JP7421288B2 - Quench tower and gas cooling method - Google Patents
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Description
本発明は、冷却されることによって固形成分を析出する不純物が含有された被冷却ガスを冷却するために好適なクエンチ塔およびガスの冷却方法に関する。 The present invention relates to a quench tower and a gas cooling method suitable for cooling a gas to be cooled that contains impurities that precipitate solid components when cooled.
従来、1,3-ブタジエン(以下、単に「ブタジエン」ともいう。)を製造する方法としては、ナフサのクラッキングにより得られた炭素数4の留分(以下、「C4留分」ともいう。)からブタジエン以外の成分を蒸留によって分離する方法が採用されている。
ブタジエンは合成ゴムなどの原料として需要が増加しているが、エチレンの製法がナフサのクラッキングによる方法からエタンの熱分解による方法に移行している等の事情により、C4留分の供給量が減少しており、C4留分を原料としないブタジエンの製造が求められている。
Conventionally, the method for producing 1,3-butadiene (hereinafter also simply referred to as "butadiene") is to use a fraction having 4 carbon atoms (hereinafter also referred to as "C4 fraction") obtained by cracking naphtha. A method has been adopted in which components other than butadiene are separated from the oil by distillation.
Demand for butadiene is increasing as a raw material for synthetic rubber, etc., but the supply of C4 fraction is decreasing due to factors such as the shift in the ethylene manufacturing method from cracking naphtha to thermal decomposition of ethane. Therefore, there is a need for the production of butadiene that does not use C4 fraction as a raw material.
そこで、ブタジエンの製造方法として、n-ブテンを酸化脱水素させて得られる生成ガスからブタジエンを分離して得る方法が注目されている(例えば特許文献1乃至特許文献4参照。)。この製造方法は、n-ブテンと、分子状酸素を含有する分子状酸素含有ガス(具体的には、例えば空気)とを含む原料ガスを、酸化脱水素反応させる酸化脱水素反応工程と、この工程によって得られた生成ガスを冷却する冷却工程と、この工程によって冷却された生成ガスからブタジエンを分離する生成ガス分離工程とを有する。 Therefore, as a method for producing butadiene, a method of separating butadiene from a generated gas obtained by oxidative dehydrogenation of n-butene is attracting attention (see, for example, Patent Documents 1 to 4). This production method includes an oxidative dehydrogenation reaction step in which a raw material gas containing n-butene and a molecular oxygen-containing gas (specifically, for example, air) is subjected to an oxidative dehydrogenation reaction; The method includes a cooling step for cooling the product gas obtained in the step, and a product gas separation step for separating butadiene from the product gas cooled by this step.
しかしながら、上記のブタジエンの製造方法においては、アセトアルデヒド、メチルビニルケトン等のカルボニル化合物や、カルボン酸等の有機酸類などの反応副生成物が発生する。このような反応副生成物は、例えば冷却工程において生成ガスが急冷されることにより析出し、用いられるクエンチ塔内における固体充填物に固形成分が付着する。この固形成分の付着量が経時的に多くなると、クエンチ塔内に差圧が生じることにより、冷却工程の続行が不能となる。このため、クエンチ塔を分解して付着した固形成分を除去することが必要となり、従って、生成ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することが困難である。 However, in the above method for producing butadiene, reaction by-products such as carbonyl compounds such as acetaldehyde and methyl vinyl ketone, and organic acids such as carboxylic acids are generated. Such reaction by-products are precipitated, for example, when the generated gas is rapidly cooled in the cooling process, and solid components adhere to the solid packing in the quench tower used. When the amount of solid components attached increases over time, a pressure difference occurs within the quench tower, making it impossible to continue the cooling process. For this reason, it is necessary to disassemble the quench tower to remove the attached solid components, and it is therefore difficult to cool the produced gas stably over a long period of time.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、冷却によって析出する固形成分が固体充填物に多量に付着することを防止または抑制することができ、被冷却ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することができるクエンチ塔を提供することにある。
本発明の他の目的は、被冷却ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することができるガス冷却方法を提供することにある。
The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and its purpose is to prevent or suppress a large amount of solid components precipitated by cooling from adhering to the solid packing, and to prevent or reduce the amount of gas to be cooled. The object of the present invention is to provide a quench tower that can stably perform cooling over a long period of time.
Another object of the present invention is to provide a gas cooling method that can stably cool a gas to be cooled over a long period of time.
本発明のクエンチ塔は、内部に気液接触用部材を備え、塔下部より供給される被冷却ガスが、塔上部より供給される冷却水によって冷却されるクエンチ塔において、
前記被冷却ガスは、冷却されることによって前記気液接触用部材に付着する固形成分を析出するものであり、
前記気液接触用部材に洗浄水を供給する洗浄機構を有し、
前記洗浄機構は、最下段の前記気液接触用部材に対して洗浄水を噴射によって供給する噴射ヘッドを有し、
前記洗浄機構における前記洗浄水の供給量は、861~1076L/minであることを特徴とする。
The quench tower of the present invention is equipped with a gas-liquid contacting member inside, and the quench tower in which the gas to be cooled supplied from the lower part of the tower is cooled by the cooling water supplied from the upper part of the tower,
The cooled gas precipitates solid components that adhere to the gas-liquid contacting member by being cooled,
a cleaning mechanism that supplies cleaning water to the gas-liquid contact member;
The cleaning mechanism includes a jetting head that sprays cleaning water to the gas-liquid contacting member at the lowest stage,
A supply amount of the cleaning water in the cleaning mechanism is 861 to 1076 L/min.
本発明のクエンチ塔においては、塔内に前記気液接触用部材の複数が互いに空間を介して上下に重なるよう配設されており、前記洗浄機構が、最下段の気液接触用部材にその上方から洗浄水を供給するものであることが好ましい。 In the quench tower of the present invention, a plurality of the gas-liquid contacting members are disposed in the tower so as to overlap each other vertically with a space therebetween, and the cleaning mechanism is attached to the lowest gas-liquid contacting member. It is preferable that the washing water is supplied from above.
また、本発明のクエンチ塔においては、前記洗浄機構が、前記気液接触用部材に対して洗浄水を噴射する噴射ヘッドを有することが好ましい。 Moreover, in the quench tower of the present invention, it is preferable that the cleaning mechanism has a jetting head that jets cleaning water to the gas-liquid contacting member.
また、本発明のクエンチ塔においては、前記洗浄機構が、指定されたときに駆動されることが好ましい。 Moreover, in the quench tower of the present invention, it is preferable that the cleaning mechanism is driven when specified.
本発明のガス冷却方法は、気液接触用部材を備えるクエンチ塔において、塔下部より供給される被冷却ガスを、塔上部より供給される冷却水によって冷却するガス冷却方法であって、
前記被冷却ガスは、冷却されることによって前記気液接触用部材に付着する固形成分を析出するものであり、
最下段の前記気液接触用部材に対して洗浄水を噴射によって供給し、
前記気液接触用部材に洗浄水を861~1076L/minの供給量で供給することを特徴とする。
The gas cooling method of the present invention is a gas cooling method in which a gas to be cooled supplied from the lower part of the tower is cooled by cooling water supplied from the upper part of the tower in a quench tower equipped with a gas-liquid contact member, the method comprising:
The cooled gas precipitates solid components that adhere to the gas-liquid contact member by being cooled,
Supplying cleaning water by jet to the gas-liquid contacting member at the lowest stage,
The cleaning water is supplied to the gas-liquid contacting member at a supply rate of 861 to 1076 L/min.
本発明のガス冷却方法においては、前記気液接触用部材に対して洗浄水を噴霧することによって供給することが好ましい。 In the gas cooling method of the present invention, it is preferable to supply cleaning water by spraying it onto the gas-liquid contacting member.
本発明のクエンチ塔によれば、気液接触用部材に洗浄水を供給する洗浄機構を有するため、冷却によって析出する固形成分が気液接触用部材に多量に付着することを防止または抑制することができ、従って、被冷却ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することができる。
本発明のガス冷却方法によれば、気液接触用部材に洗浄水を供給するため、冷却によって析出する固形成分が気液接触用部材に多量に付着することが防止または抑制され、その結果、被冷却ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することができる。
According to the quench tower of the present invention, since it has a cleaning mechanism that supplies cleaning water to the gas-liquid contact member, it is possible to prevent or suppress a large amount of solid components precipitated by cooling from adhering to the gas-liquid contact member. Therefore, the gas to be cooled can be stably cooled over a long period of time.
According to the gas cooling method of the present invention, since cleaning water is supplied to the gas-liquid contact member, it is prevented or suppressed that a large amount of solid components precipitated by cooling adheres to the gas-liquid contact member, and as a result, The gas to be cooled can be stably cooled over a long period of time.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
[クエンチ塔およびガス冷却方法]
図1は、本発明のクエンチ塔の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
このクエンチ塔2は、被冷却ガスに冷却水を向流接触させることによって、当該被冷却ガスを急冷する構成のものであって、上下方向に伸びる、両端が閉塞された円筒状の塔本体20を有する。
[Quenching tower and gas cooling method]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view schematically showing the configuration of an example of the quench tower of the present invention.
