JP2010119988A - Catalyst for manufacturing methacrylic acid and method of manufacturing the same, and method of manufacturing methacrylic acid - Google Patents

Catalyst for manufacturing methacrylic acid and method of manufacturing the same, and method of manufacturing methacrylic acid Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for manufacturing a methacrylic acid, which can manufacture the methacrylic acid in good yield, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing the methacrylic acid using the catalyst. <P>SOLUTION: The method comprises the steps of adding at least a part of a molybdenum raw material and a phosphorus raw material under water, of preparing an aqueous solution or an aqueous slurry containing a heteropoly acid, of adding an alkali metal compound to the aqueous slurry or the aqueous solution, and of adding the remaining molybdenum raw material after at least a part of the heteropoly acid precipitates a heteropolyacid salt which has turned to an alkali metal salt, to manufacture the catalyst containing molybdenum, phosphorus, and an alkali metal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造するためのメタクリル酸製造用触媒(以下、単に「触媒」とも記す)の製造方法、この方法により製造される触媒、およびこの触媒を用いたメタクリル酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a catalyst for producing methacrylic acid (hereinafter also simply referred to as “catalyst”) for producing methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen, and a catalyst produced by this method. And a method for producing methacrylic acid using the catalyst.

メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造するメタクリル酸製造用触媒としては、モリブデンおよびリンを含むヘテロポリ酸系触媒が知られている。このようなヘテロポリ酸系触媒としては、カウンターカチオンがプロトンであるプロトン型ヘテロポリ酸、およびそのプロトンの一部をセシウム、ルビジウム、カリウムなどのアルカリ金属で置換したヘテロポリ酸塩が知られている(以下、プロトン型ヘテロポリ酸を単に「ヘテロポリ酸」とも言い、プロトン型ヘテロポリ酸および/またはヘテロポリ酸塩を「ヘテロポリ酸(塩)」とも言う)。なお、プロトン型ヘテロポリ酸は水溶性であるが、プロトンがアルカリ金属で置換されたヘテロポリ酸塩はこれらカチオンのイオン半径が大きいため、一般に水に難溶性である。   As a methacrylic acid production catalyst for producing methacrylic acid by vapor phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen, a heteropolyacid catalyst containing molybdenum and phosphorus is known. As such a heteropolyacid catalyst, a proton-type heteropolyacid whose counter cation is a proton, and a heteropolyacid salt in which a part of the proton is substituted with an alkali metal such as cesium, rubidium, potassium, and the like are known (hereinafter referred to as “heteropolyacid catalyst”). The proton type heteropolyacid is also simply referred to as “heteropolyacid”, and the proton type heteropolyacid and / or the heteropolyacid salt is also referred to as “heteropolyacid (salt)”. Proton type heteropolyacids are water-soluble, but heteropolyacid salts in which protons are substituted with alkali metals generally have poor solubility in water because of the ionic radius of these cations.

ヘテロポリ酸(塩)の構造としては、以下のような記載がある。
(a)ヘテロポリ酸(塩)は中心に異種元素があり、酸素を共有して縮合酸基が縮合して形成される単核または複核の錯イオンを有している。縮合形態は数種類知られており、リン、ヒ素、ケイ素、ゲルマニウム、チタン等が中心元素となり得る(非特許文献1)。
The structure of the heteropolyacid (salt) includes the following description.
(A) The heteropolyacid (salt) has a heterogeneous element at the center, and has a mononuclear or binuclear complex ion formed by condensing condensed acid groups while sharing oxygen. Several types of condensation forms are known, and phosphorus, arsenic, silicon, germanium, titanium, and the like can be the central element (Non-Patent Document 1).

また、ヘテロポリ酸系触媒を用い、メタクロレインからメタクリル酸の選択率を向上させる方法としては、例えば以下の触媒が提案されている。
(b)ヘテロポリ酸は酸性度が高いため、これを単独で触媒として使用するとメタクリル酸の選択率・収率が低くなる。そこで、プロトンの一部を部分中和することにより酸性度を調整した触媒とする(非特許文献2)。
(c)リン、ヒ素を中心元素、モリブデン、バナジウムを配位元素として含み、その比率がモリブデン12グラム原子に対して中心元素が0.5〜3グラム原子、バナジウムが0.01〜2グラム原子であるヘテロポリ酸および/またはその塩を含む触媒とする(特許文献1)。
(d)少なくとも触媒原料を溶媒中で混合して触媒原料混合液を得る工程と、前記触媒原料混合液に含まれる固形分をろ別する工程と、ろ別した前記固形分を減圧乾燥する工程と、得られた乾燥物を焼成する工程を含むことを特徴とする方法でメタクリル酸製造用触媒を製造する(特許文献2)。
(e)モリブデン、リンおよびバナジウムを含む溶液またはスラリー(A液)、アンモニウム根を含む溶液またはスラリー(B液)、およびカリウム、ルビジウムまたはセシウムを含む溶液またはスラリー(C液)を混合する際に、A液、C液、またはA液とC液との混合液にB液を0.1〜15分で混合することを特徴とする方法でメタクリル酸製造用触媒を製造する(特許文献3)。
特開平02−42032号公報 特開2006−81974号公報 国際公開第04/004900号パンフレット 大竹正之,小野田武,触媒,vol.18,No.6(1976) Okuhara,et.al,J.Catal,121(1983)
Moreover, as a method for improving the selectivity of methacrylic acid from methacrolein using a heteropolyacid catalyst, for example, the following catalysts have been proposed.
(B) Since the heteropolyacid has high acidity, when it is used alone as a catalyst, the selectivity and yield of methacrylic acid are lowered. Then, it is set as the catalyst which adjusted the acidity by partially neutralizing a part of proton (nonpatent literature 2).
(C) containing phosphorus, arsenic as a central element, molybdenum, and vanadium as coordination elements, the ratio of which is 0.5-3 gram atom for the central element and 0.01-2 gram atom for vanadium with respect to 12 gram atom of molybdenum And a catalyst containing a heteropolyacid and / or a salt thereof (Patent Document 1).
(D) a step of mixing at least a catalyst raw material in a solvent to obtain a catalyst raw material mixed solution, a step of filtering the solid content contained in the catalyst raw material mixed solution, and a step of drying the filtered solid content under reduced pressure A catalyst for producing methacrylic acid is produced by a method comprising a step of firing the obtained dried product (Patent Document 2).
(E) When mixing a solution or slurry containing molybdenum, phosphorus and vanadium (solution A), a solution or slurry containing ammonium root (solution B), and a solution or slurry containing potassium, rubidium or cesium (solution C) A catalyst for producing methacrylic acid is produced by a method characterized by mixing the B liquid in the A liquid, the C liquid, or the mixed liquid of the A liquid and the C liquid in 0.1 to 15 minutes (Patent Document 3). .
Japanese Patent Laid-Open No. 02-42032 JP 2006-81974 A International Publication No. 04/004900 pamphlet Masayuki Otake, Takeshi Onoda, Catalyst, vol. 18, no. 6 (1976) Okuhara, et. al, J. et al. Catal, 121 (1983)

しかし(b)〜(e)の方法によって得られた触媒は、工業触媒としてはメタクリル酸収率がいまだ不充分であり、工業触媒として用いるためには、さらなるメタクリル酸収率の向上が望まれている。   However, the catalyst obtained by the methods (b) to (e) still has insufficient methacrylic acid yield as an industrial catalyst, and further improvement in methacrylic acid yield is desired for use as an industrial catalyst. ing.

本発明の目的は、メタクリル酸を高収率で製造できるメタクリル酸製造用触媒、その製造方法、およびこの触媒を用いたメタクリル酸の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a catalyst for producing methacrylic acid capable of producing methacrylic acid in high yield, a method for producing the same, and a method for producing methacrylic acid using the catalyst.

