媒は同時形成触媒と見
ることができ、これらは特許出願公表昭61―
502524号公報に開示されており、この出願は本明
細書において文献として組入れられている。上記
公表公報において指摘されるとおり、同時形成触
媒はそれらが〓焼シリカをカチオン水溶液で以て
処理することによつてつくられる触媒よりも実質
的に耐水性がありかつ脱コークがより容易である
という意味において有利であり、なぜならば、他
の条件が同じであれば、それらは含浸によつてつ
くつた触媒ほどに発熱しないからである。これは
明らかに担体中でのカチオンのより均一な分布に
基づくものである。 本発明のシリカ担体は、乾燥基準で約20から60
重量%のコロイド状シリカとアルカリ金属およ
び/またはアルカリ土類金属カチオンとから成る
水性組成物を形成させることによつてつくるのが
好ましい。コロイド状シリカはPHを約3から10の
範囲、好ましくは約6.0から約9.0へ調節すること
によつてアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
カチオンと一緒にゲル化させる。NH4NO3のよ
うな塩類をゲル化促進に使用できる。シリカヒド
ロゲルは2週間またはそれ以上熟成できるが、熟
成は触媒の性質に及ぼす効果がないように思わ
れ、従つて熟成は必要でない。組成物は次にマイ
クロウエーブ浴中のような任意の適当手段によつ
て恒量まで、そして、見掛けの乾燥例えば乾燥固
体基準で約4から5%の水分まで乾燥する。恒量
まで乾燥後は明らかに水和水のみがシリカゲルに
よつて保持される。シリカゲルは次に約300℃か
ら800℃、好ましくは約300℃から600℃において
〓焼する。特開昭61―15737号公報において指摘
のとおり、約800℃をこえる〓焼温度においては
表面積が減少し、細孔容積が減少し、細孔直径が
増大する傾向があり、その結果、触媒は特開昭61
―15737号公報において要求される範囲をはずれ
る。しかし、そのような触媒を本発明において使
用できる。 本発明の方法は、飽和脂肪族モノカルボン酸化
合物をその出発飽和脂肪族カルボン酸化合物より
炭素原子が1個多いアルフアーベーターエチレン
性不飽和モノカルボン酸化合物へアルドール型縮
合させるのに使用できる。アルドール型縮合反応
において転化され得る適当な脂肪族モノカルボン
酸化合物は酢酸、プロピオン酸、酢酸メチル、プ
ロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセト
ニトリル、プロピオニトリル、などを含む。好ま
しい飽和モノカルボン酸化合物はプロピオン酸化
合物、特にプロピオン酸であり、なぜならば、本
発明の触媒はメタクリル酸の大規模生産用に主と
して設計されているからである。 ホルムアルデヒド化合物の任意の適当な源、例
えば、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、メタ
ノール性ホルムアルデヒド、トリオキサン、など
を使用できるが、実質上無水のホルムアルデヒ
ド、特に分解されたモノマー質ガス状の実質上無
水のホルムアルデヒドを使うのが好ましい。 要約すれば、アルフアーベーターエチレン性不
飽和モノカルボン酸化合物は、気相条件下で飽和
脂肪族モノカルボン酸化合物とホルムアルデヒド
化合物とを、乾燥固体基準でシリカ担体100gあ
たり約0.001から0.2当量の濃度の第族または第
族金属の少くとも一つのカチオンをもつシリカ
触媒、好ましくは20から275m2/gの表面積0.1か
ら0.8c.c./gの細孔容積、および75から200Åの平
均細孔径をもつ担体から成る触媒、の存在下にお
いて、縮合させることによつてつくることができ
る。 この反応は約95℃またはそれ以下の共沸点をも
つ炭素原子数が6個から12個の水と非混和性の炭
化水素あるいはハロ炭化水素の存在下で実施する
ことができ、それらは特開昭61―15859号公報に
開示されており、それは文献として本明細書に組
入れられている。 生成物の流れはかなりの量の未反応プロピオン
酸と未反応ホルムアルデヒド並びに水を含んでい
るので、反応器流出物を蒸溜して諸成分を分離す
る好ましい操作方法における適当溶剤の選択は、
プロピオン酸とメタクリル酸との共沸物の沸点に
よつてきめられる。プロピオン酸とメタクリル酸
の両者はともにほぼ99℃の沸点の水共沸物を形成
する。水の存在下におけるC6―C12炭化水素の蒸
溜による分離は、形成する水:炭化水素共沸物が
プロピオン酸およびメタクリル酸と水の共沸物の
沸点以下の沸点をもつことを必要とする。好まし
くは、水:炭化水素共沸物の沸点は95℃以下であ
る。 代表的な炭化水素:水共沸物の沸点と水のパー
セントは次のとおりである: 炭化水素 水% 沸点℃ n―ヘキサン 5 − n―ヘプタン 13 79 n―オクタン 23 90 n―ノナン 40 95 95℃以下の沸点をもつ水:炭化水素共沸物を形
成する、分枝状C6―C12飽和脂肪族炭化水素、炭
素原子数が6個から12個の芳香族炭化水素、炭素
原子数が6個から12個のシクロアルカン、および
それらの混合物も使用できる。 特開昭61―15859号公報において指摘されてい
るとおり、稀釈剤は触媒の選択率を低下させるこ
となく約3(モル)%ほど生成収率を増すという
点において有利である。その上、あとで説明する
とおり、稀釈剤はメタクリル酸をプロピオン酸か
ら製造する総括的一体方法において追加的機能を
もつ。適当な稀釈剤はn―ヘキサン、n―ヘプタ
ン、n―オクタン、2―エチルヘキサン、n―デ
カン、n―ドデカン、o,p,またはm―キシレ
ン、ベンゼン、トルエン、シクロアルカンおよび
それらの混合物を含む。稀釈剤の濃度は主反応器
中の反応剤の約10から50重量%の範囲にあること
ができる。 モノカルボン酸化合物対ホルムアルデヒドのモ
ル比は25:1から1:25の範囲にあることができ
る。しかし、メタクリル酸製造においてこの触媒
による最良の結果は約0.5―2.0対1のプロピオン
酸化合物対ホルムアルデヒドのモル比を使つて得
ることができる。一般的にはモル比が低いほど、
転化プロピオン酸量を基準にした転化率が高い。 アルドール型縮合は約280から500℃において実
施することができるが、反応温度が下がるほど選
択率は上昇するので約280〜350℃で操作すること
が好ましい。特開昭61―15857号公報において指
摘されるとおり、(1)アルフアーベーターエチレン
性不飽和モノカルボン酸の重合に対する触媒であ
る望ましくない不飽和環状ケトン副生成物の量
は、出発プロピオン酸化合物基準で390℃におけ
る4モル%から、350℃におけるほぼ2.5モル%あ
るいはそれ以下(325℃における約1%)へ減ら
すことができ、あるいは、(2)24時間の縮合とそれ
に続く24時間の脱コークとの繰返しの80日間にわ
たつて、カチオンの消失は390℃で75%であつて
同時に触媒活性が落ち、350℃においては10%で
あつて一定活性能をもつ。 やや詳細に述べると、メタクリル酸製造のこの
一体的方法は(1)プロピオン酸とホルムアルデヒド
化合物をシリカ触媒を含む反応器へ供給し、(2)気
相条件においてホルムアルデヒドとプロピオン酸
を縮合させて水、ホルムアルデヒド、プロピオン
酸およびメタクリル酸から成る組成物を生成さ
せ、(3)上記反応生成物を蒸溜して水、未反応ホル
ムアルデヒドおよび少くともいくらかのプロピオ
ン酸を反応生成物から除き、(4)この溜出物を約95
℃またはそれ以下の未沸沸点をもつ水と非混和性
の稀釈剤から成る共溜剤と蒸溜塔中で接触させて
水とホルムアルデヒド塔頂物の少くともいくらか
を除く、ことから成る。 本方法のさらに好ましい姿においては、蒸溜塔
の少くとも中途部分に側壁抜出管を配置してプロ
ピオン酸とホルムアルデヒドから成る組成物を取
出す。側壁抜出管の使用は本明細書に文献として
組込まれている特許出願公表昭61―502535号公報
において指摘されているとおり、この側壁抜出管
は塔頂へ昇つて行く水性混合物からホルムアルデ
ヒドの一部を除去するのを容易にしそれによつて
蒸溜塔の頂部におけるホルムアルデヒドの重合を
排除し、それによつて蒸溜塔頂部における閉塞の
可能性を除きあるいは軽減する。側壁抜出管の使
用の有無にかかわらず、ホルムアルデヒドは、塔
頂で採取したホルムアルデヒド水溶液からこれを
炭素数が6個から12個のアルコールと反応させて
ヘミアセタールを形成させ、このヘミアセタール
から水を蒸溜し、次いで実質上無水のヘミアセタ
ールを分解してホルムアルデヒドを回収する、こ
とが期待されている。このホルムアルデヒドは、
約95℃またはそれ以下の共沸沸点をもつ水と非混
和性の稀釈剤を塔頂において添加しヘミアセター
ル形成に用いるアルコールからホルムアルデヒド
を除去することを容易にすることによつて、アル
コールから有利に分離される。 本発明の方法は約0.1から10、好ましくは0.5か
ら6.5の重量時間空間速度(WHSV)において実
施できる。一般には、重量時間空間速度が低いほ
ど必要反応温度は低い。重量時間空間速度が大き
いほど必要反応温度は高い。 触媒は約12から72時間運転後に脱コークを行な
