JP2009046409A - Method for purifying naphthalene and method for producing phthalic anhydride - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、配管の閉塞を発生させることなく、粗ナフタレン中の不純物である硫黄化合物及び窒素化合物を低減するナフタレンの精製方法と、該ナフタレンを用いて無水フタル酸を安定して製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】コールタールの蒸留から得られた粗ナフタレンに酸無水基含有高沸点物を添加・混合する添加・混合工程と、前記添加・混合工程で得られたナフタレンに含有される窒素量を低減する窒素低減工程と、前記窒素低減工程で得られたナフタレンを水添脱硫して、該ナフタレンに含有される硫黄量を低減する水添脱硫工程とをこの順序で有することを特徴とするナフタレンの精製方法。
【選択図】なしThe present invention relates to a method for purifying naphthalene in which sulfur compounds and nitrogen compounds, which are impurities in crude naphthalene, are reduced without causing blockage of piping, and to stably produce phthalic anhydride using the naphthalene. It aims to provide a way to do.
An addition / mixing step of adding and mixing an acid anhydride group-containing high-boiling product to crude naphthalene obtained by distillation of coal tar, and an amount of nitrogen contained in naphthalene obtained in the addition / mixing step A naphthalene having a nitrogen reduction step for reducing and a hydrodesulfurization step for reducing the amount of sulfur contained in the naphthalene by hydrodesulfurizing the naphthalene obtained in the nitrogen reduction step in this order Purification method.
[Selection figure] None
Description
本発明は、粗ナフタレンを精製し、該精製ナフタレンから無水フタル酸を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for purifying crude naphthalene and producing phthalic anhydride from the purified naphthalene.
ナフタレンを気相酸化用触媒流動層によって酸化させ、無水フタル酸を製造する方法において、酸化触媒の活性を維持することは安定した生産を確保する上で極めて重要である。通常、ナフタレンはコールタールを原料として蒸留工程を経て得られるが、窒素化合物や硫黄化合物などの不純物を含んでいる。この不純物は、酸化触媒を被毒するほか、最終製品の品質を低下させるため除去が不可欠である。硫黄化合物のみについては水添脱硫法など工業的プロセスに応用可能な除去方法が確立されている。例えば、特許文献1で、95%ナフタレンを固体酸触媒の存在下で加熱後、蒸留することにより、硫黄化合物を除去する方法が開示されている。しかしながら、この水添脱硫法だけでは窒素化合物を十分に除去することができず、無水フタル酸を安定的に製造することは出来ない。 In the method for producing phthalic anhydride by oxidizing naphthalene with a fluidized bed for gas phase oxidation, maintaining the activity of the oxidation catalyst is extremely important for ensuring stable production. Naphthalene is usually obtained through a distillation process using coal tar as a raw material, but contains impurities such as nitrogen compounds and sulfur compounds. In addition to poisoning the oxidation catalyst, this impurity must be removed to reduce the quality of the final product. For sulfur compounds only, removal methods applicable to industrial processes such as hydrodesulfurization have been established. For example, Patent Document 1 discloses a method for removing sulfur compounds by heating 95% naphthalene in the presence of a solid acid catalyst, followed by distillation. However, this hydrodesulfurization method alone cannot sufficiently remove nitrogen compounds, and phthalic anhydride cannot be produced stably.
特許文献2では、粗ナフタレン中に含まれる硫黄化合物および窒素化合物を除去するナフタレンの精製方法が開示されている。具体的には、まず、上記水添脱硫法により粗ナフタレンから硫黄化合物を除去して得られた脱硫ナフタレンに、無水フタル酸といった酸無水基含有高沸点物を添加する。水添脱硫法によりほとんどの窒素化合物はアミン系化合物に転化しており、酸無水基含有高沸点物と反応して高沸点のイミド化合物が生成する。生成したイミド化合物の沸点がナフタレンの沸点よりも高いことを利用して、蒸留操作によりナフタレンだけを塔頂留分として得ることができる。生成したイミド化合物は蒸留釜の残渣として塔底部より回収される。本文献の工程をまとめると、粗ナフタレンの水添脱硫処理、酸無水基含有高沸点物の添加、蒸留という順で操作がなされる。 Patent Document 2 discloses a method for purifying naphthalene that removes sulfur compounds and nitrogen compounds contained in crude naphthalene. Specifically, first, an acid anhydride group-containing high-boiling product such as phthalic anhydride is added to desulfurized naphthalene obtained by removing sulfur compounds from crude naphthalene by the hydrodesulfurization method. Most of the nitrogen compounds are converted to amine compounds by the hydrodesulfurization method, and react with an acid anhydride group-containing high boiling point product to form a high boiling point imide compound. Using the fact that the boiling point of the produced imide compound is higher than the boiling point of naphthalene, only naphthalene can be obtained as a top fraction by distillation. The produced imide compound is recovered from the bottom of the column as a residue in the still. Summarizing the processes in this document, the operations are performed in the order of hydrodesulfurization of crude naphthalene, addition of an acid anhydride group-containing high-boiling product, and distillation.
特許文献2のナフタレンの精製方法は、粗ナフタレン中に含まれる硫黄化合物及び窒素化合物の濃度をかなり低減させることができる。しかし、本発明者の検討により以下のような問題が見出された。 The method for purifying naphthalene in Patent Document 2 can significantly reduce the concentrations of sulfur compounds and nitrogen compounds contained in the crude naphthalene. However, the following problems were found by the inventors' investigation.
粗ナフタレン中の硫黄化合物や窒素化合物は、水添脱硫操作の過程で、熱重合による重質化や熱分解による炭化を起こし易いため、これら重質化物や炭化物が水添加熱炉内の配管に付着、堆積し、配管を閉塞させたり、さらには水添脱硫反応器内の脱硫触媒表面に付着し、触媒活性を低下させたりするため、しばしば設備を停止し配管を清掃したり、触媒の詰替えを行う必要が生じ、生産性を大きく損なうという問題を抱えていた。 Sulfur and nitrogen compounds in crude naphthalene are liable to become heavy due to thermal polymerization or carbonize due to thermal decomposition during the hydrodesulfurization operation. Since it adheres and accumulates, clogs the piping, and further adheres to the surface of the desulfurization catalyst in the hydrodesulfurization reactor and reduces the catalytic activity, the equipment is often shut down, the piping is cleaned, and the catalyst is clogged. There was a problem that the productivity had to be greatly impaired due to the necessity of replacement.
一方、前述した問題を解決する目的で、水添脱硫処理の前に粗ナフタレンの精密蒸留を行い、更に高純度化したナフタレンを使用する方法も考えられる。しかしながら、工業的な規模においてさらに蒸留操作を追加することはエネルギーコスト及び建設コストの観点から好ましくない。また、実際にこの脱硫処理前の蒸留を長時間実施すると、蒸留塔などの装置の配管が閉塞するという問題があった。そのため、配管の閉塞のたびごとに多大な労力と時間をかけて蒸留塔を分解して付着物を除去する必要が生じ、生産性を大きく低下させる原因となっていた。 On the other hand, for the purpose of solving the above-mentioned problems, a method in which crude naphthalene is subjected to precision distillation before hydrodesulfurization treatment to use highly purified naphthalene is also conceivable. However, adding additional distillation operations on an industrial scale is undesirable from the standpoint of energy costs and construction costs. Further, when the distillation before the desulfurization treatment is actually carried out for a long time, there is a problem that the piping of an apparatus such as a distillation tower is blocked. For this reason, every time the pipe is blocked, it is necessary to disassemble the distillation tower over a great amount of labor and time to remove the deposits, which has caused a significant reduction in productivity.
