用于生产邻苯二甲酸酐的方法技术

本发明专利技术提供了一种使用一个或多个固定床反应器通过用一种含氧气体对邻－二甲苯和或萘的气－相催化氧化反应生产邻苯二甲酸酐的方法。在这一方法中，气相催化氧化过程是在三个或更多个不同的催化剂层中进行的，并且在各个催化剂层中邻－二甲苯和／或萘的转化率被限定在特定的范围内。本方法可高产率生产邻苯二甲酸酐，可降低催化剂随时间的延长而受到的损害，即使当通入高浓度的原料气体时也可连续稳定安全地生产邻苯二甲酸酐。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用固定床反应器生产邻苯二甲酸酐的方法。特别是本专利技术涉及一种使用固定床反应器通过用分子氧或者一种含有分子氧的气体对邻-二甲苯和／或萘的气-相催化氧化反应高产率生产邻苯二甲酸酐的方法。邻苯二甲酸酐是通过使用分子氧或一种含有分子氧的气体(这些在下文中简称为“含氧气体”)对邻-二甲苯和／或萘进行气相催化氧化反应制备的。在该方法中，在一种惰性载体上载有的含有氧化钒和氧化钛作为活性成分的催化剂的使用是公知的，并被描述于，例如，日本审查的专利申请公开47-15323，49-41036，和52-4538，和日本未审查的专利申请公开47-5661，49-89694，和57-105241。这些催化剂各具有特性，并且其中的一些已投入商业化生产。然而，这些催化剂的性能还有待改善。鉴于生产系统的规模，通过催化剂的改进邻苯二甲酸酐产率的1％的提高也会产生巨大的经济效益。选择性的改进有助于产生最终产物的热处理和蒸馏过程，从而可高质量，低成本地进行生产。另外，通过提高产率和催化活性的持久性对于确保生产的稳定性是非常重要的。对于提高产率的一个可能的解决方案是在高载量的条件下进行氧化反应。例如，提高原料材料气体(邻-二甲苯和／或萘)的浓度相对于含氧气体的浓度。然而，邻-二甲苯和／或萘反应产生邻苯二甲酸酐是一种高放热反应，在这样的高装载条件之下，热点的温度急剧提高，发生显著损害催化剂的过氧化反应。结果导致邻苯二甲酸酐的产率降低。如果热点的温度过分提高，反应热不能充分散发，这会导致副反应的发生。已有人提出了一种具有令人满意的耐热性和在这种高装载条件下使用的稳定的催化剂，例如日本已审查的专利申请公开59-1378。然而，即使使用这样的催化剂仍不能避免邻苯二甲酸酐产率的降低、催化剂的损害和发生副反应的危险性，除非热点温度的过分升高得到控制。在此情况下，为了在高装载条件之下进行操作，人们曾试图通过将催化剂层改装成具有不同的催化活性的两个或多个不同的催化剂层来抑制热点温度的升高。但是，如果在各个催化剂层中的原料的转换率失去平衡，热点的温度仍会急剧上升，从而诱发过量氧化反应。结果，这种改装也不能解决邻苯二甲酸酐产率下降和催化剂损害的问题。在极端的情况下，热点出将发生副反应。因此，专利技术的目的是提供一种生产邻苯二甲酸酐的方法，它能够高产率地生产邻苯二甲酸酐，能够降低催化剂随着时间的延长遭到的损害，并且能够连续地稳定地生产邻苯二甲酸酐，即使当供给高浓度的原料气体的时候。具体地说，本专利技术提供了一种使用一个或多个固定床反应器通过用一种含氧气体对邻-二甲苯和／或萘的气-相催化氧化反应生产邻苯二甲酸酐的方法。在这一方法中，气相催化氧化过程是在三个或更多个不同的催化剂层中进行的，并且在各个催化剂层中邻-二甲苯和／或萘的转化率被限定在特定的范围内。本专利技术人发现，在每个单独的催化层中热点温度的过度上升可通过将用于催化氧化反应的催化剂层改装成三个或更多各单独的催化剂层，并通过指定单个催化剂层中的转化率，通过平衡各个催化剂层中的反应量而得到控制。