(57)【要約】  圧縮前に濾過される、酸素源としての圧縮空気の併用下で、少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化する方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
装入ガス混合物が少なくとも１の部分的に酸化すべき化合物及び酸化剤としての分子酸素以外に、不均一系触媒による気相部分酸化の条件下でほぼ不活性である少なくとも１の希釈ガスを包含し、この際、酸素源としてのみならずまた装入ガス混合物のための不活性ガス源として、あらかじめ圧縮機中で低い出発圧力から高い最終圧力に圧縮された空気を併用する、酸化反応器中で少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化する方法において、空気が圧縮機に入る前に該空気を少なくとも１の、空気中に分散した固体粒子を分離することができる機械的分離操作にかけることを特徴とする、少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化する方法。
【請求項２】
触媒固定床において実施することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
０．２〜５ｂａｒの過圧で実施することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
空気を遠心圧縮機を用いて圧縮することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
不均一系触媒による気相部分酸化において、少なくとも１のエチレン系不飽和二重結合を有する化合物が関与していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１の有機化合物が、プロペン、アクロレイン、イソ−ブテン、メタクロレイン、イソ−ブタン及びプロパンを包含する群からの１の化合物であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
機械的分離操作として濾過を使用することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
フィルターとして濾布又は繊維ウェブを使用することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
フィルターがポリエステルベースの繊維ウェブであることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
濾過器がロールベルト濾過器であることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
濾過器がバッグフィルターであることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
使用される新鮮な濾過器の圧力損失が、５０００Ｎｍ３／ｍ２・ｈの面積負荷において０．０１〜１０ｍｂａｒであることを特徴とする、請求項７から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
空気を、濾過する前にヒーティングレジスターに通過させることを特徴とする、請求項７から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１の有機化合物の不均一系触媒による連続的な気相部分酸化は、少なくとも１の有機化合物による触媒装入物の負荷が≧１２０Ｎｌ／ｌ・ｈである部分酸化であることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１の有機化合物による触媒装入物の負荷が≧１３０Ｎｌ／ｌ・ｈであることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１の有機化合物による触媒装入物の負荷が≧１４０Ｎｌ／ｌ・ｈであることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
機械的分離操作としてサイクロン中での分離を適用することを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化反応器中で少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化する方法であって、該反応器の装入ガス混合物が少なくとも１の部分的に酸化すべき化合物及び酸化剤としての分子酸素以外に、不均一系触媒による気相部分酸化の条件下で本質的に不活性な少なくとも１の希釈ガスを包含し、この際、酸素源としてのみならずまた装入ガス混合物のための不活性ガス源として、あらかじめ圧縮機中で低い出発圧力から高い最終圧力に圧縮された空気を併用する方法に関する。
【０００２】
この場合、分子酸素による有機化合物の完全な酸化とは、有機化合物が分子酸素の反応性作用下で、有機化合物中に含まれる全ての炭素は炭素の酸化物に、且つ有機化合物中に含まれる全ての水素は水素の酸化物に変化するように反応することであると理解される。この場合、分子酸素の反応性作用下における１の有機化合物の上記と異なる全ての反応は、有機化合物の部分酸化としてまとめられる。つまりこの明細書において部分酸化の概念は、とりわけ部分的なアンモ酸化も包含しており、これはアンモニアの存在下で有機化合物が部分的な反応により変換することを特徴とする。
【０００３】
