JP2010155197A - Method for regenerating catalyst for producing methacrylic acid and method for producing the methacrylic acid - Google Patents

Method for regenerating catalyst for producing methacrylic acid and method for producing the methacrylic acid Download PDF

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Yoshihiko Oishi
嘉彦 大石
Junya Yoshizawa
純也 吉澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for regenerating a catalyst for producing methacrylic acid, with which service life of the catalyst can be improved while satisfactorily recovering catalytic activity. <P>SOLUTION: The method for regenerating the catalyst for producing methacrylic acid from the spent catalyst obtained by using the new catalyst which consists of a heteropolyacid compound having the composition containing phosphorus, molybdenum and an alkali metal, when the methacrylic acid is produced, comprises the steps of: mixing a molybdenum compound and water in the spent catalyst; drying the obtained mixture; and firing the dried mixture. In the method, the amount of the molybdenum compound to be mixed in the spent catalyst is adjusted so that the atomic ratio of the molybdenum to the alkali metal in the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is made smaller than that of the molybdenum to the alkali metal in the heteropolyacid compound constituting the new catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リン、モリブデン及びアルカリ金属元素を含む組成のヘテロポリ酸化合物からなる使用済みの触媒に再生処理を施し、メタクリル酸製造用触媒を再生する方法と、この方法により得られた再生触媒を用いて、メタクリル酸を製造する方法とに関する。   The present invention provides a method for regenerating a used catalyst comprising a heteropolyacid compound having a composition containing phosphorus, molybdenum and an alkali metal element to regenerate a catalyst for producing methacrylic acid, and a regenerated catalyst obtained by this method. And a method for producing methacrylic acid.

リン、モリブデン及びアルカリ金属元素を含む組成のヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒は、例えばメタクロレイン等を原料とする気相接触酸化反応に長時間使用すると、熱負荷等によりモリブデンの一部が触媒から飛散、消失して触媒活性が低下することが知られている。   A catalyst for producing methacrylic acid composed of a heteropolyacid compound having a composition containing phosphorus, molybdenum, and an alkali metal element is a part of molybdenum due to heat load, etc. Is scattered from the catalyst and disappears, and it is known that the catalytic activity decreases.

かかる使用済触媒の再生方法としては、例えば、モリブデンが一部飛散、消失した使用済触媒に対して、消失した分に相当する量のモリブデン化合物を水とともに混合して処理することにより、再生される触媒におけるヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が、反応に使用前の新品触媒のそれと同一になるようにする方法が報告されている(特許文献1、2)。   As a method for regenerating such a used catalyst, for example, a used catalyst in which molybdenum is partially scattered and disappeared is treated by mixing an amount of molybdenum compound corresponding to the amount lost with water and treating it. A method is reported in which the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound in the catalyst is the same as that of the new catalyst before use in the reaction (Patent Documents 1 and 2).

特開2001−286762号公報JP 2001-286762 A 特開2001−286763号公報JP 2001-286863 A

しかしながら、従来の再生方法で再生された再生触媒は、初期の触媒活性については良好な性能を発揮するものの、触媒寿命の点では必ずしも満足のいくものではなかった。   However, the regenerated catalyst regenerated by the conventional regeneration method exhibits good performance with respect to the initial catalyst activity, but is not always satisfactory in terms of catalyst life.

そこで、本発明の目的は、触媒活性を良好に回復させつつ、触媒寿命をも向上させることができるメタクリル酸製造用触媒の再生方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、この方法により得られた再生触媒を用いて、良好な転化率及び選択率を長時間維持することができるメタクリル酸の製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production, which can improve the catalyst life while improving the catalyst activity. Furthermore, the objective of this invention is providing the manufacturing method of methacrylic acid which can maintain a favorable conversion and selectivity for a long time using the reproduction | regeneration catalyst obtained by this method.

本発明者は、前記課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合して処理するにあたり、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が、使用前の新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比よりも小さくなるように、使用済触媒に対するモリブデン化合物の混合量を調整することにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, when the spent catalyst is mixed with the molybdenum compound and water for treatment, the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is the heteropolyacid constituting the new catalyst before use. It has been found that the above problem can be solved by adjusting the mixing amount of the molybdenum compound to the spent catalyst so that the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the compound is smaller, and the present invention has been completed. .

すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
(1)リン、モリブデン及びアルカリ金属元素を含む組成のヘテロポリ酸化合物からなる新品触媒をメタクリル酸の製造に使用して得られた使用済触媒からメタクリル酸製造用触媒を再生する方法であって、前記使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合し、その後、乾燥し、焼成する各工程を含み、かつ、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比よりも小さくなるように、前記使用済触媒に対するモリブデン化合物の混合量を調整することを特徴とするメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
(2)新品触媒が下記式(I)
PaMobVcXdYeOx (I)
(式(I)中、P、Mo及びVはそれぞれリン、モリブデン及びバナジウムを表し、Xはカリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属元素を示し、Yは銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタン、セリウム及びタリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Oは酸素を表し、b=12としたとき、0<a≦3、0≦c≦3、0<d≦3、0≦e≦3であり、xは各元素の酸化状態により定まる値である)
で示されるヘテロポリ酸化合物からなる前記(1)に記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
(3)新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比をαとし、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比をβとしたときに、β/αの値が0.9以上である前記(1)または(2)に記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
(4)使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合するにあたり、硝酸根及びアンモニウム根をも混合する前記(1)〜(3)のいずれかに記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
(5)使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合する前に、該使用済触媒に350℃以上の熱処理を施す前記(1)〜(4)のいずれかに記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
(6)前記(1)〜(5)のいずれかに記載の方法により再生されたメタクリル酸製造用触媒の存在下に、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタン及びイソ酪酸からなる群より選ばれる化合物を気相接触酸化反応に付すことを特徴とするメタクリル酸の製造方法。
That is, this invention consists of the following structures.
(1) A method for regenerating a catalyst for producing methacrylic acid from a used catalyst obtained by using a new catalyst comprising a heteropolyacid compound having a composition containing phosphorus, molybdenum and an alkali metal element for producing methacrylic acid, The molybdenum catalyst and water are mixed with the spent catalyst, then dried and calcined, and the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is the new product. A method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production, comprising adjusting a mixing amount of the molybdenum compound with respect to the used catalyst so as to be smaller than an atomic ratio of molybdenum to an alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the catalyst.
(2) The new catalyst is represented by the following formula (I)
PaMobVcXdYeOx (I)
(In the formula (I), P, Mo and V represent phosphorus, molybdenum and vanadium, respectively, X represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of potassium, rubidium and cesium, Y represents copper, arsenic Represents at least one element selected from the group consisting of antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum, cerium and thallium, O represents oxygen, and when b = 12, 0 <a ≦ 3 0 ≦ c ≦ 3, 0 <d ≦ 3, 0 ≦ e ≦ 3, and x is a value determined by the oxidation state of each element)
The regeneration method of the catalyst for methacrylic acid manufacture as described in said (1) which consists of heteropoly acid compound shown by these.
(3) When the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst is α, and the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is β, The method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production according to the above (1) or (2), wherein the value of β / α is 0.9 or more.
(4) The method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production according to any one of (1) to (3), wherein a nitric acid radical and an ammonium radical are also mixed when mixing the molybdenum compound and water with the used catalyst.
(5) Regeneration of the catalyst for methacrylic acid production according to any one of the above (1) to (4), wherein the spent catalyst is subjected to heat treatment at 350 ° C. or higher before mixing the molybdenum compound and water with the spent catalyst. Method.
(6) A compound selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid in the presence of the catalyst for producing methacrylic acid regenerated by the method according to any one of (1) to (5). A method for producing methacrylic acid, which is subjected to a gas phase catalytic oxidation reaction.

