JP2012245433A - Method for producing catalyst for producing methacrylic acid method for producing methacrylic acid - Google Patents

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純也 吉澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for producing methacrylic acid having high mechanical strength, excellent catalyst activity, and catalyst life.SOLUTION: The catalyst for producing methacrylic acid comprising a heteropolyacid compound including P and Mo has water content of 0.7 to 2.5 wt.%. The catalyst for producing methacrylic acid can be obtained by drying aqueous mixture containing the raw material of the catalyst shaping and firing the same and thereafter adjusting the water content of the fired substance to 0.7 to 2.5 wt.%.

Description

本発明は、メタクリル酸製造用触媒およびその製造方法に関し、さらにこの触媒を用いてメタクリル酸を製造する方法に関する。   The present invention relates to a catalyst for producing methacrylic acid and a method for producing the same, and further relates to a method for producing methacrylic acid using the catalyst.

従来、メタクロレインなどの気相接触酸化反応によりメタクリル酸を製造する際に用いる触媒としては、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸やその塩からなるものが有効であることが知られている(特許文献1〜6)。例えば、特許文献1には焼成して得られる触媒を、所定の透湿度の容器に保存し、含水率が0重量%、0.08重量%、0.27重量%、0.52重量%、3.24重量%および3.06重量%のメタクリル酸製造用触媒を得たことが開示されている。   Conventionally, as a catalyst used when producing methacrylic acid by a gas phase catalytic oxidation reaction such as methacrolein, it is known that a heteropoly acid containing phosphorus and molybdenum or a salt thereof is effective (patent document) 1-6). For example, in Patent Document 1, a catalyst obtained by calcination is stored in a container having a predetermined moisture permeability, and the water content is 0% by weight, 0.08% by weight, 0.27% by weight, 0.52% by weight, It is disclosed that 3.24 wt% and 3.06 wt% catalysts for the production of methacrylic acid were obtained.

特開2003−10695号公報JP 2003-10695 A 特開2004−188231号公報JP 2004-188231 A 特開2005−21727号公報JP 2005-21727 A 特開2007−90193号公報JP 2007-90193 A 特開2008−284508号公報JP 2008-284508 A 特開2009−248035号公報JP 2009-248035 A

しかしながら、上記従来のメタクリル酸製造用触媒は、機械的強度、触媒活性および触媒寿命の点で必ずしも満足のいくものではなかった。   However, the conventional catalyst for producing methacrylic acid is not always satisfactory in terms of mechanical strength, catalyst activity and catalyst life.

本発明の課題は、機械的強度が高く、優れた触媒活性および触媒寿命を有するメタクリル酸製造用触媒を提供することにある。さらに、この触媒を製造する方法や、この触媒を用いて原料を良好な転化率で転化し、長期間にわたり安定してメタクリル酸を製造する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 having high mechanical strength and excellent catalytic activity and catalyst life. Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for producing this catalyst and a method for producing methacrylic acid stably over a long period of time by converting a raw material at a good conversion rate using this catalyst.

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
(1)リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒であって、含水率が0.7〜2.5重量%であることを特徴とする、メタクリル酸製造用触媒。
(2)前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと、
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
を含むことを特徴とする、(1)に記載のメタクリル酸製造用触媒。
(3)リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒の製造方法であって、
前記触媒の原料を含む水性混合物を乾燥し、成形して焼成した後、得られた焼成物の含水率を0.7〜2.5重量%に調整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。
(4)前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと、
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
を含むことを特徴とする、(3)に記載の方法。
(5)(1)または(2)に記載のメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。
(6)(3)または(4)に記載の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found a solution means having the following configuration, and has completed the present invention.
(1) A catalyst for producing methacrylic acid, comprising a heteropolyacid compound containing phosphorus and molybdenum, wherein the water content is 0.7 to 2.5% by weight.
(2) The heteropolyacid compound further comprises:
Vanadium,
At least one selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium;
At least one selected from the group consisting of copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum and cerium;
The catalyst for producing methacrylic acid according to (1), characterized by comprising:
(3) A method for producing a catalyst for producing methacrylic acid comprising a heteropolyacid compound containing phosphorus and molybdenum,
For drying methacrylic acid, characterized in that an aqueous mixture containing the catalyst raw material is dried, molded and fired, and then the moisture content of the fired product is adjusted to 0.7 to 2.5% by weight. A method for producing a catalyst.
(4) The heteropolyacid compound is further
Vanadium,
At least one selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium;
At least one selected from the group consisting of copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum and cerium;
The method as described in (3) characterized by including.
(5) Gas phase contact with at least one compound selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid in the presence of the catalyst for producing methacrylic acid according to (1) or (2) A method for producing methacrylic acid, characterized by being subjected to an oxidation reaction.
(6) At least one selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid in the presence of the catalyst for producing methacrylic acid obtained by the production method according to (3) or (4) A method for producing methacrylic acid, comprising subjecting a compound to a gas phase catalytic oxidation reaction.

