甲基丙烯酸的生產方法
2023-10-18 03:00:59 1
專利名稱：甲基丙烯酸的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種生產甲基丙烯酸的方法，更具體地說，是涉及一種包括啟動反應器步驟的生產甲基丙烯酸的方法，該方法是通過將預熱氣體引入反應器，使催化劑床的相對溼度保持不高於40％，與此同時又提高了反應器的溫度。
背景技術：
甲基丙烯酸是需要大量生產的通用樹脂的原料。在此以前，人們已經知道採用殼管式反應器來生產甲基丙烯酸的方法，該反應器中裝有內置的填有氧化催化劑的反應管。例如，JP-A-04-90853的官方公告中就公開過一種生產甲基丙烯酸的方法，其特徵在於採用了一種至少含有磷和鉬的氧化物的生產甲基丙烯酸的催化劑。JP-A-2001-11010的官方公告中公開了採用固定床殼管式反應器使異丁烯醛氣相催化氧化來生產甲基丙烯酸的方法，該方法包括使用鉬釩磷酸絡合氧化物作催化劑，並要求在反應管中以下述方法來填裝催化劑每單位反應管體積的催化劑活性組分的量由原料氣入口端向出口端遞減。
甲基丙烯酸可由選自異丁烯醛、異丁醛、異丁酸和異丁烷中至少一種化合物進行氧化和/或氧化脫氫來生產。這種反應是一种放熱反應。因此，為了回收反應熱，必須使熱介質循環返回反應器。由於熱介質的凝固點通常高達50～250℃，所以，用處於室溫下的反應器來生產甲基丙烯酸時，必須採用特殊的啟動反應器的方法。例如，JP-A-2001-310123的官方公告中公開了適用於循環這種熱介質的啟動反應器的措施，該方法快速啟動反應器，其通過往反應管一側引入一種加熱至100～400℃的氣體，從而開始提升反應管的溫度，然後使加熱的熱介質循環到反應管外的流體中，並預先往反應管中引入一種高溫氣體，從而防止已經循環的熱介質再次凝固。
由於甲基丙烯酸是一種通用樹脂的原料，所以需要通過提高原料化合物的轉化率和選擇性來進一步提高其生產效率。而且，甲基丙烯酸是一種通過連續加入原料氣和裝置長時間運行而生產出來的一種化合物。因此，需要開發出一種提高催化劑在生產線中的使用壽命的方法，從而提高有關操作的生產率和使甲基丙烯酸的生產能長期穩定進行。
發明內容
經過對甲基丙烯酸生產方法的研究，該方法採用了一種殼管式反應器，其中帶有填充了催化劑的反應管，本發明人發現用於生產甲基丙烯酸的催化劑在吸收水分後，其催化劑的活性會下降，同時還發現，在啟動殼管式反應器期間，催化劑有再次吸收水分的傾向；引入預熱的氣體，將催化劑床的相對溼度調節到不高於40％，同時又提高反應器的溫度，從而啟動反應器，這就有可能防止催化劑的質量由於吸收水分而下降，並使該催化劑能進行穩定的高收率的甲基丙烯酸的生產。作為結果，本發明是完備的。
具體地說，本發明的目的是要達到穩定長期高收率的甲基丙烯酸的生產，其方法是往帶有裝填了催化劑的殼管式反應器中引入預熱的氣體，以便將催化劑床的相對溼度調節到不高於40％，並提高預熱氣的溫度，以便啟動反應器，這樣就可防止催化劑床吸收水分，從而防止催化劑的活性由於吸收水分而下降。當用於生產甲基丙烯酸的催化劑中含有雜多酸時，本發明就更加有效。甲基丙烯酸的原料化合物是包含至少一種選自異丁烯醛、異丁醛、異丁酸和異丁烷等化合物的一種氣體。當原料氣體在氣相中與分子氧或含分子氧的氣體進行氧化和/或氧化脫氫反應時，本發明將顯示出極佳的效果。
