JP2002177777A - 触媒およびこの触媒を用いた不飽和ニトリルの製造方法 - Google Patents
触媒およびこの触媒を用いた不飽和ニトリルの製造方法Info
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Abstract
び酸素と気相接触させるアンモ酸化反応によって不飽和
ニトリルを製造する際に用いる不飽和ニトリルの選択率
の高い触媒を提供する。 【解決手段】 Mo、V、Sb、Nb、Alを含むプロ
パンまたはイソブタンのアンモ酸化用触媒およびその触
媒を用いる不飽和ニトリルの製造法。
Description
ソブタンの気相接触アンモ酸化反応に用いる、モリブデ
ン、バナジウム、アンチモン、ニオブおよびアルミニウ
ムを含有する触媒、および該触媒を用いた不飽和ニトリ
ルの製造方法に関する。
代わってプロパンまたはイソブタンを原料とし、気相接
触アンモ酸化反応や気相接触酸化反応によって不飽和ニ
トリルを製造する技術が着目されており、多数の触媒が
提案されている。
は、反応温度が低く、また不飽和ニトリルの選択率、収
率が比較的高く、また比較的飛散性の少ない成分から構
成されるMo−V−Sb−Nbを含む触媒系である。M
o−V−Sb−Nbを含む複合酸化物触媒が特開平9−
157241号公報、特開平10−28862号公報、
特開平10−81660号公報、特開平10−3303
43号公報、特開平11−42434号公報、特開平1
1−43314号公報、特開平11−57479号公
報、特開平11−263745号公報、特開2000−
1464号公報、特開2000−143244号公報、
特開2000−070714号公報、特開2000−0
93796号公報、米国特許第6,043,185号明
細書等に開示されている。Mo−V−Sb−Nb触媒系
は、他の触媒系に比べて、反応温度が低く、また不飽和
ニトリルの選択率、収率が比較的高いもののいまだ不十
分である。
は、Mo−V−Sb−Nbを含む触媒が開示されてお
り、さらに好適な成分としてTa、W、Ti、Zr、C
r、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、Pd、P
t、B、In、Ce、アルカリ金属、アルカリ土類金属
を用いることが教示されており、該触媒においてはアル
ミニウムの存在は好ましくないと記載されている。
パンまたはイソブタンの気相接触アンモ酸化反応によっ
て不飽和ニトリルを製造する際に用いる、不飽和ニトリ
ルの選択率の大きい触媒を提供することにある。
またはイソブタンをアンモニア存在下に気相接触酸化さ
せて不飽和ニトリルを製造するための触媒を鋭意検討し
た結果、モリブデン、バナジウム、アンチモン、ニオブ
に更にアルミニウムを含有させると、不飽和ニトリルの
選択率が高くなることを見いだし、本発明をなすに至っ
た。
ソブタンの気相接触アンモ酸化反応によって不飽和ニト
リルを製造する際に用いる触媒において、下記式(I)
で示される成分組成を有することを特徴とする触媒、 Mo1 Va Sbb Nbc Ald Xe On ・・・(I) (式中、XはW、Cr、Ti、Ta、Zr、Hf、M
n、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、Pd、P
t、Cu、Ag、Zn、B、In、Ge、Sn、P、P
b、Bi、Y、希土類元素およびアルカリ土類金属から
選ばれる少なくとも1種の元素であり、a、b、c、
d、eおよびnはMo1原子あたりの原子比を表し、
0.1≦a≦1、0.01≦b≦0.6、0.01≦c
≦0.3、0.01≦d≦0.5、0≦e≦1そしてn
は構成金属の酸化状態によって決まる原子比である。) (2)20〜60重量%のシリカに担持されていること
を特徴とする(1)に記載の触媒、(3)該触媒が実質
的に酸素を含まないガス雰囲気下、500℃〜700℃
で焼成されて製造されることを特徴とする(1)又は
(2)に記載の触媒、(4)該触媒が酸化アルミニウム
