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JPS637537B2 - - Google Patents
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JPS637537B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS637537B2
JPS637537B2 JP59149376A JP14937684A JPS637537B2 JP S637537 B2 JPS637537 B2 JP S637537B2 JP 59149376 A JP59149376 A JP 59149376A JP 14937684 A JP14937684 A JP 14937684A JP S637537 B2 JPS637537 B2 JP S637537B2
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JP
Japan
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gas
water
catalyst
raw material
anhydride
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JP59149376A
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Japanese (ja)
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JPS6130555A (en
Inventor
Yoji Akazawa
Ikuo Kurimoto
Yojiro Takahashi
Yoshuki Nakanishi
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS637537B2 publication Critical patent/JPS637537B2/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

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

本発明は、1,2,4,5−テトラメチルベン
ゼン(以下ジユレンという。)を分子状酸素含有
ガスでバナジウム含有触媒の存在下、接触気相酸
化してピロメリツト酸またはその無水物を製造す
る方法に関するものである。詳しく述べると、本
発明は原料ジユレンが10〜50g/Nm3−原料ガス
含まれ、かつ水蒸気が3〜30容量%および残部が
分子状酸素含有ガスよりなる原料ガスをバナジウ
ム含有触媒の存在下、接触気相酸化して高収率か
つ工業的にピロメリツト酸またはその無水物をえ
る方法を提供するもので、とくにえられる無水ピ
ロメリツト酸を含有する高温生成ガスを水または
水性媒体で形成された濡れ壁塔および洗浄塔から
なる捕集装置に導き無水ピロメリツト酸を捕集
後、該捕集装置から排出される水蒸気を含有する
排ガスの一部を原料ガスの一部として循環再使用
するプロセスを採用することからなる高生産性か
つ高収率でピロメリツト酸またはその無水物を製
造する工業的方法に関するものである。 無水ピロメリツト酸は、耐熱性樹脂や可塑剤、
エポキシ樹脂硬化剤など広範囲に使用されてきて
おり、工業原料としての重要性も近年ますます高
まつている。またその製造法もジユレンの接触気
相酸化法の他に、ジユレンの液相酸化法やその他
ジユレン以外の出発原料からの合成法等も提案さ
れている。一般にジユレンの酸化反応は、きわめ
て大きな発熱を伴う反応であり、ジユレンを接触
気相酸化して無水ピロメリツト酸を工業的に効率
よく製造するためには、選択性の高い触媒を用い
るとともに、最も経済的な接触気相酸化反応プロ
セスが考案されなければならない。 ジユレンの接触気相酸化により無水ピロメリツ
ト酸を製造する方法としては、多数の特許文献
(たとえば、ベルギー特許第655686号、特公昭45
−4978号、特公昭45−15018号、特公昭45−15252
号、特公昭49−31972号、特公昭49−31973号、特
公昭52−3931号などが挙げられる。)が公表され
ている。 しかしながら、これらの先行技術例において
は、原料ガス組成におけるジユレン濃度が20g/
Nm3以下という低濃度であつたり、目的とするピ
ロメリツト酸またはその無水物が収率良くえられ
ないなど、必ずしも工業的に満足しうるものとは
言い難い。 ジユレンの接触気相反応は、オルソキシレンの
酸化による無水フタル酸合成反応などと比較して
もその反応熱は非常に大きく、この反応熱の除熱
を効率的に行なうことがその使用する触媒の性能
もさることながら、高収率で無水ピロメリツト酸
をえるための一つの重要な課題と考えられる。す
なわち一般的な方法は低ジユレン濃度の原料ガス
を高温高空間速度で触媒層を通すことによつて反
応熱の蓄熱による4,5−ジメチル無水フタル
酸、4,6−ジメチルイソフタル酸、トリメリツ
ト酸等の副生物の生成を極力抑えようとするもの
であるが生産性および収率等において工業的製法
としてはいまだ不満足なものである。 本発明者らはかかる現状に鑑み、さらに生産性
を上げる為に高ジユレン濃度の原料ガスを用いて
高温高空間速度で反応を行なつても高収率でピロ
メリツト酸またはその無水物を製造することので
きるプロセスについて研究を続け、触媒の改良や
反応温度、空間速度、原料ジユレン濃度、原料ガ
ス希釈剤等の反応条件について種々検討を重ねた
結果、原料ガス中に特定濃度の水蒸気を添加する
ことにより無添加の場合と比較して無水ピロメリ
ツト酸またはその無水物の収率が5〜8重量%も
向上することを見い出し、さらに生成物の捕集方
法にも改良を加え、無水ピロメリツト酸またはそ
の無水物を高生産性かつ高収率でえることのでき
る工業的製法を確立するに到つた。 すなわち、本発明は以下の如く特定される。 (1) 1,2,4,5−テトラメチルベンゼンが10
〜50g/Nm3−原料ガス含まれ、かつ水蒸気が
3〜30容量%および残部が分子状酸素含有ガス
よりなる原料ガスをバナジウム含有触媒の存在
下、接触気相酸化することを特徴とするピロメ
リツト酸またはその無水物の製造方法。 (2) バナジウム含有触媒が、バナジウム、チタ
ン、リン、ニオブおよびアンチモンの酸化物と
さらに必要に応じてアルカリ金属、アルカリ土
類金属、希土類元素、亜鉛およびタリウムから
なる群より選ばれた少なくとも1種の元素の酸
化物とからなる触媒物質を不活性担体に担持せ
しめてなる触媒であることを特徴とする上記(1)
記載の方法。 (3) 1,2,4,5−テトラメチルベンゼンが10
〜50g/Nm3−原料ガス含まれ、かつ水蒸気が
3〜30容量%および残部が分子状酸素含有ガス
よりなる原料ガスをバナジウム含有触媒の存在
下、接触気相酸化してえられる無水ピロメリツ
ト酸を含有する高温生成ガスを水または水性媒
体を用いる捕集装置に導くことを特徴とするピ
ロメリツト酸またはその無水物の製造方法。 (4) バナジウム含有触媒が、バナジウム、チタ
ン、リン、ニオブおよびアンチモンの酸化物と
さらに必要に応じてアルカリ金属、アルカリ土
類金属、希土類元素、亜鉛およびタリウムから
なる群より選ばれた少なくとも1種の元素の酸
化物とからなる触媒物質を不活性担体に担持せ
しめてなる触媒であることを特徴とする上記(3)
記載の方法。 (5) 水または水性媒体を用いる捕集装置が、水ま
たは水性媒体で形成された濡れ壁塔および洗浄
塔からなることを特徴とする上記(3)または(4)記
載の方法。 (6) 水または水性媒体を用いる捕集装置から排出
される排ガスの出口温度を40〜80℃に保持し、
かつ全排ガス量の15〜85%を原料ガスの一部と
して循環再使用することを特徴とする上記(3)、
(4)または(5)記載の方法。 以下、本発明の具体的態様について述べる。 まず、本発明においてはバナジウム含有触媒の
存在下、ジユレンが10〜50g/Nm3−原料ガス含
まれ、かつ水蒸気が3〜30容量%および残部が分
子状酸素含有ガスからなる原料ガスを接触気相酸
化するものであるが、原料ガス中に水蒸気を添加
して用いることは特公昭45−15018号明細書にお
いて酸化剤を水蒸気で希釈して用いることもでき
る旨の記載が見うけられるだけで、本発明におい
て開示するような原料ガス中に特定濃度の水蒸気
を共存せしめることによる作用効果については何
ら開示されていない。 すなわち、本発明者らの実験によると原料ガス
中に水蒸気を3〜30容量%添加共存せしめた場合
と無添加の場合のピロメリツト酸またはその無水
物の収率は、他の反応条件を同一にした対照実験
によつて水蒸気無添加の場合と比較して5〜8重
量%も高くなることが判明した。この効果は本発
明者らにとつても予想外に顕著なものであつた。
その作用機構については不明だが、一因として添
加した水蒸気が生成した無水ピロメリツト酸の触
媒上からの脱離過程において何らかの有用な作用
をおよぼし、逐次的に進行する生成物の2次酸化
等による副生物の生成を抑える為に、特に高濃度
の原料ジユレンを用いた場合、無水ピロメリツト
酸の収率向上に寄与するものと推定される。 原料ガス中に添加する水蒸気濃度が3容量%未
満の場合、無水ピロメリツト酸収率を向上される
効果が小さく、また水蒸気濃度が30容量%を越え
て高すぎても、目的とする製品無水ピロメリツト
酸の品質を低下させる無水トリメリツト酸のよう
な副生物の生成が増加し、無水ピロメリツト酸収
率を向上させる効果が小さくなる。 原料ガス中に水蒸気を同伴させる方法として
は、外部から低圧蒸気を反応器入口部に投入する
か、あるいは生成した無水ピロメリツト酸の回収
を水または水性媒体を用いる捕集装置によつて行
う場合にえられる、該捕集装置から排出される排
ガス温度における蒸気圧で飽和された水蒸気を含
有する排ガスの一部を原料ガス中に循環させる方
法が適用できるが、副原料としての蒸気使用量削
減の観点からすれば、後者の方法が好ましい。 捕集装置からの排ガスの一部を原料系に循環さ
せる場合、排ガス出口温度は40〜80℃、好ましく
は45〜75℃の範囲に保持される。温度が低すぎる
と無水ピロメリツト酸を高濃度に効率よく回収す
ることができなくなるし、また温度が高すぎると
水の蒸発によるエネルギーロスが大きくなる。ま