すなわち、本発明は、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する際に用いられる、モリブデン、リンおよびアルカリ金属を含む触媒の製造方法であって、
(i)水中に少なくともモリブデン原料の一部およびリン原料を添加して、ヘテロポリ酸を含む水性スラリーまたは水溶液を調製する工程と
(ii)前記水性スラリーまたは水溶液にアルカリ金属化合物を添加して、前記ヘテロポリ酸の少なくとも一部がアルカリ金属塩になったヘテロポリ酸塩を析出させる工程と、
(iii)前記ヘテロポリ酸塩が析出している水性スラリーに、残りのモリブデン原料を添加する工程と、
(iv)全ての原料を含む水性スラリーまたは水溶液を乾燥して乾燥物を得る工程と、
(v)前記乾燥物を熱処理する工程と
を有することを特徴とするメタクリル酸製造用触媒の製造方法である。
That is, the present invention is a method for producing a catalyst containing molybdenum, phosphorus and an alkali metal, which is used for producing methacrylic acid by vapor phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen.
(I) adding at least a part of a molybdenum raw material and a phosphorus raw material in water to prepare an aqueous slurry or aqueous solution containing a heteropolyacid; and (ii) adding an alkali metal compound to the aqueous slurry or aqueous solution, Depositing a heteropolyacid salt in which at least a part of the heteropolyacid is an alkali metal salt;
(Iii) adding the remaining molybdenum raw material to the aqueous slurry in which the heteropolyacid salt is precipitated;
(Iv) drying an aqueous slurry or aqueous solution containing all raw materials to obtain a dried product;
(V) A method for producing a catalyst for producing methacrylic acid, comprising a step of heat-treating the dried product.

また、本発明は、上記の方法で製造されるメタクリル酸製造用触媒である。   Moreover, this invention is a catalyst for methacrylic acid manufacture manufactured by said method.

さらに、本発明は、上記のメタクリル酸製造用触媒を用いて、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化するメタクリル酸の製造方法である。   Furthermore, the present invention is a method for producing methacrylic acid in which methacrolein is vapor-phase contact oxidized with molecular oxygen using the above-mentioned catalyst for methacrylic acid production.

本発明によれば、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を高収率で製造できるメタクリル酸製造用触媒、その製造方法、およびそのメタクリル酸製造用触媒を用いたメタクリル酸の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a catalyst for producing methacrylic acid capable of producing methacrylic acid in a high yield by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen, a production method thereof, and methacrylic acid using the catalyst for producing methacrylic acid The manufacturing method of can be provided.

<メタクリル酸製造用触媒およびその製造方法>
本発明は、リン元素、モリブデン元素およびアルカリ金属元素を含む触媒であり、下記式(1)で表される組成を有することが好ましい。
<Catalyst for methacrylic acid production and production method thereof>
The present invention is a catalyst containing a phosphorus element, a molybdenum element and an alkali metal element, and preferably has a composition represented by the following formula (1).

MoabcCudefg (1)
(式中、Mo、P、V、CuおよびOはそれぞれモリブデン、リン、バナジウム、銅および酸素を示す元素記号である。Xは、カリウム、ルビジウムおよびセシウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す。Yは、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、タングステン、マンガン、銀、ホウ素、ケイ素、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、インジウム、イオウ、セレン、テルル、ランタンおよびセリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す。a、b、c、d、e、fおよびgは、各元素の原子比を表し、a=12のとき、b=0.5〜3、c=0.01〜3、d=0.01〜2、e=0.01〜3、f=0〜3であり、gは、前記各元素の原子比を満足するのに必要な酸素の原子比である。)
本発明の触媒は、以下の工程を有する製造方法により製造される。
・工程(i):水中に少なくともモリブデン原料の一部およびリン原料を添加して、ヘテロポリ酸を含む水性スラリーまたは水溶液を調製する(調製工程)。
・工程(ii):前記水性スラリーまたは水溶液にアルカリ金属化合物を添加して、前記ヘテロポリ酸の少なくとも一部がアルカリ金属塩になったヘテロポリ酸塩を析出させる(析出工程)。
・工程(iii):前記ヘテロポリ酸塩が析出している水性スラリーに、残りのモリブデン原料を添加する(モリブデン添加工程)。
・工程(iv):全ての原料を含む水性スラリーまたは水溶液を乾燥して乾燥物を得る(乾燥工程)。
・工程(v):前記乾燥物を熱処理する(熱処理工程)。
Mo a P b V c Cu d X e Y f O g (1)
(In the formula, Mo, P, V, Cu and O are element symbols indicating molybdenum, phosphorus, vanadium, copper and oxygen, respectively. X is at least one selected from the group consisting of potassium, rubidium and cesium. Y represents iron, cobalt, nickel, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, chromium, tungsten, manganese, silver, boron, silicon, aluminum, gallium, germanium, tin, lead, arsenic, antimony And at least one element selected from the group consisting of bismuth, niobium, tantalum, zirconium, indium, sulfur, selenium, tellurium, lanthanum and cerium, a, b, c, d, e, f and g are The atomic ratio of each element is represented. When a = 12, b = 0.5-3, c = 0.01-3 d = 0.01~2, e = 0.01~3, a f = 0 to 3, g is the the atomic ratio of oxygen required to satisfy the atomic ratio of each element.)
The catalyst of the present invention is produced by a production method having the following steps.
Step (i): At least a part of the molybdenum raw material and the phosphorus raw material are added to water to prepare an aqueous slurry or aqueous solution containing a heteropolyacid (preparation step).
Step (ii): An alkali metal compound is added to the aqueous slurry or aqueous solution to precipitate a heteropolyacid salt in which at least a part of the heteropolyacid is an alkali metal salt (precipitation step).
Step (iii): The remaining molybdenum raw material is added to the aqueous slurry in which the heteropolyacid salt is precipitated (molybdenum addition step).
Step (iv): An aqueous slurry or aqueous solution containing all raw materials is dried to obtain a dried product (drying step).
Step (v): The dried product is heat treated (heat treatment step).

さらに、前記乾燥物を賦型する工程(賦型工程)を有していてもよい。   Furthermore, you may have the process (molding process) of shaping the said dried material.

〔調製工程〕
この工程では、水中に少なくともモリブデン原料の一部およびリン原料を添加して、ヘテロポリ酸を含む水性スラリーまたは水溶液を調製する。すなわち、調製工程では、モリブデン原料の一部のみを添加する。そして、得られたスラリーまたは水溶液を用いてヘテロポリ酸塩を析出させた上で、その後に残りのモリブデン原料を添加する。本発明者らは、このようにモリブデン原料をヘテロポリ酸塩の析出前後に分けて添加し、調製工程で添加するモリブデン原料とリン原料の質量比を適宜調整することで、結果として得られる触媒性能を大きく向上することができることを見出した。
[Preparation process]
In this step, an aqueous slurry or aqueous solution containing a heteropoly acid is prepared by adding at least a part of the molybdenum raw material and the phosphorus raw material to water. That is, in the preparation process, only a part of the molybdenum raw material is added. And after depositing heteropolyacid salt using the obtained slurry or aqueous solution, the remaining molybdenum raw material is added after that. The inventors have thus added the molybdenum raw material separately before and after the precipitation of the heteropolyacid salt, and appropriately adjusted the mass ratio of the molybdenum raw material and the phosphorus raw material to be added in the preparation step. It has been found that can be greatly improved.

