JP2020151612A - Catalyst and method for producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid using the same - Google Patents

Catalyst and method for producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid using the same Download PDF

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Abstract

To propose a catalyst which has high catalytic activity and which brings about high yield of a target product, with regard to a catalyst used in methods for producing, using propylene, isobutylene, t-butyl alcohol etc. as a raw material, corresponding unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids, and to safely, stably, and at a low cost make a vapor-phase catalytic oxidation method operable for a long time by using the catalyst of this invention.SOLUTION: A catalyst contains molybdenum, bismuth, and cobalt as essential components, and a ratio (J) of the maximum peak intensity in a range of X-ray diffraction angle of 2θ=28.4±0.15° to that in a range of 2θ=26.5±0.3° in an X-ray diffraction pattern after calcination of the catalyst at 550°C is 36.0 to 57.5.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、高活性であり、高収率で目的物を得られる新規触媒に関するものであり、特に不飽和アルデヒド、不飽和カルボン酸を酸化的に製造する際に、高活性かつ高収率を実現するものである。なお、特に高活性の実現への寄与が大きく、反応浴温度を下げても実用的な活性を得ることができる触媒である。 The present invention relates to a novel catalyst having high activity and obtaining a target product in high yield, and particularly in the case of oxidatively producing unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids, high activity and high yield can be obtained. It will be realized. It should be noted that this catalyst has a particularly large contribution to the realization of high activity, and can obtain practical activity even when the reaction bath temperature is lowered.

プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等を原料にして対応する不飽和アルデヒド、不飽和カルボン酸を製造する方法は工業的に広く実施されている。
特に、プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等を原料にして対応する不飽和アルデヒド、不飽和カルボン酸を製造する方法に関しては、その収率の向上や触媒活性を改善する手段として多くの報告がなされている(例えば特許文献1等)。
そのなかで特許文献2には触媒活性成分のCu−Kα線を用いたX線回折パターンにおいて2θ=26.5±0.3°に現れるCoMoOの回折ピーク(h)の強度Phに対する、2θ=27.76±0.3°に現れるβ―BiMoの回折ピーク(i)の強度Piの比Ri=Pi/Phを0.4以上2.0以下の範囲に制御することにより、高収率および高選択な触媒が得られるとの記載がある。特許文献3には触媒活性成分のCu−Kα線を用いたX線回折分析によって測定される2θ=5°以上90°以下の範囲の結晶化度Tを4%以上18%以下の範囲に制御することにより、触媒活性、選択率等の触媒性能を向上させることが出来ると記載されている。
Methods for producing the corresponding unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids using propylene, isobutylene, t-butyl alcohol and the like as raw materials are widely practiced industrially.
In particular, many reports have been made on methods for producing corresponding unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids using propylene, isobutylene, t-butyl alcohol, etc. as raw materials as means for improving the yield and catalytic activity. (For example, Patent Document 1 etc.).
To the intensity Ph of the diffraction peak of the Patent Document 2 appearing at 2θ = 26.5 ± 0.3 ° in X-ray diffraction pattern using Cu-K [alpha line of catalytically active components in CoMoO 4 (h) Among them, 2 [Theta] = Control the ratio Ri = Pi / Ph of the intensity Pi of the diffraction peak (i) of β-Bi 2 Mo 2 O 9 appearing at 27.76 ± 0.3 ° to the range of 0.4 or more and 2.0 or less. It is stated that a high-yield and highly selective catalyst can be obtained. In Patent Document 3, the crystallinity T in the range of 2θ = 5 ° or more and 90 ° or less measured by X-ray diffraction analysis using Cu-Kα ray as a catalytically active component is controlled in the range of 4% or more and 18% or less. It is described that the catalytic performance such as catalytic activity and crystallinity can be improved by doing so.

上記のような手段をもって改良をはかっても、プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等の部分酸化反応により対応する不飽和アルデヒド及び/又は不飽和カルボン酸の製造において、さらなる収率向上や触媒活性の改善が求められている。例えば、目的生成物の収率は、製造に要するプロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等の使用量を左右し製造コストに多大な影響を与える。また、触媒活性は目的生成物を製造する際の反応浴温度を左右し、活性の低い触媒を使用した場合には目的生成物の収量を保つために反応浴温度を上げざるを得ない。すると、触媒が熱的ストレスを受けることとなり、選択率や収率の低下が引き起こされ、触媒寿命の低下を招くことにもなる。
加えて、特許文献1〜3にはX線回折パターンの2θ=28.4±0.15°のピーク強度に注目して検討を行った記載はない。
Even if improvements are made by means as described above, in the production of unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids corresponding to partial oxidation reactions of propylene, isobutylene, t-butyl alcohol and the like, further improvement in yield and catalytic activity can be achieved. Improvement is required. For example, the yield of the target product affects the amount of propylene, isobutylene, t-butyl alcohol, etc. required for production and has a great influence on the production cost. In addition, the catalytic activity affects the reaction bath temperature when producing the target product, and when a catalyst having low activity is used, the reaction bath temperature must be raised in order to maintain the yield of the target product. Then, the catalyst is subjected to thermal stress, which causes a decrease in selectivity and yield, which also leads to a decrease in catalyst life.
In addition, Patent Documents 1 to 3 do not describe that the X-ray diffraction pattern has been examined focusing on the peak intensity of 2θ = 28.4 ± 0.15 °.

国際公開2016/136882号International Publication 2016/136882 特開2017−024009号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-024009 国際公開2010/038677号International Release 2010/0386777

本発明は、プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等を原料にして対応する不飽和アルデヒド、不飽和カルボン酸を製造する方法に使用される触媒であって、触媒活性および目的生成物の収率が高い触媒を提案するものである。そして、本発明の触媒を使用することで、安全に、安定して、低コストで気相接触酸化方法の長期運転が可能となるものである。 The present invention is a catalyst used in a method for producing a corresponding unsaturated aldehyde or unsaturated carboxylic acid using propylene, isobutylene, t-butyl alcohol or the like as a raw material, and has a catalytic activity and a yield of a target product. It proposes a high catalyst. Then, by using the catalyst of the present invention, long-term operation of the vapor-phase catalytic oxidation method is possible safely, stably, and at low cost.

本発明者らの研究によれば、550℃で触媒の焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(J)が、特定の範囲に含まれる触媒が、特に触媒活性に優れ、また高収率も実現するものであることを見出し、本発明を完成させるに行ったものである。 According to the research by the present inventors, 2θ = with respect to the maximum peak intensity within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.3 ° in the X-ray diffraction pattern when the catalyst is fired at 550 ° C. It was found that the ratio (J) of the maximum peak intensity within the range of 28.4 ± 0.15 ° shows that the catalyst contained in a specific range has particularly excellent catalytic activity and also realizes a high yield. , I went to complete the present invention.

即ち、本発明は、以下1)〜10)に関する。
1)
モリブデン、ビスマス、およびコバルトを必須成分として含有し、550℃で触媒の焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(J)が36.0以上57.5以下である触媒。
2)
触媒組成が下記式(1)で表される上記1)に記載の触媒。
Moa1Bib1Nic1Cod1Fee1f1g1h1i1・・・(1)
(式中、Mo、Bi、Ni、CoおよびFeはそれぞれモリブデン、ビスマス、ニッケル、コバルトおよび鉄を表し、Xはタングステン、アンチモン、錫、亜鉛、クロム、マンガン、マグネシウム、シリカ、アルミニウム、セリウムおよびチタンから選ばれる少なくとも一種の元素、Yはナトリウム、カリウム、セシウム、ルビジウム、およびタリウムから選ばれる少なくとも一種の元素、Zは周期表の第1族から第16族に属し、上記Mo、Bi、Ni、Co、Fe、X、およびY以外の元素から選ばれる少なくとも一種の元素を意味するものであり、a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1、およびi1はそれぞれモリブデン、ビスマス、ニッケル、コバルト、鉄、X、Y、Zおよび酸素の原子数を表し、a1=12としたとき、0<b1≦7、0≦c1≦10、0<d1≦10、0<c1+d1≦20、0≦e1≦5、0≦f1≦2、0≦g1≦3、0≦h1≦5、およびi1=各元素の酸化状態によって決まる値である)
3)
上記2)に記載の触媒であって、ニッケルを必須成分とし、上記式(1)中のb1、c1、d1が下記式(2)の関係にある触媒。

0.325≦c1/(b1+d1)≦0.405・・・(2)

4)
540℃で焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(L)と上記(J)が下記式(3)の関係にある上記1)乃至3)のいずれか一項に記載の触媒。

−0.133≦(J−L)/10≦0.869・・・(3)

5)
不活性担体に担持された上記1)乃至4)のいずれか一項に記載の触媒。
6)
上記不活性担体がシリカ及び/又はアルミナである上記5)に記載の触媒。
7)
触媒が不飽和アルデヒド化合物、及び/又は不飽和カルボン酸化合物の製造用である上記1)乃至6)のいずれか一項に記載の触媒。
8)
上記1)乃至7)のいずれか一項に記載の触媒を用いた不飽和アルデヒド化合物、及び/又は不飽和カルボン酸化合物の製造方法。
9)
上記8)において不飽和アルデヒド化合物がアクロレインであり、不飽和カルボン酸化合物がアクリル酸である製造方法。
10)
上記1)乃至7)のいずれか一項に記載の触媒を用いて製造された不飽和アルデヒド化合物及び/又は不飽和カルボン酸化合物。
That is, the present invention relates to the following 1) to 10).
1)
The maximum peak intensity within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.3 ° in the X-ray diffraction pattern when molybdenum, bismuth, and cobalt are contained as essential components and the catalyst is fired at 550 ° C. A catalyst having a maximum peak intensity ratio (J) in the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° to 36.0 or more and 57.5 or less.
2)
The catalyst according to 1) above, wherein the catalyst composition is represented by the following formula (1).
Mo a1 Bi b1 Ni c1 Co d1 Fe e1 X f1 Y g1 Z h1 O i1 ... (1)
(In the formula, Mo, Bi, Ni, Co and Fe represent molybdenum, bismuth, nickel, cobalt and iron, respectively, and X represents tungsten, antimony, tin, zinc, chromium, manganese, magnesium, silica, aluminum, cerium and titanium. At least one element selected from, Y is at least one element selected from sodium, potassium, cesmuth, rubidium, and tarium, Z belongs to groups 1 to 16 of the periodic table, and Mo, Bi, Ni, It means at least one element selected from elements other than Co, Fe, X, and Y, and a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, and i1 are molybdenum, bismuth, and nickel, respectively. , Cobalt, iron, X, Y, Z and oxygen, and when a1 = 12, 0 <b1 ≦ 7, 0 ≦ c1 ≦ 10, 0 <d1 ≦ 10, 0 <c1 + d1 ≦ 20, 0 ≦ e1 ≦ 5, 0 ≦ f1 ≦ 2, 0 ≦ g1 ≦ 3, 0 ≦ h1 ≦ 5, and i1 = values determined by the oxidation state of each element)
3)
The catalyst according to the above 2), which contains nickel as an essential component, and b1, c1, and d1 in the above formula (1) are related to the following formula (2).