本発明によれば、機械的強度が高く、優れた触媒活性および触媒寿命を有するメタクリル酸製造用触媒が得られるという効果を奏する。さらに、この触媒を用いると、原料を良好な転化率で転化して長期間にわたり安定してメタクリル酸を製造することができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that a catalyst for producing methacrylic acid having high mechanical strength and excellent catalyst activity and catalyst life can be obtained. Furthermore, when this catalyst is used, the raw material can be converted at a good conversion rate, and methacrylic acid can be produced stably over a long period of time.

(メタクリル酸製造用触媒)
本発明のメタクリル酸製造用触媒は、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなる。このようなヘテロポリ酸化合物は、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。これらの中でも、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、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。
(Catalyst for methacrylic acid production)
The catalyst for producing methacrylic acid of the present invention comprises a heteropolyacid compound containing phosphorus and molybdenum. Such a heteropolyacid compound may be composed of a free heteropolyacid or a salt of a heteropolyacid. Among these, what consists of acidic salt (partially neutralized salt) of heteropolyacid is preferable, and what consists of acidic salt of Keggin type heteropolyacid is more preferable.

ヘテロポリ酸化合物は、リンおよびモリブデンを必須の元素として含むものであれば、触媒活性を阻害しない限り、他の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、バナジウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム、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、セリウムなどが挙げられる。例えば、ヘテロポリ酸化合物は、以下の元素を含むものが好ましい。
リン;
モリブデン;
バナジウム;
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素(以下、「X元素」と記載する場合がある);ならびに
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素(以下、「Y元素」と記載する場合がある)。
As long as the heteropolyacid compound contains phosphorus and molybdenum as essential elements, it may contain other elements as long as the catalytic activity is not inhibited. Examples of other elements include vanadium, potassium, rubidium, cesium, thallium, copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum, and cerium. For example, the heteropolyacid compound preferably contains the following elements.
Rin;
molybdenum;
vanadium;
At least one element selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium (hereinafter sometimes referred to as “element X”); and copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt , At least one element selected from the group consisting of lanthanum and cerium (hereinafter sometimes referred to as “Y element”).

特に、ヘテロポリ酸化合物は、モリブデン12原子に対して、リン、バナジウム、X元素およびY元素を、それぞれ3原子以下の割合で含むものが好ましい。   In particular, the heteropolyacid compound preferably contains phosphorus, vanadium, an X element and a Y element at a ratio of 3 atoms or less to 12 atoms of molybdenum.

本発明のメタクリル酸製造用触媒は、含水率が0.7〜2.5重量%である。含水率がこのような範囲を満たすことにより、本発明のメタクリル酸製造用触媒は、機械的強度が高く、優れた触媒活性および触媒寿命を有し、原料を良好な転化率で転化して長期間にわたり安定してメタクリル酸を製造することができる。含水率が0.7重量%未満の場合、触媒の機械的強度が低くなり、過酷な条件下では使えないおそれがある。一方、含水率が2.5重量%を超える場合、触媒寿命が短く、短期間で転化率が低下するおそれがある。含水率は、好ましくは1.5〜2.2重量%である。   The catalyst for producing methacrylic acid of the present invention has a water content of 0.7 to 2.5% by weight. When the moisture content satisfies such a range, the catalyst for producing methacrylic acid according to the present invention has high mechanical strength, excellent catalytic activity and catalyst life, and is obtained by converting the raw material at a good conversion rate. Methacrylic acid can be produced stably over a period of time. If the water content is less than 0.7% by weight, the mechanical strength of the catalyst is low, and it may not be usable under severe conditions. On the other hand, when the water content exceeds 2.5% by weight, the catalyst life is short, and the conversion rate may decrease in a short period. The water content is preferably 1.5 to 2.2% by weight.

