JP2000239248A - 不飽和ニトリル類の製造のための高度な活性および選択性を有する触媒、その製造法および使用法 - Google Patents
不飽和ニトリル類の製造のための高度な活性および選択性を有する触媒、その製造法および使用法Info
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Abstract
を生成するための改良された触媒を提供すること、およ
びその使用方法を提供すること。 【解決手段】 対応するオレフィン類から不飽和ニトリ
ル類を生成するための改良された触媒、実験式BiaM
obVcSbdNbeAgfAgBhOxで表される原
子比を有するその触媒の組成物、およびその使用方法。
Description
ン類から出発して不飽和ニトリル類を生成するための新
規なアンモ酸化触媒に関し、特にプロピレンからアクリ
ロニトリルを生成するための新規なアンモ酸化触媒に関
する。特に、本発明は、触媒系の活性および選択性を向
上させる重要成分としてニオブおよび銀を含む改良され
たアンモ酸化触媒に関する。
ている。これらの参考文献は本発明の関する技術分野の
現状を記載しており、これらを本明細書に引用する。
688,739号、第4,600,541号、および欧
州特許公開第00 32 012 B1号、第05 7
3713 B1号、第04 75 351 A1号など
に開示されるように、当該分野においては非常に多くの
アンモ酸化触媒が公知である。これらすべての刊行物は
モリブデン触媒系に関するものである。
よびアンモ酸化における電子供与体/受容体の役割を果
たすことが当技術分野において知られている。そこでこ
の性質に基づいた異なる機構が提案された[Delmo
nら(不均一触媒による選択的酸化方法の新規開発(N
ew Development in Selecti
ve Oxidation by Heterogen
eous Catalysis)、第72巻,199
2,399〜413ページ)および化学技術百科事典
(Encyclopedia of Chemical
Technology)(Kirk−Othmer,
第1巻,第4版,358ぺージ)]。これらの機構で
は、モリブデンが酸素および窒素の基質への吸収および
挿入を担うことが示されており、一方ビスマスはβ位の
メチル基のHを引き抜く役割をする。従って、ビスマス
とモリブデンは、この反応の適した活性相を形成するた
めに触媒表面において隣接した形態で存在するべきであ
る。
化反応へとつながるということに注意すべきである。
め触媒系の選択性を向上させることができることもよく
知られている。アンチモンは酸化反応に対して活性の高
いバナジウム活性中心を分離することによって別の役割
を果たすこともできる。これによって、全酸化反応は最
小限になり、反応は所望の生成物を得る方向に向かう。
いる。そのうちの1つの触媒は、米国特許第4,06
2,885号に記載されており、ここではBiMoSb
V系が活性元素として使用されている。この触媒はo−
キシレンのアンモ酸化によるフタロニトリルの生成に使
用される。このような触媒の、不飽和脂肪族炭化水素を
含む酸化またはアンモ酸化反応への使用は言及されてい
ない。
元素と混合したモリブデン酸ビスマスを含むアンモ酸化
反応触媒に関する。
MoVSbに加えて元素周期表のIA族、IIA族、I
VA族、VA族、VIA族、IB族、IVB族、および
VIIB族の別の元素を含む酸化およびアンモ酸化反応
触媒に関する。この特許はニオブの使用については開示
していない。銀については開示されているが、銀を含有
する触媒の実験結果からはまったく性能の向上が見られ
ない。
BiMoとPd、Pt、Os、およびIrなどの助触媒
とを含む触媒に関する。
351 A1号は、NbおよびWによって促進可能な
KFeSbMoを含有する触媒に関する。最高の収率は
式Fe10Sb10Mo9Bi2K0.6Ni5.5W
0.3B0.75P0.75(SiO2)70の触媒で
達成された。
号は、アルカリ金属類、アルカリ土類金属類、希土類金
属類、Nb、TlおよびAsの少なくとも3つの他の助
触媒で促進され、Fe、Co、NiおよびCrが重要な
触媒成分であるMoBiFeCoNiCr含有触媒に関
する。
分触媒に関する。この触媒の主成分は、ビスマスモリブ
デンである。ゲルマニウムが重要元素として加えられ
る。