このような効果が発現する理由としては、次のように推測している。まず、触媒は、水溶性のヘテロポリ酸と、水難溶性のヘテロポリ酸塩とを含んでいるが、そのうちヘテロポリ酸塩は、メタクロレインの酸化において逐次酸化反応を抑制する効果を有している。すなわち、ヘテロポリ酸塩は、メタクロレインがメタクリル酸に酸化された後さらに酸化反応が継続して燃焼し、一酸化炭素、二酸化炭素、酢酸等が副生する逐次酸化反応を抑制することができ、その効果によりメタクリル酸の収率を向上させることができる。一方で、ヘテロポリ酸塩以外の水難溶性成分も存在するため、水難溶性成分の質量に対するヘテロ原子の量は一定とはならず、この触媒中の水難溶性成分に存在するヘテロ原子(リン元素など)の量も、メタクリル酸の収率に影響を及ぼしていると考えられる。したがって、触媒における水難溶性成分の質量割合および触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合を調整することで、メタクリル酸の選択率が向上すると考えられる。   The reason why such an effect appears is presumed as follows. First, the catalyst contains a water-soluble heteropolyacid and a poorly water-soluble heteropolyacid salt, and the heteropolyacid salt has an effect of suppressing a sequential oxidation reaction in the oxidation of methacrolein. That is, the heteropolyacid salt can suppress the sequential oxidation reaction in which carbon monoxide, carbon dioxide, acetic acid, etc. are by-produced by further burning the oxidation reaction after methacrolein is oxidized to methacrylic acid, Due to this effect, the yield of methacrylic acid can be improved. On the other hand, since there are also poorly water-soluble components other than heteropolyacid salts, the amount of heteroatoms relative to the mass of the poorly water-soluble component is not constant, and heteroatoms (phosphorus elements, etc.) present in the poorly water-soluble component in this catalyst The amount of is also considered to affect the yield of methacrylic acid. Therefore, it is considered that the selectivity of methacrylic acid is improved by adjusting the mass ratio of the poorly water-soluble component in the catalyst and the heteroatom ratio contained in the poorly water-soluble component among the heteroatoms contained in the catalyst.

調製工程で添加するモリブデン原料と、モリブデン添加工程で添加するモリブデン原料の比は、適宜設定することができるが、調製工程で添加するモリブデン原料中のモリブデンと、調製工程で添加するリン原料中のリンと原子比が、6.5:1〜9:1となるように設定することが好ましく、6.5:1〜8.0:1となるように設定することがより好ましい。この範囲であれば、後述するように、触媒における水難溶性成分の質量割合および触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合を最適化することができ、メタクリル酸を製造する反応に有効な化学構造が得られると考えられる。   The ratio of the molybdenum raw material to be added in the preparation step and the molybdenum raw material to be added in the molybdenum addition step can be set as appropriate, but the molybdenum in the molybdenum raw material added in the preparation step and the phosphorus raw material added in the preparation step It is preferable to set the atomic ratio of phosphorus to 6.5: 1 to 9: 1, and more preferably to set 6.5: 1 to 8.0: 1. Within this range, as described later, the mass ratio of the poorly water-soluble component in the catalyst and the ratio of the heteroatom contained in the poorly water-soluble component among the heteroatoms contained in the catalyst can be optimized to produce methacrylic acid. It is considered that a chemical structure effective for the reaction is obtained.

なお、モリブデン原料、リン原料およびアルカリ金属化合物以外の原料(例えば、式(1)で表される組成を有する触媒を製造する場合においては、バナジウム原料、銅原料およびY元素の原料)等は、調製工程、析出工程およびモリブデン添加工程のいずれの段階で添加しても構わない。添加する原料の配合量は、目的とする触媒の組成に応じて適宜決定すればよい。ただし、モリブデン原料に関しては、調製工程とモリブデン添加工程で添加するモリブデン原料の合計を、目的とする触媒の組成に応じて適宜決定する。   The raw materials other than the molybdenum raw material, phosphorus raw material and alkali metal compound (for example, in the case of producing a catalyst having the composition represented by the formula (1), vanadium raw material, copper raw material and Y element raw material) etc. You may add in any step of a preparation process, a precipitation process, and a molybdenum addition process. What is necessary is just to determine the compounding quantity of the raw material to add suitably according to the composition of the target catalyst. However, regarding the molybdenum raw material, the total of the molybdenum raw materials added in the preparation step and the molybdenum addition step is appropriately determined according to the composition of the target catalyst.

使用する原料としては、各元素の硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、アンモニウム塩、酸化物、ハロゲン化物等が挙げられる。モリブデン原料としては、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、塩化モリブデン等が挙げられる。リン原料としては、正リン酸、五酸化リン、リン酸アンモニウム等が挙げられる。バナジウム原料としては、メタバナジン酸アンモニウム、五酸化バナジウム等が挙げられる。銅原料としては、硝酸銅、酸化銅、炭酸銅、酢酸銅等が挙げられる。   Examples of the raw material used include nitrates, carbonates, acetates, ammonium salts, oxides, halides and the like of each element. Examples of the molybdenum raw material include ammonium paramolybdate, molybdenum trioxide, molybdic acid, and molybdenum chloride. Examples of the phosphorus raw material include orthophosphoric acid, phosphorus pentoxide, and ammonium phosphate. Examples of the vanadium raw material include ammonium metavanadate and vanadium pentoxide. Examples of the copper raw material include copper nitrate, copper oxide, copper carbonate, and copper acetate.

水性スラリーまたは水溶液の調製は、水に各元素の原料を加え、加熱しながら攪拌する方法が簡便であり好ましい。加熱温度は80〜130℃が好ましく、90〜130℃がより好ましい。   For preparing the aqueous slurry or aqueous solution, a method of adding a raw material of each element to water and stirring while heating is simple and preferable. The heating temperature is preferably 80 to 130 ° C, more preferably 90 to 130 ° C.

調製される水性スラリーまたは水溶液のpHが高い場合には、硝酸根等を多く含むように各原料を選択することが好ましい。調製される水性スラリーまたは水溶液のpHは4以下が好ましく、2以下がより好ましい。   When the pH of the aqueous slurry or aqueous solution to be prepared is high, it is preferable to select each raw material so as to contain a large amount of nitrate radicals. The pH of the prepared aqueous slurry or aqueous solution is preferably 4 or less, and more preferably 2 or less.

〔析出工程〕
この工程では、調製工程で得られた水性スラリーまたは水溶液にアルカリ金属化合物を添加して、ヘテロポリ酸の少なくとも一部がアルカリ金属塩になったヘテロポリ酸塩を析出させる。アルカリ金属化合物を添加する前に、水性スラリーまたは水溶液を冷却することが好ましい。冷却温度は20〜80℃が好ましく、20〜60℃がより好ましい。
[Precipitation process]
In this step, an alkali metal compound is added to the aqueous slurry or aqueous solution obtained in the preparation step to precipitate a heteropolyacid salt in which at least a part of the heteropolyacid is an alkali metal salt. It is preferred to cool the aqueous slurry or aqueous solution before adding the alkali metal compound. The cooling temperature is preferably 20 to 80 ° C, more preferably 20 to 60 ° C.

析出させるヘテロポリ酸塩は、ケギン型構造でも、ドーソン型等のケギン型以外の構造でも構わないが、ケギン型構造を有することが好ましい。析出させるヘテロポリ酸塩がケギン型であると、よりメタクリル酸の選択率が向上する。ケギン型構造のヘテロポリ酸塩を析出させるためには、例えばモリブデン原料として三酸化モリブデンを使用して、析出工程におけるpHを3以下に調整する方法が挙げられる。析出させたヘテロポリ酸塩の構造は、ヘテロポリ酸塩をろ過等により分離し乾燥させたものを赤外吸収分析で測定することにより確認することができる。ケギン型構造を有するヘテロポリ酸塩であれば、得られる赤外吸収スペクトルは、1060、960、870、780cm-1付近に特徴的なピークを有する。得られた析出物がドーソン型構造を有するヘテロポリ酸塩であれば、得られる赤外吸収スペクトルは、1040、1020、930、720、680cm-1付近に特徴的なピークを有する。 The heteropolyacid salt to be deposited may have a Keggin type structure or a structure other than Keggin type such as Dawson type, but preferably has a Keggin type structure. When the heteropoly acid salt to be precipitated is Keggin type, the selectivity of methacrylic acid is further improved. In order to precipitate the heteropolyacid salt having a Keggin type structure, for example, molybdenum trioxide is used as a molybdenum raw material, and the pH in the precipitation step is adjusted to 3 or less. The structure of the deposited heteropolyacid salt can be confirmed by measuring the heteropolyacid salt separated by filtration or the like and drying it by infrared absorption analysis. In the case of a heteropolyacid salt having a Keggin type structure, the obtained infrared absorption spectrum has characteristic peaks in the vicinity of 1060, 960, 870, and 780 cm −1 . If the obtained precipitate is a heteropolyacid salt having a Dawson structure, the obtained infrared absorption spectrum has characteristic peaks in the vicinity of 1040, 1020, 930, 720, and 680 cm −1 .