た、排ガスの原料系への循環量は排ガス全体の15
〜85%の範囲になるように調節される。この割合
が少なすぎると反応に望ましい水蒸気量を確保す
るために捕集装置からの排ガスの出口温度を極端
に高めねばならない不都合が生じるし、また排ガ
スの循環割合が多すぎると系内の酸素不足による
無水ピロメリツト酸収率の低下や触媒の劣化が促
進されるといつた障害が生じる。 本発明において用いられる触媒は、バナジウム
含有触媒であり従来公知のジユレン酸化用触媒を
使用することができる。たとえば、V2O5
TiO2、WO3系、V2O5−P2O5−TiO2、MoO3
WO3系、V2O5−TiO2(アナターゼ型)−MoO3
P2O5系、V2O5−TiO2−Na2O、P2O5系、V2O5
TiO2−P2O5−Nb2O5−K2O、Cs2O系、V2O5
B2O3−SnO2、P2O5、TiO2、Na2O系である。特
に好適には、バナジウム、チタン、リン、ニオブ
およびアンチモンの酸化物とさらに必要に応じて
アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、
亜鉛およびタリウムからなる群より選ばれた少な
くとも1種の元素の酸化物とからなる触媒物質を
不活性担体に担持せしめてなる触媒を用いること
ができる。 この触媒系の触媒物質はV2O51〜80重量部、
TiO299〜20重量部を主成分としてなり、この両
成分の合計100部に対して、Nb2O50.01〜5重量
部、P2O50.02〜10重量部、さらにSb2O30.1〜30重
量部を含有するものである。 また、上記組成割合に、さらにNa2O、K2O、
Rb2O、Cs2O、CaO、SrO、BaOの内1種以上を
合計で0.01〜5重量部、あるいはさらに希土類元
素酸化物、ZnO、Tl2Oの内1種以上を合計で0.01
〜3重量部を含有してもよい。ここにいう希土類
元素とは、原子番号39および57〜71の諸元素で、
とくに、イツトリウム、ランタン、セリウム、ネ
オジム、ガドリニウム、テルビウム、エルビウム
などが好ましい。なお、ここで用いられる触媒物
質としての各元素の酸化物、すなわち、V2O5
Nb2O5、P2O5、Sb2O3、Na2O、K2O、Rb2O、
Cs2O、CaO、SrO、BaO、希土類酸化物、ZnO、
Tl2Oの添加源としては、それらの元素の酸化物、
アンモニウム塩、硫酸塩、硝酸塩、有機酸塩、炭
酸塩、塩化物、水酸化物あるいは遊離酸などから
適当に選ぶことができる。また本文中に示された
触媒物質成分は必ずしも本文中に記載された酸化
物の形に限定される必要はなく、単にその組成を
示すために用いられたものである。 この触媒系における触媒物質において有効な
TiO2の製法は種々あり、たとえば四塩化チタン
を原料として硫酸チタニウムアンモニウムを合成
し、その熱分解によりえられる高純度TiO2、ま
たは硫酸チタニルの加水分解により生成する水酸
化チタンの熱処理によりえられるTiO2などが好
ましいが、一般に顔料用として市販されている
TiO2でも適当な処理を施こして有害不純物を除
去コントロールすることにより充分使用できる。
TiO2にはアナターゼ型、ルチル型の2種類の結
晶形が存在するが、本発明触媒に有用なものはア
ナターゼ型である。また四塩化チタンより製造さ
れた高純度TiO2の場合、ルチル型のTiO2の混合
したものも使用可能であるが、市販の顔料用ルチ
ル型TiO2はすでに特殊処理を施されたTiO2であ
り、本発明において使用してもすぐれた効果は期
待できない。 上記触媒物質はそれ自体であるいは成型助剤を
併用して成形触媒としても用いられるが、好まし
くは不活性担体に担持せしめて用いられる。 不活性担体としてはシリカ、アルミナ、けい酸
塩、シリコンカーバイド、抗火石、軽石等普通一
般公知の担体が用いられるが、好ましい担体とし
て、たとえばアルミニウムがAl2O3として10%以
下、シリコンカーバイド含量が50%以上で、か
つ、見掛気孔率が10%以上のシリコンカーバイド
系担体等が好結果を与える。なお担体の形状はと
くに限定はされず、不安形、球状、円柱状、リン
グ状、円筒状などいずれでも採用しうる。 触媒の調製方法としては、バナジウム、ニオ
ブ、リン、アンチモン、その他の成分元素を含む
水溶液、硝酸水溶液、蓚酸水溶液あるいは塩酸水
溶液中にTiO2粉末を分散させてスラリー状にし、
この触媒スラリーをあらかじめ加熱しておいた担
体に噴霧器等を用いて噴霧担持させ、次いで300
〜650℃、好ましくは400〜550℃で数時間空気流
下もしくは空気しや断下または窒素等の不活性ガ
ス気流下で焼成する方法が好ましい。この場合触
媒物質の担体への担持率は、使用する担体の比
重、形状、粒径などで異なるが、たとえば3〜10
mm径の球状シリコンカーバイド系担体を用いる場
合、担体100c.c.当り触媒物質3〜15gを担持させ
る。 上述のようにして得られる担持触媒を本発明の
製造方法に使用する場合、触媒物質が以下の物性
を有しているものが特に有用である。すなわち、
平均細孔径が0.05〜0.45μの範囲にある細孔の全
容積が細孔径10μ以下の細孔の全容積に対して50
%以上を示める割合で細孔が分布しているもので
ある。 一般に平均細孔径および細孔容積の分布は、触
媒組成や焼成条件等の触媒調製条件によつて左右
されるものであるが、本発明における触媒は特に
触媒スラリー中のTiO2紛末と他の触媒物質との
分散度およびスラリー濃度の影響をうける。すな
わち該スラリーの分散度と濃度が共に高い場合は
平均細孔径と細孔容積も大きくなる傾向がある。
このような点も考慮して上記した細孔分布を有す
る触媒物質は触媒組成、触媒スラリーの分散度と
濃度および焼成条件を滴宜決定して調製される。 上述したようにして得られる触媒を用いてジユ
レンを接触気相酸化する場合の反応条件は、反応
温度300〜450℃、好ましくは320〜430℃、空間速
度3000〜15000hr-1(STP)、好ましくは4000〜
10000hr-1(STP)、原料ジユレン濃度10〜50g/
Nm3−原料ガス、好ましくは20〜40g/Nm3−原
料ガス、原料ガス中の水蒸気濃度3〜30容量%で
ある。酸化剤として分子状酸素含有ガスを用いる
が、空気の使用が好ましく、ほかに分子状酸素を
二酸化炭素、窒素等の不活性ガスで希釈して使用
することも可能である。かくして、無水ピロメリ
ツト酸またはその無水物は115〜125重量%という
高収率でえられる。 続いて反応帯域を出た無水ピロメリツト酸を含
有する高温生成ガスから無水ピロメリツト酸を分
離捕集する。この捕集方法としては放冷あるいは
強制冷却することにより冷却器壁面上に結晶を晶
出させる間接冷却法を採用することが通常考えら
れる。 しかしながら、間接冷却法による捕集方法は、
晶出した結晶を取出すために、装置をいつたん停
止して冷却器壁面に晶出した結晶を掻き取るか、
あるいはいつたん停止して加熱溶融して取り出す
必要があり、このため連続的に捕集しようとすれ
ば少なくとも2個の冷却装置の交互切換により冷
却と取り出しとを行なわなければならないという
欠点がある。また、掻き取り方法では、多大の労
力と設備を必要とするので経済的に不利であり、
人力で行なう場合は衛生上の問題を生じる。一
方、加熱溶融方法では、無水ピロメリツト酸は融
点が285〜287℃と高く高温熱媒体による加熱溶融
を必要とするので、エネルギー損失が大きいし、
また変質しやすいので適用は困難である。 上記の理由などから無水ピロメリツト酸の捕集
は、高温の生成ガスを水または水性媒体を用いる
捕集装置に導きスラリーまたは水溶液として回収
されることが好ましい。 水または水性媒体を用いる捕集装置としては従
来公知のものが使用できる。例えば高温の生成ガ
ス中に水または水性媒体を雨滴状やフイルム状で
噴霧流下する方法や無水ピロメリツト酸の析出温
度以下に保持されかつ水または水性媒体が壁面を
薄く覆うように流下している壁面を有する凝縮器
に導入し、該無水ピロメリツト酸を凝縮器壁面に
析出させることによる捕集方法等がある。しかし
このような方法においては高温の生成ガスが急速
に冷却され、無水ピロメリツト酸は、極微細な粒
子となり煙霧化したり、生成ガスと水性媒体との
接点において無水ピロメリツト酸の結晶が晶出
し、塊状に生長したりして無水ピロメリツト酸の
品位を低下する等の問題を生じ、安定的に効率よ
く無水ピロメリツト酸を捕集することが困難な場
合がある。 本発明の製造方法における無水ピロメリツト酸
の捕集装置としては上述のような諸欠点が解消さ
れた、水または水性媒体で形成された濡れ壁塔お
よび洗浄塔からなる装置が好適に使用することが
できる。 すなわち、反応帯域を出た無水ピロメリツト酸
を含有する高温生成ガスを、水または水性媒体で
形成された濡れ壁塔に導入し、前記高温生成ガス
と水または水性媒体と熱交換を行なつて該高温生
成ガスの温度を露点以下に降下させ、該生成ガス
を洗浄塔に導入して水または水性媒体と接触させ
て無水ピロメリツト酸を捕集し、該儒れ壁塔およ
び洗浄塔の塔底部からスラリーまたは水溶液とし
て無水ピロメリツト酸およびピロメリツト酸を回
収する無水ピロメリツト酸の捕集方法の採用であ
る。 すなわち、無水ピロメリツト酸を含有する高温
の生成ガス流を水または水性媒体で形成された濡
れ壁塔に導入し、該高温生成ガスと水または水性
媒体とを熱交換させたのちに、水または水性媒体
で無水ピロメリツト酸を捕集するのである。 このようにして捕集された無水ピロメリツト酸
は水または水性媒体を用いているために無水物の
一部または全てが二水化しピロメリツト酸となり
残存無水ピロメリツト酸およびピロメリツト酸の
混合物のスラリーまたは水溶液として捕集され
る。 この捕集方法における濡れ壁塔の利点は、第1
に高温の生成ガスを水または水性媒体と熱交換す
る際は、高温の生成ガス温度が漸次降下するの
で、晶析した結晶の生長があり、無水ピロメリツ
ト酸の煙霧化がほとんどなく、捕集が容易に行な
い得ることである。すなわち、高温の生成ガスに
水または水性媒体を雨滴状やフイルム状で噴霧す
る場合は、高温の生成ガスは低温の水または水性
媒体が短時間で直接接触するので、生成ガス温度
は急速に降下し、晶出した結晶は微細なまま煙霧
化し、捕集を困難にしているが、この方法によれ
ば、捕集可能な無水ピロメリツト酸の結晶が得ら
れる。 第2の利点は、濡れ壁塔の装置内が流動状の水
または水性媒体で覆われているので、器壁面に無
水ピロメリツト酸等の結晶物が析出および沈着す
ることがなく、結晶物は水または水性媒体ととも