按照本發明，在啟動反應器時，引入適當的預熱氣，將催化劑床的相對溼度調節到不高於40％，就有可能防止催化劑吸收水分，從而防止催化劑活性的下降並提高甲基丙烯酸的收率。催化劑的活性化不僅可提高原料化合物的轉化率和提高目的產品的選擇性，而且可降低反應溫度，因此可以長期保持穩定的催化劑活性。
採用殼管式反應器生產甲基丙烯酸的方法，在進行生產時通常是往裝有催化劑的反應管中引入原料氣和氧化氣體，然後在200～500℃下，使原料氣進行催化氣相氧化反應。雜多酸型催化劑是用於該反應的一種氧化催化劑。這種催化劑是一種容易吸收水分的化合物，吸收水分後，催化劑活性會因其晶體結構的改變而下降。通常，在反應管裝填催化劑後，其上端和下端都是被密封的，以便防止其中的催化劑吸收水分。但是，在生產甲基丙烯酸的過程中，尤其是在啟動反應器時，催化劑會再次吸收水分，因而會導致催化劑活性的下降。人們已經發現，被吸收的水分潤溼了的催化劑床可以通過引入高溫預熱氣體來使其乾燥，但是，一旦催化劑的活性已經下降，就不能再恢復了。現在，將對本發明進行敘述。
合成甲基丙烯酸的反應是一种放熱反應。為了連續進行反應器的操作，同時又要控制用於裝填反應管的催化劑的反應溫度，要往反應管的外面提供熱介質，並使其吸收熱量，和讓熱介質在反應器外面冷卻下來，然後循環返回反應器。熔鹽是在這種情況下所使用的一種熱介質。這樣熔鹽的凝固點通常為50～250℃。在啟動反應器時，反應器的內部和外部都是處於通常的室溫下。因此，為了往反應器中引入熱介質，防止熱介質凝固，在加熱的熱介質引入反應器之前，必須對反應管進行預熱。往反應管中引入預熱氣，並從內部加熱反應管，可防止引入反應器的熱介質凝固。在生產完成後，如果引入反應器的熱介質仍是冷的，凝固的熱介質就會存留在反應器中。如果要將處於這種狀態下的反應器重新投入使用，必須往反應管中引入預熱氣，並從內部加熱反應管，以便能確保反應器中的熱介質流體化。在任何情況下，為了啟動反應器，通常都要往裝有催化劑的反應管中引入預熱的氣體，使熱介質熔化，確保其因加熱而流體化，使催化劑保持其活性。
通常，可用作這種預熱氣體的正是很便宜的空氣。如果大氣中的潮溼空氣在其未乾燥的狀態下被預熱，催化劑床暴露在預熱的氣體中就會使催化劑吸收空氣中的水分。因為在甲基丙烯酸的生產中常被用作催化劑的雜多酸具有很高的吸溼性，在吸收水分後，其鹽的結構會部分轉變成酸的形式。例如，在甲基丙烯酸的生產中呈現出極佳質量的雜多酸型催化劑，作為其基本骨架的Keggin結構就會形成鹽的結構。在吸收水分後，這種催化劑的結構很容易變形。即使後來對潮溼的催化劑進行了乾燥，這種變形的結構是再也不能復原了，催化劑的活性一旦已經下降，就會保留其活性下降狀態。因此，本發明決定通過往催化劑床中引入預熱氣體的方法來啟動反應器，以便將催化劑床的相對溼度調節到不高於40％，優選不高於30％，特別優選不高於20％，而同時又提高催化劑的溫度。可以推斷，鹽的結構並沒有改變，催化劑質量下降的情況得到抑制，因為相對溼度的調節抑制了催化劑對水分的吸收。雖然，從相對溼度有所下降的角度來看，調節的效果是明顯的，但是，比較經濟的是從氣體中除去水分，使水分的含量不高於40％，這種方法可得到滿意的效果。但是，本發明並不受限於這種理論上的探討。
本發明所述催化劑床的相對溼度可由預熱氣中水的含量和催化劑床的溫度計算出。具體地說，相對溼度(100×Y/Ys)是一定體積氣體中所含的蒸汽(Y)(Pa/m3)與氣體中的飽和蒸汽量(在一定溫度下所能包含的最大蒸汽重量)的重量％比。催化劑床的溫度可從預先插在反應管的催化劑床中的溫度計(熱電偶)上看到，預熱氣中的水含量可對已經引入反應管中的預熱氣進行採樣，然後測定樣品中的水含量來測定。催化劑床的相對溼度可採用所得到的數值進行計算。雖然催化劑床的溫度完全可以認為相當於反應器的溫度，但是，它可能會因引入反應器的熱介質的溫度和環境空氣溫度的變化而改變。