アルカリ金属化合物としては、セシウム化合物、カリウム化合物、ルビジウム化合物等が挙げられる。式(1)で表される組成を有する触媒を製造する場合においては、X元素の原料となる。熱安定性の点から、セシウム化合物が好ましい。セシウム化合物としては、重炭酸セシウム、硝酸セシウム、酸化セシウム等が挙げられる。アルカリ金属化合物の添加量は、目的とする触媒の組成に応じて適宜決定すればよい。   Examples of the alkali metal compound include a cesium compound, a potassium compound, and a rubidium compound. In the case of producing a catalyst having the composition represented by the formula (1), it becomes a raw material for the X element. From the viewpoint of thermal stability, a cesium compound is preferable. Examples of the cesium compound include cesium bicarbonate, cesium nitrate, and cesium oxide. What is necessary is just to determine the addition amount of an alkali metal compound suitably according to the composition of the target catalyst.

アルカリ金属化合物は、溶媒に溶解または懸濁させたアルカリ金属化合物の溶液またはスラリーの状態で添加することが好ましい。溶媒としては、水、エチルアルコール、アセトン等が挙げられるが、水性スラリーまたは水溶液と同じ水を用いることが好ましい。   The alkali metal compound is preferably added in the form of a solution or slurry of an alkali metal compound dissolved or suspended in a solvent. Examples of the solvent include water, ethyl alcohol, acetone and the like, but it is preferable to use the same water as the aqueous slurry or aqueous solution.

アルカリ金属化合物を添加した水性スラリーまたは水溶液は引き続きモリブデン添加工程に処しても、静置してもよいが、攪拌することが好ましい。撹拌装置としては、回転翼撹拌機、高速回転剪断撹拌機(ホモジナイザー等)等の回転式撹拌装置、振り子式の直線運動型撹拌機、容器ごと振とうする振とう機、超音波等を用いた振動式撹拌機等の公知の撹拌装置が挙げられる。回転式撹拌装置における撹拌翼または回転刃の回転速度は、液の飛散等の不都合が起きない程度に、容器、撹拌翼、邪魔板等の形状、液量等を勘案して適宜調整すればよい。撹拌は連続的または断続的のいずれの方法で行ってもよいが、連続的に行う方が好ましい。   The aqueous slurry or aqueous solution to which the alkali metal compound is added may be subsequently subjected to the molybdenum addition step or may be allowed to stand, but is preferably stirred. As the agitator, a rotary agitator such as a rotary blade agitator, a high-speed rotary shear agitator (homogenizer, etc.), a pendulum linear motion agitator, a shaker that shakes the whole container, an ultrasonic wave, or the like was used. A known stirring device such as a vibration type stirrer can be used. The rotational speed of the stirring blade or the rotary blade in the rotary stirring device may be appropriately adjusted in consideration of the shape of the container, stirring blade, baffle plate, etc., the amount of liquid, etc., to the extent that inconvenience such as liquid scattering does not occur. . Stirring may be performed either continuously or intermittently, but is preferably performed continuously.

撹拌時の水性スラリーまたは水溶液の温度は、20〜80℃が好ましく、40〜60℃がより好ましい。また、アルカリ金属化合物を添加した後の撹拌時間は、5〜60分が好ましく、10〜30分がより好ましい。   The temperature of the aqueous slurry or aqueous solution during stirring is preferably 20 to 80 ° C, and more preferably 40 to 60 ° C. Moreover, 5 to 60 minutes are preferable and, as for the stirring time after adding an alkali metal compound, 10 to 30 minutes are more preferable.

また静置する時の水性スラリーまたは水溶液の温度は、20〜80℃が好ましく、40〜60℃がより好ましい。静置する時間は、5〜60分が好ましく、10〜30分がより好ましい。   Moreover, 20-80 degreeC is preferable and, as for the temperature of the aqueous slurry or aqueous solution at the time of standing, 40-60 degreeC is more preferable. The time for standing still is preferably 5 to 60 minutes, and more preferably 10 to 30 minutes.

〔モリブデン添加工程〕
この工程では、ヘテロポリ酸塩が析出している水性スラリーに、残りのモリブデン原料を添加する。ここで添加するモリブデン原料は、調製工程で添加したモリブデン原料と同じでもよく、異なっていてもよい。
[Molybdenum addition process]
In this step, the remaining molybdenum raw material is added to the aqueous slurry in which the heteropolyacid salt is precipitated. The molybdenum raw material added here may be the same as or different from the molybdenum raw material added in the preparation step.

〔乾燥工程〕
この工程では、全ての原料を含む水性スラリーまたは水溶液を加熱して乾燥することで、乾燥物を得ることができる。乾燥方法としては、例えば、ドラム乾燥法、気流乾燥法、蒸発乾固法、噴霧乾燥法等の公知の方法が挙げられる。乾燥は、通常、120〜500℃、好ましくは140〜350℃で、水性スラリーまたは水溶液が乾固するまで行う。この際に使用する乾燥機の機種や乾燥温度などの条件は特に限定されず、所望する乾燥品の形状や大きさにより適宜選択することができる。
[Drying process]
In this step, a dry product can be obtained by heating and drying an aqueous slurry or an aqueous solution containing all raw materials. Examples of drying methods include known methods such as drum drying, airflow drying, evaporation to dryness, and spray drying. The drying is usually performed at 120 to 500 ° C., preferably 140 to 350 ° C. until the aqueous slurry or the aqueous solution is dried. The conditions such as the model of the dryer used at this time and the drying temperature are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the desired shape and size of the dried product.

乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)は、ケギン型構造でも、ドーソン型等のケギン型以外の構造でも構わないが、ケギン型構造を有することが好ましい。乾燥物中の前記ヘテロポリ酸(塩)がケギン型構造であると、メタクロレインの反応率が向上し、メタクリル酸の収率が高くなる。ケギン型構造のヘテロポリ酸(塩)の乾燥物を得るためには、例えば析出工程において上記の方法でケギン型構造のヘテロポリ酸塩を析出させ、モリブデン添加工程および乾燥工程におけるpHを3以下に調整する方法が挙げられる。なお、乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、赤外吸収分析で測定することにより確認することができる。ケギン型構造を有するヘテロポリ酸(塩)である場合、得られる赤外吸収スペクトルは、1060、960、870、780cm-1付近に特徴的なピークを有する。一方、ドーソン型構造を有するヘテロポリ酸(塩)である場合、得られる赤外吸収スペクトルは、1040、1020、930、720、680cm-1付近に特徴的なピークを有する。 The heteropolyacid (salt) in the dried product may have a Keggin type structure or a structure other than a Keggin type such as Dawson type, but preferably has a Keggin type structure. When the heteropolyacid (salt) in the dried product has a Keggin structure, the reaction rate of methacrolein is improved and the yield of methacrylic acid is increased. To obtain a dried product of Keggin-type heteropolyacid (salt), for example, the Keggin-type heteropolyacid salt is precipitated by the above method in the precipitation step, and the pH in the molybdenum addition step and the drying step is adjusted to 3 or less. The method of doing is mentioned. The structure of the heteropolyacid (salt) in the dried product can be confirmed by measurement by infrared absorption analysis. In the case of a heteropolyacid (salt) having a Keggin structure, the obtained infrared absorption spectrum has characteristic peaks in the vicinity of 1060, 960, 870, and 780 cm −1 . On the other hand, in the case of a heteropolyacid (salt) having a Dawson structure, the obtained infrared absorption spectrum has characteristic peaks in the vicinity of 1040, 1020, 930, 720, and 680 cm −1 .

