JPH0343258B2 - - Google Patents

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JPH0343258B2
JPH0343258B2 JP57146248A JP14624882A JPH0343258B2 JP H0343258 B2 JPH0343258 B2 JP H0343258B2 JP 57146248 A JP57146248 A JP 57146248A JP 14624882 A JP14624882 A JP 14624882A JP H0343258 B2 JPH0343258 B2 JP H0343258B2
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JP
Japan
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reactor
acrylic acid
gas
reaction
acrolein
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Expired - Lifetime
Application number
JP57146248A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5936637A (en
Inventor
Takahisa Sato
Noboru Shimizu
Isao Nagai
Masahiro Wada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Shokubai Co Ltd filed Critical Nippon Shokubai Co Ltd
Priority to JP57146248A priority Critical patent/JPS5936637A/en
Publication of JPS5936637A publication Critical patent/JPS5936637A/en
Publication of JPH0343258B2 publication Critical patent/JPH0343258B2/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
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Description

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

本発明はプロピレン、イソブチレンまたはター
シヤリーブタノールを分子状酸素により接触気相
酸化してアクリル酸またはメタクリル酸を製造す
る方法に関する。詳しく述べると本発明は上記接
触気相酸化反応を多段的に実施し、安全かつ高空
時収率でアクリル酸またはメタクリル酸を製造す
る方法に関し、とくに従来から問題とされてきた
アクロレインまたはメタクロレインを含有する中
間生成ガスの「後反応」を未然に防止することに
よるアクリル酸またはメタクリル酸の工業的製造
方法を提供するものである。 プロピレン、イソブチレンまたはターシヤリー
ブタノールを空気または分子状酸素含有ガスを用
い、さらにこれに窒素、一酸化炭素、二酸化炭
素、水蒸気などの希釈剤を共存させて、アクリル
酸またはメタクリル酸〔以下(メタ)アクリル酸
とする〕を製造する方法として、一般には、プロ
ピレン、イソブチレンまたはターシヤリーブタノ
ールから主としてアクロレインまたはメタクロレ
イン〔以下(メタ)アクロレインとする〕を生成
せしめる触媒(いわゆる「前段触媒」)を充填し
た第1反応器と、(メタ)アクロレインを(メタ)
アクリル酸に酸化せしめる触媒(いわゆる「後段
触媒」を充填した第2反応器とを用い、第1反応
器出口ガスを直接または間接に急冷して、ついで
当該ガスをそのままあるいは酸素含有ガスを補給
して第2反応器へ供給する方法が採用されてき
た。これは通常の固定床式反応器の場合その構造
上反応器の出口管板と胴蓋との間が、胴蓋が半球
形状を有するため大容量の空間が存在し、この空
間部で生成ガスの滞留時間が長くなり、(メタ)
アクロレインの自動酸化反応などを含む「後反
応」が生起するため、これを抑止する必要がある
からである。 したがつてかかる「後反応」を防止する方策と
して、上記の急冷操作のほかにも前段触媒および
後段触媒をただ1基の反応器中に連続して充填す
る方法(たとえば英国特許第1256595号公報参照)
とか、前段反応器からの出口ガスを急冷するた
め、反応器出口に直結して多管式の熱交換器を設
置したり、あるいはさらにこの熱交換器の管側に
不活性物質を充填して冷却をより効果的に実施す
る方法(たとえば特開昭49−132007号、特公昭40
−28340号公報参照)などが提案されてきた。し
かし同一反応器内で前段後段2種の反応を効率よ
く行なうことは、同一反応温度に適合する前段触
媒および後段触媒を見出すことの困難であるこ
と、更にはプロピレン、イソブチレン、ターシヤ
リーブタノールの濃度があげられない欠点を有す
る。これらの濃度を上げる場合、反応性をよくす
るために酸素濃度をあげねばならず、そうすると
燃焼範囲域に入るおそれが生じ、操作上きわめて
危険なことになる。また上述のような熱交換器方
式での生成ガスの急冷方法は、いずれも設備的に
反応器を大型化せしめてしまい経費面で得策では
なく、また充填物やチユーブなどに高沸点副生成
物や重合物等の付着が起つた時に圧力損失の急増
という事態にもつながり十分にその有効性を維持
できない欠点を有する。別法として特開昭49−
54317号公報によればメタクロレインを製造する
場合、反応器出口の部分で水を生成ガスに噴霧す
る方法が提案されているが、この場合も、最終生
成物であるメタクリル酸の水溶液としての捕集に
おいてその濃度を低下させてしまうという不判を
伴なう。 一般にプロピレン、イソブチレンまたはターシ
ヤリーブタノールの気相接触酸化反応によつてえ
られる(メタ)アクロレイン含有ガスの後反応
(主として自動酸化あるいは重合反応)は、(メ
タ)アクロレインや酸素の濃度に依存し、また空
間部での滞留時間やガス温度さらに系内の圧力な
どにも大きく依存している。通常かかる因子を一
挙に取り除いて後反応を制することは困難なこと
である。たとえば、(メタ)クロレイン濃度を抑
えようとして原料濃度を下げれば(メタ)アクリ
ル酸の生産性は悪くなり、また酸素濃度を低くす
れば触媒の還元が進行して触媒寿命を短かくする
原因となる。一方滞留時間を短かくする方法やガ
ス温度を下げる方法については前述のように多数
提案されているがいずれも欠点を有する。 本発明者らは、これらの欠点を克服しうる方策
について検討し、本発明を完成するに至つたもの
である。すなわち、本発明は以下の如く特定され
るものである。 (1) プロピレン、イソブチレンまたはターシヤリ
ーブタノールを分子状酸素、共存下、多段触媒
的に気相酸化してアクリル酸またはメタクリル
酸を製造するプロセスにおいて、プロピレン、
イソブチレンまたはターシヤリーブタノールか
ら主としてアクロレインまたはメタクロレイン
を生成させるための触媒層に接して、アクロレ
インまたはメタクロレインを気相酸化して主と
してアクリル酸またはメタクリル酸を生成させ
るための触媒層を設けた第1反応器およびアク
ロレインまたはメタクロレインを気相酸化して
アクリル酸またはメタクリル酸を生成させるた
めの触媒層を設けた第2反応器とを用い、その
際第1反応器にてアクロレインまたはメタクロ
レインの一部を、第1反応器を出たガス中のア
クロレインまたはメタクロレインがアクリル酸
またはメタクリル酸に対してモル比で2.0以下
となるまで変換せしめ、さらに第1反応器を出