う。シリカゲルの焼結を防ぐために、稀釈酸素を
約450から650〓(232から343℃)、好ましくは450
から550〓(232から288℃)において触媒と発熱
を約10から30〓(5.5から16.7℃)へ抑えながら
接触させ、酸素含量を増分的に、発熱を約10から
30〓(5.5から16.7℃)へ抑えながら発熱がなく
なるまで約20%の酸素と約80%の不活性ガスから
成る混合物、例えば空気で以て増加し、次いで温
度を25から75〓(13.9から41.7℃)づつ増分的に
上げかつ発熱を脱コークが約650から800〓(343
から427℃)において完了するまで約10から30〓
(5.5から16.7℃)へ抑える。 一般的には、本発明はアルフアーベーターエチ
レン性不飽和カルボン酸化合物の製造方法に関す
るものであり、その方法は、(1)飽和脂肪族モノカ
ルボン酸化合物とホルムアルデヒドとを反応器へ
供給し、(2)気相条件下で上記飽和モノカルボン酸
化合物とホルムアルデヒドとを縮合させて上記飽
和カルボン酸より炭素原子が1個多いアルフアー
ベーターエチレン性不飽和モノカルボン酸を固体
触媒の存在下で約280℃から約500℃の温度におい
て生成させ、(3)コークが上記固体触媒上に沈着し
たのち、上記の脂肪族モノカルボン酸化合物とホ
ルムアルデヒド化合物の上記反応器への供給を停
め、酸素含有ガスを上記触媒上に約800〓(427
℃)より低い温度において通すことによつて脱コ
ークを行ない、工程(1)と(2)を繰返す、ことから成
る。 さらに特定的にいえば、本発明はアルフアーベ
ーターエチレン性不飽和モノカルボン酸化合物の
製造方法に関するものであり、(1)飽和脂肪族モノ
カルボン酸化合物とホルムアルデヒドを反応器へ
供給し、(2)気相条件下で上記の飽和モノカルボン
酸化合物とホルムアルデヒドを縮合させて上記の
飽和モノカルボン酸化合物より炭素原子が1個多
いアルフアーベーターエチレン性不飽和モノカル
ボン酸化合物を固体触媒存在下で生成させ、(3)コ
ークが上記固体触媒上に上記反応器において沈着
したのち、脂肪族モノカルボン酸化合物とホルム
アルデヒド化合物との上記反応器への供給を停
め、上記触媒上に稀釈酸素を650〓(343℃)をこ
えない温度において発熱を約10から30〓(5.5か
ら16.7℃)へ抑えながら通し、酸素含量を増分的
に、発熱を約10から30〓(5.5から16.7℃)へ発
熱がなくなるまで抑えながら約20%の酸素と80%
の不活性ガスとの混合物例えば空気で以て増し、
次いで温度を25から75〓(13.9から41.7℃)づつ
増分的に上げかつ脱コークが約650から約800〓
(343から427℃)において完了するまで発熱を約
10から30〓(5.5から16.7℃)へ制御する、こと
によつて脱コークする、ことから成り立つ。 以下の実施例においては、転化率、収率および
選択率はすべて特記しないかぎり、プロピオン酸
(PA)を基準にしている。 実施例 本実施例はシリカ乾燥重量を基準に1.97重量%
のセシウムを含む表面積が119m2/g、気孔率が
0.604c.c./gおよび平均細孔径が168Åである同時
形成の燐酸セシウム、シリカゲル触媒を使用し
て、パイロツトプラントにおいてメタクリル酸を
製造することを解説している。29重量部のパラホ
ルムアルデヒド、106重量部のプロピオン酸
(PA:FAモル比が3:2)および47重量部のヘ
プタンのスラリーを連続的に蒸発させてパラホル
ムアルデヒドを400〓(204℃)においてモノマー
状ホルムアルデヒドへ熱分解させた。この組成物
を次に、外径1インチ(2.54cm)、内径0.834イン
チ(2.12cm)、長さ6フイート(180cm)のインコ
ネル管であつて外径が0.25インチ(0.63cm)のサ
ーモウエルを備え200gの触媒とその両側の1イ
ンチ(2.54cm)のデンストーン・パツキング帯と
を含む4フイート(120cm)の長さの触媒帯域を
もつ管から成る反応系へ移した。このサーモウエ
ルには6インチ(15.3cm)間隔で挿入した熱電対
を備え、電気的加熱手段を反応器に沿つて置い
た。プロピオン酸とホルムアルデヒドとのメタク
リル酸への転化は、パイロツトプラントを660〓
(350℃)、10psig(0.7Kg/cm2)および1.55の重量時
間空間速度において保ちながら、24時間実施し
た。反応生成物を熱交換器中で捕集し凝縮させ
た。24時間後、反応器への供給を中断し反応器温
度を550〓(288℃)へ下げた。窒素中の2%の酸
素を脱コーク中の発熱を約20〓(11.1℃)へ制限
するために反応器へゆつくりと添加した。その発
熱が終つたのち、酸素含量を10%へ増し、その発
熱を20〓(11.1℃)へ制限したのち、窒素―酸素
混合物を空気で以て置換えた。各発熱が終つたの
ち、反応器温度を50〓(27.8℃)づつ反応器が
700〓(371℃)になるまで発熱を精密に制御する
ことによつて上昇した。この脱コーク工程は代表
的には2から4時間かかる。空気を継続的に反応
器中を700〓(371℃)において合計24時間流し
た。空気を中断し、反応器温度を660〓(349℃)
へ下げ、プロピオン酸とホルムアルデヒドの縮合
が開示された。縮合と脱コークの繰返し操作を80
日間実施し、その中、40日はメタクリル酸製造で
40日は脱コークであつた。PA:FAのモル比は
1.5:1から1.34:1へと変つた。80日間稼動の
前後の触媒の物理的性質は表に示す。第1日後
の収率とはじめの66日間の平均を表中に以下に
示す。
FIELD OF THE INVENTION The field of the invention relates to a method for producing an alpha-abeta ethylenically unsaturated carboxylic acid compound, which method comprises: (1) feeding a saturated aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde into a reactor; 2)
The above saturated monocarboxylic acid compound and formaldehyde are condensed under gas phase conditions to produce an alpha arbor ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound having one more carbon atom than the saturated carboxylic acid compound in the presence of a solid catalyst. , (3) After coke is deposited on the solid catalyst in the reactor, the supply of the aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde compound to the reactor is stopped, and diluted oxygen is removed.
Pass the above catalyst over the above catalyst at a temperature not exceeding 650〓 (343℃), preferably at a temperature not exceeding 550〓 (288℃), while suppressing the exotherm to about 10 to 30〓 (5.6 to 16.7℃). Increase the oxygen content incrementally with a mixture of 80% oxygen and 80% inert gas, e.g. air, while suppressing the exotherm from about 10 to 30°C (5.6 to 16.7°C) until the exotherm disappears, then from 25 to 16.7°C.
Incrementally increase the temperature in increments of 75〓 (13.9 to 41.7 °C) with an exotherm of about 10 to 30〓 (from 5.6
16.7℃). More particularly, the field of the invention relates to a process for producing methacrylic acid from propionic acid and formaldehyde in a gas phase aldol-type condensation reaction in the presence of a solid catalyst in one or more reactors. , in which case after the coke is deposited on the solid catalyst in the first reactor,