〔賦型工程〕
得られた乾燥物をそのまま熱処理してもよいが、その乾燥物を賦型し、得られた賦型品を熱処理してもよい。また、乾燥物を後述する熱処理工程で熱処理したものを賦型してもよい。乾燥物または熱処理した乾燥物の賦型に用いる装置としては、打錠成形機、押出成形機、転動造粒機等の公知の粉体用成形機が挙げられる。賦型品の形状としては特に制限はなく、球状、リング状、円柱状、星型状等の任意の形状が挙げられる。
[Molding process]
The obtained dried product may be heat-treated as it is, but the dried product may be shaped and the obtained shaped product may be heat-treated. Moreover, you may shape what heat-processed the dried material by the heat processing process mentioned later. Examples of the apparatus used for shaping the dried product or the heat-treated dried product include known powder molding machines such as a tableting machine, an extrusion molding machine, and a rolling granulator. There is no restriction | limiting in particular as a shape of a molded article, Arbitrary shapes, such as spherical shape, ring shape, cylindrical shape, and star shape, are mentioned.

〔熱処理工程〕
この工程では、乾燥物または乾燥物の賦型品を熱処理することで、触媒を得ることができる。熱処理条件としては特に限定はなく、公知の熱処理条件を適用できる。熱処理は、通常、空気等の酸素含有ガス流通下および/または不活性ガス流通下で、200〜500℃、好ましくは300〜450℃で、0.5時間以上、好ましくは1〜40時間で行う。
[Heat treatment process]
In this step, the catalyst can be obtained by heat-treating the dried product or the molded product of the dried product. The heat treatment conditions are not particularly limited, and known heat treatment conditions can be applied. The heat treatment is usually performed at 200 to 500 ° C., preferably 300 to 450 ° C., for 0.5 hours or more, preferably 1 to 40 hours under the flow of an oxygen-containing gas such as air and / or an inert gas. .

熱処理工程で熱処理して得られる触媒における水難溶性成分の質量割合をα質量%、前記触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合をβ原子%としたとき、65≦α≦80および50≦β≦70を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことで、触媒における水難溶性成分の質量割合および触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合が最適化され、メタクリル酸を製造する反応に有効な化学構造が得られ、メタクリル酸の収率が大きく向上する。αに関しては、65≦α≦75を満たすことがより好ましい。βに関しては、60≦β≦70を満たすことがより好ましい。αおよびβについては、以下の方法で算出することができる。   When the mass ratio of the hardly water-soluble component in the catalyst obtained by heat treatment in the heat treatment step is α mass%, and the hetero atom content of the poorly water-soluble component among the hetero atoms contained in the catalyst is β atom%, 65 ≦ It is preferable to satisfy α ≦ 80 and 50 ≦ β ≦ 70. By satisfying these conditions, the mass proportion of the poorly water-soluble component in the catalyst and the proportion of the heteroatom contained in the poorly water-soluble component among the heteroatoms contained in the catalyst are optimized, and effective chemistry for the reaction to produce methacrylic acid. A structure is obtained and the yield of methacrylic acid is greatly improved. As for α, it is more preferable to satisfy 65 ≦ α ≦ 75. As for β, it is more preferable to satisfy 60 ≦ β ≦ 70. α and β can be calculated by the following method.

(触媒における水難溶性成分の質量割合)
触媒0.2gを室温の純水100gに溶解させ、超音波溶出処理して、さらに遠心分離機で水溶出部と水不溶解部を分離する。超音波溶出処理は、38〜45kHzで30分行う。続いて、水不溶解部を乾燥・秤量する。そして、この水不溶解部を水難溶性成分とみなして、触媒における水難溶性成分の質量割合を算出する。
(Mass ratio of poorly water-soluble component in catalyst)
0.2 g of the catalyst is dissolved in 100 g of pure water at room temperature, subjected to ultrasonic elution treatment, and the water elution part and the water insoluble part are further separated by a centrifuge. The ultrasonic elution treatment is performed at 38 to 45 kHz for 30 minutes. Subsequently, the water-insoluble part is dried and weighed. Then, the water-insoluble portion is regarded as a poorly water-soluble component, and the mass ratio of the poorly water-soluble component in the catalyst is calculated.

(触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合)
触媒全体をアンモニア水に溶解させ、ICP発光分析法と原子吸光分析法で分析する。続いて、触媒における水難溶性成分の質量割合を算出する際に得られた水不溶解部をアンモニア水に溶解させ、同様にICP発光分析法と原子吸光分析法で分析する。そして、水不溶解部を水難溶性成分とみなして、触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合を算出する。
(Ratio of heteroatoms contained in poorly water-soluble components among heteroatoms contained in catalyst)
The entire catalyst is dissolved in aqueous ammonia and analyzed by ICP emission spectrometry and atomic absorption spectrometry. Subsequently, the water-insoluble part obtained when calculating the mass ratio of the poorly water-soluble component in the catalyst is dissolved in ammonia water, and similarly analyzed by ICP emission spectrometry and atomic absorption spectrometry. And a water insoluble part is considered as a poorly water-soluble component, and the ratio of the hetero atom contained in a poorly water-soluble component is calculated among the hetero atoms contained in a catalyst.

なお、触媒に含まれるヘテロ原子とは、ヘテロポリ酸(塩)の中心にある異種元素を意味し、リン、ヒ素、ケイ素、ゲルマニウム、チタン等が挙げられる。   The heteroatom contained in the catalyst means a different element at the center of the heteropolyacid (salt), and examples thereof include phosphorus, arsenic, silicon, germanium, and titanium.

以上のような本発明のメタクリル酸製造用触媒は、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を高収率で製造できる触媒となる。   The catalyst for producing methacrylic acid according to the present invention as described above is a catalyst capable of producing methacrylic acid in high yield by gas phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen.

<メタクリル酸の製造方法>
本発明のメタクリル酸の製造方法は、上記本発明のメタクリル酸製造用触媒を用いて、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造することを特徴とする。
<Method for producing methacrylic acid>
The method for producing methacrylic acid of the present invention is characterized in that methacrylic acid is produced by gas phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen using the methacrylic acid production catalyst of the present invention.

具体的には、メタクロレインおよび分子状酸素を含む原料ガスと、本発明の触媒とを接触させることで、メタクリル酸を製造する。この反応は、通常、固定床で行う。また、触媒層は1層でもよく、2層以上でもよい。メタクリル酸製造用触媒は、担体に担持させたものであってもよく、その他の添加成分を混合したものであってもよい。   Specifically, methacrylic acid is produced by bringing a raw material gas containing methacrolein and molecular oxygen into contact with the catalyst of the present invention. This reaction is usually carried out in a fixed bed. Further, the catalyst layer may be one layer or two or more layers. The catalyst for producing methacrylic acid may be supported on a carrier, or may be a mixture of other additive components.

原料ガス中のメタクロレインの濃度は、広い範囲で変えることができ、1〜20容量%が好ましく、3〜10容量%がより好ましい。メタクロレインは、水、低級飽和アルデヒド等の本反応に実質的な影響を与えない不純物を少量含んでいてもよい。   The concentration of methacrolein in the raw material gas can be varied within a wide range, preferably 1 to 20% by volume, more preferably 3 to 10% by volume. The methacrolein may contain a small amount of impurities such as water and lower saturated aldehyde that do not substantially affect this reaction.

原料ガス中の分子状酸素の濃度は、メタクロレイン1モルに対して0.4〜4モルが好ましく、0.5〜3モルがより好ましい。なお、分子状酸素源としては、経済性の点から空気が好ましい。必要ならば、空気に純酸素を加えて分子状酸素を富化した気体等を用いてもよい。   The concentration of molecular oxygen in the raw material gas is preferably 0.4 to 4 mol, more preferably 0.5 to 3 mol, per 1 mol of methacrolein. The molecular oxygen source is preferably air from the viewpoint of economy. If necessary, a gas or the like enriched with molecular oxygen by adding pure oxygen to air may be used.