た反応生成ガスに新たに分子状酸素を導入し、
これを第2反応器に供給することを特徴とする
アクリル酸またはメタクリル酸の製造方法。 以下に本発明をさらに具体的に説明する。 プロピレン、イソブチレンまたはターシヤリー
ブタノールは分子状酸素含有ガス、たとえば空気
と混合され、水蒸気の存在下あるいは不存在下、
モリブデン酸化物を含む多元素触媒を用いて、接
触気相酸化されアクロレインまたはメタクロレイ
ンとなることは知られている。そしてアクリル酸
またはメタクリル酸を目的とする場合にはさらに
続けてモリブデンやバナジウムを含有する酸化触
媒を用いて接触気相酸化を遂行することが公知で
ある。これらの触媒を用いて本発明方法は遂行さ
れる。 上述の如く前段触媒および後段触媒を充填せし
めた第1反応器へ、その組成として出発物質のプ
ロピレン、イソブチレンまたはターシヤリーブタ
ノールが1〜15容量%、分子状酸素が1〜20容量
%および水蒸気が1〜30容量%ほかに窒素や炭素
ガスなどの不活性ガスを含む原料ガスを、反応温
度(反応器熱媒温度)200〜450℃、空間速度300
〜10000hr-1(STP)で供給して出発物質を90%以
上、とくに95〜100%反応せしめ、主として(メ
タ)アクロレインおよび(メタ)アクリル酸に変
換せしめる。第1反応器の後段触媒層において
(メタ)アクロレインは、35%以上、好ましくは
45%以上(メタ)アクリル酸に変換せしめられる
必要がある。前段触媒層においても(メタ)アク
リル酸が一部生成しているが、さらに(メタ)ア
クロレインが酸化されて(メタ)アクリル酸とな
つて第1反応器を出ねばならないからである。す
なわち、第1反応器出口ガス中の(メタ)アクロ
レインは(メタ)アクリル酸に対しモル比で2.0
以下、好ましくは1.5以下にまで第1反応器の後
段触媒層で変換されることにより、本発明の目的
が達成されるのである。 第1反応器において、前段触媒充填部と後段触
媒充填部とは、同一の熱媒体循環によるほぼ同一
温度に維持されて反応に供されることもできる
し、反応器の構造によつては50℃程度の温度差を
有する熱媒体循環を別々に行なつて反応に供する
こともできる。後者の場合好ましくは特開昭54−
19479号、同54−19480号公報に示されるような反
応器が用いられる。第1反応器に充填される後段
触媒は、この意味で前段触媒の反応条件にできる
だけ近い反応条件で活性を有するものが選ばれる
ことになる。 かくして、第1反応器を出た反応生成ガス中に
は(メタ)アクロレインおよび(メタ)アクリル
酸が主反応生物として含まれ、このガスは第2反
応器の反応条件に適するように温度コントロール
され、さらに分子状酸素含有ガスにより必要量の
酸素を混合され、また場合により水蒸気も添加さ
れて第2反応器へ供給される。第2反応器の反応
条件としては、供給される(メタ)アクロレイン
を、対応する(メタ)アクリル酸に変換しうる分
子状酸素が原料ガスに含有されるようにせしめら
れればよく、第1反応器への供給原料ガス中の分
子状酸素との合計で、供給されるプロピレン、イ
ソブチレンまたはターシヤリーブタノールに対し
1.5〜5.0モル倍、好ましくは1.8〜4.0モル倍とな
るような比率が維持されるとよい。反応温度(熱
媒温度)は200〜400℃、空間速度200〜10000ht-1
(STP)が採用される。第2反応器には、供給さ
れる(メタ)アクロレインが(メタ)アクリル酸
に変換するに十分な量の後段触媒が充填されてお
ればよく、第1反応器における後段触媒の分だけ
負荷が小さいため、反応器は小さくなることにな
る。またこの場合第2反応器の後段触媒は第1反
応器の後段触媒と必ずしも同じ組成のものである
必要はない。そして第2反応器への追加酸素含有
ガスは(メタ)アクロレインや(メタ)アクリル
酸が共存してもなんら差支えないものであること
は明らかである。 このように本発明による方法を採用することに
より、第1反応器の触媒層出口では(メタ)アク
ロレインおよび酸素の濃度が下がり大容量の空間
部での自動酸化等の後反応が生起しにくくなり、
従来第1反応器出口ガスでの異常反応を恐れる余
り、原料ガス濃度を上げることが危険視されてい
たのに反し、自由に高濃度にすることが可能にな
り、第1反応器での生産性(単位触媒に対する原
料負荷)の増大を計れる有利さが与えられ、安全
にかつ高得率での工業的生産が可能となつた。 実施例 1 第1反応器として特開昭54−19479号公報明細
書で開示したような構造の反応器を用いた。すな
わち、これは長さ6メートル、内径25.0ミリメー
トル、外径29.0ミリメートルのステンレス製反応
管を24本有する竪型の多管式反応器であり、遮蔽
板がほぼ中央の高さに水平に設けられ、遮蔽板を
貫く反応管壁と遮蔽板との間隔がほぼ0.6ミリメ
ートルルに調節された構造を有するもので、熱媒
として溶融塩(硝酸カリウムと亜硝酸ナトリウム
との混合物)をシエル側に流し、2つの仕切られ
た部分をそれぞれポンプで循環させながらそれぞ
れ温度を一定に維持せしめたものである。前段触
媒として特公昭47−42241号公報明細書で開示し
た実施例15の方法に従つて調製したものを用い
た。この触媒組成は、酸素を除く元素が Co4Fe1Bi1W3Mo9Na0.1Si1.35 で表わされる原子比のものである。後段触媒とし
ては特公昭57−297号公報明細書で開示した実施
例1の方法に従つて調製されたものを用いた。こ
の触媒組成は、酸素を除く元素が Cu0.3K1.0P2.0V1Mo12 で表わされる原子比のものである。 まず、後段触媒を反応管1本当り1230c.c.づつ反
応管の下段に充填し層高2500ミリメートルとし、
その上に5mmφの球形アランダム250c.c.を充填し
その上端が丁度遮蔽板と同一平面となるようにし
た。更にその上に前段触媒1400c.c.を充填しその楔
填層高を2860ミリメートルとした。 第2反応器は、第1反応器において遮蔽板を設
けない構造のものを用い、反応管1本当り後段触
媒1230c.c.を充填層高2500ミリメートルとなるよう
に楔填して用いた。第2反応器の入口には、分子
状酸素供給口を設け分散板を介して均一に混合さ
れるように工夫した。 反応条としては、熱媒温度として第1反応器の
前段触媒充填部を340℃、後段触媒充填部を295
℃、第2反応器を300℃となるよう調節し、ここ
でガス組成として、イソブチレン5.0容量%、酸
素13.5容量%、窒素66.0容量%、水蒸気15.0容量
%その他はイソブチレン、n−ブタン、プロパ
ン、炭酸ガスなど不活性ガスよりなる原料ガスを
第1反応器の前段触媒における空間速度
1000Hr-1(STP)で導入して反応に供した。第2
反応器入口から新たに導入される分子状酸素含有
ガスは、空気を用い、出発イソブチレンに対し分
子状酸素がモル比2.92(酸素/イソブチレン))と
なるように追加せしめられた。反応開始10日後に
おける第2反応器入口ガス組成および第2反応器
出口でのメタクリル酸の単流収率は第1表に示す
とおりであり、第2反応器入口ガス組成中の一酸
化炭素量が低水準にあることから、自動酸化反応
と見られる「後反応」の現象はほとんど認められ
なかつた。 比較例 1 実施例1において用いた第2反応器と同じ構造
になる反応器を2つ用い、第1反応器には実施例
1で用いたのと同じ前段触媒を反応管1本当り
1400c.c.を充填し、第2反応器には実施例1で用い
たのと同じ後段触媒を反応管1本当り2460c.c.を充
填して用いた。反応温度として第1反応器の熱媒
を340℃、第2反応器の熱媒を300℃に調製し、実
施例1で用いたのと同じ組成の原料ガスを供給せ
しめた。なお、第2反応器入口から、実施例1に
おける同様に空気を同量混合供給した。反応を開
始して10日後における第2反応器入口(空気を供
給混合後)のガス組成および第2反応器出口での
メタクリル酸の単流収率(対イソブチレン、モル
%)を第1表に示す。 第1反応器出口ガス中の酸素濃度およびメタク
