JP2001162169A - 担体、複合酸化物触媒、およびアクリル酸の製造方法 - Google Patents

担体、複合酸化物触媒、およびアクリル酸の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 アクロレインの気相接触酸化によりアクリル
酸を製造するのに好適な酸化触媒用担体、および複合酸
化物触媒を提供する。 【解決手段】 不活性担体の表面の少なくとも一部に
式(1):XaYbZcOd(式中、Xはアルカリ土類
金属から選ばれる少なくとも1種の元素、YはSi、A
l、TiおよびZrから選ばれる少なくとも1種の元
素、Zは周期律表第IA属元素、第IIIB属元素、
B、Fe、Bi、Co、NiおよびMnから選ばれる少
なくとも1種の元素、Oは酸素であり、a、b、cおよ
びdはそれぞれX、Y、ZおよびOの原子比を表し、a
=1のとき、0<b≦100、0≦c≦10であり、d
はそれぞれの元素の酸化状態によって定まる数値であ
る)で表される酸化物を担持させた担体、この担体に
MoとVとを含む複合酸化物を担持させた複合酸化物触
媒、この複合酸化物触媒の存在下にアクロレインを気
相酸化してアクリル酸を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は担体、複合酸化物触媒お
よびアクリル酸の製造方法に関し、詳しくは気相接触酸
化反応によるアクロレインからアクリル酸の製造に使用
するのに好適な、担体およびこの担体を用いてなる複合
酸化物触媒、ならびにこの触媒を用いたアクリル酸の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アクロレインの気相接触酸化反応によっ
てアクリル酸を効率よく製造するための改良触媒は数多
く提案されている。例えば、特公昭44−12129号
公報にはモリブデン、バナジウム、タングステンからな
る触媒、特公昭49−11371号公報にはモリブデ
ン、バナジウム、銅、タングステン、クロムからなる触
媒、特公昭50−25914号公報にはモリブデン、バ
ナジウムからなる触媒、特開昭52−85091号公報
にはモリブデン、バナジウム、銅と、アンチモン、ゲル
マニウムの少なくとも1種の元素とからなる触媒が記載
されている。
【0003】しかしながら、これら従来の触媒は、工業
的実施において目的とするアクリル酸の収率が不十分で
あったり、活性の低下が速く、触媒寿命の点からも十分
満足できるとはいえない。このため、安定性に優れ、長
期間にわたって高収率でアクリル酸の製造を可能とする
触媒の開発が必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的の一つ
は、担体、特にアクロレインの気相接触酸化によりアク
リル酸を製造するのに好適な酸化触媒用担体を提供する
ことにある。
【0005】本発明の他の目的は、複合酸化物触媒、特
にアクロレインの気相接触酸化によりアクリル酸を製造
するのに好適な複合酸化物触媒を提供することにある。
【0006】本発明の他の目的は、触媒の存在下にアク
ロレインを気相にて分子状酸素または分子状酸素含有ガ
スにより酸化して長期にわたって高収率でアクリル酸を
製造する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、一般的に
用いられる不活性担体の表面の少なくとも一部にアルカ
リ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素とケイ
素、アルミニウム、ジルコニウムおよびチタニウムから
選ばれる少なくとも1種の元素とを含む酸化物、あるい
は上記元素のほかに周期律表第IA属元素、第IIIB
属元素、ホウ素、鉄、ビスマス、コバルト、ニッケルお
よびマンガンから選ばれる少なくとも1種の元素を含む
酸化物を担持し、このようにして得られた酸化物担持担
体にモリブデンとバナジウムとを含む複合酸化物を担持
させた複合酸化物触媒を用いると、アクリル酸を高い収