(メタクリル酸製造用触媒の製造方法)
本発明に係るメタクリル酸製造用触媒の製造方法(以下、「本発明の製造方法」と記載する場合がある)は、上記のように、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒の製造方法であって、触媒の原料を含む水性混合物を乾燥し、成形して焼成した後、得られた焼成物の含水率を0.7〜2.5重量%に調整する。
(Method for producing catalyst for producing methacrylic acid)
As described above, the method for producing a catalyst for producing methacrylic acid according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the production method of the present invention”) is for producing methacrylic acid comprising a heteropolyacid compound containing phosphorus and molybdenum. In the method for producing a catalyst, an aqueous mixture containing a catalyst raw material is dried, molded and calcined, and then the moisture content of the obtained calcined product is adjusted to 0.7 to 2.5% by weight.

触媒の原料となる化合物は、各元素のオキソ酸、オキソ酸塩、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。例えば、リンを含有する化合物としては、リン酸、リン酸塩などが挙げられる。モリブデンを含有する化合物としては、モリブデン酸、モリブデン酸塩、酸化モリブデン、塩化モリブデンなどが挙げられる。バナジウムを含有する化合物としては、バナジン酸、バナジン酸塩、酸化バナジウム、塩化バナジウムなどが挙げられる。上記X元素を含有する化合物としては、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。上記Y元素を含有する化合物としては、オキソ酸、オキソ酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。   Examples of the compound used as a raw material for the catalyst include oxo acids, oxo acid salts, oxides, nitrates, carbonates, bicarbonates, hydroxides, halides and the like of each element. For example, phosphoric acid, a phosphate, etc. are mentioned as a compound containing phosphorus. Examples of the compound containing molybdenum include molybdic acid, molybdate, molybdenum oxide, and molybdenum chloride. Examples of the compound containing vanadium include vanadic acid, vanadate, vanadium oxide, and vanadium chloride. Examples of the compound containing X element include oxides, nitrates, carbonates, bicarbonates, hydroxides, halides, and the like. Examples of the compound containing the Y element include oxo acids, oxo acid salts, nitrates, carbonates, hydroxides, halides, and the like.

これらの化合物は、所望の割合で(好ましくは、上記のモリブデン12原子に対して、リン、バナジウム、X元素およびY元素を、それぞれ3原子以下の割合となるように)水と混合され、水溶液や懸濁液のような水性混合物の状態にされる。すなわち、ヘテロポリ酸化合物は、以下の元素を含むものが好ましい。
リン;
モリブデン;
バナジウム;
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素(X元素);ならびに
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素(Y元素)。
These compounds are mixed with water in a desired ratio (preferably, phosphorus, vanadium, X element and Y element are each in a ratio of 3 atoms or less with respect to 12 atoms of the above molybdenum) Or an aqueous mixture such as a suspension. That is, the heteropolyacid compound preferably contains the following elements.
Rin;
molybdenum;
vanadium;
At least one element selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium (element X); and selected from the group consisting of copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum and cerium At least one element (Y element).

この水性混合物は、スプレードライヤーを用いた噴霧乾燥などによって乾燥される。乾燥後、乾燥物は、通常、所望の形状(例えば、円柱状、球状、リング状など)に成形され、成形の際に、必要に応じて成形助剤を用いてもよい。得られた成形体は、好ましくは、酸化性ガスまたは非酸化性ガスの雰囲気下にて180〜300℃程度の温度で熱処理(前焼成)が施される。なお、乾燥物に熱処理(前焼成)を施した後、成形を行ってもよい。   This aqueous mixture is dried by spray drying using a spray dryer or the like. After drying, the dried product is usually formed into a desired shape (for example, a columnar shape, a spherical shape, a ring shape, etc.), and a molding aid may be used as necessary at the time of molding. The obtained molded body is preferably subjected to heat treatment (pre-baking) at a temperature of about 180 to 300 ° C. in an oxidizing gas or non-oxidizing gas atmosphere. In addition, you may shape | mold after heat-processing (pre-baking) to a dried material.

上記水性混合物を調製する際、さらにアンモニアやアンモニウム塩を添加して、アンモニウム根を含む水性混合物とするのが好ましい。アンモニアやアンモニウム塩を添加する代わりに、リン、モリブデン、バナジウム、X元素またはY元素を含む上記の化合物の少なくとも1種に、アンモニウム化合物を用いてもよい。このような処方の場合、非ケギン型ヘテロポリ酸塩からなる乾燥物が得られ、熱処理(前焼成)を施すことによって、非ケギン型からケギン型への転移反応が生じ、ケギン型ヘテロポリ酸塩からなる成形体を得ることができる。   In preparing the aqueous mixture, it is preferable to further add ammonia or an ammonium salt to obtain an aqueous mixture containing an ammonium root. Instead of adding ammonia or an ammonium salt, an ammonium compound may be used for at least one of the above compounds containing phosphorus, molybdenum, vanadium, X element or Y element. In the case of such a prescription, a dry product composed of a non-Keggin type heteropolyacid salt is obtained, and by performing a heat treatment (pre-baking), a transition reaction from the non-Keggin type to the Keggin type occurs. Can be obtained.

