JP2001079397A - Tin-rhenium complex oxide catalyst for selective oxidation reaction of lower alkane - Google Patents
Tin-rhenium complex oxide catalyst for selective oxidation reaction of lower alkaneInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Sb−Re選択酸
化触媒、及びかかるSb−Re選択酸化反応用触媒を用
いて過剰な酸素共存下でのイソブタン等の低級アルカン
からのイソブチレン等のアルケン及び/又はメタクロレ
イン等の含酸素化合物の製造方法に関する。The present invention relates to an Sb-Re selective oxidation catalyst and an alkene such as isobutylene from a lower alkane such as isobutane in the presence of an excess of oxygen by using such a catalyst for Sb-Re selective oxidation reaction. And / or a method for producing an oxygen-containing compound such as methacrolein.
【0002】[0002]
【従来の技術】メタクロレイン製造として、従来、イソ
ブチレンまたはターシャリーブチルアルコールを原料と
し、気相接触酸化によるメタクロレイン製造に関する数
多くの提案がなされている。また、近年ではイソブチレ
ンまたはターシャリーブチルアルコールより安価である
イソブタンを原料とし、触媒の存在下に分子状酸素を用
いて気相接触酸化させることによって、メタクロレイン
等が製造できる方法が提案されているが、反応性に乏し
く必ずしも満足するものではなかった。2. Description of the Related Art There have been many proposals for the production of methacrolein by gas-phase catalytic oxidation using isobutylene or tertiary butyl alcohol as a raw material. In recent years, a method has been proposed in which isobutane, which is less expensive than isobutylene or tertiary butyl alcohol, is used as a raw material and is subjected to gas-phase catalytic oxidation using molecular oxygen in the presence of a catalyst, whereby methacrolein and the like can be produced. However, the reactivity was poor and not always satisfactory.
【0003】そこで酸化反応温度を上げ転化率を高める
方法が考えられたが、目的物質であるメタクリル酸やメ
タクロレインの過剰酸化が生じ、選択率が低下するとい
う欠点があった。特開平2−42034号公報には、リ
ン−モリブテン系ケギン型ヘテロポリ酸系触媒を用いた
イソブタンからメタクロレインを製造する方法が提案さ
れているがかかる触媒の耐熱性に問題があった。また、
特開平5−178774号公報や特開平5−33108
5号公報には、ピロリン酸ジバナジルを主成分とする複
合酸化物系触媒を用いた方法が提示されているが、必ず
しも満足する選択性の改良効果が得られないとの問題が
あった。さらに、ピロリン酸ジバナジル系触媒を調製す
る際、バナジウム原料として五酸化バナジウムを用いる
のが一般的であるが、五酸化バナジウムは毒性が強いた
め、これを使用することは環境衛生上好ましくないとの
問題点があった。前記問題点を解決するものとして、特
開平11−114418号公報に耐熱性に優れ、かつ転
化率、選択性共に優れるNb−Mo−Sbを必須成分と
する複合酸化物触媒が提案されている。[0003] Although a method of raising the oxidation reaction temperature and increasing the conversion rate has been considered, there has been a drawback that excessive oxidation of methacrylic acid or methacrolein, which is the target substance, occurs and the selectivity decreases. JP-A-2-42034 proposes a method for producing methacrolein from isobutane using a phosphorus-molybdenum-based Keggin-type heteropolyacid-based catalyst, but has a problem in heat resistance of such a catalyst. Also,
JP-A-5-178774 and JP-A-5-33108
No. 5 discloses a method using a composite oxide catalyst containing divanadyl pyrophosphate as a main component, but has a problem that a satisfactory selectivity improving effect cannot always be obtained. Further, when preparing a divanadyl pyrophosphate-based catalyst, it is common to use vanadium pentoxide as a vanadium raw material, but since vanadium pentoxide is highly toxic, it is not preferable from an environmental health standpoint. There was a problem. As a solution to the above problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-114418 proposes a composite oxide catalyst containing Nb-Mo-Sb as an essential component, which has excellent heat resistance and excellent conversion and selectivity.