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて、配管の閉塞を発生させることなく、粗ナフタレン中の不純物である硫黄化合物及び窒素化合物を低減するナフタレンの精製方法と、該ナフタレンを用いて無水フタル酸を安定して製造する工業的に有利な方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a method for purifying naphthalene that reduces sulfur compounds and nitrogen compounds as impurities in crude naphthalene without causing plugging of the piping, and phthalic anhydride using the naphthalene. An object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for stably producing the above.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、次のような知見を得た。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the following knowledge.
(i)前記脱硫処理前の粗ナフタレンの蒸留操作において、粗ナフタレン中の窒素化合物の一部が熱重合して、生成した重合体が蒸留塔の配管に付着、堆積し、配管の閉塞に到ることが判明した。 (i) In the distillation operation of the crude naphthalene before the desulfurization treatment, a part of the nitrogen compound in the crude naphthalene is thermally polymerized, and the produced polymer adheres to and accumulates on the piping of the distillation tower, resulting in blockage of the piping. Turned out to be.
(ii)前記の重合性を示す窒素化合物と酸無水基含有高沸点物との反応により得られるイミド化合物は、蒸留操作の加熱条件下で重合性を示さないことを見出した。 (ii) It has been found that the imide compound obtained by the reaction of the above-described nitrogen compound exhibiting polymerizability and an acid anhydride group-containing high-boiling product does not exhibit polymerizability under the heating conditions of the distillation operation.
そこで本発明者らは、上記知見に基づき、粗ナフタレンに酸無水基含有高沸点物を添加してイミド化合物を生成させ、その後蒸留、水添脱硫操作を実施することにより、配管の閉塞がなくかつ硫黄化合物と窒素化合物の濃度を大幅に低減できる工業的に有利な精製方法を見出し、発明を完成するに至った。本発明の工程をまとめると、粗ナフタレンへの酸無水基含有高沸点物の添加、蒸留、水添脱硫処理、無水フタル酸製造工程という順で操作がなされる。 Therefore, based on the above findings, the present inventors added an acid anhydride group-containing high-boiling product to crude naphthalene to produce an imide compound, and then carried out distillation and hydrodesulfurization operation, so that there was no blockage of piping. In addition, the inventors have found an industrially advantageous purification method capable of greatly reducing the concentration of sulfur compounds and nitrogen compounds, and have completed the invention. Summarizing the steps of the present invention, operations are performed in the order of addition of an acid anhydride group-containing high-boiling product to crude naphthalene, distillation, hydrodesulfurization treatment, and phthalic anhydride production step.
即ち、本発明の要旨は下記(1)〜(7)に存する。
(1)コールタールの蒸留から得られた粗ナフタレンに酸無水基含有高沸点物を添加・混合する添加・混合工程と、前記添加・混合工程で得られたナフタレンに含有される窒素量を低減する窒素低減工程と、前記窒素低減工程で得られたナフタレンを水添脱硫して、該ナフタレンに含有される硫黄量を低減する水添脱硫工程とをこの順序で有することを特徴とするナフタレンの精製方法。
(2)前記窒素が、前記粗ナフタレンに含有される窒素化合物と前記酸無水基含有高沸点物が反応して生成したイミド化合物であることを特徴とする(1)に記載のナフタレンの精製方法。
(3)前記酸無水基含有高沸点物の沸点が、218℃超であることを特徴とする(1)または(2)に記載のナフタレンの精製方法。
(4)前記酸無水基含有高沸点物が、無水フタル酸であることを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載のナフタレンの精製方法。
(5)前記窒素量の低減が、蒸留による低減であることを特徴とする(1)から(4)のいずれかに記載のナフタレンの精製方法。
(6)(1)から(5)に記載のいずれかの精製方法で得られたナフタレンを、触媒下で酸化して、無水フタル酸を製造することを特徴とする無水フタル酸の製造方法。
That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (7).
(1) Addition / mixing step of adding and mixing acid anhydride group-containing high-boiling products to crude naphthalene obtained from distillation of coal tar, and reducing the amount of nitrogen contained in naphthalene obtained in the addition / mixing step And a hydrodesulfurization step for reducing the amount of sulfur contained in the naphthalene by hydrodesulfurizing the naphthalene obtained in the nitrogen reduction step in this order. Purification method.
(2) The method for purifying naphthalene according to (1), wherein the nitrogen is an imide compound formed by a reaction between a nitrogen compound contained in the crude naphthalene and the acid anhydride group-containing high-boiling product. .
(3) The method for purifying naphthalene as described in (1) or (2), wherein the boiling point of the acid anhydride group-containing high-boiling product is higher than 218 ° C.
(4) The method for purifying naphthalene according to any one of (1) to (3), wherein the acid anhydride group-containing high-boiling product is phthalic anhydride.
(5) The method for purifying naphthalene according to any one of (1) to (4), wherein the reduction of the nitrogen amount is reduction by distillation.
(6) A method for producing phthalic anhydride, wherein naphthalene obtained by any of the purification methods according to (1) to (5) is oxidized under a catalyst to produce phthalic anhydride.
本発明は、配管の閉塞を発生させることなく、粗ナフタレン中の不純物である硫黄化合物及び窒素化合物を低減するナフタレンの精製方法と、該精製ナフタレンを用いて無水フタル酸を安定して製造する方法を提供する。本発明により、工業的な規模において連続かつ安定した運転が可能となる。従って、本発明は経済性に優れた方法であり、その工業的価値は大きい。 The present invention relates to a method for purifying naphthalene that reduces sulfur compounds and nitrogen compounds, which are impurities in crude naphthalene, without causing blockage of the piping, and a method for stably producing phthalic anhydride using the purified naphthalene. I will provide a. The present invention enables continuous and stable operation on an industrial scale. Therefore, the present invention is an economical method and has great industrial value.
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
本発明では、無水フタル酸の製造を以下の4つの工程で行う。
(1)コールタールの蒸留から得られた粗ナフタレンに酸無水基含有高沸点物を添加・混合する添加・混合工程
(2)前記添加・混合工程で得られたナフタレンに含有される窒素量を低減する窒素低減工程
(3)前記窒素低減工程で得られたナフタレンを水添脱硫して、該ナフタレンに含有される硫黄量を低減する水添脱硫工程
(4)前記水添脱硫工程で得られたナフタレンを、触媒下で酸化して、無水フタル酸を製造する無水フタル酸製造工程
以下に各工程について詳しく説明する。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
In the present invention, phthalic anhydride is produced in the following four steps.
(1) Addition / mixing step of adding / mixing an acid anhydride group-containing high-boiling product to crude naphthalene obtained from distillation of coal tar (2) The amount of nitrogen contained in naphthalene obtained in the addition / mixing step Reduced nitrogen reduction step (3) Hydrodesulfurization of naphthalene obtained in the nitrogen reduction step to reduce the amount of sulfur contained in the naphthalene (4) Obtained in the hydrodesulfurization step A process for producing phthalic anhydride by oxidizing naphthalene under a catalyst to produce phthalic anhydride is described in detail below.
(1)添加・混合工程
第一工程は、コールタールの蒸留から得られた粗ナフタレンに酸無水基含有高沸点物を添加・混合する工程である。この工程では、粗ナフタレン中に含まれるアミン系の窒素化合物と添加した酸無水基含有高沸点物が反応して、高沸点のイミド化合物が生成する。
(1) Addition / mixing step The first step is a step of adding and mixing an acid anhydride group-containing high-boiling product to crude naphthalene obtained from distillation of coal tar. In this step, the amine-based nitrogen compound contained in the crude naphthalene reacts with the added acid anhydride group-containing high-boiling product to produce a high-boiling imide compound.