に連続的に濡れ壁塔外に運び出されるので、連続
的に操作することができる。 第3の利点は、高温の生成ガスの導入口と低温
の水または水性媒体との間に、かなりの距離と空
間を設けることができるので、高温の生成ガスの
導入口あるいは水または水性媒体の供給口に結晶
が析出して操業を困難にすることはない。 第4の利点は、濡れ壁塔であるために、熱交換
効率が良く、放冷晶出器に比べて装置を小さくす
ることができる。 この方法において使用される濡れ壁塔の形状は
特に制限されることはないが、濡れ壁を形成する
水または水性媒体が、雨滴や霧状を形成しない構
造が望ましい。また、濡れ壁塔の大きさは、高温
の生成ガスから結晶を析出させる温度まで冷却で
きる大きさであればよく、導入される高温の生成
ガスの量や特性によつて適当に定めることができ
る。 このような高温の生成ガスの温度は、ガス流管
路の閉塞、濡れ壁導入口での結晶の析出等を考慮
して生成ガスの露点以上で濡れ壁塔へ導入される
が、該濡れ壁塔が晶析器であり、捕集された無水
ピロメリツト酸の分離操作を考慮すると、なるべ
く露点温度に近く、露点より100℃高温までの範
囲、好ましくは露点より20℃高温程度の温度が良
好である。 濡れ壁を形成する水または水性媒体としては、
純水、上水、工業用水等の水の他に、捕集した無
水ピロメリツト酸を含む水性スラリー、捕集した
無水ピロメリツト酸を分離した分離液であつても
よい。 水または水性媒体の温度は、液状で器壁を流動
する温度であれば特に制限はないが、水または水
性媒体を循環使用する場合には、高温の混合ガス
の熱量と蒸発水の系外放出の関係から、通常40〜
80℃で操作される。水または水性媒体の流量は、
濡れ壁塔の壁面全体を覆う量であればよく、濡れ
壁塔の形式、熱交換に伴なう蒸発量によつて決
る。 無水ピロメリツト酸を含有する高温の生成ガス
は、濡れ壁塔内で温度降下し、含有される無水ピ
ロメリツト酸は晶析する。晶析固体は、濡れ壁塔
内を流下する水または水性媒体によりある程度は
捕集されるが、大部分は混合ガス中に残存してい
るので、洗浄塔において水または水性媒体と接触
させる。濡れ壁塔を通過した無水ピロメリツト酸
を含有するガスは、雨滴式または噴霧状で水また
は水性媒体と接触しても、もはや無水ピロメリツ
ト酸の煙霧化は起らないので、容易に捕集でき
る。 以上のようにして無水ピロメリツト酸を捕集し
た後、洗浄塔の塔頂付近から排出される排ガスの
出口温度を40〜80℃に保持し、かつ全排ガス量の
15〜85%を原料ガスの一部として循環再使用され
る。 つぎに、本発明の一実施態様を図面を参照しな
がら説明する。反応用の空気はブロワー101か
らライン1を通り予熱器102で加熱された後ラ
イン2を経てライン11からくる循環ガスと混合
し、ライン3(必要に応じライン12より調節用
のスチームをライン3に入れることもできる)を
経てライン4から供給されるジユレンと混合し、
ライン5より反応器103(多管式熱交換器形状
をしており管内に触媒が充填され管外に熱媒体が
循環している)に入る。反応により生成した無水
ピロメリツト酸含有ガスはライン6を通つて濡れ
壁塔104(ノズル21より水または水性媒体が
供給されて塔壁に薄膜が形成されている)に入り
徐冷され、ライン7を経て洗浄塔105(シヤワ
ーノズル25より供給される水または水性媒体と
反応ガスが向流に接触される)に入り、生成物を
捕集分離した後排ガスはガス中の水分が凝縮しな
いように保温されたライン8を通つてライン9と
ライン10に分けられる。ライン9を経てライン
10から反応に再使用される排ガスの残りが系外
へ排出され、ライン10からの排ガスはブロワー
107で昇圧された後ライン11を経てライン2
よりの空気と混合されて反応器に循環される。濡
れ壁塔104および洗浄塔105で捕集された生
成物は水溶液またはスラリーとして各塔底よりラ
イン22および23を経てライン24より精製工
程へ移される。濡れ壁塔および洗浄塔へ供給され
る水または水性媒体はライン26から106によ
り洗浄塔からの排ガス出口温度が設定温度になる
ように温度調節されて補給される。 本発明は以上記述した通りであるが、以下に実
施例を示してさらに具体的に説明する。 実施例 1 試薬特級のTiCl45700gを水に徐々に滴下して
60%水溶液とし、このTiCl4水溶液に試薬特級の
硫酸2940gを撹伴下添加した。他方、特級の硫酸
アンモニウム3940gを含む100℃に加温された飽
和水溶液を作り、この飽和水溶液を上記TiCl4
H2SO4水溶液へ撹伴しながら加えたのち放置し、
硫酸チタニウムアンモニウム〔(NH42SO4
TiOSO4・H2O〕を析出させた。これを別分離
したのち750℃で10時間焼成して2300gのTiO2
得た。 脱イオン水6400c.c.に蓚酸514gを溶解させ蓚酸
溶液とし、そこへバナジン酸アンモニウム257g、
第一リン酸アンモニウム16.2gおよび塩化ニオブ
12.2gを含む塩酸水溶液と三酸化アンチモン120
gとを添加して得た調製液に、上記TiO21800g
を加え、30分間撹伴して触媒スラリーを作つた。 外部から加熱できるステンレス製回転炉中に平
均粒径5mm、見掛気孔率20%のSiC担体(SiC含
量98.5%)2000c.c.を入れて200〜250℃に予熱して
おく。回転炉を回転させながら担体上に上記触媒
スラリーを噴霧して触媒物質180gを担持させた。
ついで空気流下530℃で8時間焼成した。こうし
て得られた完成触媒の組成は、重量比でV2O5
TiO2:P2O5:Nb2O5:Sb2O3=10:90:0.5:
0.3:6であつた。 このようにして調製された触媒の細孔分布を水
銀圧入法ポロシメーターで測定したところ細孔径
0.05〜0.45μの細孔の占める細孔容積が10μ以下の
全細孔容積の89%であつた。 得られた触媒を390℃に保持された溶融塩浴に
浸漬された(以下溶融塩温度をN.T.(℃)と略記
する。)直径25mmのステンレス製反応管に触媒層
高が1.5mになるまで充填した。そこへ30g/N
m3の濃度のジユレン、10容量%の水蒸気および残
部が空気である原料ガスを空間速度5000hr-1で通
じて反応に供した。反応ガスは結晶器及び水洗捕
集器に導き、生成物を捕集した。捕集された生成
物全体を温水に溶解し分析したところ、ピロメリ
ツト酸が無水ピロメリツト酸に換算して119.3重
量%の収率で得られた。 比較例 1 実施例1で調製して得た触媒と同じ触媒を用
い、原料ガス中に水蒸気を含まない点以外は実施
例1と同様の反応条件でジユレンの酸化反応を行
ない、生成物を分析したところ、ピロメリツト酸
が無水ピロメリツト酸に換算して113.5重量%の
収率で得られたにすぎなかつた。 実施例 2 イルメナイトに80%の濃硫酸を混合し、十分反
応を行なわせたのち水で希釈して硫酸チタン水溶
液とした。これに還元剤として鉄片を加え、イル
メナイト中の鉄分を第一鉄イオンに還元し、しか
るのち冷却して硫酸第一鉄として析出分離した。
このようにして得られた硫酸チタン水溶液を加熱
沸騰させて加水分解し、含水酸化チタンを沈殿さ
せた。これを十分洗浄したのち、800℃の温度で
空気流通下4時間焼成した。これをジエツト気流
粉砕処理し、平均粒子径約0.5μで比表面積22m2
gのアナターゼ型TiO2をえた。 所定量のバナジン酸アンモニウム、第一リン酸
アンモニウム、塩化ニオブを含む塩酸水溶液、三
酸化アンチモン、炭酸セシウムおよび上記TiO2
を添加してえた触媒液を用い、実施例1と同様に
してSiC担体に担持させ、焼成して得られた完成
触媒の組成は重量比でV2O5:TiO2:P2O5
Nb2O5:Sb2O3:Cs2O=20:80:1.0:0.5:8:
0.2であつた。 上記触媒を内径25mmのステンレス製反応管に
1.5mの高さに充填した。 そこへ30g/Nm3の濃度のジユレン、約8容量
%の水蒸気および酸素含有ガスをSV5000hr-1
N.T.380℃に保持された反応器に導入した。反応
生成ガスは濡れ壁塔及び洗浄塔に導入し生成物を
水溶液またはスラリーとして捕集回収した後、洗
浄塔からの排出ガスは除湿されることなくその58
%が系外へ排出され、残り排ガスは原料ガス中に
循環させた。濡れ壁塔および洗浄塔に補給する水
または回収液から生成物を別した液の温度は
洗浄塔の塔頂温度が60〜63℃の温度範囲になるよ
うに調節した。濡れ壁塔および洗浄塔の回収液か
ら晶析、別工程を繰り返して得られた生成物を
分析したところ、ピロメリツト酸が無水ピロメリ
ツト酸として111.8重量%の収率で得られた。こ
のピロメリツト酸の酸価は882であつた。別に反
応生成ガスを分析した結果、無水ピロメリツト酸
の単流収率は120.2重量%であつた。 実施例 3〜6 実施例1におけると同様にして第1表に示した
組成の触媒を調製し反応に供した。えられた結果
を第2表に示す。
The present invention involves producing pyromellitic acid or its anhydride by catalytic gas phase oxidation of 1,2,4,5-tetramethylbenzene (hereinafter referred to as diurene) with a molecular oxygen-containing gas in the presence of a vanadium-containing catalyst. It is about the method. Specifically, in the present invention, a raw material gas containing 10 to 50 g/Nm 3 of raw material Diurene, 3 to 30% by volume of water vapor, and the remainder consisting of a molecular oxygen-containing gas, in the presence of a vanadium-containing catalyst, The present invention provides a method for obtaining pyromellitic acid or its anhydride in high yield and industrially by catalytic gas phase oxidation, and in particular, oxidizes the high temperature product gas containing the obtained pyromellitic anhydride with water or an aqueous medium. After collecting pyromellitic anhydride through a collection device consisting of a wall tower and a cleaning tower, a process is adopted in which a portion of the water vapor-containing exhaust gas discharged from the collection device is recycled and reused as part of the raw material gas. The present invention relates to an industrial method for producing pyromellitic acid or its anhydride with high productivity and high yield. Pyromellitic anhydride is used in heat-resistant resins, plasticizers,