0.325 ≤ c1 / (b1 + d1) ≤ 0.405 ... (2)

4)
The X-ray diffraction angle in the X-ray diffraction pattern when firing at 540 ° C. is within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° with respect to the maximum peak intensity within the range of 2θ = 26.5 ± 0.3 °. The catalyst according to any one of the above 1) to 3), wherein the ratio (L) of the maximum peak intensity and the above (J) have a relationship of the following formula (3).

-0.133 ≤ (J-L) / 10 ≤ 0.869 ... (3)

5)
The catalyst according to any one of 1) to 4) above, which is supported on an inert carrier.
6)
The catalyst according to 5) above, wherein the inert carrier is silica and / or alumina.
7)
The catalyst according to any one of 1) to 6) above, wherein the catalyst is for producing an unsaturated aldehyde compound and / or an unsaturated carboxylic acid compound.
8)
A method for producing an unsaturated aldehyde compound and / or an unsaturated carboxylic acid compound using the catalyst according to any one of 1) to 7) above.
9)
The production method in which the unsaturated aldehyde compound is acrolein and the unsaturated carboxylic acid compound is acrylic acid in 8) above.
10)
An unsaturated aldehyde compound and / or an unsaturated carboxylic acid compound produced by using the catalyst according to any one of 1) to 7) above.

本発明の触媒は、気相接触酸化反応における触媒活性の向上、及び収率向上に非常に有効であり、プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等を原料にして対応する不飽和アルデヒド、不飽和カルボン酸を製造する場合に有用である。
また、本発明の触媒はホットスポット温度の低減のような発熱を伴う部分酸化反応のプロセス安定性にも向上効果が見られる。
The catalyst of the present invention is very effective in improving the catalytic activity and yield in the gas-phase catalytic oxidation reaction, and the corresponding unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid are made from propylene, isobutylene, t-butyl alcohol and the like as raw materials. It is useful when producing acids.
In addition, the catalyst of the present invention also has an effect of improving the process stability of a partial oxidation reaction accompanied by heat generation such as reduction of hot spot temperature.

[X線回折パターンにおける2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比]
本発明の触媒は、X線回折パターンにおける2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度に関して特徴を有するものである。このX線回折パターンは、Cu−Kαを使用したものであり、2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度は他の不動ピークである2θ=26.5°±0.3°の範囲内の最大ピークとの相対値を意味する。具体的には、2θ=26.5°±0.3°の強度で除し、100を乗じた値を意味する。なお、本明細書中では、550℃で焼成を行ったあとにX線回折測定を行った場合の上記値をJと定義し、540℃で焼成を行ったあとにX線回折測定を行った場合の上記値をLと定義して、使用する場合がある。
なお、X線回折角度(2θ)の測定方法として例えば株式会社リガク製UltimaIVを使用して、X線CuKα線(λ=0.154nm)、出力40kV、30mA、測定範囲10〜60°、測定速度毎分10°の条件でX線回折角度(2θ)の測定を行うことが挙げられるが、測定原理を逸脱しない限りこれに限定されるものでは無い。
また、本発明の触媒は、550℃で焼成を行った場合の上記最大ピーク強度の比(J)が36.0以上57.5以下である。
上記値Jが36.0以上57.5以下である触媒は、触媒活性に優れており、反応浴温度を下げても原料の目的化合物への転化率を高く維持することができる。このJの下限としてより好ましくは40.0であり、更に好ましくは42.0であり、特に好ましくは42.5であり、最も好ましくは45.0である。また、Jの上限としてより好ましくは55.0であり、更に好ましくはであり50.0、特に好ましくは46.0である。特に好ましいJの範囲としては、45.0≦J≦46.0である。
[Ratio of maximum peak intensities within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° in the X-ray diffraction pattern]
The catalyst of the present invention is characterized with respect to the maximum peak intensity within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° in the X-ray diffraction pattern. This X-ray diffraction pattern uses Cu-Kα, and the maximum peak intensity within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° is another immovable peak, 2θ = 26.5 ° ± 0. It means the value relative to the maximum peak within the range of 3 °. Specifically, it means a value obtained by dividing by the intensity of 2θ = 26.5 ° ± 0.3 ° and multiplying by 100. In the present specification, the above value when the X-ray diffraction measurement is performed after firing at 550 ° C. is defined as J, and the X-ray diffraction measurement is performed after firing at 540 ° C. The above value in the case may be defined as L and used.
As a method for measuring the X-ray diffraction angle (2θ), for example, Ultima IV manufactured by Rigaku Co., Ltd. is used, and X-ray CuKα ray (λ = 0.154 nm), output 40 kV, 30 mA, measurement range 10 to 60 °, measurement speed. The X-ray diffraction angle (2θ) may be measured under the condition of 10 ° / min, but the present invention is not limited to this as long as the measurement principle is not deviated.
Further, the catalyst of the present invention has a ratio (J) of the maximum peak intensities of 36.0 or more and 57.5 or less when calcined at 550 ° C.
A catalyst having the above value J of 36.0 or more and 57.5 or less is excellent in catalytic activity, and can maintain a high conversion rate of the raw material to the target compound even when the reaction bath temperature is lowered. The lower limit of J is more preferably 40.0, further preferably 42.0, particularly preferably 42.5, and most preferably 45.0. Further, the upper limit of J is more preferably 55.0, further preferably 50.0, and particularly preferably 46.0. A particularly preferable range of J is 45.0 ≦ J ≦ 46.0.

550℃で焼成を行うとは、焼成炉内部の触媒が焼成される区画の温度が550℃であることを意味し、540℃で焼成を行うとは焼成炉内部の触媒が焼成される区画の温度が540℃であることを意味する。ただし、550℃で焼成する場合、上記区画の温度は545℃より高く555℃より低い温度に保たれた状態であれば良く、540℃で焼成する場合は535℃より高く545℃より低い温度に保たれた状態であれば良い。
また、上記550℃や540℃での焼成は、X線回折角度(2θ)測定の為の前処理としての機能を有し、触媒製造工程において、どのような焼成工程を経由しても、また焼成工程を有さなくても、問題ない。ただし、焼成工程を550℃や540℃で行う場合には、これを上記前処理として、そのままX線回折角度(2θ)測定を行っても問題ない。
なお、焼成時間は特に限定されないが、1時間以上40時間以下が好ましく、更に好ましくは2時間以上10時間以下であり、特に好ましくは3時間以上5時間以下である。本試験を行うに当たっては焼成時間を4時間に限定してX線回折角度(2θ)を測定するものでも良い。ただし、この焼成時間は最高温度での保持時間を意味し、昇温時間、降温時間が含まない。すなわち焼成時間4時間とした場合にも、最高温度到達から4時間であり、昇温時間、降温時間は焼成時間として算入しない。
また、焼成炉内の雰囲気も特に限定されないが、酸素濃度が10%以上30%以下であると好ましく、15%以上25%以下であるとより好ましい。
Baking at 550 ° C means that the temperature of the section where the catalyst inside the firing furnace is fired is 550 ° C, and firing at 540 ° C means that the section where the catalyst inside the firing furnace is fired. It means that the temperature is 540 ° C. However, when firing at 550 ° C, the temperature of the above section may be kept at a temperature higher than 545 ° C and lower than 555 ° C, and when firing at 540 ° C, the temperature is higher than 535 ° C and lower than 545 ° C. It suffices if it is kept.
Further, the firing at 550 ° C. or 540 ° C. has a function as a pretreatment for measuring the X-ray diffraction angle (2θ), and in the catalyst manufacturing process, any firing step can be used. There is no problem even if there is no firing step. However, when the firing step is performed at 550 ° C or 540 ° C, there is no problem even if the X-ray diffraction angle (2θ) is measured as it is as the pretreatment.
The firing time is not particularly limited, but is preferably 1 hour or more and 40 hours or less, more preferably 2 hours or more and 10 hours or less, and particularly preferably 3 hours or more and 5 hours or less. In conducting this test, the X-ray diffraction angle (2θ) may be measured by limiting the firing time to 4 hours. However, this firing time means the holding time at the maximum temperature, and does not include the temperature raising time and the temperature lowering time. That is, even when the firing time is 4 hours, it is 4 hours after the maximum temperature is reached, and the temperature raising time and the temperature lowering time are not included in the firing time.
The atmosphere in the firing furnace is not particularly limited, but the oxygen concentration is preferably 10% or more and 30% or less, and more preferably 15% or more and 25% or less.