The
塔本体20の周壁部21における下部側位置には、被冷却ガスを塔本体20の内部に導入するガス導入口25が設けられている。また、塔本体20の塔頂部22には、被冷却ガスを塔本体20の内部から導出するガス導出口26が設けられている。また、塔本体20の塔底部23には、後述する冷却水供給機構35から供給された冷却水を導出する冷却水導出口27が設けられている。
A gas inlet 25 for introducing the gas to be cooled into the interior of the
塔本体20内には、ガス導入口25とガス導出口26との間の位置に、気液接触用部材30が設けられている。図示の例では、複数の気液接触用部材30が、互いに空間を介して上下に重なるよう配設されている。最上段の気液接触用部材30の上方位置には、被冷却ガスを冷却する冷却水を供給する冷却水供給機構35が設けられている。そして、最下段の気液接触用部材30の上方位置には、当該最下段の気液接触用部材30に洗浄水を供給することによって当該気液接触用部材30を洗浄処理する洗浄機構40が設けられている。
A gas-liquid contacting
気液接触用部材30としては、クエンチ塔2を充填塔により構成する場合には、不規則充填物を利用することができる。不規則充填物の具体例としては、ラシヒリング、ポールリング、カスケードミニリングなどが挙げられる。また、クエンチ塔2を棚段塔により構成する場合には、気液接触用部材30として棚板が用いられる。
As the gas-liquid contacting
冷却水供給機構35は、冷却水を噴霧する噴霧ヘッド36を有する。この噴霧ヘッド36は、塔本体20内の最上段の気液接触用部材30の上方において、下方を向くよう配置されている。冷却水供給機構35から供給される冷却水としては、水、アルカリ水を用いることができる。冷却水の温度は、被冷却ガスの冷却温度に応じて適宜に定められるが、10℃以上90℃以下であることが好ましく、より好ましくは20℃以上70℃以下であり、特に好ましくは20℃以上40℃以下である。また、噴霧ヘッド36からの冷却水の供給量は、例えば1200~1500L/minである。
The cooling
洗浄機構40は、最下段の気液接触用部材30に対して洗浄水を噴射によって供給する噴射ヘッド41を有する。この噴射ヘッド41は、塔本体20内の最下段の気液接触用部材30の上方において、下方を向くよう配置されている。
噴射ヘッド41としては、噴射される洗浄水が円錐状のスプレーパターンを形成するものを用いることが好ましい。また、噴射ヘッド41から噴射される円錐状のスプレーパターンは、スプレー距離(形成される円錐の高さ)Lとスプレー幅(形成される円錐の底面の直径)Dとの比(L/D)が2以下のものが好ましく、より好ましくは0.6~1.6である。
The
As the
洗浄機構40から供給される洗浄水としては、水、アルカリ水を用いることができる。洗浄水の温度は特に限定されないが、例えば5~30℃である。
また、噴射ヘッド41からの洗浄水の供給量は、例えば861~1076L/minである。
気液接触用部材30の表面の単位面積当りの洗浄水の供給量は、例えば44~55L/m2 である。
また、気液接触用部材30に対する1回の洗浄処理に使用される洗浄水の量は、例えば144~179Lである。
As the cleaning water supplied from the
Further, the amount of cleaning water supplied from the
The amount of cleaning water supplied per unit area of the surface of the gas-liquid contacting
Further, the amount of cleaning water used for one cleaning process for the gas-
この洗浄機構40においては、被冷却水の冷却処理中において指定されたときに駆動されるよう制御することができる。例えば、被冷却水の冷却処理中において、所定の時間、例えば6~8時間が経過する毎に、洗浄機構40の駆動および停止の動作が繰り返し行われるよう、すなわち、洗浄機構40の駆動が間欠的に行われるよう洗浄機構40を制御することができる。
This
上記のクエンチ塔2においては、被冷却ガスが、ガス導入口25から塔本体20の内部に導入され、ガス導出口26から導出される。これにより、被冷却ガスは、塔本体20の内部において、当該塔本体20の下部から気液接触用部材30を介して上部に流通される。一方、冷却水供給機構35による冷却水は、噴霧ヘッド36から下方に向かって噴霧される。これにより、塔本体20の内部において、上方に流通する被冷却ガスに対して冷却水が向流接触する結果、被冷却ガスが急冷される。供給された冷却水は、冷却水導出口27から塔本体20の外部に導出される。
In the above-described quench
以上において、被冷却ガスが冷却によって気液接触用部材30に付着する固形成分を析出するものであるときには、最下段の気液接触用部材30には析出した固形成分が付着する。そして、被冷却ガスの冷却処理中において洗浄機構40が駆動されると、噴射ヘッド41から洗浄水が最下段の気液接触用部材30に噴射されることによって供給され、これにより、最下段の気液接触用部材30に付着した固形成分が除去される。
In the above, when the gas to be cooled precipitates solid components that adhere to the gas-
このように、本発明のクエンチ塔2によれば、気液接触用部材30に洗浄水を供給する洗浄機構40を有するため、冷却によって析出する固形成分が気液接触用部材30に多量に付着することを防止または抑制することができ、従って、被冷却ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することができる。
As described above, since the quench
[1,3-ブタジエンの製造方法]
本発明は、n-ブテンを含む原料ガスと酸素とを酸化脱水素反応することによって1,3-ブタジエンを製造する方法において、生成ガスの冷却工程に好適に利用することができる。
すなわち、本発明によれば、n-ブテンを含有する原料ガスと酸素との酸化脱水素反応により得られる1,3-ブタジエンを含む生成ガスを、気液接触用部材を備えるクエンチ塔の下部より供給すると共に、当該クエンチ塔の上部より冷却水を供給することにより、前記生成ガスを冷却する冷却工程を有するブタジエンの製造方法において、
前記クエンチ塔における気液接触用部材に洗浄水を供給する洗浄処理工程が行われることを特徴とするブタジエンの製造方法を提供することができる。
[Method for producing 1,3-butadiene]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used in the step of cooling the produced gas in a method for producing 1,3-butadiene by subjecting a raw material gas containing n-butene to an oxidative dehydrogenation reaction with oxygen.
That is, according to the present invention, a generated gas containing 1,3-butadiene obtained by an oxidative dehydrogenation reaction between a raw material gas containing n-butene and oxygen is passed from the lower part of a quench tower equipped with a gas-liquid contact member. In a method for producing butadiene, the method includes a cooling step of cooling the generated gas by supplying cooling water from the upper part of the quench tower,
It is possible to provide a method for producing butadiene, characterized in that a cleaning treatment step of supplying cleaning water to the gas-liquid contacting member in the quench tower is performed.
このブタジエン(1,3-ブタジエン)の製造方法は、下記の(1)~(3)に示す工程を有するものであり、当該下記の(1)~(3)の工程を経ることにより、n-ブテンを含む原料ガスからブタジエンを製造するものである。 This method for producing butadiene (1,3-butadiene) has the steps shown in (1) to (3) below, and by going through the steps (1) to (3) below, n -Produces butadiene from raw material gas containing butene.
(1)1-ブテンおよび2-ブテンを含む原料ガスと分子状酸素含有ガスとの酸化脱水素反応により1,3-ブタジエンを含む生成ガスを得る第1工程
(2)第1工程において得られた生成ガスを冷却する第2工程
(3)第2工程を経た生成ガスを、吸収溶媒への選択的吸収により、分子状酸素および不活性ガス類と1,3-ブタジエンを含むその他のガスとに分離する第3工程
(1) A first step in which a product gas containing 1,3-butadiene is obtained by an oxidative dehydrogenation reaction between a raw material gas containing 1-butene and 2-butene and a molecular oxygen-containing gas. (2) The product gas obtained in the first step is Second step of cooling the generated gas (3) The generated gas that has passed through the second step is mixed with other gases including molecular oxygen, inert gases, and 1,3-butadiene by selective absorption into an absorption solvent. The third step of separating into
図2は、本発明のクエンチ塔を用いてブタジエンを製造するための具体的な手法の一例を示すフロー図である。以下、図2を用いて、上記のブタジエンの製造方法の具体的な一例を詳細に説明する。
図2に示す例のブタジエンの製造方法は、上記の(1)~(4)の工程を有すると共に、第3工程において得られた、1,3-ブタジエンを含むその他のガスを吸収した吸収溶媒を、溶媒分離処理する脱溶工程と、第3工程において得られた、分子状酸素および不活性ガス類を、第1工程に還流する、すなわち還流ガスとして送給する循環工程とを有するものである。
また、図2に示す例のブタジエンの製造方法においては、第3工程に供される吸収溶媒が循環使用される。
FIG. 2 is a flow diagram showing an example of a specific method for producing butadiene using the quench tower of the present invention. Hereinafter, a specific example of the above method for producing butadiene will be described in detail using FIG. 2.
The method for producing butadiene in the example shown in FIG. and a circulation step in which molecular oxygen and inert gases obtained in the third step are refluxed to the first step, that is, fed as reflux gas. be.
Furthermore, in the method for producing butadiene shown in the example shown in FIG. 2, the absorption solvent used in the third step is recycled.
<第1工程>
第1工程においては、金属酸化物触媒の存在下において、原料ガスと分子状酸素含有ガスとを酸化脱水素反応させることにより、ブタジエン(1,3-ブタジエン)を含む生成ガスを得る。この第1工程において、原料ガスと分子状酸素含有ガスとの酸化脱水素反応は、図2に示されているように、反応器1によって行われる。ここに、反応器1は、上部にガス導入口、下部にガス導出口が設けられ、内部に金属酸化物触媒が充填されることによって触媒層(図示省略)が形成された塔状のものである。この反応器1において、ガス導入口には配管116を介して配管100と配管112とが接続されており、また、ガス導出口には、配管101が接続されている。
<First step>
In the first step, a product gas containing butadiene (1,3-butadiene) is obtained by subjecting a raw material gas and a molecular oxygen-containing gas to an oxidative dehydrogenation reaction in the presence of a metal oxide catalyst. In this first step, the oxidative dehydrogenation reaction between the raw material gas and the molecular oxygen-containing gas is performed in the reactor 1, as shown in FIG. Here, the reactor 1 is a tower-like type having a gas inlet at the top, a gas outlet at the bottom, and a catalyst layer (not shown) formed by filling the inside with a metal oxide catalyst. be. In this reactor 1, a gas inlet is connected to a
第1工程について具体的に説明すると、反応器1に、配管116に連通する配管100を介して、原料ガスおよび分子状酸素含有ガス、並びに、必要に応じて、不活性ガス類および水(水蒸気)(以下、これらをまとめて「新規供給ガス」ともいう。)を供給する。新規供給ガスは、反応器1に導入される前に、当該反応器1と配管100との間に配設された予熱器(図示省略)によって200℃以上400℃以下程度に加熱される。また、反応器1には、配管100を介して供給される新規供給ガスと共に、循環工程からの還流ガスが、配管116に連通する配管112を介して、前記予熱器によって加熱された後、供給される。すなわち、反応器1には、新規供給ガスと還流ガスとの混合ガスが、予熱器によって加熱された後、供給される。ここに、新規供給ガスと還流ガスとは、別個の配管から反応器1に直接供給されてもよいが、図2に示されているように、共通の配管116から、混合された状態で供給されることが好ましい。共通の配管116を設けることにより、種々の成分を含む混合ガスを、予め均一に混合した状態で反応器1に供給することができるため、当該反応器1内において不均一な混合ガスが部分的に爆鳴気を形成する事態を防止することなどができる。
そして、混合ガスが供給された反応器1においては、原料ガスと分子状酸素含有ガスとの酸化脱水素反応によってブタジエン(1,3-ブタジエン)が生成されて、そのブタジエンを含む生成ガスが得られる。得られた生成ガスは、反応器1のガス導出口から配管101に流出する。
To explain the first step in detail, a raw material gas and a molecular oxygen-containing gas are supplied to the reactor 1 via a
In the reactor 1 to which the mixed gas is supplied, butadiene (1,3-butadiene) is produced by an oxidative dehydrogenation reaction between the raw material gas and the molecular oxygen-containing gas, and a produced gas containing the butadiene is obtained. It will be done. The obtained generated gas flows out from the gas outlet of the reactor 1 into the
(原料ガス)
原料ガスとしては、炭素数4のモノオレフィンであるn-ブテンを気化器(図示省略)でガス化したガス状物が用いられる。この原料ガスは、可燃性ガスである。本発明において、「n-ブテン」とは、直鎖状ブテンを意味し、具体的には、1-ブテン、シス-2-ブテンおよびトランス-2-ブテンがn-ブテンに含まれる。
また、原料ガスには、任意の不純物が含まれていてもよい。この不純物の具体例としては、i-ブテン等の分岐型モノオレフィン、プロパン、n-ブタンおよびi-ブタン等の飽和炭化水素などが挙げられる。また、原料ガスには、不純物として、製造目的物である1,3-ブタジエンが含まれていてもよい。原料ガスにおける不純物量は、通常、原料ガス100体積%において、60体積%以下であり、好ましくは40体積%以下、より好ましくは25体積%以下、特に好ましくは5体積%以下である。不純物量が過大である場合には、原料ガスにおける直鎖状ブテンの濃度が低下することに起因して反応速度が遅くなったり、副生成物量が増加したりする傾向にある。
(raw material gas)
As the raw material gas, a gaseous substance obtained by gasifying n-butene, which is a monoolefin having 4 carbon atoms, using a vaporizer (not shown) is used. This source gas is a combustible gas. In the present invention, "n-butene" means a linear butene, and specifically includes 1-butene, cis-2-butene, and trans-2-butene.