It has been widely used as an epoxy resin curing agent, and its importance as an industrial raw material has been increasing in recent years. In addition to the catalytic gas phase oxidation method of diurene, liquid phase oxidation method of diurene and other synthesis methods from starting materials other than diurene have also been proposed. In general, the oxidation reaction of diurene is a reaction accompanied by extremely large heat, and in order to industrially efficiently produce pyromellitic anhydride by catalytic gas-phase oxidation of diurene, it is necessary to use a highly selective catalyst and the most economical method. A catalytic gas phase oxidation reaction process must be devised. As a method for producing pyromellitic anhydride by catalytic gas phase oxidation of diurene, there are many patent documents (for example, Belgian Patent No. 655686, Japanese Patent Publication No. 45
−4978, Special Publication No. 15018, Special Publication No. 15252
Special Publication No. 49-31972, Special Publication No. 49-31973, Special Publication No. 52-3931, etc. ) has been published. However, in these prior art examples, the concentration of diurene in the raw material gas composition is 20g/
The concentration is as low as Nm 3 or less, and the desired pyromellitic acid or its anhydride cannot be obtained in good yield, so it is not necessarily industrially satisfactory. The reaction heat of the catalytic gas phase reaction of diurene is extremely large compared to the phthalic anhydride synthesis reaction by oxidation of ortho-xylene, and the efficient removal of this reaction heat is the key to the catalyst used. In addition to performance, this is considered to be an important issue in obtaining pyromellitic anhydride in high yield. In other words, the general method is to pass a raw material gas with a low diurene concentration through a catalyst layer at a high temperature and high space velocity, thereby storing reaction heat to produce 4,5-dimethylphthalic anhydride, 4,6-dimethylisophthalic acid, and trimellitic acid. However, it is still unsatisfactory as an industrial production method in terms of productivity and yield. In view of the current situation, in order to further increase productivity, the present inventors produced pyromellitic acid or its anhydride in high yield even when the reaction was carried out at high temperature and high space velocity using a raw material gas with a high diurene concentration. As a result of continuing research on the process that can be used to improve the catalyst and various reaction conditions such as reaction temperature, space velocity, raw material diurene concentration, and raw material gas diluent, we decided to add a specific concentration of water vapor to the raw material gas. They found that the yield of pyromellitic anhydride or its anhydride was improved by 5 to 8% by weight compared to the case without additives, and they also improved the product collection method. We have now established an industrial method for producing the anhydride with high productivity and yield. That is, the present invention is specified as follows. (1) 1,2,4,5-tetramethylbenzene is 10
~50 g/Nm 3 - A pyromellit characterized by catalytic gas phase oxidation of a raw material gas containing 3 to 30% by volume of water vapor and the remainder being molecular oxygen-containing gas in the presence of a vanadium-containing catalyst. A method for producing an acid or its anhydride. (2) The vanadium-containing catalyst is at least one selected from the group consisting of oxides of vanadium, titanium, phosphorus, niobium, and antimony, and optionally alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, zinc, and thallium. (1) above, characterized in that it is a catalyst comprising an oxide of an element supported on an inert carrier;
Method described. (3) 1,2,4,5-tetramethylbenzene is 10