原料ガスは、メタクロレインおよび分子状酸素源を、窒素、炭酸ガス等の不活性ガスで希釈したものであってもよい。さらに、原料ガスに水蒸気を加えてもよい。水の存在下で反応を行うことにより、メタクリル酸をより高収率で得ることができる。原料ガス中の水蒸気の濃度は、0.1〜50容量%が好ましく、1〜40容量%が特に好ましい。   The source gas may be obtained by diluting methacrolein and a molecular oxygen source with an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide. Further, water vapor may be added to the source gas. By performing the reaction in the presence of water, methacrylic acid can be obtained in a higher yield. The concentration of water vapor in the raw material gas is preferably from 0.1 to 50% by volume, particularly preferably from 1 to 40% by volume.

原料ガスとメタクリル酸製造用触媒との接触時間は、1.5〜15秒が好ましく、2〜5秒がより好ましい。   The contact time between the raw material gas and the catalyst for producing methacrylic acid is preferably 1.5 to 15 seconds, and more preferably 2 to 5 seconds.

反応圧力は、大気圧(0.1MPa−G)〜数気圧(例えば1MPa−G)が好ましい。反応温度は、200〜450℃が好ましく、250〜400℃が特に好ましい。   The reaction pressure is preferably atmospheric pressure (0.1 MPa-G) to several atmospheres (for example, 1 MPa-G). The reaction temperature is preferably from 200 to 450 ° C, particularly preferably from 250 to 400 ° C.

以下、実施例および比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例および比較例中の「部」は質量部を意味する。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention in detail, this invention is not limited to these Examples. “Parts” in Examples and Comparative Examples means parts by mass.

触媒組成は、アンモニア水に溶解した成分をICP発光分析法と原子吸光分析法で分析することによって算出した。   The catalyst composition was calculated by analyzing components dissolved in aqueous ammonia by ICP emission analysis and atomic absorption spectrometry.

原料ガスおよび生成物の分析は、ガスクロマトグラフィーを用いて行った。ガスクロマトグラフィーの結果から、メタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を下記式にて求めた。
メタクロレインの反応率(%)=(B/A)×100、
メタクリル酸の選択率(%) =(C/B)×100、
メタクリル酸の収率(%) =(C/A)×100。
式中、Aは供給したメタクロレインのモル数、Bは反応したメタクロレインのモル数、Cは生成したメタクリル酸のモル数である。
The analysis of the raw material gas and the product was performed using gas chromatography. From the results of gas chromatography, the reaction rate of methacrolein, the selectivity of methacrylic acid, and the yield of methacrylic acid were determined by the following formula.
Reaction rate of methacrolein (%) = (B / A) × 100,
Methacrylic acid selectivity (%) = (C / B) × 100,
The yield of methacrylic acid (%) = (C / A) × 100.
In the formula, A is the number of moles of methacrolein supplied, B is the number of moles of reacted methacrolein, and C is the number of moles of methacrylic acid produced.

〔実施例1〕
純水400部に、三酸化モリブデン64.2部、五酸化バナジウム2.6部、85質量%リン酸水溶液6.7部および硝酸銅1.5部を溶解し、これを攪拌しながら95℃に昇温し、液温を95℃に保ちつつ3時間攪拌した。25℃まで冷却後回転翼攪拌機を用いて攪拌しながら、純水20部に溶解した重炭酸セシウム13.5部およびを滴下し25℃で15分間攪拌して、ヘテロポリ酸塩を析出させた。析出したヘテロポリ酸塩の構造は、ケギン型であった。その後、三酸化モリブデン35.8部を添加して50℃で15分間攪拌し、純水20部に溶解した硝酸アンモニウム11.6部を滴下してさらに15分間攪拌した。
[Example 1]
In 400 parts of pure water, 64.2 parts of molybdenum trioxide, 2.6 parts of vanadium pentoxide, 6.7 parts of 85 mass% phosphoric acid aqueous solution and 1.5 parts of copper nitrate were dissolved, and this was stirred at 95 ° C. The mixture was stirred for 3 hours while maintaining the liquid temperature at 95 ° C. While cooling to 25 ° C., while stirring with a rotary blade stirrer, 13.5 parts of cesium bicarbonate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred at 25 ° C. for 15 minutes to precipitate a heteropolyacid salt. The structure of the precipitated heteropolyacid salt was Keggin type. Thereafter, 35.8 parts of molybdenum trioxide was added and stirred at 50 ° C. for 15 minutes, and 11.6 parts of ammonium nitrate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred for another 15 minutes.

得られた混合液を101℃に加熱し、攪拌しながら蒸発乾固させた。得られた乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、ケギン型であった。その乾燥物を130℃で16時間さらに乾燥させた後、加圧成型により賦型した。得られた賦型品を空気流通下に380℃で5時間熱処理して、触媒を得た。得られた触媒の元素組成(酸素以外、以下同じ)は、以下の通りであった。また、このときの水難溶性成分の質量および元素分布を算出した結果、α=68.5質量%、β=66.4原子%であった。   The resulting mixture was heated to 101 ° C. and evaporated to dryness with stirring. The structure of the heteropolyacid (salt) in the obtained dried product was Keggin type. The dried product was further dried at 130 ° C. for 16 hours, and then shaped by pressure molding. The obtained shaped product was heat-treated at 380 ° C. for 5 hours under air flow to obtain a catalyst. The elemental composition of the obtained catalyst (except for oxygen, the same shall apply hereinafter) was as follows. Moreover, as a result of calculating the mass and element distribution of the poorly water-soluble component at this time, they were α = 68.5 mass% and β = 66.4 atomic%.

Mo120.51.0Cu0.11Cs1.2
この触媒を反応管に充填し、メタクロレイン5容量%、酸素10容量%、水蒸気30容量%および窒素55容量%の原料ガスを反応温度290℃、接触時間3.6秒で通じた。生成物を捕集し、ガスクロマトグラフィーで分析してメタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を求めた。結果を表1に示す。
Mo 12 V 0.5 P 1.0 Cu 0.11 Cs 1.2
The catalyst was filled in a reaction tube, and a raw material gas containing 5% by volume of methacrolein, 10% by volume of oxygen, 30% by volume of steam and 55% by volume of nitrogen was passed at a reaction temperature of 290 ° C. and a contact time of 3.6 seconds. The product was collected and analyzed by gas chromatography to obtain methacrolein reaction rate, methacrylic acid selectivity and methacrylic acid yield. The results are shown in Table 1.

〔実施例2〕
純水400部に、三酸化モリブデン55.8部、五酸化バナジウム2.6部、85質量%リン酸水溶液6.7部および硝酸銅1.5部を溶解し、これを攪拌しながら95℃に昇温し、液温を95℃に保ちつつ3時間攪拌した。50℃まで冷却後回転翼攪拌機を用いて攪拌しながら、純水20部に溶解した重炭酸セシウム13.5部およびを滴下し25℃で15分間攪拌して、ヘテロポリ酸塩を析出させた。析出したヘテロポリ酸塩の構造は、ケギン型であった。その後、三酸化モリブデン44.2部を添加して50℃で15分間攪拌し、純水20部に溶解した硝酸アンモニウム11.6部を滴下してさらに15分間攪拌した。
[Example 2]
In 400 parts of pure water, 55.8 parts of molybdenum trioxide, 2.6 parts of vanadium pentoxide, 6.7 parts of 85 mass% phosphoric acid aqueous solution and 1.5 parts of copper nitrate were dissolved, and this was stirred at 95 ° C. The mixture was stirred for 3 hours while maintaining the liquid temperature at 95 ° C. While cooling to 50 ° C. and stirring with a rotary blade stirrer, 13.5 parts of cesium bicarbonate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred at 25 ° C. for 15 minutes to precipitate a heteropolyacid salt. The structure of the precipitated heteropolyacid salt was Keggin type. Thereafter, 44.2 parts of molybdenum trioxide was added and stirred at 50 ° C. for 15 minutes, and 11.6 parts of ammonium nitrate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred for another 15 minutes.