ロレイン濃度が高いため、第2反応器入口ガスの
一酸化炭素濃度は高く、明らかに後反応の生起し
ていることが認められた。
The present invention relates to a method for producing acrylic acid or methacrylic acid by catalytic gas phase oxidation of propylene, isobutylene or tertiary-butanol with molecular oxygen. Specifically, the present invention relates to a method for producing acrylic acid or methacrylic acid safely and in a high space-time yield by carrying out the above-mentioned catalytic gas phase oxidation reaction in multiple stages. The object of the present invention is to provide an industrial method for producing acrylic acid or methacrylic acid by preventing "post-reaction" of the intermediate gases contained therein. Acrylic acid or methacrylic acid [hereinafter referred to as (meth) In general, the method for producing acrylic acid is carried out by filling a catalyst (so-called "pre-stage catalyst") that mainly produces acrolein or methacrolein (hereinafter referred to as (meth)acrolein) from propylene, isobutylene or tertiary-butanol. The first reactor and (meth)acrolein (meth)
Using a second reactor filled with a catalyst (so-called "post-catalyst") for oxidizing acrylic acid, the gas at the outlet of the first reactor is directly or indirectly quenched, and then the gas is directly or supplemented with an oxygen-containing gas. A method has been adopted in which a conventional fixed bed reactor has a hemispherical shape between the outlet tube plate of the reactor and the shell lid. Therefore, a large volume of space exists, and the residence time of the generated gas increases in this space, resulting in (meta)
This is because "post-reactions" including autoxidation reactions of acrolein occur, and it is necessary to suppress these. Therefore, as a measure to prevent such "after-reaction", in addition to the above-mentioned quenching operation, there is a method of continuously charging the first stage catalyst and the second stage catalyst into a single reactor (for example, British Patent No. 1256595 discloses reference)
In order to rapidly cool the outlet gas from the front reactor, a multi-tubular heat exchanger is installed directly connected to the reactor outlet, or the tube side of this heat exchanger is filled with an inert material. Methods for more effective cooling (for example, JP-A No. 49-132007, JP-A No. 40
-28340) have been proposed. However, in order to efficiently perform two types of reactions in the first and second stages in the same reactor, it is difficult to find a first stage catalyst and a second stage catalyst that are compatible with the same reaction temperature, and the concentration of propylene, isobutylene, and tertiary-butanol is difficult. It has disadvantages that cannot be mentioned. If these concentrations are increased, the oxygen concentration must be increased in order to improve the reactivity, which may result in entering the flammable range, which is extremely dangerous in terms of operation. In addition, the above-mentioned heat exchanger method for rapidly cooling the produced gas requires the reactor to be large in size, which is not a good idea in terms of cost. It has the disadvantage that when adhesion of polymers, etc. occurs, the pressure loss rapidly increases, and its effectiveness cannot be maintained sufficiently. As an alternative method, JP-A-49-