The propionic acid-formaldehyde feed is diverted to the second reactor or stopped completely and diluted oxygen is passed over the coke-deposited solid catalyst at a temperature below 550°C (288°C) to decoke the catalyst. The solid catalyst preferably consists of at least one cation of a Group or Group metal and a silica support, which support preferably has a surface area of from 20 to 275 m 2 /g;
Pore volume from 0.1 to 0.8 cc/g and from 75 Å
It has an average pore size of 200Å. BACKGROUND OF THE INVENTION Unsaturated acids such as methacrylic acid and acrylic acid, acrylonitrile, and esters of such acids such as methyl methacrylate are widely used in the preparation of corresponding polymers, resins, and the like. Various methods and catalysts have been proposed for converting alkanoic acids, such as acetic acid or propionic acid, and formaldehyde to the corresponding monocarboxylic acids, such as methacrylic acid, by Hairdol-type reactions.
Generally, the reaction between acid and formaldehyde takes place in the vapor or gas phase in the presence of a basic or acidic catalyst. There is a wealth of literature disclosing the reaction of aliphatic carboxylic acid compounds with formaldehyde to form alpha-abator ethylenically unsaturated aliphatic monocarboxylic acid compounds having one more carbon than the saturated carboxylic acid compound. Kirk Osmer's Volume 5, 3rd Edition (1981)
On pages 364 and 374 it is mentioned that the propionate-formaldehyde route is being considered in the production of methacrylic acid or methyl methacrylate. Kirk Osmer states that a suitable catalyst should provide high selectivity and conversion and have a lifetime of at least 6 months. Effective catalysts include alkali metal or alkaline earth metal aluminosilicates, silica treated with potassium or cesium hydroxide, alumina, and lanthanum oxide. Kirk-Othmer has shown that their results span a range of conversions and selectivities and that generally the best results are >80% selectivity at about 50% conversion. , these conversions and selectivities would be too high unless Kirk-Osmer mentions a method that uses a substantial molar excess of propionic acid over formaldehyde, and those conversions and selectivities are based on formaldehyde. . Both selectivity and percent conversion are low when propionic acid is used in molar equivalents with formaldehyde and conversion and selectivity are based on propionic acid. Even with a careful overview of the prior art, the reaction may last for more than 1 day or even 2 days.
There is no example in the art that has been continued for more than 1 day. This is not surprising, since our experience has shown that catalyst lifetimes are generally short and coke deposits on the catalyst, resulting in a rapid drop in catalyst activity. In our study on coke-deposited catalyst surfaces,
It has been shown that coke deposition reduces the activity capacity of certain areas of the catalyst surface, and that continued catalytic activity capacity depends not only on the amount of coke deposited on the catalyst surface, but also on the catalyst composition. Although 2g or 3g of coked silica catalyst bed can be regenerated with air at 100 °C (538°C), larger coked silica catalyst beds will sinter under these regeneration conditions. Our studies showed that when using approximately equimolar concentrations of propionic acid and formaldehyde, silica-supported catalysts provide relatively high conversions and selectivities relative to propionic acid. Generally, the higher the reaction temperature, the greater the percent conversion of propionic acid and the lower the selectivity of the catalyst.
Our studies also showed that silica supports tend to degrade over time in the sense that the catalyst surface area decreases while the average pore size increases. The surface area drops to about 10 to 20 m 2 /g.
