JP2002273229A - 不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒 - Google Patents
不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒Info
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-
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-
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
レンを接触気相酸化して、それぞれ対応する不飽和アル
デヒドおよび不飽和カルボン酸を製造するに好適な、機
械的強度に優れ、しかも目的生成物収率が高く、経時的
な触媒性能の低下が少ない、などの特徴を有する触媒を
提供する。 【解決手段】 モリブデンおよびビスマスを含有し、リ
ング状に成型してなる、不飽和アルデヒドおよび不飽和
カルボン酸製造用触媒であって、無機質繊維を含有する
ことを特徴とする触媒。
Description
および不飽和カルボン酸製造用触媒、詳しくは、イソブ
チレン、ターシャリーブタノール(以下、t−ブタノー
ルと表記することもある。)またはプロピレンを接触気
相酸化して、メタクロレインおよびメタクリル酸、また
はアクロレインおよびアクリル酸を製造するに好適な触
媒、およびこの触媒を用いてこれら不飽和アルデヒドお
よび不飽和カルボン酸を製造する方法に関する。
ロピレンを接触気相酸化してそれぞれ対応する不飽和ア
ルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する際に用いる
触媒に関しては数多くの提案がなされている。
ることにより収率が向上することは既に知られている。
例えば、特開昭59−46132号公報には、特定のリ
ング状にすることにより、(1)幾何学表面の増大によ
り転化率が向上する、(2)触媒層の厚みが薄くなるこ
とにより、除熱効果が増加して収率が向上する、(3)
圧力損失が低下する、(4)熱負荷の低減により触媒寿
命が延びる、ことが開示されている。これらの効果をよ
り高めるためにはリングの肉厚を薄くすることが好まし
い。しかし、肉厚を薄くすることは機械的強度の低下を
招き、完成した触媒をドラム缶などに保存しておく間に
ドラム缶底部の触媒が割れたり、反応管への充填時に割
れて反応管毎の圧力損失にばらつきが大きくなるなどの
問題が生じる。
物質を添加する方法は既に知られている。例えば、特公
昭51−20357号公報には、五酸化バナジウム触
媒、銅−クロム酸触媒、ニッケル−ケイソウ土触媒、マ
ンガン−クロム酸触媒について、乾燥あるいは焼成し、
粉砕して得られた触媒粉体に、青石綿などの繊維物質な
どを添加する方法が開示されている。しかし、モリブデ
ンおよびビスマスを必須成分とする触媒系での効果は知
られておらず、またリング形状の触媒では、触媒の機械
的強度は向上するものの、触媒粒個々のばらつきが大き
いなどの問題がある。
は、ヘテロポリ酸ベースの触媒に平均直径5μm以下の
ウィスカを成型補助材として用いる方法が開示されてい
る。しかし、モリブデンおよびビスマスを必須成分とす
る触媒系では、ウィスカの添加により強度は向上するも
のの収率が低下するとの問題がある。
ブデンおよびビスマスを必須成分とする担持触媒を調製
するにあたり、平均直径が2〜200μmの無機質繊維
を担持補助剤として用いる方法が開示されている。この
方法は、触媒担持量の多い担持触媒の製造を目的とする
ものであり、そのためには、触媒活性成分と無機質繊維
とを液状物に分散したスラリーを担体に付着させつつ、
同時に液状物を気化蒸発させるという調製方法を用いな
ければならない。しかし、この調製方法は、操作が必ず
しも容易ではなく、また調製条件の変動によって、得ら
れる触媒の活性が変動するため、均一な触媒性能を有す
る触媒を調製するのは容易ではないという問題がある。