【0004】上記酸化反応に於いて、触媒上では常に酸
化反応と還元反応が繰り返されており、この酸化還元反
応のバランスによって触媒機能が維持されている。しか
し、原料に対する酸素量が何らかの原因で、例えば操作
ミスや局部的暴走反応によって、著しく低下する場合、
触媒は還元され、触媒を構成する化学種の結晶相が変化
し、触媒劣化が促進されてしまう。特開昭61−332
34号公報には劣化触媒を酸化することで触媒機能を回
復させる手段が提案されているが、さらなる耐還元性の
強い触媒及び活性や選択性を高める触媒の開発が望まれ
ている。In the above-mentioned oxidation reaction, the oxidation reaction and the reduction reaction are constantly repeated on the catalyst, and the catalytic function is maintained by the balance of the oxidation-reduction reaction. However, if the amount of oxygen relative to the raw material drops significantly for some reason, for example, due to an operation error or a local runaway reaction,
The catalyst is reduced, the crystal phase of the chemical species constituting the catalyst changes, and catalyst deterioration is accelerated. JP-A-61-332
No. 34 proposes a means for recovering the catalytic function by oxidizing the deteriorated catalyst, but there is a demand for the development of a catalyst having higher reduction resistance and a catalyst having higher activity and selectivity.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】レニウム(Re)を含
有する触媒は、有機化合物の選択水素化と脱水素及び原
油の水素脱硫に関して独特の活性を示し、これらの反応
についてレニウム化合物は対応するMo及びWを含有す
る触媒よりも活性が優れていることから、石油原料油の
精製やアルケンのメタセシス等多くの工業的製法で広く
使用されている。しかし、触媒酸化反応に関する応用と
しては、レニウム化合物がエタノールとメタノールに反
応し、アルケン及び芳香族の選択酸化におけるプロモー
ター(Co、Mo及びV触媒等)として反応することが
報告されているにすぎない。The catalysts containing rhenium (Re) exhibit unique activities with respect to the selective hydrogenation and dehydrogenation of organic compounds and the hydrodesulfurization of crude oils, and for these reactions the rhenium compounds have the corresponding Mo It is widely used in many industrial production processes such as refining of petroleum feedstocks and metathesis of alkenes because it has higher activity than catalysts containing W and W. However, as an application relating to the catalytic oxidation reaction, it is only reported that a rhenium compound reacts with ethanol and methanol and reacts as a promoter (such as Co, Mo and V catalyst) in the selective oxidation of alkenes and aromatics. .
【0006】一方、アンチモン(Sb)は、V−Sb−
O、Sn−Sb−O、Mo−Sb−O、Fe−Sb−
O、Nb−Mo−Sb−O等の多くの活性のある選択酸
化反応用触媒における重要な元素の一つであることが確
立されている。しかし、Sb−Re複合酸化物が、低級
アルカンの選択酸化反応用触媒として有用であることは
知られていなかった。On the other hand, antimony (Sb) is V-Sb-
O, Sn-Sb-O, Mo-Sb-O, Fe-Sb-
It has been established that it is one of the important elements in many active selective oxidation reaction catalysts such as O and Nb-Mo-Sb-O. However, it was not known that the Sb-Re composite oxide was useful as a catalyst for a selective oxidation reaction of lower alkanes.
【0007】本発明の課題は、イソブタン等の低級アル
カンの選択酸化反応用触媒、特に過剰な酸素共存下での
イソブチレン等のアルケン及び/又はメタクロレイン等
の含酸素化合物への選択酸化を行うことができる新規な
Sb−Re複合酸化物からなる選択酸化反応用触媒や、
かかるRe−Sb複合酸化物からなる選択酸化反応用触
媒を用いたイソブタン等からイソブチレン等のアルケン
及び/又はメタクロレイン等の含酸素化合物を製造する
方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a catalyst for the selective oxidation reaction of a lower alkane such as isobutane, particularly to selectively oxidize an alkene such as isobutylene and / or an oxygen-containing compound such as methacrolein in the presence of excess oxygen. Catalyst for selective oxidation reaction comprising a novel Sb-Re composite oxide capable of
An object of the present invention is to provide a method for producing an alkene such as isobutylene and / or an oxygen-containing compound such as methacrolein from isobutane using a selective oxidation reaction catalyst comprising the Re-Sb composite oxide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究し、レニウムの電子配置から
レニウムの酸化物がバナジウム(V)、モリブデン(M
o)及びタングステン(W)のと同様な選択酸化反応用
触媒としての電位を有するという知見に基づき、かかる
レニウム酸化物と前記アンチモン酸化物との複合酸化
物、特に2つの新規な化合物を作製し、かかるRe−S
b複合酸化物を選択酸化反応用触媒として用いて分子状
酸素含有ガスの存在下イソブタンを気相接触酸化したと
ころ、過剰な酸素の共存下においても、選択的にイソブ
チレン及び/又はメタクロレインが生成することを見い
出し、本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and based on the electron configuration of rhenium, the oxides of rhenium were vanadium (V) and molybdenum (M
Based on the finding that it has the same potential as a catalyst for selective oxidation reaction of o) and tungsten (W), a composite oxide of such rhenium oxide and the above-mentioned antimony oxide, in particular, two novel compounds were prepared. , Such Re-S
b When isobutane is subjected to gas-phase catalytic oxidation in the presence of a molecular oxygen-containing gas using the composite oxide as a selective oxidation reaction catalyst, isobutylene and / or methacrolein are selectively produced even in the presence of excess oxygen. To complete the present invention.
【0009】すなわち本発明は、Sb−Re複合酸化物
からなることを特徴とする低級アルカンの選択酸化反応
用触媒(請求項1)や、Sb−Re複合酸化物が、Sb
Re 2O6、Sb4Re2O13又はSbOReO4・2H2O
であることを特徴とする請求項1記載の低級アルカンの
選択酸化反応用触媒(請求項2)や、低級アルカンが、
イソブタンであることを特徴とする請求項1又は2記載
の低級アルカンの選択酸化反応用触媒(請求項3)に関
する。That is, the present invention provides an Sb-Re composite oxide
Selective oxidation of lower alkanes characterized by consisting of
Catalyst (claim 1) or Sb-Re complex oxide
Re TwoO6, SbFourReTwoO13Or SbOREOFour・ 2HTwoO
The lower alkane according to claim 1, wherein
The catalyst for selective oxidation reaction (Claim 2) and the lower alkane
3. The composition according to claim 1, wherein the substance is isobutane.
The catalyst for the selective oxidation reaction of lower alkanes (Claim 3)
I do.