Catalytic activity drops rapidly as the number of pores with diameters below 1200 Å decreases. This deterioration is also a function of the water content of the reaction medium. The more water present, the faster the silica gel carrier deteriorates. Although substantially anhydrous reactants can be used, there is one molecule of product water per molecule of product. Moreover, there is a tendency for the alkali metal or alkaline earth metal cations to volatilize from the catalyst support, so that the catalyst activity (% conversion and/or % selectivity) falls off rapidly. As Kirk Othmer points out, there is a need for catalyst systems that can operate for longer periods of time. Although Kirk Osmer states that the catalyst life should be at least 6 months, we are unaware of any prior art process that discloses condensation reactions lasting longer than 24 to 48 hours. Accordingly, there is a need for suitable catalysts and/or processes for converting propionic acid compounds to methacrylic acid compounds that can be used over extended periods of time without substantial catalyst deterioration. A general object of the present invention is to provide a new catalyst regeneration process suitable for use in the catalytic condensation of saturated aliphatic monocarboxylic acid compounds and formaldehyde compounds to alpha arbor ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compounds. That's true. Other purposes will become clear later. The object of the present invention can be achieved by a method for producing an alpha-abator ethylenically unsaturated carboxylic acid compound, which method comprises: (1) supplying a saturated aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde to a reactor; , (2) Condensing the above saturated monocarboxylic acid compound with formaldehyde under gas phase conditions to produce an alpha-abator ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound having one more carbon atom than the saturated carboxylic acid compound in the presence of a solid catalyst. (3) After coke is deposited on the solid catalyst in the reactor, the supply of the aliphatic monocarboxylic acid compound and the formaldehyde compound to the reactor is stopped, and the coke is diluted onto the catalyst. Oxygen at a temperature not exceeding 650°C (343°C), preferably not exceeding 550°C (288°C), with an exotherm of about 10 to 30°C (5.6 to
16.7℃), about 20% oxygen and 80%
Increase the oxygen content incrementally with reduced exotherm from about 10 to 30〓 (5.5 to 16.7 °C) until the exotherm disappears with a mixture of an inert gas, e.g. air, and then 25 to 75〓 (13.9 to 41.7 °C). ) and increase the exotherm from about 10 to
30°C (5.5 to 16.7°C) and possibly decoking. By suppressing the exotherm during regeneration, it is possible to prevent catalyst loss and/or sintering of the catalyst bed and reduce changes in the pore structure and surface area of the silica catalyst. Therefore, the catalyst can be used repeatedly even after multiple regenerations. On a commercial basis, the process diverts the flow of alpha-abeta ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound and formaldehyde from a first reactor to a second reactor, while the first reactor undergoes regeneration. Therefore, it can be carried out advantageously. If regeneration is carried out for half the time that the aldol-type condensation is being carried out, three reactors and two downstream processing sections are employed, one reactor receiving regeneration and carrying out two reactions. The device is capable of producing alpha arbor ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compounds. In summary, the silica support of the present invention gels an aqueous silica colloid, dries the composition to remove substantially all water other than water of hydration, and
It can be made by baking. The alkali metal and/or alkaline earth metal cations of the catalyst are on a silica support on a dry solids basis.
It can be used at cation concentrations of 0.001 to 0.2 equivalents (gram atoms) per 100 g. It is generally preferred to have about 0.004 to 0.1 equivalents of cation per 100 g of silica support on a dry solids basis, as the higher the cation concentration, the more The temperature is low, and the selectivity and life of the catalyst are large. The lower the cation concentration, the higher the condensation temperature required to obtain the desired conversion to the alpha-abeta ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound, and the lower the catalyst selectivity and the shorter the lifetime. Suitable sources of alkali metals and alkaline earth metals are sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide,
Strontium hydroxide, magnesium hydroxide, lithium phosphate, trisodium phosphate, cesium phosphate,
Contains sodium borate, barium hydroxide, sodium carbonate, cesium fluoride, cesium nitrate, etc.
Among these, alkali metal cations are preferred. Any commercially available colloidal silica can be used, especially those with an average particle size of 40 to 1000 Å, a surface area of 20 to 275 m 2 /g, and a pore volume of 0.1
Commercially available colloidal silica having a particle size of about 50 to 250 Å is preferably used to produce a silica-supported catalyst with an average pore size of about 75 to 200 Å, as described in US Pat. Showa 61-15737
No. 6,007,100, which is incorporated herein as a document. As pointed out in the above publication, the periodic table of elements (Handbook of Chemistry and Physics, 46th edition,
Chemical Rubber Co., Cleveland, Ohio, back cover) and a silica support, the support having a surface area of 20 to 275 m 2 /g;
Pore volume from 0.1 to 0.8cc/g, and 75 to 200
Although it has an average pore diameter of 1.5 Å, it has a relatively high activity capacity (conversion rate and selectivity) and a relatively long lifetime. Pore volume, surface area and average pore diameter are interdependent variables. Holding one variable constant, as surface area increases, pore volume increases, as surface area increases, average pore size decreases, and as pore volume increases, average pore size increases.