本発明で使用する粗ナフタレンは、特に制限されないが、コークス炉から発生するコールタールや、石炭液化油などを原料として蒸留、晶析などの分離回収操作を経て得られる。粗ナフタレンの純度は、通常90〜99.9質量%、好ましくは95から99質量%である。 The crude naphthalene used in the present invention is not particularly limited, but can be obtained through separation and recovery operations such as distillation and crystallization using coal tar generated from a coke oven, coal liquefied oil or the like as a raw material. The purity of the crude naphthalene is usually 90 to 99.9% by mass, preferably 95 to 99% by mass.
通常、粗ナフタレン中には、チオフェン類、チオール類、チオナフテンなどの硫黄化合物が含まれている。粗ナフタレン中に含まれる硫黄原子含有量は、該ナフタレンに対する質量比で、通常1000〜10000質量ppm(以下、ppmと記す)程度であり、この範囲であれば使用可能である。硫黄原子含有量は、GC−FTD法や燃焼法などの公知の方法により測定される。 Normally, crude naphthalene contains sulfur compounds such as thiophenes, thiols, and thionaphthenes. The sulfur atom content contained in the crude naphthalene is usually about 1000 to 10000 mass ppm (hereinafter referred to as ppm) in terms of mass ratio to the naphthalene, and can be used within this range. The sulfur atom content is measured by a known method such as a GC-FTD method or a combustion method.
また、粗ナフタレン中には、アニリン、トルイジン等の芳香族系1級アミン類の他にキノリン、イソキノリン等の含窒素複素環化合物類およびニトリル基を有する多種の含窒素化合物が含まれている。粗ナフタレン中に含まれる窒素原子含有量は、該ナフタレンに対する質量比で、通常50〜500ppm程度であり、その範囲内にあるナフタレンであれば使用可能である。窒素原子含有量は、化学発光法などの公知の方法により測定される。前記窒素化合物の中で、特に、アニリン、トルイジン等のアミン系化合物は後述する酸無水基含有高沸点物と反応しやすい。 In addition to aromatic primary amines such as aniline and toluidine, the crude naphthalene contains nitrogen-containing heterocyclic compounds such as quinoline and isoquinoline and various nitrogen-containing compounds having a nitrile group. The content of nitrogen atoms contained in the crude naphthalene is generally about 50 to 500 ppm in terms of mass ratio to the naphthalene, and any naphthalene within the range can be used. The nitrogen atom content is measured by a known method such as chemiluminescence. Among the nitrogen compounds, in particular, amine compounds such as aniline and toluidine are likely to react with an acid anhydride group-containing high-boiling product described later.
本発明で使用する粗ナフタレンは、前記硫黄化合物及び窒素化合物以外に、その他の化合物を含んでいてもよい。具体的には、テトラリン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、アルキルベンゼン類などが挙げられる。これらの化合物の濃度は、該ナフタレンに対して、通常合計で1〜2質量%である。 The crude naphthalene used in the present invention may contain other compounds in addition to the sulfur compound and the nitrogen compound. Specific examples include tetralin, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, and alkylbenzenes. The concentration of these compounds is usually 1 to 2 mass% in total with respect to the naphthalene.
本発明で使用する酸無水基含有高沸点物とは、酸無水基を有する高沸点の化合物を意味する。高沸点とは218℃超であり、218℃より低いと後述する添加・混合工程で酸無水基含有高沸点物が反応時に蒸発する恐れがある。酸無水基含有高沸点物が過剰添加されてもナフタレンと共に留出しないことが好ましい。具体的には、無水フタル酸、無水トリメリット酸、テトラヒドロ無水フタル酸などの芳香族カルボン酸無水物、無水マレイン酸のコポリマー、スチレン−マレイン酸樹脂、インデン−マレイン酸樹脂、無水マレイン酸−ポリオレフィン酸樹脂、無水マレイン酸変性ナイロン樹脂などの高分子量酸無水基含有化合物などが挙げられる。この中で、低分子量酸無水基含有化合物が好ましく、特に無水フタル酸が好適に使用される。これらは単独で用いてもかまわないし、2種以上を併用してもかまわない。また、必要に応じて、酸無水基含有高沸点物と他の化合物を混合して、酸無水基含有高沸点物の含有量が1質量%以上の混合物として使用してもよい。例えば、無水フタル酸とナフタレン、無水フタル酸とアントラセンなどの組み合わせが挙げられる。 The acid anhydride group-containing high boiling point product used in the present invention means a high boiling point compound having an acid anhydride group. The high boiling point is over 218 ° C., and if it is lower than 218 ° C., the acid anhydride group-containing high boiling point product may evaporate during the reaction in the addition / mixing step described later. It is preferable not to distill with naphthalene even when an acid anhydride group-containing high-boiling product is excessively added. Specifically, aromatic carboxylic anhydrides such as phthalic anhydride, trimellitic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, copolymers of maleic anhydride, styrene-maleic acid resin, indene-maleic acid resin, maleic anhydride-polyolefin And high molecular weight acid anhydride group-containing compounds such as acid resins and maleic anhydride-modified nylon resins. Among these, a low molecular weight acid anhydride group-containing compound is preferable, and phthalic anhydride is particularly preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, if necessary, the acid anhydride group-containing high-boiling product and other compounds may be mixed and used as a mixture having an acid anhydride group-containing high-boiling product content of 1% by mass or more. For example, a combination of phthalic anhydride and naphthalene, phthalic anhydride and anthracene, or the like can be given.
酸無水基含有高沸点物の沸点は、好ましくは220℃以上、さらに好ましくは280℃以上である。酸無水基含有高沸点物の沸点が高い方が、反応で生成したイミド化合物の沸点も高くなり、該イミド化合物とナフタレン(沸点:218℃)とを後述する窒素低減工程での蒸留操作において容易に分離できる。 The boiling point of the acid anhydride group-containing high-boiling product is preferably 220 ° C. or higher, more preferably 280 ° C. or higher. The higher the boiling point of the acid anhydride group-containing high-boiling product, the higher the boiling point of the imide compound produced by the reaction, and the easier the imide compound and naphthalene (boiling point: 218 ° C.) in the distillation operation in the nitrogen reduction step described later. Can be separated.
酸無水基含有高沸点物の添加量は、特に限定されないが、該ナフタレン中の窒素原子含有量(T−Nppm)に対する質量比で、0.2〜10倍、好ましくは0.5〜8倍である。添加量が少なすぎると、窒素化合物との反応が十分に進行しない。また、添加量が多すぎると、経済的に好ましくない。 The addition amount of the acid anhydride group-containing high-boiling product is not particularly limited, but is 0.2 to 10 times, preferably 0.5 to 8 times, in mass ratio to the nitrogen atom content (T-Nppm) in the naphthalene. It is. If the amount added is too small, the reaction with the nitrogen compound does not proceed sufficiently. Moreover, when there is too much addition amount, it is economically unpreferable.
また、粗ナフタレンと酸無水基含有高沸点物との混合の方法であるが、特に限定されないが、はじめに全量の酸無水基含有高沸点物を粗ナフタレンに添加しても、また反応途中に分割して添加していくことも可能である。 Although it is a method of mixing crude naphthalene and acid anhydride group-containing high-boiling products, it is not particularly limited, but even if the total amount of acid anhydride group-containing high-boiling products is first added to crude naphthalene, it is also divided during the reaction. It is also possible to add them.