[触媒組成について]
本発明の触媒は、下記式(1)で表される組成を有する場合が好ましい。
Moa1Bib1Nic1Cod1Fee1f1g1h1i1・・・(1)
(式中、Mo、Bi、Ni、CoおよびFeはそれぞれモリブデン、ビスマス、ニッケル、コバルトおよび鉄を表し、Xはタングステン、アンチモン、錫、亜鉛、クロム、マンガン、マグネシウム、シリカ、アルミニウム、セリウムおよびチタンから選ばれる少なくとも一種の元素、Yはナトリウム、カリウム、セシウム、ルビジウム、およびタリウムから選ばれる少なくとも一種の元素、Zは周期表の第1族から第16族に属し、上記Mo、Bi、Ni、Co、Fe、X、およびY以外の元素から選ばれる少なくとも一種の元素を意味するものであり、a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1およびi1はそれぞれモリブデン、ビスマス、ニッケル、コバルト、鉄、X、Y、Zおよび酸素の原子数を表し、a1=12としたとき、0<b1≦7、0≦c1≦10、0<d1≦10、0<c1+d1≦20、0≦e1≦5、0≦g1≦2、0≦f1≦3、0≦h1≦5、およびi1=各元素の酸化状態によって決まる値である)
[Catalyst composition]
The catalyst of the present invention preferably has a composition represented by the following formula (1).
Mo a1 Bi b1 Ni c1 Co d1 Fe e1 X f1 Y g1 Z h1 O i1 ... (1)
(In the formula, Mo, Bi, Ni, Co and Fe represent molybdenum, bismuth, nickel, cobalt and iron, respectively, and X represents tungsten, antimony, tin, zinc, chromium, manganese, magnesium, silica, aluminum, cerium and titanium. At least one element selected from, Y is at least one element selected from sodium, potassium, cesmuth, rubidium, and tarium, Z belongs to groups 1 to 16 of the periodic table, and Mo, Bi, Ni, It means at least one element selected from elements other than Co, Fe, X, and Y, and a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1 and i1 are molybdenum, bismuth, nickel, respectively. Represents the number of atoms of cobalt, iron, X, Y, Z and oxygen, and when a1 = 12, 0 <b1 ≦ 7, 0 ≦ c1 ≦ 10, 0 <d1 ≦ 10, 0 <c1 + d1 ≦ 20, 0 ≦ e1 ≦ 5, 0 ≦ g1 ≦ 2, 0 ≦ f1 ≦ 3, 0 ≦ h1 ≦ 5, and i1 = values determined by the oxidation state of each element)

上記式(1)において、b1〜i1の好ましい範囲は以下である。
0.2<b1≦2、1≦c1≦5、3≦d1≦8、5≦c1+d1≦15、0.5≦e1≦4、0.01≦g1≦1、0≦f1≦1.5、0≦h1≦2。
またさらに好ましい範囲は以下である。
0.5<b1≦1、2≦c1≦4、5≦d1≦7、7≦c1+d1≦12、1≦e1≦3、0.02≦g1≦0.2、0≦f1≦1、0≦h1≦1。
なお、Yは2種以下含有される場合が好ましく、1種類である場合が特に好ましい態様である。また、f1とh1は0である場合が特に好ましい態様である。
In the above formula (1), the preferable ranges of b1 to i1 are as follows.
0.2 <b1 ≦ 2, 1 ≦ c1 ≦ 5, 3 ≦ d1 ≦ 8, 5 ≦ c1 + d1 ≦ 15, 0.5 ≦ e1 ≦ 4, 0.01 ≦ g1 ≦ 1, 0 ≦ f1 ≦ 1.5, 0 ≦ h1 ≦ 2.
Further preferable ranges are as follows.
0.5 <b1 ≦ 1, 2 ≦ c1 ≦ 4, 5 ≦ d1 ≦ 7, 7 ≦ c1 + d1 ≦ 12, 1 ≦ e1 ≦ 3, 0.02 ≦ g1 ≦ 0.2, 0 ≦ f1 ≦ 1, 0 ≦ h1 ≦ 1.
It is preferable that two or less types of Y are contained, and one type is particularly preferable. Further, it is a particularly preferable embodiment that f1 and h1 are 0.

[担持について]
触媒調製後に予備焼成を行った予備焼成粉体を不活性担体に担持させた触媒は、本発明の触媒として特に効果の優れたものである。
不活性担体の材質としてはアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ニオビア、シリカアルミナ、炭化ケイ素、炭化物、およびこれらの混合物など公知の物を使用でき、さらにその粒径、吸水率、機械的強度、各結晶相の結晶化度や混合割合なども特に制限はなく、最終的な触媒の性能、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。担体と予備焼成粉体の混合の割合は、各原料の仕込み質量により、下記式より担持率として算出される。
担持率(質量%)=(成形に使用した予備焼成粉体の質量)/{(成形に使用した予備焼成粉体の質量)+(成形に使用した担体の質量)}×100
上記担持率としての好ましい上限は、80%であり、さらに好ましくは60%である。
また好ましい下限は、20%であり、さらに好ましくは30%である。
なお不活性担体としては、シリカ及び/又はアルミナが好ましく、シリカとアルミナの混合物が特に好ましい。
なお、担持に際して、バインダーを使用するのが好ましい。使用できるバインダーの具体例としては、水やエタノール、メタノール、プロパノール、多価アルコール、高分子系バインダーのポリビニールアルコール、無機系バインダーのシリカゾル水溶液等が挙げられるが、エタノール、メタノール、プロパノール、多価アルコールが好ましく、エチレングリコール等のジオールやグリセリン等のトリオール等が好ましく、グリセリンの濃度5質量%以上の水溶液が好ましい。グリセリン水溶液を適量使用することにより成型性が良好となり、機械的強度の高い、高性能な触媒が得られる。これらバインダーの使用量は、予備焼成粉末100質量部に対して通常2〜60質量部であるが、グリセリン水溶液の場合は10〜30質量部が好ましい。担持に際してバインダーと予備焼成粉末は成型機に交互に供給しても、同時に供給してもよい。
[About support]
The catalyst in which the pre-baked powder obtained by pre-firing after preparing the catalyst is supported on an inert carrier is particularly effective as the catalyst of the present invention.
As the material of the inert carrier, known materials such as alumina, silica, titania, zirconia, niobia, silica alumina, silicon carbide, carbides, and mixtures thereof can be used, and further, the particle size, water absorption rate, mechanical strength, and the like. The degree of crystallization and mixing ratio of the crystal phase are not particularly limited, and an appropriate range should be selected in consideration of the final catalyst performance, moldability, production efficiency, and the like. The mixing ratio of the carrier and the pre-baked powder is calculated as the loading ratio from the following formula based on the charged mass of each raw material.
Support rate (% by mass) = (mass of pre-baked powder used for molding) / {(mass of pre-baked powder used for molding) + (mass of carrier used for molding)} × 100
The preferred upper limit of the loading ratio is 80%, more preferably 60%.
The lower limit is preferably 20%, more preferably 30%.
As the inert carrier, silica and / or alumina are preferable, and a mixture of silica and alumina is particularly preferable.
It is preferable to use a binder for supporting. Specific examples of binders that can be used include water, ethanol, methanol, propanol, polyhydric alcohol, polyvinyl alcohol of polymer binder, silica sol aqueous solution of inorganic binder and the like, but ethanol, methanol, propanol and polyhydric. Alcohol is preferable, diol such as ethylene glycol and triol such as glycerin are preferable, and an aqueous solution having a concentration of glycerin of 5% by mass or more is preferable. By using an appropriate amount of the glycerin aqueous solution, the moldability is improved, and a high-performance catalyst having high mechanical strength can be obtained. The amount of these binders used is usually 2 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the pre-baked powder, but 10 to 30 parts by mass is preferable in the case of an aqueous glycerin solution. Upon carrying, the binder and the pre-baked powder may be supplied to the molding machine alternately or at the same time.

本発明の触媒が上述の発明の効果を示す理由は不明であるが、一般的にX線回折分析における測定において2θ=26.5°付近にはコバルトモリブデートの回折ピークが現れ、2θ=28.4°付近にはビスマスモリブデートの回折ピークが現れる。加えて、コバルトモリブデートには触媒中に酸素を取り込む役割があり、ビスマスモリブデートには触媒反応の活性点として原料化合物を目的生成物へ変換する役割があるとされている。
本発明のJの値が36.0未満の場合には触媒中のビスマスモリブデートの結晶が少なく、原料化合物から目的生成物への変換が遅くなることに起因して活性が低下し、対して、Jが57.5より大きくなる場合には触媒中のコバルトモリブデートの結晶が少なく、触媒に取り込まれる酸素原子が少なくなることに起因して活性が低下すると考えられる。
The reason why the catalyst of the present invention shows the effect of the above invention is unknown, but in general, a diffraction peak of cobalt molybdate appears in the vicinity of 2θ = 26.5 ° in the measurement in X-ray diffraction analysis, and 2θ = 28. A diffraction peak of bismuth cobaltate appears around 4 °. In addition, cobalt molybdate has a role of taking oxygen into the catalyst, and bismuth molybdate has a role of converting a raw material compound into a target product as an active site of a catalytic reaction.
When the value of J of the present invention is less than 36.0, the number of bismuth moribdate crystals in the catalyst is small, and the activity is reduced due to the slow conversion of the raw material compound to the target product. When J is larger than 57.5, it is considered that the activity is lowered due to the fact that the number of cobalt molybdate crystals in the catalyst is small and the number of oxygen atoms incorporated in the catalyst is small.