In the above publication, it is important that the catalyst satisfy each of the pore volume, surface area, and average pore diameter. For example, if the catalyst has a porosity greater than 0.8 cc/g, the catalyst will lack the abrasion strength necessary for long-term use. Porosity is 0.1
If it is less than cc/g, the surface area is too small and/or the average pore size is too large. However, as explained above, the catalyst loses activity as pores with diameters smaller than 1200 Å disappear. Therefore, it is desirable to use a catalyst with a substantially smaller average pore size so that the catalyst has an adequate lifetime. A substantial reduction in catalyst life occurs if the average pore size of the starting catalyst is substantially greater than 200 Å. A pore size of at least 75 Å is necessary to allow gas diffusion of the reaction products of the reactants. The silica can be treated with cations either before drying or before calcination. Catalysts made by adding cations to colloidal silica before or during gelation can be viewed as co-formed catalysts;
No. 502,524, which application is incorporated herein as a document. As pointed out in the above publications, co-formed catalysts are substantially more water resistant and easier to decoke than those made by treating calcined silica with a cationic aqueous solution. They are advantageous in this sense because, other things being equal, they do not generate as much heat as catalysts made by impregnation. This is apparently due to a more uniform distribution of the cations in the carrier. The silica support of the present invention has a dry basis of about 20 to 60%
Preferably, it is made by forming an aqueous composition comprising % by weight of colloidal silica and alkali metal and/or alkaline earth metal cations. Colloidal silica is gelled with alkali metal or alkaline earth metal cations by adjusting the pH to a range of about 3 to 10, preferably about 6.0 to about 9.0. Salts such as NH 4 NO 3 can be used to promote gelation. Silica hydrogels can be aged for two weeks or more, but aging appears to have no effect on the properties of the catalyst, so aging is not necessary. The composition is then dried by any suitable means, such as in a microwave bath, to constant weight and to an apparent dryness, eg, about 4 to 5% moisture on a dry solids basis. After drying to a constant weight, only the hydration water is clearly retained by the silica gel. The silica gel is then calcined at about 300°C to 800°C, preferably about 300°C to 600°C. As pointed out in JP-A-61-15737, at calcination temperatures exceeding about 800°C, the surface area tends to decrease, the pore volume decreases, and the pore diameter increases, and as a result, the catalyst Unexamined Japanese Patent Publication 1986
- Exceeds the scope required by Publication No. 15737. However, such catalysts can be used in the present invention. The process of the present invention can be used for the aldol-type condensation of a saturated aliphatic monocarboxylic acid compound to an alpha-abator ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound having one more carbon atom than the starting saturated aliphatic carboxylic acid compound. Suitable aliphatic monocarboxylic acid compounds that can be converted in aldol-type condensation reactions include acetic acid, propionic acid, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, acetonitrile, propionitrile, and the like. Preferred saturated monocarboxylic acid compounds are propionic acid compounds, especially propionic acid, since the catalyst of the present invention is primarily designed for large-scale production of methacrylic acid. Although any suitable source of formaldehyde compounds can be used, such as formalin, paraformaldehyde, methanolic formaldehyde, trioxane, etc., substantially anhydrous formaldehyde, particularly decomposed monomeric gaseous substantially anhydrous formaldehyde, is used. is preferable. In summary, alpha arvator ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compounds combine saturated aliphatic monocarboxylic acid compounds and formaldehyde compounds under gas phase conditions at a concentration of about 0.001 to 0.2 equivalents per 100 g of silica support on a dry solids basis. a silica catalyst with at least one cation of a Group or Group metal, preferably a support with a surface area of 20 to 275 m 2 /g, a pore volume of 0.1 to 0.8 cc/g, and an average pore size of 75 to 200 Å. It can be prepared by condensation in the presence of a catalyst consisting of: This reaction can be carried out in the presence of water-immiscible hydrocarbons or halohydrocarbons containing from 6 to 12 carbon atoms with an azeotropic point of about 95°C or less, and are described in US Pat. It is disclosed in Publication No. 15859/1983, which is incorporated herein as a document. Since the product stream contains significant amounts of unreacted propionic acid and unreacted formaldehyde as well as water, selection of a suitable solvent in the preferred method of operation for distilling the reactor effluent to separate the components is
It is determined by the boiling point of the azeotrope of propionic acid and methacrylic acid. Both propionic acid and methacrylic acid form a water azeotrope with a boiling point of approximately 99°C. Distillative separation of C6 - C12 hydrocarbons in the presence of water requires that the water:hydrocarbon azeotrope formed have a boiling point below the boiling point of the water azeotrope with propionic acid and methacrylic acid. do. Preferably, the boiling point of the water:hydrocarbon azeotrope is 95°C or less. Typical hydrocarbons: water azeotrope boiling points and percentages of water are as follows: Hydrocarbon Water % Boiling Point °C n-hexane 5 - n-heptane 13 79 n-octane 23 90 n-nonane 40 95 95 Water with a boiling point below °C: branched C6 - C12 saturated aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons with 6 to 12 carbon atoms, forming hydrocarbon azeotropes; 6 to 12 cycloalkanes and mixtures thereof can also be used. As pointed out in JP-A-61-15859, diluents are advantageous in that they increase the production yield by about 3 (mol)% without reducing the selectivity of the catalyst. Moreover, as explained below, the diluent has an additional function in the overall process of producing methacrylic acid from propionic acid. Suitable diluents include n-hexane, n-heptane, n-octane, 2-ethylhexane, n-decane, n-dodecane, o, p, or m-xylene, benzene, toluene, cycloalkanes and mixtures thereof. include. The concentration of diluent can range from about 10 to 50% by weight of the reactants in the main reactor. The molar ratio of monocarboxylic acid compound to formaldehyde can range from 25:1 to 1:25. However, best results with this catalyst in methacrylic acid production can be obtained using a molar ratio of propionic acid compound to formaldehyde of about 0.5-2.0 to 1. Generally, the lower the molar ratio, the
High conversion rate based on the amount of converted propionic acid. The aldol-type condensation can be carried out at about 280 to 500°C, but it is preferably operated at about 280 to 350°C, since the lower the reaction temperature, the higher the selectivity. As pointed out in JP-A-61-15857, (1) the amount of the undesired unsaturated cyclic ketone by-product that is a catalyst for the polymerization of the alpha-abator ethylenically unsaturated monocarboxylic acid is greater than the starting propionic acid compound; from 4 mol% at 390°C on a basis to approximately 2.5 mol% or less at 350°C (approximately 1% at 325°C), or (2) 24 hours of condensation followed by 24 hours of desorption. Over 80 days of repeated coking, the loss of cations is 75% at 390°C, with a concomitant drop in catalyst activity, and 10% at 350°C, with a constant activity capacity. In some detail, this integrated method of producing methacrylic acid involves (1) feeding propionic acid and formaldehyde compounds into a reactor containing a silica catalyst, and (2) condensing the formaldehyde and propionic acid under gas phase conditions to produce water. , formaldehyde, propionic acid, and methacrylic acid; (3) distilling the reaction product to remove water, unreacted formaldehyde, and at least some propionic acid from the reaction product; Approximately 95% distillate
contact in a distillation column with a co-distilling agent consisting of a water-immiscible diluent having an unboiling point of 0.degree. C. or less to remove at least some of the water and formaldehyde overheads. In a more preferred form of this method, a side wall extraction pipe is disposed at least in the middle of the distillation column to take out the composition comprising propionic acid and formaldehyde. The use of a side wall outlet pipe is as pointed out in Patent Application Publication No. 61-502535, which is incorporated herein by reference. facilitates removal of a portion of the distillation column, thereby eliminating formaldehyde polymerization at the top of the distillation column, thereby eliminating or reducing the possibility of blockage at the top of the distillation column. Regardless of whether or not a side wall extraction pipe is used, formaldehyde is extracted from an aqueous formaldehyde solution collected at the top of the tower, which is reacted with an alcohol having 6 to 12 carbon atoms to form hemiacetal, and water is extracted from this hemiacetal. The hope is to distill the substantially anhydrous hemiacetal and then decompose the substantially anhydrous hemiacetal to recover formaldehyde. This formaldehyde is
Advantageously removed from the alcohol by the overhead addition of a water-immiscible diluent with an azeotropic point of about 95°C or less to facilitate the removal of formaldehyde from the alcohol used to form the hemiacetal. separated into The process of the invention can be carried out at a weight hourly space velocity (WHSV) of about 0.1 to 10, preferably 0.5 to 6.5. Generally, the lower the weight hourly space velocity, the lower the required reaction temperature. The higher the weight hourly space velocity, the higher the required reaction temperature. The catalyst decokes after about 12 to 72 hours of operation. To prevent sintering of the silica gel, dilute the oxygen to about 450-650〓 (232-343℃), preferably 450℃.
to 550〓 (232 to 288 °C) with a reduced exotherm of about 10 to 30〓 (5.5 to 16.7 °C), increasing the oxygen content incrementally and reducing the exotherm from about 10 to 30 °C.