添加・混合工程では、粗ナフタレンと酸無水基含有高沸点物との混合物を加熱してもよく、混合温度は通常ナフタレンの融点(80℃)以上で、好ましくは90〜140℃である。混合する時間は、実施するスケールや使用する装置などにより適宜選択されるが、通常2時間から2日程度である。添加・混合工程の操作圧力は通常大気圧でよく、必要に応じて、加圧あるいは減圧条件とすることもできる。 In the addition / mixing step, a mixture of crude naphthalene and an acid anhydride group-containing high-boiling product may be heated, and the mixing temperature is usually not lower than the melting point (80 ° C.) of naphthalene, preferably 90 to 140 ° C. The mixing time is appropriately selected depending on the scale to be used and the apparatus to be used, but is usually about 2 hours to 2 days. The operation pressure in the addition / mixing step is usually atmospheric pressure, and may be increased or reduced as required.
添加・混合工程では、特に限定されないが、溶媒を使用することもまたは無溶媒で行うこともできる。溶媒を使用する場合は、具体例として、テトラリン、トルエン、キシレン、アルキルベンゼン類を挙げることができる。これら溶媒は単独で用いても、2種以上の溶媒を混合して使用してもかまわない。 Although it does not specifically limit in an addition and mixing process, A solvent can be used or it can also carry out without a solvent. When a solvent is used, specific examples include tetralin, toluene, xylene, and alkylbenzenes. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more solvents.
反応方式は、バッチ式でも、連続式でも可能であるが、連続式で行うことができれば、工業的に有利である。 The reaction system can be either a batch system or a continuous system, but if it can be carried out in a continuous system, it is industrially advantageous.
添加・混合工程は、後述する窒素低減工程での蒸留操作で使用する蒸留釜中で行ってもよい。また、その際の粗ナフタレンと酸無水基含有高沸点物との混合の方法であるが、特に制限はなく、はじめに全量の酸無水基含有高沸点物と粗ナフタレンを蒸留釜で混合してもよく、両者を分割して蒸留塔に添加していくことも可能である。 The addition / mixing step may be performed in a distillation pot used in a distillation operation in a nitrogen reduction step described later. In addition, the method is a method of mixing crude naphthalene and acid anhydride group-containing high-boiling product at that time, but there is no particular limitation. First, the entire amount of acid anhydride group-containing high-boiling product and crude naphthalene may be mixed in a distillation kettle. It is also possible to divide both and add them to the distillation column.
(2)窒素低減工程
次に、第二工程について説明する。第二工程は、前記添加・混合工程で得られたナフタレンに含有される窒素量を低減する窒素低減工程である。具体的には、ろ過、蒸留、晶析、溶媒抽出、吸着分離など公知の方法によって、粗ナフタレン中に含有する窒素化合物を除去することである。特に、蒸留操作が好ましい。前記添加・混合工程で得られたイミド化合物は通常ナフタレンより高沸点の化合物であり、蒸留塔塔底部から残渣として回収することができる。
(2) Nitrogen reduction process Next, a 2nd process is demonstrated. The second step is a nitrogen reduction step for reducing the amount of nitrogen contained in the naphthalene obtained in the addition / mixing step. Specifically, the nitrogen compound contained in the crude naphthalene is removed by a known method such as filtration, distillation, crystallization, solvent extraction, and adsorption separation. In particular, a distillation operation is preferred. The imide compound obtained in the addition / mixing step is usually a compound having a boiling point higher than that of naphthalene, and can be recovered as a residue from the bottom of the distillation column.
以下に蒸留操作について具体的に説明する。蒸留操作では、前記添加・混合工程で得られたイミド化合物を含むナフタレンを蒸留塔に導入し、塔底部よりイミド化合物などの高沸点化合物を抜き出して、塔頂部よりナフタレンを留出させて得ることができる。 The distillation operation will be specifically described below. In the distillation operation, the naphthalene containing the imide compound obtained in the addition / mixing step is introduced into a distillation column, a high boiling point compound such as an imide compound is extracted from the bottom of the column, and naphthalene is distilled from the top of the column. Can do.
蒸留塔の種類は、特に限定されないが、例えば、充填塔、棚段塔などが挙げられる。また、単一の蒸留塔で行っても、複数の蒸留塔で行ってもよい。また、蒸留は、バッチ式、連続式の何れでもよいが、工業的には、連続式が好ましい。また、連続式の場合は、粗ナフタレンと酸無水基含有高沸点物を予備混合槽などで90〜120℃の温度で混合し、反応を行った後に蒸留塔に供給すればよい。このとき、予備混合槽での滞留時間は、特に限定されないが、通常2時間から2日である。 Although the kind of distillation tower is not specifically limited, For example, a packed tower, a plate tower, etc. are mentioned. Moreover, you may carry out by a single distillation column or may be carried out by a plurality of distillation columns. The distillation may be either batch type or continuous type, but industrially, the continuous type is preferable. In the case of a continuous type, crude naphthalene and an acid anhydride group-containing high-boiling product may be mixed at a temperature of 90 to 120 ° C. in a premixing tank or the like, reacted, and then supplied to the distillation column. At this time, the residence time in the preliminary mixing tank is not particularly limited, but is usually 2 hours to 2 days.
使用する蒸留塔の蒸留時の圧力は任意に設定することができるが、通常は常圧である。必要に応じて、塔頂圧力を大気圧より低くすることもできる。圧力を大気圧より低くすることにより、蒸留に使用する熱エネルギーを低減することができる。 The distillation pressure of the distillation column to be used can be arbitrarily set, but is usually a normal pressure. If necessary, the tower top pressure can be lower than atmospheric pressure. By making the pressure lower than atmospheric pressure, the thermal energy used for distillation can be reduced.
塔頂温度及び塔底温度は、塔頂圧力や蒸留塔の種類などによって変化するが、通常、連続常圧蒸留の場合、塔頂温度は219〜230℃、好ましくは220〜224℃である。塔底温度は、通常220〜240℃、好ましくは223〜230℃である。 Although the tower top temperature and the tower bottom temperature vary depending on the tower top pressure, the type of the distillation tower, etc., in the case of continuous atmospheric distillation, the tower top temperature is usually 219 to 230 ° C, preferably 220 to 224 ° C. The tower bottom temperature is usually 220 to 240 ° C, preferably 223 to 230 ° C.
還流は行わなくても可能であり、行う場合の還流比は塔頂圧力や蒸留塔の形式によって異なるが、3以下で行うことが望ましい。還流比が3より大きいと、蒸留に必要な熱エネルギー量が増し、経済的に好ましくない。 Refluxing is possible without performing, and the reflux ratio is preferably 3 or less, although it depends on the column top pressure and the type of distillation column. When the reflux ratio is larger than 3, the amount of heat energy required for distillation increases, which is not economically preferable.
蒸留塔の理論段数は、1段の単蒸留でも十分であるが、10段以下で行うことも可能である。また、10段を越える蒸留塔は、蒸留塔建設の経済性、運転難易度、及び安全管理の観点から好ましくない。 The number of theoretical columns in the distillation column is sufficient even with a single distillation, but it is also possible to carry out with 10 or less. Further, a distillation column having more than 10 stages is not preferable from the viewpoints of economics of construction of the distillation column, operational difficulty, and safety management.
蒸留操作により塔底部に残存する未反応の酸無水基含有高沸点物は回収して再使用してもよい。 The unreacted acid anhydride group-containing high-boiling product remaining at the bottom of the column by distillation may be recovered and reused.
(3)水添脱硫工程
次に、第三工程について説明する。第三工程は、前記窒素低減工程で得られたナフタレンを水添脱硫して、該ナフタレンに含有される硫黄量を低減する水添脱硫工程である。具体的には、触媒存在下で、水素を添加して硫黄化合物と反応させ、ナフタレンを精製する工程である。硫黄化合物は無水フタル酸製造工程でのナフタレンの酸化触媒の被毒原因となって触媒寿命を短縮するという悪影響を与えると共に、機器や配管の腐食の原因にもなるため除去する必要がある。
(3) Hydrodesulfurization step Next, the third step will be described. The third step is a hydrodesulfurization step in which naphthalene obtained in the nitrogen reduction step is hydrodesulfurized to reduce the amount of sulfur contained in the naphthalene. Specifically, it is a step of purifying naphthalene by adding hydrogen and reacting with a sulfur compound in the presence of a catalyst. Sulfur compounds need to be removed because they cause poisoning of the oxidation catalyst of naphthalene in the phthalic anhydride production process and have the adverse effect of shortening the catalyst life and also cause corrosion of equipment and piping.