【0010】また本発明は、Sb−Re複合酸化物触媒
の存在下、低級アルカンを分子状酸素含有ガスにより気
相接触酸化することを特徴とする対応アルケン及び/又
は対応含酸素化合物の製造方法(請求項4)や、Sb−
Re複合酸化物が、SbRe 2O6、Sb4Re2O13又は
SbOReO4・2H2Oであることを特徴とする請求項
4記載の対応アルケン及び/又は対応含酸素化合物の製
造方法(請求項5)や、低級アルカンがイソブタンであ
り、対応アルケンがイソブチレンであり、対応含酸素化
合物がメタクロレインであることを特徴とする請求項4
又は5記載の対応アルケン及び/又は対応含酸素化合物
の製造方法(請求項6)や、気相接触酸化が、酸素分圧
が30〜60kPaの範囲内で行われることを特徴とす
る請求項4〜6のいずれか記載の対応アルケン及び/又
は対応含酸素化合物の製造方法(請求項7)や、気相接
触酸化が、400〜600℃の高温下で行われることを
特徴とする請求項4〜7のいずれか記載の対応アルケン
及び/又は対応含酸素化合物の製造方法(請求項8)に
関する。[0010] The present invention also provides an Sb-Re composite oxide catalyst.
Gas in the presence of oxygen
Corresponding alkene and / or characterized by phase contact oxidation
Is a method for producing the corresponding oxygen-containing compound (Claim 4), or Sb-
Re composite oxide is SbRe TwoO6, SbFourReTwoO13Or
SbOREoFour・ 2HTwoO
4. Preparation of the corresponding alkene and / or the corresponding oxygenate described in 4.
And the lower alkane is isobutane.
The corresponding alkene is isobutylene and the corresponding oxygenated
5. The compound according to claim 4, wherein the compound is methacrolein.
Or the corresponding alkene and / or the corresponding oxygenate described in 5
Production method (Claim 6) and gas phase catalytic oxidation
Is performed within a range of 30 to 60 kPa.
7. The corresponding alkene and / or according to any one of claims 4 to 6.
Is a method for producing the corresponding oxygen-containing compound (claim 7),
That the catalytic oxidation is performed at a high temperature of 400 to 600 ° C.
A corresponding alkene according to any of claims 4 to 7, characterized in that
And / or a method for producing a corresponding oxygen-containing compound (claim 8)
Related.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明のイソブタン等の低級アル
カンの選択酸化反応用触媒は、SbRe2O6、Sb4R
e2O13又はSbOReO4・2H2O等のSb−Re複
合酸化物からなることを特徴とする。また、本発明のイ
ソブチレン等のアルケン及び/又はメタクロレイン等の
含酸素化合物の製造方法は、Sb−Re複合酸化物触媒
の存在下、イソブタン等の低級アルカンを分子状酸素含
有ガスにより気相接触酸化することを特徴とする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The catalyst for selective oxidation reaction of lower alkanes such as isobutane of the present invention is SbRe 2 O 6 , Sb 4 R
characterized by comprising the e 2 O 13 or SbOReO 4 · 2H 2 Sb-Re compound oxide such as O. Further, the method for producing an oxygen-containing compound such as an alkene such as isobutylene and / or methacrolein according to the present invention comprises the step of bringing a lower alkane such as isobutane into contact with a gas containing a molecular oxygen-containing gas in the presence of an Sb-Re composite oxide catalyst. It is characterized by oxidation.
【0012】本発明におけるSb−Re複合酸化物(do
uble oxide)としては、アンチモンとレニウムの金属酸
化物が化合物をつくった形の酸化物であればどのような
ものでもよく、例えば、SbRe2O6、Sb4Re
2O13、SbOReO4・2H2O等を具体的に例示する
ことができる。また、本発明のSb−Re複合酸化物に
は、その触媒活性を損じない範囲内でSb及びRe以外
の金属や該金属の酸化物を含有せしめることもできる。In the present invention, the Sb-Re composite oxide (do
As the double oxide), any oxide may be used as long as it is an oxide in the form of a compound of a metal oxide of antimony and rhenium. For example, SbRe 2 O 6 , Sb 4 Re
Specific examples thereof include 2 O 13 and SbOREO 4 .2H 2 O. Further, the Sb-Re composite oxide of the present invention may contain a metal other than Sb and Re and an oxide of the metal as long as the catalytic activity is not impaired.
【0013】かかるSb−Re複合酸化物の製造方法と
しては、例えば金属酸化物同士を混合して加熱するな
ど、複合酸化物の公知の製造方法を用いることができ、
また、製造した複合酸化物については、X線回折法、X
線光電子分光法、ラマン分光法を用いて結晶構造、価
数、振動モードを調べることにより、その組成や構造を
確認することができる。As a method for producing the Sb-Re composite oxide, a known method for producing a composite oxide can be used, for example, mixing and heating metal oxides.