上記、Jの値を調整する手段として、後述する各製造工程での各条件を変更しても制御できるが、例えば、(I)触媒組成を変更する方法、(II)調合工程での溶液の温度を変更する方法、(III)調合工程にかける時間を変更する方法、(IV)乾燥工程での乾燥温度を変更する方法、(V)焼成工程での温度と時間を変更する方法、および(I)から(V)を組み合わせる方法があげられる。(I)の方法で調整を行う場合には触媒活性成分中の触媒組成が、上記式(1)において、c1/(b1+d1)が下記式(2)である場合が好ましい。

0.325≦c1/(b1+d1)≦0.405・・・(2)

c1/(b1+d1)の上限値は0.390であるとより好ましく0.350であるとさらに好ましく0.340であると特に好ましい。c1/(b1+d1)の下限値は0.330であるとより好ましい。すなわち、0.330以上0.340である場合が特に好ましい態様の一つである。
As a means for adjusting the value of J described above, control can be performed by changing each condition in each manufacturing step described later. For example, (I) a method for changing the catalyst composition and (II) a solution in the compounding step. The method of changing the temperature, (III) the method of changing the time taken in the compounding process, (IV) the method of changing the drying temperature in the drying process, (V) the method of changing the temperature and time in the baking process, and ( A method of combining (I) to (V) can be mentioned. When the adjustment is carried out by the method (I), it is preferable that the catalyst composition in the catalytically active component is the following formula (2) in the above formula (1) with c1 / (b1 + d1).

0.325 ≤ c1 / (b1 + d1) ≤ 0.405 ... (2)

The upper limit of c1 / (b1 + d1) is more preferably 0.390, further preferably 0.350, and particularly preferably 0.340. The lower limit of c1 / (b1 + d1) is more preferably 0.330. That is, the case of 0.330 or more and 0.340 is one of the particularly preferable aspects.

[式(3)について]
本願発明の触媒は、540℃で焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(L)と550℃で焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(J)が下記式(3)の関係にある場合が好ましい。

−0.133≦(J−L)/10≦0.869・・・(3)

上記(J−L)は焼成温度を540℃から550℃に変更した時、すなわち焼成温度を10℃変化させた時のX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比の変化量であり、これを10で除した値は焼成温度に対する依存性の値である。本願発明の触媒は上述したコバルトモリブデートとビスマスモリブデートの比率の焼成温度依存性が一定の範囲にあることで、高活性時の収率向上効果をより高める事ができる。
なお、(J−L)/10の上限として、より好ましくは0.600であり、さらに好ましくは0.400であり、特に好ましくは0.200である。また下限としては、より好ましくは−0.100であり、さらに好ましくは0であり、特に好ましくは0.100である。従って、0.100≦(J−L)/10≦0.200である場合が、最も好ましい態様の一つである。
[About equation (3)]
The catalyst of the present invention has 2θ = 28.4 ± 0. For the maximum peak intensity within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.3 ° in the X-ray diffraction pattern when calcined at 540 ° C. The ratio of the maximum peak intensity within the range of 15 ° (L) and the maximum peak intensity within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.3 ° in the X-ray diffraction pattern when firing is performed at 550 ° C. It is preferable that the ratio (J) of the maximum peak intensity within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° to 2θ = 28.4 ± 0.15 ° has the relationship of the following equation (3).

-0.133 ≤ (J-L) / 10 ≤ 0.869 ... (3)

The above (JL) is the maximum within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.3 ° when the firing temperature is changed from 540 ° C. to 550 ° C., that is, when the firing temperature is changed by 10 ° C. It is the amount of change in the ratio of the maximum peak intensity within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° with respect to the peak intensity, and the value obtained by dividing this by 10 is the value of dependence on the firing temperature. The catalyst of the present invention can further enhance the effect of improving the yield at the time of high activity by keeping the calcination temperature dependence of the ratio of the above-mentioned cobalt molybdate and bismuth molybdate within a certain range.
The upper limit of (JL) / 10 is more preferably 0.600, further preferably 0.400, and particularly preferably 0.200. The lower limit is more preferably −0.100, further preferably 0, and particularly preferably 0.100. Therefore, the case where 0.100 ≦ (JL) / 10 ≦ 0.200 is one of the most preferable embodiments.

[触媒の製造方法等について]
本発明の予備焼成粉体や触媒を構成する各元素の出発原料としては特に制限されるものではないが、例えばモリブデン成分の原料としては三酸化モリブデンのようなモリブデン酸化物、モリブデン酸、パラモリブデン酸アンモニウム、メタモリブデン酸アンモニウムのようなモリブデン酸またはその塩、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸のようなモリブデンを含むヘテロポリ酸またはその塩などを用いることができる。
[Catalyst manufacturing method, etc.]
The starting material for the pre-baked powder of the present invention and each element constituting the catalyst is not particularly limited, but for example, the raw material for the molybdenum component includes molybdate oxide such as molybdenum trioxide, molybdic acid, and paramolybdenum. Molybdic acid such as ammonium acid and ammonium metamolybdate or a salt thereof, a heteropolyacid containing molybdenum such as phosphomolybdic acid and silicate molybdate or a salt thereof can be used.

ビスマス成分の原料としては硝酸ビスマス、炭酸ビスマス、硫酸ビスマス、酢酸ビスマスのようなビスマス塩、三酸化ビスマス、金属ビスマスなどを用いることができる。これらの原料は固体のままあるいは水溶液や硝酸溶液、それらの水溶液から生じるビスマス化合物のスラリーとして用いることができるが、硝酸塩、あるいはその溶液、またはその溶液から生じるスラリーを用いることが好ましい。 As the raw material of the bismuth component, bismuth nitrate, bismuth carbonate, bismuth sulfate, bismuth salt such as bismuth acetate, bismuth trioxide, metal bismuth and the like can be used. These raw materials can be used as a solid or as a slurry of an aqueous solution, a nitric acid solution, or a bismuth compound produced from the aqueous solution, but it is preferable to use nitrate, a solution thereof, or a slurry produced from the solution.

その他の成分元素の出発原料としては、一般にこの種の触媒に使用される金属元素のアンモニウム塩、硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、次炭酸塩、酢酸塩、塩化物、無機酸、無機酸の塩、ヘテロポリ酸、ヘテロポリ酸の塩、硫酸塩、水酸化物、有機酸塩、酸化物またはこれらの混合物を組み合わせて用いればよいが、アンモニウム塩および硝酸塩が好適に用いられる。 As starting materials for other constituent elements, ammonium salts, nitrates, nitrites, carbonates, hypocarbonates, acetates, chlorides, inorganic acids, and salts of inorganic acids, which are metal elements generally used in this type of catalyst. , Heteropolyacids, heteropolyacid salts, sulfates, hydroxides, organic acid salts, oxides or mixtures thereof may be used in combination, but ammonium salts and nitrates are preferably used.

これら活性成分を含む化合物は単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。スラリー液は、各活性成分含有化合物と水とを均一に混合して得ることができる。スラリー液における水の使用量は、用いる化合物の全量を完全に溶解できるか、または均一に混合できる量であれば特に制限はない。乾燥方法や乾燥条件を勘案して、水の使用量を適宜決定すれば良い。通常、スラリー調製用化合物の合計質量100質量部に対して、100質量部以上2000質量部以下である。水の量は多くてもよいが、多過ぎると乾燥工程のエネルギーコストが高くなり、又完全に乾燥できない場合も生ずるなどデメリットが多い。 The compound containing these active ingredients may be used alone or in combination of two or more. The slurry liquid can be obtained by uniformly mixing each active ingredient-containing compound and water. The amount of water used in the slurry liquid is not particularly limited as long as the total amount of the compound used can be completely dissolved or uniformly mixed. The amount of water used may be appropriately determined in consideration of the drying method and drying conditions. Usually, it is 100 parts by mass or more and 2000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total mass of the compound for slurry preparation. The amount of water may be large, but if it is too large, the energy cost of the drying process becomes high, and there are many disadvantages such as the case where the water cannot be completely dried.

上記各成分元素の供給源化合物のスラリー液は上記の各供給源化合物を、(イ)一括して混合する方法、(ロ)一括して混合後、熟成処理する方法、(ハ)段階的に混合する方法、(ニ)段階的に混合・熟成処理を繰り返す方法、および(イ)〜(ニ)を組み合わせた方法により調製することが好ましい。ここで、上記熟成とは、「工業原料もしくは半製品を、一定時間、一定温度などの特定条件のもとに処理して、必要とする物理性、化学性の取得、上昇あるいは所定反応の進行などをはかる操作」のことをいう。なお、本発明において、上記の一定時間とは、5分以上24時間以下の範囲をいい、上記の一定温度とは室温以上の水溶液ないし水分散液の沸点以下の範囲をいう。このうち最終的に得られる触媒の活性及び収率の面で好ましいのは(ハ)段階的に混合する方法であり、更に好ましいのは段階的に母液に混合する各原料は全溶した溶液とする方法であり、最も好ましいのはモリブデン原料を調合液またはスラリーとした母液に、アルカリ金属溶液、硝酸塩の各種混合液を混合する方法である。ただし、この工程で必ずしもすべての触媒構成元素を混合する必要はなく、その一部の元素または一部の量を以降の工程で添加してもよい。 The slurry liquid of the source compound of each component element is a method of (a) mixing the above source compounds collectively, (b) a method of collectively mixing and then aging treatment, and (c) stepwise. It is preferable to prepare by a method of mixing, (d) a method of repeating the mixing and aging treatment stepwise, and a method of combining (a) to (d). Here, the above-mentioned aging means "processing an industrial raw material or a semi-finished product under specific conditions such as a constant time and a constant temperature to acquire, increase, or proceed with a predetermined reaction having required physical properties and chemical properties. It means "operation to measure such things". In the present invention, the above-mentioned constant time means a range of 5 minutes or more and 24 hours or less, and the above-mentioned constant temperature means a range of an aqueous solution or an aqueous dispersion above room temperature and below the boiling point. Of these, the method of (c) stepwise mixing is preferable in terms of the activity and yield of the catalyst finally obtained, and more preferably, each raw material to be mixed stepwise with the mother liquor is a completely dissolved solution. The most preferable method is to mix various mixed solutions of alkali metal solution and nitrate with a mother liquor containing a molybdenum raw material as a mixed solution or a slurry. However, it is not always necessary to mix all the catalyst constituent elements in this step, and some elements or some amounts thereof may be added in the subsequent steps.