下面將更詳細地介紹本發明的生產甲基丙烯酸的方法。
用於本發明的殼管式反應器沒有必要被特別的限定，而可以任意選自已知的反應器，但是，該反應器要能滿足帶有填裝了催化劑的反應管的要求，並能讓熱介質在反應管外循環，以便吸收反應管中所生成的反應熱。一般來說，該反應器在其每個殼的頂部和底部都裝有一片管片並能由其對面的管端將許多反應管固定住，該反應器在其殼中還有形成的進口和出口，用於使流體在反應管的外部循環，以便消除反應管中所生成的熱。該反應器內部可以有一片或多片管片，以便將反應器分割成若干個反應室，在不同的反應室中可以有填裝不同類型催化劑的反應管。
用於填充反應管的催化劑是生產甲基丙烯酸的催化劑。該催化劑能對氧化反應起催化作用，使異丁烯醛或異丁醛中所含的-CHO氧化轉化成-COOH，使異丁烷中所含的-CH3之一氧化轉化成-COOH，或對氧化脫氫反應起催化作用，使-CH3-CH＜轉化成CH2＝C＜。含磷和鉬的雜多酸型催化劑可看作是一個具體的實例。
作為能催化上述氧化反應或氧化脫氫反應的雜多酸型催化劑的一個具體實例，含鉬釩磷酸的催化劑可由下述化學式表示MOaPbAcBdCeOx(式中，Mo代表鉬，P代表磷，A代表至少一種選自下列的元素砷、銻、鍺、鉍、鋯、硒、鈰、銅、鐵、鉻、鎳、錳、鈷、錫、銀、鋅、鈀、銠、和碲；B代表至少一種選自下列的元素釩、鎢、和鈮；C代表至少一種選自下列的元素鹼金屬、鹼土金屬和鉈；O代表氧，a，b，c，d，e和x分別代表Mo，P，A，B，C和O的相對原子數目並滿足b＝0.5-4，c＝0.001-5，d＝0.001-4，e＝0.001-4和x＝待根據有關元素的氧化狀態自動確定的數值，其中，假設a＝12)。其它具體實例包括至少含有磷，鉬，釩，鐵，銅和銻的氧化物的用於生產甲基丙烯酸的催化劑，如JP-A-62-161739的官方公告中所公開的那些，其中至少含有磷和鉬的氧化物，用於生產甲基丙烯酸的催化劑，如JP-A-04-90853官方公告中所公開的那些，含有磷、鉬、釩和銅的用於生產甲基丙烯酸的多組分型催化劑，如JP-A-05-96172官方公告中所公開的那些，至少含有磷、鉬、釩和砷的氧化物，用於生產甲基丙烯酸的催化劑，如JP-A-06-86932官方公告中所公開的那些，至少含有鉬、磷、釩、銻、銠和硫的氧化物，用於生產甲基丙烯酸的催化劑，如JP-A-07-163883官方公告中所公開的那些。這些催化劑沒有必要從形狀和大小上具體進行區分。例如，可以假設這些催化劑的形狀為球形、圓柱形和圓筒形。用於本發明的催化劑沒有必要特別限定其製造方法和原料的類型。以前通常用於製備這種催化劑的方法和原料都可使用。為了防止所製得的催化劑吸收水分，使用前，最好將催化劑保存在密封的容器中。
將催化劑裝入反應管的方法沒有必要做特別的限定。可採用通常所用的任何方法來裝填催化劑。順便提一下，由於本發明的目的是要防止催化劑吸收水分，所以，已經裝了催化劑的反應管，最好將其頂端和底端密封起來，以免催化劑暴露在大氣中，引入反應管的預熱氣沒有必要做特別的限定，但是，要避免受到任何的影響，即使在該氣體與反應管中裝填的催化劑或與原料氣混合時，也要避免受到影響。因此，空氣和諸如二氧化碳、氮氣和氬氣等惰性氣體都可優選用作預熱氣體，雖然，根據填充反應管的催化劑的種類和供應的原料氣的種類的不同會有所變化。