次いで、得られた成形体は焼成される。焼成は、特に限定されず、酸化性ガス(空気、酸素など)、非酸化性ガス(不活性ガス(窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンなど)、還元性ガス(二酸化炭素、水素、アンモニアなど)など)などの雰囲気下で行われる。これらの中でも、好ましくは窒素、空気、アルゴン、ヘリウムまたは二酸化炭素の雰囲気下で行われ、より好ましくは窒素または空気の雰囲気下で行われる。これらのガスは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Next, the obtained molded body is fired. Firing is not particularly limited, and oxidizing gas (air, oxygen, etc.), non-oxidizing gas (inert gas (nitrogen, argon, helium, neon, etc.), reducing gas (carbon dioxide, hydrogen, ammonia, etc.), etc. ) And so on. Among these, it is preferably performed in an atmosphere of nitrogen, air, argon, helium or carbon dioxide, and more preferably in an atmosphere of nitrogen or air. These gases may be used alone or in combination of two or more.

焼成は、好ましくは360〜500℃、より好ましくは380〜450℃で、好ましくは1〜20時間、より好ましくは1〜10時間行われる。また、焼成は、異なる温度で多段階に分けて行ってもよい。多段階の焼成方法として、例えば、420〜500℃で非酸化性ガス雰囲気下にて1〜10時間焼成(第1焼成)を行った後、360〜410℃で酸化性ガス雰囲気下にて1〜10時間焼成(第2焼成)を行う方法や、360〜410℃で非酸化性ガスまたは酸化性ガス雰囲気下にて1〜10時間焼成(第1焼成)を行った後、420〜500℃で非酸化性ガス雰囲気下にて1〜10時間焼成(第2焼成)を行う方法などが挙げられる。   Firing is preferably performed at 360 to 500 ° C., more preferably 380 to 450 ° C., preferably 1 to 20 hours, more preferably 1 to 10 hours. Further, the firing may be performed in multiple stages at different temperatures. As a multi-stage firing method, for example, after firing (first firing) in a non-oxidizing gas atmosphere at 420 to 500 ° C. for 1 to 10 hours, 1 in an oxidizing gas atmosphere at 360 to 410 ° C. After firing for 10 to 10 hours (second firing) or after firing for 1 to 10 hours in a non-oxidizing gas or oxidizing gas atmosphere at 360 to 410 ° C. (first firing), 420 to 500 ° C. And a method of firing (second firing) in a non-oxidizing gas atmosphere for 1 to 10 hours.

このようにして得られた焼成物の含水率を、0.7〜2.5重量%、好ましくは1.5〜2.2重量%に調整することによって、メタクリル酸製造用触媒が得られる。含水率を調整する方法は、特に限定されず、例えば、以下の方法が挙げられる。
(I)水分を含む雰囲気に曝し、含水率が0.7〜2.5重量%となるように吸湿させる。
(II)焼成物の含水率が2.5重量%を超える場合は、焼成物を乾燥させる。
A catalyst for methacrylic acid production is obtained by adjusting the water content of the fired product thus obtained to 0.7 to 2.5% by weight, preferably 1.5 to 2.2% by weight. The method for adjusting the moisture content is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
(I) It exposes to the atmosphere containing a water | moisture content and makes it moisture-absorb so that a moisture content may be 0.7 to 2.5 weight%.
(II) When the moisture content of the fired product exceeds 2.5% by weight, the fired product is dried.

上記(I)の場合、含水率を調整できれば温度や湿度は特に限定されないが、例えば、温度が20〜25℃で湿度が20〜50%RHの室内や恒温恒湿槽に、置いて吸湿させればよい。また、上記(II)の場合は、風乾、熱風乾燥、真空乾燥など任意の乾燥方法によって、含水率が0.7〜2.5重量%となるように乾燥すればよい。   In the case of the above (I), the temperature and humidity are not particularly limited as long as the moisture content can be adjusted. Just do it. Moreover, in the case of said (II), what is necessary is just to dry so that a moisture content may be set to 0.7 to 2.5 weight% by arbitrary drying methods, such as air drying, hot air drying, and vacuum drying.