を触媒原料に用いて製造されることを特徴とする(1)
〜(3)のいずれかに記載の触媒、(5)該触媒が過酸
化水素/ニオブのモル比が0.5〜10である触媒原料
液を用いて製造されることを特徴とする(1)〜(4)
のいずれかにに記載の触媒、(6)該触媒がジカルボン
酸/ニオブのモル比が1〜8である触媒原料液を用いて
製造されることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか
に記載の触媒、(7)プロパンまたはイソブタンの気相
接触アンモ酸化反応によって不飽和ニトリルを製造する
にあたり、(1)〜(6)のいずれかに記載の触媒を用
いることを特徴とする不飽和ニトリルの製造方法、に関
するものである。
触媒は、下記式(I)で示される成分組成を有する。 Mo1 Va Sbb Nbc Ald Xe On ・・・(I) 上記の式(I)中、XはW、Cr、Ti、Ta、Zr、
Hf、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、P
d、Pt、Cu、Ag、Zn、B、In、Ge、Sn、
P、Pb、Bi、Y、希土類元素およびアルカリ土類金
属から選ばれる少なくとも1種の元素であり、好ましく
はW、Sn、Ti、Ge、Feである。a、b、c、
d、eおよびnはMo1原子あたりの原子比を表し、a
は0.1≦a≦1、好ましくは0.1≦a≦0.5、特
に好ましくは0.15≦a≦0.4である。bは0.0
1≦b≦0.6、好ましくは0.1≦b≦0.4、特に
好ましくは0.13≦b≦0.3である。cは0.01
≦c≦0.3、好ましくは0.02≦c≦0.2、特に
好ましくは0.03≦c≦0.15であり、dは0.0
1≦d≦0.5、好ましくは0.02≦d≦0.3、特
に好ましくは0.03≦c≦0.2であり、eは0≦e
≦1、好ましくは0≦e≦0.5、特に好ましくは0.
01≦c≦0.3である。なお、nは構成金属の酸化状
態によって決まる原子比である。本発明の触媒は、M
o、V、Sb、Nbからなる触媒に更にAlを含むとこ
ろに特徴がある。d<0.01もしくはd>0.5であ
ると不飽和ニトリルの選択率が低くなる。
ムの原料としては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニ
ウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム等のハロゲ
ン化アルミニウム、アルミニウムエトキシド等のアルミ
ニウムアルコキサイド、酢酸アルミニウム、乳酸アルミ
ニウム、ラウリン酸アルミニウム、アルミニウムアセチ
ルアセトナート等を用いることができる。好ましくは、
酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニ
ウムであり、特に好ましくは酸化アルミニウムである。
酸化アルミニウムとしては、α−アルミナが好ましい。
水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミニウム
等を焼成して酸化アルミニウムを調製する場合は、60
0〜1500℃で焼成することが好ましく、特に好まし
くは800℃〜1400℃である。 本発明の触媒は、
好ましくは20〜60重量%、好ましくは30重量%〜
55重量%のシリカに担持されて用いることができる。
20重量%未満では強度が小さく、60重量%以上では
強度は大きいものの、不飽和ニトリルの収率が低い。
量をW1、シリカの重量をW2として、下記の式(I
I)式で定義される。W1は、仕込み組成と仕込み金属
成分の酸化数に基づいて算出された重量である。W2
は、仕込み組成に基づいて算出された重量である。 シリカの重量%=100×W2/(W1+W2)・・・(II) 本発明の触媒を製造するためのアルミニウム以外の構成
成分の原料は下記の化合物を用いることができる。
ン酸アンモニウム、モリブデン酸化物、モリブデン酸、
モリブデンのオキシ塩化物、モリブデンの塩化物、モリ
ブデンのアルコキシド等を用いることができ、好ましく