除熱介質的凝固點外，沒有必要對熱介質做特殊的限定，只要求其凝固點在50～250℃的範圍內。具有這種凝固點的熱介質包括，例如有機熱介質、熔融鹽(硝石)和熔融金屬。在用來控制化學反應溫度的其它熱介質中，硝石在熱穩定性方面特別優秀，它在高達350～550℃的溫度下所進行的熱交換中仍能保持最高的穩定性。硝石是所謂的熔融鹽，具有不同的組成並具有不同的凝固點。對本發明而言，只要該硝石具有上述的凝固點，就可優先使用這種硝石，而不用考慮其組成的形式。可用作這類硝石的化合物包括硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸鉀。它們既可單獨使用，或者以兩種或多種組分組合的形式使用。在本發明中，由加熱器將其溫度加熱至50～400℃的預熱氣體用鼓風機引入到反應管中，該反應管中已經裝有生產甲基丙烯酸所需的催化劑。該氣體可通過反應管上部的管片側面或下部的管片側面的任何一個端部從反應器中引出。在引入預熱氣體時，反應器的內部可以使其溫度從反應管的側面上升。在這種情況下，為了將預熱氣引入催化劑床，以便將催化劑床的相對溼度調節到不高於40％，最好是使用經過熱交換器處理後的預先減溼的氣體。引入反應管的預熱氣的氣源是無關重要的。除了生產甲基丙烯酸過程的裝置中所用的預熱氣外，從其他裝置中所產生的預熱氣和已在這類裝置中經過減溼的預熱氣都可以使用。使用經過上述過程的冷凍機減溼的預熱氣是比較經濟的。如果催化劑床的溫度處於這種情況，即經過上述過程的冷凍機減溼仍不能使催化劑床的相對溼度降至不高於40％的水平，就可單獨使用這樣一種外部的減溼氣體，例如儀表使用的空氣。也可以使用與生產甲基丙烯酸過程冷凍機減溼的空氣混合得到的減溼空氣。
如上所述，本發明中的催化劑床的相對溼度可因預熱氣體中的水分含量和催化劑床的溫度不同而改變。因此，如果預熱氣體中的水分含量是固定的，預熱氣結霜的傾向就會隨著催化劑床溫度的下降而按比例增長。在開始將預熱氣引入反應器時，催化劑床的相對溼度上升至最高水平。如果預熱氣中的水分含量不變，催化劑床的相對溼度會隨催化劑床的溫度上升而按比例下降。因此，為了提升預熱氣的溫度並保持催化劑床的相對溼度不高於40％，在開始引入階段，最好使用低水含量的預熱氣。一旦催化劑床被加熱至大約100℃，將減溼氣體切換成普通空氣或從生產過程中出來的廢氣組分經燃燒而得到的燃燒氣，就可將催化劑床的相對溼度降至不高於40％的水平。如果用空氣來當作預熱氣和催化劑床的溫度不高於100℃，這種空氣要在增溼後才能投入使用。
只要催化劑床的溫度是高的，即使預熱氣中的水分含量仍較高，催化劑床的相對溼度也很容易被降至不高於40％的水平。當反應器中引入經加熱的熱介質，將催化劑床的溫度調節至50～60℃時，減溼的空氣只需稍微加熱就可投入使用。
為了生產本發明的甲基丙烯酸，需提高催化劑床的溫度，當這一溫度達到200～500℃時，就通過上述方法來開始氧化反應和/或氧化脫氫反應。代替上述預熱氣，可引入原料氣、氧化氣體，如分子氧或含分子氧的氣體和惰性氣體，如二氧化碳、氮氣或氬氣，即以前曾引入殼管式反應器，用於生產甲基丙烯酸的那些氣體。空氣是一種典型的含氧氣體。使用空氣來當作引入的氣體是經濟的。作為被引入的原料氣，可使用至少含有一種選自下列化合物的氣體，這些化合物是異丁烯醛、異丁醛、異丁酸和異丁烷。根據所使用的催化劑的類型和組成而定，若引入異丁烯醛，可通過氧化反應生產出甲基丙烯酸；若引入異丁醛和/或異丁烷，可通過氧化反應和氧化脫氫反應生產出甲基丙烯酸；若引入異丁酸，可以通過氧化脫氫反應生產出甲基丙烯酸。