従来技術の問題を解決し、イソブチレン、t−ブタノー
ルまたはプロピレンを接触気相酸化して、それぞれ対応
する不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造す
るに好適な触媒、具体的には機械的強度に優れ、しかも
目的生成物収率が高く、経時的な触媒性能の低下が少な
い、などの特徴を有する触媒を提供することにある。
ば、少なくともモリブデンおよびビスマスを含有する、
不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用の触媒
組成物をリング状に成型して得られるリング状成型触媒
において、触媒組成物にガラス繊維、アルミナ繊維、シ
リカ繊維などの無機質繊維を加えると上記目的が達成で
きることがわかった。本発明は、このような知見に基づ
いて完成されたものである。
ンおよびビスマスを含有し、リング状に成型してなる、
不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒で
あって、無機質繊維を含有することを特徴とする不飽和
アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒である。
リーブタノールまたはプロピレンを分子状酸素を用いて
接触気相酸化してそれぞれ対応するメタクロレインおよ
びメタクリル酸、またはアクロレインおよびアクリル酸
を製造するにあたり、上記触媒を用いることを特徴とす
るメタクロレインおよびメタクリル酸、またはアクロレ
インおよびアクリル酸の製造方法である。
械的強度が向上するほかに、触媒性能が向上し、また触
媒の経時劣化が抑制される理由は定かではないが、無機
質繊維により触媒組成物が希釈されるので、反応時の発
熱が分散され、逐次反応が抑制されるとともに、触媒の
熱劣化が抑制されるものと推定される。また、加える無
機質繊維が特定のサイズであると、触媒の機械的強度が
向上することから、無機質繊維は、触媒中に適度に分散
され、触媒組成物と適度な混合・接触を保っているもの
と推定される。
びビスマスを必須成分として含有する触媒組成物に無機
質繊維を加えてリング状に成型してなる成型触媒であ
り、触媒組成物を不活性担体に担持してなる、いわゆる
担持触媒と相違するものである。
般式(1)で表されるものを挙げることができる。 MoaBibFecAdBeOx ・・・(1) (式中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは
鉄、Aはニッケルおよびコバルトから選ばれる少なくと
も1種の元素、Bはアルカリ金属元素、アルカリ土類金
属元素、タリウム、リン、テルル、アンチモン、スズ、
セリウム、鉛、ニオブ、マンガン、ヒ素、亜鉛、ケイ
素、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウムおよびタ
ングステンから選ばれる少なくとも1種の元素、Oは酸
素を表し、a、b、c、d、eおよびxは、それぞれ、
Mo、Bi、Fe、A、BおよびOの原子数を表し、a
=12としたとき、b=0.1〜10、c=0.1〜2
0、d=2〜20、e=0〜30、x=各々の元素の酸
化状態によって定まる数値である。) 一般式(1)で表される触媒組成物は、この種の触媒の
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。各成分の原料としては、各成分の酸化
物、あるいは加熱によって酸化物を形成する、各成分の
硝酸塩、アンモニウム塩、有機酸塩、炭酸塩、アルカリ
金属塩などを適宜選択して使用することができる。
ラミック繊維、炭素繊維などを使用することができる。
なかでも、ガラス繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維が適
しており、特にガラス繊維が好適に用いられる。無機質
繊維は2種類以上を適宜組み合わせて使用しても、ある
いは平均繊維長や平均繊維径の異なるものや、ガラス繊
維の場合には、ガラス組成の異なるガラス繊維を適宜組