基于这些发现完成了本专利技术。具体地说，本专利技术的方法在一个方面使用一个或多个固定床反应器通过用一种含氧气体对邻-二甲苯和／或萘的气-相催化氧化反应生产邻苯二甲酸酐。在这一方法中，气相催化反应是在三个或更多个单独的催化剂层中进行的，邻-二甲苯和／或萘在第一个催化剂层的出口的转化率是30％到70％，邻-二甲苯和／或萘在第二个催化剂层的出口的转化率是70％或者更多。优选该气相催化反应是在三个单独的催化剂层中进行的，并且邻-二甲苯和／或萘在第一个催化剂层的出口的转化率是30％到70％，邻-二甲苯和／或萘在第二个催化剂层的出口的转化率是70％至95％，邻-二甲苯和／或萘在第三个催化剂层的出口的转化率是99％或更高。上述转化率可通过顺序提高构成每个单独的催化剂层的每种催化剂的活性来实现，这一顺序是从第一个催化剂层至第二个催化剂层，然后至第三个催化剂层。本文中使用的术语“转化率”是指被用作原料的邻-二甲苯和／或萘转化成邻苯二甲酸酐的比率，并且通过转化产生的化合物不仅包括最终产物邻苯二甲酸酐，而且也包括在邻苯二甲酸酐的产生过程中形成的化合物，比如邻-甲苯甲醛，2-苯并[c]呋喃酮，马来酐，柠康酐，苯甲酸，一氧化碳，和二氧化碳。在本专利技术中，转化率是以下述方式测定的。形成从第一催化剂层至待测催化剂层的催化剂层，并将相应于随后的催化剂层的层用一种惰性物质填充。例如，为了测定第一催化剂层的转化率，形成第一催化剂层，并将相应于第二和随后的催化剂层用一种不具有催化活性的惰性物质填充，然后测定转化率。为了测定第二催化剂层的转化率，顺序形成第一和第二催化剂层，并将相应于第三和随后的催化剂层用一种惰性物质填充。在这些条件下，将原料气体(邻-二甲苯和／或萘)和一种含氧气体在实际的操作条件下引进反应器，收集从反应器出口放出的气体。将收集的气体溶解在丙酮中，并将得到的丙酮溶液通过气相色谱进行分析，测定没有反应的原料气体。转化率是通过如下公式计算的转化率(％)=[1-(u／i)]×100其中“u”是在收集的排放气体中含有的原料气体的量(克)，“i”是相应子收集的排放气体量的装入的原料气体的量(克)。第一个催化剂层出口处的转化率被指定在30-70％的范围内。如果该转化率低于30％，含有大量的原料气体的气体被引入第二个催化剂层，从而提高了第二个催化剂层的载量。结果导致第二个催化剂层中的热点温度过高，从而损害邻苯二甲酸酐的产率。相反，如果第一个催化剂层出口的转化率超过70％，第一个催化剂层中的热点温度急剧上升，因为这时在第一催化剂层中产生大量的热，从而导致第一催化剂层中的反应变得显著不稳定。在这种情况下，热点不能有效控制，无法避免副反应的发生。即使没有发生副反应，热点中的催化剂发生热损害，随着时间的延长邻苯二甲酸酐的产率降低。第二个催化剂层出口的转化率被指定在70％或更高。如果该转化率低于70％，从而是第三个催化剂层的载量提高。结果导致第三个催化剂层和随后的催化剂层中的热点温度升高，从而损害邻苯二甲酸酐的产率。此外，从第三个催化剂层到最后一个催化剂层中的反应不完全，无法保证产物邻苯二甲酸酐的质量。每个单独的催化剂层实际上是通过以下方式制备的。将含有三个催化剂层的系统作为例子，下文将参照附附图说明图1至4描述本专利技术的几个实施方案。在示于图1的第一个实施方案中，一个系统是由一个单一的反应器组成的，该反应器包括第一，第二和第三催化剂层，这些催化剂层是从气体的入口侧排列的(连续催化剂层型)。用于这一系统的反应器是一种多管固定床反应器。