本発明において、必須活性成分を混合する際に用いられる攪拌機の攪拌翼の形状は特に制約はなく、プロペラ翼、タービン翼、パドル翼、傾斜パドル翼、スクリュー翼、アンカー翼、リボン翼、大型格子翼などの任意の攪拌翼を1段あるいは上下方向に同一翼または異種翼を2段以上で使用することができる。また、反応槽内には必要に応じてバッフル(邪魔板)を設置しても良い。 In the present invention, the shape of the stirring blade of the stirrer used when mixing the essential active ingredients is not particularly limited, and the propeller blade, the turbine blade, the paddle blade, the inclined paddle blade, the screw blade, the anchor blade, the ribbon blade, and the large lattice are not particularly limited. Any stirring blade such as a blade can be used in one stage, or the same blade or different types of blades can be used in two or more stages in the vertical direction. In addition, a baffle (obstruction plate) may be installed in the reaction tank as needed.

次いで、このようにして得られたスラリー液を乾燥する。乾燥方法は、スラリー液が完全に乾燥できる方法であれば特に制約はないが、例えばドラム乾燥、凍結乾燥、噴霧乾燥、蒸発乾固などが挙げられる。これらのうち本発明においては、スラリー液を短時間に粉末又は顆粒に乾燥することができる噴霧乾燥が特に好ましい。噴霧乾燥の乾燥温度はスラリー液の濃度、送液速度等によって異なるが、概ね乾燥機の出口における温度が70℃以上150℃以下である。 Then, the slurry liquid thus obtained is dried. The drying method is not particularly limited as long as the slurry liquid can be completely dried, and examples thereof include drum drying, freeze drying, spray drying, and evaporation drying. Of these, in the present invention, spray drying, which can dry the slurry liquid into powder or granules in a short time, is particularly preferable. The drying temperature of spray drying varies depending on the concentration of the slurry liquid, the liquid feeding speed, and the like, but the temperature at the outlet of the dryer is generally 70 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

上記のようにして得られた触媒前駆体は予備焼成し、成形を経て、本焼成することで、成形形状を制御、保持することが可能となり、工業用途として特に機械的強度が優れた触媒が得られ、安定した触媒性能を発現できる。 The catalyst precursor obtained as described above can be pre-fired, molded, and then main-fired to control and retain the molded shape, resulting in a catalyst having particularly excellent mechanical strength for industrial use. It can be obtained and stable catalytic performance can be exhibited.

成形は、シリカ等の担体に担持する担持成形と、担体を使用しない非担持成形のいずれの成形方法も採用できる。具体的な成形方法としては、例えば、打錠成形、プレス成形、押出成形、造粒成形等が挙げられる。成形品の形状としては、例えば、円柱状、リング状、球状等が運転条件を考慮して適宜選択可能であるが、球状担体、特にシリカやアルミナ等の不活性担体に触媒活性成分を担持した、平均粒径3.0mm以上10.0mm以下、好ましくは平均粒径3.0mm以上8.0mm以下の担持触媒であるとよい。担持方法としては転動造粒法、遠心流動コーティング装置を用いる方法、ウォッシュコート方法等が広く知られており、予備焼成粉末が担体に均一に担持できる方法で有れば特に限定されないが、触媒の製造効率等を考慮した場合、転動造粒法が好ましい。具体的には、固定円筒容器の底部に、平らな、あるいは凹凸のある円盤を有する装置で、円盤を高速で回転させることにより、容器内にチャージされた担体を、担体自体の自転運動と公転運動の繰り返しにより激しく撹拌させ、ここに予備焼成粉体を添加することにより粉体成分を担体に担持させる方法である。なお、担持に際して、バインダーを使用するのが好ましい。使用できるバインダーの具体例としては、水やエタノール、メタノール、プロパノール、多価アルコール、高分子系バインダーのポリビニールアルコール、無機系バインダーのシリカゾル水溶液等が挙げられるが、エタノール、メタノール、プロパノール、多価アルコールが好ましく、エチレングリコール等のジオールやグリセリン等のトリオール等がより好ましく、グリセリンの濃度5質量%以上の水溶液がさらに好ましい。グリセリン水溶液を適量使用することにより成型性が良好となり、機械的強度の高い、高性能な触媒が得られる。これらバインダーの使用量は、予備焼成粉末100質量部に対して通常2〜60質量部であるが、グリセリン水溶液の場合は15〜50質量部が好ましい。担持に際してバインダーと予備焼成粉末は成型機に交互に供給しても、同時に供給してもよい。また、成形に際しては、公知の添加剤、例えば、グラファイト、タルク等を少量添加してもよい。なお、成形において添加される成形助剤、細孔形成剤、担体はいずれも、原料を何らかの別の生成物に転換する意味での活性の有無にかかわらず、本発明における活性成分の構成元素として考慮しないものとする。 As the molding, either a supported molding method of supporting on a carrier such as silica or a non-supported molding method using no carrier can be adopted. Specific molding methods include, for example, tableting molding, press molding, extrusion molding, granulation molding and the like. As the shape of the molded product, for example, a columnar shape, a ring shape, a spherical shape, or the like can be appropriately selected in consideration of operating conditions, and the catalytically active component is supported on a spherical carrier, particularly an inert carrier such as silica or alumina. A supported catalyst having an average particle size of 3.0 mm or more and 10.0 mm or less, preferably an average particle size of 3.0 mm or more and 8.0 mm or less is preferable. As a supporting method, a rolling granulation method, a method using a centrifugal flow coating device, a wash coating method and the like are widely known, and the method is not particularly limited as long as the pre-baked powder can be uniformly supported on the carrier, but the catalyst. The rolling granulation method is preferable in consideration of the production efficiency of the above. Specifically, in a device having a flat or uneven disk at the bottom of a fixed cylindrical container, the carrier charged in the container is rotated and revolved by rotating the disk at high speed. This is a method in which the powder component is supported on a carrier by vigorously stirring by repeating the exercise and adding a pre-baked powder to the stirring. It is preferable to use a binder for supporting. Specific examples of binders that can be used include water, ethanol, methanol, propanol, polyhydric alcohol, polyvinyl alcohol of polymer binder, silica sol aqueous solution of inorganic binder and the like, but ethanol, methanol, propanol and polyhydric. Alcohol is preferable, diol such as ethylene glycol and triol such as glycerin are more preferable, and an aqueous solution having a concentration of glycerin of 5% by mass or more is further preferable. By using an appropriate amount of the glycerin aqueous solution, the moldability is improved, and a high-performance catalyst having high mechanical strength can be obtained. The amount of these binders used is usually 2 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the pre-baked powder, but 15 to 50 parts by mass is preferable in the case of an aqueous glycerin solution. Upon carrying, the binder and the pre-baked powder may be supplied to the molding machine alternately or at the same time. Further, at the time of molding, a small amount of known additives such as graphite and talc may be added. The molding aid, pore-forming agent, and carrier added in molding are all constituent elements of the active ingredient in the present invention, regardless of whether or not they are active in the sense of converting the raw material into some other product. It shall not be considered.

予備焼成方法や予備焼成条件または本焼成方法や本焼成条件は特に限定されず、公知の処理方法および条件を適用することができる。予備焼成や本焼成は、通常、空気等の酸素含有ガス流通下または不活性ガス流通下で、200℃以上600℃以下、好ましくは300℃以上550℃以下で、0.5時間以上、好ましくは1時間以上40時間以下で行う。ここで、不活性ガスとは、触媒の反応活性を低下させない気体のことをいい、具体的には、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン等が挙げられる。尚、触媒を使用して不飽和アルデヒド、及び/又は不飽和カルボン酸を製造する際の反応条件等に応じて、特に本焼成における最適な条件は異なり、本焼成工程の工程パラメーターすなわち雰囲気中の酸素含有率、最高到達温度や焼成時間等の変更を行うことは当業者にとって公知であるため、本発明の範疇に入るものとする。また、本焼成工程は前述の予備焼成工程よりも後に実施されるものとし、本焼成工程における最高到達温度(本焼温度)は、前述の予備焼成工程における最高到達温度(予備焼成温度)よりも高いものとする。焼成の手法は流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。 The pre-firing method, pre-firing conditions, main firing method, and main firing conditions are not particularly limited, and known treatment methods and conditions can be applied. The pre-calcination and the main calcination are usually performed at 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, for 0.5 hours or longer, preferably under the flow of an oxygen-containing gas such as air or an inert gas. Perform in 1 hour or more and 40 hours or less. Here, the inert gas refers to a gas that does not reduce the reaction activity of the catalyst, and specific examples thereof include nitrogen, carbon dioxide, helium, and argon. The optimum conditions for the main firing differ depending on the reaction conditions when the unsaturated aldehyde and / or the unsaturated carboxylic acid is produced using the catalyst, and the process parameters of the main firing step, that is, the atmosphere. Since it is known to those skilled in the art to change the oxygen content, the maximum temperature reached, the firing time, etc., it falls within the scope of the present invention. Further, the main firing step shall be performed after the above-mentioned pre-baking step, and the maximum reached temperature (main firing temperature) in the main firing step is higher than the maximum reached temperature (pre-baking temperature) in the above-mentioned pre-baking step. It shall be expensive. The firing method is not particularly limited to fluidized beds, rotary kilns, muffle furnaces, tunnel firing furnaces, etc., and an appropriate range should be selected in consideration of the final catalyst performance, mechanical strength, moldability, production efficiency, etc. Is.