~50g/ Nm3 - Pyromellitic anhydride obtained by catalytic gas phase oxidation of a raw material gas containing 3 to 30% by volume of water vapor and the remainder being molecular oxygen-containing gas in the presence of a vanadium-containing catalyst. A method for producing pyromellitic acid or its anhydride, which comprises introducing a high-temperature generated gas containing pyromellitic acid or anhydride to a collection device using water or an aqueous medium. (4) The vanadium-containing catalyst is at least one selected from the group consisting of oxides of vanadium, titanium, phosphorus, niobium, and antimony, and optionally alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, zinc, and thallium. (3) above, characterized in that it is a catalyst comprising an oxide of an element supported on an inert carrier;
Method described. (5) The method according to (3) or (4) above, wherein the collection device using water or an aqueous medium comprises a wet wall tower and a washing tower formed of water or an aqueous medium. (6) Maintaining the outlet temperature of exhaust gas discharged from a collection device using water or an aqueous medium at 40 to 80°C,
(3) above, characterized in that 15 to 85% of the total amount of exhaust gas is recycled and reused as part of the raw material gas;
The method described in (4) or (5). Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. First, in the present invention, in the presence of a vanadium-containing catalyst, a raw material gas containing 10 to 50 g/Nm 3 of diurene, 3 to 30 volume % of water vapor, and the remainder consisting of a molecular oxygen-containing gas is passed through a contact gas. Although it undergoes phase oxidation, there is only a statement in the specification of Japanese Patent Publication No. 15018/1973 that the oxidizing agent can be diluted with water vapor and used by adding water vapor to the raw material gas. However, there is no disclosure of the effects of allowing a specific concentration of water vapor to coexist in the raw material gas as disclosed in the present invention. That is, according to experiments conducted by the present inventors, the yield of pyromellitic acid or its anhydride when 3 to 30% by volume of water vapor is added to the raw material gas and when no water vapor is added is higher than that of pyromellitic acid or its anhydride under the same reaction conditions. A control experiment conducted revealed that the amount increased by 5 to 8% by weight compared to the case where no water vapor was added. This effect was unexpectedly remarkable even for the inventors.
The mechanism of action is unknown, but one factor is that the added water vapor has some useful effect in the process of desorption of the generated pyromellitic anhydride from the catalyst, and that it causes side effects such as secondary oxidation of the product that progresses sequentially. In order to suppress the production of living organisms, it is estimated that when a particularly high concentration of raw material Diurene is used, it contributes to an improvement in the yield of pyromellitic anhydride. If the water vapor concentration added to the raw material gas is less than 3% by volume, the effect of improving the yield of pyromellitic anhydride will be small, and even if the water vapor concentration is too high, exceeding 30% by volume, the desired product pyromellitic anhydride will not be produced. The production of by-products such as trimellitic anhydride, which deteriorates the quality of the acid, increases, and the effect of improving the yield of pyromellitic anhydride is reduced. Methods for entraining water vapor in the raw material gas include introducing low-pressure steam from the outside into the inlet of the reactor, or collecting the generated pyromellitic anhydride using a collection device using water or an aqueous medium. A method can be applied in which a part of the exhaust gas containing water vapor saturated with vapor pressure at the temperature of the exhaust gas discharged from the collection device is circulated into the raw material gas. From this point of view, the latter method is preferable. When part of the exhaust gas from the collection device is circulated to the raw material system, the exhaust gas outlet temperature is maintained in the range of 40 to 80°C, preferably 45 to 75°C. If the temperature is too low, it will not be possible to efficiently recover pyromellitic anhydride at a high concentration, and if the temperature is too high, energy loss due to water evaporation will increase. In addition, the amount of exhaust gas recycled to the raw material system is 15% of the total exhaust gas.