(メタクリル酸の製造方法)
本発明のメタクリル酸製造用触媒は、機械的強度が高く、優れた触媒活性および触媒寿命を有する。このメタクリル酸製造用触媒を用いて、例えば、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタン、イソ酪酸などの原料化合物を、気相接触酸化反応に供することにより、原料化合物を良好な転化率で転化して、メタクリル酸を長期間にわたり安定して製造することができる。
(Method for producing methacrylic acid)
The catalyst for producing methacrylic acid of the present invention has high mechanical strength and has excellent catalytic activity and catalyst life. Using this methacrylic acid production catalyst, for example, by subjecting raw material compounds such as methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane, and isobutyric acid to a gas phase catalytic oxidation reaction, the raw material compounds are converted at a good conversion rate, Methacrylic acid can be produced stably over a long period of 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、この反応器に原料化合物と酸素を含むガスとを供給することによって行われる。また、固定床の代わりに、流動床や移動床の形態も採用され得る。酸素を含むガスとしては、一般的に空気や純酸素が用いられる。酸素を含むガスおよび原料化合物の他に、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気などを反応器に供給してもよい。本発明のメタクリル酸製造用触媒は、その機械的強度が高いため、固定床多管式反応器への充填時に、触媒の粉化や破壊による粉塵の発生を低く抑えることができ、固定床多管式反応器における各反応管の圧力損失のばらつきを抑制し、安定してメタクリル酸を製造することができる。   The production of methacrylic acid is usually carried out by filling a fixed bed multitubular reactor with a catalyst and supplying a raw material compound and a gas containing oxygen to the reactor. Moreover, the form of a fluidized bed or a moving bed can be adopted instead of the fixed bed. As the gas containing oxygen, air or pure oxygen is generally used. In addition to the gas containing oxygen and the raw material compound, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor, or the like may be supplied to the reactor. Since the catalyst for producing methacrylic acid of the present invention has high mechanical strength, it is possible to suppress the generation of dust due to pulverization or destruction of the catalyst at the time of filling into a fixed bed multi-tubular reactor, and to reduce the number of fixed beds. It is possible to stably produce methacrylic acid by suppressing variations in pressure loss of each reaction tube in the tubular reactor.

メタクロレインを原料化合物として用いる場合、好ましくは、反応は以下の条件下で行われる。なお、空間速度は、反応器内を通過する1時間当たりの原料(原料化合物およびその他のガス)供給量(L/h)を、反応器内の触媒容量(L)で除して求められる。
原料中のメタクロレインの濃度:1〜10容量%
原料中の水蒸気の濃度:1〜30容量%
メタクロレインと酸素とのモル比:1/1〜1/5(メタクロレイン/酸素)
空間速度:500〜5000h-1(標準状態基準)
反応温度:250〜350℃
反応圧力:0.1〜0.3MPa
When using methacrolein as a raw material compound, the reaction is preferably carried out under the following conditions. The space velocity is obtained by dividing the supply amount (L / h) of raw materials (raw material compounds and other gases) per hour passing through the reactor by the catalyst capacity (L) in the reactor.
Concentration of methacrolein in the raw material: 1 to 10% by volume
Concentration of water vapor in raw material: 1-30% by volume
Molar ratio of methacrolein to oxygen: 1/1 to 1/5 (methacrolein / oxygen)
Space velocity: 500-5000h -1 (standard condition standard)
Reaction temperature: 250-350 ° C
Reaction pressure: 0.1-0.3 MPa

イソブタンを原料化合物として用いる場合、好ましくは、反応は以下の条件下で行われる。
原料中のイソブタンの濃度:1〜85容量%
原料中の水蒸気の濃度:3〜30容量%
イソブタンと酸素とのモル比:1/0.05〜1/4(イソブタン/酸素)
空間速度:400〜5000h-1(標準状態基準)
反応温度:250〜400℃
反応圧力:0.1〜1MPa
When isobutane is used as a starting compound, the reaction is preferably carried out under the following conditions.
Concentration of isobutane in the raw material: 1 to 85% by volume
Concentration of water vapor in raw material: 3 to 30% by volume
Molar ratio of isobutane to oxygen: 1 / 0.05 to 1/4 (isobutane / oxygen)
Space velocity: 400-5000h -1 (standard condition standard)
Reaction temperature: 250-400 ° C
Reaction pressure: 0.1-1 MPa