とりわけこの場合、部分酸化とは、部分的に酸化すべき有機化合物が反応を終えたあと、部分酸化を実施する前より更に少なくとも１の酸素原子を化学結合して含有する分子酸素の反応性作用下における有機化合物の反応であると理解すべきである。
【０００４】
不均一系触媒による気相部分酸化の条件下で本質的に不活性な希釈ガスとは、その成分が不均一系触媒による気相部分酸化の条件下で−どの成分も各々観察すると−９５モル％より多く、有利に９９モル％より多く無変化のまま保持される希釈ガスであると理解される。
【０００５】
分子酸素を用いて不均一系触媒により種々の有機化合物前駆体を部分酸化すると、気相において基礎化学物質を数多く製造できることは一般的に公知である。
【０００６】
例えばキシレンから無水フタル酸への反応、プロピレンからアクロレイン及び／又はアクリル酸への反応（例えばＤＥ−Ａ２３５１１５１を参照のこと）、ｔｅｒｔ−ブタノール、イソ−ブテン、イソーブタン、イソ−ブチルアルデヒド又はｔｅｒｔ−ブタノールのメチルエーテルからメタクリロニトリル又はメタクロレイン及び／又はメタクリル酸への反応（例えばＤＥ−Ａ２５２６２３８、ＥＰ−Ａ９２０９７、ＥＰ−Ａ５８９２７、ＤＥ−Ａ４１３２２６３、ＤＥ−Ａ４１３２６８４及びＤＥ−Ａ４０２２２１２を参照のこと）、アクロレインからアクリル酸への反応、メタクロレインからメタクリル酸への反応（例えばＤＥ−Ａ２５２６２３８を参照のこと）、ブタジエンから無水マレイン酸への反応（例えばＤＥ−Ａ２１０６７９６及びＤＥ−Ａ１６２４９２１を参照のこと）、ｎ−ブタンから無水マレイン酸への反応（例えばＧＢ−Ａ１４６４１９８及びＧＢ−Ａ１２９１３５４を参照のこと）、エチレンからエチレンオキシド又はプロピレンからプロピレンオキシドへの反応（例えばＤＥ−ＡＳ１２５４１３７、ＤＥ−Ａ２１５９３４６、ＥＰ−Ａ３７２９７２、ＷＯ８９／０７１０、ＤＥ−Ａ４３１１６０８及びＢｅｙｅｒ、有機化学の教科書、第１７版（１９７３）、Ｈｉｒｚｅｌ出版社  Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ、第２６１頁を参照のこと）、プロピレン及び／又はアクロレインからアクリロニトリルへの反応（例えばＤＥ−Ａ２３５１１５１を参照のこと）、イソ−ブテン及び／又はメタクロレインからメタクリロニトリルへの反応、炭化水素の酸化脱水素（例えばＤＥ−Ａ２３５１１５１を参照のこと）、プロパンからアクリロニトリル又はアクロレイン及び／又はアクリル酸への反応（例えばＤＥ−Ａ１０１３１２９７、ＥＰ−Ａ１０９０６８４、ＥＰ−Ａ６０８８３８、ＤＥ−Ａ１００４６６７２、ＥＰ−Ａ５２９８５３、ＷＯ０１／９６２７０及びＤＥ−Ａ１００２８５８２を参照のこと）等が挙げられる。とりわけ前記の全ての部分酸化において、本発明による方法を適用することが可能である。
【０００７】
通常、このような反応のために使用すべき触媒は固体である。
【０００８】
とりわけしばしば、使用すべき触媒は固体の酸化物材料又は貴金属（例えば銀）である。酸素以外に、触媒活性酸化物材料はただ他の１元素のみ又は２以上の元素（多元素酸化物材料）を含有してよい。とりわけしばしば、触媒活性酸化物材料として１より多い金属元素、とりわけ遷移金属元素を包含するものを使用する。この場合、多金属酸化物材料が考えられる。
【０００９】
たいてい、分子酸素を用いて有機化合物を不均一系触媒により気相部分酸化すると、一般的に発熱特性が著しいことに基づいて、通常、不均一系触媒による気相部分酸化の条件下で本質的に不活性なガスを用いて反応相手を希釈する。このガスは、放出される反応熱を自らの熱容量により吸収することができ、反応速度に有利な影響を与える。
【００１０】
最も頻繁に併用される不活性の希釈ガスの１は分子窒素であり、これは不均一系触媒による気相部分酸化のための酸素源として空気を併用する場合に自動的に常に使用されるか、専ら窒素が使用される。
【００１１】
一般的に入手可能なことから、しばしば併用される他の不活性の希釈ガスの１は水蒸気である。不活性の希釈ガスとして循環ガス（通常、まだ未消費の酸素を含有する）もしばしば併用される（例えばＥＰ−Ａ１１８０５０８を参照のこと）。残留ガスは循環ガスとよばれ、残留ガスは１工程又は複数工程で（複数工程で有機化合物を不均一系触媒により気相部分酸化する場合、１工程で不均一系触媒により気相部分酸化するのとは異なり、気相部分酸化を１の反応器中ではなく少なくとも２の連続して接続された反応器中で実施し、この際、連続する反応器の間で酸化剤を（例えば空気の形で）補充してよい；とりわけ、複数工程は部分酸化を連続工程で実施する場合に適用する；これらの場合において、触媒のみならずまた他の反応条件もそのつどの反応工程に合わせて最適化し、且つ反応工程を他に依存しない反応器中で、分離した反応工程において実施することはしばしば有利である；しかし、これは熱除去のために又は他の理由のために（例えばＤＥ−Ａ１９９０２５６２を参照のこと）、連続して接続された複数の反応器で反応が広がる場合にも適用することができる；しばしば２工程で実施される不均一系触媒による気相部分酸化の例は、プロピレンからアクリル酸への部分酸化である；第１の反応工程ではプロピレンがアクロレインに、第２の反応工程ではアクロレインがアクリル酸に酸化される。同様に、しばしばメタクリル酸の製造も（中間生成物としてメタクロレインを介する）、たいていイソ−ブテンから出発して２工程で実施する；しかし、前記の両方の部分酸化は、適切な触媒装入物を使用する際、１工程（１の反応器中での２の工程）で実施してもよい；例えばＥＰ−Ａ９９０６３６及びＥＰ−Ａ１１０６５９８を参照のこと）不均一系触媒により少なくとも１の有機化合物の気相部分酸化を行ったあと、程度の差はあるものの、選択的に（例えば適切な溶剤に吸収させることにより；例えばＤＥ−Ａ１９６０６８７７を参照のこと）生成物ガス混合物から目的生成物を分離する場合に残留する。通常、これは、主に部分酸化のために使用した不活性の希釈ガスからなり、並びに通常、部分酸化の際に副生成物として生成された水蒸気と不所望の完全な２次酸化により生成された炭素酸化物とからなる。これは部分酸化における未消費の酸素（残留酸素）及び／又は未反応の有機出発化合物をなお僅かな量で部分的に含有する。通常、循環ガスとして残留ガスの部分量のみを使用する。通常、残留するガス残分量は焼却する。