Adjusted to be in the range of ~85%. If this ratio is too small, there will be an inconvenience that the exit temperature of the exhaust gas from the collection device must be extremely raised in order to secure the desired amount of water vapor for the reaction, and if the circulation ratio of the exhaust gas is too high, there will be a lack of oxygen in the system. Problems such as a decrease in the yield of pyromellitic anhydride and accelerated deterioration of the catalyst occur. The catalyst used in the present invention is a vanadium-containing catalyst, and a conventionally known catalyst for oxidizing diurene can be used. For example, V 2 O 5
TiO2 , WO3 - based, V2O5 - P2O5 - TiO2 , MoO3 ,
WO 3 series, V 2 O 5 −TiO 2 (anatase type) − MoO 3 ,
P 2 O 5 series, V 2 O 5 −TiO 2 −Na 2 O, P 2 O 5 series, V 2 O 5
TiO 2 −P 2 O 5 −Nb 2 O 5 −K 2 O, Cs 2 O, V 2 O 5
It is a B2O3 - SnO2 , P2O5 , TiO2 , Na2O system. Particularly preferred are oxides of vanadium, titanium, phosphorus, niobium and antimony, and optionally alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements,
A catalyst can be used in which an inert carrier supports a catalytic material comprising an oxide of at least one element selected from the group consisting of zinc and thallium. The catalyst material of this catalyst system is 1 to 80 parts by weight of V 2 O 5 ,
The main component is 99 to 20 parts by weight of TiO 2 , and based on the total of 100 parts of both components, 0.01 to 5 parts by weight of Nb 2 O 5 , 0.02 to 10 parts by weight of P 2 O 5 , and 0.1 parts by weight of Sb 2 O 3 ~30 parts by weight. In addition, in addition to the above composition ratio, Na 2 O, K 2 O,
A total of 0.01 to 5 parts by weight of one or more of Rb 2 O, Cs 2 O, CaO, SrO, BaO, or a total of 0.01 of one or more of rare earth element oxides, ZnO, Tl 2 O
It may contain up to 3 parts by weight. The rare earth elements referred to here are elements with atomic numbers 39 and 57 to 71,
Particularly preferred are yttrium, lanthanum, cerium, neodymium, gadolinium, terbium, and erbium. In addition, the oxides of each element as the catalyst material used here, that is, V 2 O 5 ,
Nb2O5 , P2O5 , Sb2O3 , Na2O , K2O , Rb2O ,
Cs2O , CaO, SrO, BaO, rare earth oxides, ZnO,
Sources of Tl 2 O include oxides of these elements,
It can be appropriately selected from ammonium salts, sulfates, nitrates, organic acid salts, carbonates, chlorides, hydroxides, free acids, and the like. Furthermore, the catalyst material components shown in the text are not necessarily limited to the oxide forms described in the text, but are merely used to indicate their compositions. Effective in the catalytic material in this catalytic system
There are various methods for producing TiO 2 , such as high-purity TiO 2 obtained by synthesizing titanium ammonium sulfate using titanium tetrachloride as a raw material and thermally decomposing it, or heat-treating titanium hydroxide produced by hydrolyzing titanyl sulfate. TiO 2 etc. are preferred, but are generally commercially available for pigments.
TiO 2 can also be used satisfactorily by performing appropriate treatment to control the removal of harmful impurities.
TiO 2 exists in two types of crystal forms: anatase type and rutile type, and the anatase type is useful for the catalyst of the present invention. Furthermore, in the case of high-purity TiO 2 made from titanium tetrachloride, it is also possible to use a mixture of rutile-type TiO 2 , but commercially available rutile-type TiO 2 for pigments is TiO 2 that has already been specially treated . Therefore, excellent effects cannot be expected even if used in the present invention. The above-mentioned catalyst substance can be used as a shaped catalyst by itself or in combination with a shaping aid, but is preferably used by supporting it on an inert carrier. As the inert carrier, commonly known carriers such as silica, alumina, silicate, silicon carbide, anti-flintstone, and pumice are used. Preferred carriers include, for example, aluminum containing 10% or less as Al 2 O 3 and silicon carbide content of 10% or less. Silicon carbide-based carriers with a porosity of 50% or more and an apparent porosity of 10% or more give good results. Note that the shape of the carrier is not particularly limited, and any shape such as an unstable shape, a spherical shape, a cylindrical shape, a ring shape, a cylindrical shape, etc. can be adopted. To prepare the catalyst, TiO 2 powder is dispersed in an aqueous solution containing vanadium, niobium, phosphorus, antimony, and other component elements, a nitric acid aqueous solution, an oxalic acid aqueous solution, or a hydrochloric acid aqueous solution to form a slurry.
This catalyst slurry was sprayed onto a preheated carrier using a sprayer, and then
A method of firing at ~650°C, preferably 400~550°C for several hours under a stream of air, under an air blanket, or under a stream of an inert gas such as nitrogen is preferred. In this case, the loading rate of the catalyst substance on the carrier varies depending on the specific gravity, shape, particle size, etc. of the carrier used, but for example, 3 to 10
When using a spherical silicon carbide carrier with a diameter of mm, 3 to 15 g of catalyst material is supported per 100 c.c. of the carrier. When the supported catalyst obtained as described above is used in the production method of the present invention, it is particularly useful that the catalyst material has the following physical properties. That is,
The total volume of pores with an average pore diameter in the range of 0.05 to 0.45μ is 50% relative to the total volume of pores with a pore diameter of 10μ or less.
The pores are distributed at a ratio that is greater than %. In general, the average pore diameter and pore volume distribution are influenced by catalyst preparation conditions such as catalyst composition and calcination conditions, but the catalyst of the present invention is particularly composed of TiO 2 powder and other materials in the catalyst slurry. It is affected by the degree of dispersion with the catalyst material and the slurry concentration. That is, when the slurry has a high degree of dispersion and a high concentration, the average pore diameter and pore volume also tend to increase.
Taking these points into consideration, the catalyst material having the above-mentioned pore distribution is prepared by appropriately determining the catalyst composition, the degree of dispersion and concentration of the catalyst slurry, and the firing conditions. The reaction conditions for catalytic gas phase oxidation of diurene using the catalyst obtained as described above include a reaction temperature of 300 to 450°C, preferably 320 to 430°C, and a space velocity of 3000 to 15000 hr -1 (STP), preferably is 4000~
10000hr -1 (STP), raw material concentration 10-50g/
Nm 3 -source gas, preferably 20 to 40 g/Nm 3 -source gas, and the water vapor concentration in the source gas is 3 to 30% by volume. Although a molecular oxygen-containing gas is used as the oxidizing agent, air is preferably used, and it is also possible to use molecular oxygen diluted with an inert gas such as carbon dioxide or nitrogen. Thus, pyromellitic anhydride or its anhydride can be obtained in a high yield of 115-125% by weight. Subsequently, pyromellitic anhydride is separated and collected from the high temperature generated gas containing pyromellitic anhydride that has exited the reaction zone. As a collection method, it is usually considered to adopt an indirect cooling method in which crystals are crystallized on the wall surface of the cooler by allowing cooling or forced cooling. However, the collection method using indirect cooling method is
In order to remove the crystals that have crystallized, it is important to stop the equipment and scrape off the crystals that have formed on the wall of the cooler.
Alternatively, it is necessary to stop the product, heat it, melt it, and take it out.Therefore, if you want to collect it continuously, you have to alternately switch between at least two cooling devices to cool and take it out. In addition, the scraping method is economically disadvantageous as it requires a great deal of labor and equipment.
If done manually, hygiene problems arise. On the other hand, in the heating melting method, pyromellitic anhydride has a high melting point of 285-287°C and requires heating and melting with a high-temperature heat medium, resulting in a large energy loss.
