JP2010162460A - メタクリル酸合成用触媒の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特定の組成を有するメタクリル酸合成用触媒であって、
少なくともモリブデン、リン及びバナジウムを含む溶液又はスラリー(A液)とZ元素を含む溶液又はスラリー(CI液)とを混合しA−CI混合液を調製する工程と、
A−CI混合液とアンモニウムを含む溶液又はスラリー(B液)とを混合しA−CI−B混合液を調製する工程と、
A−CI−B混合液とZ元素を含む溶液又はスラリー(CII液)とを混合しD液を調製する工程と、
D液を乾燥し熱処理する工程とを含み、
D液のアンモニウム量をモリブデン12モルに対し0.5〜5モルとし、D液のpHを2.0以下とするメタクリル酸合成用触媒の製造方法。
【選択図】図1
Description
PaMobVcCudXeYfZgOh (a)
(式中、P、Mo、V、Cu及びOは、それぞれリン、モリブデン、バナジウム、銅及び酸素を示し、Xはアンチモン、ビスマス、砒素、ゲルマニウム、ジルコニウム、テルル、銀、セレン、ケイ素、タングステン及びホウ素からなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示し、Yは鉄、亜鉛、クロム、マグネシウム、タンタル、コバルト、マンガン、バリウム、ガリウム、セリウム及びランタンからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示し、Zはカリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示す。a、b、c、d、e、f、g及びhは各元素の原子比率を示しb=12の時a=0.5〜3、c=0.01〜3、d=0〜2、e=0〜3、f=0〜3、g=0.01〜3であり、hは前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比率である。)
で表される組成を有する触媒の製造方法であって、
i)少なくともモリブデン、リン及びバナジウムを含む溶液又はスラリー(A液)を調製する工程と、
ii)アンモニウムを含む溶液又はスラリー(B液)を調製する工程と、
iii)Z元素を含む溶液又はスラリー(CI液及びCII液)を調製する工程と、
iv)A液とZ元素を含む溶液又はスラリー(CI液)とを混合して、A−CI混合液を調製する工程と、
v)A−CI混合液とB液とを混合して、A−CI−B混合液を調製する工程と、
vi)A−CI−B混合液とZ元素を含む溶液又はスラリー(CII液)とを混合して、触媒前駆体を含む溶液又はスラリー(D液)を調製する工程と、
vii)D液を乾燥し、触媒前駆体乾燥粉とする工程と、
viii)触媒前駆体乾燥粉を熱処理する工程と、
を含み、
工程vi)において、D液のアンモニウム量をモリブデン12モルに対し0.5モル以上、5モル以下とし、
かつ、D液のpHを2.0以下となるように調整することを特徴とする。
本発明の方法で製造する触媒は、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製造する際に用いられるメタクリル酸合成用触媒であって、下記式(a)で表される。
ここで、前記式(a)中、P、Mo、V、Cu及びOは、それぞれリン、モリブデン、バナジウム、銅及び酸素を表している。Xは、アンチモン、ビスマス、砒素、ゲルマニウム、ジルコニウム、テルル、銀、セレン、ケイ素、タングステン及びホウ素からなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示している。Yは、鉄、亜鉛、クロム、マグネシウム、タンタル、コバルト、マンガン、バリウム、ガリウム、セリウム及びランタンからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示している。Zは、カリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示している。a、b、c、d、e、f、g及びhは各元素の原子比率を表し、例えば、b=12のときa=0.5〜3、c=0.01〜3、d=0〜2、e=0〜3、f=0〜3、g=0.01〜3であり、hは前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比率である。
前記式(a)において、リン原料としては、例えば、正リン酸、五酸化リン、又は、リン酸アンモニウム、リン酸セシウム等のリン酸塩が使用できる。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使用できる。バナジウム原料としては、バナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、五酸化バナジウム、塩化バナジウム等が使用できる。銅原料としては、硫酸銅、硝酸銅、酢酸銅、塩化第一銅、塩化第二銅等が使用できる。これらは1種でもよく、また2種以上を併用しても良い。