本発明の触媒は、不飽和アルデヒド化合物、不飽和カルボン酸化合物を製造する為の触媒として使用される場合が好ましく、第一段目すなわち、不飽和アルデヒド化合物を製造する為の触媒として用いることが更に好ましく、プロピレンからアクロレインを製造する為の触媒として用いることが特に好ましい。 The catalyst of the present invention is preferably used as a catalyst for producing an unsaturated aldehyde compound or an unsaturated carboxylic acid compound, and is preferably used as a catalyst for producing an unsaturated aldehyde compound in the first stage. More preferably, it is particularly preferably used as a catalyst for producing achlorine from propylene.

[第二段目触媒について]
本発明の触媒を、不飽和アルデヒド化合物を製造する為の触媒として用いた場合、第二段目の酸化反応を行い、不飽和カルボン酸化合物を得ることができる。
この場合、第二段目の触媒としては、本願発明の触媒を用いることもできるが、好ましくは下記式(4)で表される触媒である。
Mo12a2b2Cuc2Sbd2X2e2Y2f2Z2g2h2(4)
(式中、Mo、V、W、Cu、SbおよびOはそれぞれ、モリブデン、バナジウム、タングステン、銅、アンチモンおよび酸素を示し、X2はアルカリ金属、およびタリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を、Y2はマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよび亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を、Zはニオブ、セリウム、すず、クロム、マンガン、鉄、コバルト、サマリウム、ゲルマニウム、チタンおよび砒素からなる群より選ばれた少なくとも一種の元素をそれぞれ示す。またa2、b2、c2、d2、e2、f2、g2およびh2は各元素の原子比を表し、モリブデン原子12に対して、a2は0<a2≦10、b2は0≦b2≦10、c2は0<c2≦6、d2は0<d2≦10、e2は0≦e2≦0.5、f2は0≦f2≦1、g2は0≦g2<6を表す。また、h2は前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素原子数である。)。
[About the second stage catalyst]
When the catalyst of the present invention is used as a catalyst for producing an unsaturated aldehyde compound, an unsaturated carboxylic acid compound can be obtained by performing a second-stage oxidation reaction.
In this case, the catalyst of the present invention can be used as the catalyst of the second stage, but it is preferably the catalyst represented by the following formula (4).
Mo 12 V a2 W b2 Cu c2 Sb d2 X2 e2 Y2 f2 Z2 g2 Oh2 (4)
(In the formula, Mo, V, W, Cu, Sb and O represent molybdenum, vanadium, tungsten, copper, antimony and oxygen, respectively, and X2 is at least one element selected from the group consisting of alkali metals and tallium. Y2 is at least one element selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium and zinc, and Z is from niobium, cerium, tin, chromium, manganese, iron, cobalt, sumalium, germanium, titanium and arsenic. Represents at least one element selected from the group. A2, b2, c2, d2, e2, f2, g2 and h2 represent the atomic ratio of each element, and a2 is 0 <for molybdenum atom 12. a2 ≦ 10, b2 is 0 ≦ b2 ≦ 10, c2 is 0 <c2 ≦ 6, d2 is 0 <d2 ≦ 10, e2 is 0 ≦ e2 ≦ 0.5, f2 is 0 ≦ f2 ≦ 1, g2 is 0 ≦ It represents g2 <6, and h2 is the number of oxygen atoms required to satisfy the atomic value of each component.)

上記式(4)で表される触媒の製造にあたっては、この種の触媒、例えば酸化物触媒、ヘテロポリ酸又はその塩構造を有する触媒を調製する方法として一般に知られている方法が採用できる。触媒を製造する際に使用できる原料は特に限定されず、種々のものが使用できる。例えば、三酸化モリブデンのようなモリブデン酸化物、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウムのようなモリブデン酸又はその塩、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸のようなモリブデンを含むヘテロポリ酸又はその塩などを用いることができる、アンチモン成分原料としては特に制限はないが、三酸化アンチモンもしくは酢酸アンチモンが好ましい。バナジウム、タングステン、銅等、その他の元素の原料としてはそれぞれの硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、有機酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、酸化物、金属等が使用できる。 In the production of the catalyst represented by the above formula (4), a method generally known as a method for preparing a catalyst of this type, for example, an oxide catalyst, a heteropolyacid or a catalyst having a salt structure thereof can be adopted. The raw materials that can be used in producing the catalyst are not particularly limited, and various materials can be used. For example, molybdenum oxides such as molybdenum trioxide, molybdates, molybdates such as ammonium molybdate or salts thereof, heteropolyacids containing molybdenum such as phosphomolybdic acid and silicate molybdate or salts thereof may be used. The raw material for the antimony component that can be produced is not particularly limited, but antimony trioxide or antimonate acetate is preferable. As raw materials for other elements such as vanadium, tungsten and copper, each nitrate, sulfate, carbonate, phosphate, organic acid salt, halide, hydroxide, oxide, metal and the like can be used.

これら活性成分を含む化合物は単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。 The compound containing these active ingredients may be used alone or in combination of two or more.

次いで前記で得られたスラリー液を乾燥し、触媒活性成分固体とする。乾燥方法は、スラリー液が完全に乾燥できる方法であれば特に制約はないが、例えばドラム乾燥、凍結乾燥、噴霧乾燥、蒸発乾固などが挙げられるが、スラリー液を短時間に粉末又は顆粒に乾燥することができる噴霧乾燥が好ましい。噴霧乾燥の乾燥温度はスラリー液の濃度、送液速度等によって異なるが、概ね乾燥機の出口における温度が70〜150℃である。また、この際得られるスラリー液乾燥体の平均粒径が10〜700μmとなるように乾燥するのが好ましい。 Next, the slurry liquid obtained above is dried to obtain a solid catalytically active component. The drying method is not particularly limited as long as the slurry liquid can be completely dried, and examples thereof include drum drying, freeze drying, spray drying, and evaporative drying, and the slurry liquid can be made into powder or granules in a short time. Spray drying, which can be dried, is preferred. The drying temperature of spray drying varies depending on the concentration of the slurry liquid, the liquid feeding speed, and the like, but the temperature at the outlet of the dryer is generally 70 to 150 ° C. Further, it is preferable to dry the dried slurry liquid obtained at this time so that the average particle size is 10 to 700 μm.

前記のようにして得られた第二段目の触媒活性成分固体は、そのまま被覆用混合物に供することができるが、焼成すると成形性が向上する場合があり好ましい。焼成方法や焼成条件は特に限定されず、公知の処理方法および条件を適用することができる。焼成の最適条件は、使用する触媒原料、触媒組成、調製法等によって異なるが、焼成温度は通常100〜350℃、好ましくは150〜300℃、焼成時間は1〜20時間である。なお、焼成は、通常空気雰囲気下に行われるが、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよいし、不活性ガス雰囲気下での焼成後に必要に応じて更に空気雰囲気下で焼成を行ってもよい。このようにして得られた焼成後の固体は成形前に粉砕されることが好ましい。粉砕方法として特に制限はないが、ボールミルを用いると良い。 The catalyst-active component solid of the second stage obtained as described above can be used as it is in the coating mixture, but it is preferable because the moldability may be improved by firing. The firing method and firing conditions are not particularly limited, and known processing methods and conditions can be applied. The optimum conditions for firing differ depending on the catalyst raw material used, the catalyst composition, the preparation method, and the like, but the firing temperature is usually 100 to 350 ° C., preferably 150 to 300 ° C., and the firing time is 1 to 20 hours. The firing is usually carried out in an air atmosphere, but may be carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen, carbon dioxide, helium or argon, or further after firing in an inert gas atmosphere, if necessary. The firing may be performed in an air atmosphere. The calcined solid thus obtained is preferably pulverized before molding. The crushing method is not particularly limited, but a ball mill may be used.

また、前記第二段目のスラリーを調製する際の活性成分を含有する化合物は、必ずしも全ての活性成分を含んでいる必要はなく、一部の成分を下記成形工程前に使用してもよい。 Further, the compound containing the active ingredient in preparing the slurry of the second stage does not necessarily have to contain all the active ingredients, and some of the ingredients may be used before the following molding step. ..