ィン類から不飽和ニトリル類を選択的に生成するような
優れた性質を有する触媒の開示または提案は行われてい
ない。従って、対応するオレフィン類から不飽和ニトリ
ル類を選択的に生成するために使用する改良された触媒
が製造されることが好ましい。
の欠点を克服することである。
類からニトリル類を生成するための、特にプロピレンか
らアクリロニトリルを生成するための有用な触媒を提供
することである。
固定層反応器中におけるプロピレンの気相触媒的アンモ
酸化によって高収率でアクリロニトリルを生成する方法
を提供する。
は、以下の記述で説明されるか、またはこれらより明ら
かになるであろう。
フィン類から不飽和ニトリル類を生成するための改良さ
れた触媒に関し、この触媒は以下の実験式で表される原
子比を有する触媒組成物を含み: BiaMobVcSbdNbeAgfAgBhOx 式中Aは周期表のVB族(例えば、V、Nb、Ta)、
VIB族(例えば、Cr、Mo、W)、VIIB族(例
えば、Mn、Tc、Re)、またはVIII族(例え
ば、Fe、Co、Ni)から選択される1種類以上の元
素であり;Bは周期表のIA族(例えば、Li、Na、
K)またはIIA族(例えば、Mg、Ca)から選択さ
れる少なくとも1種類のアルカリ助触媒であり; a=0.01〜12; b=0.01〜12; c=0.01〜2; d=0.01〜10; e=0.01〜1; f=0.0001〜2、好ましくは0.0001〜1; g=0〜2、好ましくは0.01〜1; h=0〜1、好ましくは0.001〜0.5;および x=存在する元素に要求される原子価を満足させるため
に必要な酸素原子数、である。
xの数値は、触媒組成物に含まれる各元素の相対的なグ
ラム原子比を表しており、ここでxは他の元素に要求さ
れる原子価を満足させるために必要な数である。これら
の元素は、酸素と結合した状態、好ましくは種々の酸化
物の形態で存在する。
飽和ニトリル類の触媒的調製方法、好ましくは200〜
550℃の間の温度で本発明の活性で選択的な触媒を使
用してプロピレンまたはイソブチレンを分子酸素および
アンモニアと反応させることによるアクリロニトリルま
たはメタクリロニトリルの調製方法にも関する。
および利点は、特許請求の範囲および具体的な実施例を
含めた本明細書における検討によって明らかになるであ
ろう。
オレフィン類から不飽和ニトリル類を生成するため、特
にプロピレンからアクリロニトリルを生成するための改
良されたアンモ酸化触媒系に関する。特に、本発明は、
触媒系の活性および選択性を向上させる重要元素として
ニオブおよび銀を含有する改良されたアンモ酸化触媒に
関する。本発明の目的は、触媒性能を向上させることが
できる新しい元素をBi/Mo系に混入することであ
る。このことは、ニオブおよび銀をビスマス/モリブデ
ン/バナジウム/アンチモン触媒系に混入することで達
成される。
下の実験式で表される原子触媒組成から構成され: BiaMobVcSbdNbeAgfAgBhOx 式中A=周期表のVB族(例えば、V、Nb、Ta)、
VIB族(例えば、Cr、Mo、W)、VIIB族(例
えば、Mn、Tc、Re)、またはVIII族(例え
ば、Fe、Co、Ni)から選択される1種類以上の元
素であり;B=周期表のIA族(例えば、Li、Na、
K)またはIIA族(例えば、Mg、Ca)から選択さ
れる少なくとも1種類のアルカリ助触媒であり; a=0.01〜12; b=0.01〜12; c=0.01〜2; d=0.01〜10; e=0.01〜1; f=0.0001〜2、好ましくは0.0001〜1; g=0〜2、好ましくは0.01〜1; h=0〜1、好ましくは0.001〜0.5;および x=存在する元素に要求される原子価を満足させるため
に必要な酸素原子数、である。
時係属出願の米国特許出願第09/228、885号
(本願と同時に提出したもので、これを本明細書に引用
する)に開示されアンモ酸化反応の良好な触媒であるB
i/Mo/V/Sb/Nb系に新規な元素として銀を組
み込むことである。銀はこの触媒の性能を向上させる作
用を有する。
できるし使用しなくてもよい。本発明の触媒に適した担
持体としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニ
ア、ゼオライト類、炭化ケイ素、Mo、炭化物、モレキ
ュラーシーブ類および他の微細/非多孔質材料、および
それらの混合物が挙げられる。担持体を使用する場合