この工程で使用する触媒は、公知の水添脱硫触媒を使用することができる。例えば、無機酸化物担体に、モリブデンを必須成分として、コバルト及びニッケルから選択された少なくとも1種の成分を担持させたものを用いることができる。無機酸化物担体としては、特に限定されないが、アルミナ、シリカ、カーボン、ゼオライト、活性炭などが使用され、好ましくはアルミナが挙げられる。好適な組み合わせとしては、コバルト−モリブデン/アルミナ触媒、ニッケル−モリブデン/アルミナ触媒もしくはコバルト−ニッケル−モリブデン/アルミナ触媒が挙げられる。この場合の各元素の担持量は、特に限定されないが、担体と合わせた質量に対してニッケル含有量が0.1〜5質量%、コバルト含有量が0.1〜8質量%、モリブデン含有量が5〜20質量%の範囲が好ましい。なお、本工程で用いる触媒には、目的を損なわない範囲で前記以外の元素を添加してもよい。 As the catalyst used in this step, a known hydrodesulfurization catalyst can be used. For example, an inorganic oxide support in which molybdenum is an essential component and at least one component selected from cobalt and nickel is supported can be used. The inorganic oxide carrier is not particularly limited, and alumina, silica, carbon, zeolite, activated carbon and the like are used, and preferably alumina. Suitable combinations include a cobalt-molybdenum / alumina catalyst, a nickel-molybdenum / alumina catalyst or a cobalt-nickel-molybdenum / alumina catalyst. The amount of each element supported in this case is not particularly limited, but the nickel content is 0.1 to 5% by mass, the cobalt content is 0.1 to 8% by mass, and the molybdenum content with respect to the mass combined with the carrier. Is preferably in the range of 5 to 20% by mass. In addition, you may add elements other than the above to the catalyst used at this process in the range which does not impair the objective.
本工程で使用する触媒の調製方法としては、特に限定されないが、含浸法、沈着法、噴霧乾燥法など公知の方法が挙げられる。 The method for preparing the catalyst used in this step is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as an impregnation method, a deposition method, and a spray drying method.
当該水添脱硫工程における触媒の使用量は反応器の形式により異なり、特に限定されるものではないが、固定床流通(連続)式反応器の場合には、W/Fの値が0.2〜0.5h、さらには0.25〜0.4hとなるような触媒量が好ましい。該W/Fとは、ナフタレン供給単位量当りの反応器内の触媒重量比であり、Wは触媒質量(t)、Fはナフタレン供給量(t/h)である。 The amount of catalyst used in the hydrodesulfurization step varies depending on the type of the reactor and is not particularly limited. However, in the case of a fixed bed flow (continuous) reactor, the value of W / F is 0.2. The catalyst amount is preferably -0.5 h, more preferably 0.25-0.4 h. The W / F is a catalyst weight ratio in the reactor per unit amount of naphthalene supply, W is a catalyst mass (t), and F is a naphthalene supply amount (t / h).
水添脱硫における水素圧は、反応器の形式、触媒量と使用量、ナフタレン処理量により異なり、特に限定されるものではないが、固定床流通(連続)式反応器の場合には、0.2〜10MPaが好ましい。より好ましくは、0.5〜5MPaである。水素圧が0.2MPa未満では脱硫率が低下するため処理量が著しく損なわれる。他方、10MPaを越える場合は、ナフタレンのテトラリンへの転化といった核水添反応が促進され、水素使用量が増大すると共にナフタレンの収率が低下してしまう。 The hydrogen pressure in hydrodesulfurization varies depending on the type of reactor, the amount and amount of catalyst used, and the amount of naphthalene treated, and is not particularly limited, but in the case of a fixed bed flow (continuous) reactor, it is 0. 2-10 MPa is preferable. More preferably, it is 0.5-5 MPa. When the hydrogen pressure is less than 0.2 MPa, the desulfurization rate is lowered, and the throughput is remarkably impaired. On the other hand, when it exceeds 10 MPa, the nuclear hydrogenation reaction such as conversion of naphthalene to tetralin is promoted, and the amount of hydrogen used increases and the yield of naphthalene decreases.
水添脱硫における温度は、反応器の形式、触媒種と使用量、ナフタレン処理量により異なり、特に限定されるものではないが、固定床流通(連続)式反応器の場合には、220〜300℃が好ましい。より好ましくは、240〜280℃である。 The temperature in hydrodesulfurization varies depending on the type of reactor, catalyst type and amount used, and the amount of naphthalene treated, and is not particularly limited. In the case of a fixed bed flow (continuous) reactor, the temperature is 220 to 300. ° C is preferred. More preferably, it is 240-280 degreeC.
通常、後述する無水フタル酸製造工程へ原料を供給する前に、第三工程で脱硫処理されたナフタレン中の硫黄化合物及び窒素化合物の含有量はガスクロマトグラフィー分析など公知の方法で確認でき、その結果は、前記第一工程から第三工程の各流量、温度、圧力などの操作条件にフィードバックされ、適宜最適な条件が選択される。その制御手段は、オフライン分析、オンライン自動分析、手動制御、オンライン自動制御などを適宜組み合わせて行うことができる。 Usually, before supplying raw materials to the phthalic anhydride production process described later, the contents of sulfur compounds and nitrogen compounds in naphthalene desulfurized in the third step can be confirmed by a known method such as gas chromatography analysis, The result is fed back to the operating conditions such as the flow rate, temperature, pressure and the like in the first process to the third process, and the optimum condition is appropriately selected. The control means can be performed by appropriately combining offline analysis, online automatic analysis, manual control, online automatic control, and the like.
第三工程で脱硫処理されたナフタレン中の窒素化合物及び硫黄化合物の含有量は、原料物質や脱硫操作などによって異なるが、典型的な場合、硫黄化合物の硫黄原子含有量は、該ナフタレンに対する質量比で、通常合計で50〜600ppmである。また、窒素化合物の窒素原子含有量は、該ナフタレンに対する質量比で、通常合計で80〜300ppmである。なお、窒素化合物の窒素原子含有量が150ppmであれば、後述する無水フタル酸製造工程の気相接触酸化反応用触媒の活性低下は抑制され、かつ最終製品の品質への影響はない。 The content of nitrogen compound and sulfur compound in naphthalene desulfurized in the third step varies depending on the raw material and desulfurization operation, but typically, the sulfur atom content of the sulfur compound is the mass ratio to the naphthalene. In general, the total amount is 50 to 600 ppm. Moreover, the nitrogen atom content of the nitrogen compound is a mass ratio with respect to the naphthalene, and is generally 80 to 300 ppm in total. If the nitrogen atom content of the nitrogen compound is 150 ppm, the activity decrease of the catalyst for the gas phase catalytic oxidation reaction in the phthalic anhydride production process described later is suppressed, and the quality of the final product is not affected.
前記第一工程から第三工程の長時間の運転においても、蒸留塔などの配管の閉塞は見られず連続的かつ安定に運転が可能である。この連続運転が可能な期間は通常2年以上であり、好ましくは5年以上、さらに好ましくは8年以上である。 Even in the long-time operation from the first step to the third step, the piping such as the distillation column is not blocked, and the operation can be performed continuously and stably. The period during which this continuous operation is possible is usually 2 years or longer, preferably 5 years or longer, more preferably 8 years or longer.