率で長期間安定して製造できることを見出し、本発明を
完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、不活性担体の表面の
少なくとも一部に下記式(1) XaYbZcOd (1) (ここで、Xはアルカリ土類金属から選ばれる少なくと
も1種の元素、Yはケイ素、アルミニウム、チタニウム
およびジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の元
素、Zは周期律表第IA属元素、第IIIB属元素、ホ
ウ素、鉄、ビスマス、コバルト、ニッケルおよびマンガ
ンから選ばれる少なくとも1種の元素、そしてOは酸素
であり、a、b、cおよびdはそれぞれX、Y、Zおよ
びOの原子比を表し、a=1のとき、0<b≦100
(好ましくは、0.01≦b≦100)、0≦c≦10
であり、dはそれぞれの元素の酸化状態によって定まる
数値である。)で表される酸化物を担持させてなること
を特徴とする担体である。
【0009】また、本発明は、モリブデンとバナジウム
とを含む複合酸化物、なかでも下記一般式(2) MoeVfWgCuhAiBjOk (2) (ここで、Moはモリブデン、Vはバナジウム、Wはタ
ングステン、Cuは銅、Aはアンチモン、ニオブおよび
スズから選ばれる少なくとも1種の元素、Bはリン、テ
ルル、鉛、ヒ素および亜鉛から選ばれる少なくとも1種
の元素、そしてOは酸素であり、e、f、g、h、i、
jおよびkはそれぞれMo、V、W、Cu、A、Bおよ
びOの原子比を表し、e=12のとき、2≦f≦15、
0≦g≦10、0<h≦6(好ましくは、0.01≦h
≦6)、0≦i≦6、0≦j≦5であり、kはそれぞれ
の元素の酸化状態によって定まる数値である。)で表さ
れる複合酸化物を上記担体に担持させてなることを特徴
とする複合酸化物触媒である。
【0010】また、本発明は、アクロレインを気相にて
分子状酸素または分子状酸素含有ガスにより酸化してア
クリル酸を製造する気相接触酸化反応において、この反
応を上記複合酸化物触媒の存在下に行うことを特徴とす
るアクリル酸の製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明で用いる不活性担体として
は、各種触媒、特にアクロレインの酸化触媒の調製に一
般に用いられている不活性担体であればいずれも使用す
ることができる。その代表例としては、シリカ、アルミ
ナ、シリカ−アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化
チタン、酸化ジルコニウムなどを挙げることができる。
なかでも、アルミナ、シリカ−アルミナが好適に用いら
れる。
【0012】本発明の担体は、上記不活性担体の表面の
少なくとも一部に前記一般式(1)で表される酸化物を
担持させたものである。すなわち、本発明の担体は、不
活性担体と、その表面の少なくとも一部に担持されてな
る、一般式(1)で表される酸化物とからなるものであ
る。不活性担体上に担持された一般式(1)で表される
酸化物の形態については特に制限はないが、通常、有効
量の酸化物が不活性担体上にほぼ均一な厚さで被覆され
ているのが好ましい。なお、以下の説明においては、便
宜上、本発明の担体を酸化物担持担体という。
【0013】一般式(1)で表される酸化物の担持量に
ついては、少なくとも担持効果が十分得られる程度であ
ればよい。具体的には、不活性担体上に、一般式(1)
で表される酸化物を下記式: 担持率(%)=[1−(不活性担体の質量/酸化物担持
担体の質量)]×100 で表される担持率が1〜50%、好ましくは3〜30%
となるように担持するのがよい。担持率が1%未満では
担持効果が十分得られず、一方、50%を超えると不活
性担体自体が有する担体表面の粗さ、気孔などが担持し
た酸化物によって失われるため、酸化物担持担体とその
上に担持する触媒成分との接着力が低下し、触媒成分の
剥離などの問題が発生する。