み合わせて使用することもできる。
m〜1.5mm、好ましくは50μm〜1.2mmであ
り、また平均繊維径が2μm〜20μm、好ましくは5
μm〜15μmのものが好適に用いられる。平均繊維長
は、完成された成型触媒中において上記の範囲に入って
いればよく、予め50μm〜1.5mmの平均繊維長を
有する無機質繊維を用いても、あるいは1.5mmを超
える平均繊維長を有する無機質繊維を触媒組成物の一部
または全部と混合した後、強く攪拌して、繊維を切断
し、結果的に平均繊維長が50μm〜1.5mmの範囲
に入るようにしてもよい。しかし、後者の場合、無機質
繊維の分散性が悪くなるので、予め50μm〜1.5m
mの平均繊維長を有する無機質繊維を用いるのがよい。
なお、平均繊維長および平均繊維径がそれぞれ50μm
〜1.5mmおよび2μm〜20μmの範囲以外の無機
質繊維は、均一な性能を有する触媒が得られないなどの
問題が生じるので、好ましくない。無機質繊維の含有量
は、触媒の質量基準で、0.01〜30質量%、好まし
くは0.05〜20質量%、より好ましくは0.1〜1
0質量%である。含有量が少なすぎると機械的強度向上
効果が十分でなく、また多すぎると触媒中に含有される
触媒組成物が少なくなり、触媒性能が低下して好ましく
ない。
ング状に成型する点を除けば、公知の不飽和アルデヒド
および不飽和カルボン酸製造用触媒の調製に一般に用い
られている方法に準じて製造することができる。
表される触媒組成物に無機質繊維を添加した後、押出成
型、打錠成型など一般に用いられている成型方法により
リング状に成型すればよい。無機質繊維の添加方法に
は、特に制限はなく、完成触媒中に無機質繊維が均一に
分散されて、含有されるようにし得るものであれば、い
ずれの方法も用いることができる。例えば、一般式
(1)で表される触媒組成物の出発原料に無機質繊維を
添加し、得られるスラリーを乾燥し、成型した後、焼成
しても、あるいは触媒組成物を乾燥、焼成した後、粉砕
し、得られる粉体に無機質繊維を添加して十分に混合し
た後、成型してもよい。特に、前者の触媒組成物とスラ
リー状態で混合すると、機械的強度や収率・寿命が向上
された触媒が再現性よく得られ、好ましい。また、無機
質繊維は一括して添加しても、あるいは分割して添加し
てもよく、例えば、その一部を出発原料を含むスラリー
に添加し、残りを乾燥、焼成した後の粉体に添加しても
よい。なお、焼成処理は、通常、400〜800℃の温
度で行われる。上記成型の際には、成型助剤として一般
に用いられているポリビニルアルコール、ステアリン
酸、硝酸アンモニウム、グラファイト、水、アルコール
などを必要に応じて使用することができる。
m、長さが外径の0.5〜2倍、かつ縦軸方向に外径の
0.1〜0.7倍の内径からなる貫通孔を有するものが
好ましい。
上記成型触媒を用いる点を除けば、イソブチレン、t−
ブタノールまたはプロピレンを分子状酸素を用いて接触
気相酸化してそれぞれ対応するメタクロレインおよびメ
タクリル酸、またはアクロレインおよびアクリル酸を製
造するの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。例えば、イソブチレン、t−ブタノール
またはプロピレン1〜10容量%、分子状酸素3〜20
容量%、水蒸気0〜60容量%、窒素、二酸化炭素など
の不活性ガス20〜80容量%などからなる混合ガスを
上記成型触媒上に250〜450℃の温度、常圧ないし
1MPaの圧力下、空間速度300〜5000h
−1(STP)で導入すればよい。
制するために、組成や焼成条件あるいは触媒のサイズや
触媒形状などにより活性を変えた2種類以上の触媒を調
製し、これらを混合ガスを導入する反応管の入口部から
出口部に向かって順次活性が高くなるように充填するな
ど、一般に知られている種々の態様にしたがって本発明
の接触気相酸化反応を行ってよいことはいうまでもな
い。
カルボン酸製造用触媒の主たる効果を列挙すると次のと
おりである。 機械的強度に優れている。 目的生成物である不飽和アルデヒドおよび不飽和カル