According to Publication No. 54317, when producing methacrolein, a method is proposed in which water is sprayed onto the produced gas at the outlet of the reactor, but in this case as well, the final product, methacrylic acid, is captured as an aqueous solution. This is accompanied by the disrepute of lowering its concentration in the collection. Generally, the post-reaction (mainly autoxidation or polymerization reaction) of (meth)acrolein-containing gas obtained by gas phase catalytic oxidation reaction of propylene, isobutylene or tertiary-butanol depends on the concentration of (meth)acrolein and oxygen. It also depends greatly on the residence time in the space, the gas temperature, and the pressure within the system. Normally, it is difficult to suppress the after-reaction by removing such factors all at once. For example, if the raw material concentration is lowered in an attempt to suppress the (meth)chlorein concentration, the productivity of (meth)acrylic acid will deteriorate, and if the oxygen concentration is lowered, catalyst reduction will proceed and shorten the catalyst life. Become. On the other hand, as mentioned above, many methods have been proposed for shortening the residence time and lowering the gas temperature, but all of them have drawbacks. The present inventors have studied ways to overcome these drawbacks and have completed the present invention. That is, the present invention is specified as follows. (1) In the process of producing acrylic acid or methacrylic acid by oxidizing propylene, isobutylene or tertiary-butanol in a multi-stage catalytic manner in the gas phase in the presence of molecular oxygen, propylene,
A first catalyst layer provided in contact with a catalyst layer for mainly producing acrolein or methacrolein from isobutylene or tertiary-butanol and for producing mainly acrylic acid or methacrylic acid through gas phase oxidation of acrolein or methacrolein. A reactor and a second reactor provided with a catalyst layer for gas-phase oxidation of acrolein or methacrolein to produce acrylic acid or methacrylic acid, in which one of the acrolein or methacrolein is oxidized in the first reactor. % of acrolein or methacrolein in the gas exiting the first reactor is converted to a molar ratio of 2.0 or less to acrylic acid or methacrylic acid, and further added to the reaction product gas exiting the first reactor. Introducing molecular oxygen into
A method for producing acrylic acid or methacrylic acid, which comprises supplying this to a second reactor. The present invention will be explained in more detail below. Propylene, isobutylene or tert-butanol is mixed with a molecular oxygen-containing gas, e.g. air, in the presence or absence of water vapor,
It is known that acrolein or methacrolein can be oxidized in a catalytic gas phase using a multi-element catalyst containing molybdenum oxide. When the target is acrylic acid or methacrylic acid, it is known to further carry out catalytic gas phase oxidation using an oxidation catalyst containing molybdenum or vanadium. The process of the invention is carried out using these catalysts. The first reactor filled with the first stage catalyst and second stage catalyst as described above has a composition of 1 to 15 volume % of the starting materials propylene, isobutylene or tert-butanol, 1 to 20 volume % of molecular oxygen, and water vapor. The raw material gas containing 1 to 30% by volume and inert gases such as nitrogen and carbon gas is heated at a reaction temperature (reactor heating medium temperature) of 200 to 450℃ and a space velocity of 300℃.