Further, the source gas may contain arbitrary impurities. Specific examples of this impurity include branched monoolefins such as i-butene, and saturated hydrocarbons such as propane, n-butane, and i-butane. Further, the raw material gas may contain 1,3-butadiene, which is the production target, as an impurity. The amount of impurities in the raw material gas is usually 60% by volume or less, preferably 40% by volume or less, more preferably 25% by volume or less, particularly preferably 5% by volume or less, based on 100% by volume of the raw material gas. When the amount of impurities is excessive, the concentration of linear butene in the raw material gas tends to decrease, resulting in a slow reaction rate and an increase in the amount of by-products.
原料ガスとしては、例えば、ナフサ分解で副生するC4留分(炭素数4の留分)からブタジエンおよびi-ブテンを分離して得られる直鎖状ブテンを主成分とする留分(ラフィネート2)や、n-ブタンの脱水素反応または酸化脱水素反応により生成するブテン留分を使用することができる。また、エチレンの2量化により得られる、高純度の、1-ブテン、シス-2-ブテンおよびトランス-2-ブテン、並びに、これらの混合物を含有するガスを使用することもできる。さらには、石油精製プラントなどで原油を蒸留した際に得られる重油留分を、流動層状態で粉末状の固体触媒を使って分解し、低沸点の炭化水素に変換する流動接触分解(Fluid Catalytic Cracking)から得られる炭素数4の炭化水素類を多く含むガス(以下、「FCC-C4」と略記することもある。)をそのまま原料ガスとすることもでき、また、FCC-C4からリンなどの不純物を除去したものを原料ガスとして使用することもできる。 As the raw material gas, for example, a fraction containing linear butene as a main component (raffinate 2 ) or a butene fraction produced by a dehydrogenation reaction or an oxidative dehydrogenation reaction of n-butane can be used. It is also possible to use gases containing highly purified 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene, and mixtures thereof obtained by dimerization of ethylene. Furthermore, fluid catalytic cracking (Fluid Catalytic Cracking) is a process in which the heavy oil fraction obtained when crude oil is distilled at an oil refinery plant is cracked using a powdered solid catalyst in a fluidized bed to convert it into low-boiling point hydrocarbons. Gas containing a large amount of hydrocarbons with a carbon number of 4 (hereinafter sometimes abbreviated as "FCC-C4") obtained from cracking) can be directly used as the raw material gas, and phosphorus etc. It is also possible to use the raw material gas from which impurities have been removed.
(分子状酸素含有ガス)
分子状酸素含有ガスは、通常、分子状酸素(O2)を10体積%以上含むガスである。この分子状酸素含有ガスにおいて、分子状酸素の濃度は、15体積%以上であることが好ましく、より好ましくは20体積%以上である。
また、分子状酸素含有ガスは、分子状酸素と共に、分子状窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ネオン(Ne)、ヘリウム(He)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)および水(水蒸気)などの任意のガスを含むものであってもよい。分子状酸素含有ガスにおける任意のガスの量は、任意のガスが分子状窒素である場合には、通常、90体積%以下であり、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下であり、また、任意のガスが分子状窒素以外のガスである場合には、通常、10体積%以下であり、好ましくは1体積%以下である。任意のガスの量が過大である場合には、反応系(反応器1の内部)において、必要とされる量の分子状酸素を原料ガスと共存させることができなくなるおそれがある。
第1工程において、分子状酸素含有ガスの好ましい具体例としては、空気が挙げられる。
(Molecular oxygen-containing gas)
The molecular oxygen-containing gas is usually a gas containing 10% by volume or more of molecular oxygen (O 2 ). In this molecular oxygen-containing gas, the concentration of molecular oxygen is preferably 15% by volume or more, more preferably 20% by volume or more.
In addition to molecular oxygen, molecular oxygen-containing gases include molecular nitrogen (N 2 ), argon (Ar), neon (Ne), helium (He), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO 2 ). It may also contain any gas such as water (steam). When the arbitrary gas is molecular nitrogen, the amount of any gas in the molecular oxygen-containing gas is usually 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. When the arbitrary gas is a gas other than molecular nitrogen, the amount is usually 10% by volume or less, preferably 1% by volume or less. If the amount of any given gas is excessive, there is a possibility that the required amount of molecular oxygen cannot coexist with the raw material gas in the reaction system (inside the reactor 1).
In the first step, a preferable specific example of the molecular oxygen-containing gas is air.
(不活性ガス類)
不活性ガス類は、原料ガスおよび分子状酸素含有ガスと共に反応器1に供給されることが好ましい。
反応器1に不活性ガス類を供給することにより、当該反応器1内において、混合ガスが爆鳴気を形成することがないように、原料ガスおよび分子状酸素の濃度(相対濃度)を調整することができる。
不活性ガス類としては、分子状窒素(N2)、アルゴン(Ar)および二酸化炭素(CO2)などが挙げられる。これらは、単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中では、経済的観点から、分子状窒素が好ましい。
(Inert gas)
The inert gases are preferably supplied to the reactor 1 together with the raw material gas and the molecular oxygen-containing gas.
By supplying inert gases to the reactor 1, the concentrations (relative concentrations) of the raw material gas and molecular oxygen are adjusted so that the mixed gas does not form explosive gas in the reactor 1. can do.
Examples of inert gases include molecular nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and carbon dioxide (CO 2 ). These can be used alone or in combination of two or more. Among these, molecular nitrogen is preferred from an economical point of view.
(水(水蒸気))
水は、原料ガスと分子状酸素含有ガスと共に反応器1に供給されることが好ましい。
反応器1に水を供給することにより、前述の不活性ガス類と同様に、当該反応器1内において、混合ガスが爆鳴気を形成することがないように、原料ガスおよび分子状酸素の濃度(相対濃度)を調整することができる。
(Water (steam))
Preferably, water is supplied to the reactor 1 together with the raw material gas and the molecular oxygen-containing gas.
By supplying water to the reactor 1, similar to the above-mentioned inert gases, the raw material gas and molecular oxygen are prevented from forming explosive gas in the reactor 1. Concentration (relative concentration) can be adjusted.
(混合ガス)
混合ガスは、可燃性の原料ガスと分子状酸素とを含むものであることから、原料ガスの濃度が爆発範囲とならないように、その組成が調整される。
具体的には、混合ガスを構成する各々のガス(具体的には、原料ガス、分子状酸素含有ガス(空気)、並びに、必要に応じて用いられる不活性ガス類および水(水蒸気))を反応器1に供給する配管(具体的には、配管100に連通する配管(図示省略)および配管112)に設置された流量計(図示省略)にて流量を監視しながら、反応器1のガス導入口における混合ガスの組成を制御する。例えば、配管112を介して反応器1に供給される還流ガスの分子状酸素濃度に応じて、配管100を介して反応器1に供給する新規供給ガスの組成を制御する。
なお、本明細書中において、「爆発範囲」とは、混合ガスが何らかの着火源の存在下で着火するような組成を有する範囲を示す。ここに、可燃性ガスの濃度が或る値より低い場合には着火源が存在しても着火しないことが知られており、この濃度を爆発下限界という。爆発下限界は、爆発範囲の下限値である。また、可燃性のガスの濃度が或る値より高い場合にはやはり着火源が存在しても着火しないことが知られており、この濃度を爆発上限界という。爆発上限界は、爆発範囲の上限値である。そして、これらの値は分子状酸素の濃度に依存しており、一般に、分子状酸素の濃度が低いほど両者の値が近づき、分子状酸素の濃度が或る値になったとき両者が一致する。このときの分子状酸素の濃度を限界酸素濃度という。而して、混合ガスにおいては、分子状酸素の濃度が限界酸素濃度よりも低ければ原料ガスの濃度によらず混合ガスは着火しない。
(mixed gas)
Since the mixed gas contains a flammable source gas and molecular oxygen, its composition is adjusted so that the concentration of the source gas does not fall within the explosive range.