は、通常担持された触媒の量は、触媒組成物の約10〜
50重量%であり、残りは担持物質である。
用方法に関する。特に、本発明は、対応するオレフィン
類から不飽和ニトリル類を生成するための改良された方
法に関する。
00〜550℃の間の温度で本発明のアンモ酸化触媒系
を使用して、プロピレンまたはイソブチレンを分子酸素
およびアンモニアと反応させることによって、アクリロ
ニトリルまたはメタクリロニトリルを触媒的に調製する
改良された方法に関する。
媒系を使用して、少なくとも70%、より好ましくは少
なくとも75%、さらにより好ましくは少なくとも80
%、最も好ましくは少なくとも90%のプロピレン転化
率が達成される。
リルに対する選択性が、75%を超え、より好ましくは
80%を超える。モル%で表したアクリロニトリルの収
率は、好ましくは50%を超え、より好ましくは55%
を超え、さらにより好ましくは60%を超え、最も好ま
しくは65%を超える。
の生成物、およびそれらの製造方法と使用方法を説明す
るものである。当然ながら、これらの実施例は本発明を
制限することを意図したものではない。本発明につい
て、多数の変更および修正を行うことができる。
触媒であり、この触媒は通常の当業者にとって公知であ
る任意の手順に従って調製することができる。代表的な
触媒の調製に使用した方法を以下に示す。
らの触媒の製造方法を限定することを考慮したものでは
決してない。実施例の触媒は、米国特許第4,405,
498号に記載の方法によって調製した。
下の用語は以下のように定義した。 1.「W/F」は、触媒重量(単位g)を標準温度およ
び標準圧力で測定した反応物質流の流速(単位ml/s
ec)で割った値として定義される。 2.「プロピレン(C3H6)転化率」は: {(供給材料中のC3H6のモル数−流出物中のC3H6
のモル数)/(供給材 料中のC3H6のモル数)}
×100(%) として定義される。 3.「アクリロニトリル(ACN)選択率」は: (流出物中のACNのモル数)/(転化したC3H6のモ
ル数)×100(%) として定義される。 4.「アクリロニトリル(ACN)収率」は: (生成したACNのモル数)/(供給材料中のC3H6の
モル数)×100(%) として定義される。
35Ox/50%シリカ 部分A 10.2gのSb2O3を、20mlの水および3.1
8gのV2O5と混合して懸濁させた。この混合物がペ
ーストとなるまで煮沸した。次にこのペーストを120
℃で乾燥して、760℃の気流下で2時間かけて焼成し
た。
と30mlのHNO3(濃硝酸)との混合物に溶解し
た。これとは別に、28.78gのMoO3を、72m
lの水と30mlの濃NH4OHとの混合物に溶解し
た。これら2つの溶液を混合し、NH4OHを使用して
pHを4に調整した。次に混合物を約2時間煮沸して、
ろ過して、約1000mlの水で洗浄した。
用いてpH=2に調整して部分Cを調製した。次に部分
Aと部分Bを部分Cに加えた。この混合物を数時間撹拌
して、次に120℃で乾燥して、550℃の気流下で焼
成した。
5Sb0.35Ox/50%シリカ この触媒を、上述の方法に従って調製した。必要量の五
酸化ニオブを部分Bのモリブデン溶液に加えることで、
ニオブを系に導入した。しかしながら、同様の目的で任
意のニオブ源を使用することができると思われる。
0.1V0.175Sb0.35/50%シリカ この触媒を、上述の実施例2で説明した方法に従って調
製した。実施例2の触媒7.147gを、硝酸銀0.0
016gを水100ccに溶解した溶液に浸漬すること
で銀を導入した。しかしながら、任意の銀源を、任意の
方法によって触媒に導入するために使用できると思われ
る。浸漬の後、触媒を乾燥して、気流中で550℃にお
いて4時間加熱した。
1V0.175Sb0.35/50%シリカ この触媒を実施例3の方法に従って調製したが、ただし
硝酸銀0.0158gを浸漬に使用した。
Sb0.175/50%シリカ この触媒を実施例1に従って調製したが、ただし酸化バ
ナジウムおよび酸化アンチモンの量を表示の半分の量に
減らした。
0.1V0.09Sb0.175/50%シリカ この触媒を実施例5と同様にして調製し、実施例3のよ
うに硝酸銀溶液に浸漬した。
35〜60メッシュに粉砕した。粉砕した触媒を管状固
定層ステンレス鋼製反応器に入れた。
2/NH3/He=7.9/16.8/10/65.