【0014】本発明の酸化物担持担体における、不活性
担体表面への一般式(1)で表される酸化物の担持の状
態は、EPMA(電子線マイクロアナライザー:ELE
CTRON PROBE MICRO ANALYZE
R)による断面の線分析または面分析により確認するこ
とができる。
【0015】一般式(1)で表される酸化物のなかで
も、X成分のアルカリ土類金属がマグネシウム、カルシ
ウム、ストロンチウムまたはバリウムであり、Y成分が
ケイ素またはアルミニウムであり、Z成分がナトリウ
ム、カリウム、鉄、コバルト、ニッケルまたはホウ素で
あって、a=1のとき、0<b≦100(好ましくは、
0.01≦b≦100)、0≦c≦10である酸化物が
好適に用いられる。
【0016】本発明の酸化物担持担体は、目的化合物を
不活性担体に担持するのに一般に用いられている各種方
法にしたがって調製することができる。例えば、アルカ
リ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素とケイ
素、アルミニウム、ジルコニウムおよびチタニウムから
選ばれる少なくとも1種の元素、あるいはさらに周期律
表第IA属元素、第IIIB属元素、ホウ素、鉄、ビス
マス、コバルト、ニッケルおよびマンガンから選ばれる
少なくとも1種の元素を含む水溶液、懸濁液、あるいは
粉体を不活性担体に含浸、吹き付け、あるいは蒸発乾固
などにより担持し、必要に応じて乾燥した後、500℃
〜2,000℃、好ましくは700℃〜1,800℃、
更に好ましくは800℃〜1,700℃の温度範囲で1
〜10時間程度熱処理すればよい。なお、出発原料とし
て、X成分とY成分とを同時に含む化合物を用いてもよ
いことはいうまでもない。
【0017】本発明の複合酸化物触媒は、上記酸化物担
持担体にモリブデンとバナジウムとを含む複合酸化物、
好ましくは前記一般式(2)で表される複合酸化物を担
持したものであり、担体として上記酸化物担持担体を用
いる点を除けば、この種の複合酸化物触媒の調製に一般
に用いられている方法にしたがって調製することができ
る。例えば、出発原料に関していえば、各元素成分を含
有し、焼成によって酸化物を生成する化合物であればい
ずれも使用することができる。
【0018】一般式(2)で表される複合酸化物のなか
でも、A成分がアンチモンまたはスズであり、B成分が
リン、テルルまたは亜鉛であって、e=12のとき、2
≦f≦15、0≦g≦10、0<h≦6(好ましくは、
0.01≦h≦6)、0≦i≦6、0≦j≦5である複
合酸化物が好適に用いられる。
【0019】担体および触媒の形状については特に制限
はなく、リング状、球状、円柱状など任意の形状を選択
することができる。その平均直径は、触媒として、1〜
15mm、好ましくは3〜10mmである。
【0020】モリブデンとバナジウムとを含む複合酸化
物の担持量については、下記式 担持率(%)=[(複合酸化物の質量)/(酸化物担持
担体の質量+複合酸化物の質量)]×100 で表される担持率が10〜70%、好ましくは15〜5
0%となるように担持するのがよい。
【0021】本発明の複合酸化物触媒の調製の際には、
触媒の強度、紛化度を改善する効果があるとして一般に
よく知られているガラス繊維などの無機繊維、各種ウィ
スカーなどを添加してもよい。また、触媒物性を再現よ
く制御するために硝酸アンモニウム、セルロース、デン
プン、ポリビニルアルコール、ステアリン酸などの添加
物を使用することもできる。
【0022】本発明の複合酸化物触媒は300〜600
℃、好ましくは350℃〜500℃の温度で1〜10時
間程度焼成して得られる。
【0023】本発明のアクリル酸の製造方法は、上記複
合酸化物触媒を用いる点を除けば、アクロレインの気相
酸化反応によるアクリル酸の製造に一般に用いられてい
る方法にしたがって行うことができる。したがって、本
発明の気相接触酸化反応の実施に際しての装置、条件な
どについては特に制限はない。反応器としては一般の固
定床反応器、流動床反応器、移動床反応器が用いられ、