Specifically, each gas constituting the mixed gas (specifically, raw material gas, molecular oxygen-containing gas (air), and inert gases and water (steam) used as necessary) is The gas in the reactor 1 is monitored while the flow rate is monitored by a flow meter (not shown) installed in the pipes (specifically, the pipes communicating with the pipe 100 (not shown) and the pipe 112) that supply the reactor 1. Control the composition of the gas mixture at the inlet. For example, the composition of the new supply gas supplied to the reactor 1 via the
In this specification, the term "explosive range" refers to a range in which the mixed gas has a composition that will ignite in the presence of some ignition source. It is known that if the concentration of combustible gas is lower than a certain value, it will not ignite even if an ignition source is present, and this concentration is called the lower explosive limit. The lower explosive limit is the lower limit of the explosive range. It is also known that if the concentration of flammable gas is higher than a certain value, it will not ignite even if an ignition source is present, and this concentration is called the upper explosive limit. The upper explosive limit is the upper limit of the explosive range. These values depend on the concentration of molecular oxygen, and in general, the lower the concentration of molecular oxygen, the closer the two values become, and when the concentration of molecular oxygen reaches a certain value, the two values match. . The concentration of molecular oxygen at this time is called the critical oxygen concentration. Therefore, in a mixed gas, if the concentration of molecular oxygen is lower than the critical oxygen concentration, the mixed gas will not ignite regardless of the concentration of the raw material gas.
具体的に、混合ガスにおいて、1-ブテンと2-ブテンとの合計の濃度は、ブタジエンの生産性および金属酸化物触媒の負担抑制の観点から、混合ガス100体積%において、2体積%以上30体積%以下であることが好ましく、より好ましくは3体積%以上25体積%以下であり、特に好ましくは5体積%以上20体積%以下である。1-ブテンと2-ブテンとの合計の濃度が過小である場合には、ブタジエンの生産性が低下するおそれがある。一方、1-ブテンと2-ブテンとの合計の濃度が過大である場合には、金属酸化物触媒の負担が大きくなるおそれがある。 Specifically, in the mixed gas, the total concentration of 1-butene and 2-butene is 2% by volume or more at 30% by volume in 100% by volume of the mixed gas from the viewpoint of productivity of butadiene and suppression of burden on the metal oxide catalyst. It is preferably at most 3% by volume and at most 25% by volume, particularly preferably at least 5% by volume and at most 20% by volume. If the total concentration of 1-butene and 2-butene is too low, the productivity of butadiene may decrease. On the other hand, if the total concentration of 1-butene and 2-butene is excessive, the burden on the metal oxide catalyst may increase.
また、混合ガスにおいて、原料ガスに対する分子状酸素の濃度(相対濃度)は、原料ガス100体積部に対して、50体積部以上170体積部以下であることが好ましく、より好ましくは70体積部以上160体積部以下である。混合ガスにおける分子状酸素の濃度が上記の範囲を逸脱する場合には、反応温度を調整することによって反応器1のガス導出口における分子状酸素の濃度を調整しづらくなる傾向がある。そして、反応温度によって反応器1のガス導出口における分子状酸素の濃度を制御できなくなることによれば、反応器1の内部における目的生成物の分解および副反応の発生を抑止することができなくなるおそれがある。 Further, in the mixed gas, the concentration (relative concentration) of molecular oxygen with respect to the raw material gas is preferably 50 parts by volume or more and 170 parts by volume or less, more preferably 70 parts by volume or more, with respect to 100 parts by volume of the raw material gas. It is 160 parts by volume or less. If the concentration of molecular oxygen in the mixed gas deviates from the above range, it tends to be difficult to adjust the concentration of molecular oxygen at the gas outlet of reactor 1 by adjusting the reaction temperature. If the concentration of molecular oxygen at the gas outlet of the reactor 1 cannot be controlled by the reaction temperature, it becomes impossible to suppress the decomposition of the target product and the occurrence of side reactions inside the reactor 1. There is a risk.
また、混合ガスにおいて、原料ガスに対する分子状窒素の濃度(相対濃度)は、原料ガス100体積部に対して、400体積部以上1800体積部以下であることが好ましく、より好ましくは500体積部以上1700体積部以下である。また、原料ガスに対する水(水蒸気)の濃度(相対濃度)は、原料ガス100体積部に対して、0体積部以上900体積部以下であることが好ましく、より好ましくは80体積部以上300体積部以下である。分子状窒素の濃度や水の濃度が過大である場合には、いずれの場合においても、その値が大きくなるほど、原料ガスの濃度が小さくなることからブタジエンの生産効率が低下する傾向がある。一方、分子状窒素の濃度や水の濃度が過小である場合には、いずれの場合においても、その値が小さくなるほど、原料ガスの濃度が爆発範囲となったり、後述する、反応系の除熱が困難となったりする傾向がある。 Further, in the mixed gas, the concentration (relative concentration) of molecular nitrogen with respect to the raw material gas is preferably 400 parts by volume or more and 1800 parts by volume or less, more preferably 500 parts by volume or more, with respect to 100 parts by volume of the raw material gas. It is 1700 parts by volume or less. Further, the concentration (relative concentration) of water (steam) with respect to the raw material gas is preferably 0 parts by volume or more and 900 parts by volume or less, more preferably 80 parts by volume or more and 300 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the raw material gas. It is as follows. In either case, if the concentration of molecular nitrogen or the concentration of water is excessive, the production efficiency of butadiene tends to decrease as the value increases because the concentration of the raw material gas decreases. On the other hand, if the concentration of molecular nitrogen or the concentration of water is too low, in either case, the smaller the value, the more the concentration of the raw material gas will reach the explosive range, or the heat removal of the reaction system will be described later. tends to be difficult.
(金属酸化物触媒)
金属酸化物触媒としては、モリブデンおよびビスマスを含有する複合酸化物触媒が用いられる。このような複合酸化物触媒としては、例えば、モリブデン(Mo)、ビスマス(Bi)および鉄(Fe)を少なくとも含有するものを用いることができ、その具体例としては、下記の組成式(1)で表される複合金属酸化物を含有するものが挙げられる。
(Metal oxide catalyst)
As the metal oxide catalyst, a composite oxide catalyst containing molybdenum and bismuth is used. As such a composite oxide catalyst, for example, one containing at least molybdenum (Mo), bismuth (Bi) and iron (Fe) can be used, and a specific example thereof is the composition formula (1) below. Examples include those containing a composite metal oxide represented by:
組成式(1):
MoaBibFecXdYeZfOg
Composition formula (1):
Mo a Bi b Fe c X d Y e Z f O g
上記の組成式(1)中、Xは、NiおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種である。Yは、Li、Na、K、Rb、CsおよびTlよりなる群から選ばれる少なくとも一種である。Zは、Mg、Ca、Ce、Zn、Cr、Sb、As、B、PおよびWよりなる群から選ばれる少なくとも一種である。a、b、c、d、e、fおよびgは、それぞれ独立して、各元素の原子比率を示し、aが12のとき、bは0.1~8であり、cは0.1~20であり、dは0~20であり、eは0~4であり、fは0~2であり、gは上記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素元素の原子数である。 In the above compositional formula (1), X is at least one member selected from the group consisting of Ni and Co. Y is at least one member selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs and Tl. Z is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Ce, Zn, Cr, Sb, As, B, P and W. a, b, c, d, e, f and g each independently indicate the atomic ratio of each element; when a is 12, b is 0.1 to 8, and c is 0.1 to 20, d is 0 to 20, e is 0 to 4, f is 0 to 2, and g is the number of atoms of the oxygen element necessary to satisfy the valence of each component above. .
上記の組成式(1)で表される複合金属酸化物を含有する複合酸化物触媒は、酸化脱水素反応を使用してブタジエンを製造する方法において、高活性かつ高選択性であり、さらに寿命安定性に優れている。 The composite oxide catalyst containing the composite metal oxide represented by the above compositional formula (1) has high activity and high selectivity in the method of producing butadiene using oxidative dehydrogenation reaction, and has a long life. Excellent stability.
複合酸化物触媒の調製法としては、特に限定されず、調製すべき複合酸化物触媒を構成する複合金属酸化物に係る各元素の原料物質を用いた、蒸発乾固法、スプレードライ法、酸化物混合法などの公知の方法を採用することができる。
上記各元素の原料物質としては、特に限定されず、例えば、成分元素の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩、水酸化物、カルボン酸塩、カルボン酸アンモニウム塩、ハロゲン化アンモニウム塩、水素酸、アルコキシドなどが挙げられる。
The method for preparing the composite oxide catalyst is not particularly limited, and may include an evaporation drying method, a spray drying method, and an oxidation method using raw materials of each element related to the composite metal oxide constituting the composite oxide catalyst to be prepared. A known method such as a mixture method can be used.
The raw materials for each of the above elements are not particularly limited, and include, for example, oxides, nitrates, carbonates, ammonium salts, hydroxides, carboxylates, ammonium carboxylate salts, ammonium halides, and hydrogen acids of the component elements. , alkoxides, etc.
また、複合酸化物触媒は、不活性な担体に担持させて使用してもよい。担体種としてはシリカ、アルミナ、シリコンカーバイドなどが挙げられる。 Further, the composite oxide catalyst may be used by being supported on an inert carrier. Examples of carrier species include silica, alumina, and silicon carbide.
(酸素脱水素反応)
第1工程において、酸化脱水素反応を開始させるときには、先ずは反応器1に対する、分子状酸素含有ガス、不活性ガス類および水(水蒸気)の供給を開始し、それらの供給量を調整することによって、反応器1のガス導入口における分子状酸素の濃度が限界酸素濃度以下となるように調整し、次いで、原料ガスの供給を開始し、反応器1のガス導入口における原料ガスの濃度が爆発上限界を超えるように、原料ガスの供給量と分子状酸素含有ガスの供給量とを増加していくことが好ましい。
また、原料ガスおよび分子状酸素含有ガスの供給量を増やしていくときには、水(水蒸気)の供給量を減らすことにより、混合ガスの供給量を一定となるようにしてもよい。このようにすることにより、配管や反応器1におけるガス滞留時間が一定に保たれ、反応器1の圧力の変動を抑えることができる。
(oxygen dehydrogenation reaction)
In the first step, when starting the oxidative dehydrogenation reaction, first start supplying molecular oxygen-containing gas, inert gases, and water (steam) to the reactor 1, and adjust their supply amounts. The concentration of molecular oxygen at the gas inlet of reactor 1 is adjusted to be below the limit oxygen concentration by It is preferable to increase the supply amount of the raw material gas and the supply amount of the molecular oxygen-containing gas so that the upper explosive limit is exceeded.