本發明對氧化反應的條件或氧化脫氫反應的條件並沒有任何特殊的限定。這些反應可以在通常所用的條件下進行。加入1～10體積％，優選2～8體積％由至少一種選自下列組分構成的原料化合物，上述組分是異丁烯醛、異丁醛、異丁酸和異丁烷，和2～20體積％，優選3～20體積％由分子氧和惰性氣體，如蒸汽、氮或二氧化碳所構成的混合氣體，在200～500℃，優選250～450℃下，在1×105～1×106Pa，優選1×105～8×105Pa的壓力下，在100～5,000小時-1的空速(STP)，優選500～4000小時-1的空速下與催化劑接觸，對該反應是非常有利的。按照本發明，由於防止了催化劑吸收水分，就有可能提高原料化合物，如異丁烯醛或異丁酸的轉化率和目的產品的選擇性和提高甲基丙烯酸的收率。如果用異丁醛來作原料，由於提高了氧化反應的活性，在一定反應溫度下的甲基丙烯酸的選擇性有了特別的提高，甲基丙烯酸的收率也最終得到提高。從下面所敘述的工作實施例中可以清楚地看出，由於採用了能預防催化劑吸收水分的啟動反應器方法，就有可能使反應溫度降至一個較底的水平，同時又能提高選擇性和轉化率，防止了催化劑因受熱而變質，並能使甲基丙烯酸的穩定生產長期連續進行。
由於異丁烯醛可由異丁烯、叔丁醇或甲基-叔丁基醚生產，因此，預先從這樣一種化合物中衍生出含異丁烯醛的氣體，將這種氣體當作上述原料並將這種原料引入催化劑床，就可生產出甲基丙烯酸。因為無須進行工業化過程的提純，所以特別推薦使用這樣一種含異丁烯醛的氣體。作為由異丁烯生產異丁烯醛的氧化催化劑，含有一種絡合氧化物的催化劑可由下述化學式表示；MOaWbBicFedAeBfCgDhEiOx(式中，Mo代表鉬，W代表鎢，Bi代表鉍，Fe代表鐵，A代表選自鎳和鈷的一種元素，B代表選自鹼金屬和鉈的一種元素，C代表選自鹼土金屬的一種元素，D代表至少一種選自磷、碲、銻、錫、鈰、鉛、鈮、錳、砷、和鋅的一種元素，E代表至少一種選自矽、鋁、鈦、和鋯的一種元素，O代表氧；a，b，c，d，e，f，g，h，i，和x分別代表Mo，W，Bi，Fe，A，B，C，D，E和O的相對原子數目，並滿足b＝0-10，c＝0.1-10，d＝0.1-20，e＝2-20，f＝0-10，g＝0.001-1-，h＝0-4，i＝0-30，和x＝根據有關元素的氧化狀態自動確定的數值，其中，假設a＝12)，上述催化劑已在JP-A-09-194409的官方公告中公開。由於硝石是用作殼管式反應器的熱介質，同時也適合於採用這種反應器進行異丁烯醛的生產，所以只需共同往該反應器中引入預熱介質。由於上述絡合氧化物催化劑很少會導致催化劑的活性因吸收水分而下降，所以沒有必要提高其溫度，然而又可將催化劑床的相對溼度保持在40％以下。同時，如果反應器被分割成兩個反應室，上反應室和下反應室，室內至少有一片管片，使用含有異丁烯氣源一側填裝了上述絡合氧化催化劑的反應室和填裝了上述雜多酸形催化劑的另一個反應室，就可進行甲基丙烯酸的生產。在這種情況下，由於上述雜多酸型催化劑具有吸溼性，通過供給預熱氣體來提高反應器溫度，同時使催化劑床的相對溼度保持不高於40％，以這種方法來啟動反應器就可防止催化劑床吸收水分和催化劑活性的下降。如果異丁烯在此是用作原料氣，那麼，使用這種原料氣的實施方案就應包括在本發明的範圍之內，因為這種原料可通過絡合氧化物催化劑來生產異丁烯醛，該催化劑可用上述化學式MOaWbBicFedAeBfCgDhEiOx來表示，而這種異丁烯醛又可通過上述雜多酸型催化劑來生產甲基丙烯酸。