~10000 hr -1 (STP) to react more than 90%, especially 95-100% of the starting materials, converting them mainly into (meth)acrolein and (meth)acrylic acid. The content of (meth)acrolein in the latter stage catalyst layer of the first reactor is 35% or more, preferably
It is necessary to convert more than 45% to (meth)acrylic acid. This is because (meth)acrylic acid is partially produced in the front catalyst layer, but (meth)acrolein is further oxidized and becomes (meth)acrylic acid, which must exit the first reactor. That is, the molar ratio of (meth)acrolein in the first reactor outlet gas to (meth)acrylic acid is 2.0.
Hereinafter, the object of the present invention is achieved by converting it to preferably 1.5 or less in the latter catalyst layer of the first reactor. In the first reactor, the first stage catalyst packed part and the second stage catalyst packed part can be maintained at almost the same temperature by the same heat medium circulation and subjected to the reaction, or depending on the structure of the reactor, It is also possible to carry out the reaction by separately circulating the heating medium with a temperature difference of about 0.degree. In the latter case, preferably JP-A-54-
Reactors such as those shown in Publications No. 19479 and No. 54-19480 are used. In this sense, the second-stage catalyst to be filled in the first reactor is selected to have activity under reaction conditions as close as possible to the reaction conditions of the first-stage catalyst. Thus, the reaction product gas leaving the first reactor contains (meth)acrolein and (meth)acrylic acid as the main reaction products, and this gas is temperature-controlled to suit the reaction conditions of the second reactor. The required amount of oxygen is further mixed with a molecular oxygen-containing gas, and water vapor is also added if necessary, and the mixture is supplied to the second reactor. The reaction conditions for the second reactor are such that the raw material gas contains molecular oxygen capable of converting the supplied (meth)acrolein into the corresponding (meth)acrylic acid; The sum of the molecular oxygen in the feed gas to the reactor, relative to the supplied propylene, isobutylene or t-butanol.
A ratio of 1.5 to 5.0 moles, preferably 1.8 to 4.0 moles, is preferably maintained. Reaction temperature (heating medium temperature) is 200 to 400℃, space velocity 200 to 10000ht -1
(STP) was adopted. The second reactor only needs to be filled with a sufficient amount of post-catalyst to convert the supplied (meth)acrolein into (meth)acrylic acid, and the load is equal to the post-catalyst in the first reactor. Because of its small size, the reactor will be small. Further, in this case, the downstream catalyst of the second reactor does not necessarily have to have the same composition as the downstream catalyst of the first reactor. It is clear that there is no problem even if (meth)acrolein or (meth)acrylic acid coexists in the additional oxygen-containing gas to the second reactor. By employing the method according to the present invention, the concentration of (meth)acrolein and oxygen decreases at the outlet of the catalyst layer of the first reactor, making it difficult for post-reactions such as autooxidation to occur in the large volume space. ,
In the past, it was considered dangerous to increase the raw material gas concentration due to fear of abnormal reactions at the outlet gas of the first reactor, but now it is possible to increase the concentration freely, and production in the first reactor is now possible. This gave the advantage of being able to increase the performance (load of raw materials per unit catalyst), and enabled industrial production to be carried out safely and at high yields. Example 1 As the first reactor, a reactor having a structure as disclosed in JP-A-54-19479 was used. In other words, this is a vertical multitubular reactor that has 24 stainless steel reaction tubes with a length of 6 meters, an inner diameter of 25.0 mm, and an outer diameter of 29.0 mm, with a shield plate installed horizontally at approximately the center height. , has a structure in which the distance between the reaction tube wall penetrating the shield plate and the shield plate is adjusted to approximately 0.6 millimeters, and molten salt (a mixture of potassium nitrate and sodium nitrite) is flowed to the shell side as a heating medium. The two partitioned sections are circulated by pumps to maintain a constant temperature in each section. As the first-stage catalyst, one prepared according to the method of Example 15 disclosed in Japanese Patent Publication No. 47-42241 was used. This catalyst composition has an atomic ratio of elements other than oxygen expressed as Co 4 Fe 1 Bi 1 W 3 Mo 9 Na 0.1 Si 1.35 . The second-stage catalyst used was one prepared according to the method of Example 1 disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-297. This catalyst composition has an atomic ratio of elements other than oxygen expressed as Cu 0.3 K 1.0 P 2.0 V 1 Mo 12 . First, the latter stage catalyst was filled in the lower stage of the reaction tube at a rate of 1230 c.c. per reaction tube, and the bed height was set to 2500 mm.