A液は、少なくともモリブデン、リン及びバナジウムの化合物(触媒原料)を溶媒に溶解あるいは懸濁させて調製する。
B液は、アンモニウム含有化合物を溶媒に溶解あるいは懸濁させて調製する。
Z元素を含む溶液又はスラリー(CI液及びCII液)は、少なくともZ元素を含む化合物を溶媒に溶解あるいは懸濁させて調製する。ここでZ元素は、カリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素である。この中でも、Z元素としてセシウムを用いることが好ましい。
A−CI混合液は、A液とCI液を混合することにより調製する。A液とCI液の混合方法は特に限定されず、A液にCI液を加えても、CI液にA液を加えても、A液とCI液を同時に別の容器に滴下し混合してもよい。A液とCI液を混合する時には、溶液を撹拌しながら行うことが好ましい。
A−CI−B混合液は、A−CI混合液とB液を混合することにより調製する。A−CI液とB液の混合方法は特に限定されず、A−CI液にB液を加えても、B液にA−CI液を加えても、A−CI液とB液を同時に別の容器に滴下し混合してもよい。A−CI液とB液を混合する時には、溶液を撹拌しながら行うことが好ましい。B液をBI液とBII液に分けて調製している場合には、BI液とBII液を同時にA−CI混合液に加えてもよいし、BI液を加えた後にBII液を加えてもよいし、BII液を加えた後にBI液を加えてもよい。
次いで、A−CI−B混合液とZ元素を含む溶液又はスラリー(CII液)とを混合して、触媒前駆体を含む溶液又はスラリー(D液)を調製する。A−CI−B液とCII液の混合方法は特に限定されず、A−CI−B液にCII液を加えても、CII液にA−CI−B液を加えても、A−CI−B液とCII液を同時に別の容器に滴下し混合しても良い。A−CI−B液とCII液を混合する時には、溶液を撹拌しながら行うことが好ましい。
工程(vi)において、D液に含まれるアンモニウムの総量は、熱処理後の触媒の活性を適当なものとする観点から、D液中のモリブデン12モルに対して、0.5モル以上、5モル以下となるようにする。また、D液に含まれるアンモニウムの総量は3モル以上、4.5モル以下であることが好ましい。D液に含まれるアンモニウムの総量は、B液に溶解又は懸濁させるアンモニウム含有化合物の量によって調節することができる。なお、D液中のモリブデン、アンモニウムの量は、原料の仕込み量から算出した値である。
工程(vi)において、D液のpHが2.0以下となるようにD液のpHを調整する。D液のpHが2.0以上であると、触媒前駆体の構造がケギン構造とはならず、そのようにして得られた触媒は活性、選択性が低い。D液のpH調整法としては、B液に溶解あるいは懸濁させるアンモニウム含有化合物の種類と量を適切に調整する、各元素の水酸化物を原料として用いる、酸を添加する、などの方法がある。これらの中から1つの方法を使用してもこれらの方法を組み合わせて使用しても構わない。この中でも、B液に溶解あるいは懸濁させるアンモニウム含有化合物の種類と量を適切に調整する方法を用いることが好ましい。なお、D液のpHは市販のpHメーターを用いて確認することができ、pHの測定条件としてはしゅう酸塩、フタル酸塩および中性リン酸塩の各標準溶液でpH校正した後測定すれば良い。
この様にして得た触媒前駆体を含む溶液又はスラリー(D液)を乾燥し、触媒前駆体乾燥粉とする。D液の乾燥方法としては、蒸発乾固、噴霧乾燥法、ドラム乾燥法、気流乾燥法等を用いることができる。乾燥に使用する乾燥機の機種や乾燥時の温度、時間等は特に限定されず、乾燥条件を適宜変えることによって目的に応じた触媒前駆体乾燥粉とすることができる。
こうして得られた触媒前駆体乾燥粉を熱処理することにより、本発明のメタクリル酸合成用触媒を得ることができる。熱処理は、触媒前駆体乾燥粉を打錠成形法やプレス成形法等の圧縮成形法、押し出し成形などの成形法により成形して、触媒前駆体の成形体を得た後に行ってもよい。熱処理する方法や熱処理条件は特に制限されず、公知の処理方法及び条件を適用することができる。このような熱処理の方法としては、例えば、空気流通下及び/又は不活性ガス流通下で200〜500℃、好ましくは300〜450℃で処理する方法が挙げられる。
次に、本発明のメタクリル酸の製造方法について説明する。本発明のメタクリル酸の製造方法は、上記のようにして得られる本発明に係る触媒の存在下で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ものである。以下に、その方法の一例を示す。反応条件としては、従来から知られている通常の条件が適用できる。
メタクロレイン(MAL)の転化率(%)=B/A×100
メタクリル酸(MAA)の選択率(%)=C/B×100。
三酸化モリブデン100部、バナジン酸アンモニウム4.1部、85質量%リン酸8.7部、硝酸銅1.4部を純水100部と混合し、還流冷却下で、2時間加熱撹拌した後、30℃に冷却し、これをA液とした。また、30℃において、炭酸アンモニウム2.2部を純水10部と混合し、これをBI液とした。また、硝酸アンモニウム11.59部を純水20部と混合し、これをBII液とした。また、30℃において、重炭酸セシウム8.42部を純水20部と混合し、これをCI液とした。同じく、重炭酸セシウム2.81部を純水20部と混合し、これをCII液とした。