For the produced composite oxide, X-ray diffraction, X-ray diffraction,
By examining the crystal structure, valence, and vibration mode using line photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy, the composition and structure can be confirmed.
【0014】本発明における低級アルカンとしては、炭
素同士の結合が全て単結合であって分子内に二重結合又
は三重結合等の不飽和結合を有しない常温気体の脂肪族
飽和炭化水素をいい、具体的には、イソブタン、n−ブ
タン、プロパン、ペンタン等の低級アルカンを挙げるこ
とができ、また、対応するアルケンとしてはイソブチレ
ン、n−ブチレン、プロピレン、ペンテン等を、対応す
る含酸素化合物としては、かかる低級アルカンの酸化物
をいい、メタクロレイン、プロピレンアルデヒド等を挙
げることができる。The lower alkane in the present invention refers to a normal temperature aliphatic saturated hydrocarbon having all single carbon bonds and no unsaturated bond such as a double bond or triple bond in the molecule, Specifically, lower alkanes such as isobutane, n-butane, propane, and pentane can be mentioned.Also, as the corresponding alkene, isobutylene, n-butylene, propylene, pentene, and the like, and as the corresponding oxygen-containing compound, And lower oxides of lower alkanes, such as methacrolein and propylene aldehyde.
【0015】本発明において分子状酸素含有ガスとして
は、純酸素ガス、空気等酸素含有ガスを挙げることがで
き、また、本発明における気相接触酸化は、Sb−Re
複合酸化物からなる選択酸化反応用触媒の存在下に、例
えばイソブタン等の低級アルカンガスに、分子状酸素含
有ガスと希釈ガスを添加した混合ガスからなる原料ガス
を前記触媒が収納された固定床反応器内に導入すること
により行うことができる。希釈ガスとしては、窒素、二
酸化炭素、ヘリウムガス、水蒸気及びこれらの混合ガス
を例示することができる。In the present invention, examples of the molecular oxygen-containing gas include pure oxygen gas, oxygen-containing gas such as air, and the like.
In the presence of a catalyst for selective oxidation reaction comprising a composite oxide, a raw material gas comprising a mixed gas obtained by adding a molecular oxygen-containing gas and a diluent gas to a lower alkane gas such as isobutane, for example, is fixed bed containing the catalyst. It can be performed by introducing into a reactor. Examples of the diluting gas include nitrogen, carbon dioxide, helium gas, water vapor, and a mixed gas thereof.
【0016】また、本発明のSb−Re複合酸化物から
なる選択酸化反応用触媒を用いたイソブタン等の低級ア
ルカンの選択酸化反応は、過剰酸素の存在下、例えば酸
素分圧30〜60kPa、好ましくは35〜55kPa
の範囲内の条件下で行うことが、アルケン及び/又は含
酸素化合物の選択率を低下させることなく、イソブタン
の転化率を増加しうることから有利である。さらに、上
記選択酸化反応における反応温度を400℃以上、好ま
しくは500〜600℃をすることにより、イソブチレ
ン及び/又はメタクロレインの選択率を低下させること
なく、イソブタンの転化率を増加しうることから有利で
ある。In the selective oxidation reaction of a lower alkane such as isobutane using the selective oxidation reaction catalyst comprising the Sb-Re composite oxide of the present invention, in the presence of excess oxygen, for example, an oxygen partial pressure of 30 to 60 kPa, preferably Is 35 to 55 kPa
It is advantageous to carry out the reaction within the range of since the conversion of isobutane can be increased without lowering the selectivity of the alkene and / or oxygenate. Further, by setting the reaction temperature in the selective oxidation reaction to 400 ° C. or higher, preferably 500 to 600 ° C., the conversion of isobutane can be increased without lowering the selectivity of isobutylene and / or methacrolein. It is advantageous.