A spherical Alundum 250 c.c. with a diameter of 5 mm was filled on top of it so that its upper end was exactly on the same plane as the shielding plate. Furthermore, 1,400 c.c. of pre-stage catalyst was packed on top of it, and the height of the wedge-packed bed was set to 2,860 mm. The second reactor had a structure in which no shielding plate was provided in the first reactor, and 1230 c.c. of the latter stage catalyst was wedged into each reaction tube so that the height of the packed bed was 2500 mm. A molecular oxygen supply port was provided at the inlet of the second reactor to ensure uniform mixing via a dispersion plate. As for the reaction conditions, the heating medium temperature was 340°C in the first stage catalyst packed part of the first reactor and 295°C in the second stage catalyst packed part.
℃, and the second reactor was adjusted to 300℃, where the gas composition was 5.0% by volume of isobutylene, 13.5% by volume of oxygen, 66.0% by volume of nitrogen, 15.0% by volume of water vapor, and the others were isobutylene, n-butane, propane, The space velocity of the raw material gas consisting of inert gas such as carbon dioxide at the front stage catalyst of the first reactor is
It was introduced at 1000 Hr -1 (STP) and subjected to reaction. Second
The molecular oxygen-containing gas newly introduced from the reactor inlet was added using air so that the molar ratio of molecular oxygen to the starting isobutylene was 2.92 (oxygen/isobutylene). The gas composition at the inlet of the second reactor and the single flow yield of methacrylic acid at the outlet of the second reactor 10 days after the start of the reaction are shown in Table 1, and the amount of carbon monoxide in the gas composition at the inlet of the second reactor. Because of the low level of ``post-reaction'' that can be seen as an autoxidation reaction, almost no phenomenon was observed. Comparative Example 1 Two reactors having the same structure as the second reactor used in Example 1 were used, and the same pre-catalyst as used in Example 1 was used in the first reactor per reaction tube.
The second reactor was filled with 2460 c.c. of the same post-stage catalyst as used in Example 1, and one reaction tube was filled with 2460 c.c. The reaction temperature was adjusted to 340° C. for the heat medium in the first reactor and 300° C. for the heat medium in the second reactor, and a raw material gas having the same composition as used in Example 1 was supplied. Note that air was mixed and supplied in the same amount as in Example 1 from the inlet of the second reactor. Table 1 shows the gas composition at the inlet of the second reactor (after air is supplied and mixed) and the single flow yield of methacrylic acid (relative to isobutylene, mol%) at the outlet of the second reactor 10 days after starting the reaction. show. Since the oxygen concentration and methacrolein concentration in the first reactor outlet gas were high, the carbon monoxide concentration in the second reactor inlet gas was high, and it was clearly observed that a post-reaction was occurring.

【表】 実施例 2 実施例1で用いたのと同じ第1反応器および第
2反応器を用いてプロピレンからアクリル酸を製
造した。 プロピレンから主としてアクロレインを製造す
る前段触媒は特公昭47−42813号公報明細書で開
示した実施例1の方法に従つて調製したものを用
いた。この触媒組成は酸素を除く元素が Co4Fe1Bi1W2Mo10K0.06Si1.35 で表わされる原子比のものである。アクロレイン
から主としてアクリル酸を製造する後段触媒は、
特公昭49−11371号公報明細書で開示した実施例
1の方法に従つて調製したものを用いた。この触
媒組成は酸素を除く元素が Mo12V4.6Cu2.2Cr0.6W2.4 で表わされる原子比のものである。 まず、第1反応器において、後段触媒を反応管
1本当り735c.c.づつ反応管の下段に充填し層高を
1500ミリメートルとし、その上に5mmφの球形ア
ランダム740c.c.を充填し、その上端が遮蔽板と同
一平面となるようにした。そしてその上に前段触
媒1470c.c.を充填しその層高を3000ミリメートルと
した。ついで第2反応器に後段触媒を反応管1本
当り735c.c.づつ充填し層高1500ミリメートルとな
るようにした。また第2反応器入口部には新たに
分子状酸素(空気)の導入口を設け分散板により
均一に混合されるように工夫した。反応条として
は熱媒温度として第1反応器の前段触媒充填部を
310℃、後段触媒充填部を240℃、第2反応器を
240℃になるよう調節し、ここへガス組成として、
プロピレン10容量%、酸素15容量%、窒素64.5容
量%、水蒸気10容量%、その他はプロパン、炭酸
ガスなどの不活性ガスよりなる原料ガスを第1反
応器前段触媒における空間速度1500Hr-1(STP)
で導入して反応に供した。第2反応器入口から新
たに導入される空気は、出発プロピレンに対し分
子状酸素がモル比1.80(酸素/プロピレン)とな
るように追加せしめられた。 反応を開始して10日後における第2反応器入口
(空気供給後)のガス組成および第2反応器出口
でのアクリル酸の単流収率(対プロピレン、モル
%)を第2表に示す。同表第2反応器入口ガス中
の一酸化炭素濃度から判断して自動酸化反応と見
られる「後反応」の生起は殆ど認められない。 比較例 2 実施例2において用いた第2反応器と同じ構造
になる反応器を2つ用い、第1反応器には実施例
2で用いたのと同じ前段触媒を反応管1本当り