本発明によれば、メタクリル酸製造用触媒を再生するにあたり、触媒活性を良好に回復させつつ、触媒寿命をも向上させることができる。また、この方法により再生された再生触媒を用いれば、良好な転化率及び選択率を長時間維持しながら、メタクリル酸を製造することができる。   According to the present invention, when the catalyst for producing methacrylic acid is regenerated, the catalyst life can be improved while the catalyst activity is recovered well. Moreover, if the regenerated catalyst regenerated by this method is used, methacrylic acid can be produced while maintaining good conversion and selectivity for a long time.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のメタクリル酸製造用触媒の再生方法は、新品であるメタクリル酸製造用触媒(以下「新品触媒」と称することもある)をメタクリル酸の製造に使用して得られた使用済触媒に再生処理を施し、再生触媒を得る方法である。
本発明におけるメタクリル酸製造用触媒(新品触媒)は、リン、モリブデン及びアルカリ金属元素を必須とする組成のヘテロポリ酸化合物からなるものであり、遊離のヘテロポリ酸からなるものであってもよいし、ヘテロポリ酸の塩からなるものであってもよい。中でも、ヘテロポリ酸の酸性塩(部分中和塩)からなるものが好ましく、さらに好ましくはケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for regenerating a catalyst for producing methacrylic acid according to the present invention regenerates a used catalyst obtained by using a new catalyst for producing methacrylic acid (hereinafter sometimes referred to as “new catalyst”) for the production of methacrylic acid. In this method, a regenerated catalyst is obtained by performing treatment.
The catalyst for production of methacrylic acid (new catalyst) in the present invention is composed of a heteropolyacid compound having a composition essentially including phosphorus, molybdenum and an alkali metal element, and may be composed of a free heteropolyacid, It may consist of a salt of a heteropolyacid. Especially, what consists of an acidic salt (partially neutralized salt) of heteropolyacid is preferable, More preferably, it consists of an acidic salt of Keggin type heteropolyacid.

前記ヘテロポリ酸化合物が必須の構成元素として含有するアルカリ金属元素としては、例えば、カリウム、ルビジウム、セシウム等が好ましく挙げられる。さらに、前記ヘテロポリ酸化合物は、リン、モリブデン及びアルカリ金属元素以外の元素として、バナジウムを含有することが望ましく、また、銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタン、セリウム及びタリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(以下「Y元素」と称することもある)を含有することが望ましい。   Preferred examples of the alkali metal element contained in the heteropolyacid compound as an essential constituent element include potassium, rubidium, cesium and the like. Further, the heteropolyacid compound preferably contains vanadium as an element other than phosphorus, molybdenum and alkali metal elements, and also includes copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum, cerium and It is desirable to contain at least one element selected from the group consisting of thallium (hereinafter also referred to as “Y element”).

前記メタクリル酸製造用触媒(新品触媒)を構成する前記ヘテロポリ酸化合物の好ましい組成を示すと、下記式(I)の通りである。
PaMobVcXdYeOx (I)
(式(I)中、P、Mo及びVはそれぞれリン、モリブデン及びバナジウムを表し、Xはカリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属元素を示し、Yは銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタン、セリウム及びタリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(すなわち、前記Y元素)を示し、Oは酸素を表し、b=12としたとき、0<a≦3、0≦c≦3、0<d≦3、0≦e≦3であり、xは各元素の酸化状態により定まる値である)
A preferred composition of the heteropolyacid compound constituting the methacrylic acid production catalyst (new catalyst) is shown by the following formula (I).
PaMobVcXdYeOx (I)
(In the formula (I), P, Mo and V represent phosphorus, molybdenum and vanadium, respectively, X represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of potassium, rubidium and cesium, Y represents copper, arsenic Represents at least one element selected from the group consisting of antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum, cerium and thallium (that is, the Y element), O represents oxygen, and b = 12. (0 <a ≦ 3, 0 ≦ c ≦ 3, 0 <d ≦ 3, 0 ≦ e ≦ 3, and x is a value determined by the oxidation state of each element)

前記メタクリル酸製造用触媒(新品触媒)は、例えば、ヘテロポリ酸化合物を構成する上述した各元素を含む化合物(例えば、各元素のオキソ酸、オキソ酸塩、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物等)を混合し、所望の形状に成形した後、焼成するなど、従来公知の方法で製造されたものであればよい。例えば、リンを含む化合物としては、リン酸、リン酸塩等が用いられ、モリブデンを含む化合物としては、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウムの如きモリブデン酸塩、酸化モリブデン、塩化モリブデン等が用いられ、アルカリ金属元素を含む化合物としては、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物等が用いられる。また、バナジウムを含む化合物としては、バナジン酸、バナジン酸アンモニウム(メタバナジン酸アンモニウム)の如きバナジン酸塩(メタバナジン酸塩)、酸化バナジウム、塩化バナジウム等が用いられ、前記Y元素を含む化合物としては、オキソ酸、オキソ酸塩、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物等が用いられる。   The catalyst for producing methacrylic acid (new catalyst) includes, for example, a compound containing each of the above-described elements constituting a heteropolyacid compound (for example, oxoacid, oxoacid salt, oxide, nitrate, carbonate, hydroxide of each element) Products, halides, etc.), formed into a desired shape, and then fired. For example, phosphoric acid, phosphate and the like are used as the compound containing phosphorus, and molybdate such as molybdic acid and ammonium molybdate, molybdenum oxide, molybdenum chloride and the like are used as the compound containing molybdenum. As the compound containing a metal element, an oxide, nitrate, carbonate, hydroxide, halide, or the like is used. In addition, as the compound containing vanadium, vanadate, vanadate (metavanadate) such as ammonium vanadate (ammonium metavanadate), vanadium oxide, vanadium chloride, etc. are used. Oxo acids, oxo acid salts, oxides, nitrates, carbonates, hydroxides, halides and the like are used.

かかるメタクリル酸製造用触媒(新品触媒)をメタクリル酸の製造に使用すると、熱負荷等によりモリブデンの一部が触媒から飛散、消失して触媒活性が低下することがある。本発明の再生方法では、このように触媒活性の低下した使用済触媒を再生処理の対象とする。   When such a methacrylic acid production catalyst (new catalyst) is used for the production of methacrylic acid, a part of molybdenum may be scattered and disappear from the catalyst due to heat load or the like, and the catalytic activity may be lowered. In the regeneration method of the present invention, the spent catalyst having such a lowered catalytic activity is used as a target for regeneration treatment.

本発明の再生方法は、前記使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合する混合工程を必須とし、その後、乾燥工程及び焼成工程を経て、再生触媒を得るものである。
前記混合工程においては、再生に供する使用済触媒の組成と新品触媒の組成とに基づいてモリブデン化合物の混合量を調整することが重要である。すなわち、使用済触媒に対するモリブデン化合物の混合量は、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比よりも小さくなるように、調整する。つまり、本発明では、使用済触媒にモリブデン化合物を混合することによってメタクリル酸の製造で飛散、消失したモリブデンを補うのであるが、その際、消失分に相当する量を添加して新品触媒と同じ原子比に戻すのではなく、消失分よりも少ない量のモリブデンを添加して得られる再生触媒におけるアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が新品触媒のそれよりも小さくなるようにするのである。これにより、触媒活性を回復させると同時に、触媒寿命も向上させることができる。
特に、本発明の再生方法においては、新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比をαとし、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比をβとしたときに、β/αの値が0.9以上であることが、触媒の初期活性の点で好ましい。
In the regeneration method of the present invention, a mixing step of mixing a molybdenum compound and water with the spent catalyst is essential, and then a regeneration catalyst is obtained through a drying step and a calcination step.
In the mixing step, it is important to adjust the mixing amount of the molybdenum compound based on the composition of the used catalyst used for regeneration and the composition of the new catalyst. That is, the mixing amount of the molybdenum compound with respect to the used catalyst is such that the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is equal to the molybdenum metal to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst. Adjust so that it is smaller than the atomic ratio. In other words, in the present invention, the molybdenum compound is mixed with the spent catalyst to compensate for the scattered and disappeared molybdenum in the production of methacrylic acid. At this time, the same amount as the new catalyst is added by adding an amount corresponding to the lost amount. Instead of returning to the atomic ratio, the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element in the regenerated catalyst obtained by adding an amount of molybdenum less than the disappearance is made smaller than that of the new catalyst. As a result, the catalyst activity can be recovered and at the same time the catalyst life can be improved.
In particular, in the regeneration method of the present invention, the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst is α, and the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst. When β is β, the value of β / α is preferably 0.9 or more from the viewpoint of the initial activity of the catalyst.