【0017】[0017]
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明の技術的範囲はかかる実施例により限
定されるものではない。なお、イソブタン選択酸化によ
るイソブチレン及び/又はメタクロレインの製造を例に
とって、実施例における転化率、選択率、収率を説明す
ると、これらはそれぞれ以下の式で表される。 イソブタン転化率=(反応したイソブタンのモル数)/
(供給したイソブタンのモル数)×100 イソブチレン選択率=(生成したイソブチレンのモル
数)/(反応したイソブタンのモル数)×100 メタクロレイン選択率=(生成したメタクロレインのモ
ル数)/(反応したイソブタンのモル数)×100 有効成分の選択率=(イソブチレン選択率)+(メタク
ロレイン選択率) メタクロレインの収率=(生成したメタクロレインのモ
ル数)/(供給したイソブタンのモル数)×100 イソブチレンの収率=(生成したイソブチレンのモル
数)/(供給したイソブタンのモル数)×100The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples. The conversion, the selectivity, and the yield in Examples will be described with reference to the production of isobutylene and / or methacrolein by the selective oxidation of isobutane as an example. Isobutane conversion = (moles of reacted isobutane) /
(Mol number of supplied isobutane) × 100 isobutylene selectivity = (mol number of generated isobutylene) / (mol number of reacted isobutane) × 100 methacrolein selectivity = (mol number of generated methacrolein) / (reaction Number of moles of isobutane obtained) × 100 Selectivity of active ingredient = (selectivity of isobutylene) + (selectivity of methacrolein) Yield of methacrolein = (number of moles of formed methacrolein) / (number of moles of supplied isobutane) × 100 Yield of isobutylene = (mol number of generated isobutylene) / (mol number of supplied isobutane) × 100
【0018】実施例1(Sb−Re複合酸化物触媒の調
製) 2.8gの酸化レニウム(VII)[Re2O7](添川社
製;純度99.99%)をテフロン製のオートクレーブ
に入れ、2mlの脱イオン水を加えた。これに1.7g
の酸化アンチモン(III)[Sb2O3](添川社製;純
度99.99%)を激しく攪拌しながら室温で加え、そ
の後オートクレーブを封じて200℃で24時間加熱
し、さらに室温で6日間熟成させることによって得られ
た試料を減圧乾燥し、SbOReO4・2H2Oを得た。
さらに、このSbOReO4・2H2Oを噴霧乾燥し、仮
焼成し、レニウム(Re)又は酸化アンチモン(III)
を加えて500℃にて焼成し、SbRe2O6及びSb4
Re2O13の複合酸化物触媒を得た。次に、X線回折装
置(理学社製)、X線光電子分光器(理学社製)、ラマ
ン分光器(日本分光社製)を用いて、結晶構造、価数、
振動モードを分析し得られた化合物が新規Sb−Re酸
化複合体SbRe2O6及びSb4Re2O13であることを
確認した。Example 1 (Preparation of Sb-Re complex oxide catalyst) 2.8 g of rhenium (VII) oxide [Re 2 O 7 ] (manufactured by Soekawa; purity 99.99%) was placed in a Teflon autoclave. 2 ml of deionized water was added. 1.7g to this
Of antimony (III) oxide [Sb 2 O 3 ] (Soekawa; purity 99.99%) was added at room temperature with vigorous stirring, then the autoclave was sealed and heated at 200 ° C. for 24 hours, and further at room temperature for 6 days. the samples obtained by maturing and dried under reduced pressure to give the SbOReO 4 · 2H 2 O.
Further, this SbOREO 4 .2H 2 O is spray-dried and calcined to obtain rhenium (Re) or antimony (III) oxide.
And baked at 500 ° C. to form SbRe 2 O 6 and Sb 4
A composite oxide catalyst of Re 2 O 13 was obtained. Next, using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation), an X-ray photoelectron spectrometer (manufactured by Rigaku Corporation), and a Raman spectrometer (manufactured by JASCO Corporation),
By analyzing the vibration modes, it was confirmed that the obtained compounds were novel Sb-Re oxidation complexes SbRe 2 O 6 and Sb 4 Re 2 O 13 .
【0019】実施例2(SbRe2O6によるイソブタン
の選択酸化反応) 上記で得られた複合酸化物触媒であるSbRe2O
6(0.3g)を石英製反応管に充填し、図1に示す固
定層流動反応系の装置を用いてイソブタンの選択酸化反
応を行った。図1において、1はイソブタンボンベ、2
はプロパンボンベ、3は酸素ガスボンベ、4はヘリウム
ガスボンベ、5はイソブタンMFC(マスフローコント
ローラー)、6はプロパンMFC(マスフローコントロ
ーラー)、7は酸素ガスMFC(マスフローコントロー
ラー)、8はヘリウムガスMFC(マスフローコントロ
ーラー)、9はダイヤフラム型ポンプ、10は流量調節
バルブ、11は四方バルブ、12は圧力計、13は反応
管、14はニードルバルブ、15はピンホール、16は
アートサンプラー、17はガスクロマトグラフィー、1
8はマスフローコントローラー、19はロータリーポン
プを示す。Example 2 (Selective oxidation reaction of isobutane with SbRe 2 O 6 ) SbRe 2 O which is a composite oxide catalyst obtained above
6 (0.3 g) was charged into a quartz reaction tube, and a selective oxidation reaction of isobutane was performed using a fixed bed fluidized reaction system shown in FIG. In FIG. 1, 1 is an isobutane cylinder, 2
Is propane cylinder, 3 is oxygen gas cylinder, 4 is helium gas cylinder, 5 is isobutane MFC (mass flow controller), 6 is propane MFC (mass flow controller), 7 is oxygen gas MFC (mass flow controller), 8 is helium gas MFC (mass flow controller) ), 9 is a diaphragm pump, 10 is a flow control valve, 11 is a four-way valve, 12 is a pressure gauge, 13 is a reaction tube, 14 is a needle valve, 15 is a pinhole, 16 is an art sampler, 17 is gas chromatography, 1
8 denotes a mass flow controller, and 19 denotes a rotary pump.