前記第二段目の触媒の形状は特に制約はなく、酸化反応において反応ガスの圧力損失を小さくするために、柱状物、錠剤、リング状、球状等に成型し使用する。このうち選択性の向上や反応熱の除去が期待できることから、不活性担体に触媒活性成分固体を担持し、担持触媒とするのが特に好ましい。この担持は以下に述べる転動造粒法が好ましい。この方法は、例えば固定容器内の底部に、平らなあるいは凹凸のある円盤を有する装置中で、円盤を高速で回転することにより、容器内の担体を自転運動と公転運動の繰返しにより激しく攪拌させ、ここにバインダーと触媒活性成分固体並びに、必要により、これらに他の添加剤例えば成型助剤、強度向上剤を添加した担持用混合物を担体に担持する方法である。バインダーの添加方法は、1)前記担持用混合物に予め混合しておく、2)担持用混合物を固定容器内に添加するのと同時に添加、3)担持用混合物を固定容器内に添加した後に添加、4)担持用混合物を固定容器内に添加する前に添加、5)担持用混合物とバインダーをそれぞれ分割し、2)〜4)を適宜組み合わせて全量添加する等の方法が任意に採用しうる。このうち5)においては、例えば担持用混合物の固定容器壁への付着、担持用混合物同士の凝集がなく担体上に所定量が担持されるようオートフィーダー等を用いて添加速度を調節して行うのが好ましい。バインダーは、水やエタノール、多価アルコール、高分子系バインダーのポリビニールアルコール、結晶性セルロース、メチルセルロース、エチルセルロース等のセルロース類、無機系バインダーのシリカゾル水溶液等が挙げられるが、セルロース類及びエチレングリコール等のジオールやグリセリン等のトリオール等が好ましく、特にグリセリンの濃度5質量%以上の水溶液が好ましい。い。これらバインダーの使用量は、担持用混合物100質量部に対して通常2〜60質量部、好ましくは10〜50質量部である。 The shape of the catalyst in the second stage is not particularly limited, and it is molded into a columnar shape, a tablet, a ring shape, a spherical shape, or the like in order to reduce the pressure loss of the reaction gas in the oxidation reaction. Of these, since improvement in selectivity and removal of heat of reaction can be expected, it is particularly preferable to support the catalytically active component solid on the inert carrier and use it as a supported catalyst. The rolling granulation method described below is preferable for this support. In this method, for example, in a device having a flat or uneven disk at the bottom of a fixed container, the carrier in the container is vigorously agitated by repeating rotation and revolution by rotating the disk at high speed. This is a method of supporting a carrier with a binder, a catalyst-active ingredient solid, and, if necessary, a supporting mixture to which other additives such as a molding aid and a strength improver are added. The method of adding the binder is as follows: 1) it is mixed in advance with the supporting mixture, 2) the supporting mixture is added at the same time as being added into the fixed container, and 3) the supporting mixture is added after being added into the fixed container. 4) The supporting mixture is added before being added into the fixed container, 5) the supporting mixture and the binder are separated from each other, and 2) to 4) are appropriately combined and added in total. .. Of these, in 5), for example, the addition rate is adjusted by using an autofeeder or the like so that the supporting mixture does not adhere to the wall of the fixed container and the supporting mixture does not aggregate with each other and a predetermined amount is supported on the carrier. Is preferable. Examples of the binder include water, ethanol, polyhydric alcohol, polyvinyl alcohol as a high molecular weight binder, celluloses such as crystalline cellulose, methyl cellulose and ethyl cellulose, and an aqueous solution of silica sol as an inorganic binder, such as celluloses and ethylene glycol. Diol, triol such as glycerin, etc. are preferable, and an aqueous solution having a concentration of glycerin of 5% by mass or more is particularly preferable. No. The amount of these binders used is usually 2 to 60 parts by mass, preferably 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the supporting mixture.

上記担持における担体の具体例としては、炭化珪素、アルミナ、シリカアルミナ、ムライト、アランダム等の直径1〜15mm、好ましくは2.5〜10mmの球形担体等が挙げられる。これら担体は通常は10〜70%の空孔率を有するものが用いられる。担体と担持用混合物の割合は通常、担持用混合物/(担持用混合物+担体)=10〜75質量%、好ましくは15〜60質量%となる量を使用する。担持用混合物の割合が大きい場合、担持触媒の反応活性は大きくなるが、機械的強度が小さくなる傾向にある。逆に、担持用混合物の割合が小さい場合、機械的強度は大きいが、反応活性は小さくなる傾向がある。なお、前記において、必要により使用する成型助剤としては、シリカゲル、珪藻土、アルミナ粉末等が挙げられる。成型助剤の使用量は、触媒活性成分固体100質量部に対して通常1〜60質量部である。また、更に必要により触媒活性成分固体及び反応ガスに対して不活性な無機繊維(例えば、セラミックス繊維又はウィスカー等)を強度向上剤として用いることは、触媒の機械的強度の向上に有用であり、ガラス繊維が好ましい。これら繊維の使用量は、触媒活性成分固体100質量部に対して通常1〜30質量部である。なお、第一段目の触媒の成形においては、添加される成形助剤、細孔形成剤、担体はいずれも、原料を何らかの別の生成物に転換する意味での活性の有無にかかわらず、本発明における活性成分の構成元素として考慮しないものとする。 Specific examples of the carrier in the above-mentioned carrier include spherical carriers having a diameter of 1 to 15 mm, preferably 2.5 to 10 mm, such as silicon carbide, alumina, silica-alumina, mullite, and random. As these carriers, those having a porosity of 10 to 70% are usually used. The ratio of the carrier to the supporting mixture is usually 10 to 75% by mass, preferably 15 to 60% by mass of the supporting mixture / (supporting mixture + carrier). When the proportion of the supporting mixture is large, the reaction activity of the supporting catalyst is large, but the mechanical strength tends to be small. On the contrary, when the ratio of the supporting mixture is small, the mechanical strength tends to be large, but the reaction activity tends to be small. In the above, examples of the molding aid used as necessary include silica gel, diatomaceous earth, and alumina powder. The amount of the molding aid used is usually 1 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the catalytically active component solid. Further, if necessary, the use of the catalytically active component solid and the inorganic fiber (for example, ceramic fiber or whiskers) inactive with respect to the reaction gas as the strength improver is useful for improving the mechanical strength of the catalyst. Glass fiber is preferred. The amount of these fibers used is usually 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the catalytically active component solid. In the molding of the catalyst in the first stage, the molding aid, the pore forming agent, and the carrier added may or may not be active in the sense of converting the raw material into some other product. It shall not be considered as a constituent element of the active ingredient in the present invention.

前記のようにして得られた担持触媒はそのまま触媒として気相接触酸化反応に供することができるが、焼成すると触媒活性が向上する場合があり好ましい。焼成方法や焼成条件は特に限定されず、公知の処理方法および条件を適用することができる。焼成の最適条件は、使用する触媒原料、触媒組成、調製法等によって異なるが、焼成温度は通常100〜450℃、好ましくは270〜420℃、焼成時間は1〜20時間である。なお、焼成は、通常空気雰囲気下に行われるが、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよいし、不活性ガス雰囲気下での焼成後に必要に応じて更に空気雰囲気下で焼成を行ってもよい。 The supported catalyst obtained as described above can be directly used as a catalyst for the vapor phase catalytic oxidation reaction, but it is preferable that the catalyst activity may be improved by firing. The firing method and firing conditions are not particularly limited, and known processing methods and conditions can be applied. The optimum firing conditions vary depending on the catalyst raw material used, the catalyst composition, the preparation method, and the like, but the firing temperature is usually 100 to 450 ° C., preferably 270 to 420 ° C., and the firing time is 1 to 20 hours. The firing is usually carried out in an air atmosphere, but may be carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen, carbon dioxide, helium or argon, or further after firing in an inert gas atmosphere, if necessary. The firing may be performed in an air atmosphere.

本発明の触媒を、プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等を原料にして対応する不飽和アルデヒド、不飽和カルボン酸を製造する反応、特にプロピレンを分子状酸素又は分子状酸素含有ガスにより気相接触酸化してアクロレイン、アクリル酸を製造する反応に使用する場合において、触媒活性の向上、および収率の向上をすることができ、公知の方法と比較して製品の価格競争力の向上に非常に有効である。また、ホットスポット温度の低減のような発熱を伴う部分酸化反応のプロセス安定性にも向上効果が期待できる。更に、本発明の触媒は、環境や最終製品の品質に悪影響の生じる副生成物、たとえば一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO)、アセトアルデヒドや酢酸、ホルムアルデヒドの低減にも有効である。 A reaction for producing the corresponding unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid using the catalyst of the present invention as a raw material of propylene, isobutylene, t-butyl alcohol, etc., particularly propylene in gas phase contact with molecular oxygen or a gas containing molecular oxygen. When used in a reaction for producing acrolein and acrylic acid by oxidation, the catalytic activity can be improved and the yield can be improved, which greatly improves the price competitiveness of the product as compared with known methods. It is valid. In addition, the effect of improving the process stability of the partial oxidation reaction accompanied by heat generation such as reduction of the hot spot temperature can be expected. Furthermore, the catalyst of the present invention is also effective in reducing by-products that adversely affect the environment and the quality of final products, such as carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ), acetaldehyde, acetic acid and formaldehyde.

こうして得られた本発明の触媒は、例えばプロピレンを、分子状酸素含有ガスを用いて気相接触酸化して、アクロレインおよび/またはアクリル酸を製造する際に使用できる。本発明の製造方法において原料ガスの流通方法は、通常の単流通法でもあるいはリサイクル法でもよく、一般に用いられている条件下で実施することができ特に限定されない。たとえば出発原料物質としてのプロピレンが常温で1〜10容量%、好ましくは4〜9容量%、分子状酸素が3〜20容量%、好ましくは4〜18容量%、水蒸気が0〜60容量%、好ましくは4〜50容量%、二酸化炭素、窒素等の不活性ガスが20〜80容量%、好ましくは30〜60容量%からなる混合ガスを反応管中に充填した本発明の触媒上に250〜450℃で、常圧〜10気圧の圧力下で、空間速度300〜5000h−1で導入し反応を行う。 The catalyst of the present invention thus obtained can be used, for example, in producing acrolein and / or acrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of propylene with a molecular oxygen-containing gas. In the production method of the present invention, the distribution method of the raw material gas may be an ordinary single distribution method or a recycling method, and can be carried out under generally used conditions, and is not particularly limited. For example, propylene as a starting material is 1 to 10% by volume, preferably 4 to 9% by volume, molecular oxygen is 3 to 20% by volume, preferably 4 to 18% by volume, and water vapor is 0 to 60% by volume at room temperature. The catalyst of the present invention is filled with a mixed gas preferably containing 4 to 50% by volume and 20 to 80% by volume, preferably 30 to 60% by volume of an inert gas such as carbon dioxide or nitrogen, on the catalyst of the present invention. The reaction is carried out at 450 ° C. under a pressure of normal pressure to 10 atm and introduced at a space velocity of 300 to 5000 h- 1 .