得られた混合液を用いた以外は、実施例1と同様にして触媒を製造した。なお、乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、ケギン型であった。得られた触媒の元素組成は以下の通りであった。また、このときの水難溶性成分の質量および元素分布を算出した結果、α=70.8質量%、β=68.5原子%であった。   A catalyst was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained mixed solution was used. The structure of the heteropolyacid (salt) in the dried product was a Keggin type. The elemental composition of the obtained catalyst was as follows. Moreover, as a result of calculating the mass and element distribution of the poorly water-soluble component at this time, they were α = 70.8 mass% and β = 68.5 atomic%.

Mo120.51.0Cu0.11Cs1.2
この触媒を用いた以外は、実施例1と同様にしてメタクリル酸の製造を行い、メタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を求めた。結果を表1に示す。
Mo 12 V 0.5 P 1.0 Cu 0.11 Cs 1.2
Except for using this catalyst, methacrylic acid was produced in the same manner as in Example 1, and the reaction rate of methacrolein, the selectivity of methacrylic acid, and the yield of methacrylic acid were determined. The results are shown in Table 1.

〔実施例3〕
純水400部に、三酸化モリブデン83.3部、五酸化バナジウム2.6部、85質量%リン酸水溶液6.7部および硝酸銅1.5部を溶解し、これを攪拌しながら95℃に昇温し、液温を95℃に保ちつつ3時間攪拌した。50℃まで冷却後回転翼攪拌機を用いて攪拌しながら、純水20部に溶解した重炭酸セシウム13.5部およびを滴下し25℃で15分間攪拌して、ヘテロポリ酸塩を析出させた。析出したヘテロポリ酸塩の構造は、ケギン型であった。その後、三酸化モリブデン16.7部を添加して50℃で15分間攪拌し、純水20部に溶解した硝酸アンモニウム11.6部を滴下してさらに15分間攪拌した。
Example 3
In 400 parts of pure water, 83.3 parts of molybdenum trioxide, 2.6 parts of vanadium pentoxide, 6.7 parts of 85 mass% phosphoric acid aqueous solution and 1.5 parts of copper nitrate were dissolved, and this was stirred at 95 ° C. The mixture was stirred for 3 hours while maintaining the liquid temperature at 95 ° C. While cooling to 50 ° C. and stirring with a rotary blade stirrer, 13.5 parts of cesium bicarbonate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred at 25 ° C. for 15 minutes to precipitate a heteropolyacid salt. The structure of the precipitated heteropolyacid salt was Keggin type. Thereafter, 16.7 parts of molybdenum trioxide was added and stirred at 50 ° C. for 15 minutes, and 11.6 parts of ammonium nitrate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred for another 15 minutes.

得られた混合液を用いた以外は、実施例1と同様にして触媒を製造した。なお、乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、ケギン型であった。得られた触媒の元素組成は以下の通りであった。また、このときの水難溶性成分の質量および元素分布を算出した結果、α=62.2質量%、β=59.3原子%であった。   A catalyst was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained mixed solution was used. The structure of the heteropolyacid (salt) in the dried product was a Keggin type. The elemental composition of the obtained catalyst was as follows. Moreover, as a result of calculating the mass and element distribution of the poorly water-soluble component at this time, they were α = 62.2 mass% and β = 59.3 atomic%.

Mo120.51.0Cu0.11Cs1.2
この触媒を用いた以外は、実施例1と同様にしてメタクリル酸の製造を行い、メタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を求めた。結果を表1に示す。
Mo 12 V 0.5 P 1.0 Cu 0.11 Cs 1.2
Except for using this catalyst, methacrylic acid was produced in the same manner as in Example 1, and the reaction rate of methacrolein, the selectivity of methacrylic acid, and the yield of methacrylic acid were determined. The results are shown in Table 1.

〔実施例4〕
純水400部に、三酸化モリブデン41.7部、五酸化バナジウム2.6部、85質量%リン酸水溶液6.7部および硝酸銅1.5部を溶解し、これを攪拌しながら95℃に昇温し、液温を95℃に保ちつつ3時間攪拌した。50℃まで冷却後回転翼攪拌機を用いて攪拌しながら、純水20部に溶解した重炭酸セシウム13.5部を滴下し25℃で15分間攪拌して、ヘテロポリ酸塩を析出させた。析出したヘテロポリ酸塩の構造は、ケギン型であった。その後、三酸化モリブデン58.3部を添加して50℃で15分間攪拌し、純水20部に溶解した硝酸アンモニウム11.6部を滴下してさらに15分間攪拌した。
Example 4
In 400 parts of pure water, 41.7 parts of molybdenum trioxide, 2.6 parts of vanadium pentoxide, 6.7 parts of 85 mass% phosphoric acid aqueous solution and 1.5 parts of copper nitrate were dissolved, and the mixture was stirred at 95 ° C. The mixture was stirred for 3 hours while maintaining the liquid temperature at 95 ° C. While cooling to 50 ° C. and stirring with a rotary blade stirrer, 13.5 parts of cesium bicarbonate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred at 25 ° C. for 15 minutes to precipitate a heteropolyacid salt. The structure of the precipitated heteropolyacid salt was Keggin type. Thereafter, 58.3 parts of molybdenum trioxide was added and stirred at 50 ° C. for 15 minutes, and 11.6 parts of ammonium nitrate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred for another 15 minutes.

得られた混合液を用いた以外は、実施例1と同様にして触媒を製造した。なお、乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、ケギン型であった。得られた触媒の元素組成は以下の通りであった。また、このときの水難溶性成分の質量および元素分布を算出した結果、α=75.4質量%、β=73.6原子%であった。   A catalyst was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained mixed solution was used. The structure of the heteropolyacid (salt) in the dried product was a Keggin type. The elemental composition of the obtained catalyst was as follows. Moreover, as a result of calculating the mass and element distribution of the poorly water-soluble component at this time, they were α = 75.4 mass% and β = 73.6 atomic%.

Mo120.51.0Cu0.11Cs1.2
この触媒を用いた以外は、実施例1と同様にしてメタクリル酸の製造を行い、メタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を求めた。結果を表1に示す。
Mo 12 V 0.5 P 1.0 Cu 0.11 Cs 1.2
Except for using this catalyst, methacrylic acid was produced in the same manner as in Example 1, and the reaction rate of methacrolein, the selectivity of methacrylic acid, and the yield of methacrylic acid were determined. The results are shown in Table 1.

〔比較例1〕
純水400部に、三酸化モリブデン100部、五酸化バナジウム2.6部、85質量%リン酸水溶液6.7部および硝酸銅1.5部を溶解し、これを攪拌しながら95℃に昇温し、液温を95℃に保ちつつ3時間攪拌した。50℃まで冷却後回転翼攪拌機を用いて攪拌しながら、純水20部に溶解した重炭酸セシウム13.5部を滴下し25℃で15分間攪拌して、ヘテロポリ酸塩を析出させた。析出したヘテロポリ酸塩の構造は、ケギン型であった。その後、純水20部に溶解した硝酸アンモニウム11.6部を滴下してさらに15分間攪拌した。
[Comparative Example 1]
In 400 parts of pure water, 100 parts of molybdenum trioxide, 2.6 parts of vanadium pentoxide, 6.7 parts of 85 mass% phosphoric acid aqueous solution and 1.5 parts of copper nitrate are dissolved, and the temperature is raised to 95 ° C. with stirring. The mixture was warmed and stirred for 3 hours while maintaining the liquid temperature at 95 ° C. While cooling to 50 ° C. and stirring with a rotary blade stirrer, 13.5 parts of cesium bicarbonate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred at 25 ° C. for 15 minutes to precipitate a heteropolyacid salt. The structure of the precipitated heteropolyacid salt was Keggin type. Thereafter, 11.6 parts of ammonium nitrate dissolved in 20 parts of pure water was added dropwise and stirred for another 15 minutes.