前記混合工程におけるモリブデン化合物の混合量は、具体的には、新品触媒及び再生に供する前の使用済触媒の触媒組成(構成成分の種類と量)を、蛍光X線分析やICP発光分析等により調べ、両触媒の組成の差からメタクリル酸の製造で消失した元素の種類とその消失量を把握し、その結果に基づき、得られる再生触媒が特定の組成(アルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が上述した範囲となる組成)を有するものとなるよう決定すればよい。なお、得られた再生触媒の触媒組成は、前記と同様、蛍光X線分析やICP発光分析等により分析し、確認することができる。   Specifically, the mixing amount of the molybdenum compound in the mixing step is based on the new catalyst and the catalyst composition of the used catalyst before being used for regeneration (type and amount of constituent components) by fluorescent X-ray analysis, ICP emission analysis, or the like. By examining the difference in the composition of the two catalysts, the type and amount of the element disappeared in the production of methacrylic acid was determined. Based on the results, the obtained regenerated catalyst had a specific composition (the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element was What is necessary is just to determine so that it may have a composition which becomes the range mentioned above. The catalyst composition of the obtained regenerated catalyst can be analyzed and confirmed by fluorescent X-ray analysis, ICP emission analysis, or the like, as described above.

前記混合工程において混合するモリブデン化合物としては、モリブデン酸、モルブデン酸アンモニウムの如きモリブデン酸塩、酸化モリブデン、塩化モリブデンなど、新品触媒の製造に用いることのできるモリブデンを含む化合物の中から、1種もしくは2種以上を適宜選択すればよい。
前記混合工程において混合する水としては、通常イオン交換水が用いられる。水の混合量は、該混合工程で得られる混合物中のモリブデン原子の量(使用済触媒に含まれるモリブデンと混合工程で添加するモリブデン化合物に含まれるモリブデンとの合計)1重量部に対し、通常1〜20重量部である。
As the molybdenum compound to be mixed in the mixing step, one or more compounds selected from molybdenum-containing compounds that can be used for production of a new catalyst, such as molybdate, molybdenum oxide such as ammonium morbudenate, molybdenum oxide, and molybdenum chloride, or Two or more kinds may be appropriately selected.
As the water to be mixed in the mixing step, ion exchange water is usually used. The mixing amount of water is usually based on 1 part by weight of the amount of molybdenum atoms in the mixture obtained in the mixing step (total of molybdenum contained in the used catalyst and molybdenum contained in the molybdenum compound added in the mixing step). 1 to 20 parts by weight.

前記混合工程においては、使用済触媒に対し、上述したモリブデン化合物及び水とともに、リン化合物やその他の触媒構成元素を含む化合物を混合することも可能である。すなわち、前記ヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒(新品触媒)をメタクリル酸の製造に使用した場合、モリブデンのみならず、リンやその他の触媒構成元素についても一部が触媒から飛散、消失し、これが触媒活性低下の要因となることがある。したがって、モリブデン化合物を混合するに際し、リン化合物等を混合し、消失したリン等を補うことにより、触媒活性を効果的に回復させることができる。   In the mixing step, it is possible to mix a phosphorus compound and a compound containing other catalyst constituent elements with the above-described molybdenum compound and water in the spent catalyst. That is, when the methacrylic acid production catalyst (new catalyst) comprising the heteropoly acid compound is used for the production of methacrylic acid, not only molybdenum but also phosphorus and other catalyst constituent elements are partially scattered and lost from the catalyst. This may cause a decrease in catalyst activity. Therefore, when mixing the molybdenum compound, the catalytic activity can be effectively recovered by mixing the phosphorus compound or the like to compensate for the lost phosphorus or the like.

例えば、リン化合物を混合する場合、その混合量は、通常、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するリンの原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するリンの原子比と同じになるように(換言すれば、リンの消失分に相当する量を添加して新品触媒と同じ原子比に戻すように)、調整される。ただし、選択率を向上させるうえでは、リン化合物の混合量は、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するリンの原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するリンの原子比よりも大きくなるように、調整することが好ましい。
リン化合物の混合量は、具体的には、モリブデン化合物と同様、メタクリル酸の製造で消失した消失量に基づき、得られる再生触媒のアルカリ金属元素に対するリンの原子比が所望の範囲となるよう決定すればよい。
前記混合工程において混合するリン化合物としては、リン酸、リン酸塩など、新品触媒の製造に用いることのできるリンを含む化合物の中から、1種もしくは2種以上を適宜選択すればよい。
For example, when a phosphorus compound is mixed, the mixing amount is usually such that the atomic ratio of phosphorus to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst. It is adjusted to be the same as the atomic ratio of phosphorus to (in other words, an amount corresponding to the disappearance of phosphorus is added to return to the same atomic ratio as that of the new catalyst). However, in order to improve the selectivity, the mixing amount of the phosphorus compound is such that the atomic ratio of phosphorus to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is the alkali metal of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst. It is preferable to adjust so that it may become larger than the atomic ratio of phosphorus with respect to an element.
Specifically, the mixing amount of the phosphorus compound is determined so that the atomic ratio of phosphorus to the alkali metal element of the obtained regenerated catalyst is in a desired range based on the disappearance amount lost in the production of methacrylic acid, as in the case of the molybdenum compound do it.
As the phosphorus compound to be mixed in the mixing step, one or two or more types may be appropriately selected from compounds containing phosphorus that can be used for manufacturing a new catalyst, such as phosphoric acid and phosphate.

なお、前記その他の触媒構成元素(モリブデンおよびリン以外の元素)を含む化合物を混合する場合には、その混合量は、再生触媒においてほぼ同等の転化率、選択率及び触媒寿命を発現する範囲内であれば、特に制限されず、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対する当該元素の原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対する当該元素の原子比と同等になるように調整してもよいし、あるいは、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対する当該元素の原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対する当該元素の原子比よりも大きくなるように又は小さくなるように調整することも可能である。   In addition, when a compound containing the other catalyst constituent elements (elements other than molybdenum and phosphorus) is mixed, the amount of the mixture is within a range in which almost the same conversion rate, selectivity, and catalyst life are exhibited in the regenerated catalyst. If not, the atomic ratio of the element to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is not particularly limited, the atomic ratio of the element to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst Or the atomic ratio of the element to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst may be adjusted to be equivalent to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst. It is also possible to adjust so as to be larger or smaller than the atomic ratio of the element to.

前記混合工程に供する使用済触媒には、モリブデン化合物及び水を混合する前に、あらかじめ前処理として、350℃以上の熱処理を施すことが好ましい。これにより、得られる再生触媒における転化率や選択率をさらに向上させることができる。
使用済触媒の前処理として行う前記熱処理の処理温度の上限は、特に制限されないが、好ましくは600℃以下、より好ましくは550℃以下である。熱処理の処理時間は、特に制限されないが、通常0.1〜24時間であり、好ましくは0.5〜10時間である。
It is preferable that the spent catalyst used in the mixing step is subjected to heat treatment at 350 ° C. or higher as a pretreatment in advance before mixing the molybdenum compound and water. Thereby, the conversion rate and selectivity in the regenerated catalyst obtained can be further improved.
The upper limit of the treatment temperature of the heat treatment performed as a pretreatment of the spent catalyst is not particularly limited, but is preferably 600 ° C. or less, more preferably 550 ° C. or less. The treatment time for heat treatment is not particularly limited, but is usually 0.1 to 24 hours, preferably 0.5 to 10 hours.

また、使用済触媒の前処理として行う前記熱処理は、酸化性ガスの雰囲気下で行ってもよいし、非酸化性ガスの雰囲気下で行ってもよいが、酸化性ガスの雰囲気下で行うのが好ましい。ここでいう酸化性ガスとは、酸化性物質を含むガスであり、例えば、酸素含有ガスが挙げられる。酸素含有ガスを用いる場合、その酸素濃度は、通常1〜30容量%程度とすればよく、酸素源としては、通常、空気や純酸素が用いられ、必要に応じて不活性ガスで希釈される。また、前記酸化性ガスには、必要に応じて水分を存在させてもよいが、その濃度は通常10容量%以下である。酸化性ガスとしては、中でも、空気が好ましい。   The heat treatment performed as a pretreatment of the spent catalyst may be performed in an oxidizing gas atmosphere or a non-oxidizing gas atmosphere, but may be performed in an oxidizing gas atmosphere. Is preferred. The oxidizing gas here is a gas containing an oxidizing substance, and examples thereof include an oxygen-containing gas. In the case of using an oxygen-containing gas, the oxygen concentration is usually about 1 to 30% by volume. As the oxygen source, air or pure oxygen is usually used, and diluted with an inert gas as necessary. . The oxidizing gas may contain moisture as required, but the concentration is usually 10% by volume or less. Of these, air is preferable as the oxidizing gas.