In addition, it is difficult to apply because it easily deteriorates. For the reasons mentioned above, it is preferable to collect pyromellitic anhydride by directing the high-temperature generated gas to a collection device using water or an aqueous medium and recovering it as a slurry or aqueous solution. Conventionally known collection devices that use water or an aqueous medium can be used. For example, a method in which water or an aqueous medium is sprayed down in the form of raindrops or a film into a high-temperature generated gas, or a wall surface that is kept below the precipitation temperature of pyromellitic anhydride and water or an aqueous medium is flowed down so as to thinly cover the wall surface. There is a collection method in which the pyromellitic anhydride is introduced into a condenser having a pyromellitic anhydride and deposited on the wall of the condenser. However, in this method, the high-temperature produced gas is rapidly cooled, and the pyromellitic anhydride becomes extremely fine particles and becomes atomized, or crystals of pyromellitic anhydride crystallize at the contact point between the produced gas and the aqueous medium, forming lumps. This may cause problems such as growth and deterioration of the quality of pyromellitic anhydride, and it may be difficult to collect pyromellitic anhydride stably and efficiently. As the collecting device for pyromellitic anhydride in the production method of the present invention, it is preferable to use a device consisting of a wet wall tower and a washing tower formed of water or an aqueous medium, which eliminates the above-mentioned drawbacks. can. That is, the high-temperature product gas containing pyromellitic anhydride that has exited the reaction zone is introduced into a wetted wall tower formed of water or an aqueous medium, and heat exchange is performed between the high-temperature product gas and water or an aqueous medium. The temperature of the hot product gas is lowered below the dew point, the product gas is introduced into a washing tower and contacted with water or an aqueous medium to collect pyromellitic anhydride, and the pyromellitic anhydride is collected from the bottom of the wall tower and the washing tower. A method for collecting pyromellitic anhydride is adopted in which pyromellitic anhydride and pyromellitic acid are recovered as a slurry or an aqueous solution. That is, a hot product gas stream containing pyromellitic anhydride is introduced into a wet wall tower formed of water or an aqueous medium, and after heat exchange between the hot product gas and water or an aqueous medium, water or an aqueous medium is introduced. The medium collects pyromellitic anhydride. Since the pyromellitic anhydride collected in this way uses water or an aqueous medium, part or all of the anhydride becomes dihydrate and becomes pyromellitic acid as a slurry or aqueous solution of a mixture of the remaining pyromellitic anhydride and pyromellitic acid. be captured. The advantages of wet wall towers in this collection method are:
When high-temperature product gas is heat exchanged with water or an aqueous medium, the temperature of the high-temperature product gas gradually decreases, resulting in the growth of crystallized crystals, and there is almost no atomization of pyromellitic anhydride, making it difficult to collect. This is something that can be done easily. In other words, when water or an aqueous medium is sprayed onto a high-temperature product gas in the form of raindrops or a film, the high-temperature product gas comes into direct contact with the low-temperature water or aqueous medium in a short period of time, so the temperature of the product gas drops rapidly. However, the crystallized crystals remain fine and become atomized, making collection difficult; however, according to this method, collectable crystals of pyromellitic anhydride can be obtained. The second advantage is that since the inside of the wet wall column is covered with fluid water or an aqueous medium, crystals such as pyromellitic anhydride do not precipitate or settle on the wall surface of the vessel. Alternatively, since it is continuously carried out of the wet wall tower together with the aqueous medium, it can be operated continuously. A third advantage is that a considerable distance and space can be provided between the hot product gas inlet and the cold water or aqueous medium. Crystals do not precipitate at the supply port and make operations difficult. The fourth advantage is that since it is a wet wall tower, it has good heat exchange efficiency and the apparatus can be made smaller compared to an air-cooled crystallizer. Although the shape of the wetted wall tower used in this method is not particularly limited, it is desirable that the water or aqueous medium forming the wetted wall not form raindrops or mist. In addition, the size of the wetted wall tower can be appropriately determined depending on the amount and characteristics of the high-temperature product gas introduced, as long as it can cool the high-temperature product gas to the temperature at which crystals are precipitated. . The temperature of such high-temperature product gas is introduced into the wet wall tower at a temperature higher than the dew point of the product gas, taking into account blockage of gas flow pipes, precipitation of crystals at the wet wall inlet, etc. Considering that the column is a crystallizer and the separation operation of the collected pyromellitic anhydride is performed, a temperature as close to the dew point as possible and up to 100°C higher than the dew point, preferably about 20°C higher than the dew point, is suitable. be. Water or aqueous media forming wet walls include:
In addition to water such as pure water, tap water, and industrial water, it may also be an aqueous slurry containing collected pyromellitic anhydride, or a separated liquid obtained by separating collected pyromellitic anhydride. The temperature of the water or aqueous medium is not particularly limited as long as it is in liquid form and flows through the container walls, but when using the water or aqueous medium in circulation, the calorific value of the high-temperature mixed gas and the evaporated water are released outside the system. Usually 40~
Operated at 80℃. The flow rate of water or aqueous medium is
The amount should cover the entire wall surface of the wetted wall tower, and is determined by the type of wetted wall tower and the amount of evaporation associated with heat exchange. The temperature of the hot product gas containing pyromellitic anhydride is lowered in the wet wall column, and the pyromellitic anhydride contained therein crystallizes. Although some of the crystallized solids are collected by the water or aqueous medium flowing down the wet wall column, the majority remains in the gas mixture and is brought into contact with the water or aqueous medium in the washing column. The pyromellitic anhydride-containing gas which has passed through the wetted wall column can be easily collected, since the pyromellitic anhydride no longer becomes atomized when it comes into contact with water or an aqueous medium in the form of rain drops or spray. After collecting pyromellitic anhydride as described above, the outlet temperature of the exhaust gas discharged from near the top of the cleaning tower is maintained at 40 to 80℃, and the total amount of exhaust gas is
15-85% is recycled and reused as part of the raw material gas. Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Air for reaction passes through line 1 from blower 101, is heated in preheater 102, passes through line 2, mixes with the circulating gas coming from line 11, and then passes through line 3 (if necessary, steam for adjustment from line 12 to line 3). (can also be added to the
The reactor 103 (having the shape of a multi-tubular heat exchanger, with a catalyst filled in the tubes and a heat medium circulating outside the tubes) is entered from the line 5. The pyromellitic anhydride-containing gas generated by the reaction enters the wet wall tower 104 (water or an aqueous medium is supplied from the nozzle 21 to form a thin film on the wall of the tower) through line 6, where it is gradually cooled and then passed through line 7. The exhaust gas then enters the cleaning tower 105 (where the water or aqueous medium supplied from the shower nozzle 25 and the reaction gas are brought into contact in a countercurrent flow), and after the products are collected and separated, the exhaust gas is kept warm to prevent moisture in the gas from condensing. It passes through line 8 and is divided into line 9 and line 10. The remainder of the exhaust gas to be reused for the reaction is discharged outside the system from line 10 via line 9, and the exhaust gas from line 10 is pressurized by blower 107 and then passes through line 11 to line 2.
It is mixed with more air and circulated to the reactor. The products collected in the wet wall column 104 and the washing column 105 are transferred as an aqueous solution or slurry from the bottom of each column via lines 22 and 23 and then via line 24 to a purification step. The water or aqueous medium supplied to the wetting wall tower and the washing tower is replenished through lines 26 to 106, with the temperature adjusted so that the exhaust gas outlet temperature from the washing tower is at the set temperature. Although the present invention has been described above, it will be explained in more detail by showing examples below. Example 1 5700g of reagent grade TiCl 4 was gradually dropped into water.
A 60% aqueous solution was prepared, and 2940 g of reagent grade sulfuric acid was added to this TiCl 4 aqueous solution with stirring. On the other hand, prepare a saturated aqueous solution containing 3940 g of special grade ammonium sulfate heated to 100°C, and add this saturated aqueous solution to the TiCl 4
Add to H 2 SO 4 aqueous solution with stirring and leave to stand.
Titanium ammonium sulfate [(NH 4 ) 2 SO 4
TiOSO 4 H 2 O] was precipitated. This was separated separately and then calcined at 750°C for 10 hours to obtain 2300g of TiO 2 . Dissolve 514 g of oxalic acid in 6400 c.c. of deionized water to make an oxalic acid solution, and add 257 g of ammonium vanadate,
16.2g ammonium monophosphate and niobium chloride
Hydrochloric acid aqueous solution containing 12.2g and antimony trioxide 120
1800 g of the above TiO 2 to the prepared solution obtained by adding
was added and stirred for 30 minutes to form a catalyst slurry. 2000 c.c. of SiC carrier (SiC content 98.5%) with an average particle size of 5 mm and an apparent porosity of 20% is placed in a stainless steel rotary furnace that can be heated from the outside and preheated to 200 to 250°C. While rotating the rotary furnace, the catalyst slurry was sprayed onto the carrier to support 180 g of the catalyst material.