【００１２】
通常、不均一系触媒による気相部分酸化の実施は、触媒固定床中か又は触媒流動床中で行う。
【００１３】
このために、本質的に少なくとも１の部分的に酸化すべき有機化合物（通常、化合物前駆体と記載する）、分子酸素（場合により、アンモ酸化の場合におけるアンモニア）及び不活性の希釈ガス（場合により、循環ガスを含有する）からなる反応ガス出発混合物は、一般的に高温（一般的に数百℃、通常、１００〜６００℃）で触媒装入物に通過させる。触媒表面における接触時間中、化学反応が行われる。
【００１４】
循環ガス形成の箇所で既に言及したように、不均一系触媒により気相部分酸化する際、触媒気相部分酸化の過程で行われる多数の並行反応及び引き続く反応に基づき、並びに通常、併用すべき不活性の希釈ガスに基づき（少なくとも１の有機化合物前駆体も特定状態下で希釈ガスとして機能しうる；つまり特定状態下とは、有機化合物前駆体が、反応ガス出発混合物中に含有されている分子酸素と比べて反応ガス出発混合物中で過剰に存在する場合である）、純粋な目的有機化合物ではなく反応ガス混合物が得られ、これから目的生成物を分離しなければならない。
【００１５】
気相酸化の領域が実際の反応帯域を形成する場合、通常、生成物ガス混合物をいわゆる後処理帯域へ目的生成物の分離のために供給し、そこで分離を行う。
【００１６】
一般的に（例えば、アクリル酸の場合、及びメタクリル酸の場合）、抽出により、分別凝縮により且つ／又は精溜による分離方法により、分離効果のある内部構造物を含有する分離塔内で生成物ガス混合物からの目的生成物の分離を行い、該塔を生成物ガス混合物が通過する（例えばＤＥ−Ａ１９６０６８７７、ＤＥ−Ａ１９６３１６４５、ＥＰ−Ａ９８２２８９、ＤＥ−Ａ１９７４０２５３、ＥＰ−Ａ９８２２８７、ＥＰ−Ａ１０４１０６２、ＥＰ−Ａ７７８２５５、ＥＰ−Ａ６９５７３６、ＤＥ−Ａ１９５０１３２５及びＥＰ−Ａ９２５２７２を参照のこと）。既に記載したように、この際、残留するガス残分は必要な場合に循環ガスとして反応ガス出発混合物を希釈するために併用する。
【００１７】
不均一系触媒による部分気相酸化の触媒装入物を介して、並びにそれに引き続く後処理を介して反応ガス混合物を搬送するために、反応器入口と残留ガス出口との間に差圧が必要となる。
【００１８】
実地では、通常、反応ガス出発混合物を該混合物が酸化反応器に入る前に周囲の気圧と比べて高い圧力へと調節することにより差圧は発生する。一般的にこの圧力は、０．２〜５ｂａｒ（過）（（過）は、通常の大気圧に対する過圧のことである）又はそれより高い、しばしば０．５〜４．５ｂａｒ（過）、しばしば１又は２〜４ｂａｒ（過）である。この際、高圧はとりわけ搬送すべきガス体積流量が大きい場合に必要とされ（例えば文献ＤＥ−Ａ１９９２７６２４、ＤＥ−Ａ１９９４８２４８、ＤＥ−Ａ１９９４８２４１、ＤＥ−Ａ１９９１０５０８、ＤＥ−Ａ１０３１３２１０、ＤＥ−Ａ１０３１３２１４、ＤＥ−Ａ１０３１３２１３及びＤＥＡ１９９１０５０６に記載されているような高負荷法の場合）、それというのも、搬送すべきガス体積流量が大きいと、任意の反応器及び任意の後処理装置において、触媒装入物、場合により充填物で充填した中間冷却器及び／又は後冷却器、並びに後処理装置を通過して搬送する際に高い圧力損失も条件付けるからである。
【００１９】
実地ではしばしば、部分的に酸化すべき有機化合物前駆体が液状で貯蔵される一方で、部分的に酸化すべき有機化合物前駆体を必要な反応器の入口圧力にするためには一般的に単に蒸発だけで十分である。不活性の希釈ガスとして併用すべき水蒸気は、たいてい同様に十分な過圧を有する種々の発生源から提供可能である。
【００２０】
しかし通常、これは、酸素源として併用される空気（通常、これは酸化反応器を取り囲んでいる大気の大気圧により採取される）、循環ガス（通常、これは酸化帯域及び後処理帯域を通過する途中での圧力損失を差し引いた反応器の入口圧力を有する）及び場合によりそれ以外の不活性の希釈ガスに該当しない。
【００２１】
それゆえ実地では、通常、少なくとも酸素源として併用される空気は圧縮機を用いて低い出発圧力から高い最終圧力（たいてい反応器入口圧力）にすることが必要である（例えばＥＰ−Ａ９９０６３６の図１を参照のこと）。
【００２２】
この際、これらの成分の圧縮は（例えば酸素源である空気、及び希釈ガス源である循環ガス）、空間的に分離した圧縮機又は単一の圧縮機（例えばＥＰ−Ａ９９０６３６の図１を参照のこと）中で行うことができる。必要な場合は空気圧縮機を介して、不均一系触媒による気相部分酸化の複数方法にも圧縮空気（例えば適切な供給管を介する）を供給してよい。
【００２３】
次いで、種々の発生源に由来する本質的に反応器の入口圧力にある（された）装入ガス混合物（反応ガス出発混合物）の部分量は、分離した導管からやってきながら、まず例えば静止ミキサーにおいて（一般的に乱流を発生させる内部構造物を有するチャンバ）混合し、引き続き、場合により入口温度に加熱し、次いで酸化反応器に供給する（この際、有利には（順序のみならずまた量も）、静止ミキサーへの個々のガスの導入は、爆発性混合物の発生が回避されるように選択する（プロピレンから、例えばアクロレイン及び／又はアクリル酸へ部分酸化する場合、この導入順序は有利に、例えばまず循環ガス及び／又は蒸気、次いで粗製プロペン、次いで空気でよい）。