1470c.c.を充填し、第2反応器には実施例2で用い
たのと同じ後段触媒を反応管1本当り1470c.c.を充
填して用いた。反応温度として第1反応器の熱媒
を310℃、第2反応器の熱媒を255℃に調整し、実
施例2で用いたのと同じ組成の原料ガスを供給せ
しめた。なお、第2反応器入口から、実施例2に
おけると同様に空気を同量混合供給した。反応を
開始して10日後における第2反応器入口(空気を
供給混合後)のガス組成および第2反応器出口で
のアクリル酸の単流収率(対プロピレン、モル
%)を第2表に示す。 第1反応器出口ガス中の酸素濃度およびアクロレ
イン濃度が高いため、第2反応器入口ガスの一酸
化炭素濃度は高く明らかに後反応の生起している
ことが認められた。
[Table] Example 2 Acrylic acid was produced from propylene using the same first reactor and second reactor as used in Example 1. The first stage catalyst for producing mainly acrolein from propylene was prepared according to the method of Example 1 disclosed in Japanese Patent Publication No. 47-42813. This catalyst composition has an atomic ratio of elements other than oxygen expressed as Co 4 Fe 1 Bi 1 W 2 Mo 10 K 0.06 Si 1.35 . The latter stage catalyst mainly produces acrylic acid from acrolein.
A product prepared according to the method of Example 1 disclosed in Japanese Patent Publication No. 49-11371 was used. This catalyst composition has an atomic ratio of elements other than oxygen expressed as Mo 12 V 4.6 Cu 2.2 Cr 0.6 W 2.4 . First, in the first reactor, the latter stage catalyst was packed in the lower stage of the reaction tube at a rate of 735 c.c. per reaction tube, and the bed height was adjusted.
1,500 mm, and 740 c.c. of spherical alundum with a diameter of 5 mm was filled on top of it so that its upper end was flush with the shielding plate. Then, 1470 c.c. of pre-stage catalyst was filled on top of it, and the bed height was set to 3000 mm. Next, the second reactor was filled with the second stage catalyst at a rate of 735 c.c. per reaction tube so that the bed height was 1500 mm. In addition, a new inlet for molecular oxygen (air) was provided at the inlet of the second reactor to ensure uniform mixing using a dispersion plate. As a reaction condition, the heating medium temperature was set at the first stage catalyst packed part of the first reactor.
310℃, 240℃ in the latter stage catalyst filling section, and 2nd reactor.
Adjust the temperature to 240℃ and add the gas composition here.
A raw material gas consisting of 10% by volume of propylene, 15% by volume of oxygen, 64.5% by volume of nitrogen, 10% by volume of water vapor, and other inert gases such as propane and carbon dioxide is fed to the first reactor at a space velocity of 1500Hr -1 (STP). )
was introduced and subjected to the reaction. Fresh air introduced from the second reactor inlet added molecular oxygen to the starting propylene at a molar ratio of 1.80 (oxygen/propylene). Table 2 shows the gas composition at the inlet of the second reactor (after air supply) and the single flow yield of acrylic acid (relative to propylene, mol %) at the outlet of the second reactor 10 days after the start of the reaction. Judging from the carbon monoxide concentration in the gas at the inlet of the second reactor in the same table, almost no "post-reaction" that is considered to be an autoxidation reaction is observed. Comparative Example 2 Two reactors having the same structure as the second reactor used in Example 2 were used, and the same pre-catalyst as used in Example 2 was used in the first reactor per reaction tube.
1470 c.c. was used in the second reactor, and the same latter-stage catalyst as used in Example 2 was used in a reaction tube filled with 1470 c.c. per reaction tube. The reaction temperature was adjusted to 310°C for the heat medium in the first reactor and 255°C for the heat medium in the second reactor, and a raw material gas having the same composition as used in Example 2 was supplied. Note that air was mixed and supplied in the same amount as in Example 2 from the second reactor inlet. Table 2 shows the gas composition at the inlet of the second reactor (after supplying and mixing air) and the single flow yield of acrylic acid (relative to propylene, mol%) at the outlet of the second reactor 10 days after starting the reaction. show. Since the oxygen concentration and acrolein concentration in the first reactor outlet gas were high, the carbon monoxide concentration in the second reactor inlet gas was high, and it was observed that post-reactions were clearly occurring.