はヘプタモリブデン酸アンモニウムである。バナジウム
原料としては、メタバナジン酸アンモニウム、酸化バナ
ジウム(V)、バナジウムのオキシ塩化物、バナジウム
のアルコキシド等を用いることができ、好ましくはメタ
バナジン酸アンモニウム、酸化バナジウム(V)であ
る。アンチモン原料としては、酸化アンチモン(II
I)、酸化アンチモン(IV)、酸化アンチモン
(V)、メタアンチモン酸(III)、アンチモン酸
(V)、アンチモン酸アンモニウム(V)、塩化アンチ
モン(III)、塩化酸化アンチモン(III)、硝酸
酸化アンチモン(III)、アンチモンのアルコキシ
ド、アンチモンの酒石酸塩等の有機酸塩、金属アンチモ
ン等を用いることができ、好ましくは酸化アンチモン
(III)である。ニオブの原料としては、シュウ酸水
溶液にニオブ酸を溶解させた水溶液を好適に用いること
ができる。シュウ酸/ニオブのモル比は1〜10であ
り、好ましくは2〜6、特に好ましくは2〜4である。
得られた水溶液に過酸化水素を添加してもよい。過酸化
水素/ニオブのモル比は好ましくは0.5〜10であ
り、特に好ましくは2〜6である。X成分の原料として
は、X成分のシュウ酸塩、水酸化物、酸化物、硝酸塩、
酢酸塩、アンモニウム塩、炭酸塩、アルコキシド等を用
いることができる。担体としてシリカを用いる場合は原
料としてシリカゾルが好適に用いられる。アンモニウム
イオンで安定化したゾルを用いることが好ましい。
び焼成の3つの工程を経て製造することができる。 <原料調合工程>ヘプタモリブデン酸アンモニウム、メ
タバナジン酸アンモニウム、酸化アンチモン(III)
を水に懸濁させ、好ましくは70〜100℃、1〜5時
間攪拌しながら反応させる。得られたモリブデン、バナ
ジウム、アンチモンを含有する混合液を空気酸化、また
は過酸化水素等によって液相酸化し混合液(A)を得
る。液相酸化に過酸化水素水を用いる場合は、過酸化水
素/Sbのモル比は好ましくは0.5〜2である。目視
でオレンジ色〜茶色になるまで酸化するのが好ましい。
てニオブ原料液を調製する。ニオブ原料液に過酸化水素
水を添加しておくことが好ましい。他方、酸化アルミニ
ウムを水に懸濁させてアルミ原料液を調製する。混合液
(A)にニオブ原料液とアルミ原料液を添加する。シリ
カ担持触媒を製造する場合には、上記調合順序のいずれ
かのステップにおいてシリカゾルを添加して触媒原料液
を得ることができる。X成分を含む触媒を製造する場合
には、上記調合順序のいずれかのステップにおいてX成
分を含む原料を添加して触媒原料液を得ることができ
る。
原料液を噴霧乾燥法または蒸発乾固法によって乾燥さ
せ、乾燥粉体を得ることができる。噴霧乾燥法における
噴霧化は、遠心方式、二流体ノズル方式または高圧ノズ
ル方式を採用することができる。乾燥熱源は、スチー
ム、電気ヒーターなどによって加熱された空気を用いる
ことができる。このとき熱風の乾燥機入口温度は150
〜300℃が好ましい。噴霧乾燥は簡便には100℃〜
300℃に加熱された鉄板上へ触媒原料液を噴霧するこ
とによって行うこともできる。
を焼成することによって酸化物触媒を得ることができ
る。焼成は回転炉、トンネル炉、管状炉、流動焼成炉等
を用い、実質的に酸素を含まない窒素等の不活性ガス雰
囲気下、好ましくは、不活性ガスを流通させながら、5
00〜700℃、好ましくは570〜670℃で実施す
ることができる。焼成時間は0.5〜5時間、好ましく
は1〜3時間である。不活性ガス中の酸素濃度は、ガス
クロマトグラフィーまたは微量酸素分析計で測定して1
000ppm以下、好ましくは、100ppm以下であ
る。焼成は反復することができる。この焼成の前に大気
雰囲気下または大気流通下で200℃〜420℃、好ま
しくは250℃〜350℃で10分〜5時間前焼成する
ことができる。また焼成の後に大気雰囲気下で200℃
〜400℃、5分〜5時間、後焼成することもできる。
ンまたはイソブタンを気相接触アンモ酸化させて、不飽
和ニトリルを製造する際の触媒として用いることができ