【0020】上記触媒が充填されている反応管13を温
度調節器で制御された電気炉(図示せず)により500
℃の温度に調整した後、マスフローコントローラー18
を用いてイソブタン18容量%、酸素36容量%、ヘリ
ウム44容量%からなる混合ガスをおよそ2500/h
rのガス空間速度(GHSV)で反応器へ導入し、選択
酸化反応を行わせた。この反応により生成した生成物を
ガスクロマトグラフィーにより分析し、この分析結果か
ら上記式によりそれぞれの時間によるイソブタンの転化
率、メタクロレインの収率及びイソブタンの収率と、メ
タクロレインとイソブチレンからなる有効成分の選択
率、メタクロレインの選択率及びイソブチレンの選択率
を算出した。その結果を図2に示す。イソブタン転化率
はおよそ6〜7%で、メタクロレインの収率はおよそ3
%、イソブチレンの収率はおよそ2〜3%であった。ま
た、有効成分への選択率はおよそ80〜90%であっ
た。これらのことから、この触媒により高安定性の選択
酸化反応が起こることがわかった。The reaction tube 13 filled with the catalyst is placed in an electric furnace (not shown) controlled by a temperature controller for 500 minutes.
After adjusting the temperature to ℃, the mass flow controller 18
A mixed gas consisting of 18% by volume of isobutane, 36% by volume of oxygen and 44% by volume of helium is converted to about 2500 / h
The gas was introduced into the reactor at a gas hourly space velocity (GHSV) to cause a selective oxidation reaction. The product formed by this reaction is analyzed by gas chromatography, and from the analysis results, the conversion of isobutane, the yield of methacrolein, the yield of isobutane, and the effective amount of methacrolein and isobutylene are calculated according to the above formulas. The selectivity of the components, the selectivity of methacrolein and the selectivity of isobutylene were calculated. The result is shown in FIG. The isobutane conversion is about 6-7% and the methacrolein yield is about 3
%, Isobutylene yield was approximately 2-3%. The selectivity to the active ingredient was about 80 to 90%. From these results, it was found that this catalyst causes a highly stable selective oxidation reaction.
【0021】実施例3(SbOReO4・2H2Oによる
イソブタンの選択酸化反応) 上記で得られた複合酸化物触媒であるSbOReO4・
2H2O(0.3g)を石英製反応管に充填し、実施例
2と同様にイソブタンの選択酸化反応を行った。その結
果を図3に示す。イソブタン転化率は2%前後で、メタ
クロレインの収率はおよそ1%、イソブチレンの収率は
およそ0.5〜1%であった。また、有効成分への選択
率はおよそ80%であった。これらのことから、この触
媒においても高安定性の選択酸化反応が起こることがわ
かった。[0021] SbOReO 4 · an Example 3 (isobutane selective oxidation reaction with SbOReO 4 · 2H 2 O) composite oxide catalyst obtained above
2H 2 O (0.3 g) was charged into a quartz reaction tube, and a selective oxidation reaction of isobutane was performed in the same manner as in Example 2. The result is shown in FIG. The isobutane conversion was around 2%, the methacrolein yield was about 1%, and the isobutylene yield was about 0.5-1%. The selectivity to the active ingredient was about 80%. From these results, it was found that a highly stable selective oxidation reaction also occurred in this catalyst.
【0022】実施例4(Sb4Re2O13によるイソブタ
ンの選択酸化反応) 上記で得られた複合酸化物触媒であるSb4Re2O
13(0.3g)を石英製反応管に充填し、実施例2と同
様にイソブタンの選択酸化反応を行った。その結果を図
4に示す。イソブタン転化率はおよそ4〜6%、メタク
ロレインの収率はおよそ2〜3%、イソブチレンの収率
はおよそ1〜2%であり、それぞれ時間の経過につれ増
加する傾向にあったが、有効成分への選択率はおよそ8
0〜90%と高安定性の選択酸化反応が起こることがわ
かった。Example 4 (Selective oxidation reaction of isobutane with Sb 4 Re 2 O 13 ) The composite oxide catalyst Sb 4 Re 2 O obtained above was obtained.
13 (0.3 g) was charged into a quartz reaction tube, and a selective oxidation reaction of isobutane was carried out in the same manner as in Example 2. FIG. 4 shows the results. The isobutane conversion was about 4 to 6%, the yield of methacrolein was about 2 to 3%, and the yield of isobutylene was about 1 to 2%. Each of the active ingredients tended to increase with time. Selectivity to about 8
It was found that a highly stable selective oxidation reaction of 0 to 90% occurred.
【0023】実施例5(イソブタンの分圧の影響) 上記で得られた複合酸化物触媒であるSbRe2O
6(0.3g)を石英製反応管に充填し、イソブタンの
分圧を図5に示される値にそれぞれ変化させ、実施例2
と同様にイソブタンの選択酸化反応の速度や選択性を検
討した結果を図5に示す。イソブタン転化速度、メタク
ロレインの生成速度、イソブチレンの生成速度は、イソ
ブタンの分圧の増加に伴い増加する傾向にあったが、有
効成分への選択率の変化は見られなかった。Example 5 (Effect of partial pressure of isobutane) SbRe 2 O which is a composite oxide catalyst obtained above
6 (0.3 g) was charged into a reaction tube made of quartz, and the partial pressure of isobutane was changed to the value shown in FIG.