Increase the temperature with a mixture of about 20% oxygen and about 80% inert gas, e.g. 41.7℃) and decoking the heat generation by approximately 650 to 800〓(343
to 427℃) until completion at about 10 to 30〓
(5.5 to 16.7℃). Generally, the present invention relates to a method for producing an alpha-abeta ethylenically unsaturated carboxylic acid compound, the method comprising: (1) feeding a saturated aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde to a reactor; (2) The above saturated monocarboxylic acid compound and formaldehyde are condensed under gas phase conditions to form an alpha arbor ethylenically unsaturated monocarboxylic acid having one more carbon atom than the above saturated carboxylic acid in the presence of a solid catalyst. (3) After the coke is deposited on the solid catalyst, the supply of the aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde compound to the reactor is stopped, and the oxygen-containing gas is About 800〓(427
C) and repeating steps (1) and (2). More specifically, the present invention relates to a method for producing an alpha-abator ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound, which comprises: (1) supplying a saturated aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde to a reactor; ) The above saturated monocarboxylic acid compound and formaldehyde are condensed under gas phase conditions to form an alpha arbor ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound having one more carbon atom than the above saturated monocarboxylic acid compound in the presence of a solid catalyst. (3) After coke is deposited on the solid catalyst in the reactor, the supply of the aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde compound to the reactor is stopped, and diluted oxygen is added to the catalyst at 650 μl. (5.5 to 16.7 degrees Celsius) at temperatures not exceeding 343 degrees Celsius (343 degrees Celsius); Approximately 20% oxygen and 80% while suppressing until it runs out
enriched with a mixture of an inert gas, e.g. air,
The temperature is then increased incrementally by 25 to 75°C (13.9 to 41.7°C) and the decoking is from about 650 to about 800°C.
(343-427℃)
It consists of controlling the temperature between 10 and 30°C (5.5 to 16.7℃) and decoking. In the following examples, all conversions, yields and selectivities are based on propionic acid (PA) unless otherwise specified. Example This example shows 1.97% by weight based on silica dry weight.
The surface area including cesium is 119m 2 /g, and the porosity is
The production of methacrylic acid in a pilot plant using a co-formed cesium phosphate, silica gel catalyst with 0.604 cc/g and an average pore size of 168 Å is described. A slurry of 29 parts by weight of paraformaldehyde, 106 parts by weight of propionic acid (PA:FA molar ratio 3:2) and 47 parts by weight of heptane was continuously evaporated to convert the paraformaldehyde into monomers at 400°C (204°C). It was thermally decomposed to form formaldehyde. This composition was then placed in a thermowell of 1 inch (2.54 cm) outside diameter, 0.834 inch (2.12 cm) inside diameter, and 6 feet (180 cm) long Inconel tubing with an outside diameter of 0.25 inch (0.63 cm). The reactor was transferred to a reaction system consisting of a tube with a 4 foot (120 cm) long catalyst zone containing 200 g of catalyst and 1 inch (2.54 cm) Denstone packing bands on each side. The thermowell was equipped with thermocouples inserted at 6 inch (15.3 cm) intervals and electrical heating means were placed along the reactor. The conversion of propionic acid and formaldehyde to methacrylic acid requires a pilot plant of 660
(350° C.), 10 psig (0.7 Kg/cm 2 ), and a weight hourly space velocity of 1.55 for 24 hours. The reaction products were collected and condensed in a heat exchanger. After 24 hours, the feed to the reactor was interrupted and the reactor temperature was lowered to 550°C (288°C). 2% oxygen in nitrogen was slowly added to the reactor to limit the exotherm to about 20°C (11.1°C) during decoking. After the exotherm had ended, the oxygen content was increased to 10%, the exotherm was limited to 20㎓ (11.1°C), and the nitrogen-oxygen mixture was replaced with air. After each exotherm has finished, the reactor temperature is increased by 50〓 (27.8℃).
The temperature was raised to 700㎓ (371℃) by precisely controlling the heat generation. This decoking step typically takes 2 to 4 hours. Air was continuously flowed through the reactor at 700°C (371°C) for a total of 24 hours. Discontinue the air and reduce the reactor temperature to 660〓 (349℃)
The condensation of propionic acid and formaldehyde was disclosed. 80 repetitions of condensation and decoking
40 days were spent on methacrylic acid production.
I was without coke on the 40th. The molar ratio of PA:FA is
The ratio changed from 1.5:1 to 1.34:1. The physical properties of the catalyst before and after 80 days of operation are shown in the table. The yield after the first day and the average for the first 66 days are shown below in the table.

【表】【table】

【表】 本実施例において用いた触媒は500c.c.の脱イオ
ン水の中で10302.9gのナルコアグ、1034―Aコ
ロイダルシリカ(34%固形200Åの溶液と111.66
gの燐酸セシウム(分子あたり平均5分子の水を
もつ)の溶液とを強く撹拌することによつてつく
つた。10分間の強烈撹拌後、150gの脱イオン水
中の100gの硝酸アンモニウムの溶液をこのゾル
へ添加し、混合物を2分間撹拌しその時点におい
て増粘がはじまつた。このシリカゲルは室温で一
晩放置後固化させた。ゲルをマイクロウエーブ浴
中で恒量まで乾燥し、20から40メツシユへ粒径を
そろえ、次の昇温割合に従つて〓焼した:すなわ
ち、165℃において2時間。次いで徐々に540℃へ
4時間にわたつて上げ、次いで540℃でさらに8
時間保つた。すべての段階は流動空気中で実施し
た。 実施例 商業的コロイド状シリカ、ルドツクス(商標)
AS―40銘柄〔デラウエア州ウイルミントンのE.