每个反应管包括以这一顺序排列的第一，第二，和第三催化剂层。图1图示描述了一个实例，其中，原料气体和含氧气体是从反应器的顶部装入的，产物邻苯二甲酸酐是从底部取出的。本实施方案并不限于这一实例，该系统也可装配成从反应器的底部装入气体，从顶部取出产物邻苯二甲酸酐。在示于图2的第二个实施方案中，一个系统是由多个反应器组成的，这些反应器是顺序相连的，并且每一个含有一个在其中形成的催化剂层(不连续催化剂层型)。在这一实施方案中，该系统包括一个具有第一催化剂层的第一反应器，具有第二催化剂层的第二反应器，和具有第三催化剂层的第三反应器，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用一个或多个固定床反应器，通过用邻－二甲苯，或萘，或两者与一种含氧气体进行气－相催化氧化反应生产邻苯二甲酸酐的方法，其中，所说的气相催化反应是在三个或更多个单独的催化剂层中进行的；邻－二甲苯，或萘，或两者在第一催化剂层的出口处 的转化率是３０％至７０％；和邻－二甲苯，或萘，或两者在第二催化剂层的出口处的转化率是７０％或更高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1999-6-24 178788/19991．一种使用一个或多个固定床反应器，通过用邻-二甲苯，或萘，或两者与一种含氧气体进行气-相催化氧化反应生产邻苯二甲酸酐的方法，其中，所说的气相催化反应是在三个或更多个单独的催化剂层中进行的；邻-二甲苯，或萘，或两者在第一催化剂层的出口处的转化率是30％至70％；和邻-二甲苯，或萘，或两者在第二催化剂层的出口处的转化率是70％或更高。2．按照权利要求1所述的方法，其中，由下式定义的ΔT在第一催化剂层中为0．35至0．85℃／(g／Nm3)，在第二催化剂层中为0．45至1．20℃／(g／Nm3)ΔT=(HS-M)／W其中HS是在每个单独的催化剂层中的热点温度(℃)，M是每个单独的催化剂层被保持的温度(℃)，W是在标准温度和压力下相对于1立方米的含氧气体的邻二甲苯和萘的总量(g)。3．按照权利要求1所述的方法，其中，在每个单独的催化剂层中使用的每种催化剂含有氧化钒和氧化钛。4．按照权利要求3所述的方法，其中，所说的催化剂还含有铌；磷；锑；和至少一种选自钠，钾，铷，铯，和铊的元素。5．按照权利要求1所述的方法，其中，在每种单独的催化剂层中的装填的每种催化剂是被含载在一种惰性载体上的，并且所说的被含载的催化剂的装填方式是，每个单独的催化剂层的孔隙率以所说的第一催化剂层至随后的催化剂层的顺序递减。6．按照权利要求3所述的方法，其中，在每个单独的催化剂层中装填的每种催化剂是被含载在一种惰性载体上的，并且所说的被含载的催化剂的含载率以所说的第一催化剂层至随后的催化剂层的顺序递增。7．按照权利要求3所述的方法，其中，每种单独的催化剂层含有每种催化剂和一种惰性物质的混合物，所说的惰性物质在所说的混合物中的含量以所说的第一催化剂层至随后的催化剂层的顺序递减。8．按照权利要求4所述的方法，其中，每个单独的催化剂层中使用的每种催化剂的磷含量以所说的第一催化剂层至随后的催化剂层的顺序递增。9．按照权利要求4所述的方法，其中，在每个单独的催化剂层中所说的钠，钾，铯，铷，和铊的总量以所说的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野政昭，高桥典，
申请(专利权)人：株式会社日本触媒，
类型：发明
国别省市：JP[日本]