(4)無水フタル酸製造工程
次に、第四工程について説明する。第四工程は、前記水素脱硫工程で得られたナフタレンを、触媒下で酸化して、無水フタル酸を製造する無水フタル酸製造工程である。具体的には、複合金属酸化物触媒の存在下、前記脱硫処理を施したナフタレンと酸素を気相接触酸化反応させて無水フタル酸を得る。
(4) Phthalic anhydride production process Next, the fourth process will be described. The fourth step is a phthalic anhydride production step for producing phthalic anhydride by oxidizing the naphthalene obtained in the hydrodesulfurization step under a catalyst. Specifically, phthalic anhydride is obtained by subjecting naphthalene and oxygen subjected to the desulfurization treatment to a gas phase catalytic oxidation reaction in the presence of a composite metal oxide catalyst.
本工程で使用する気相接触酸化反応用触媒は、特に制限はなく、いずれの組成のものも使用できる。特に、バナジウム化合物、アルカリ金属化合物を主成分とするシリカ担体系触媒が好ましい。例えば、バナジウム化合物をV2O5として1〜10質量%、好ましくは2〜7質量%、アルカリ金属化合物を硫酸塩:M2SO4(Mはアルカリ金属を示す)として2〜10質量%、好ましくは5〜12質量%、硫黄化合物をSO3として1〜20質量%、好ましくは2〜10質量%含有する触媒である。本触媒には、目的を損なわない範囲で上記活性成分以外の元素が添加されていてもよい。 The catalyst for the gas phase catalytic oxidation reaction used in this step is not particularly limited, and those having any composition can be used. In particular, a silica carrier catalyst mainly composed of a vanadium compound or an alkali metal compound is preferable. For example, the vanadium compound as V 2 O 5 is 1 to 10% by mass, preferably 2 to 7% by mass, the alkali metal compound is sulfate: M 2 SO 4 (M represents an alkali metal), 2 to 10% by mass, The catalyst preferably contains 5 to 12% by mass, and contains a sulfur compound as SO 3 in an amount of 1 to 20% by mass, preferably 2 to 10% by mass. Elements other than the above active components may be added to the catalyst as long as the purpose is not impaired.
前記バナジウム化合物としては、特に限定されないが、水に可溶であり空気中焼成により酸化バナジウムとなるもの、例えばメタバナジン酸アンモニウム、硫酸バナジル(オキシ硫酸バナジウム)、酢酸バナジウム、シュウ酸バナジウム、シュウ酸バナジウムアンモニウム、オキシハロゲン化バナジウムなどが挙げられる。 Although it does not specifically limit as said vanadium compound, It is soluble in water and becomes vanadium oxide by baking in the air, for example, ammonium metavanadate, vanadyl sulfate (vanadium oxysulfate), vanadium acetate, vanadium oxalate, vanadium oxalate Examples thereof include ammonium and vanadium oxyhalide.
アルカリ金属化合物のアルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選ばれる1種または2種以上が用いられるが、特にカリウムとセシウムが好適に使用される。カリウム化合物としては、水酸化カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、オキシハロゲン化カリウム、チオ硫酸カリウム、亜硝酸カリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素カリウム、硫酸水素カリウムなどを挙げることができるが、このうち焼成後の残存部分が活性成分となるカリウムの硫酸塩が特に好適である。セシウム化合物としては、水酸化セシウム、硫酸セシウム、塩化セシウム、オキシハロゲン化セシウム、硫酸水素セシウム、炭酸水素セシウム、酢酸セシウム、シュウ酸セシウムなどの可溶性塩や酸化セシウムを酸で溶解して得られる溶液などを挙げることができるが、硫酸セシウムや硫酸水素セシウムが好適である。その他のアルカリ金属についても同様に、水酸化物、硫酸塩、塩化物、硝酸塩、亜硝酸塩、シュウ酸塩、炭酸塩などを用いることができる。 As the alkali metal of the alkali metal compound, one or more selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium are used, and potassium and cesium are particularly preferably used. Examples of the potassium compound include potassium hydroxide, potassium sulfate, potassium chloride, potassium oxyhalide, potassium thiosulfate, potassium nitrite, potassium sulfite, potassium hydrogen sulfite, potassium hydrogen sulfate, and the like. Particularly preferred is potassium sulfate in which the remaining part is the active ingredient. As the cesium compound, a solution obtained by dissolving a soluble salt such as cesium hydroxide, cesium sulfate, cesium chloride, cesium oxyhalide, cesium hydrogen sulfate, cesium hydrogen carbonate, cesium acetate, and cesium oxalate with an acid. Among them, cesium sulfate and cesium hydrogen sulfate are preferable. Similarly, hydroxides, sulfates, chlorides, nitrates, nitrites, oxalates, carbonates, and the like can be used for other alkali metals.
本工程で使用する触媒の調製方法としては、特に限定されないが、含浸法、沈着法、噴霧乾燥法など公知の方法が挙げられる。 The method for preparing the catalyst used in this step is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as an impregnation method, a deposition method, and a spray drying method.
噴霧乾燥法とは溶液またはスラリーを噴霧し、微細な液滴を生じさせる工程を含む乾燥法をいい、市販の噴霧乾燥機を用いて実施することができる。触媒構成元素を含む化合物の溶液、またはスラリーの調製方法については特に制限はないが、水に所定量のバナジウム化合物、アルカリ金属化合物またはそれらの前駆体となる化合物を撹拌下で順次添加する方法が一般的である。必要に応じて温度、溶液またはスラリーの濃度が設定され、また濃縮や熟成が行なわれることもある。また、該溶液またはスラリーの調製操作の際にシリカ系担体を添加することもできる。得られた混合スラリーを噴霧乾燥して微細球状粒子を得る。得られた球状粒子は空気中300〜600℃の温度で焼成される。焼成時間は通常0.1〜10時間行われる。また焼成は、酸素雰囲気中で実施してもよく、必要に応じて窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中または真空中で行われる。 The spray drying method is a drying method including a step of spraying a solution or slurry to form fine droplets, and can be carried out using a commercially available spray dryer. There is no particular limitation on the method for preparing a solution or slurry of a compound containing a catalyst constituent element, but there is a method in which a predetermined amount of a vanadium compound, an alkali metal compound or a precursor compound thereof is sequentially added to water with stirring. It is common. If necessary, the temperature, the concentration of the solution or the slurry are set, and concentration or aging may be performed. Further, a silica-based carrier can be added during the operation of preparing the solution or slurry. The obtained mixed slurry is spray-dried to obtain fine spherical particles. The obtained spherical particles are fired at a temperature of 300 to 600 ° C. in air. The firing time is usually 0.1 to 10 hours. Firing may be performed in an oxygen atmosphere, and is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, helium, or in a vacuum as necessary.
コロイダルシリカの平均粒径は1〜10nmの範囲のものが好ましい。平均粒径が小さいと粒子形状が悪くなり、大きいと触媒の表面積が小さくなり触媒活性が低くなる。 The average particle diameter of colloidal silica is preferably in the range of 1 to 10 nm. When the average particle size is small, the particle shape is deteriorated.