FIG. 5 shows the results obtained by examining the rate and selectivity of the selective oxidation reaction of isobutane in the same manner as in FIG. The conversion rate of isobutane, the formation rate of methacrolein, and the formation rate of isobutylene tended to increase with an increase in the partial pressure of isobutane, but no change in selectivity to the active ingredient was observed.
【0024】実施例6(酸素の分圧の影響) 上記で得られた複合酸化物触媒であるSbRe2O
6(0.3g)を石英製反応管に充填し、酸素の分圧を
図6に示される値にそれぞれ変化させ、実施例2と同様
にイソブタンの選択酸化反応の速度や選択性を検討した
結果を図6に示す。イソブタン転化速度、メタクロレイ
ンの生成速度、イソブチレンの生成速度は、酸素の分圧
の増加に伴い増加し、35kPaを越えると増加しなか
った。また、同様に有効成分及びイソブチレンの選択率
も酸素の分圧の増加に伴い増加し、35kPaを越える
と増加しないことがわかった。Example 6 (Effect of partial pressure of oxygen) SbRe 2 O, which is a composite oxide catalyst obtained as described above,
6 (0.3 g) was charged into a quartz reaction tube, and the partial pressure of oxygen was changed to the values shown in FIG. 6, and the rate and selectivity of the selective oxidation reaction of isobutane were examined in the same manner as in Example 2. FIG. 6 shows the results. The isobutane conversion rate, methacrolein formation rate, and isobutylene formation rate increased with an increase in the oxygen partial pressure, and did not increase when the pressure exceeded 35 kPa. Similarly, it was found that the selectivities of the active ingredient and isobutylene also increased with an increase in the oxygen partial pressure, and did not increase when the pressure exceeded 35 kPa.
【0025】以上のことから、原料ガス供給における高
酸素分圧は、イソブチレン及び/又はメタクロレインの
選択率を保ちながらイソブチレンの生成速度を増加させ
ることがわかった。また、従来困難であった過剰な酸素
共存下での低級アルカンからのアルケン及び/又は含酸
素化合物の合成法を確立できることも示唆された。From the above, it was found that the high oxygen partial pressure in the supply of the raw material gas increased the production rate of isobutylene while maintaining the selectivity of isobutylene and / or methacrolein. It was also suggested that a method for synthesizing alkenes and / or oxygen-containing compounds from lower alkanes in the presence of excess oxygen, which was conventionally difficult, could be established.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明によると、新規なSb−Re複合
酸化物からなる選択酸化反応用触媒を用いることによ
り、特に過剰な酸素共存下でのイソブチレン等のアルケ
ン及び/又はメタクロレイン等の含酸素化合物への選択
酸化を行うことができる。According to the present invention, by using a catalyst for selective oxidation reaction comprising a novel Sb-Re composite oxide, it is possible to include alkene such as isobutylene and / or methacrolein in the presence of excess oxygen. Selective oxidation to oxygen compounds can be performed.
【図1】選択酸化反応用の反応装置の概略説明図であ
る。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a reaction apparatus for a selective oxidation reaction.
【図2】本発明のSbRe2O6を用いた選択酸化反応に
おけるイソブタンの転化率と、メタクロレイン及びイソ
ブチレンの収率と、有効成分、メタクロレイン及びイソ
ブチレンの選択率を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the conversion of isobutane, the yield of methacrolein and isobutylene, and the selectivity of active ingredients, methacrolein and isobutylene in the selective oxidation reaction using SbRe 2 O 6 of the present invention.
【図3】本発明のSbOReO4・2H2Oを用いた選択
酸化反応におけるイソブタンの転化率と、メタクロレイ
ン及びイソブチレンの収率と、有効成分、メタクロレイ
ン及びイソブチレンの選択率を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the conversion of isobutane, the yield of methacrolein and isobutylene, and the selectivity of active ingredients, methacrolein and isobutylene in the selective oxidation reaction using SbOREO 4 .2H 2 O of the present invention. .
【図4】本発明のSb4Re2O13を用いた選択酸化反応
におけるイソブタンの転化率と、メタクロレイン及びイ
ソブチレンの収率と、有効成分、メタクロレイン及びイ
ソブチレンの選択率を示す図である。FIG. 4 is a graph showing the conversion of isobutane, the yield of methacrolein and isobutylene, and the selectivity of active ingredients, methacrolein and isobutylene in the selective oxidation reaction using Sb 4 Re 2 O 13 of the present invention. .
【図5】本発明のSbRe2O6を用いた選択酸化反応に
おけるイソブタンの転化速度、メタクロレインの生成速
度及びイソブチレンの生成速度と、有効成分、メタクロ
レイン及びイソブチレンの選択率に及ぼすイソブタンの
分圧の影響を示す図である。FIG. 5 shows the conversion rate of isobutane, the formation rate of methacrolein and the formation rate of isobutylene in the selective oxidation reaction using SbRe 2 O 6 of the present invention, and the effect of isobutane on the selectivity of the active ingredient, methacrolein and isobutylene. It is a figure showing the influence of pressure.