【００２４】
原則的に、ガスを圧縮するために種々の圧縮機を使用してよい。例えば容積形圧縮機（例えばリシプロケーティングピストンコンプレッサー（Ｈｕｂｋｏｌｂｅｎｖｅｒｄｉｃｈｔｅｒ）、スクリューコンプレッサー及びロータリーピストンコンプレッサー）、フローコンプレッサー（例えばターボコンプレッサー、セントリフューガルコンプレッサー（Ｋｒｅｉｓｅｌｖｅｒｄｉｃｈｔｅｒ）、軸流圧縮機及び遠心圧縮機）及びジェットコンプレッサーが記載されている。
【００２５】
とりわけ適切な遠心圧縮機は、例えばＧｕｔｅｈｏｆｆｎｕｎｇｓｈｕｅｔｔｅ（ＧＨＨ）社の圧縮機ＧＶ１０／３Ｌ、Ｂｏｒｓｉｇ社の圧縮機ＧＳ９００及びＧＫＳ４５０、Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ  Ｄｅｍａｇ社の圧縮機ＶＫ８０−２、又はＮｕｏｖｏ  Ｐｉｇｎｏｎｅ社のＳＲＬ１００１／Ｂである。
【００２６】
遠心圧縮機の操作方法は以下で説明する（例えばＤＥ−Ａ１０２５９０２３も参照のこと）：
原則的に、これはハウジングと、その内部で回転する駆動軸により駆動し、且つ羽根を備えた少なくとも１のローターとからなる。圧縮すべきガスは吸込ノズルにより軸方向へ流入する。これは回転するローター（羽根を有する密閉ディスク）を用いた遠心力により放射状に外側へ向かって偏向させ、こうしてローターにより高速度に加速される。ハウジングは、ガスを集め、且つ圧力出口を通って更に搬送することができるように、ガスを捕捉するという課題をもつ。同時に、ハウジングは運動エネルギーを圧力に変換するという課題をもつ。このために通常、断面の拡大がガス速度を減少させ、これが静圧の上昇を引き起こすことが利用される。断面を拡大するために、ハウジングの種々の設計が可能である。１工程の圧縮機において、又は複数工程の圧縮機の最終工程のあとに、しばしばスパイラルハウジングを使用する。これは渦巻状にローターを囲んでいる。断面は圧力出口の方向に向かって拡大する。これにより貫流するガスは減速するが、同時にこれは圧力増加を意味する。
【００２７】
渦巻きの代わりに、とりわけ複数工程の（例えば１〜３工程の）圧縮機において、ステーターも使用してよい。ステーターはハウジングの中に組み込まれ、環形の空間として作り出される。これはローターを囲んでいる。ステーター中には、互いに外側に向かって連続的に拡大するチャネルを形成するガイドブレードが配置されている。この実施態様の場合、ガスを直接ハウジングの中へと加速しないで、まずステーターのブレードチャネルを貫流する。流れ方向へ拡大することにより、ブレードチャネルが流速の低下ひいては圧力上昇を引き起こす。
【００２８】
複数工程の圧縮機において、有利には圧縮ガス（例えば空気）を各圧縮工程のあとに取り出すことができる。これにより、圧縮すべきガスが種々の圧力工程において必要である場合に、例えばとりわけ経済的に圧縮することができるようになる。圧縮すべきガスが種々の圧力工程において必要である場合とは、例えば触媒固定床において中間空気供給（酸化工程を実行したあとに）を用いる複数工程の部分酸化の場合である（例えばプロピレンからアクリル酸に２工程で部分酸化する場合）。しかし、圧縮された空気の部分量をストリッピングの適用のために（より低い圧力レベルが必要）取り出す場合にも有利でありうる。
【００２９】
ＥＰ−Ａ９９０６３６では、使用すべき圧縮機の種類の問題は全く未決定のままである。しかしこの明細書は、その圧縮前に酸素源として使用すべき空気は単に熱処理が必要であることを教示している。
【００３０】
ＤＥ−Ａ１０２５９０２３では、酸素源として併用すべき空気の圧縮前に実行すべき熱処理ですら必要であるとみなされない。むしろ、圧縮機として遠心圧縮機を使用することが推奨される。なぜなら、これは圧縮すべきガス中の微粒子状の固体又は液体成分に対して十分不感だからである。とりわけ、これには不均一系触媒による気相部分酸化において、少なくとも１のエチレン系不飽和二重結合を有する化合物（「モノマー」）が関与する際に、循環ガスが一般的にモノマーも含有するという背景がある（エチレン系不飽和二重結合として、ここでは２の炭素原子の間の１の化学的二重結合であって、分子中で他の多重結合から分離した個別のものであるか、又は他の多重結合と共役結合又は縮合していてよい；この種の１の二重結合を有する化合物は、たいていの不均一系触媒による気相部分酸化（例えば冒頭に引用したほぼ全てのもの）に関連している；例えばこれは部分的に酸化すべき有機化合物前駆体（例えばブタジエン、プロピレン、イソ−ブテン、アクロレイン、メタクロレイン）、又は目的生成物（例えばアクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル）又は中間生成物（例えばアクロレイン又はメタクロレイン）である）。とりわけ、空気及び循環ガスを一緒に圧縮する場合に（ＤＥ−Ａ１０２５９０２３によれば、２の別々のエンジンで動く２の別々の遠心圧縮機中か、又は１のエンジンで動く２の圧縮機中又は１のエンジンで動く単一の圧縮機中で循環ガス及び空気の圧縮を実行してよい）、圧縮の際、このような残留モノマーから出発するポリマー粒子の形成を十分に避けることはできない。
【００３１】