當兩個反應器一起使用時，例如，填裝了複合氧化物催化劑的第一反應器可用於從異丁烯生產含異丁烯醛的氣體，然後，再用填裝了雜多酸型催化劑的第二反應器，從含異丁烯醛的氣體生產甲基丙烯酸。可以使用含異丁烯醛的氣體，但不限定通過異丁烯的催化氣相氧化反應得到的是什麼產物。
以15升/分的流速，往該反應管中引入預熱氣體，用冷凍機使空氣減溼至1.47體積％的水分含量，然後將該空氣加熱至130℃，就可得到上述預熱氣。開始引入預熱氣時的催化劑床的相對溼度為35％(啟動方案1)。
(氧化反應)在鉬-鉍-鐵-鈷多組分型複合氧化物催化劑的存在下，使異丁烯催化氣相氧化得到的包含3.5體積％異丁烯醛、8.5體積％氧、15體積％蒸汽的混合氣體被引入該反應器，在280℃的反應溫度和1100小時-1的空速(STP)下進行氧化反應。
試驗結果如表1所示。
對比例1
(反應器的啟動)反應器的啟動方法與實施例1相同，但是，省略了用冷凍機來減溼空氣的步驟。預熱氣的水分含量為2.51體積％，開始引入預熱氣時，催化劑床的相對溼度為60％(啟動方案2)。
(氧化反應)氧化反應按實施例1的方法進行，但是，將反應器的啟動方案由(啟動方案1)改為(啟動方案2)並將反應溫度改成288℃。結果如表1所示。
實施例2(反應器的啟動)按實施例1的方法進行操作，但是，往反應器中引入加熱的熱介質和往催化劑床中引入水分含量為2.51體積％的空氣當作預熱氣，將反應管中的催化劑溫度調節到53℃。開始引入預熱氣時催化劑床的相對溼度為18％(啟動方案3)。
(氧化反應)按實施例1的方法進行氧化反應製得甲基丙烯酸，但是，將反應器的啟動方案由(啟動方案1)改為(啟動方案3)。結果如表1所示。
實施例3(反應器的啟動)按實施例1的方法啟動反應器，但是，讓整個催化劑床的溫度達到25℃和將預熱氣(水分含量為0.53體積％)引入反應管，將空氣與儀表空氣混合，然後加熱所得到的混合物就製得上述預熱氣體。開始引入預熱氣體時催化劑床的相對溼度為17％(啟動方案4)。
(氧化反應)按實施例1的方法進行氧化反應製得甲基丙烯酸，但是，將反應器的啟動方案由(啟動方案1)改為(啟動方案4)。結果如表1所示。
對比例2(反應器的啟動)按實施例1的方法啟動反應器，但是，讓整個催化劑床的溫度達到22℃。開始引入預熱氣體時催化劑床的相對溼度為56％(啟動方案5)。
(氧化反應)按實施例1的方法進行氧化反應製得甲基丙烯酸，但是，將反應器的啟動方案由(啟動方案1)改為(啟動方案5)並將反應溫度改成287℃。結果如表1所示。
表1
結果從實施例1-3和對比例1和2可以看出，本發明的方法可以防止催化劑活性的下降。從實施例1和對比例1可以看出，將催化劑床相對溼度調節到35％以下來啟動反應器的實施例1表明，異丁烯醛的轉化率和甲基丙烯酸的選擇性比對比例1高，催化劑的質量優異，甲基丙烯酸的單程收率得到提高。從實施例1-3可以看出，異丁烯醛的轉化率和甲基丙烯酸的選擇性兩者都有所提高，甲基丙烯酸的單程收率隨著催化劑床相對溼度的下降而按比例提高。從實施例1-3和對比例1和2可以看出，在啟動反應器時，如果催化劑床的相對溼度像對比例中那樣高，那就得不到工作實施例中所能得到的相同催化劑活性，即使當時催化劑床的反應溫度是高的。
實施例4按實施例1的方法連續進行氧化反應超過4000小時。4000小時反應結束時的結果如表2所示。