反応条件については、例えば、1〜15容量%のアクロ
レイン、0.5〜25容量%の酸素、1〜30容量%の
水蒸気および20〜80容量%の窒素などの不活性ガス
などからなる混合ガスを200〜400℃の温度範囲で
0.1〜1MPaの圧力下に300〜5,000h
-1(STP)の空間速度で本発明の複合酸化物触媒と接
触させればよい。
【0024】原料ガスとしては、アクロレイン、酸素お
よび不活性ガスからなる混合ガスはもとよりのこと、プ
ロピレンを直接酸化して得られるアクロレイン含有の混
合ガスも、必要に応じて空気または酸素、さらには水蒸
気を添加して使用することもできる。このプロピレンを
直接酸化して得られるアクロレイン含有混合ガス中に含
まれる副生成物としてのアクリル酸、酢酸、酸化炭素、
プロパン、あるいは未反応プロピレンなどは本発明で使
用する複合酸化物触媒に対して何ら障害をもたらすもの
ではない。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、再現性よく、高活性、
高収率の触媒を得ることができる。また、本発明の複合
酸化物触媒は長期にわたり高い活性を維持することか
ら、本発明の方法によれば高収率で長期間にわたって安
定してアクリル酸を製造することができる。
【0026】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、もちろん本発明はこれらの実施例によっ
て何ら制限されるものではない。
【0027】なお、アクロレイン転化率、アクリル酸選
択率およびアクリル酸収率は次式によって求めた。 アクロレイン転化率(%)=[(反応したアクロレイン
のモル数)/(供給したアクロレインのモル数)]×1
00 アクリル酸選択率(%)=[(生成したアクリル酸のモ
ル数)/(反応したアクロレインのモル数)]×100 アクリル酸収率(%)=[(生成したアクリル酸のモル
数)/(供給したアクロレインのモル数)]×100 実施例1 (酸化物(Mg−Si−Al)担持担体の調製)純水
2,000mlを加熱攪拌しながら、この中に硝酸マグ
ネシウム890gおよび硝酸アルミニウム130gを溶
解した。この液に20質量%のシリカゾル1563gを
添加・混合した。この液に不活性担体として平均粒径が
5mmのシリカ−アルミナからなる球状担体2,000
gを加え、加熱しながら蒸発乾固して担体に付着させた
後、段階的に加熱処理温度を上昇させ、最終1,300
℃にて3時間焼成して酸化物担持担体(担体(1))を
得た。被覆酸化物の組成(ただし、酸素は除く、以下同
じ)は次のとおりであった。 Mg1Si1.5Al0.1 担持率は18.3%であった。 (複合酸化物触媒の調製)純水2,000mlを加熱攪
拌しながら、この中にパラモリブデン酸アンモニウム3
50g、メタバナジン酸アンモニウム96.6gおよび
パラタングステン酸アンモニウム44.6gを溶解し
た。別に純水200gを加熱攪拌しながら、硝酸第二銅
87.8gおよび三酸化アンチモン4.8gを添加し
た。得られた2つの液を混合した後、湯浴上の磁製蒸発
器に入れ、これに担体(1)1,200mlを加え、攪
拌しながら蒸発乾固して担体(1)に付着させた後、4
00℃で6時間焼成して複合酸化物触媒(触媒(1))
を調製した。この触媒(1)の金属元素の組成(酸素は
除く、以下同じ)は次のとおりであった。 Mo1251Cu2.2Sb0.5 担持率は22%であった。 (酸化反応)このようにして得られた触媒(1)1,0
00mlを直径25mmのステンレン製反応管に充填し
た。この反応管にアクロレイン5容量%、酸素5.5容
量%、水蒸気25容量%および窒素などからなる不活性
ガス64.5容量%の混合ガスを導入し、反応温度26
0℃、空間速度(SV)1,500h-1(STP)で反
応させた。反応初期および8,000時間経過時の性能
を表1に示した。 比較例1 実施例1において、不活性担体をそのまま使用した以外
は実施例1と同様にして触媒(2)を調製した。また、
この触媒(2)を用い、実施例1と同じ条件で酸化反応