しかし、長時間の試験による詳細な分析から、ＤＥ−Ａ１０２５９０２３の示唆のみならずまたＥＰ−Ａ９９０６３６のそれも十分に満足させることができないものであることが判明した。むしろ意想外にも、酸素源として併用した空気中に極めて僅かな量で含有されている固体及び／又は液体の微粒子（通常≦１００μｍ、しばしば≧０．１もしくは≧０．２〜５０μｍの最長寸法を有する）が、空気圧縮の際（これを仮に、残留モノマーを含有する循環ガスと一緒に圧縮機中で実施しても）のみならずまた運転時間にわたって増加する圧力損失の形成の際にも、長期的に無視できないほどに触媒固定床において気相部分酸化を実施する際に不利な結果をもたらすことが判明した。更に、これは触媒性能（活性及び／又は選択性）に不利な結果をもたらす。
【００３２】
従って本発明の課題は、従来技術の方法から欠点を十分に取り除く、少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化するための方法を提供することであった。
【００３３】
これに応じて、装入ガス混合物が少なくとも１の部分的に酸化すべき化合物及び酸化剤としての分子酸素以外に、不均一系触媒による気相部分酸化の条件下で本質的に不活性な少なくとも１の希釈ガスを包含し、酸素源としてのみならずまた装入ガス混合物のための不活性ガス源として、あらかじめ圧縮機中で低い出発圧力から高い最終圧力に圧縮された空気を併用する、少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化するための方法が判明し、該方法は空気が圧縮機に入る前に少なくとも１の、空気中に分散した固体粒子を分離することができる機械的分離操作にかけることを特徴とする。
【００３４】
通常、本発明により適切な機械的分離操作を使用する空気浄化方法において、外力により、分散した固体粒子（及び／又は液体粒子）の相対運動が担体ガスに対して生じる。この際、主として働く力に応じて、例えば以下の分離原理に分類される。
−偏向分離器における衝突力、衝撃力及び遠心力
−遠心分離器における遠心力
−濾過分離器における衝撃作用及び接着力
−エレクトロフィルターにおける静電力
つまり、本発明により適切な機械的分離操作を適用するガス清浄装置は、例えば引力を利用するチャンバー分離器、衝突分離器、遠心分離器である。しかし、本発明による方法のためにアコースティックセパレーターも使用可能である。有利なのはエアサイクロンである。容易には、本発明により機械的分離操作として濾過することもできる。
【００３５】
濾過層として、例えば濾布、多孔質濾過材料、ペーパーウェブ又は油浸した金属フィルターが考えられる。静電分離器も本発明により使用可能である。空気が圧縮機に到達する前に、空気中に含有されている固体（及び／又は液体）微粒子を分離することにより、濾過すべき空気は不活性の固定床も貫流することができる。機械的分離操作の概念は、この文献中では噴霧装置も包含し、その際、空気は並流又は向流中で、空気中に含有されている固体粒子を吸収することができる液滴にさらされる（例えば高沸点の有機液体によるか又は水による）。固体粒子により飽和するのを避けるため、再循環を数回行ったあと噴霧液を交換する。洗浄の終わりに、有利に溶滴分離器を取り付ける。
【００３６】
当然のことながら、本発明により、連続して接続された種々の機械的分離操作も使用することができる。
【００３７】
本発明により有利な１の機械的分離操作は濾過である。なにしろこれにより、比較的容易に０．００１μｍ及びそれ以下の最長寸法を有する粒子が保持されるからである。濾材を適切に測定し且つ選択すると、エレクトロフィルターで行う場合より本質的に費用負担があまり掛からない方法で９９．９％より高い分離度に到達することができる。
【００３８】
濾過する際、分離作用は本質的に衝撃作用（フィルター部材への微粒子の衝突）及び拡散に基づいているが、この際、他の要因、例えば引力及び静電力も影響する。濾過は純粋な過篩工程ではないにもかかわらず（意想外にも、しばしば本発明による方法において濾過により分離した粒子は本質的に濾材の細孔より小さい）、本発明による方法において、メッシュ幅の狭い濾過器はメッシュ幅の広い濾過器よりも高い効率を有するが、ただし抵抗を、すなわち経済性を犠牲にしている。
【００３９】
適用技術的に有利には、とりわけ布製フィルターを本発明による方法のために使用することができる。原則的に、本発明による方法のために天然繊維又は合成繊維からなる濾布が適している。つまり、ＰＶＣ、ポリアミド（Ｐｅｒｌｏｎ（Ｒ）、Ｎｙｌｏｎ（Ｒ））、羊毛、ポリアクリロニトリル（Ｒｅｄｏｎ（Ｒ）、Ｄｒａｌｏｎ（Ｒ））、ポリエステル及びポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ（Ｒ））からなる濾布のみならずまたシリコーン処理したガラス繊維が本発明により適している。本発明により、織布の代わりに同じ材料の不織布も使用してよい。たいていこれらは、例えばニードル法を用いて支持体織布上に施与するか（例えばポリエステルガーゼ上のポリエステル繊維）、又はバインダーを用いて硬化する合成繊維からなる。しかし、本発明により使用可能な濾布は、加えて木綿又は亜麻布でもある。更に、エアフィルターのための素材としてワイヤ編物、金属くずからなるマット、ガラス繊維又は化学繊維、アスベスト又は紙を使用してよい。より良好な濾過のために、一般的に濾布は清浄空気側に向かって圧縮されている。一般的に、大型の空調及び換気装置中でも使用されるようなフィルターが、本発明による方法のために適している。ＤＩＮ５３４３８に関連して、濾材の好適な燃焼挙動が有利である。
【００４０】
本発明による方法のための適切な濾布（フィルタークロス）もしくは繊維ウェブについての最も重要な要求は、高い保持力で、可能な限り高い通気性である。
【００４１】