ボン酸の収率が高い。 経時的な触媒活性の低下、ひいては目的生成物収率の
低下が少ない。 均一な触媒性能を有する触媒を簡便に調製することが
できる。
ば、アクロレインおよびアクリル酸、またはメタクロレ
インおよびメタクリル酸を長期にわたり高収率で製造す
ることができる。
説明する。なお、実施例および比較例における転化率お
よび収率は下記のとおり定義される。 転化率(モル%)=(反応した出発原料のモル数/供給
した出発原料のモル数)×100 収率(モル%)=(生成した不飽和アルデヒドおよび生
成した不飽和カルボン酸の合計モル数/供給した出発原
料のモル数)×100 触媒の性能試験および落下強度試験は次に示す方法にし
たがって行った。 <触媒性能試験−1>触媒100mlを内径25mmの
鋼鉄製反応管に充填し、イソブチレン6容量%、酸素1
3容量%、水蒸気15容量%および窒素66容量%から
なる混合ガスを導入し、空間速度1600h−1、反応
温度340℃で反応を行った。30時間後の反応ガスを
分析した。 <触媒性能試験−2>触媒1500mlを内径25mm
の鋼鉄製反応管に充填し、イソブチレン6容量%、酸素
13容量%、水蒸気15容量%および窒素66容量%か
らなる混合ガスを導入し、空間速度1600h−1、反
応温度340℃で反応を行った。8000時間後の反応
ガスを分析した。 <触媒性能試験−3>触媒100mlを内径25mmの
鋼鉄製反応管に充填し、プロピレン7容量%、酸素14
容量%、水蒸気25容量%および窒素54容量%からな
る混合ガスを導入し、空間速度1800h−1、反応温
度310℃で反応を行った。 <落下強度試験>垂直に立てた内径25mm、長さ5m
のステンレス鋼製パイプの上部から触媒30gを落下さ
せ4メッシュの篩で受け止め、篩上に残った触媒の質量
を測り、以下の式により落下強度を求めた。 落下強度(%)=(篩上に残った触媒質量/落下させた
触媒質量)×100
ブデン酸アンモニウム2118gおよびパラタングステ
ン酸アンモニウム530gを溶解した(A液)。別に、
硝酸ビスマス486gを硝酸(65質量%)60mlと
水240mlとの硝酸水溶液に溶解した(B液)。別
に、水2000mlに硝酸コバルト2912gおよび硝
酸第二鉄404gを溶解した(C液)。また別に、水4
00mlに硝酸セシウム78.0gを溶解した(D
液)。次に、加熱攪拌しているA液にB液、C液および
D液を順次滴下、混合し、さらに20質量%のシリカゾ
ル406gと平均繊維径10μm、平均繊維長500μ
mの無アルカリガラス繊維68.9gとを加えて、十分
攪拌した。
し、蒸発乾固した後、外径6.0mm、内径1.0m
m、長さ6.6mmのリング状に成型し、空気流通下に
500℃で6時間焼成して触媒を調製した。この触媒の
ガラス繊維と酸素とを除いた組成は、 Mo12W2Bi1Fe1Co10Cs0.4Si
1.35 であり、ガラス繊維の含有量は2.0質量%であった。
び落下強度試験を行った。触媒性能、反応時の圧力損
失、および落下強度を表1に示した。
形状を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様
にして各種触媒を調製した。
よび落下強度試験を行った。触媒性能、反応時の圧力損
失、および落下強度を表1に示した。
ろ、イソブチレン転化率90.2モル%、メタクロレイ
ン+メタクリル酸合計収率82.3モル%であった。
ろ、イソブチレン転化率85.1モル%、メタクロレイ
ン+メタクリル酸合計収率76.6モル%であった。
ブデン酸アンモニウム2000gおよびパラタングステ
ン酸アンモニウム50gを溶解した(A液)。別に、硝
酸ビスマス778gを硝酸(61質量%)100mlと
水400mlとの硝酸水溶液に溶解した(B液)。別
に、水2000mlに硝酸コバルト1100gおよび硝
酸第二鉄572gを溶解した(C液)。また別に、水1
00mlに硝酸カリウム7.6gを溶解した(D液)。
次に、加熱攪拌しているA液にB液、C液およびD液を
順次添加、混合し、さらに20質量%のシリカゾル24