前記混合工程に供する使用済触媒が成形体である場合、そのまま用いてもよいが、必要に応じて、モリブデン化合物及び水を混合する前に、従来公知の方法で粉砕処理を施すこともできる。ただし、該成形体(使用済触媒)に触媒の強度を発現させるファイバー等が含まれている場合には、これらファイバー等が切断されると強度低下が懸念されるため、ファイバー等が切断されないよう粉砕の程度を調整することが好ましい。
なお、前記混合工程に供する使用済触媒に、粉砕処理と前処理として行う前記熱処理との両方を施す場合、両処理の順序は特に制限されないが、通常は粉砕処理を行った後に熱処理が施される。
When the spent catalyst used in the mixing step is a molded body, it may be used as it is, but if necessary, it can be pulverized by a conventionally known method before mixing the molybdenum compound and water. However, if the molded body (used catalyst) contains fibers or the like that develop the strength of the catalyst, if these fibers are cut, there is a concern that the strength may be lowered, so that the fibers or the like are not cut. It is preferable to adjust the degree of grinding.
In addition, when both the pulverization treatment and the heat treatment performed as a pretreatment are performed on the spent catalyst used in the mixing step, the order of both treatments is not particularly limited, but usually the heat treatment is performed after the pulverization treatment. The

前記混合工程においては、使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合するにあたり、硝酸根及びアンモニウム根をも混合することが好ましい。これにより、得られる再生触媒における転化率や選択率をさらに向上させることができる。
前記硝酸根を混合するには、硝酸根供給源として、例えば、硝酸や、硝酸アンモニウムのような硝酸塩等を混合すればよく、他方、前記アンモニウム根を混合するには、アンモニウム根供給源として、例えば、アンモニアや、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウムのようなアンモニウム塩等を混合すればよい。好ましくは、硝酸根供給源としては、硝酸、硝酸アンモニウムを用いるのがよく、アンモニウム根供給源としては、アンモニア、硝酸アンモニウムを用いるのがよい。これら硝酸根供給源及びアンモニウム根供給源の比率は、適宜調整しうるが、硝酸根に対するアンモニウム根のモル比率が1.3以下になるように調整するのが効果的である。なお、混合工程で混合するモリブデン化合物等にアンモニウム根や硝酸根が含まれる場合には、それらの量も考慮して、前記比率になるよう調整する。
In the mixing step, in mixing the molybdenum compound and water with the spent catalyst, it is preferable to also mix a nitrate group and an ammonium group. Thereby, the conversion rate and selectivity in the regenerated catalyst obtained can be further improved.
In order to mix the nitrate root, as a nitrate root supply source, for example, nitric acid or a nitrate such as ammonium nitrate may be mixed. On the other hand, to mix the ammonium root, as an ammonium root supply source, for example, Ammonia and ammonium salts such as ammonium nitrate, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, and ammonium acetate may be mixed. Preferably, nitric acid and ammonium nitrate are used as the nitrate radical source, and ammonia and ammonium nitrate are preferably used as the ammonium radical source. The ratio of the nitrate radical supply source and the ammonium radical supply source can be adjusted as appropriate, but it is effective to adjust the molar ratio of the ammonium radical to the nitrate radical to be 1.3 or less. In addition, when an ammonium root and a nitrate radical are contained in the molybdenum compound or the like to be mixed in the mixing step, the amount is adjusted in consideration of the amount thereof.

前記混合工程において、上述した各成分の混合順序は特に制限されるものではなく、適宜設定すればよい。   In the mixing step, the order of mixing the components described above is not particularly limited, and may be set as appropriate.

前記混合工程で得られた混合物は、次いで乾燥工程に付されるのであるが、乾燥工程に供する前に、密閉容器内で100℃以上にて加熱することにより熟成させる熟成処理を施すことが好ましい。混合工程で得られた混合物にこのような熟成処理を施すことにより、触媒活性を効果的に回復させることができる。熟成処理における加熱温度の上限は、200℃以下であるのが好ましく、150℃以下であるのがより好ましい。熟成処理における加熱時間は、充分な活性回復効果を得るうえでは、通常0.1時間以上、好ましくは2時間以上であり、生産性の観点からは、10時間以下であるのがよい。   The mixture obtained in the mixing step is then subjected to a drying step, but before being subjected to the drying step, it is preferable to subject the mixture to aging by heating at 100 ° C. or higher in a closed container. . By subjecting the mixture obtained in the mixing step to such aging treatment, the catalytic activity can be effectively recovered. The upper limit of the heating temperature in the aging treatment is preferably 200 ° C. or less, and more preferably 150 ° C. or less. In order to obtain a sufficient activity recovery effect, the heating time in the aging treatment is usually 0.1 hour or longer, preferably 2 hours or longer, and 10 hours or shorter from the viewpoint of productivity.

前記乾燥工程において実施する乾燥方法は、特に制限されるものではなく、例えば、蒸発乾固法、噴霧乾燥法、ドラム乾燥法、気流乾燥法など、この分野で通常用いられる方法を採用することができる。また、乾燥条件についても、混合物中の水分含量が充分に低減されるよう適宜設定すればよく、特に制限されない。   The drying method carried out in the drying step is not particularly limited, and for example, a method usually used in this field such as an evaporation to dryness method, a spray drying method, a drum drying method, and an airflow drying method may be adopted. it can. Further, the drying conditions may be set as appropriate so that the water content in the mixture is sufficiently reduced, and is not particularly limited.

前記乾燥工程で得られた乾燥物は、次いで焼成工程に付されるのであるが、焼成工程に供する前に、必要に応じて、所望の形状(リング状、ペレット状、球状、円柱状など)に成形する成形処理を施すことができる。成形処理は、例えば打錠成形や押出成形など、この分野で通常用いられる方法により行えばよい。成形処理に際しては、必要に応じて、前記乾燥物に、水、成形助剤、気孔剤等を加えることができる。成形助剤としては、例えば、セラミックファイバーやグラスファイバーのほか、硝酸アンモニウム等が挙げられる。特に、硝酸アンモニウムは、成形助剤としての機能を有するほか、気孔剤としての機能も有する。   The dried product obtained in the drying step is then subjected to a firing step, but before being subjected to the firing step, a desired shape (ring shape, pellet shape, spherical shape, cylindrical shape, etc.) is necessary. A forming process for forming the film can be performed. The molding process may be performed by a method usually used in this field, such as tableting molding or extrusion molding. In the molding treatment, water, a molding aid, a pore agent and the like can be added to the dried product as necessary. Examples of the molding aid include ammonium nitrate as well as ceramic fiber and glass fiber. In particular, ammonium nitrate has not only a function as a molding aid but also a function as a pore agent.

前記成形処理で得られた成形体には、引き続き、調温調湿処理を施すことが好ましい。焼成工程に付す前に調温調湿処理を施すことにより、より安定な触媒を得ることができる。調温調湿処理は、具体的には、40〜100℃、相対湿度10〜60%の雰囲気下に、成形体を0.5〜10時間程度曝すことにより行われる。該処理は、例えば、調温、調湿された槽内にて行ってもよいし、調温、調湿されたガスを成形体に吹き付けることにより行ってもよい。また、該処理を行う際の雰囲気ガスとしては、通常、空気が用いられるが、窒素等の不活性ガスを用いてもよい。   It is preferable that the molded body obtained by the molding process is subsequently subjected to a temperature and humidity control process. A more stable catalyst can be obtained by subjecting the temperature and humidity control treatment to the firing step. Specifically, the temperature control and humidity control treatment is performed by exposing the molded body for about 0.5 to 10 hours in an atmosphere of 40 to 100 ° C. and a relative humidity of 10 to 60%. The treatment may be performed, for example, in a temperature-controlled and humidity-controlled tank or by spraying a temperature-controlled and humidity-controlled gas on the molded body. In addition, air is usually used as the atmospheric gas for the treatment, but an inert gas such as nitrogen may be used.