なお、イソブチルアルデヒドおよびイソ酪酸を原料化合物として用いる場合は、メタクロレインを原料化合物として用いる場合と、ほぼ同様の条件下で反応が行われる。また、これらの原料化合物は、精製された高純度品である必要はない。例えば、メタクロレインの場合、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って得られたメタクロレインを未精製のまま用いてもよい。   When isobutyraldehyde and isobutyric acid are used as raw material compounds, the reaction is carried out under substantially the same conditions as when methacrolein is used as the raw material compound. Moreover, these raw material compounds do not need to be purified high-purity products. For example, in the case of methacrolein, methacrolein obtained by a gas phase catalytic oxidation reaction of isobutylene or t-butyl alcohol may be used without purification.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、使用した空気は2容量%の水分を含み(大気相当)、窒素は実質的に水分を含んでいない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these Examples. The air used contains 2% by volume of moisture (corresponding to the atmosphere), and nitrogen does not substantially contain moisture.

(調製例1:触媒前駆体の調整)
まず、以下のそれぞれの原料を混合して、A液およびB液を調製した。
<A液(溶液)>
イオン交換水(40℃):224kg
硝酸セシウム(CsNO3):38.2kg
オルトリン酸(75重量%品):27.4kg
硝酸(70重量%品):25.2kg
<B液(懸濁液)>
イオン交換水(40℃):330kg
モリブデン酸アンモニウム4水和物((NH46Mo724・4H2O):297kg
メタバナジン酸アンモニウム(NH4VO3):8.19kg
(Preparation Example 1: Preparation of catalyst precursor)
First, the following raw materials were mixed to prepare liquid A and liquid B.
<Liquid A (solution)>
Ion-exchanged water (40 ° C): 224kg
Cesium nitrate (CsNO 3 ): 38.2 kg
Orthophosphoric acid (75% by weight product): 27.4 kg
Nitric acid (70% by weight product): 25.2kg
<Liquid B (suspension)>
Ion exchange water (40 ° C): 330 kg
Ammonium molybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 · 4H 2 O): 297 kg
Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ): 8.19 kg

次いで、撹拌しながら、A液をB液に滴下した。滴下後、密閉容器中で120℃にて5.8時間撹拌した。次いで、10.2kgの三酸化アンチモン(Sb23)および10.2kgの硝酸銅3水和物(Cu(NO32・3H2O)を23kgのイオン交換水に懸濁させて上記密閉容器中に添加し、120℃にてさらに5時間撹拌した。 Subsequently, A liquid was dripped at B liquid, stirring. After dropping, the mixture was stirred in a sealed container at 120 ° C. for 5.8 hours. Then, 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) were suspended in 23 kg of ion-exchanged water and It added in the airtight container and stirred at 120 degreeC for further 5 hours.

得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥し、得られた乾燥物100重量部に対して、4重量部のセラミックファイバー(SiO2−Al23系繊維、直径2〜4μm、繊維平均長400μm)、13重量部の硝酸アンモニウム、および9.7重量部のイオン交換水を加えて混練し、円柱状(直径5mm、高さ6mm)に押出成形した。次いで、得られた成形体を、温度90℃および湿度30%RH雰囲気下で3時間乾燥した。得られた乾燥物に、220℃の空気気流中で22時間、その後250℃で1時間熱処理(前焼成)を施し、ケギン型ヘテロポリ酸塩からなる前焼成された触媒前駆体を得た。 The obtained slurry was spray-dried with a spray dryer, and 4 parts by weight of ceramic fiber (SiO 2 —Al 2 O 3 fiber, diameter 2 to 4 μm, fiber average length 400 μm with respect to 100 parts by weight of the obtained dried product. ), 13 parts by weight of ammonium nitrate, and 9.7 parts by weight of ion-exchanged water were added and kneaded and extruded into a cylindrical shape (diameter 5 mm, height 6 mm). Next, the obtained molded body was dried for 3 hours in an atmosphere of a temperature of 90 ° C. and a humidity of 30% RH. The obtained dried product was heat-treated (pre-calcined) for 22 hours in an air stream at 220 ° C. and then for 1 hour at 250 ° C. to obtain a pre-calcined catalyst precursor comprising a Keggin heteropolyacid salt.