2gと平均繊維径10μm、平均繊維長500μmの無
アルカリガラス繊維151gを加えて十分攪拌した。こ
のようにして得られた懸濁液を加熱攪拌し、蒸発乾固し
た後、外径6.0mm、内径1.0mm、長さ6.6m
mのリング状に成型し、空気流通下に480℃で8時間
焼成して触媒を調製した。
成は、 Mo12W0.2 Bi1.7Fe1.5Co4Ni3
K0.08Si1 であり、ガラス繊維の含有量は5質量%であった。
び落下強度試験を行ったところ、プロピレン転化率9
8.3モル%、アクロレイン+アクリル酸合計収率9
1.8モル%であり、反応時の圧力損失は18.9kP
a、落下強度は98.9%であった。
は、実施例11と同様にして触媒を調製した。
び落下強度試験を行ったところ、プロピレン転化率9
8.5モル%、アクロレイン+アクリル酸合計収率9
0.9モル%であり、反応時の圧力損失は21.6kP
a、落下強度は94.1%であった。
の量を136.4gに変更し、外径5.0mm、内径
3.0mm、長さ5.5mmに成型した以外は実施例1
と同様にして触媒を調製した。この触媒のガラス繊維と
酸素とを除いた組成は、 Mo12W2Bi1Fe1Co10Cs0.7Si
1.35 であり、ガラス繊維の含有量は2.0質量%であった。
この触媒を用いて、触媒性能試験−1および落下強度試
験を行った結果を表2に示す。
製において、硝酸セシウムの量を19.5gに変更した
以外は同様にして触媒を調製した。この触媒のガラス繊
維と酸素とを除いた組成は、 Mo12W2Bi1Fe1Co10Cs0.1Si
1.35 であり、ガラス繊維の含有量は2.0質量%であった。
この触媒を用いて、触媒性能試験−1および落下強度試
験を行った結果を表2に示す。
750ml、積層用触媒2をガス出口側に750ml充
填して触媒性能試験−2と同様の条件で反応を行った。
30時間後の触媒性能を表2に示す。
製において、ガラス繊維を加えない以外は積層用触媒1
と同様にして触媒を調製した。この触媒を用いて、触媒
性能試験−1および落下強度試験を行った結果を表2に
示す。
用触媒2の調製において、ガラス繊維を加えない以外は
積層用触媒2と同様にして触媒を調製した。この触媒を
用いて、触媒性能試験−1および落下強度試験を行った
結果を表2に示す。
750ml、積層用触媒4をガス出口側に750ml充
填して触媒性能試験−2と同様の条件で反応を行った。
30時間後の触媒性能を表2に示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくともモリブデンおよびビスマスを
含有し、リング状に成型してなる、不飽和アルデヒドお
よび不飽和カルボン酸製造用触媒であって、無機質繊維
を含有することを特徴とする不飽和アルデヒドおよび不
飽和カルボン酸製造用触媒。 - 【請求項2】 無機質繊維が、50μm〜1.5mmの
平均繊維長、2μm〜20μmの平均直径を有する、ガ
ラス繊維、アルミナ繊維およびシリカ繊維から選ばれる
少なくとも1種である請求項1記載の不飽和アルデヒド
および不飽和カルボン酸製造用触媒。 - 【請求項3】 リング形状が、外径は3〜10mmであ
り、長さは外径の0.5〜2倍であり、かつその縦軸方
向に外径の0.1〜0.7倍の内径からなる貫通孔を有
するものである請求項1または2記載の不飽和アルデヒ
ドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒。 - 【請求項4】 イソブチレン、ターシャリーブタノール
またはプロピレンを分子状酸素を用いて接触気相酸化し
てそれぞれ対応するメタクロレインおよびメタクリル
酸、またはアクロレインおよびアクリル酸を製造するに
あたり、請求項1〜3のいずれかに記載の触媒を用いる
ことを特徴とするメタクロレインおよびメタクリル酸、
またはアクロレインおよびアクリル酸の製造方法。
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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