前記焼成工程は、この分野で通常用いられる方法により行うことができ、特に制限はされない。例えば、酸素等の酸化性ガスの雰囲気下で行ってもよいし、窒素等の非酸化性ガスの雰囲気下で行ってもよく、焼成温度は通常300℃以上で行われる。好ましくは、酸化性ガスの雰囲気下で第一段焼成を行い、次いで非酸化性ガスの雰囲気下で第二段焼成を行う、二段階の焼成方法を採用するのがよい。このように焼成を二段階で行なうことにより、より良好に触媒寿命を回復させることができる。   The firing step can be performed by a method usually used in this field, and is not particularly limited. For example, it may be performed in an atmosphere of an oxidizing gas such as oxygen, or may be performed in an atmosphere of a non-oxidizing gas such as nitrogen, and the firing temperature is usually 300 ° C. or higher. Preferably, a two-stage firing method is employed in which the first-stage firing is performed in an oxidizing gas atmosphere and then the second-stage firing is performed in a non-oxidizing gas atmosphere. Thus, by carrying out calcination in two stages, the catalyst life can be recovered more favorably.

焼成を二段階で行う場合、第一段焼成で用いられる酸化性ガスは、酸化性物質を含むガスであり、例えば、酸素含有ガスが挙げられる。酸素含有ガスを用いる場合、その酸素濃度は、通常1〜30容量%程度とすればよく、酸素源としては、通常、空気や純酸素が用いられ、必要に応じて不活性ガスで希釈される。また、前記酸化性ガスには、必要に応じて水分を存在させてもよいが、その濃度は通常10容量%以下である。酸化性ガスとしては、中でも、空気が好ましい。第一段焼成は、通常、このような酸化性ガスの気流下で行われる。また、第一段焼成の温度は、通常360〜410℃であり、好ましくは380〜400℃である。   When firing is performed in two stages, the oxidizing gas used in the first stage firing is a gas containing an oxidizing substance, and examples thereof include an oxygen-containing gas. In the case of using an oxygen-containing gas, the oxygen concentration is usually about 1 to 30% by volume. As the oxygen source, air or pure oxygen is usually used, and diluted with an inert gas as necessary. . The oxidizing gas may contain moisture as required, but the concentration is usually 10% by volume or less. Of these, air is preferable as the oxidizing gas. The first stage firing is usually performed under such an oxidizing gas stream. Moreover, the temperature of 1st step | paragraph baking is 360-410 degreeC normally, Preferably it is 380-400 degreeC.

焼成を二段階で行う場合、第二段焼成で用いられる非酸化性ガスは、実質的に酸素の如き酸化性物質を含有しないガスであり、例えば、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが挙げられる。また、前記非酸化性ガスには、必要に応じて水分を存在させてもよいが、その濃度は通常10容量%以下である。非酸化性ガスとしては、中でも、窒素が好ましい。第二段焼成は、通常、このような非酸化性ガスの気流下で行われる。また、第二段焼成の温度は、通常420〜500℃であり、好ましくは420〜450℃である。   When firing is performed in two stages, the non-oxidizing gas used in the second stage firing is a gas that does not substantially contain an oxidizing substance such as oxygen. For example, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, etc. An active gas is mentioned. The non-oxidizing gas may contain moisture as required, but the concentration is usually 10% by volume or less. Of these, nitrogen is preferable as the non-oxidizing gas. The second-stage firing is usually performed under such a non-oxidizing gas stream. Moreover, the temperature of 2nd-stage baking is 420-500 degreeC normally, Preferably it is 420-450 degreeC.

なお、前記焼成工程に先立ち、前焼成として、酸化性ガス又は非酸化性ガスの雰囲気下に、180〜300℃程度の温度で保持する熱処理を行うことが好ましい。   In addition, it is preferable to perform the heat processing hold | maintained at the temperature of about 180-300 degreeC in the atmosphere of oxidizing gas or non-oxidizing gas as pre-baking prior to the said baking process.

かくして、触媒活性が良好に回復し、かつ触媒寿命も向上した再生触媒を得ることができる。この再生触媒は、新品触媒と同様、ヘテロポリ酸化合物からなるものであり、遊離のヘテロポリ酸からなるものであってもよいし、ヘテロポリ酸の塩からなるものであってもよい。中でも、ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものが好ましく、さらにケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものがより好ましい。   Thus, it is possible to obtain a regenerated catalyst whose catalytic activity is well recovered and whose catalyst life is improved. This regenerated catalyst is made of a heteropolyacid compound, like a new catalyst, and may be made of a free heteropolyacid or a salt of a heteropolyacid. Especially, what consists of an acidic salt of heteropolyacid is preferable, and what consists of acidic salt of a Keggin type heteropolyacid is more preferable.

本発明のメタクリル酸の製造方法は、前記本発明の再生方法により再生されたメタクリル酸製造用触媒の存在下に、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタン及びイソ酪酸からなる群より選ばれる化合物(以下「原料化合物」と称することもある)を気相接触酸化反応に付すものである。このように本発明の再生触媒を用いることにより、良好な転化率及び選択率を長時間維持しながら、メタクリル酸を製造することができる。   The method for producing methacrylic acid of the present invention comprises a compound selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid in the presence of the catalyst for producing methacrylic acid regenerated by the regeneration method of the present invention (hereinafter referred to as “ Is sometimes referred to as a “raw material compound”). Thus, by using the regenerated catalyst of the present invention, methacrylic acid can be produced while maintaining a good conversion and selectivity for a long time.

メタクリル酸の製造は、通常、固定床多管式反応器に触媒を充填し、これに前記原料化合物と酸素とを含む原料ガスを供給することにより行われるが、これに限定されるものではなく、流動床や移動床のような反応形式を採用することもできる。酸素源としては、通常、空気が用いられる。また、原料ガス中には、前記原料化合物及び酸素以外の成分として、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気等が含まれていてもよい。   The production of methacrylic acid is usually carried out by filling a fixed bed multi-tubular reactor with a catalyst and supplying a raw material gas containing the raw material compound and oxygen to the reactor, but is not limited thereto. It is also possible to adopt a reaction format such as a fluidized bed or a moving bed. Air is usually used as the oxygen source. The source gas may contain nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor and the like as components other than the source compound and oxygen.

前記原料ガスに含まれる原料化合物は、必ずしも高純度の精製品である必要はなく、例えば、メタクロレインとしては、イソブチレンやt−ブチルアルコールの気相接触酸化反応により得られたメタクロレインを含む反応生成ガスを用いることもできる。なお、前記原料ガスに含まれる原料化合物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。   The raw material compound contained in the raw material gas is not necessarily a high-purity purified product. For example, as methacrolein, a reaction containing methacrolein obtained by a gas phase catalytic oxidation reaction of isobutylene or t-butyl alcohol. Product gas can also be used. In addition, only 1 type may be sufficient as the raw material compound contained in the said raw material gas, and 2 or more types may be sufficient as it.

メタクリル酸の製造における反応条件は、原料ガスに含まれる原料化合物の種類等に応じて適宜設定すればよい。例えば、前記原料化合物としてメタクロレインを用いる場合、通常、原料ガス中のメタクロレイン濃度は1〜10容量%、水蒸気濃度は1〜30容量%、メタクロレインに対する酸素のモル比は1〜5、空間速度は500〜5000h-1(標準状態基準)、反応温度は250〜350℃、反応圧力は0.1〜0.3MPa、である条件下で反応が行われる。他方、前記原料化合物としてイソブタンを用いる場合、通常、原料ガス中のイソブタン濃度は1〜85容量%、水蒸気濃度は3〜30容量%、イソブタンに対する酸素のモル比は0.05〜4、空間速度は400〜5000h-1(標準状態基準)、反応温度は250〜400℃、反応圧力は0.1〜1MPa、である条件下で反応が行われる。また、前記原料化合物としてイソブチルアルデヒドやイソ酪酸を用いる場合には、通常、メタクロレインを原料として用いる場合とほぼ同様の反応条件が採用される。 What is necessary is just to set the reaction conditions in manufacture of methacrylic acid suitably according to the kind etc. of the raw material compound contained in raw material gas. For example, when methacrolein is used as the raw material compound, the concentration of methacrolein in the raw material gas is usually 1 to 10% by volume, the water vapor concentration is 1 to 30% by volume, the molar ratio of oxygen to methacrolein is 1 to 5, space. The reaction is carried out under conditions where the speed is 500 to 5000 h −1 (standard condition standard), the reaction temperature is 250 to 350 ° C., and the reaction pressure is 0.1 to 0.3 MPa. On the other hand, when isobutane is used as the raw material compound, the isobutane concentration in the raw material gas is usually 1 to 85% by volume, the water vapor concentration is 3 to 30% by volume, the molar ratio of oxygen to isobutane is 0.05 to 4, and the space velocity Is carried out under the conditions of 400 to 5000 h −1 (standard condition standard), reaction temperature of 250 to 400 ° C., and reaction pressure of 0.1 to 1 MPa. In addition, when isobutyraldehyde or isobutyric acid is used as the raw material compound, generally the same reaction conditions as when methacrolein is used as the raw material are employed.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
なお、以下で使用した空気は2容量%の水分を含むもの(大気相当)であり、以下で使用した窒素は実質的に水分を含まないものである。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to these.
The air used below contains 2% by volume of moisture (corresponding to the atmosphere), and nitrogen used below contains substantially no moisture.