本発明による方法において、濾過すべきガスによる面積負荷（Ｆｌａｅｃｈｅｎｂｅｌａｓｔｕｎｇ）は、一般的に５〜２００００、しばしば５００又は１０００〜１５０００Ｎｍ３／ｍ２・ｈであってよい。２０００〜１００００Ｎｍ３／ｍ２・ｈの面積負荷が、本発明により有利である。
【００４２】
圧力損失（濾過器前の濾過すべきガスの圧力と、濾過器を通過した後の濾過すべきガスの圧力との間の差）は、５０００Ｎｍ３／ｍ２・ｈの面積負荷では、本発明により有利に、新鮮な織布について、約０．０１〜１０ｍｂａｒ、有利に０．０５又は０．１〜５ｍｂａｒ、とりわけ有利に０．２〜１ｍｂａｒであるべきである。同時に、分離度は少なくとも７５％もしくは８５％又は９５％、有利に少なくとも９７％、及びとりわけ有利に少なくとも９９％であるべきである。
【００４３】
通常、遅くとも、圧力損失が前記の負荷において１０ｍｂａｒ、有利にただ５ｍｂａｒのみ、とりわけ有利にただ２ｍｂａｒのみ上昇している場合、濾布もしくはフィルターウェブを新たな布もしくはウェブと交換する（又は洗浄に供給する）。
【００４４】
本発明による方法において、例えば遠心圧縮機により吸引された空気が、濾布もしくはフィルターウェブに流れ込む速度は、しばしば０．５〜３ｍ／ｓである。
【００４５】
本発明により重要なのは、濾布もしくはフィルターウェブが、濾過すべきガスによる負荷の下で著しく膨張しないことである。
【００４６】
加えて、濾布もしくはフィルターウェブの伸縮性は、約−３０℃〜＋５０℃（通常、考えられる外部温度）の温度範囲内では本質的に変化すべきではない。とりわけ、濾布もしくはフィルターウェブは、考えられる低い外部温度では脆性を示すべきではない。
【００４７】
本発明により、５０００Ｎｍ３／ｍ２・ｈの面積負荷及び０．１〜５ｍｂａｒの圧力損失において、新鮮な状態でＤＩＮ  ＥＮ７７９（フィルター等級Ｇ３）に記載の分離度に達するポリエステルガーゼ上にニードルしたポリエステル繊維からなるフィルターウェブはとりわけ有利であると判明した。これらは例えば次のものであってよい：
【００４８】
【表１】
2007501193.tif 000002
【００４９】
前記の全ての特性を、例えば商標ＦＩＢＲＯＢＡＮＤ（Ｒ）のフィルターウェブ、ＧＥＡ  Ｄｅｌｂａｇ  Ｌｕｆｔｆｉｌｔｅｒ  ＧｍｂＨ社のフィルター等級Ｇ３（ＤＩＮ  ＥＮ７７９）は満足する。
【００５０】
本発明による方法のための布製フィルターもしくはウェブフィルターの考えられる実施態様は、例えば直列又は並列に設計されたバッグフィルターである。吸収された又は吹き込まれた粗ガス（通常、本発明により空気）は、一般的に下方からバッグに入り、濾布（クロス）を通過し、この際、含有されている微粒子が織布に堆積し、濾過器を上部で処理ガスとして離れる。
【００５１】
省スペース型は、いわゆるフラット濾過器である。微粉は濾布で覆われた骨組みからなるバッグフィルターの中に保持される。
【００５２】
汚れた濾布の洗浄は、例えば反対方向に流れる圧縮空気により、且つ／又は振動により実施することができる。洗浄する代わりに、織布を新しい織布と取り替えてもよい。
【００５３】
適用技術的に、とりわけ有利な方法で、本発明による方法のために完全自動のロールベルト濾過器としての実施を選択する（例えば、Ｕｌｌｍａｎｎの技術科学の百科事典、第４版の図４、Ｖｅｒｌａｇ  Ｃｈｅｍｉｅ（Ｗｅｉｎｈｅｉｍ）、第２巻（方法技術Ｉ）、１９７２、第２３８頁）。調整可能な圧力損失上昇に達した場合（一般的に０．０５〜１０ｍｂａｒもしくは０．１〜５ｍｂａｒ）、エンジン駆動を差圧の制御により作動させ、圧力損失の基準値（例えば、新しいフィルターベルトに適した基準値）に再び達するまでフィルターベルトを供給する。
【００５４】
考えられる１実施態様において、ロールベルト濾過器は定常的に作動させてもよい。つまり、僅かな速度で連続的に新しいフィルターベルトを供給する。ロールベルト濾過器は、圧力損失を制御して新しいフィルターベルトを供給する代わりに、時間を制御して（例えば１〜３日毎）供給してもよい。
【００５５】
代替方法として、本発明による方法のためにフィルターカートリッジを使用してもよい。これらは、たいてい多孔質、セラミック、金属製又はプラスチック製の成形体からなるフィルター部材である。これらのフィルター部材（カートリッジ）は、片側が閉じたシリンダーであり、該シリンダーはこれらを収容している装置の底の開放端部がシールされている。空気はこの中空シリンダーを通って外側から内側へと流れ、この際に洗浄される。
【００５６】
有利な方法では、空気濾過は本発明による方法において複数工程（例えば２工程）で実施する。この際、とりわけ、第１の濾過工程のために以下の濾過器の型が考えられる。つまり、フラット濾過器（例えばロールベルト濾過器）、カセット濾過器（長方形のフィルター部材）、カートリッジ濾過器（円柱状のフィルター部材）及びバッグフィルター（長方形の骨組みでバッグの形をしたフィルター部材）である。
【００５７】
第２の濾過工程のために、とりわけバッグフィルター及びカセット濾過器が考えられる。
【００５８】
より高度な濾過工程においては、有利な方法でより高度なフィルター等級（「よりきめ細かい濾過器」）を使用する。有利な組み合わせは、例えば、第１の工程のためのバッグフィルターと第２の工程のためのカセット濾過器である。もう１つの可能な組み合わせは、第１の濾過工程におけるロールベルト濾過器と第２の濾過工程のためのバッグフィルター又はカセット濾過器である。
【００５９】
第２の工程の空気濾過のための適切な組み合わせは、第１の濾過工程のためのＧＡＥ  ＹＴＳ  Ｒｏｌｌ型（製造元：Ａｉｒｇｕａｒｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）の濾過器、並びに第２の濾過工程のためのＫｏｃｈ  Ｍｕｌｔｉｃｅｌｌ９５−Ｋ９２４２４１２（製造者：Ｋｏｃｈ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ）の濾過器の組み合わせである。