【図6】本発明のSbRe2O6を用いた選択酸化反応に
おけるイソブタンの転化速度、メタクロレインの生成速
度及びイソブチレンの生成速度と、有効成分、メタクロ
レイン及びイソブチレンの選択率に及ぼす酸素の分圧の
影響を示す図である。FIG. 6 shows the conversion rate of isobutane, the formation rate of methacrolein, and the formation rate of isobutylene in the selective oxidation reaction using SbRe 2 O 6 of the present invention, and the effect of oxygen content on the selectivity of active ingredients, methacrolein and isobutylene. It is a figure showing the influence of pressure.
1 イソブタンボンベ 2 プロパンボンベ 3 酸素ガスボンベ 4 ヘリウムガスボンベ 5 イソブタンMFC 6 プロパンMFC 7 酸素ガスMFC 8 ヘリウムガスMFC 9 ダイヤフラム型ポンプ 10 流量調節バルブ 11 四方バルブ 12 圧力計 13 反応管 14 ニードルバルブ 15 ピンホール 16 アートサンプラー 17 ガスクロマトグラフィー 18 マスフローコントローラー 19 ロータリーポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Isobutane cylinder 2 Propane cylinder 3 Oxygen gas cylinder 4 Helium gas cylinder 5 Isobutane MFC 6 Propane MFC 7 Oxygen gas MFC 8 Helium gas MFC 9 Diaphragm pump 10 Flow control valve 11 Four-way valve 12 Pressure gauge 13 Reaction tube 14 Needle valve 15 Pinhole 16 Art sampler 17 Gas chromatography 18 Mass flow controller 19 Rotary pump
フロントページの続き Fターム(参考) 4G069 AA02 AA08 BB06A BB06B BC26A BC26B BC64A BC64B CB07 CB10 DA05 4H006 AA02 AC45 BA13 BA16 BA30 BA81 BC10 BC11 BE30 BQ20 4H039 CA62 CC20 CC30 Continued on the front page F term (reference) 4G069 AA02 AA08 BB06A BB06B BC26A BC26B BC64A BC64B CB07 CB10 DA05 4H006 AA02 AC45 BA13 BA16 BA30 BA81 BC10 BC11 BE30 BQ20 4H039 CA62 CC20 CC30
Claims (8)
徴とする低級アルカンの選択酸化反応用触媒。1. A catalyst for selective oxidation of lower alkanes, comprising a Sb-Re composite oxide.
2O6、Sb4Re2O13又はSbOReO4・2H2Oであ
ることを特徴とする請求項1記載の低級アルカンの選択
酸化反応用触媒。2. The method according to claim 1, wherein the Sb-Re composite oxide is SbRe.
2. The catalyst for selective oxidation of lower alkanes according to claim 1, wherein the catalyst is 2 O 6 , Sb 4 Re 2 O 13 or SbOREo 4 .2H 2 O.
を特徴とする請求項1又は2記載の低級アルカンの選択
酸化反応用触媒。3. The catalyst for selective oxidation reaction of lower alkane according to claim 1, wherein the lower alkane is isobutane.
級アルカンを分子状酸素含有ガスにより気相接触酸化す
ることを特徴とする対応アルケン及び/又は対応含酸素
化合物の製造方法。4. A process for producing a corresponding alkene and / or a corresponding oxygen-containing compound, comprising subjecting a lower alkane to gas-phase catalytic oxidation with a molecular oxygen-containing gas in the presence of an Sb-Re composite oxide catalyst.
2O6、Sb4Re2O13又はSbOReO4・2H2Oであ
ることを特徴とする請求項4記載の対応アルケン及び/
又は対応含酸素化合物の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the Sb-Re composite oxide is SbRe.
The corresponding alkene and / or the alkene according to claim 4, characterized in that it is 2 O 6 , Sb 4 Re 2 O 13 or SbOREo 4 .2H 2 O.
Or a method for producing a corresponding oxygen-containing compound.
アルケンがイソブチレンであり、対応含酸素化合物がメ
タクロレインであることを特徴とする請求項4又は5記
載の対応アルケン及び/又は対応含酸素化合物の製造方
法。6. The corresponding alkene and / or the corresponding oxygenated compound according to claim 4 or 5, wherein the lower alkane is isobutane, the corresponding alkene is isobutylene, and the corresponding oxygenated compound is methacrolein. Production method.
kPaの範囲内で行われることを特徴とする請求項4〜
6のいずれか記載の対応アルケン及び/又は対応含酸素
化合物の製造方法。7. The gas phase catalytic oxidation, wherein the oxygen partial pressure is 30-60.
The pressure is set within a range of kPa.
7. The method for producing a corresponding alkene and / or a corresponding oxygen-containing compound according to any one of 6.
温下で行われることを特徴とする請求項4〜7のいずれ
か記載の対応アルケン及び/又は対応含酸素化合物の製
造方法。8. The method for producing a corresponding alkene and / or a corresponding oxygen-containing compound according to any one of claims 4 to 7, wherein the gas-phase catalytic oxidation is performed at a high temperature of 400 to 600 ° C.
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