以下の各例において得られた触媒の分析、評価は、下記のようにして行った。
<触媒組成(構成元素比)>
蛍光X線分析装置(リガク社製「ZSX Primus II」)を用い、触媒を蛍光X線分析することにより求めた。
The analysis and evaluation of the catalyst obtained in each of the following examples were performed as follows.
<Catalyst composition (ratio of constituent elements)>
Using a fluorescent X-ray analyzer (“ZSX Primus II” manufactured by Rigaku Corporation), the catalyst was determined by fluorescent X-ray analysis.

<触媒の活性試験>
触媒9gを内径16mmのガラス製マイクロリアクターに充填し、この中に、メタクロレイン、空気、スチーム及び窒素を混合して調製した原料ガス(組成:メタクロレイン4容量%、分子状酸素12容量%、水蒸気17容量%、窒素67容量%)を空間速度670h-1で供給して、炉温(マイクロリアクターを加熱するための炉の温度)280℃で1時間反応させた後、炉温を一旦355℃に昇温して1時間反応させ、その後再び、炉温280℃で1時間反応を行った。そして、反応終了時点(すなわち、炉温を再度280℃としてから1時間経過時)での出口ガス(反応後のガス)をサンプリングし、ガスクロマログラフィーにより分析して、下記式に基づき転化率(%)及び選択率(%)を求めた。
<Catalyst activity test>
9 g of catalyst was filled in a glass microreactor having an inner diameter of 16 mm, and a raw material gas prepared by mixing methacrolein, air, steam and nitrogen (composition: methacrolein 4 vol%, molecular oxygen 12 vol%, Steam 17 vol%, Nitrogen 67 vol%) was supplied at a space velocity of 670 h −1 and reacted at a furnace temperature (furnace temperature for heating the microreactor) of 280 ° C. for 1 hour. The temperature was raised to 0 ° C. and reacted for 1 hour, and then the reaction was again carried out at a furnace temperature of 280 ° C. for 1 hour. Then, the outlet gas (the gas after the reaction) at the end of the reaction (that is, when 1 hour has passed since the furnace temperature was again set to 280 ° C.) was sampled and analyzed by gas chromatography, and the conversion rate ( %) And selectivity (%).

転化率(%)=〔反応したメタクロレインのモル数÷供給したメタクロレイン
のモル数〕×100
選択率(%)=〔生成したメタクリル酸のモル数÷反応したメタクロレイン
のモル数〕×100
Conversion rate (%) = [number of moles of reacted methacrolein ÷ supplied methacrolein
Number of moles] × 100
Selectivity (%) = [number of moles of methacrylic acid produced ÷ reacted methacrolein
Number of moles] × 100

<触媒の寿命試験>
触媒4.5gを内径16mmのガラス製マイクロリアクターに充填し、この中に、メタクロレイン、空気、スチーム及び窒素を混合して調製した原料ガス(組成:メタクロレイン4容量%、分子状酸素12容量%、水蒸気17容量%、窒素67容量%)を空間速度1340h-1で供給して、炉温(マイクロリアクターを加熱するための炉の温度)330℃で連続して反応を行なった。反応開始から7〜10日おきに出口ガス(反応後のガス)をサンプリングし、上記活性試験と同様にして転化率を求めた。そして、転化率が約70%になるまでの経過日数と、そのときの最終転化率(%)を調べるとともに、この間(反応開始から転化率が約70%になった時点まで)に得た転化率のデータを、反応時間を横軸に、転化率を縦軸にとってプロットし、最小二乗法により算出した傾きを転化率低下速度(%/日)とした。
<Catalyst life test>
A raw material gas (composition: 4% by volume of methacrolein, 12% by volume of molecular oxygen) prepared by mixing 4.5 g of catalyst in a glass microreactor having an inner diameter of 16 mm and mixing methacrolein, air, steam and nitrogen therein. %, Water vapor 17% by volume, nitrogen 67% by volume) were supplied at a space velocity of 1340 h −1 , and the reaction was continuously carried out at a furnace temperature (furnace temperature for heating the microreactor) of 330 ° C. The outlet gas (gas after reaction) was sampled every 7 to 10 days from the start of the reaction, and the conversion rate was determined in the same manner as in the activity test. Then, the elapsed days until the conversion rate reaches about 70% and the final conversion rate (%) at that time are examined, and the conversion obtained during this period (from the start of the reaction until the conversion rate reaches about 70%). The rate data was plotted with the reaction time on the horizontal axis and the conversion rate on the vertical axis, and the slope calculated by the least square method was defined as the rate of conversion reduction (% / day).

(参考例1−新品触媒の調製)
40℃に加熱したイオン交換水224kgに、硝酸セシウム[CsNO3]38.2kg、75重量%オルトリン酸27.4kg、及び70重量%硝酸25.2kgを溶解させ、これをA液とした。一方、40℃に加熱したイオン交換水330kgに、モリブデン酸アンモニウム4水和物[(NH46Mo724・4H2O]297kgを溶解させた後、メタバナジン酸アンモニウム[NH4VO3]8.19kgを懸濁させ、これをB液とした。
(Reference Example 1-Preparation of a new catalyst)
In 224 kg of ion-exchanged water heated to 40 ° C., 38.2 kg of cesium nitrate [CsNO 3 ], 27.4 kg of 75 wt% orthophosphoric acid, and 25.2 kg of 70 wt% nitric acid were dissolved, and this was designated as solution A. On the other hand, after 297 kg of ammonium molybdate tetrahydrate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 · 4H 2 O] was dissolved in 330 kg of ion-exchanged water heated to 40 ° C., ammonium metavanadate [NH 4 VO 3 ] 8.19kg was suspended and this was made into the B liquid.

A液とB液の温度を40℃に保持しながら、攪拌下、B液にA液を滴下し、滴下終了後の混合液を密閉容器内で120℃にて5.8時間攪拌した。次いで、得られた混合液に対して、三酸化アンチモン[Sb23]10.2kg及び硝酸銅3水和物[Cu(NO32・3H2O]10.2kgを、イオン交換水23kg中に懸濁させた状態で添加し、その後、密閉容器内で120℃にて5時間攪拌した。次に、このようにして得られたスラリー状混合物をスプレードライヤーにて乾燥し、得られた乾燥粉末100重量部に対して、セラミックファイバー4重量部、硝酸アンモニウム13重量部、及びイオン交換水9.7重量部を加えて混練した後、直径5mm、高さ6mmの円柱状に押出成形した。得られた成形体を、温度90℃、相対湿度30%にて3時間乾燥させた後、空気気流中で220℃にて22時間、空気気流中で250℃にて1時間の順に熱処理(前焼成)を施した。次いで、窒素気流中で435℃まで昇温して、同温度で3時間保持し、その後、窒素気流中で300℃まで冷却した後、気流を窒素から空気に切り替え、空気気流中で再び390℃まで昇温して、同温度で3時間保持することにより、焼成した。その後、空気気流中で70℃まで冷却してから、成形体を取り出し、これを新品触媒とした。 While maintaining the temperature of the liquid A and the liquid B at 40 ° C., the liquid A was dropped into the liquid B with stirring, and the mixed liquid after the dropping was stirred at 120 ° C. for 5.8 hours in a sealed container. Next, 10.2 kg of antimony trioxide [Sb 2 O 3 ] and 10.2 kg of copper nitrate trihydrate [Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O] are added to ion-exchanged water with respect to the obtained mixed liquid. It added in the state suspended in 23 kg, and it stirred at 120 degreeC after that for 5 hours within the airtight container. Next, the slurry-like mixture thus obtained is dried with a spray dryer, and 4 parts by weight of ceramic fibers, 13 parts by weight of ammonium nitrate, and ion-exchanged water are added to 100 parts by weight of the obtained dry powder. After adding 7 parts by weight and kneading, it was extruded into a cylindrical shape having a diameter of 5 mm and a height of 6 mm. The obtained molded body was dried at a temperature of 90 ° C. and a relative humidity of 30% for 3 hours, and then heat treated in the order of 22 hours at 220 ° C. in an air stream and 1 hour at 250 ° C. in an air stream (before Firing). Next, the temperature was raised to 435 ° C. in a nitrogen stream and held at the same temperature for 3 hours. After cooling to 300 ° C. in the nitrogen stream, the air stream was switched from nitrogen to air, and again 390 ° C. in the air stream. The mixture was heated up to 3 hours and held at the same temperature for 3 hours to fire. Then, after cooling to 70 degreeC in airflow, the molded object was taken out and this was made into the new catalyst.