Further, when increasing the supply amount of the raw material gas and the molecular oxygen-containing gas, the supply amount of the mixed gas may be kept constant by decreasing the supply amount of water (steam). By doing so, the gas residence time in the piping and the reactor 1 can be kept constant, and fluctuations in the pressure in the reactor 1 can be suppressed.
反応器1の圧力(具体的には、反応器1のガス導入口における圧力)、すなわち第1工程の圧力は、0.1MPaG以上0.4MPaG以下であることが好ましく、より好ましくは0.15MPaG以上0.35MPaG以下であり、さらに好ましくは0.2MPaG以上0.3MPaG以下である。
第1工程の圧力を上記範囲とすることにより、酸化脱水素反応における反応効率が向上する。第1工程の圧力が過小である場合には、酸化脱水素反応における反応効率が低下する傾向にある。一方、第1工程の圧力が過大である場合には、酸化脱水素反応における収率が低下する傾向にある。
The pressure in the reactor 1 (specifically, the pressure at the gas inlet of the reactor 1), that is, the pressure in the first step, is preferably 0.1 MPaG or more and 0.4 MPaG or less, more preferably 0.15 MPaG. It is not less than 0.35 MPaG, and more preferably not less than 0.2 MPaG and not more than 0.3 MPaG.
By setting the pressure in the first step within the above range, the reaction efficiency in the oxidative dehydrogenation reaction is improved. If the pressure in the first step is too low, the reaction efficiency in the oxidative dehydrogenation reaction tends to decrease. On the other hand, if the pressure in the first step is excessive, the yield in the oxidative dehydrogenation reaction tends to decrease.
また、酸化脱水素反応において、下記の数式(1)により求められる気体時空間速度(GHSV)は、500h-1以上5000h-1以下であることが好ましく、より好ましくは800h-1以上3000h-1以下であり、さらに好ましくは1000h-1以上2500h-1以下である。
GHSVを上記範囲とすることにより、酸化脱水素反応における反応効率をより向上させることができる。
In addition, in the oxidative dehydrogenation reaction, the gas hourly space velocity (GHSV) determined by the following formula (1) is preferably 500 h -1 or more and 5000 h -1 or less, more preferably 800 h -1 or more and 3000 h -1 or less, more preferably 1000 h -1 or more and 2500 h -1 or less.
By setting the GHSV within the above range, the reaction efficiency in the oxidative dehydrogenation reaction can be further improved.
数式(1):
GHSV[h-1]=大気圧換算ガス流量[Nm3 /h]÷触媒層体積[m3 ]
Formula (1):
GHSV [h -1 ] = Atmospheric pressure equivalent gas flow rate [Nm 3 /h] ÷ Catalyst layer volume [m 3 ]
上記の数式(1)中、「触媒層体積」とは、空隙を含む触媒層全体の体積(見かけ体積)を示す。 In the above formula (1), the "catalyst layer volume" indicates the volume (apparent volume) of the entire catalyst layer including voids.
また、酸化脱水素反応において、下記の数式(2)により求められる実体積気体時空間速度(実体積GHSV)は、500h-1以上2300h-1以下であることが好ましく、より好ましくは600h-1以上2000h-1以下であり、さらに好ましくは700h-1以上1500h-1以下である。
実体積GHSVを上記範囲とすることにより、酸化脱水素反応における反応効率をより向上させることができる。
In addition, in the oxidative dehydrogenation reaction, the real volume gas hourly space velocity (actual volume GHSV) determined by the following formula (2) is preferably 500 h -1 or more and 2300 h -1 or less, more preferably 600 h -1 It is not less than 2000 h -1 , and more preferably not less than 700 h -1 and not more than 1500 h -1 .
By setting the actual volume GHSV within the above range, the reaction efficiency in the oxidative dehydrogenation reaction can be further improved.
数式(2):
実体積GHSV[h-1]=実ガス流量[m3 /h]÷触媒層体積[m3 ]
Formula (2):
Actual volume GHSV [h -1 ] = Actual gas flow rate [m 3 /h] ÷ Catalyst layer volume [m 3 ]
上記の数式(2)中、「触媒層体積」とは、上記数式(1)と同様に、空隙を含む触媒層全体の体積(見かけ体積)を示す。 In the above formula (2), the "catalyst layer volume" indicates the volume (apparent volume) of the entire catalyst layer including voids, as in the above formula (1).
また、酸化脱水素反応においては、当該酸化脱水素反応が発熱反応であることから、反応系の温度が上昇し、また、複数種類の副生成物が生成し得る。そして、副生成物として、アクロレイン、アクリル酸、メタクロレイン、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸、メチルビニルケトン、クロトンアルデヒドおよびクロトン酸などの炭素数3~4の不飽和カルボニル化合物が生成し、生成ガスにおける濃度が高くなることによれば、種々の弊害が生じる。具体的には、上記不飽和カルボニル化合物が、第3工程にて循環使用する吸収溶媒などに溶解することから、吸収溶媒などにおいて不純物が蓄積し、各部材における付着物の析出が誘発されやすくなる。 Further, in the oxidative dehydrogenation reaction, since the oxidative dehydrogenation reaction is an exothermic reaction, the temperature of the reaction system increases and multiple types of byproducts may be generated. As by-products, unsaturated carbonyl compounds having 3 to 4 carbon atoms such as acrolein, acrylic acid, methacrolein, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, maleic anhydride, methyl vinyl ketone, crotonaldehyde, and crotonic acid are produced. As the concentration in the generated gas increases, various adverse effects occur. Specifically, since the unsaturated carbonyl compound is dissolved in the absorption solvent etc. that is recycled in the third step, impurities accumulate in the absorption solvent etc., which tends to induce the precipitation of deposits on each member. .
而して、酸化脱水素反応において、上記不飽和カルボニル化合物の濃度を一定の範囲内とする手法としては、酸化脱水素反応の反応温度を調整する方法が挙げられる。また、反応温度を調整することにより、反応器1のガス導出口における分子状酸素の濃度を、一定範囲内とすることもできる。
具体的に、反応温度は、300℃以上400℃以下であることが好ましく、より好ましくは320℃以上380℃未満である。
反応温度を上記範囲とすることにより、金属酸化物触媒におけるコーキング(固体炭素の析出)を抑制することができると共に、生成ガスにおける、上記不飽和カルボニル化合物の濃度を、一定範囲内とすることが可能となる。また、反応器1のガス導出口における分子状酸素の濃度を、一定範囲内とすることも可能となる。
一方、反応温度が過小である場合には、n-ブテンの転化率が低下するおそれがある。また、反応温度が過大である場合には、上記不飽和カルボニル化合物の濃度が高くなり、吸収溶媒などにおいて不純物が蓄積したり、金属酸化物触媒におけるコーキングが生じたりする傾向がある。
In the oxidative dehydrogenation reaction, a method for controlling the concentration of the unsaturated carbonyl compound within a certain range includes a method of adjusting the reaction temperature of the oxidative dehydrogenation reaction. Further, by adjusting the reaction temperature, the concentration of molecular oxygen at the gas outlet of the reactor 1 can be kept within a certain range.
Specifically, the reaction temperature is preferably 300°C or higher and 400°C or lower, more preferably 320°C or higher and lower than 380°C.
By setting the reaction temperature within the above range, coking (precipitation of solid carbon) in the metal oxide catalyst can be suppressed, and the concentration of the unsaturated carbonyl compound in the generated gas can be kept within a certain range. It becomes possible. Furthermore, it is also possible to maintain the concentration of molecular oxygen at the gas outlet of the reactor 1 within a certain range.
On the other hand, if the reaction temperature is too low, the conversion rate of n-butene may decrease. Furthermore, if the reaction temperature is too high, the concentration of the unsaturated carbonyl compound increases, which tends to accumulate impurities in the absorption solvent and cause coking in the metal oxide catalyst.
ここに、反応温度を調整する方法の好ましい具体例としては、例えば熱媒体(具体的には、ジベンジルトルエン、亜硝酸塩など)による除熱を行うことにより、反応器1を適宜冷却して、触媒層の温度を一定に制御する手法が挙げられる。 Here, as a preferred specific example of the method of adjusting the reaction temperature, for example, the reactor 1 is appropriately cooled by removing heat using a heat medium (specifically, dibenzyltoluene, nitrite, etc.). One example is a method of controlling the temperature of the catalyst layer to be constant.
(生成ガス)
生成ガスには、原料ガスと分子状酸素含有ガスとの酸化脱水素反応の目的生成物である1,3-ブタジエンと共に、反応副生成物、未反応の原料ガス、未反応の分子状酸素、および濃度調整用ガスなどが含まれている。反応副生成物としては、カルボニル化合物および複素環式化合物が挙げられる。ここに、カルボニル化合物には、ケトン類、アルデヒド類、有機酸類が含まれる。
ケトン類としては、メチルビニルケトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、アントラキノンおよびフルオレノンが挙げられる。
アルデヒド類としては、アセトアルデヒド、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド、ベンズアルデヒドなどが挙げられる。
有機酸類としては、マレイン酸、フマル酸、アクリル酸、フタル酸、安息香酸、クロトン酸、テトラヒドロフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、メタクリル酸、フェノールなどが挙げられる。
また、複素環式化合物としては、フランなどが挙げられる。
(Produced gas)
The generated gas includes 1,3-butadiene, which is the target product of the oxidative dehydrogenation reaction between the raw material gas and the molecular oxygen-containing gas, as well as reaction byproducts, unreacted raw material gas, unreacted molecular oxygen, Contains concentration adjustment gas, etc. Reaction by-products include carbonyl compounds and heterocyclic compounds. Here, carbonyl compounds include ketones, aldehydes, and organic acids.
Ketones include methyl vinyl ketone, acetophenone, benzophenone, anthraquinone and fluorenone.
Examples of aldehydes include acetaldehyde, acrolein, methacrolein, crotonaldehyde, and benzaldehyde.
Examples of organic acids include maleic acid, fumaric acid, acrylic acid, phthalic acid, benzoic acid, crotonic acid, tetrahydrophthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, methacrylic acid, and phenol.
Furthermore, examples of the heterocyclic compound include furan and the like.