(比較例1)
上記調製例1で得られた触媒前駆体を、窒素気流中で、435℃にて3時間保持した。次いで、窒素気流中で300℃まで冷却した後、窒素を空気に切り替えて空気気流中で390℃にて3時間保持した。次いで、焼成物を空気気流中で70℃まで冷却し、大気中に取り出した。得られた焼成物(触媒)は、リン(1.5)、モリブデン(12)、バナジウム(0.5)、アンチモン(0.5)、銅(0.3)およびセシウム(1.4)を含むケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩であった。なお、かっこ内の数値は原子比である。
(Comparative Example 1)
The catalyst precursor obtained in Preparation Example 1 was held at 435 ° C. for 3 hours in a nitrogen stream. Subsequently, after cooling to 300 degreeC in nitrogen stream, nitrogen was switched to air and it hold | maintained at 390 degreeC in the air stream for 3 hours. Next, the fired product was cooled to 70 ° C. in an air stream and taken out into the atmosphere. The obtained calcined product (catalyst) contains phosphorus (1.5), molybdenum (12), vanadium (0.5), antimony (0.5), copper (0.3) and cesium (1.4). It was an acid salt of the containing Keggin type heteropolyacid. The numbers in parentheses are atomic ratios.

(実施例1〜3および比較例2〜6)
比較例1で得られた焼成物を、室内(温度20℃、湿度40%RH)に置いて吸湿させ、吸湿時間を変えることにより含水率の異なる触媒を調製した。
(Examples 1-3 and Comparative Examples 2-6)
The fired product obtained in Comparative Example 1 was placed in a room (temperature 20 ° C., humidity 40% RH) to absorb moisture, and catalysts with different moisture contents were prepared by changing the moisture absorption time.

各実施例および各比較例で得られた含水率の異なる触媒について、含水率、落下強度および強制劣化後のメタクロレイン転化率を測定した。結果を表1に示す。   With respect to the catalysts having different moisture contents obtained in the respective Examples and Comparative Examples, the moisture content, the drop strength, and the methacrolein conversion rate after forced deterioration were measured. The results are shown in Table 1.

(含水率測定)
約10gの触媒を精秤し、精秤した触媒をオーブン内に置いて、300℃にて1時間保持した。次いで、100℃まで冷却した後、ドライボックス内に移し、室温まで冷却して触媒を精秤した。加熱前の質量と加熱後の質量とから触媒の含水率を求めた。
含水率(%)=100−{(加熱後質量/加熱前質量)×100}
(Moisture content measurement)
About 10 g of the catalyst was precisely weighed, and the accurately weighed catalyst was placed in an oven and held at 300 ° C. for 1 hour. Subsequently, after cooling to 100 degreeC, it moved in the dry box, cooled to room temperature, and weighed the catalyst precisely. The moisture content of the catalyst was determined from the mass before heating and the mass after heating.
Moisture content (%) = 100 − {(mass after heating / mass before heating) × 100}

(落下強度測定)
約30gの触媒を精秤し、垂直に設置したSUS製直管(内径30mmφ、管長5.0m)の上部から触媒を管内に投入した。触媒を管の下部(出口)に備えられたJIS標準網篩(目開き2.36mm)で受け、篩上に残った触媒を精秤した。管内に投入した触媒量に対する篩上に残った触媒量の割合((篩上質量/投入質量)×100)を測定し、3回測定した平均値を落下強度とした。この割合が高いほど、触媒が砕けることなく篩上に残っており、触媒の強度が高いことがわかる。
(Drop strength measurement)
About 30 g of the catalyst was precisely weighed, and the catalyst was put into the pipe from the upper part of a SUS straight pipe (inner diameter 30 mmφ, pipe length 5.0 m) installed vertically. The catalyst was received by a JIS standard mesh screen (aperture 2.36 mm) provided at the bottom (exit) of the tube, and the catalyst remaining on the screen was precisely weighed. The ratio of the amount of catalyst remaining on the sieve to the amount of catalyst charged in the pipe ((mass on sieve / input mass) × 100) was measured, and the average value measured three times was taken as the drop strength. It can be seen that the higher the ratio, the more the catalyst remains on the screen without being crushed, and the strength of the catalyst is higher.