得られた新品触媒は、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ1.5、12、0.5、0.5、0.3及び1.4の原子比で含む組成のケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものであった。なお、新品触媒におけるセシウムに対するモリブデンの原子比αは8.6(≒12/1.4)であった。この新品触媒を上記活性試験及び寿命試験に供したところ、転化率は87%、選択率は84%、転化率低下速度は0.2%/日であった。   The resulting new catalyst is a Keggin type composition comprising phosphorus, molybdenum, vanadium, antimony, copper and cesium in atomic ratios of 1.5, 12, 0.5, 0.5, 0.3 and 1.4, respectively. It consisted of an acid salt of a heteropolyacid. The atomic ratio α of molybdenum to cesium in the new catalyst was 8.6 (≈12 / 1.4). When this new catalyst was subjected to the activity test and the life test, the conversion rate was 87%, the selectivity rate was 84%, and the conversion rate reduction rate was 0.2% / day.

(参考例2−使用済触媒の調製)
参考例1で得た新品触媒を長時間、メタクロレインの接触気相酸化反応に付し、使用済触媒を得た。
(Reference Example 2-Preparation of spent catalyst)
The new catalyst obtained in Reference Example 1 was subjected to methacrolein catalytic gas phase oxidation reaction for a long time to obtain a used catalyst.

得られた使用済触媒を構成するヘテロポリ酸の酸性塩は、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ1.3、9.6、0.5、0.5、0.3及び1.4の原子比で含む組成を有するものであった。この使用済触媒を上記活性試験に供したところ、転化率は35%、選択率は85%であった。   The acid salt of the heteropolyacid constituting the obtained spent catalyst is 1.3, 9.6, 0.5, 0.5, 0.3 and 1 for phosphorus, molybdenum, vanadium, antimony, copper and cesium, respectively. The composition contained at an atomic ratio of .4. When this spent catalyst was subjected to the activity test, the conversion was 35% and the selectivity was 85%.

(実施例1)
参考例2で得られた使用済触媒200gに、空気雰囲気下、450℃にて5時間熱処理を施した。得られた熱処理後の触媒(使用済触媒)をイオン交換水400gに加えて撹拌し、次いで、三酸化モリブデン[MoO3]27.2gと、75重量%オルトリン酸2.7gとを添加した。このとき、三酸化モリブデンの添加量は、参考例1で得た新品触媒におけるヘテロポリ酸の酸性塩の組成と、参考例2で得た使用済触媒におけるヘテロポリ酸の酸性塩の組成とを比較することにより、使用済触媒におけるモリブデンの減少量を把握し、添加されるモリブデン原子の量がこの減少量よりも少なくなる範囲で決定した。また、オルトリン酸の添加量は、上記と同様に使用済触媒におけるリンの減少量を把握し、添加されるリン原子の量がこの減少量と同じになるよう決定した。
Example 1
200 g of the used catalyst obtained in Reference Example 2 was heat-treated at 450 ° C. for 5 hours in an air atmosphere. The obtained catalyst after heat treatment (used catalyst) was added to 400 g of ion-exchanged water and stirred, and then 27.2 g of molybdenum trioxide [MoO 3 ] and 2.7 g of 75 wt% orthophosphoric acid were added. At this time, the addition amount of molybdenum trioxide compares the composition of the acid salt of the heteropolyacid in the new catalyst obtained in Reference Example 1 with the composition of the acid salt of the heteropolyacid in the used catalyst obtained in Reference Example 2. Thus, the reduction amount of molybdenum in the spent catalyst was grasped, and the amount of molybdenum atoms added was determined in a range where it was smaller than this reduction amount. In addition, the amount of addition of orthophosphoric acid was determined in the same manner as described above so that the amount of phosphorus decrease in the spent catalyst was grasped and the amount of phosphorus atoms added was the same as this amount of decrease.

続いて、硝酸アンモニウム[NH4NO3]69.2gを加えた後、70℃に昇温して同温度で1時間保持し、次いで、25重量%アンモニア水12.5gを添加し、70℃にて1時間保持した後、密閉容器内で120℃にて5時間攪拌して、スラリー状の混合物を得た。このスラリー状混合物中の硝酸根に対するアンモニウム根のモル比率は、1.2であった。 Subsequently, after 69.2 g of ammonium nitrate [NH 4 NO 3 ] was added, the temperature was raised to 70 ° C. and held at the same temperature for 1 hour, and then 12.5 g of 25% by weight aqueous ammonia was added to reach 70 ° C. For 1 hour and then stirred at 120 ° C. for 5 hours in a sealed container to obtain a slurry mixture. The molar ratio of ammonium radicals to nitrate radicals in this slurry mixture was 1.2.

次に、得られたスラリー状混合物を120℃で乾燥し、得られた乾燥物100重量部に対して、硝酸アンモニウム5重量部及びイオン交換水7重量部を加えて混練した後、直径5mm、高さ6mmの円柱状に押出成形した。得られた成形体を、温度90℃、相対湿度30%にて3時間乾燥させた後、空気気流中で220℃にて22時間、空気気流中で250℃にて1時間の順に熱処理(前焼成)を施した。次いで、空気気流中で390℃まで昇温して、同温度で3時間保持した後、気流を空気から窒素に切り換え、窒素気流中で435℃まで昇温して、同温度で4時間保持することにより、焼成した。その後、窒素気流中で70℃まで冷却してから、成形体を取り出し、これを再生触媒(1)とした。   Next, the obtained slurry-like mixture was dried at 120 ° C., and 5 parts by weight of ammonium nitrate and 7 parts by weight of ion-exchanged water were added to and kneaded with 100 parts by weight of the obtained dried product. Extruded into a 6 mm long cylinder. The obtained molded body was dried at a temperature of 90 ° C. and a relative humidity of 30% for 3 hours, and then heat treated in the order of 22 hours at 220 ° C. in an air stream and 1 hour at 250 ° C. in an air stream (before Firing). Next, the temperature is raised to 390 ° C. in an air stream and held at the same temperature for 3 hours, then the air stream is switched from air to nitrogen, the temperature is raised to 435 ° C. in the nitrogen stream and held at the same temperature for 4 hours. And fired. Then, after cooling to 70 degreeC in nitrogen stream, the molded object was taken out and this was made into the reproduction | regeneration catalyst (1).

得られた再生触媒(1)は、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ1.5、11.7、0.5、0.5、0.3及び1.4の原子比で含む組成のケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものであった。なお、この再生触媒(1)におけるセシウムに対するモリブデンの原子比βは8.4(≒11.7/1.4)であり、β/αの値は0.98(≒(11.7/1.4)/(12/1.4))であった。この再生触媒(1)を上記活性試験及び寿命試験に供したところ、表1に示す結果となった。   The obtained regenerated catalyst (1) contains phosphorus, molybdenum, vanadium, antimony, copper and cesium in atomic ratios of 1.5, 11.7, 0.5, 0.5, 0.3 and 1.4, respectively. It comprised the acid salt of the Keggin type heteropolyacid of the containing composition. In this regenerated catalyst (1), the atomic ratio β of molybdenum to cesium is 8.4 (≈11.7 / 1.4), and the value of β / α is 0.98 (≈ (11.7 / 1). 4) / (12 / 1.4)). When this regenerated catalyst (1) was subjected to the activity test and the life test, the results shown in Table 1 were obtained.