<第2工程>
第2工程においては、第1工程において得られた生成ガスを冷却する。この第2工程において、第1工程からの生成ガスの冷却は、本発明のクエンチ塔2および冷却用熱交換器3によって行われる。
具体的に説明すると、第1工程からの生成ガス、すなわち反応器1から流出された生成ガスは、配管101を介してクエンチ塔2に送給され、当該クエンチ塔2において冷却された後、配管104を介して冷却用熱交換器3に送給されて、当該冷却用熱交換器3においてさらに冷却される。このようにしてクエンチ塔2および冷却用熱交換器3によって冷却された第1工程からの生成ガスは、冷却用熱交換器3から配管105に流出する。
この第2工程を経ることにより、第1工程からの生成ガスが精製される。具体的には、第1工程からの生成ガスに含まれている副生成物の一部が除去される。
<Second process>
In the second step, the generated gas obtained in the first step is cooled. In this second step, the produced gas from the first step is cooled by the
Specifically, the produced gas from the first step, that is, the produced gas discharged from the reactor 1, is fed to the quench
By passing through this second step, the gas produced from the first step is purified. Specifically, a portion of byproducts contained in the generated gas from the first step are removed.
(クエンチ塔)
クエンチ塔2においては、第1工程からの生成ガスに冷却媒体を向流接触することによって、当該生成ガスを、例えば30℃以上90℃以下程度の温度に急冷される。
クエンチ塔2のガス導入口には、一端が反応器1のガス導出口に接続された配管101が接続されており、クエンチ塔2のガス導出口には配管104が接続されている。また、クエンチ塔2における冷却水供給機構(図示省略)の噴射ヘッド(図示省略)には、配管102が接続され、クエンチ塔2の冷却水導出口には配管103が接続されている。
(quench tower)
In the quench
A
また、動作中のクエンチ塔2において、内部の温度は、10℃以上100℃以下であることが好ましく、より好ましくは20℃以上90℃以下である。
Further, in the quench
また、動作中のクエンチ塔2の圧力(具体的には、クエンチ塔2のガス導出口の圧力)、すなわち第2工程の圧力は、第1工程の圧力と同等または第1工程の圧力未満であることが好ましい。
具体的には、第2工程の圧力の、第1工程の圧力との差、すなわち第1工程の圧力から第2工程の圧力を減じた値は、0MPaG以上0. 05MPaG以下であることが好ましく、より好ましくは0. 01MPaG以上0. 04MPaG以下である。
第1工程と第2工程との圧力差を上記範囲とすることにより、クエンチ塔2において、第1工程からの生成ガス中の反応副生成物の、凝縮および冷却水への溶解を促進することができ、その結果、クエンチ塔2から流出する生成ガスにおける反応副生成物の濃度をより低減することができる。
In addition, the pressure of the quench
Specifically, the difference between the pressure in the second step and the pressure in the first step, that is, the value obtained by subtracting the pressure in the second step from the pressure in the first step, is preferably 0 MPaG or more and 0.05 MPaG or less. , more preferably 0.01 MPaG or more and 0.04 MPaG or less.
By setting the pressure difference between the first step and the second step within the above range, in the quench
そして、クエンチ塔2においては、洗浄機構(図示省略)によって、最下段の気液接触用部材(図示省略)に対して洗浄水を噴霧によって供給する洗浄処理が、間欠的に行われる。
In the quench
(冷却用熱交換器)
冷却用熱交換器3としては、クエンチ塔2から流出された生成ガスを、室温(10℃以上30℃以下)に冷却することのできるものが適宜用いられる。
この図の例において、冷却用熱交換器3には、ガス導入口に、一端がクエンチ塔2のガス導出口に接続された配管104が接続され、ガス導出口には、配管105が接続されている。
(cooling heat exchanger)
As the
In the example shown in this figure, a gas inlet of the
また、動作中の冷却用熱交換器3の圧力(具体的には、冷却用熱交換器3のガス導出口の圧力)は、動作中のクエンチ塔2の圧力(クエンチ塔2のガス導出口の圧力)と同等であることが好ましい。
The pressure of the
冷却用熱交換器3から流出された冷却生成ガス、すなわち第2工程によって冷却された生成ガスにおいて、分子状窒素の濃度は、60体積%以上94体積%以下であることが好ましく、より好ましくは70体積%以上85体積%以下である。また、ブタジエンの濃度は、2体積%以上15体積%以下であることが好ましく、より好ましくは3体積%以上10体積%である。また、水(水蒸気)の濃度は、1体積%以上30体積%以下であることが好ましく、より好ましくは1体積%以上3体積%以下である。ケトン・アルデヒド類の濃度は、0体積%以上0.3体積%であることが好ましく、より好ましくは0.05体積%以上0.25体積%以下である。
第2工程において冷却された生成ガスにおける各成分の濃度が上記の範囲であることにより、次工程以降におけるブタジエン精製の効率を向上させ、かつ、脱溶工程で生じる副反応を抑制することができ、これにより、ブタジエンを製造する際のエネルギー消費量をより低減することができる。
In the cooled product gas discharged from the
By keeping the concentration of each component in the cooled product gas in the second step within the above range, it is possible to improve the efficiency of butadiene purification in the next and subsequent steps, and to suppress side reactions that occur in the desolvation step. This makes it possible to further reduce energy consumption when producing butadiene.
<第3工程>
第3工程においては、第2工程を経た生成ガスを、吸収溶媒への選択的吸収により、分子状酸素および不活性ガス類と1,3-ブタジエンを含むその他のガスとに分離(粗分離)する。ここに、「1,3-ブタジエンを含むその他のガス」とは、吸収溶媒に吸収される、少なくとも、ブタジエンと1-ブテンおよび2-ブテン(未反応の1-ブテンおよび2-ブテン)とを含むガスを示す。
この第3工程において、第2工程を経た生成ガスの分離は、図2に示されているように、吸収塔4によって行われる。ここに、吸収塔4は、下部に第2工程を経た生成ガスを導入するガス導入口が設けられ、上部に吸収溶媒を導入する溶媒導入口が設けられていると共に、塔底には、ガス(具体的には、1,3-ブタジエンを含むその他のガス)を吸収した吸収溶媒を導出する溶媒導出口が設けられ、塔頂には、吸収溶媒に吸収されなかったガス(具体的には、分子状酸素および不活性ガス類)を導出するガス導出口が設けられたものである。ガス導入口には一端が熱交換器3のガス導出口に接続された配管105が接続され、溶媒導入口には配管106が接続されており、また溶媒導出口には配管113が接続され、ガス導出口には配管107が接続されている。
第3工程について具体的に説明すると、第2工程を経た生成ガス、すなわち熱交換器3から流出された生成ガスは、配管105を介して吸収塔4に送給され、それと同期して当該吸収塔4には配管106を介して吸収溶媒を供給する。このようにして、第2工程を経た生成ガスに吸収溶媒を向流接触し、第2工程を経た生成ガス中の1,3-ブタジエンを含むその他のガスを吸収溶媒に選択的に吸収させることにより、1,3-ブタジエンを含むその他のガスと分子状酸素および不活性ガス類とを粗分離する。そして、1,3-ブタジエンを含むその他のガスを吸収した吸収溶媒は、吸収塔4から配管113に流出し、一方、吸収溶媒に吸収されなかった、分子状酸素および不活性ガス類は、吸収塔4から配管107に流出する。
<3rd process>
In the third step, the gas produced through the second step is separated into molecular oxygen and inert gases and other gases including 1,3-butadiene by selective absorption into an absorption solvent (crude separation). do. Here, "other gases containing 1,3-butadiene" refers to at least butadiene, 1-butene, and 2-butene (unreacted 1-butene and 2-butene) that are absorbed by the absorption solvent. Indicates the gas included.
In this third step, the product gas that has passed through the second step is separated by an
To explain the third step in detail, the generated gas that has passed through the second step, that is, the generated gas that has flowed out from the
動作中の吸収塔4において、当該吸収塔4の内部の温度は、特に限定はされないが、吸収塔4の内部の温度が高くなるに従って分子状酸素および不活性ガス類が吸収溶媒に吸収されにくくなり、その一方、吸収塔4の内部の温度が低くなるに従ってブタジエン等の炭化水素(1,3-ブタジエンを含むその他のガス)の吸収溶媒への吸収効率が高くなることから、ブタジエンの生産性を考慮して、0℃以上60℃以下であることが好ましく、より好ましくは10℃以上50℃以下である。
In the
また、動作中の吸収塔4の圧力(具体的には、吸収塔4のガス導出口の圧力)、すなわち第3工程の圧力は、第2工程の圧力と同等または第2工程の圧力未満であることが好ましい。
具体的には、第3工程の圧力の、第2工程の圧力との差、すなわち第2工程の圧力から第3工程の圧力を減じた値は、0MPaG以上0. 05MPaG以下であることが好ましく、より好ましくは0. 01MPaG以上0. 04MPaG以下である。
第2工程と第3工程との圧力差を上記範囲とすることにより、吸収塔4における吸収溶媒へのブタジエン(1,3-ブタジエンを含むその他のガス)の吸収を促進することができ、その結果、吸収溶媒の使用量を低減することができ、エネルギー消費を低減させることができる。
In addition, the pressure of the
Specifically, the difference between the pressure in the third step and the pressure in the second step, that is, the value obtained by subtracting the pressure in the third step from the pressure in the second step, is preferably 0 MPaG or more and 0.05 MPaG or less. , more preferably 0.01 MPaG or more and 0.04 MPaG or less.
By setting the pressure difference between the second step and the third step within the above range, it is possible to promote the absorption of butadiene (other gases containing 1,3-butadiene) into the absorption solvent in the
(吸収溶媒)
吸収溶媒としては、例えば、有機溶媒を主成分とするものが挙げられる。ここに「有機溶媒を主成分とする」とは、吸収溶媒における有機溶媒の含有割合が50質量%以上であることを示す。
吸収溶媒を構成する有機溶媒としては、例えばトルエン、キシレンおよびベンゼン等の芳香族化合物、ジメチルホルムアミドおよびN-メチル-2-ピロリドン等のアミド化合物、ジメチルスルホキシドおよびスルホラン等の硫黄化合物、アセトニトリルおよびブチロニトリル等のニトリル化合物、シクロヘキサノンおよびアセトフェノン等のケトン化合物などが挙げられる。
(absorbing solvent)
Examples of the absorption solvent include those containing an organic solvent as a main component. Here, "containing an organic solvent as a main component" indicates that the content of the organic solvent in the absorption solvent is 50% by mass or more.