【表】 実施例 3 実施例1においてイソブチレン濃度7容量%、
酸素濃度16.0容量%、水蒸気濃度15容量%、窒素
61.5容量%とした。更に第1反応器の前段触媒充
填部を350℃、後段触媒充填部300℃、第2反応器
の触媒充填部300℃とした以外は実施例1と同様
の反応を行つた。反応を開始して10日後における
第2反応器入口(空気を供給混合後の)ガス組成
および第2反応器出口でのメタクリル酸単流収率
(対イソブチレン、モル%)を第3表に示す。表
から明らかなようにイソブチレン濃度が高くなつ
ても第2反応器入口での自動酸化による一酸化炭
素濃度の異常増加は殆ど認められなかつた。 比較例 3 比較例1と同様な反応形式とし、第1反応器入
口での反応ガス組成は実施例3と同様とし、第1
反応器の反応温度350℃、第2反応器の反応温度
は300℃とした。又、第2反応器入口での追加空
気は第1反応器入口での酸素とイソブチレンのモ
ル比が2.92となるようにし、これも実施例3と同
様になるようにした。反応開始して10日後におけ
る第2反応器入口(空気供給して混合後)のガス
組成および第2反応器出口でのメタクリル酸の単
流収率(対イソブチレン、モル%)を第3表に示
した。 第1反応器出口ガス中の酸素およびメタクロレ
イン濃度が高いため、第2反応器入口での一酸化
炭素濃度が高くなつており明らかに後反応の生起
していることが認められた。
[Table] Example 3 In Example 1, the isobutylene concentration was 7% by volume,
Oxygen concentration 16.0% by volume, water vapor concentration 15% by volume, nitrogen
It was set as 61.5% by volume. Furthermore, the same reaction as in Example 1 was carried out except that the temperature was set at 350° C. in the first stage catalyst-filled part of the first reactor, 300°C in the second stage catalyst-filled part, and 300°C in the second stage catalyst-filled part. Table 3 shows the gas composition at the inlet of the second reactor (after air was supplied and mixed) and the single flow yield of methacrylic acid (relative to isobutylene, mol %) at the outlet of the second reactor 10 days after starting the reaction. . As is clear from the table, even when the isobutylene concentration increased, almost no abnormal increase in the carbon monoxide concentration due to autoxidation at the inlet of the second reactor was observed. Comparative Example 3 The reaction format was the same as in Comparative Example 1, the reaction gas composition at the inlet of the first reactor was the same as in Example 3, and the first
The reaction temperature of the reactor was 350°C, and the reaction temperature of the second reactor was 300°C. Further, the additional air at the inlet of the second reactor was adjusted so that the molar ratio of oxygen to isobutylene at the inlet of the first reactor was 2.92, which was also the same as in Example 3. Table 3 shows the gas composition at the inlet of the second reactor (after air supply and mixing) and the single flow yield of methacrylic acid (relative to isobutylene, mol%) at the outlet of the second reactor 10 days after the start of the reaction. Indicated. Since the concentration of oxygen and methacrolein in the gas at the outlet of the first reactor was high, the concentration of carbon monoxide at the inlet of the second reactor was high, and it was clearly observed that a post-reaction was occurring.

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 プロピレン、イソブチレンまたはターシヤリ
ーブタノールを分子状酸素、共存下、多段触媒的
に気相酸化してアクリル酸またはメタクリル酸を
製造するプロセスにおいて、プロピレン、イソブ
チレンまたはターシヤリーブタノールから主とし
てアクロレインまたはメタクロレインを生成させ
るための触媒層に接して、アクロレインまたはメ
タクロレインを気相酸化して主としてアクリル酸
またはメタクリル酸を生成させるための触媒層を
設けた第1反応器およびアクロレインまたはメタ
クロレインを気相酸化してアクリル酸またはメタ
クリル酸を生成させるための触媒層を設けた第2
反応器とを用い、その際第1反応器にてアクロレ
インまたはメタクロレインの一部を、第1反応器
を出たガス中のアクロレインまたはメタクロレイ
ンがアクリル酸またはメタクリル酸に対しモル比
で2.0以下となるまで変換せしめ、さらに第1反
応器を出た反応生成ガスに新たに分子状酸素を導
入し、これを第2反応器に供給することを特徴と
するアクリル酸またはメタクリル酸の製造方法。
1 In the process of producing acrylic acid or methacrylic acid by oxidizing propylene, isobutylene or tertiary-butanol in a multi-stage catalytic gas phase in the presence of molecular oxygen, acrolein or methacrolein is mainly produced from propylene, isobutylene or tertiary-butanol. A first reactor provided with a catalyst layer for producing mainly acrylic acid or methacrylic acid by oxidizing acrolein or methacrolein in a vapor phase in contact with a catalyst layer for producing acrylic acid or methacrylic acid; a second catalyst layer provided with a catalyst layer for producing acrylic acid or methacrylic acid;
At this time, a part of acrolein or methacrolein is added in the first reactor so that the molar ratio of acrolein or methacrolein in the gas exiting the first reactor to acrylic acid or methacrylic acid is 2.0 or less. A method for producing acrylic acid or methacrylic acid, which comprises converting the acrylic acid or methacrylic acid until the reaction product gas leaves the first reactor, and then newly introducing molecular oxygen into the reaction product gas leaving the first reactor, and supplying this to the second reactor.
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