It was then calcined for 8 hours at 530°C under a stream of air. The composition of the finished catalyst thus obtained is V 2 O 5 :
TiO 2 :P 2 O 5 :Nb 2 O 5 :Sb 2 O 3 =10:90:0.5:
It was 0.3:6. The pore distribution of the catalyst prepared in this way was measured using a mercury intrusion porosimeter, and the pore diameter was
The pore volume occupied by pores of 0.05 to 0.45 μ was 89% of the total pore volume of 10 μ or less. The obtained catalyst was immersed in a molten salt bath maintained at 390°C (hereinafter molten salt temperature is abbreviated as NT (°C)) in a stainless steel reaction tube with a diameter of 25 mm until the height of the catalyst layer reached 1.5 m. Filled. 30g/N there
A raw material gas consisting of diurene at a concentration of m 3 , water vapor at 10% by volume, and the balance being air was passed through the reactor at a space velocity of 5000 hr −1 for reaction. The reaction gas was led to a crystallizer and a water-washed collector to collect the product. When the entire collected product was dissolved in hot water and analyzed, pyromellitic acid was obtained in a yield of 119.3% by weight in terms of pyromellitic anhydride. Comparative Example 1 Using the same catalyst as that prepared in Example 1, an oxidation reaction of diurene was carried out under the same reaction conditions as in Example 1 except that the raw material gas did not contain water vapor, and the product was analyzed. As a result, pyromellitic acid was obtained in a yield of only 113.5% by weight calculated as pyromellitic anhydride. Example 2 Ilmenite was mixed with 80% concentrated sulfuric acid, and after a sufficient reaction, the mixture was diluted with water to obtain a titanium sulfate aqueous solution. Iron pieces were added as a reducing agent to reduce the iron in the ilmenite to ferrous ions, which were then cooled and separated as ferrous sulfate.
The aqueous titanium sulfate solution thus obtained was heated to boiling and hydrolyzed to precipitate hydrous titanium oxide. After thoroughly washing this, it was fired at a temperature of 800° C. for 4 hours under air circulation. This was subjected to jet air flow pulverization treatment, with an average particle size of approximately 0.5 μ and a specific surface area of 22 m 2 /
g of anatase-type TiO 2 was obtained. Aqueous hydrochloric acid solution containing predetermined amounts of ammonium vanadate, primary ammonium phosphate, niobium chloride, antimony trioxide, cesium carbonate, and the above TiO 2
Using the catalyst solution obtained by adding , it was supported on a SiC carrier in the same manner as in Example 1, and the composition of the finished catalyst obtained by firing was V 2 O 5 :TiO 2 :P 2 O 5 : in weight ratio.
Nb 2 O 5 : Sb 2 O 3 : Cs 2 O=20:80:1.0:0.5:8:
It was 0.2. Place the above catalyst in a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 25 mm.
It was filled to a height of 1.5m. Diurene at a concentration of 30 g/Nm 3 , water vapor and oxygen-containing gas at a volume of about 8% were added thereto at an SV of 5000 hr -1.
NT was introduced into a reactor maintained at 380°C. The reaction product gas is introduced into a wet wall tower and a washing tower, and the product is collected and recovered as an aqueous solution or slurry. After that, the exhaust gas from the washing tower is washed without being dehumidified.
% was discharged outside the system, and the remaining exhaust gas was circulated into the raw material gas. The temperature of the water supplied to the wet wall tower and the washing tower or the liquid from which the product was separated from the recovered liquid was adjusted so that the top temperature of the washing tower was in the temperature range of 60 to 63°C. Analysis of the product obtained by repeating crystallization and separate steps from the liquid recovered from the wet wall tower and washing tower revealed that pyromellitic acid was obtained in a yield of 111.8% by weight as pyromellitic anhydride. The acid value of this pyromellitic acid was 882. Separate analysis of the reaction product gas revealed that the single-stream yield of pyromellitic anhydride was 120.2% by weight. Examples 3 to 6 Catalysts having the compositions shown in Table 1 were prepared in the same manner as in Example 1 and subjected to reactions. The results obtained are shown in Table 2.

【表】【table】

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施態様を示すフローシー
トである。 101……ブロワー、102……予熱器、10
3……反応器、104……濡れ壁塔、105……
洗浄塔、106……熱交換器、107……ブロワ
ー。
FIG. 1 is a flow sheet showing one embodiment of the present invention. 101...Blower, 102...Preheater, 10
3... Reactor, 104... Wet wall tower, 105...
Washing tower, 106... heat exchanger, 107... blower.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 1,2,4,5−テトラメチルベンゼンが10
〜50g/Nm3−原料ガス含まれ、かつ水蒸気が3
〜30容量%および残部が分子状酸素含有ガスより
なる原料ガスをバナジウム含有触媒の存在下、接
触気相酸化することを特徴とするピロメリツト酸
またはその無水物の製造方法。 2 バナジウム含有触媒が、バナジウム、チタ
ン、リン、ニオブおよびアンチモンの酸化物とさ
らに必要に応じてアルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類元素、亜鉛およびタリウムからなる群
より選ばれた少なくとも1種の元素の酸化物とか
らなる触媒物質を不活性担体に担持せしめてなる
触媒であることを特徴とする特許請求の範囲1記
載の方法。 3 1,2,4,5−テトラメチルベンゼンが10
〜50g/Nm3−原料ガス含まれ、かつ水蒸気が3
〜30容量%および残部が分子状酸素含有ガスより
なる原料ガスをバナジウム含有触媒の存在下、接
触気相酸化してえられる無水ピロメリツト酸を含
有する高温生成ガスを水または水性媒体を用いる
捕集装置に導くことを特徴とするピロメリツト酸
またはその無水物の製造方法。 4 バナジウム含有触媒が、バナジウム、チタ
ン、リン、ニオブおよびアンチモンの酸化物とさ
らに必要に応じてアルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類元素、亜鉛およびタリウムからなる群
より選ばれた少なくとも1種の元素の酸化物とか
らなる触媒物質を不活性担体に担持せしめてなる
触媒であることを特徴とする特許請求の範囲3記
載の方法。 5 水または水性媒体を用いる捕集装置が、水ま
たは水性媒体で形成された濡れ壁塔および洗浄塔
からなることを特徴とする特許請求の範囲3また
は4記載の方法。 6 水または水性媒体を用いる捕集装置から排出
される排ガスの出口温度を40〜80℃に保持し、か
つ全排ガス量の15〜85%を原料ガスの一部として
循環再使用することを特徴とする特許請求の範囲
3,4または5記載の方法。
[Claims] 1 1,2,4,5-tetramethylbenzene is 10
~50g/Nm 3 - Contains raw material gas and 3% water vapor
1. A method for producing pyromellitic acid or its anhydride, which comprises catalytically oxidizing a raw material gas consisting of ~30% by volume and a molecular oxygen-containing gas in the presence of a vanadium-containing catalyst. 2. The vanadium-containing catalyst contains oxides of vanadium, titanium, phosphorus, niobium, and antimony, and optionally at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, zinc, and thallium. 2. The method according to claim 1, wherein the catalyst is made by supporting an inert carrier on an inert carrier. 3 1,2,4,5-tetramethylbenzene is 10
~50g/Nm 3 - Contains raw material gas and 3% water vapor
Collection of high-temperature gas containing pyromellitic anhydride obtained by catalytic gas-phase oxidation of a raw material gas consisting of ~30% by volume and the remainder consisting of molecular oxygen-containing gas in the presence of a vanadium-containing catalyst using water or an aqueous medium. A method for producing pyromellitic acid or its anhydride, the method comprising introducing pyromellitic acid or anhydride into an apparatus. 4. The vanadium-containing catalyst contains oxides of vanadium, titanium, phosphorus, niobium, and antimony, and optionally at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, zinc, and thallium. 4. The method according to claim 3, wherein the catalyst comprises a catalytic material comprising an oxide of . 5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the collection device using water or an aqueous medium comprises a wet wall tower and a washing tower formed of water or an aqueous medium. 6 The outlet temperature of exhaust gas discharged from a collection device using water or an aqueous medium is maintained at 40 to 80°C, and 15 to 85% of the total amount of exhaust gas is recycled and reused as part of the raw material gas. The method according to claim 3, 4 or 5.
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