Examples of organic solvents constituting the absorption solvent include aromatic compounds such as toluene, xylene and benzene, amide compounds such as dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone, sulfur compounds such as dimethylsulfoxide and sulfolane, acetonitrile and butyronitrile, etc. nitrile compounds, ketone compounds such as cyclohexanone and acetophenone, and the like.
吸収溶媒の使用量(供給量)は、特に限定されないが、第2工程を経た生成ガスにおけるブタジエンと1-ブテンと2-ブテンとの合計の流量(質量流量)に対して、10質量倍以上100質量倍以下であることが好ましく、より好ましくは17質量倍以上35質量倍以下である。
吸収溶媒の使用量を上記範囲とすることにより、1,3-ブタジエンを含むその他のガスの吸収効率を向上させることができる。
一方、吸収溶媒の使用量が過大である場合には、吸収溶媒を循環使用するための精製に用いるエネルギー消費量が増大する傾向がある。また、吸収溶媒の使用量が過小である場合には、1,3-ブタジエンを含むその他のガスの吸収効率が低下する傾向にある。
The amount of absorption solvent to be used (supplied amount) is not particularly limited, but is 10 times or more by mass of the total flow rate (mass flow rate) of butadiene, 1-butene, and 2-butene in the generated gas that has passed through the second step. The amount is preferably 100 times by mass or less, more preferably 17 times by mass or more and 35 times by mass or less.
By controlling the amount of absorption solvent used within the above range, the absorption efficiency of other gases including 1,3-butadiene can be improved.
On the other hand, when the amount of absorption solvent used is excessive, the amount of energy consumed for purification for recycling the absorption solvent tends to increase. Furthermore, if the amount of absorption solvent used is too small, the absorption efficiency of other gases including 1,3-butadiene tends to decrease.
吸収溶媒の温度(溶媒導入口における温度)は、0℃以上60℃以下であることが好ましく、より好ましくは0℃以上40℃以下である。
吸収溶媒の温度を上記範囲とすることにより、1,3-ブタジエンを含むその他のガスの吸収効率をより向上させることができる。
The temperature of the absorption solvent (temperature at the solvent inlet) is preferably from 0°C to 60°C, more preferably from 0°C to 40°C.
By setting the temperature of the absorption solvent within the above range, the absorption efficiency of other gases including 1,3-butadiene can be further improved.
<循環工程>
循環工程においては、第3工程において得られた、分子状酸素および不活性ガス類を、第1工程に対して還流ガスとして送給する。この循環工程において、第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類は、溶剤回収塔5および圧縮機6によって処理される。
具体的に説明すると、第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類、すなわち吸収塔4から流出された分子状酸素および不活性ガス類は、配管107を介して溶剤回収塔5に送給されて溶媒除去処理された後、配管110を介して圧縮機6に送給され、必要に応じて圧力調整処理される。このようにして溶媒除去処理および圧力調整処理された第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類は、圧縮機6から反応塔1に向かって配管112に流出する。
この図の例において、溶剤回収塔5から流出された、分子状酸素および不活性ガス類は、配管110を流通する過程において、当該分子状酸素および不活性ガス類の一部が、配管110に連通する配管111を介して廃棄される。このように、溶剤回収塔5から流出された、分子状酸素および不活性ガス類の一部を廃棄するための配管111を設けることにより、第1工程に対する還流ガスの供給量を調整することができる。
<Circulation process>
In the circulation step, molecular oxygen and inert gases obtained in the third step are fed to the first step as reflux gas. In this circulation process, molecular oxygen and inert gases from the third process are processed by a
Specifically, the molecular oxygen and inert gases from the third step, that is, the molecular oxygen and inert gases discharged from the
In the example shown in this figure, while the molecular oxygen and inert gases flowing out from the
(溶剤回収塔)
溶剤回収塔5は、第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類を水または溶剤によって洗浄することにより、当該分子状酸素および不活性ガス類を溶媒除去処理する構成のものである。溶剤回収塔5における中央部には第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類を導入するガス導入口が設けられている。溶剤回収塔5における上部には水または溶剤を導入する洗浄用液体導入口が設けられている。ガス導入口には、一端が吸収塔4のガス導出口に接続された配管107が接続されており、また洗浄用液体導入口には配管108が接続されている。また、溶剤回収塔5には、塔頂に、水または溶剤によって洗浄された、分子状酸素および不活性ガス類を導出するガス導出口が設けられている。また、溶剤回収塔5における塔底には、第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類の洗浄に用いた水または溶剤を導出する洗浄用液体導出口が設けられている。ガス導出口には、配管110が接続されており、洗浄用液体導出口には配管109が接続されている。
(solvent recovery tower)
The
この溶剤回収塔5においては、第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類に含まれていた吸収溶媒が除去され、除去された吸収溶媒が、洗浄に用いられた水または溶剤と共に洗浄用液体導出口から配管109に流出し、この配管109を介して回収される。また、溶剤除去処理された、第3工程からの分子状酸素および不活性ガス類は、溶剤回収塔5のガス導出口から配管110に流出する。
In this
また、動作中の溶剤回収塔5において、当該溶剤回収塔5の内部の温度は、特に限定されないが、0℃以上80℃以下であることが好ましく、より好ましくは10℃以上60℃以下である。
Further, in the
(圧縮機)
圧縮機6としては、溶剤回収塔5からの分子状酸素および不活性ガス類を、必要に応じて昇圧し、第1工程において必要とされる圧力にすることのできるものが適宜用いられる。
この図の例において、圧縮機6には、ガス導入口に、一端が溶剤回収塔5のガス導出口に接続された配管110が接続され、ガス導出口には、配管112が接続されている。
(compressor)
As the
In the example shown in this figure, the
この圧縮機6においては、第3工程の圧力が第1工程の圧力未満である場合において、第3工程と第1工程との圧力差に応じ、当該圧力差分の昇圧を行う。
この圧縮機6において昇圧が行われる場合において、その昇圧は、通常、小さいものであるため、圧縮機の電気エネルギー消費量は小さなものに留まる。
In this
When the pressure is increased in the
圧縮機6から流出された分子状酸素および不活性ガス類、すなわち還流ガスにおいて、分子状窒素の濃度は、87体積%以上97体積%以下であることが好ましく、より好ましくは90体積%以上95体積%以下である。また、分子状酸素の濃度は、1体積%以上6体積%以下であることが好ましく、より好ましくは2体積%以上5体積%以下である。
In the molecular oxygen and inert gases flowing out from the
<脱溶工程>
脱溶工程においては、第3工程において得られた、1,3-ブタジエンを含むその他のガスを吸収した吸収溶媒を溶媒分離処理する。すなわち、第3工程からの吸収溶媒から吸収溶媒を分離することにより、1,3-ブタジエンを含むその他のガス、すなわち1,3-ブタジエンを含むガスのガス流を得る。この脱溶工程においては、図2に示されているように、1,3-ブタジエンを含むその他のガスと吸収溶媒との分離が脱溶塔7によって行われる。
具体的に説明すると、第3工程からの吸収溶媒、すなわち吸収塔4から流出された、1,3-ブタジエンを含むその他のガスを吸収した吸収溶媒は、配管113を介して脱溶塔7に送給されて溶媒分離処理される。そして、脱溶塔7においては、1,3-ブタジエンを含むその他のガスと吸収溶媒とを蒸留分離する。
<Desolution process>
In the desolvation step, the absorption solvent obtained in the third step that has absorbed other gases including 1,3-butadiene is subjected to a solvent separation treatment. That is, by separating the absorption solvent from the absorption solvent from the third step, a gas stream of the other gas comprising 1,3-butadiene, ie the gas comprising 1,3-butadiene, is obtained. In this desolvation step, as shown in FIG. 2, separation of other gases containing 1,3-butadiene from the absorption solvent is performed by the
Specifically, the absorption solvent from the third step, that is, the absorption solvent that has absorbed other gases containing 1,3-butadiene that has flowed out from the
(脱溶塔)
脱溶塔7は、第3工程からの吸収溶媒を蒸留分離することによって溶媒分離処理する構成のものである。脱溶塔7における中央部には第3工程からの吸収溶媒を導入する溶媒導入口が設けられている。また、脱溶塔7における塔頂には、第3工程からの吸収溶媒から分離された1,3-ブタジエンを含むガスを導出するガス導出口が設けられている。脱溶塔7における塔底には、第3工程からの吸収溶媒から分離された吸収溶媒を導出する溶媒導出口が設けられている。溶媒導入口には、一端が吸収塔4の溶媒導出口に接続された配管113が接続されており、また、ガス導出口には、配管115が接続され、溶媒導出口には配管114が接続されている。
(Desoluting tower)
The
この脱溶塔7においては、第3工程からの吸収溶媒から分離された、1,3-ブタジエンを含むガスと吸収溶媒とが、それぞれ、1,3-ブタジエンを含むガスがガス導出口から配管115に流出し、吸収溶媒が溶媒導出口から配管114に流出する。
In this
脱溶塔7の内部の圧力は、特に限定されないが、0.03MPaG以上1.0MPaG以下であることが好ましく、より好ましくは0.2MPaG以上0.6MPaG以下である。
The pressure inside the
また、動作中の脱溶塔7において、当該脱溶塔7の塔底の温度は、80℃以上1900℃以下であることが好ましく、より好ましくは100℃以上180℃以下である。
Further, in the
このような1,3-ブタジエンの製造方法によれば、クエンチ塔2において、最下段の気液接触用部材に対して洗浄水を供給する洗浄処理を行うことにより、生成ガスを冷却する第2工程を長期間にわたって安定して実行することができるため、高い時間的効率で1,3-ブタジエンを製造することができる。
According to such a method for producing 1,3-butadiene, in the quench
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
図2のフロー図に従って、下記の第1工程、第2工程、第3工程、脱溶工程および循環工程を経ることにより、1-ブテンおよび2-ブテンを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを、500時間連続して製造した。
また、原料ガスとしては、1-ブテンおよび2-ブテンを含み、1-ブテンと2-ブテンとの合計100体積%に対する2-ブテンの割合が87体積%のものを用いた。
[Example 1]
1,3-butadiene is extracted from the raw material gas containing 1-butene and 2-butene by going through the following first step, second step, third step, desolvation step, and circulation step according to the flow diagram in Figure 2. , was produced continuously for 500 hours.