含浸法で製造する場合は、比表面積が50〜700m2 /gで平均粒径が40〜200μmのシリカゲルに、バナジウム化合物、アルカリ金属化合物またはそれらの前駆体を水溶液などの形で含浸担持すればよい。含浸処理後は、通常、常温から200℃程度で水分などを乾燥した後、触媒として使用することができる。必要に応じて更に通常300〜600℃の範囲で再度焼成を行ってもよい。焼成は、酸素雰囲気中で実施してもよく、必要に応じて窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中または真空中で行われる。 In the case of producing by an impregnation method, a vanadium compound, an alkali metal compound or a precursor thereof is impregnated and supported in the form of an aqueous solution on silica gel having a specific surface area of 50 to 700 m 2 / g and an average particle size of 40 to 200 μm. Good. After the impregnation treatment, it is usually possible to use the catalyst as a catalyst after drying moisture and the like at room temperature to about 200 ° C. If necessary, the firing may be performed again usually in the range of 300 to 600 ° C. Firing may be performed in an oxygen atmosphere, and is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, or helium or in a vacuum as necessary.
反応器は特に限定されず、固定層又は流動層反応器などが挙げられるが、反応熱の除去が容易で触媒層内全体にわたり温度制御が可能な点で流動層反応器が好ましい。 The reactor is not particularly limited, and examples thereof include a fixed bed or a fluidized bed reactor, but a fluidized bed reactor is preferred in that the heat of reaction can be easily removed and temperature can be controlled throughout the catalyst bed.
反応温度は、特に限定されないが、340〜380℃、好ましくは355〜365℃である。反応温度が低すぎる場合、十分な触媒活性が得られない。反応温度が高すぎる場合、過剰酸化による無水マレイン酸や完全酸化による二酸化炭素の増加と共に、その他の副生成物が多く発生し無水フタル酸の収率が低下する。 Although reaction temperature is not specifically limited, It is 340-380 degreeC, Preferably it is 355-365 degreeC. If the reaction temperature is too low, sufficient catalytic activity cannot be obtained. When the reaction temperature is too high, the amount of maleic anhydride due to excessive oxidation and the increase in carbon dioxide due to complete oxidation are accompanied by many other by-products, resulting in a decrease in the yield of phthalic anhydride.
当該酸化工程における触媒の使用量は反応器の形式により異なり、特に限定されるものではないが、流動層式反応器の場合には、W/Fの値が15〜50h、さらには20〜40hとなるような触媒量が好ましい。該W/Fとは、ナフタレン供給単位当りの反応器内の触媒重量比であり、Wは触媒質量(t)、Fはナフタレン供給量(t/h)である。 The amount of catalyst used in the oxidation step varies depending on the type of the reactor and is not particularly limited. However, in the case of a fluidized bed reactor, the value of W / F is 15 to 50 h, more preferably 20 to 40 h. A catalytic amount such that The W / F is the catalyst weight ratio in the reactor per naphthalene supply unit, W is the catalyst mass (t), and F is the naphthalene supply amount (t / h).
当該酸化工程における酸化剤として、通常空気が使用され、その使用量は反応器の形式により異なり、特に限定されるものではない。流動層式反応器の場合には、下記式で定義される空気比が5〜15、好ましくは7〜13である。
空気比=(空気供給流量(Nm3/h)×1.293)/(ナフタレン供給流量(m3/h)×ナフタレン液密度)
As the oxidizing agent in the oxidation step, air is usually used, and the amount used varies depending on the type of the reactor and is not particularly limited. In the case of a fluidized bed reactor, the air ratio defined by the following formula is 5 to 15, preferably 7 to 13.
Air ratio = (Air supply flow rate (Nm 3 /h)×1.293)/(Naphthalene supply flow rate (m 3 / h) × Naphthalene liquid density)
酸化反応の酸化源としては空気を使用するのが経済的であるが純酸素を添加した酸素富化空気を使用することも可能である。その場合の酸素濃度は21〜50体積%であり、50体積%を超えると純酸素のコストが高くなり不経済となる。 Although it is economical to use air as an oxidation source for the oxidation reaction, it is also possible to use oxygen-enriched air to which pure oxygen is added. In this case, the oxygen concentration is 21 to 50% by volume. If the oxygen concentration exceeds 50% by volume, the cost of pure oxygen increases and it becomes uneconomical.
触媒層内における反応速度や流動層高を制御するために、反応に実質的に不活性な粒子、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、アルミノシリケ−トなどの金属酸化物、または複合金属酸化物、窒化ケイ素、炭素などを触媒とともに共存させても良い。 To control the reaction rate and fluidized bed height in the catalyst layer, particles that are substantially inert to the reaction, for example, metal oxides such as silica, alumina, titania, zirconia, aluminosilicate, or composite metal oxides Silicon nitride, carbon, etc. may coexist with the catalyst.
回収された無水フタル酸は、必要に応じて、蒸留、晶析、抽出などの一般的な方法により、さらに精製して高純度とすることができる。無水フタル酸の一部を本発明のナフタレン精製方法の酸無水基含有高沸点物として用いてもよい。 The recovered phthalic anhydride can be further purified to a high purity by a general method such as distillation, crystallization, or extraction, if necessary. A part of phthalic anhydride may be used as an acid anhydride group-containing high boiling point product in the method for purifying naphthalene of the present invention.
本発明中の第一から第四までのすべての工程を通じて操作を行う雰囲気は、特に限定されないが、通常は空気雰囲気下である。必要に応じて、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気または減圧下とすることもできる。 The atmosphere in which the operation is performed through all the first to fourth steps in the present invention is not particularly limited, but is usually an air atmosphere. If necessary, an inert gas atmosphere such as nitrogen, carbon dioxide, argon, helium, or a reduced pressure can be used.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により制約されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited by these examples.
(気相接触酸化反応用触媒)
V2O5;4質量%、K2SO4:7.5質量%、Cs2SO4;7.5質量%、SO3;6質量%、SiO2;75質量%含有する平均粒径50μmの球形触媒を用いた。
(Catalyst for gas phase catalytic oxidation reaction)
V 2 O 5 ; 4% by mass, K 2 SO 4 : 7.5% by mass, Cs 2 SO 4 ; 7.5% by mass, SO 3 ; 6% by mass, SiO 2 ; The spherical catalyst was used.
実施例1
(添加・混合工程)
原料として、コールタールを蒸留して得られた純度97%の粗ナフタレンを使用した。この原料中の硫黄原子含有量は4500ppmであった。この原料中窒素含有量は、該ナフタレンに対する質量比でアニリン、トルイジンの一級アミンの窒素が90ppm、キノリン、イソキノリンなど1級アミン以外の化合物の窒素が180ppmであった。この原料と無水フタル酸90ppm(該ナフタレンに対する質量比)を仕込み、120℃で2時間混合攪拌した。
(窒素低減工程)
続いて得られた混合物を単蒸留塔で常圧でフラッシュ蒸留し、塔頂成分としてナフタレン純度97.5%を得た。
(水添脱硫工程)
水添脱硫触媒(市販のCo−Mo系触媒)10gを用いて、固定床流通式反応器で得られたナフタレンの脱硫処理を実施した(反応条件:反応温度270℃、圧力3MPa、水素流量100ml/minで上記ナフタレン原料を20g/hで供給した。)脱硫反応後、純度98質量%のナフタレンを得た。得られたナフタレン中、窒素含有量は25ppm、硫黄含有量は190ppmであった。
(無水フタル酸製造工程)
V2O5−K2SO4−SiO2系の流動触媒を流動層反応器に充填し、気相接触酸化反応を実施した。(反応条件:反応温度350℃、常圧、W/F=12h、空気比8)。回収した反応生成物及び反応装置出側のガスをガスクロマトグラフィーで分析した結果、無水フタル酸の収率は90質量%であった。全工程を通じて、配管の閉塞はなかった。また、酸化触媒の活性の低下はみられず安定した運転が実施できた。
Example 1
(Addition / mixing process)
As raw material, crude naphthalene having a purity of 97% obtained by distillation of coal tar was used. The sulfur atom content in this raw material was 4500 ppm. The nitrogen content in this raw material was 90 ppm for nitrogen of primary amines of aniline and toluidine, and 180 ppm for compounds of compounds other than primary amines such as quinoline and isoquinoline, by mass ratio to the naphthalene. This raw material and 90 ppm of phthalic anhydride (mass ratio with respect to naphthalene) were charged, and mixed and stirred at 120 ° C. for 2 hours.