得られた混合液を用いた以外は、実施例1と同様にして触媒を製造した。なお、乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、ケギン型であった。得られた触媒の元素組成は以下の通りであった。また、このときの水難溶性成分の質量および元素分布を算出した結果、α=61.5質量%、β=59.2原子%であった。   A catalyst was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained mixed solution was used. The structure of the heteropolyacid (salt) in the dried product was a Keggin type. The elemental composition of the obtained catalyst was as follows. Moreover, as a result of computing the mass and element distribution of the poorly water-soluble component at this time, they were α = 61.5 mass% and β = 59.2 atomic%.

Mo120.51.0Cu0.11Cs1.2
この触媒を用いた以外は、実施例1と同様にしてメタクリル酸の製造を行い、メタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を求めた。結果を表1に示す。
Mo 12 V 0.5 P 1.0 Cu 0.11 Cs 1.2
Except for using this catalyst, methacrylic acid was produced in the same manner as in Example 1, and the reaction rate of methacrolein, the selectivity of methacrylic acid, and the yield of methacrylic acid were determined. The results are shown in Table 1.

〔比較例2〕
重炭酸セシウムを滴下する際の冷却温度を50℃から25℃に変更した以外は、比較例1と同様にして混合液を得た。析出したヘテロポリ酸塩の構造は、ケギン型であった。
[Comparative Example 2]
A mixed solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the cooling temperature when dropping cesium bicarbonate was changed from 50 ° C to 25 ° C. The structure of the precipitated heteropolyacid salt was Keggin type.

得られた混合液を用いた以外は、実施例1と同様にして触媒を製造した。なお、乾燥物中のヘテロポリ酸(塩)の構造は、ケギン型であった。得られた触媒の元素組成は以下の通りであった。また、このときの水難溶性成分の質量および元素分布を算出した結果、α=54.8質量%、β=87.0原子%であった。   A catalyst was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained mixed solution was used. The structure of the heteropolyacid (salt) in the dried product was a Keggin type. The elemental composition of the obtained catalyst was as follows. Moreover, as a result of calculating the mass and element distribution of the poorly water-soluble component at this time, they were α = 54.8 mass% and β = 87.0 atomic%.

Mo120.51.0Cu0.11Cs1.2
この触媒を用いた以外は、実施例1と同様にしてメタクリル酸の製造を行い、メタクロレインの反応率、メタクリル酸の選択率およびメタクリル酸の収率を求めた。結果を表1に示す。
Mo 12 V 0.5 P 1.0 Cu 0.11 Cs 1.2
Except for using this catalyst, methacrylic acid was produced in the same manner as in Example 1, and the reaction rate of methacrolein, the selectivity of methacrylic acid, and the yield of methacrylic acid were determined. The results are shown in Table 1.

Figure 2010119988
Figure 2010119988

以上の結果から、少なくともモリブデン原料の一部およびリン原料を添加してヘテロポリ酸を含む水性スラリーまたは水溶液を調製し、アルカリ金属化合物を添加してヘテロポリ酸塩を析出させた後、残りのモリブデン原料を添加する方法で製造された実施例1〜4の触媒を用いることで、高い収率でメタクリル酸を製造することができた。特に、調製工程で添加するモリブデン原料中のモリブデンと、調製工程で添加するリン原料中のリンと原子比を6.5:1〜9:1の範囲とし、αおよびβが65≦α≦80および50≦β≦70を満たす実施例1および2の触媒を用いることで、より高い収率でメタクリル酸を製造することができた。一方、モリブデン原料の全てを調整工程で添加し、モリブデン添加工程を有しない方法する方法で製造された比較例1および2の触媒は、いずれもαおよびβが65≦α≦80および50≦β≦70を満たすことができず、メタクリル酸収率が低かった。   Based on the above results, an aqueous slurry or aqueous solution containing a heteropolyacid is prepared by adding at least a part of the molybdenum raw material and a phosphorus raw material, and an alkali metal compound is added to precipitate the heteropolyacid salt, and then the remaining molybdenum raw material By using the catalysts of Examples 1 to 4 produced by the method of adding methacrylic acid, it was possible to produce methacrylic acid with high yield. In particular, the atomic ratio of molybdenum in the molybdenum raw material added in the preparation step and phosphorus in the phosphorus raw material added in the preparation step is in the range of 6.5: 1 to 9: 1, and α and β are 65 ≦ α ≦ 80. Further, by using the catalysts of Examples 1 and 2 satisfying 50 ≦ β ≦ 70, methacrylic acid could be produced with a higher yield. On the other hand, in the catalysts of Comparative Examples 1 and 2 manufactured by a method in which all of the molybdenum raw material is added in the adjusting step and the method does not have the molybdenum adding step, both α and β are 65 ≦ α ≦ 80 and 50 ≦ β. ≦ 70 could not be satisfied, and the methacrylic acid yield was low.

本発明のメタクリル酸製造用触媒は、メタクリル酸の製造に有用である。   The catalyst for producing methacrylic acid of the present invention is useful for producing methacrylic acid.

Claims (5)

メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する際に用いられる、モリブデン、リンおよびアルカリ金属を含む触媒の製造方法であって、
(i)水中に少なくともモリブデン原料の一部およびリン原料を添加して、ヘテロポリ酸を含む水性スラリーまたは水溶液を調製する工程と
(ii)前記水性スラリーまたは水溶液にアルカリ金属化合物を添加して、前記ヘテロポリ酸の少なくとも一部がアルカリ金属塩になったヘテロポリ酸塩を析出させる工程と、
(iii)前記ヘテロポリ酸塩が析出している水性スラリーに、残りのモリブデン原料を添加する工程と、
(iv)全ての原料を含む水性スラリーまたは水溶液を乾燥して乾燥物を得る工程と、
(v)前記乾燥物を熱処理する工程と
を有することを特徴とするメタクリル酸製造用触媒の製造方法。
A method for producing a catalyst containing molybdenum, phosphorus and an alkali metal, which is used for producing methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of methacrolein with molecular oxygen,
(I) adding at least a part of a molybdenum raw material and a phosphorus raw material in water to prepare an aqueous slurry or aqueous solution containing a heteropolyacid; and (ii) adding an alkali metal compound to the aqueous slurry or aqueous solution, Depositing a heteropolyacid salt in which at least a part of the heteropolyacid is an alkali metal salt;
(Iii) adding the remaining molybdenum raw material to the aqueous slurry in which the heteropolyacid salt is precipitated;
(Iv) drying an aqueous slurry or aqueous solution containing all raw materials to obtain a dried product;
(V) A method for producing a catalyst for producing methacrylic acid, comprising a step of heat-treating the dried product.
前記工程(i)で添加するモリブデン原料中のモリブデンと、前記工程(i)で添加するリン原料中のリンとの原子比が、6.5:1〜9:1であることを特徴とする請求項1に記載のメタクリル酸製造用触媒の製造方法。   An atomic ratio between molybdenum in the molybdenum raw material added in the step (i) and phosphorus in the phosphorus raw material added in the step (i) is 6.5: 1 to 9: 1. The manufacturing method of the catalyst for methacrylic acid manufacture of Claim 1. 前記工程(v)で熱処理した触媒における水難溶性成分の質量割合をα質量%、前記触媒に含まれるヘテロ原子のうち水難溶性成分に含まれるヘテロ原子の割合をβ原子%としたとき、65≦α≦80および50≦β≦70を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載のメタクリル酸製造用触媒の製造方法。   When the mass ratio of the poorly water-soluble component in the catalyst heat-treated in the step (v) is α mass%, and the hetero atom contained in the poorly water-soluble component among the hetero atoms contained in the catalyst is β atomic%, 65 ≦ The method for producing a catalyst for producing methacrylic acid according to claim 1, wherein α ≦ 80 and 50 ≦ β ≦ 70 are satisfied. 請求項1〜3のいずれかに記載の方法で製造されるメタクリル酸製造用触媒。   The catalyst for methacrylic acid manufacture manufactured with the method in any one of Claims 1-3. 請求項4に記載のメタクリル酸製造用触媒を用いて、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化するメタクリル酸の製造方法。   A method for producing methacrylic acid, wherein the methacrolein is vapor-phase contact oxidized with molecular oxygen using the methacrylic acid production catalyst according to claim 4.
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