I.du Pont de Nemours and Co.(Inc.),
Industrial Chemicals Dept.〕の200mlの試料を
ビーカーに入れた。温度は25℃であつた。この物
質は比表面積が大きいシリカ粒子の水性コロイド
状分散体であつた。特性は次のとおりであつた:
比表面積、130m2/g;平均粒径、21m〓,シリカ
(SiO2として)、40重量%;PH(25℃),8.0。撹拌
しながら、試料のPHを約10.5から3.0へ濃硝酸
(0.16N)の滴状添加によつて下げた。PHを次に
濃水酸化アンモニウム(0.15N)の滴状添加によ
つて約6.0へ上げた。混合物をその時点で8時間
25℃において撹拌し、その時点で粘稠ゲルが形成
した。ゲルを乾燥浴中で120℃の温度において2
時間乾燥し、次いで粉砕し18/40メツシユの粒
(米国篩)へ篩分けた。生成触媒担体を次に16時
間525℃において〓焼した。A.A.スペクトロスコ
ピーによる分析値は、アルミニウム:400ppm,
ナトリウム:2100ppm,ジルコニウム:<
100ppm,チタン:<100ppm,エダツクス・スペ
クトロスコピーによる鉄:<200ppm,であつた。 燐酸三ナトリウムの溶液を初期湿潤
(incipient wetness)法を使つて上記触媒担体へ
添加した。得られた触媒は6000ppmのナトリウム
を含んでいた。 反応系は外径0.25インチ(0.63cm)のサーモウ
エルを備えた外径1インチ(2.54cm)×内径0.834
インチ(2.12cm)×6フイート(180cm)の加熱さ
れたインコネル管から成る。触媒帯域は代表的に
は長さが4フイート(120cm)であり、代表的に
は200gの触媒を含んでいる。サーモウエル中に
挿入した熱電対が6インチ(15.3cm)間隔で温度
を測定および制御する。供給系はプロピオン酸―
パラホルムアルデヒドのスラリーを扱うように設
計する。このスラリーを蒸発器中へ輸送し、その
中で、パラホルムアルデヒドを400〓(204℃)に
おいてモノマー状ホルムアルデヒドへ熱分解させ
る。この系はトリオキサンとプロピオン酸を使用
する供給系よりも低い反応器温度の使用を可能に
する。トリオキサンは750〓(399℃)の温度以下
ではモノマー状ホルムアルデヒドへ完全には分解
しないからである。 反応条件は、接触時間:3.2秒、反応温度:390
℃(734〓)であつた。 反応器には上記のとおり6000ppmのナトリウム
を含むようつくつた4―8メツシユ(米国篩)
(1/8インチ)のAS―40燐酸三ナトリウムの24イ
ンチ(103.1g)を充填した。プロピオン酸対ホ
ルムアルデヒドの比が1:1で以て2日間試験を
実施した。触媒は次のとおり再生した。 550〓(288℃)の温度において、0.05SCFHの
低流速空気を0.5SCFHの窒素と一緒に反応器へ
供給し、明らかな振幅の小さい約20〓(11.1℃)
の発熱をもたらした。窒素流を徐々に減らし、そ
の間温度を20〓(11.1℃)づつ650〓(343℃)
へ、次いで50〓(27.8℃)づつ750〓(399℃)へ
上げた。この過程中において30〓(16.7℃)をこ
える発熱は存在しなかつた。触媒を次に48時間
750〓(399℃)において再生した。再生に続い
て、前述2日間の試験の間に使用した反応条件を
繰返した。結果を表2に示す。表2はおだやかな
再生が触媒性能に最低の影響しか及ぼさないこと
を示している。
[Table] The catalyst used in this example was 10302.9 g of Nalcoag, 1034-A colloidal silica (34% solids 200 Å solution) and 111.66 g of 10302.9 g of Nalcoag in 500 c.c. of deionized water.
g of cesium phosphate (having an average of 5 molecules of water per molecule) with vigorous stirring. After 10 minutes of vigorous stirring, a solution of 100 g ammonium nitrate in 150 g deionized water was added to the sol and the mixture was stirred for 2 minutes at which point it began to thicken. This silica gel was allowed to solidify after being left at room temperature overnight. The gel was dried to constant weight in a microwave bath, adjusted to particle size from 20 to 40 meshes, and calcined according to the following heating rate: 165° C. for 2 hours. It was then gradually raised to 540°C over 4 hours and then further heated at 540°C for 8 hours.
It kept time. All steps were performed in flowing air. Examples Commercial colloidal silica, Ludotux(TM)
AS-40 brands [E.
I. du Pont de Nemours and Co. (Inc.),
A 200 ml sample of Industrial Chemicals Dept.] was placed in a beaker. The temperature was 25°C. This material was an aqueous colloidal dispersion of high specific surface area silica particles. The characteristics were as follows:
Specific surface area, 130 m 2 /g; average particle size, 21 m〓; silica (as SiO 2 ), 40% by weight; PH (25° C.), 8.0. While stirring, the pH of the sample was lowered from approximately 10.5 to 3.0 by dropwise addition of concentrated nitric acid (0.16N). The pH was then raised to about 6.0 by dropwise addition of concentrated ammonium hydroxide (0.15N). Mixture at that point for 8 hours
Stir at 25°C, at which point a viscous gel has formed. Gel was dried in a drying bath at a temperature of 120 °C for 2
It was dried for an hour, then ground and sieved into 18/40 mesh grains (US sieves). The resulting catalyst support was then calcined at 525° C. for 16 hours. The analysis value by AA spectroscopy is aluminum: 400ppm,
Sodium: 2100ppm, Zirconium: <
100ppm, titanium: <100ppm, iron by edax spectroscopy: <200ppm. A solution of trisodium phosphate was added to the catalyst support using the incipient wetness method. The resulting catalyst contained 6000 ppm sodium. The reaction system is a 1 inch (2.54 cm) OD x 0.834 ID with a 0.25 inch (0.63 cm) OD thermowell.
Consists of 6-inch (2.12 cm) x 6-foot (180 cm) heated Inconel tubing. The catalyst zone is typically 4 feet (120 cm) long and typically contains 200 grams of catalyst. Thermocouples inserted into the thermowell measure and control temperature at 6 inch (15.3 cm) intervals. The supply system is propionic acid.
Designed to handle slurries of paraformaldehyde. This slurry is transferred to an evaporator in which the paraformaldehyde is pyrolyzed to monomeric formaldehyde at 400°C (204°C). This system allows the use of lower reactor temperatures than feed systems using trioxane and propionic acid. This is because trioxane does not completely decompose into monomeric formaldehyde at temperatures below 750°C (399°C). The reaction conditions were: contact time: 3.2 seconds, reaction temperature: 390
It was ℃ (734〓). The reactor contained 4-8 mesh (US sieve) made to contain 6000 ppm of sodium as described above.
(1/8 inch) of AS-40 trisodium phosphate. A two day test was conducted with a 1:1 ratio of propionic acid to formaldehyde. The catalyst was regenerated as follows. At a temperature of 550〓 (288℃), a low flow rate of air of 0.05SCFH was fed into the reactor along with 0.5SCFH nitrogen, with an apparent small amplitude of about 20〓 (11.1℃).
caused fever. Gradually reduce the nitrogen flow while increasing the temperature by 20〓(11.1℃) by 650〓(343℃)
Then, the temperature was increased by 50〓 (27.8℃) to 750〓 (399℃). There was no heat generation above 30°C (16.7°C) during this process. Catalyst then for 48 hours
Regenerated at 750°C (399°C). Following regeneration, the reaction conditions used during the two-day test described above were repeated. The results are shown in Table 2. Table 2 shows that mild regeneration has minimal impact on catalyst performance.