【００６０】
一般的に本発明により有利なのは、ＤＩＮ  ＥＮ７７９もしくはＡＳＨＲＡＥ５２．１．によるフィルター等級Ｆ６（より低いフィルター等級）〜Ｆ９（より高いフィルター等級）である。
【００６１】
油浸した金属フィルターも、本発明により適切である。とりわけ、本発明による方法のために、例えば油浸した金属フィルターセルを有する回転濾過器が考えられる。この際、フィルターのセルはエンジン駆動により連続的に回転状に循環する。セルが循環する際に、これらは洗浄容器を通過し、且つここで継続的に洗浄され、それから改めて濡らされる。
【００６２】
通常、本発明によれば空気をそのままで濾過する。しかし、当然のことながら空気は循環ガスと一緒に濾過してもよい。後者はとりわけ、空気及び循環ガスを同一の圧縮機中で圧縮する際に有利である。
【００６３】
しかし、実地において循環ガスの濾過が不可欠ではないこと、つまり、一般的に必要でないことが判明した。
【００６４】
必要な場合、本発明による方法のために、同時に又は後に接続されて霧、つまり滴状、また液状で気体中に（例えば空気中に）含有されている物質を分離するために適している濾過器も使用してよい。通常、濾材に衝突したあと霧は凝集して、引き続き濾過器から飛び去る。同様に、組み立てたバッグフィルター又はカートリッジフィルターを使用してよい。
【００６５】
しかしながら、通常、濾過すべきガス（例えば空気）中の液滴の含分は、例えば濾布を詰まらせる。
【００６６】
従って、本発明によれば濾過すべきガス（例えば空気）の温度が露点にないときは有利である。
【００６７】
有利に、この温度は露点を少なくとも３０℃上回る。
【００６８】
露点より高い温度を保障するために、濾過すべき、圧縮機に供給すべきもしくは圧縮機により吸収された空気は、濾過する前に有利にヒーティングレジスターに通過させ、且つ適切に加熱する。
【００６９】
最も容易な方法では、この種のヒーティングレジスターは熱い水蒸気を通す導管からなる網状構造からなる。しかしながら、代替的に、これは電気加熱されるワイヤ編組からなるものでもよい。原則的に、あらゆる種類の間接的な熱交換器をこの目的のために使用することができる（例えば管束熱交換器）。
【００７０】
一緒に吸収された目の粗い物質により、濾過装置及び／又はヒーティングレジスターが損傷することを防ぐために、該装置の前に、適切に排除する作用をもつ粗目のスクリーンを接続することは有利である。
【００７１】
気相−部分酸化が、個々の工程の間で圧縮された２次空気を反応ガス混合物に供給する、複数工程で実施される部分酸化である場合、該空気を用いて同様に、本発明により有利な方法で行うことができる。
【００７２】
本発明により有利に、反応ガス出発混合物に供給すべき1次空気と反応ガス混合物に工程の間で供給すべき２次空気とを一緒に圧縮し、且つ本発明による機械的分離操作に一緒にかける。
【００７３】
驚くべきことに、本発明による方法の有利な効果は、反応ガス出発混合物中で併用される空気中に含有されている固体の微粒子の含有量が≦１５０ｍｇ／ｍ３、又は≦１００ｍｇ／ｍ３、又は≦５０ｍｇ／ｍ３である場合でさえなお認識されうる。実施した試験により、一般的にこのような固体の微粒子の空気中の含有量が≧１０ｍｇ／ｍ３であることが判明した。
【００７４】
とりわけ、本発明による方法はいわゆる高負荷法のために重要であり、この方法において反応ガス出発混合物（装入ガス混合物）による触媒装入物（とりわけ固定床装入物の場合）の負荷が高められているので、この際、反応ガス出発混合物の増加量、ひいては圧縮空気の増加量を単位時間毎に反応装置及び触媒装入物に通過させる。
【００７５】
つまり、本発明による方法は、少なくとも１の有機化合物を不均一系触媒により連続的に気相部分酸化するためにとりわけ有利であり、この際、少なくとも１の有機化合物による触媒装入物の負荷は、≧１２０Ｎｌ／ｌ触媒装入物・ｈ（標準負荷は６０〜＜１２０Ｎｌ／ｌ・ｈ）、もしくは≧１３０Ｎｌ／ｌ・ｈ、又は≧１３５Ｎｌ／ｌ・ｈ、又は≧１４０Ｎｌ／ｌ・ｈ、又は≧１５０Ｎｌ／ｌ・ｈ、又は≧１６０Ｎｌ／ｌ・ｈである。通常、前記の触媒負荷は、≦６００Ｎｌ／ｌ・ｈ、しばしば≦４００Ｎｌ／ｌ・ｈもしくは≦３５０Ｎｌ／ｌ・ｈ、又は≦３００Ｎｌ／ｌ・ｈ、もしくは２５０≦Ｎｌ／ｌ・ｈ、時には≦２００Ｎｌ／ｌ・ｈである。
【００７６】
とりわけ、気相−部分酸化がプロペンからアクロレインへの部分酸化、又はアクロレインからアクリル酸への気相−部分酸化である場合、前記が該当する（その際、相応して前記の触媒負荷はプロペンもしくはアクロレインによる負荷である。）。
【００７７】
その他の点では、この高負荷部分酸化の実施は、ＤＥ−Ａ４４３１９５７、ＤＥ−Ａ４４３１９４９、ＤＥ−Ａ１９９４８２４１、ＤＥ−Ａ１９９１０５０６、ＷＯ００／５３５５６、ＥＰ−Ａ１１０６５９８、ＤＥ−Ａ１９９１０５０８、ＷＯ００／５３５５９、ＷＯ００／５３５５８、ＷＯ００／５３５５７及びＤＥ−Ａ１９９４８２４８の文献中に記載されているように行うことができる。
【００７８】
通常、反応器として管束反応器を使用する。
【００７９】
通常この際、プロペン−気相部分酸化の反応ガス出発混合物は以下の組成（体積（Ｎｌ）−比）：
プロペン：酸素：不活性ガス（水蒸気を含む）
＝１：（１．０〜３．０）：（５〜２５）
を有する。
【００８０】
通常この際、アクロレイン−気相部分酸化の反応ガス出発混合物は以下の組成（体積（Ｎｌ）−比）：
