JP2002088012A - (メタ)アクリル酸の製造法 - Google Patents

(メタ)アクリル酸の製造法

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JP2002088012A JP2000276096A JP2000276096A JP2002088012A JP 2002088012 A JP2002088012 A JP 2002088012A JP 2000276096 A JP2000276096 A JP 2000276096A JP 2000276096 A JP2000276096 A JP 2000276096A JP 2002088012 A JP2002088012 A JP 2002088012A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロパンまたはイソブタンから(メタ)アク
リル酸を効率良く製造する方法を提供する。 【解決手段】 モリブデン、バナジウム、テルル及び鉄
を含む水溶液またはスラリーを110℃以上、かつ30
0℃未満で水熱合成させ、反応後のスラリーを濾別し得
られた固体を乾燥後、不活性ガス雰囲気中で焼成した触
媒を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプロパンまたはイソ
ブタンからの気相接触酸化反応による(メタ)アクリル
酸の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和
カルボン酸は合成樹脂、塗料、接着剤、可塑剤等の重要
な中間体として工業的に製造されている。現在、アクリ
ル酸はプロピレンの酸化、またメタクリル酸はイソブチ
レンの酸化により製造されているが、近年、プロピレ
ン、イソブチレンなどのアルケン類より安価なプロパ
ン、イソブタンなどのアルカン類の酸化によりこれらを
製造する方法が注目され、種々の触媒が提案されてい
る。
【0003】例えば、Bi−Mo−V−Ag系酸化物触
媒(特開平2−83348号公報)、V−P−Te系酸化
物触媒(特開平3−70445号公報)、Mo−Sb−
P系酸化物触媒(USP4260822号公報)、V−
Zr−P系酸化物触媒(Chem.Commun.、1
999、521−522)などが報告されている。
【0004】Mo−V−(Sb、Te)系酸化物に関す
る特許は数多く出願されており、特開平6−27935
1号公報、特開平9−278680号公報、特開平9−
316023号公報、特開平10−45644号公報、
特開平10−128112号公報等の組成に関するも
の、特開平10−36311号公報等の反応条件に関す
るもの、特開平10−57813号公報、特開平10−
118491号公報、特開平10−137585号公
報、特開平10−230164号公報、特開平11−2
85636号公報等の調製法に関するもの、特開平10
−120617号公報等の添加元素に関するもの、特開
平10−310539号公報、特開平11−16971
6号公報、特開平11−285637号公報等の物性に
関するものなどが報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】アルカンから不飽和カ
ルボン酸へは相応するアルケンを経由して生成されると
考えられているため、アルカンを酸化脱水素しアルケン
を生成する工程と、アルケンの部分酸化により不飽和カ
ルボン酸を生成する工程の2つの機能を持つ触媒が必要
となってくる。従って触媒設計は従来のアルケン類の酸
化反応に比べて非常に難しく、上述の様な多くの検討に
もかかわらず、なお目的の不飽和カルボン酸の収率が低
いのが現状である。
【0006】これらの公知の触媒の中でもMo−V−
(Te、Sb)系酸化物は比較的良好な(メタ)アクリ
ル酸収率をあげ得る触媒であるが、収率向上のためには
Nbの存在が不可欠であり、これが含有されてない触媒
系では著しく収率が低下する欠点がある。Nbは何らか
のかたちで触媒機能に重要な関与をしていると考えられ
るが、高価なため工業的触媒原料としては好ましくない
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題
を解決するためにプロパンまたはイソブタンからの(メ
タ)アクリル酸の製造法について鋭意検討を進めた結
果、アルカンの酸化脱水素によりアルケンを生成するの
に有効な元素であるモリブデン、バナジウム、酸素と、
アルケンから不飽和カルボン酸を生成するのに有効な元
素であるモリブデン、テルル、鉄、酸素の混合物、すな
わち、モリブデン、バナジウム、テルル、鉄、酸素を必
須成分とし、水熱合成を用いて調製した構造一体型の機
能分担触媒の存在下での気相接触酸化により、(メタ)
アクリル酸を効率良く製造できることを見出し本発明を
完成した。
【0008】すなわち、本発明はモリブデン、バナジウ
ム、テルル及び鉄からなる元素、或いはモリブデン、バ
ナジウム、テルル及び鉄、並びにクロム、マンガン、コ
バルト、ニッケル、アルミニウム、チタン、スズ、ビス
マス、セリウム及びタングステンからなる群から選ばれ
た少なくとも一種の元素からなる元素を含む水溶液また