る。プロパンまたはイソブタンとアンモニアの供給原料
は必ずしも高純度である必要はなく、工業グレードのガ
スを使用することができる。反応系に供給する酸素源と
して空気、酸素を富化した空気、または純酸素を用いる
ことができる。更に、希釈ガスとしてヘリウム、アルゴ
ン、炭酸ガス、水蒸気、窒素などを供給してもよい。反
応系に供給するアンモニアのプロパンまたはイソブタン
に対するモル比は0.1〜1.5、好ましくは0.2〜
1.2である。反応に供給される分子状酸素のプロパン
またはイソブタンに対するモル比は、0.2〜6、好ま
しくは0.4〜4である。反応圧力は絶対圧で0.01
〜1MPa、好ましくは0.1〜0.3MPaである。
反応温度は350℃〜600℃、好ましくは380℃〜
470℃である。接触時間は0.1〜30(g・s/m
l)、好ましくは0.5〜10(g・s/ml)であ
る。反応は、固定床、流動床、移動床など従来の方式を
採用できるが流動床が好ましい。反応は単流方式でもリ
サイクル方式でもよい。
モ酸化反応の実施例で説明する。各例において、プロパ
ン転化率およびアクリロニトリル選択率は、それぞれ次
の定義に従う。
ンのモル数)/(供給したプロパンのモル数)×100 アクリロニトリル選択率(%)=(生成したアクリロニ
トリルのモル数)/(反応したプロパンのモル数)×1
00
0.23Nb0.07Al0.1 On /SiO2 (40重量%)で
示される触媒を次のようにして調製した。
ニウム[(NH4)6 Mo7 O24・4H2 O]250
g、メタバナジン酸アンモニウム[NH4 VO3 ]4
9.7g、酸化アンチモン(III)[Sb2 O3 ]4
7.5gを添加し、油浴を用いて100℃で2時間、大
気下で還流して反応させ、この後、50℃に冷却し、続
けてシリカ含有量30重量%のシリカゾルを689g添
加した。1時間攪拌した後、5重量%過酸化水素水22
1gを添加し、50℃で1時間撹拌することによって酸
化処理を行い、混合液(a)を得た。この酸化処理によ
って液色は濃紺色から茶色へと変化した。水120gに
Nb2 O5 換算で76重量%を含有するニオブ酸17.
3g、シュウ酸二水和物[H2 C2 O4 ・2H2 O]3
3.7gを加え、攪拌下、60℃にて加熱して溶解させ
た後、30℃にて冷却してニオブ原料液を得た。
012−01965)7.2gを水50gに添加した
後、1時間激しく懸濁させてアルミニウム原料液を得
た。該酸化アルミニウムのXRDを測定したところ、結
晶性の高いα型酸化アルミニウム(α―アルミナ)であ
った。該ニオブ原料液を上記混合液(a)に添加し、続
けてアルミニウム原料液を添加した。その後、空気雰囲
気下、50℃で30分間撹拌して触媒原料液を得た。得
られた触媒原料液を遠心式噴霧乾燥器を用い、入口温度
230℃と出口温度120℃の条件で乾燥して微小球状
の乾燥粉体を得た。得られた乾燥粉体100gを石英容
器に充填し、容器を回転させながら600Ncc/mi
n.の窒素ガス流通下、640℃で2時間焼成して触媒
を得た。用いた窒素ガスの酸素濃度は微量酸素分析計
(306WA型、テレダインアナリティカルインスルー
メント社製)を用いて測定した結果、1ppmであっ
た。触媒の組成と主要な製法因子を表1に記載した。
=0.35gを内径4mmの固定床型反応管に充填し、
反応温度T=420℃、プロパン:アンモニア:酸素:
ヘリウム=1:0.7:1.7:5.3のモル比の混合
ガスを流量F=4.0(ml/min)で流した。この
とき圧力Pはゲージ圧で0MPaであった。接触時間は
2.1(=W/F×60×273/(273+T)×
((P+0.101)/0.101))(g・s/m
l)である。反応ガスの分析はオンラインガスクロマト
グラフィーで行った。得られた結果を表1に示す。
0.23Nb0.07Al0.05On /SiO2 (40重量%)で
示される触媒を次のようにして調製した。酸化アルミニ
ウム7.2gに代えて3.6gを添加し、シリカゾル6
89gに代えて681gを用いた以外は実施例1の触媒