對比例3按對比例1的方法連續進行氧化反應超過4000小時。4000小時反應結束時的結果如表2所示。
表2
結果從實施例4和對比例3可以看出，將催化劑床相對溼度調節到35％來啟動反應器的實施例4表明，異丁烯醛的轉化率和甲基丙烯酸的選擇性兩者，即使超過4000小時後都仍保持高水平，催化劑的使用壽命較長，能長期連續穩定地進行氧化反應，儘管其反應溫度低於對比例3。
實施例5按實施例1的方法進行氧化反應，同時，引入包含3.5體積％異丁醛、10體積％氧和10體積％蒸汽的混合氣體，用作氧化反應的原料氣，並將原料的空速改成900小時-1。結果如表3所示。
對比例4按實施例5的方法進行氧化反應，同時，將反應器的啟動方案由(方案1)改成(方案2)。結果如表3所示。
表3
結果由異丁醛生產甲基丙烯酸的反應機理被認為是由異丁醛通過異丁烯醛最後生成甲基丙烯酸的過程。實施例5和對比例4在異丁醛反應生成異丁烯醛的反應效率方面並沒有不同之處，因為兩者的異丁醛轉化率都是100摩爾％。但是，以35％催化劑床相對溼度啟動反應器的實施例5，與對比例4相比，其甲基丙烯酸的選擇性提高了2.8摩爾％，甲基丙烯酸的單程收率提高了2.8摩爾％。實施例5中異丁烯醛的選擇性為12.1摩爾％，而對比例4是15.0摩爾％。儘管實施例5的異丁烯醛的選擇性比對比例4低，但甲基丙烯酸的單程收率較高，這可能是因為對比例4的異丁烯醛轉化成甲基丙烯酸的反應效率較差和未轉化的異丁烯醛的比例較高的緣故。
實施例6按實施例1的方法進行反應，同時使用包含3.5體積％異丁酸、9體積％氧和10體積％蒸汽的混合氣體當作反應的原料氣，並將空速改成1200小時-1。結果如表4所示。
對比例5按實施例5的方法進行氧化反應，但是，將啟動反應器的方案由(啟動方案1)改成(啟動方案2)。結果如表4所示。
表4
結果實施例6表明其異丁酸的轉化率和選擇性比對比例5高，因此，說明其催化劑活性是優異的。異丁酸的選擇性高，說明異丁酸氧化脫氫生成甲基丙烯酸的反應比例高。從實施例6與實施例5相結合的結果可以看出，與對比例相比，如果催化劑床的固定相對溼度為35％，改變原料化合物就可提高氧化脫氫的活性。
權利要求
1.一種採用殼管式反應器生產甲基丙烯酸的方法，該反應器中結合了內置的填裝了催化劑的反應管，和使熱介質作為流體在反應管的外部循環，該方法包括將預熱氣體引入催化劑床，以使催化劑床的相對溼度保持不高於40％，也因此而提高該反應器的溫度，從而啟動反應器和防止催化劑吸收水分。
2.權利要求1的方法，其中，所述催化劑包含雜多酸，以便用於生產甲基丙烯酸。
3.權利要求1的方法，該方法另外包括往催化劑床中引入包含至少一種選自下列化合物的氣體異丁烯醛、異丁醛、異丁酸和異丁烷，以便在氣相中與分子氧或含分子氧的氣體進行氧化和/或氧化脫氫反應，製取甲基丙烯酸。
全文摘要
本發明涉及一種殼管式反應器，該反應器中帶有填裝了催化劑的反應管並適合於使加熱介質循環到反應管外部的流體中，其特徵是一種往催化劑床中引入氣體，使催化劑的相對溼度保持不高於40％，並因而提高反應器的溫度，從而啟動反應器的方法。該方法可防止催化劑的活性因吸收水分而下降，延長了催化劑的使用壽命並可穩定地生產甲基丙烯酸。
文檔編號B01J8/06GK1436764SQ03103158
公開日2003年8月20日 申請日期2003年1月31日 優先權日2002年2月7日
發明者鵜原洋之, 安養寺和夫, 弘中秀幸, 小野寺秀夫 申請人:株式會社日本觸媒