(強制劣化後のメタクロレイン転化率)
得られた触媒を9g秤量して、16mmの内径を有するガラス製マイクロリアクターに充填し、炉温(マイクロリアクターを加熱するための炉の温度)を355℃まで昇温した。次いで、メタクロレイン、空気、水蒸気および窒素を混合して調製した原料ガス(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、670h-1の空間速度でマイクロリアクター内に供給して1時間反応を行い、触媒を強制劣化させた。次いで、炉温を280℃にして、この劣化触媒に、上記の原料ガスを上記の空間速度(670h-1)で供給して、反応を開始した。反応開始から1時間後に、マイクロリアクター出口からの流出ガス(反応後のガス)をサンプリングし、ガスクロマトグラフィーにて分析して、以下の式に基づいてメタクロレイン転化率を求めた。
メタクロレイン転化率(%)=(A/B)×100
ここで、
Aは、反応したメタクロレインのモル数。
Bは、供給したメタクロレインのモル数。
(Conversion rate of methacrolein after forced deterioration)
9 g of the obtained catalyst was weighed and filled into a glass microreactor having an inner diameter of 16 mm, and the furnace temperature (furnace temperature for heating the microreactor) was raised to 355 ° C. Subsequently, a raw material gas (4% by volume of methacrolein, 12% by volume of molecular oxygen, 17% by volume of water vapor, 67% by volume of nitrogen) prepared by mixing methacrolein, air, water vapor, and nitrogen was converted into a space velocity of 670 h −1 . The mixture was fed into the microreactor and reacted for 1 hour to forcibly deteriorate the catalyst. Next, the furnace temperature was set to 280 ° C., and the raw material gas was supplied to the deteriorated catalyst at the space velocity (670 h −1 ) to start the reaction. One hour after the start of the reaction, the outflow gas (gas after reaction) from the microreactor outlet was sampled and analyzed by gas chromatography, and methacrolein conversion was determined based on the following formula.
Conversion rate of methacrolein (%) = (A / B) × 100
here,
A is the number of moles of reacted methacrolein.
B is the number of moles of methacrolein supplied.

Figure 2012245433
Figure 2012245433

表1に示すように、実施例1〜3で得られた触媒は、落下強度が高く、強制劣化後のメタクロレイン転化率も高いことがわかる。一方、比較例1〜5で得られた触媒は、強制劣化後のメタクロレイン転化率については高めであるものの、落下強度が低いことがわかる。また比較例6で得られた触媒は、落下強度については高いものの、強制劣化後のメタクロレイン転化率が低いことがわかる。   As shown in Table 1, it can be seen that the catalysts obtained in Examples 1 to 3 have a high drop strength and a high methacrolein conversion rate after forced deterioration. On the other hand, it can be seen that the catalysts obtained in Comparative Examples 1 to 5 have a low drop strength, although the methacrolein conversion after forced deterioration is high. Moreover, although the catalyst obtained in Comparative Example 6 has a high drop strength, it can be seen that the methacrolein conversion after forced deterioration is low.

Claims (6)

リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒であって、含水率が0.7〜2.5重量%であることを特徴とする、メタクリル酸製造用触媒。   A catalyst for producing methacrylic acid comprising a heteropolyacid compound containing phosphorus and molybdenum, wherein the water content is 0.7 to 2.5% by weight. 前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと、
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載のメタクリル酸製造用触媒。
The heteropolyacid compound is further
Vanadium,
At least one selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium;
At least one selected from the group consisting of copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum and cerium;
The catalyst for producing methacrylic acid according to claim 1, wherein
リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒の製造方法であって、
前記触媒の原料を含む水性混合物を乾燥し、成形して焼成した後、得られた焼成物の含水率を0.7〜2.5重量%に調整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 methacrylic acid production catalyst comprising a heteropolyacid compound containing phosphorus and molybdenum,
For drying methacrylic acid, characterized in that an aqueous mixture containing the catalyst raw material is dried, molded and fired, and then the moisture content of the fired product is adjusted to 0.7 to 2.5% by weight. A method for producing a catalyst.
前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと、
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種と、
を含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。
The heteropolyacid compound is further
Vanadium,
At least one selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium and thallium;
At least one selected from the group consisting of copper, arsenic, antimony, boron, silver, bismuth, iron, cobalt, lanthanum and cerium;
The method of claim 3, comprising:
請求項1または2に記載のメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。   Subjecting at least one compound selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid to a gas phase catalytic oxidation reaction in the presence of the catalyst for producing methacrylic acid according to claim 1 or 2; A process for producing methacrylic acid, characterized in that 請求項3または4に記載の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。   In the presence of the catalyst for producing methacrylic acid obtained by the production method according to claim 3 or 4, at least one compound selected from the group consisting of methacrolein, isobutyraldehyde, isobutane and isobutyric acid is used in the gas phase. A method for producing methacrylic acid, which is subjected to a catalytic oxidation reaction.
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