【表】 この再生方法を繰返したが、ただし空気を1000
〓(538℃)において使用した。大きい発熱が生
じた。250ml/分の空気流と1000〓(538℃)の温
度において、はじめの10分間の間、触媒床の前部
は430〓(221℃)の発熱を経験した。この発熱中
の温度上昇率はまた大きく、約30〓/分(16.7
℃/分)であつた。床の終端において350〓(177
℃)の発熱があり、1350〓(750℃)の最高温度
が得られた。これは空気で2時間後におこつた。 脱コーク前後の触媒性能を表3に示す。データ
ーは、6―8メツシユ触媒および18―40メツシユ
触媒の両方について、脱コーク後の大きい収率低
下を示している。これらの実験に使つた触媒は
6700ppmのNaを含み、初期湿潤法(incipient
wetness)によつてつくつたNa3PO4触媒であつ
た。触媒を次に反応器から三つの部分において取
出して分析した。これらの三つの触媒切断体は、
初期の均一な床濃度6700ppmに比べて、
3500ppm、6800ppm、17600ppmを含んでいた。
シリカゲルの細孔構造変化が恐らくは同様におこ
つた。結果は表3にある。
[Table] This regeneration method was repeated, but the air was
(538°C). A large fever developed. At an air flow of 250 ml/min and a temperature of 1000° (538°C), during the first 10 minutes the front of the catalyst bed experienced an exotherm of 430° (221°C). The temperature rise rate during this heat generation is also large, approximately 30〓/min (16.7
℃/min). 350〓(177
There was an exotherm of 1350°C (750°C). This occurred after 2 hours on air. Table 3 shows the catalyst performance before and after decoking. The data shows a large yield loss after decoking for both the 6-8 mesh catalyst and the 18-40 mesh catalyst. The catalyst used in these experiments was
Contains 6700ppm Na, incipient
It was a Na 3 PO 4 catalyst produced by wetness. The catalyst was then removed from the reactor in three portions and analyzed. These three catalyst cut bodies are
Compared to the initial uniform bed concentration of 6700ppm,
It contained 3500ppm, 6800ppm, and 17600ppm.
A change in the pore structure of the silica gel probably occurred as well. The results are in Table 3.

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アルフアーベータエチレン性不飽和カルボン
酸化合物の製造方法であつて; (1) 飽和脂肪族モノカルボン酸化合物とホルムア
ルデヒドとを反応器へ供給し、 (2) 気相条件下で上記の飽和モノカルボン酸化合
物とホルムアルデヒドとを固体触媒の存在下で
縮合させて、その飽和カルボン酸より炭素原子
が1個多いアルフアーベータエチレン性不飽和
モノカルボン酸化合物を生成させ、 (3) コークが上記固体触媒上に沈着したのち、上
記の脂肪族モノカルボン酸化合物とホルムアル
デヒド化合物の供給を止め、そして (4) 酸素含有ガスを上記触媒に427℃以下の温度
において通すことによりこの触媒を脱コーク
し、そして、工程(1)と(2)を繰返す、 ことから成る方法。 2 上記酸素含有ガスを上記触媒上に288℃をこ
えない温度において発熱を5.6℃から16.7℃へ抑
えながら通し;上記酸素含有ガスの流れを、上記
発熱を5.6℃から16.7℃へ発熱がなくなるまで抑
えながら20(容積)%の酸素と80(容積)%不活性
ガスの混合物で以て、増分的に増加し;上記ガス
の温度を13.9℃から41.7℃づつ上げそして上記発
熱を5.6℃から16.7℃へ制御し、かつ上記ガスの
上記温度の上記上昇を脱コークが343℃から427℃
の温度において完了するまで繰返す;特許請求の
範囲第1項記載の方法。 3 酸素と不活性ガスとの上記の20(容積)%お
よび80(容積)%混合物が空気である、特許請求
の範囲第2項記載の方法。 4 上記のアルフアーベータエチレン性不飽和モ
ノカルボン酸化合物がメタクリル酸である、特許
請求の範囲第1項記載の方法。 5 上記原料供給を第一反応器から第二反応器あ
るいは多段反応器へ転換させ、そしてこの第一反
応器中の上記触媒を工程(4)によつて脱コークす
る、特許請求の範囲第1項記載の方法。 6 上記第二反応器あるいは多段反応器の中の上
記触媒を工程(3)と(4)によつて脱コークする、特許
請求の範囲第5項記載の方法。 7 上記の飽和モノカルボン酸が酢酸とプロピオ
ン酸から成る群から選ばれる、特許請求の範囲第
1項記載の方法。 8 前記固体触媒は第族または第族金属の少
なくとも1つのカチオンとシリカ担体とからな
る、特許請求の範囲第1項記載の方法。 9 上記触媒が同時形成触媒である、特許請求の
範囲第8項記載の方法。
[Claims] 1. A method for producing an alpha beta ethylenically unsaturated carboxylic acid compound, comprising: (1) supplying a saturated aliphatic monocarboxylic acid compound and formaldehyde to a reactor; (2) gas phase conditions; The above saturated monocarboxylic acid compound and formaldehyde are condensed in the presence of a solid catalyst to produce an alpha beta ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound having one more carbon atom than the saturated carboxylic acid, 3) after the coke has been deposited on the solid catalyst, the supply of the aliphatic monocarboxylic acid compound and the formaldehyde compound is stopped, and (4) the coke is removed by passing an oxygen-containing gas through the catalyst at a temperature below 427°C. A method consisting of decoking the catalyst and repeating steps (1) and (2). 2 Pass the oxygen-containing gas over the catalyst at a temperature not exceeding 288°C while suppressing the heat generation from 5.6°C to 16.7°C; with a mixture of 20% (by volume) oxygen and 80% (by volume) inert gas while increasing; the temperature of the gas was increased from 13.9°C to 41.7°C and the exotherm was increased from 5.6°C to 16.7°C. ℃, and decoking the above temperature of the above gas from 343℃ to 427℃
repeating until completion at a temperature of . 3. The method of claim 2, wherein said 20% (by volume) and 80% (by volume) mixture of oxygen and inert gas is air. 4. The method of claim 1, wherein the alpha beta ethylenically unsaturated monocarboxylic acid compound is methacrylic acid. 5. Converting the raw material supply from the first reactor to a second reactor or a multi-stage reactor, and decoking the catalyst in the first reactor in step (4). The method described in section. 6. The method according to claim 5, wherein the catalyst in the second reactor or the multi-stage reactor is decoked by steps (3) and (4). 7. The method of claim 1, wherein said saturated monocarboxylic acid is selected from the group consisting of acetic acid and propionic acid. 8. The method of claim 1, wherein the solid catalyst comprises at least one Group or Group metal cation and a silica support. 9. The method of claim 8, wherein the catalyst is a co-formed catalyst.
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