実施例1において、重炭酸セシウム7.02部を純水20部と混合し、これをCI液とし、重炭酸セシウム4.21部を純水20部と混合し、これをCII液としたこと以外は、実施例1と同様にして触媒を得た。D液のpHは0.93であった。この触媒を用いて実施例1と同様にして反応を行ったところ、メタクロレインの転化率は78.6%、メタクリル酸の選択率は89.5%であった。
実施例1において、重炭酸セシウム5.62部を純水20部と混合し、これをCI液とし、重炭酸セシウム5.62部を純水20部と混合し、CII液としたこと以外は、実施例1と同様にして触媒を得た。D液のpHは0.90であった。この触媒を用いて実施例1と同様にして反応を行ったところ、メタクロレインの転化率は79.4%、メタクリル酸の選択率は88.6%であった。
実施例1において、重炭酸セシウム11.23部を純水20部と混合し、これをCI液とし、純水20部をCII液としたこと以外は、実施例1と同様にして触媒を得た。D液のpHは0.90であった。この触媒を用いて実施例1と同様にして反応を行ったところ、メタクロレインの転化率は82.6%、メタクリル酸の選択率は87.1%であった。
実施例1において、BI液とBII液の代わりに28%アンモニア水13.0部を純水20部と混合し、これをB液としたこと以外は、実施例と同様にして触媒を得た。D液のpHは2.57であった。この触媒を用いて実施例と同様にして反応を行ったところ、メタクロレイン転化率は83.4%、メタクリル酸選択率は87.9%であった。
実施例1において、BI液とBII液の代わりに28%アンモニア水21.1部を純水20部と混合し、これをB液としたこと以外は、実施例と同様にして触媒を得た。D液のpHは5.85であった。この触媒を用いて実施例と同様にして反応を行ったところ、メタクロレイン転化率は72.0%、メタクリル酸選択率は87.3%であった。
Claims (4)
- 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る下記式(a)
PaMobVcCudXeYfZgOh (a)
(式中、P、Mo、V、Cu及びOは、それぞれリン、モリブデン、バナジウム、銅及び酸素を示し、Xはアンチモン、ビスマス、砒素、ゲルマニウム、ジルコニウム、テルル、銀、セレン、ケイ素、タングステン及びホウ素からなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示し、Yは鉄、亜鉛、クロム、マグネシウム、タンタル、コバルト、マンガン、バリウム、ガリウム、セリウム及びランタンからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示し、Zはカリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を示す。a、b、c、d、e、f、g及びhは各元素の原子比率を示しb=12の時a=0.5〜3、c=0.01〜3、d=0〜2、e=0〜3、f=0〜3、g=0.01〜3であり、hは前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比率である。)
で表される組成を有する触媒の製造方法であって、
i)少なくともモリブデン、リン及びバナジウムを含む溶液又はスラリー(A液)を調製する工程と、
ii)アンモニウムを含む溶液又はスラリー(B液)を調製する工程と、
iii)Z元素を含む溶液又はスラリー(CI液及びCII液)を調製する工程と、
iv)A液とZ元素を含む溶液又はスラリー(CI液)とを混合して、A−CI混合液を調製する工程と、
v)A−CI混合液とB液とを混合して、A−CI−B混合液を調製する工程と、
vi)A−CI−B混合液とZ元素を含む溶液又はスラリー(CII液)とを混合して、触媒前駆体を含む溶液又はスラリー(D液)を調製する工程と、
vii)D液を乾燥し、触媒前駆体乾燥粉とする工程と、
viii)触媒前駆体乾燥粉を熱処理する工程と、
を含み、
工程vi)において、D液のアンモニウム量をモリブデン12モルに対し0.5モル以上、5モル以下とし、
かつ、D液のpHを2.0以下となるように調整することを特徴とするメタクリル酸合成用触媒の製造方法。 - 前記CI液及びCII液中に含まれるZ元素の割合が、CI液:CII液=60:40〜80:20である請求項1に記載のメタクリル酸合成用触媒の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の方法により製造されるメタクリル酸合成用触媒。
- 請求項3に記載のメタクリル酸合成用触媒の存在下で、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。
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