調製を反復して、触媒を調製した。
た触媒について実施例1と同じ条件下にて行った。得ら
れた結果を表1に示す。
0.23Nb0.07Al0.3 On /SiO2 (40重量%)で
示される触媒を次のようにして調製した。酸化アルミニ
ウム7.2gに代えて21.6gを添加し、シリカゾル
689gに代えて721gを用いた以外は実施例1の触
媒調製を反復して、触媒を調製した。
た触媒について実施例1と同じ条件下にて行った。得ら
れた結果を表1に示す。
0.23Nb0.07On /SiO2 (40重量%)で示される
触媒を次のようにして調製した。酸化アルミニウムを添
加せず、シリカゾル689gに代えて673gを用いた
以外は実施例1の触媒調製を反復して、触媒を調製し
た。
た触媒について実施例1と同じ条件下にて行った。得ら
れた結果を表1に示す。
0.23Nb0.07Al0.6 On /SiO2 (40重量%)で
示される触媒を次のようにして調製した。酸化アルミニ
ウム7.2gに代えて43.3gを添加し、シリカゾル
689gに代えて770gを用いた以外は実施例1の触
媒調製を反復して、触媒を調製した。
た触媒について実施例1と同じ条件下にて行った。得ら
れた結果を表1に示す。
ソブタンから高い選択率で不飽和ニトリルを製造するこ
とができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 プロパンまたはイソブタンの気相接触ア
ンモ酸化反応によって不飽和ニトリルを製造する際に用
いる触媒において、下記式(I)で示される成分組成を
有することを特徴とする触媒。 Mo1 Va Sbb Nbc Ald Xe On ・・・(I) (式中、XはW、Cr、Ti、Ta、Zr、Hf、M
n、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、Pd、P
t、Cu、Ag、Zn、B、In、Ge、Sn、P、P
b、Bi、Y、希土類元素およびアルカリ土類金属から
選ばれる少なくとも1種の元素であり、a、b、c、
d、eおよびnはMo1原子あたりの原子比を表し、
0.1≦a≦1、0.01≦b≦0.6、0.01≦c
≦0.3、0.01≦d≦0.5、0≦e≦1そしてn
は構成金属の酸化状態によって決まる原子比である。) - 【請求項2】 20〜60重量%のシリカに担持されて
いることを特徴とする請求項1に記載の触媒。 - 【請求項3】 該触媒が実質的に酸素を含まないガス雰
囲気下、500℃〜700℃で焼成されて製造されるこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の触媒。 - 【請求項4】 該触媒が酸化アルミニウムを触媒原料に
用いて製造されることを特徴とする請求項1〜3のいず
れかに記載の触媒。 - 【請求項5】 該触媒が過酸化水素/ニオブのモル比が
0.5〜10である触媒原料液を用いて製造されること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかにに記載の触媒。 - 【請求項6】 該触媒がジカルボン酸/ニオブのモル比
が1〜8である触媒原料液を用いて製造されることを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の触媒。 - 【請求項7】 プロパンまたはイソブタンの気相接触ア
ンモ酸化反応によって不飽和ニトリルを製造するにあた
り、請求項1〜6のいずれかに記載の触媒を用いること
を特徴とする不飽和ニトリルの製造方法。
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JP2000379900A JP4535608B2 (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 触媒およびこの触媒を用いた不飽和ニトリルの製造方法 |
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