Further, the raw material gas used contained 1-butene and 2-butene, and the proportion of 2-butene was 87% by volume relative to the total of 100% by volume of 1-butene and 2-butene.
(第1工程)
金属酸化物触媒を、触媒層長が4000mmとなるように充填した反応器1(内径21.2mm、外径25.4mm)に、体積比(1-ブテンおよび2-ブテン/O2/N2/H2O)が1/1.5/16.3/1.2である混合ガスを2000h-1のGHSVにて供給し、反応温度320~350℃の条件によって、原料ガスと分子状酸素含有ガスとを酸化脱水素反応させることにより、1,3-ブタジエンを含む生成ガスを得た。この第1工程の圧力、すなわち反応器1のガス導入口における圧力は、0.1MPaGであった。ここに、混合ガスの実体積GHSVは2150h-1であった。
この第1工程において、金属酸化物触媒としては、組成式Mo12Bi5Fe0.5Ni2Co3K0.1Cs0.1Sb0.2で表される酸化物を球状のシリカに触媒総体積の20%の割合で担持したものを用いた。
また、混合ガスは、原料ガスと還流ガス(分子状酸素および不活性ガス類)とが混合され、必要に応じて、分子状酸素含有ガスとしての空気、不活性ガス類としての分子状窒素および水(水蒸気)がさらに混合されることにより、組成が調整されたものである。
(1st step)
A reactor 1 (inner diameter 21.2 mm, outer diameter 25.4 mm) filled with a metal oxide catalyst so that the catalyst layer length was 4000 mm was charged with a volume ratio (1-butene and 2-butene/O 2 /N 2 /H 2 O) of 1/1.5/16.3/1.2 is supplied at a GHSV of 2000 h -1 , and the raw material gas and molecular oxygen are By subjecting the contained gas to an oxidative dehydrogenation reaction, a product gas containing 1,3-butadiene was obtained. The pressure in this first step, that is, the pressure at the gas inlet of reactor 1, was 0.1 MPaG. Here, the actual volume GHSV of the mixed gas was 2150 h -1 .
In this first step, as the metal oxide catalyst, an oxide represented by the compositional formula Mo 12 Bi 5 Fe 0.5 Ni 2 Co 3 K 0.1 Cs 0.1 Sb 0.2 was added to spherical silica at a rate of 20% of the total catalyst volume. The material supported by the above was used.
The mixed gas is a mixture of raw material gas and reflux gas (molecular oxygen and inert gases), and air as a molecular oxygen-containing gas, molecular nitrogen as an inert gas, and The composition is adjusted by further mixing water (steam).
(第2工程)
クエンチ塔2としては、下記の仕様のものを用いた。
塔本体20の全長:780cm
塔本体20の内径:15.24cm
気液接触用部材30:不規則充填物(カスケードミニリング)
気液接触用部材30の数:5
噴射ヘッド41によるスプレー距離Lとスプレー幅Dとの比(L/D):1.6
(Second process)
As the quench
Total length of tower body 20: 780cm
Inner diameter of tower body 20: 15.24cm
Gas-liquid contact member 30: Irregular packing (cascade mini ring)
Number of gas-liquid contact members 30: 5
Ratio between spray distance L and spray width D by the jet head 41 (L/D): 1.6
反応器1から流出された生成ガスを、クエンチ塔2において、冷却水と向流接触させて急冷し、76℃まで冷却した後、冷却用熱交換器3において30℃まで冷却した。冷却水の供給量は1L/minである。この第2工程の圧力、すなわちクエンチ塔2のガス導出口における圧力は、0.1MPaGであり、また冷却用熱交換器3のガス導出口における圧力も0.1MPaGであった。
そして、クエンチ塔2において、生成ガスの冷却処理が8時間経過する毎に、下記の条件で洗浄機構を駆動させた。
噴射ヘッド41からの洗浄水の供給量:0.002L/min
気液接触用部材30の表面の単位面積当りの洗浄水の供給量:55L/m2
気液接触用部材30に対する1回の洗浄処理に使用される洗浄水の量:1L
The product gas discharged from the reactor 1 was brought into countercurrent contact with cooling water in the quench
Then, in the quench
Cleaning water supply amount from jet head 41: 0.002L/min
Amount of cleaning water supplied per unit area of the surface of the gas-liquid contact member 30: 55 L/m 2
Amount of cleaning water used for one cleaning process for the gas-liquid contact member 30: 1L
(第3工程)
熱交換器3から流出された生成ガス(以下、「冷却生成ガス」ともいう。)を、内部に規則充填物を配置した吸収塔4(外径152.4mm、高さ7800mm、材質SUS304)の下部のガス導入口から供給し、当該吸収塔4の上部の溶媒導入口からは、トルエンを95質量%以上含む吸収溶媒を10℃で供給した。吸収溶媒の供給量は、冷却生成ガスにおけるブタジエンと1-ブテンと2-ブテンとの合計の流量(質量流量)に対して33質量倍であった。この第3工程の圧力、すなわち吸収塔4のガス導出口における圧力は、0.1MPaGであった。
(Third step)
The generated gas flowing out from the heat exchanger 3 (hereinafter also referred to as "cooled generated gas") is transferred to an absorption tower 4 (outer diameter 152.4 mm, height 7800 mm, material SUS304) with a regular packing arranged inside. It was supplied from the lower gas inlet, and from the upper solvent inlet of the
(循環工程)
吸収塔4から流出されたガスを、溶剤回収塔5において、水または溶剤によって洗浄することにより、当該ガスに含まれていた少量の吸収溶媒を除去した。このようにして吸収溶媒が除去されたガスは、溶剤回収塔5から流出し、一部が廃棄され、残りの大部分が圧縮機6に送給された。そして、圧縮機6においては、溶剤回収塔5からのガスが、圧力調整処理によって昇圧された。このようにして吸収溶媒が除去され、昇圧されたガスは、圧縮機6から流出し、反応器1に還流された。
(circulation process)
The gas discharged from the
(脱溶工程)
吸収塔4から流出された液体を脱溶塔7に供給し、脱溶塔本体から流出されたガスをコンデンサーにおいて冷却することにより、1,3-ブタジエンを含むガスを得た。また、脱溶塔本体から流出された液の一部をリボイラーにおいて加熱した流出液、すなわち吸収溶媒(以下、「循環吸収溶媒」ともいう。)も得た。このようにして、脱溶塔7において1,3-ブタジエンを含むガスと循環吸収溶媒とを蒸留分離した。
(Desolution process)
The liquid discharged from the
[比較例1]
第2工程において、クエンチ塔2の洗浄機構を駆動しなかったこと以外は実施例1と同様にして、1-ブテンおよび2-ブテンを含む原料ガスから1,3-ブタジエンを、127.5時間連続して製造した。
[Comparative example 1]
In the second step, 1,3-butadiene was extracted from the raw material gas containing 1-butene and 2-butene for 127.5 hours in the same manner as in Example 1 except that the cleaning mechanism of the quench
実施例1および比較例1において、1,3-ブタジエンの製造が終了した後、クエンチ塔2における最下段の気液接触用部材30を調べたところ、実施例1においては少量の固形成分が付着しているのに対し、比較例1においては多量に固形成分が付着していることが確認された。
また、クエンチ塔2からの排水を調べたところ、実施例1においては多量の固形成分が認められ、比較例1においては少量の固形成分が認められた。
以上のことから、実施例1によれば、冷却によって析出する固形成分が気液接触用部材30に多量に付着することが防止または抑制され、その結果、生成ガスの冷却を長期間にわたって安定して実行することが可能であることが理解される。
In Example 1 and Comparative Example 1, after the production of 1,3-butadiene was completed, the lowest stage gas-
Further, when the waste water from the quench
From the above, according to Example 1, a large amount of solid components precipitated by cooling is prevented or suppressed from adhering to the gas-
1 反応器
2 急冷塔
3 熱交換器
4 吸収塔
5 溶剤回収塔
6 圧縮機
7 脱溶塔
20 塔本体
21 周壁部
22 塔頂部
23 塔底部
25 ガス導入口
26 ガス導出口
27 冷却水導出口
30 気液接触用部材
35 冷却水供給機構
36 噴霧ヘッド
40 洗浄機構
41 噴射ヘッド
100~116 配管
1
Claims (5)
前記被冷却ガスは、冷却されることによって前記気液接触用部材に付着する固形成分を析出するものであり、
前記気液接触用部材に洗浄水を供給する洗浄機構を有し、
前記洗浄機構は、最下段の前記気液接触用部材に対して洗浄水を噴射によって供給する噴射ヘッドを有し、
前記洗浄機構における前記洗浄水の供給量は、861~1076L/minであることを特徴とするクエンチ塔。 In a quench tower that is equipped with a gas-liquid contacting member inside and in which the gas to be cooled supplied from the lower part of the tower is cooled by cooling water supplied from the upper part of the tower,
The cooled gas precipitates solid components that adhere to the gas-liquid contact member by being cooled,
a cleaning mechanism that supplies cleaning water to the gas-liquid contact member;
The cleaning mechanism includes a jetting head that sprays cleaning water to the gas-liquid contacting member at the lowest stage,
A quench tower characterized in that a supply amount of the washing water in the washing mechanism is 861 to 1076 L/min.
前記被冷却ガスは、冷却されることによって前記気液接触用部材に付着する固形成分を析出するものであり、
最下段の前記気液接触用部材に対して洗浄水を噴射によって供給し、
前記気液接触用部材に洗浄水を861~1076L/minの供給量で供給することを特徴とするガス冷却方法。 A gas cooling method for cooling a gas to be cooled supplied from the lower part of the tower with cooling water supplied from the upper part of the tower in a quench tower equipped with a gas-liquid contact member, the method comprising:
The cooled gas precipitates solid components that adhere to the gas-liquid contact member by being cooled,
Supplying cleaning water by jet to the gas-liquid contacting member at the lowest stage,
A gas cooling method characterized in that cleaning water is supplied to the gas-liquid contacting member at a supply rate of 861 to 1076 L/min.
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