はスラリーを110℃以上、かつ300℃未満の温度で
水熱合成させ、反応後のスラリーを濾別し得られた固体
を乾燥後、不活性ガス雰囲気中で焼成して得られた、下
記一般式で表される組成を有する触媒を用いることを特
徴とするプロパンまたはイソブタンの気相接触酸化反応
による(メタ)アクリル酸の製造法。 MoTeFe (式中、Moはモリブデン、Vはバナジウム、Teはテ
ルル、Feは鉄、Mはクロム、マンガン、コバルト、ニ
ッケル、アルミニウム、チタン、スズ、ビスマス、セリ
ウム及びタングステンからなる群から選ばれた少なくと
も一種の元素、Oは酸素を表し、そしてa、b、c、
d、e及びxは原子比を示しaを1とした時、 b=0.1〜1、 c=0.001〜1、 d=0.001〜1、 e=0〜1、 xは上記各成分が結合して生成する金属酸化物の酸素の
数である。)に関するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。本発明で用いる触媒組成物はモリブデン、
バナジウム、テルル及び鉄を必須成分とするが、なかで
も鉄の存在は非常に重要である。鉄が存在することで、
副生成物を抑制することができ、(メタ)アクリル酸を
高収率で得ることができる。しかし、鉄が上記の範囲を
外れると触媒の活性及び選択率は共に著しく低下する。
また、鉄の効果を効率的に出すためには、モリブデン、
バナジウム、テルルの原子比が上記の範囲に入っている
ことも重要であり、この範囲を外れると目的生成物の収
率が大幅に低下する。
【0010】更に、本発明で用いる触媒組成物は、前記
必須元素に加えて、触媒性能や物性の改善のためクロ
ム、マンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム、チ
タン、スズ、ビスマス、セリウム及びタングステンから
なる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含むもので
あってもよい。
【0011】本発明で用いる触媒組成物を構成している
各成分の出発原料としては、それぞれの成分元素の酸化
物、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩など、多くの種類から選
択できる。
【0012】モリブデン成分の原料としては、パラモリ
ブデン酸アンモニウム、三酸化モリブデン、モリブデン
酸等が挙げられるが、好ましくはパラモリブデン酸アン
モニウムが用いられる。
【0013】バナジウム成分の原料としては、硫酸バナ
ジル、五酸化バナジウム、メタバナジン酸アンモニウ
ム、オキシ三塩化バナジウム等が挙げられるが、好まし
くは硫酸バナジル、メタバナジン酸アンモニウムが用い
られる。
【0014】テルル成分の原料としては、テルル酸、金
属テルル、二酸化テルル等が挙げられるが、好ましくは
二酸化テルルが用いられる。
【0015】鉄成分の原料としては、金属鉄、硝酸鉄、
硫酸鉄、酸化鉄、硫酸鉄アンモニウム等が挙げられる
が、好ましくは硫酸鉄アンモニウムが用いられる。
【0016】その他の成分の原料としては、それぞれの
成分元素の酸化物、水酸化物、硝酸塩、アンモニウム
塩、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、有機酸塩、金属酸など多
くの種類から選ぶことができる。
【0017】しかし、鉄を含むこれら触媒組成物は水熱
合成を行わなければ目的生成物を得るための触媒として
効率的な触媒効果を発現させることはできない。水熱合
成を行うことによってはじめて、触媒として有効なモリ
ブデン、バナジウム、テルル、鉄の複合化された酸化物
が生成される。
【0018】水熱合成は所定元素の原料を含んだ水溶液
またはスラリーを110℃以上、かつ300℃未満、好
ましくは120℃以上、かつ250℃未満の温度で行う
が、温度が低すぎると、結晶を生成するための反応が進
行せず、温度が高すぎると、経済性、安全性の観点から
好ましくない。水熱合成の時間は5時間以上、72時間
以下が好ましい。短すぎると、水熱合成反応が不完全で
選択性を低下させるし、逆に時間をこれ以上長くても触
媒効果の向上はなく、時間の浪費になるだけである。
【0019】乾燥は、空気中で室温〜350℃が好まし
い。焼成は不活性ガス雰囲気中350〜900℃、好ま
しくは400〜700℃で0.5〜20時間行う。不活
性ガスは、特に限定しないが、好ましくは、ヘリウム、
窒素、アルゴンである。
【0020】触媒はそのまま用いることもできるが、触
媒の表面積を大きくしたり、機械的強度等の物理的性状
を改善したりするために担体を用いることができる。担
体として好ましいものとして、例えば、シリカ、アルミ
ナ、チタニア、ジルコニア等があげられ、それぞれ単独
で用いても良いし、それらの混合物で用いても良い。担
体は全触媒重量の10〜90重量%の範囲内で任意に選
ぶことができる。担体の原料には、ゾル、ゲル、酸化物
の粉体などを用いることができる。
【0021】本発明の触媒組成物の形態については特に
制限されない。焼成後そのまま用いても構わないし、乾
燥後または焼成後に打錠、押出成型、造粒等の方法で成
型し、ペレット状、リング状、球状等の形態にしてもよ
い。
【0022】本発明の気相接触酸化反応に用いる反応ガ