3、および表Iに示すように空間速度「W/F」を3ま
たは1.5とした供給材料組成で行った。
出物をFIDおよびTCD検出器の両方を備えた最新型
ガスクロマトグラフ(HP 6890)を使用して分析
した。HCNを所与の時間で収集し、文献に記載の方法
に従って滴定を行った。
た。結果を表Iにまとめる。
と10を比較すれば、少量の銀の存在によって転化率お
よびアクリロニトリル収率に関して活性がかなり増加し
ていることが明らかである。試験番号7と9の比較か
ら、銀の添加量をわずかに増やすことで触媒性能がさら
に向上することが明らかである。これより、本発明の特
許請求の範囲に示されるように銀の存在が触媒性能を実
質的に向上させるために重要であることが明らかであ
る。
されるように銀の存在が触媒性能を実質的に向上させる
ために重要であることが明らかである。
COxおよびHCNの生成も促進する。しかし、アクリ
ロニトリルの総合的な収率は概して向上した。従って、
アクリロニトリル生成のためのこの触媒系の活性が銀に
よって向上すると結論できる。
説明を意図したものである。記載の実施形態の種々の変
更または修正は当業者であれば行えるであろう。これら
変更または修正は、本発明の精神または範囲から逸脱す
ることなしに行うことができる。
Claims (20)
- 【請求項1】 対応するオレフィン類から不飽和ニトリ
ル類を生成する方法であって、気相において前記オレフ
ィンを分子酸素含有ガスおよびアンモニアと、約200
℃〜550℃の温度で、実験式: BiaMobVcSbdNbeAgfAgBhOx (式中Aは周期表のVB族、VIB族、VIIB族また
はVIII族から選択される1種類以上の元素であり;
Bは周期表のIA族またはIIA族から選択される少な
くとも1種類のアルカリ助触媒であり; a=0.01〜12; b=0.01〜12; c=0.01〜2; d=0.01〜10; e=0.01〜1; f=0.0001〜2; g=0〜2; h=0〜1;および x=存在する元素に要求される原子価を満足するために
必要な酸素原子数)を有する触媒組成物を含有する触媒
の存在下で反応させることを含む方法。 - 【請求項2】 fが0.0001〜1である請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 前記銀が水溶性の銀化合物から誘導され
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記触媒組成物が、シリカ、アルミナ、
ジルコニア、チタニア、アランダム、炭化ケイ素、アル
ミナシリカ、無機リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、
ホウ酸塩、および炭酸塩、軽石、モンモリロナイト、ま
たはそれらの混合物から選択される触媒担持物質上に担
持される請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記触媒担持物質がシリカである請求項
4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記触媒が20〜70重量%の前記触媒
組成物を含有する請求項4に記載の方法。 - 【請求項7】 前記触媒が20〜70重量%の前記触媒
組成物を含有する請求項5に記載の方法。 - 【請求項8】 前記オレフィン類がプロピレン、イソブ
チレンまたはそれらの混合物から選択され、前記ニトリ
ル類がアクリロニトリル、メタクリロニトリル、または
それらの混合物から選択される請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 前記オレフィン類がプロピレン、イソブ
チレンまたはそれらの混合物から選択され、前記ニトリ
ル類がアクリロニトリル、メタクリロニトリル、または
それらの混合物から選択される請求項2に記載の方法。 - 【請求項10】 前記オレフィンがプロピレン、イソブ
チレンまたはそれらの混合物からなる群より選択される
請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】 前記方法が少なくとも65%のオレフ
ィン転化率を達成する請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 前記方法がニトリル類に対して80%
を超えるモル%の選択性を達成する請求項1に記載の方
法。 - 【請求項13】 前記方法が50%を超えるモル%のニ
トリル類収率を達成する請求項1に記載の方法。 - 【請求項14】 対応するオレフィン類から不飽和ニト
リル類を生成するための触媒であって、実験式: BiaMobVcSbdNbeAgfAgBhOx (式中Aは周期表のVB族、VIB族、VIIB族また
はVIII族から選択される1種類以上の元素であり;
Bは周期表のIA族またはIIA族から選択される少な
くとも1種類のアルカリ助触媒であり; a=0.01〜12; b=0.01〜12; c=0.01〜2; d=0.01〜10; e=0.01〜1; f=0.0001〜2; g=0〜2; h=0〜1;および x=存在する元素に要求される原子価を満足するために
必要な酸素原子数)を有する触媒組成物を含有する触
媒。 - 【請求項15】 fが0.0001〜1である請求項1
4に記載の触媒。 - 【請求項16】 前記オレフィン類がプロピレン、イソ
ブチレンまたはそれらの混合物から選択され、前記ニト
リル類がアクリロニトリル、メタクリロニトリルまたは
それらの混合物から選択される請求項14に記載の触
媒。 - 【請求項17】 前記触媒組成物が、シリカ、アルミ
ナ、ジルコニア、チタニア、アランダム、炭化ケイ素、
アルミナシリカ、無機リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸
塩、ホウ酸塩、および炭酸塩、軽石、モンモリロナイ
ト、またはそれらの混合物から選択される触媒担持物質
上に担持される請求項14に記載の触媒。 - 【請求項18】 前記触媒担持物質がシリカである請求
項17に記載の触媒系。 - 【請求項19】 前記触媒が40〜70重量%の前記触
媒組成物を含有する請求項14に記載の触媒系。 - 【請求項20】 gが0.01〜1の範囲であり、hが
0.001〜0.5の範囲である請求項12に記載の触
媒系。
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