アクロレイン：酸素：水蒸気：不活性ガス
＝１：（１〜３）：（０〜２０）：（３〜３０）
を有する。
【００８１】
実施例及び比較例
Ａ）製造装置の概要
実施例及び比較例を、アクリル酸の製造のためにＥＰ−Ａ７８４０４６による方法で説明される製造装置において実施した。これは、３の並行して運転される生産ラインからなり、これらのうち、いずれも２の直列に接続された多管反応器を包含している。そのつど、第１の反応器はプロペンからアクロレインへの部分酸化のために、第２の反応器はアクロレインからアクリル酸への部分酸化のために役に立つ。
【００８２】
２の反応器から流れ出た、アクリル酸を含有する反応ガスを合わし、Ｄｉｐｈｙｌ（Ｒ）とジメチルフタラートとからなる混合物を有する吸収塔においてＤＥ−Ａ１９６０６８７７に従って向流中で吸収した。アクリル酸をほぼ含有しなくなるまで洗浄された反応ガス（循環ガス）の一部分は主として窒素からなっており、装入ガス混合物の成分として第１の反応器のために返送し、一方で残留する部分は廃棄した。本質的に吸収剤とアクリル酸とからなる吸収塔から取り出した液状の排出液は、その後の後処理に供給した。
【００８３】
使用したプロペンは、「化学用」の品質のプロペンであった。これは、≧９５．０モル％のプロペン及び≧４モル％のプロパンを含有しており、導管から気体状で取り出した。第１の反応器を出る反応ガス混合物を冷却し、２次空気を添加しながら第２の反応器へ通過させた。
【００８４】
反応ガス出発混合物のために必要とされる１次空気、及び必要とされる２次空気は、一緒にターボ−遠心圧縮機（製造元ＧＨＨ、ＧＶ１０／３型）で周囲から吸引し、２．５ｂａｒの圧力で工程に供給した。ヒーティングレジスター（４ｂａｒの蒸気で加熱）で、空気をその圧縮前に３５℃に加熱した。循環ガスは、製造元ＧＨＨ、ＧＶ１０／３型の別個の遠心圧縮機により圧縮し、搬送した。
【００８５】
反応器は、ＥＰ−Ａ７００８９３及びＥＰ−Ａ７００７１４の文献中に記載されている型の管束反応器であった。
【００８６】
第１の反応器はその都度、数千の管（溶融塩で冷却、約２９０℃の塩浴温度）を包含し、第２の反応器も同様であった（溶融塩で冷却、約２６０℃の塩浴温度）。
【００８７】
第１の反応器は、ＤＥ−Ａ１００４６９５７の例１による完全触媒で、第２の反応器はＤＥ−Ａ１００４６９２８（化学量論比：Ｍｏ１２Ｖ３Ｗ１，２Ｃｕ２，４Ｏｘ）の製造例５による被覆触媒で充填されていた。
【００８８】
１時間毎に約１７ｔのアクリル酸を製造するようにプラントを作動させた。
【００８９】
第１の反応器のための装入ガスの組成は、
化学用のプロペン６〜６．５体積％、
Ｈ２Ｏ３〜３．５体積％、
ＣＯ０．３〜０．５体積％、
ＣＯ２０．８〜１．２体積％
アクロレイン０．０１〜０．０４体積％、
Ｏ２１０．４〜１０．７体積％及び、
残分として分子窒素を加えて１００％
である。
【００９０】
第１の反応器に供給した反応ガス出発混合物のために必要とされる空気量は、４４０００Ｎｍ３／ｈであった。第２の反応器に必要とされる２次空気量は、１２０００Ｎｍ３／ｈであった。従って圧縮すべき全ての空気量は、５６０００Ｎｍ３／ｈであった。
【００９１】
この条件下で、製造プラントを以下の変法によりその都度１１ヶ月の間、作動させた。
【００９２】
Ｂ）実施例：
ヒーティングレジスターの後、まだ圧縮機の前にロールベルト濾過器が存在していた。（再生可能な）フィルター材料は、ＧＥＡ  Ｄｅｌｂａｇ  Ｌｕｆｔｆｉｌｔｅｒ  ＧｍｂＨ社（ベルリン）、商標名ＦＩＢＲＯＢＡＮＤ、フィルター等級Ｇ３（ＤＩＮ  ＥＮ７７９）のフィルターマットであった。
【００９３】
フィルター材料は、硬質で、耐引裂性のあるポリエステルガーゼ上にランダムに堆積したポリエステル繊維からなっていた。フィルター面積は、１０．８ｍ２であった（幅２．７４ｍ；高さ３．９５ｍ）。
【００９４】
フィルター材料は、新鮮状態において体積流Ｖに依存しながら以下の圧力損失△Ｐを引き起こす性質のものであった。
【００９５】
【表２】
2007501193.tif 000003
【００９６】
塵埃貯蔵容量は約４００ｇ／ｍ２であった。
【００９７】
ロールベルトは圧力損失測定により制御した。
【００９８】
圧力損失が３ｍｂａｒの値に到達したと同時に、フィルターベルトを圧力損失が僅か２ｍｂａｒになるまで更に転がした（フィルター面の１部分のみを新鮮な面と交換し、フィルター材料の全消費量を低減した）。
【００９９】
平均分離度は８８．１％であった。
【０１００】
ローターの振動は、遠心圧縮機において観察することができなかった。
【０１０１】
Ｃ）比較例：
遠心圧縮機に通じる自由な空気の流入が存在し、該圧縮機は単に安全上の理由から目の粗い篩を用いて保護スクリーンが設けられていた。試験期間の終わりに、遠心圧縮機において不均一な運転及び軸の振動を観察することができた。反応器における圧力損失は、Ｂ）の場合より際立って上昇した。アクリル酸形成の選択率は微減した。
【０１０２】
２００３年、８月６日に提出されたアメリカ合衆国特許出願第６０／４９２７２６号明細書、及び２００３年、１２月１９日に提出されたアメリカ合衆国特許出願第６０／５３０６１６号が文献を指摘することにより本出願に挿入されている。
【０１０３】
上記の教示を鑑みて、本発明の多数の変更及び逸脱が可能である。従って、本発明を、添付した請求項の範囲内において、この中で特に記載されているものとは異なった方法で実施することができることを出発点としてもよい。
【国際調査報告】
2007501193.tif 000004
2007501193.tif 000005
2007501193.tif 000006
2007501193.tif 000007