を行った。結果を表1に示した。 実施例2 (酸化物(Ca−Ba−Si)担持担体の調製)純水
2,000mlを加熱攪拌しながら、この中に硝酸カル
シウム8.2g、硝酸バリウム9.1gおよび硝酸ナト
リウム1.5gを溶解した。この液に20質量%のシリ
カゾル563gを添加・混合した。この液に不活性担体
として平均粒径が5mmのシリカ−アルミナからなる球
状担体2,000gを加え、加熱しながら蒸発乾固して
担体に付着させた後、段階的に加熱処理温度を上昇さ
せ、最終1,400℃にて5時間焼成して酸化物担持担
体(担体(2))を得た。被覆酸化物の組成は次のとお
りであった。 (Ca0.5Ba0.51Si27Na0.25 担持率は5.4%であった。 (複合酸化物触媒の調製)実施例1において、担体
(1)の代わりに担体(2)を用いた以外は実施例1と
同様の方法にて複合酸化物触媒(触媒(3))を調製し
た。 (酸化反応)実施例1において、触媒(1)の代わりに
触媒(3)を用いた以外は実施例1と同じ条件で反応を
行った。結果を表1に示した。 実施例3 (酸化物(Mg−Si−Al)担持担体の調製)純水
2,000mlを加熱攪拌しながら、この中に硝酸マグ
ネシウム1423g、硝酸鉄112g、硝酸カリウム
5.6gおよび硝酸アルミニウム208gを溶解した。
この液に20質量%のシリカゾル2500gを添加・混
合した。この液に不活性担体として平均粒径が5mmの
シリカ−アルミナからなる球状担体2,000gを加
え、加熱しながら蒸発乾固して担体に付着させた後、段
階的に加熱処理温度を上昇させ、最終1,200℃にて
3時間焼成して酸化物担持担体(担体(3))を得た。
被覆酸化物の組成は次のとおりであった。 Mg1Si1.5Al0.10.01Fe0.05 担持率は27%であった。 (複合酸化物触媒の調製)実施例1において、担体
(1)の代わりに担体(3)を用いた以外は実施例1と
同様の方法にて複合酸化物触媒(触媒(4))を調製し
た。 (酸化反応)実施例1において、触媒(1)の代わりに
触媒(4)を用いた以外は実施例1と同じ条件で反応を
行った。結果を表1に示した。 実施例4 (酸化物(Sr−Si−Al)担持担体の調製)純水
2,000mlを加熱攪拌しながら、この中に硝酸スト
ロンチウム183.6gおよび硝酸アルミニウム650
gを溶解した。この液に20質量%のシリカゾル625
gを添加・混合した。この液に不活性担体として平均粒
径が5mmのシリカ−アルミナからなる球状担体2,0
00gを加え、加熱しながら蒸発乾固して担体に付着さ
せた後、段階的に加熱処理温度を上昇させ、最終1,5
00℃にて3時間焼成して酸化物担持担体(担体
(4))を得た。被覆酸化物の組成は次のとおりであっ
た。 Sr1Si2.4Al2 担持率は12.6%であった。 (複合酸化物触媒の調製)実施例1において、担体
(1)の代わりに担体(4)を用いた以外は実施例1と
同様の方法にて複合酸化物触媒(触媒(5))を調製し
た。 (酸化反応)実施例1において、触媒(1)の代わりに
触媒(5)を用いた以外は実施例1と同じ条件で反応を
行った。結果を表1に示した。 実施例5 (酸化物(Mg−Si)担持担体の調製)純水2,00
0mlにナカライテスク(株)製ケイ酸マグネシウム3
00gを添加した。この液に不活性担体として平均粒径
が5mmのシリカ−アルミナからなる球状担体2,00
0gを加え、加熱しながら蒸発乾固して担体に付着させ
た後、段階的に加熱処理温度を上昇させ、最終1,70
0℃にて2時間焼成して酸化物担持担体(担体(5))
を得た。被覆酸化物の組成は次のとおりであった。 Mg1Si1.5 担持率は9.7%であった。 (複合酸化物触媒の調製)実施例1において、担体
(1)の代わりに担体(5)を用いた以外は実施例1と
同様の方法にて複合酸化物触媒(触媒(6))を調製し
た。 (酸化反応)実施例1において、触媒(1)の代わりに
触媒(6)を用いた以外は実施例1と同じ条件で反応を
行った。結果を表1に示した。