ス組成は、プロパンまたはイソブタン1モルに対し、酸
素0.1〜5モル、その他希釈ガスとして窒素、水蒸
気、炭酸ガスなどを加えてもよい。反応圧力は大気圧、
若干の加圧下あるいは減圧下で行うことができる。反応
には固定層、流動層、移動層のいずれを用いても良い。
反応温度は200〜500℃、好ましくは300〜48
0℃である。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて更に具体的に
説明する。なお、プロパンまたはイソブタンの転化率、
目的生成物の選択率は、次のように定義される。プロパ
ンまたはイソブタンの転化率(%)=消費したプロパン
またはイソブタンのモル数/供給したプロパンまたはイ
ソブタンのモル数×100目的生成物の選択率(%)=
生成した目的生成物のモル数/消費したプロパンまたは
イソブタンのモル数×100
【0024】(実施例1)パラモリブデン酸アンモニウ
ム5.30g、硫酸バナジルを2.35gをはかり取
り、それぞれ水を約10ml加え溶かした。原子比がM
o:Te:Fe=6:0.8:0.2になるように硫酸
鉄アンモニウムと二酸化テルルをとり、水を約10ml
加え、あらかじめ50℃に加熱しておいたパラモリブデ
ン酸アンモニウム水溶液に加え、10分間攪拌した。そ
の後、硫酸バナジル水溶液を加え、3分間攪拌した。生
成した暗紫色の溶液をテフロン(登録商標)製内筒のオ
ートクレーブに移し、175℃で24時間水熱合成を行
った。生成した固体を濾別、洗浄後、室温で一晩乾燥
し、触媒前駆体とした。この触媒前駆体1gを固定層反
応器に充填し、窒素雰囲気下、600℃で2時間加熱し
焼成処理を行った。
【0025】プロパンの酸化反応は、プロパン:酸素:
窒素:水蒸気=1:1.5:6:7のモル比の原料混合
物を全流速46.5cc/minで380℃に保った前
記触媒の充填された固定層反応器に導入して行った。結
果は表1に示した。
【0026】(実施例2)原子比がMo:Te:Fe=
6:0.9:0.1になるように硫酸鉄アンモニウムと
二酸化テルルをとり、水を約10ml加えた以外は実施
例1と同様の方法で触媒調製を行い、この触媒を使用
し、実施例1と同様にプロパンの酸化反応を行った。結
果は表1に示した。
【0027】(比較例1)硫酸鉄アンモニウムを加えな
い以外は実施例1と同様の方法で触媒調製を行い、この
触媒を使用し、実施例1と同様にプロパンの酸化反応を
行った。結果は表1に示した。
【0028】(比較例2)二酸化テルルを加えない以外
は実施例1と同様の方法で触媒調製を行い、この触媒を
使用し、実施例1と同様にプロパンの酸化反応を行っ
た。結果は表1に示した。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】本発明方法による触媒組成物を用いた気
相接触酸化反応によれば、プロパンまたはイソブタンを
原料として効率良く(メタ)アクリル酸を製造すること
ができる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4G069 AA02 AA08 BB06A BB06B BC16A BC22A BC25A BC43A BC50A BC54A BC54B BC58A BC59A BC59B BC60A BC62A BC66A BC66B BC67A BC68A BD10A BD10B CB07 DA06 EA01Y FA01 FB10 FC08 4H006 AA02 AC46 BA08 BA10 BA12 BA13 BA14 BA15 BA19 BA20 BA21 BA30 BC13 BE30 4H039 CA65 CC30

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モリブデン、バナジウム、テルル及び鉄
    からなる元素、或いはモリブデン、バナジウム、テルル
    及び鉄、並びにクロム、マンガン、コバルト、ニッケ
    ル、アルミニウム、チタン、スズ、ビスマス、セリウム
    及びタングステンからなる群から選ばれた少なくとも一
    種の元素からなる元素を含む水溶液またはスラリーを1
    10℃以上、かつ300℃未満の温度で水熱合成させ、
    反応後のスラリーを濾別し得られた固体を乾燥後、不活
    性ガス雰囲気中で焼成して得られた、下記一般式で表さ
    れる組成を有する触媒を用いることを特徴とするプロパ
    ンまたはイソブタンの気相接触酸化反応による(メタ)
    アクリル酸の製造法。 MoTeFe (式中、Moはモリブデン、Vはバナジウム、Teはテ
    ルル、Feは鉄、Mはクロム、マンガン、コバルト、ニ
    ッケル、アルミニウム、チタン、スズ、ビスマス、セリ
    ウム及びタングステンからなる群から選ばれた少なくと
    も一種の元素、Oは酸素を表し、そしてa、b、c、
    d、e及びxは原子比を示しaを1とした時、 b=0.1〜1、 c=0.001〜1、 d=0.001〜1、 e=0〜1、 xは上記各成分が結合して生成する金属酸化物の酸素の
    数である。)
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