(Nitrogen reduction process)
Subsequently, the obtained mixture was flash-distilled in a single distillation column at normal pressure to obtain a naphthalene purity of 97.5% as a column top component.
(Hydrogen desulfurization process)
The hydrodesulfurization catalyst (commercially available Co-Mo catalyst) 10g was used to desulfurize naphthalene obtained in a fixed bed flow reactor (reaction conditions: reaction temperature 270 ° C, pressure 3MPa, hydrogen flow rate 100ml). The naphthalene raw material was supplied at a rate of 20 g / h at / min.) After the desulfurization reaction, naphthalene having a purity of 98% by mass was obtained. In the obtained naphthalene, the nitrogen content was 25 ppm and the sulfur content was 190 ppm.
(Phthalic anhydride production process)
A fluidized bed reactor was charged with a V 2 O 5 —K 2 SO 4 —SiO 2 fluid catalyst and a gas phase catalytic oxidation reaction was carried out. (Reaction conditions: reaction temperature 350 ° C., normal pressure, W / F = 12 h, air ratio 8). As a result of analyzing the recovered reaction product and the gas on the outlet side of the reactor by gas chromatography, the yield of phthalic anhydride was 90% by mass. There was no blockage of the piping throughout the entire process. In addition, the activity of the oxidation catalyst was not reduced, and stable operation was possible.
比較例1
(窒素低減工程及び水添脱硫工程)
実施例1と同様の原料を用いた。無水フタル酸を加える添加・混合工程を省いて、原料を蒸留塔に仕込み、実施例1と同様の条件で窒素低減工程、水添脱硫工程を実施した。脱硫操作後、ナフタレン中の窒素化合物の窒素原子含有量は180ppm、硫黄化合物の硫黄原子含有量は200ppmであった。また、200時間の連続操作により配管の閉塞が確認された。
(無水フタル酸製造工程)
得られた脱硫ナフタレンを用いて、実施例1と同様の条件で無水フタル酸の製造を実施した。無水フタル酸の収率は65質量%であった。副生成物としてナフトキノンが25質量%得られた。
Comparative Example 1
(Nitrogen reduction process and hydrodesulfurization process)
The same raw material as in Example 1 was used. The addition / mixing step of adding phthalic anhydride was omitted, the raw materials were charged into a distillation column, and a nitrogen reduction step and a hydrodesulfurization step were performed under the same conditions as in Example 1. After the desulfurization operation, the nitrogen atom content of the nitrogen compound in naphthalene was 180 ppm, and the sulfur atom content of the sulfur compound was 200 ppm. In addition, blockage of the piping was confirmed by continuous operation for 200 hours.
(Phthalic anhydride production process)
Using the obtained desulfurized naphthalene, phthalic anhydride was produced under the same conditions as in Example 1. The yield of phthalic anhydride was 65% by mass. 25% by mass of naphthoquinone was obtained as a by-product.
比較例2
(前蒸留)
実施例1と同様の原料を用いた。原料を蒸留塔に仕込み、実施例1の同様の窒素低減工程と同様の条件で蒸留操作を実施した。200時間の連続操作により配管の閉塞が確認された。
(水添脱硫工程)
得られたナフタレンを用いて実施例1と同様の条件で、水添脱硫工程を実施した。
(添加・混合工程及び窒素低減工程)
得られたナフタレンと無水フタル酸90ppmとを仕込み、120℃で2時間混合攪拌した。得られた反応混合物を再び蒸留塔に仕込み、実施例1と同様の条件で窒素低減工程を実施した。窒素低減工程後、ナフタレン中の窒素化合物の窒素原子含有量は5ppm、硫黄化合物の硫黄原子含有量は190ppmであった。
(無水フタル酸製造工程)
得られたナフタレンを用いて実施例1と同様の条件で気相接触酸化反応を実施した。無水フタル酸の収率は90質量%であった。
Comparative Example 2
(Pre-distilled)
The same raw material as in Example 1 was used. The raw material was charged into a distillation column, and a distillation operation was performed under the same conditions as in the same nitrogen reduction step of Example 1. Pipe clogging was confirmed by continuous operation for 200 hours.
(Hydrogen desulfurization process)
Using the obtained naphthalene, a hydrodesulfurization step was carried out under the same conditions as in Example 1.
(Addition / mixing process and nitrogen reduction process)
The obtained naphthalene and 90 ppm of phthalic anhydride were charged and mixed and stirred at 120 ° C. for 2 hours. The obtained reaction mixture was again charged into the distillation column, and a nitrogen reduction step was performed under the same conditions as in Example 1. After the nitrogen reduction step, the nitrogen atom content of the nitrogen compound in naphthalene was 5 ppm, and the sulfur atom content of the sulfur compound was 190 ppm.
(Phthalic anhydride production process)
Using the obtained naphthalene, a gas phase catalytic oxidation reaction was carried out under the same conditions as in Example 1. The yield of phthalic anhydride was 90% by mass.
上記実施例及び比較例の工程をまとめると以下のようになる。
The steps of the above examples and comparative examples are summarized as follows.
表1
table 1
上記表1より、実施例1では十分な硫黄含有量、窒素含有量の低減が確認された。また、配管の閉塞はなく連続的な運転が可能であった。さらに、無水フタル酸の製造工程では酸化触媒の活性低下はなく、残留する硫黄化合物及び窒素化合物による触媒への影響は見られなかった。得られた無水フタル酸の収率も良好であった。 From Table 1 above, in Example 1, a sufficient reduction in sulfur content and nitrogen content was confirmed. Moreover, there was no blockage of the piping and continuous operation was possible. Furthermore, in the phthalic anhydride production process, there was no decrease in the activity of the oxidation catalyst, and no influence of the remaining sulfur compound and nitrogen compound on the catalyst was observed. The yield of the obtained phthalic anhydride was also good.
比較例1では、窒素低減工程がないため十分な窒素化合物の除去が出来ておらず、配管の閉塞、酸化触媒活性低下が確認された。比較例2では、硫黄含有量、窒素含有量の低減は達成されているが、前蒸留で配管の閉塞が確認され連続的な運転ができなかった。 In Comparative Example 1, since there was no nitrogen reduction step, sufficient nitrogen compounds could not be removed, and piping clogging and reduction in oxidation catalyst activity were confirmed. In Comparative Example 2, reduction of the sulfur content and the nitrogen content was achieved, but the blockage of the piping was confirmed by predistillation, and continuous operation was not possible.
本発明によって、ライン閉塞や触媒被毒による活性低下を発生させずに、無水フタル酸の原料である粗ナフタレン中の硫黄化合物及び窒素化合物を効果的に除去することができる。従って、閉塞部の掃除によるダウンタイムや、生産性維持のための触媒補充によるコストアップを抑制し、安定した生産の確保が可能となる。 According to the present invention, sulfur compounds and nitrogen compounds in crude naphthalene, which is a raw material of phthalic anhydride, can be effectively removed without causing a decrease in activity due to line blockage or catalyst poisoning. Accordingly, it is possible to suppress downtime due to cleaning of the closed portion and cost increase due to replenishment of the catalyst for maintaining productivity, thereby ensuring stable production.
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2007
- 2007-08-17 JP JP2007212853A patent/JP2009046409A/en not_active Withdrawn
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| CN106699708B (en) * | 2015-11-12 | 2020-06-09 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for producing phthalic anhydride |
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