【0028】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 27/057 B01J 27/057 Z 27/199 27/199 Z 32/00 32/00 C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 C07C 51/235 C07C 51/235 57/055 57/055 A Fターム(参考) 4G069 AA01 AA03 AA08 BA01A BA02A BA03A BA04A BA05A BB06A BB06B BB11A BB15A BC01A BC02B BC03B BC08A BC09B BC10B BC12B BC13B BC15A BC16A BC16B BC21A BC22A BC25A BC26A BC26B BC27A BC31A BC31B BC35A BC50A BC51A BC54A BC54B BC55A BC59A BC59B BC60A BC60B BC62A BC66A BC66B BC67A BC68A BD03A BD05A BD05B BD07A BD10A CB10 DA06 FA06 FC08 4H006 AA02 AC46 BA02 BA05 BA06 BA07 BA08 BA09 BA10 BA11 BA12 BA13 BA14 BA15 BA16 BA19 BA20 BA21 BA27 BA30 BA31 BA33 BA35 BC13 BE30 4H039 CA65 CC30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不活性担体の表面の少なくとも一部に下
    記式(1) XaYbZcOd (1) (ここで、Xはアルカリ土類金属から選ばれる少なくと
    も1種の元素、Yはケイ素、アルミニウム、チタニウム
    およびジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の元
    素、Zは周期律表第IA属元素、第IIIB属元素、ホ
    ウ素、鉄、ビスマス、コバルト、ニッケルおよびマンガ
    ンから選ばれる少なくとも1種の元素、そしてOは酸素
    であり、a、b、cおよびdはそれぞれX、Y、Zおよ
    びOの原子比を表し、a=1のとき、0<b≦100、
    0≦c≦10であり、dはそれぞれの元素の酸化状態に
    よって定まる数値である。)で表される酸化物を担持さ
    せてなることを特徴とする担体。
  2. 【請求項2】 モリブデンとバナジウムとを含んでなる
    複合酸化物を請求項1の担体に担持させてなることを特
    徴とする複合酸化物触媒。
  3. 【請求項3】 モリブデンとバナジウムとを含んでなる
    複合酸化物が下記一般式(2) MoeVfWgCuhAiBjOk (2) (ここで、Moはモリブデン、Vはバナジウム、Wはタ
    ングステン、Cuは銅、Aはアンチモン、ニオブおよび
    スズから選ばれる少なくとも1種の元素、Bはリン、テ
    ルル、鉛、ヒ素および亜鉛から選ばれる少なくとも1種
    の元素、そしてOは酸素であり、e、f、g、h、i、
    jおよびkはそれぞれMo、V、W、Cu、A、Bおよ
    びOの原子比を表し、e=12のとき、2≦f≦15、
    0≦g≦10、0<h≦6、0≦i≦6、0≦j≦5で
    あり、kはそれぞれの元素の酸化状態によって定まる数
    値である。)で表される複合酸化物である請求項2に記
    載の複合酸化物触媒。
  4. 【請求項4】 アクロレインを気相にて分子状酸素また
    は分子状酸素含有ガスにより酸化してアクリル酸を製造
    する気相接触酸化反応において、この反応を請求項2ま
    たは3の複合酸化物触媒の存在下に行うことを特徴とす
    るアクリル酸の製造方法。
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