(実施例2)
実施例1において、三酸化モリブデン[MoO3]の添加量を27.2gから22.8gに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行なって、再生触媒(2)を得た。
得られた再生触媒(2)は、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ1.5、11.4、0.5、0.5、0.3及び1.4の原子比で含む組成のケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものであった。なお、この再生触媒(2)におけるセシウムに対するモリブデンの原子比βは8.1(≒11.4/1.4)であり、β/αの値は0.95(≒(11.4/1.4)/(12/1.4))であった。この再生触媒(2)を上記活性試験及び寿命試験に供したところ、表1に示す結果となった。
(Example 2)
A regenerated catalyst (2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of molybdenum trioxide [MoO 3 ] added was changed from 27.2 g to 22.8 g in Example 1.
The obtained regenerated catalyst (2) contains phosphorus, molybdenum, vanadium, antimony, copper and cesium in atomic ratios of 1.5, 11.4, 0.5, 0.5, 0.3 and 1.4, respectively. It comprised the acid salt of the Keggin type heteropolyacid of the containing composition. In this regenerated catalyst (2), the atomic ratio β of molybdenum to cesium is 8.1 (≈11.4 / 1.4), and the value of β / α is 0.95 (≈ (11.4 / 1). 4) / (12 / 1.4)). When this regenerated catalyst (2) was subjected to the activity test and the life test, the results shown in Table 1 were obtained.

(比較例1)
実施例1において、三酸化モリブデン[MoO3]の添加量を27.2gから31.5gに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較用の再生触媒(C1)を得た。
得られた再生触媒(C1)は、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ1.5、12、0.5、0.5、0.3及び1.4の原子比で含む組成のケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものであった。なお、この再生触媒(C1)におけるセシウムに対するモリブデンの原子比βは8.6(≒12/1.4)であり、β/αの値は1.00(=(12/1.4)/(12/1.4))であった。この再生触媒(C1)を上記活性試験及び寿命試験に供したところ、表1に示す結果となった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, except that the amount of molybdenum trioxide [MoO 3 ] added was changed from 27.2 g to 31.5 g, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a comparative regenerated catalyst (C1). It was.
The obtained regenerated catalyst (C1) contains phosphorus, molybdenum, vanadium, antimony, copper and cesium in atomic ratios of 1.5, 12, 0.5, 0.5, 0.3 and 1.4, respectively. The acid salt of a Keggin type heteropolyacid. In this regenerated catalyst (C1), the atomic ratio β of molybdenum to cesium is 8.6 (≈12 / 1.4), and the value of β / α is 1.00 (= (12 / 1.4) / (12 / 1.4)). When this regenerated catalyst (C1) was subjected to the activity test and the life test, the results shown in Table 1 were obtained.

(比較例2)
実施例1において、三酸化モリブデン[MoO3]の添加量を27.2gから35.93gに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較用の再生触媒(C2)を得た。
得られた再生触媒(C2)は、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ1.5、12.3、0.5、0.5、0.3及び1.4の原子比で含む組成のケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものであった。なお、この再生触媒(C2)におけるセシウムに対するモリブデンの原子比βは8.8(≒12.3/1.4)であり、β/αの値は1.03(≒(12.3/1.4)/(12/1.4))であった。この再生触媒(C2)を上記活性試験及び寿命試験に供したところ、表1に示す結果となった。
(Comparative Example 2)
In Example 1, except that the addition amount of molybdenum trioxide [MoO 3 ] was changed from 27.2 g to 35.93 g, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a comparative regenerated catalyst (C2). It was.
The obtained regenerated catalyst (C2) contains phosphorus, molybdenum, vanadium, antimony, copper and cesium in atomic ratios of 1.5, 12.3, 0.5, 0.5, 0.3 and 1.4, respectively. It comprised the acid salt of the Keggin type heteropolyacid of the containing composition. In this regenerated catalyst (C2), the atomic ratio β of molybdenum to cesium is 8.8 (≈12.3 / 1.4), and the value of β / α is 1.03 (≈ (12.3 / 1). 4) / (12 / 1.4)). When this regenerated catalyst (C2) was subjected to the activity test and the life test, the results shown in Table 1 were obtained.

Figure 2010155197
Figure 2010155197

Claims (6)

リン、モリブデン及びアルカリ金属元素を含む組成のヘテロポリ酸化合物からなる新品触媒をメタクリル酸の製造に使用して得られた使用済触媒からメタクリル酸製造用触媒を再生する方法であって、
前記使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合し、その後、乾燥し、焼成する各工程を含み、かつ、
再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比が、前記新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比よりも小さくなるように、前記使用済触媒に対するモリブデン化合物の混合量を調整することを特徴とするメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
A method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production from a used catalyst obtained by using a new catalyst comprising a heteropolyacid compound having a composition containing phosphorus, molybdenum and an alkali metal element for the production of methacrylic acid,
Each of the steps of mixing the spent catalyst with a molybdenum compound and water, then drying and calcining; and
The spent catalyst such that the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst is smaller than the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst. A method for regenerating a catalyst for producing methacrylic acid, comprising adjusting a mixing amount of the molybdenum compound with respect to the catalyst.
新品触媒が下記式(I)
PaMobVcXdYeOx (I)
(式(I)中、P、Mo及びVはそれぞれリン、モリブデン及びバナジウムを表し、Xはカリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属元素を示し、Yは銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタン、セリウム及びタリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Oは酸素を表し、b=12としたとき、0<a≦3、0≦c≦3、0<d≦3、0≦e≦3であり、xは各元素の酸化状態により定まる値である)
で示されるヘテロポリ酸化合物からなる請求項1に記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。
A new catalyst is represented by the following formula (I)
PaMobVcXdYeOx (I)
(In the formula (I), P, Mo and V represent phosphorus, molybdenum and vanadium, respectively, X represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of potassium, rubidium and cesium, Y represents copper, arsenic Represents at least one element selected from the group consisting of antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum, cerium and thallium, O represents oxygen, and when b = 12, 0 <a ≦ 3 0 ≦ c ≦ 3, 0 <d ≦ 3, 0 ≦ e ≦ 3, and x is a value determined by the oxidation state of each element)
The regeneration method of the catalyst for methacrylic acid production of Claim 1 which consists of heteropoly acid compound shown by these.
新品触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比をαとし、再生された触媒を構成するヘテロポリ酸化合物のアルカリ金属元素に対するモリブデンの原子比をβとしたときに、β/αの値が0.9以上である請求項1または2に記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。   Β / α where α is the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the new catalyst, and β is the atomic ratio of molybdenum to the alkali metal element of the heteropolyacid compound constituting the regenerated catalyst. The method for regenerating a catalyst for producing methacrylic acid according to claim 1 or 2, wherein the value of is not less than 0.9. 使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合するにあたり、硝酸根及びアンモニウム根をも混合する請求項1〜3のいずれかに記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。   The method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production according to any one of claims 1 to 3, wherein a nitrate group and an ammonium root are also mixed when mixing the molybdenum compound and water with the spent catalyst. 使用済触媒にモリブデン化合物及び水を混合する前に、該使用済触媒に350℃以上の熱処理を施す請求項1〜4のいずれかに記載のメタクリル酸製造用触媒の再生方法。   The method for regenerating a catalyst for methacrylic acid production according to any one of claims 1 to 4, wherein the spent catalyst is subjected to heat treatment at 350 ° C or higher before mixing the molybdenum compound and water with the spent catalyst. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法により再生されたメタクリル酸製造用触媒の存在下に、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタン及びイソ酪酸からなる群より選ばれる化合物を気相接触酸化反応に付すことを特徴とするメタクリル酸の製造方法。   A compound selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid is subjected to a gas phase catalytic oxidation reaction in the presence of the catalyst for producing methacrylic acid regenerated by the method according to claim 1. A process for producing methacrylic acid, characterized in that:
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