本発明において触媒活性の向上とは、特に断りがない限り同じ反応浴温度で触媒反応を行って比較をしたときに原料転化率が高いことを指す。
本発明において収率が高いとは、特に断りがない限り、プロピレン、イソブチレン、t−ブチルアルコール等を原料にして酸化反応を行った場合には、対応する不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸の合計収率が高いことを指す。
本発明において触媒活性成分の構成元素とは、特に断りがない限り、上記触媒製造工程において使用するすべての元素を指すが、本焼工程の最高温度以下にて消失、昇華、揮発、燃焼する原料およびその構成元素は、触媒の活性成分の構成元素に含めないものとする。また、成形工程における成形助剤や担体に含まれるケイ素およびその他の無機材料を構成する元素も、触媒の活性成分の構成元素として含まれないものとする。
本発明においてホットスポット温度とは、多管式反応管内の長軸方向に熱電対を設置し、測定される触媒充填層内の温度分布の最高温度であり、反応浴温度とは反応管の発熱を冷却する目的で使用される熱媒の設定温度である。上記温度分布の測定の点数には特に制限はないが、例えば触媒充填長を均等に10から1000に分割する。
本発明において不飽和アルデヒドおよび不飽和アルデヒド化合物とは、分子内に少なくとも一つの二重結合と少なくとも一つのアルデヒドを有する有機化合物であり、たとえばアクロレイン、メタクロレインである。本発明において不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸化合物とは、分子内に少なくとも一つの二重結合と少なくとも一つのカルボキシ基、またはそのエステル基を有する有機化合物であり、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸メチルである。
In the present invention, the improvement of the catalytic activity means that the raw material conversion rate is high when the catalytic reaction is carried out at the same reaction bath temperature and the comparison is made unless otherwise specified.
Unless otherwise specified, the high yield in the present invention means that when an oxidation reaction is carried out using propylene, isobutylene, t-butyl alcohol or the like as a raw material, the corresponding unsaturated aldehyde and / or unsaturated carboxylic acid is used. Indicates that the total yield of
In the present invention, the constituent elements of the catalytically active component refer to all the elements used in the catalyst manufacturing process unless otherwise specified, but the raw materials that disappear, sublimate, volatilize, and burn at the maximum temperature or lower in the main firing process. And its constituent elements shall not be included in the constituent elements of the active component of the catalyst. Further, the elements constituting the molding aid and the carrier in the molding process and other inorganic materials are not included as the constituent elements of the active component of the catalyst.
In the present invention, the hot spot temperature is the maximum temperature of the temperature distribution in the catalyst packed bed measured by installing a thermocouple in the long axis direction in the multi-tube reaction tube, and the reaction bath temperature is the heat generation of the reaction tube. It is the set temperature of the heat medium used for the purpose of cooling. The number of points for measuring the temperature distribution is not particularly limited, but for example, the catalyst filling length is evenly divided from 10 to 1000.
In the present invention, the unsaturated aldehyde and the unsaturated aldehyde compound are organic compounds having at least one double bond and at least one aldehyde in the molecule, and are, for example, acrolein and methacrolein. In the present invention, the unsaturated carboxylic acid and the unsaturated carboxylic acid compound are organic compounds having at least one double bond and at least one carboxy group in the molecule, or an ester group thereof, for example, acrylic acid, methacrylic acid, and the like. It is methyl methacrylate.

以下に、実施例により本発明を更に具体的に説明する。なお、実施例において、転化率、収率、選択率、担持率は以下の式に従って算出した。
原料転化率(%)=(反応したプロピレンまたはt−ブチルアルコールまたはイソブチレンのモル数)/(供給したプロピレンまたはt−ブチルアルコールまたはイソブチレンのモル数)×100
有効収率(%)=(生成したアクロレインおよびアクリル酸またはメタクロレインおよびメタクリル酸の合算モル数)/(供給したプロピレンまたはt−ブチルアルコールまたはイソブチレンのモル数)×100
担持率(質量%)=(成形に使用した予備焼成粉体の質量)/{(成形に使用した予備焼成粉体の質量)+(成形に使用した担体の質量)}×100
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. In the examples, the conversion rate, yield, selectivity, and loading rate were calculated according to the following formulas.
Raw material conversion rate (%) = (number of moles of reacted propylene or t-butyl alcohol or isobutylene) / (number of moles of supplied propylene or t-butyl alcohol or isobutylene) × 100
Effective yield (%) = (total number of moles of acrolein and acrylic acid or methacrolein and methacrolein produced) / (number of moles of supplied propylene or t-butyl alcohol or isobutylene) x 100
Support rate (% by mass) = (mass of pre-baked powder used for molding) / {(mass of pre-baked powder used for molding) + (mass of carrier used for molding)} × 100

また、X線回折角度(2θ)の測定方法は、株式会社リガク製UltimaIVを使用して、X線CuKα線(λ=0.154nm)、出力40kV、30mA、測定範囲10〜60°、測定速度毎分10°の条件である。また、以下各実施例において記載する焼成時間は、昇温時間、降温時間は算入せず、各焼成温度到達時からの時間を意味する。 The X-ray diffraction angle (2θ) is measured by using UltraIV manufactured by Rigaku Co., Ltd., X-ray CuKα ray (λ = 0.154 nm), output 40 kV, 30 mA, measurement range 10 to 60 °, measurement speed. The condition is 10 ° / min. Further, the firing time described in each of the following examples does not include the temperature raising time and the temperature lowering time, and means the time from the time when each firing temperature is reached.

[実施例1]
ヘプタモリブデン酸アンモニウム100質量部を60℃に加温した純水380質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸カリウム0.17質量部を純水1.6質量部に溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄37質量部、硝酸コバルト90質量部及び硝酸ニッケル33質量部を60℃に加温した純水85質量部に溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス16質量部を60℃に加温した純水17質量部に硝酸(60質量%)4.1質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加えた。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体を440℃、4時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:K=12:0.70:2.0:6.5:2.4:0.040)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を用いて、不活性の担体に担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径5.3mmの球状成形品について、550℃、4時間の条件で本焼成を行い、X線回折角度(2θ)の測定を行った。
また、上記550℃での本焼成を行わず、540℃で4時間の本焼成を行ったものも準備し、X線回折角度(2θ)の測定を行った。
[Example 1]
100 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 380 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. (mother solution 1). Next, 0.17 parts by mass of potassium nitrate was dissolved in 1.6 parts by mass of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 37 parts by mass of ferric nitrate, 90 parts by mass of cobalt nitrate and 33 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 85 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 16 parts by mass of bismuth nitrate was dissolved in an aqueous nitric acid solution prepared by adding 4.1 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 17 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. The mother liquor 1 was dried by a spray-drying method, and the obtained dry powder was pre-baked at 440 ° C. for 4 hours. The pre-baked powder thus obtained (the atomic ratio calculated from the charged raw material is Mo: Bi: Fe: Co: Ni: K = 12: 0.70: 2.0: 6.5: 2.4: 0. After adding 5% by mass of crystalline cellulose to 040) and mixing thoroughly, a 33% by mass glycerin solution was used as a binder by the rolling granulation method, and the carrier was supported on an inert carrier by 50% by mass. It was supported and molded into a spherical shape so as to be%. The spherical molded product having a particle size of 5.3 mm thus obtained was subjected to main firing under the conditions of 550 ° C. for 4 hours, and the X-ray diffraction angle (2θ) was measured.
Further, a product obtained by performing the main firing at 540 ° C. for 4 hours without performing the main firing at 550 ° C. was also prepared, and the X-ray diffraction angle (2θ) was measured.

[実施例2]
ヘプタモリブデン酸アンモニウム100質量部を60℃に加温した純水380質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸カリウム0.17質量部を純水1.6質量部に溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄37質量部、硝酸コバルト90質量部及び硝酸ニッケル33質量部を60℃に加温した純水85質量部に溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス16質量部を60℃に加温した純水17質量部に硝酸(60質量%)4.1質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加えた。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体を440℃、4時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:K=12:0.70:2.0:6.5:2.4:0.10)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を用いて、不活性の担体に担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径5.3mmの球状成形品について、550℃、4時間の条件で本焼成を行い、それぞれのX線回折角度(2θ)の測定を行った。
また、上記550℃での本焼成を行わず、540℃で4時間の本焼成を行ったものも準備し、X線回折角度(2θ)の測定を行った。
[Example 2]
100 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 380 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. (mother solution 1). Next, 0.17 parts by mass of potassium nitrate was dissolved in 1.6 parts by mass of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 37 parts by mass of ferric nitrate, 90 parts by mass of cobalt nitrate and 33 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 85 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 16 parts by mass of bismuth nitrate was dissolved in an aqueous nitric acid solution prepared by adding 4.1 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 17 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. The mother liquor 1 was dried by a spray-drying method, and the obtained dry powder was pre-baked at 440 ° C. for 4 hours. The pre-baked powder thus obtained (the atomic ratio calculated from the charged raw material is Mo: Bi: Fe: Co: Ni: K = 12: 0.70: 2.0: 6.5: 2.4: 0. After adding 5% by mass of crystalline cellulose to 10) and mixing thoroughly, a 33% by mass glycerin solution was used as a binder by the rolling granulation method, and the loading ratio was 50% by mass on the inert carrier. It was supported and molded into a spherical shape so as to be%. The spherical molded product having a particle size of 5.3 mm thus obtained was subjected to main firing under the conditions of 550 ° C. for 4 hours, and the respective X-ray diffraction angles (2θ) were measured.
Further, a product obtained by performing the main firing at 540 ° C. for 4 hours without performing the main firing at 550 ° C. was also prepared, and the X-ray diffraction angle (2θ) was measured.

[比較例1]
ヘプタモリブデン酸アンモニウム100質量部を60℃に加温した純水380質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム0.37質量部を純水1.6質量部に溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄37質量部、硝酸コバルト90質量部及び硝酸ニッケル33質量部を60℃に加温した純水85質量部に溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス21質量部を60℃に加温した純水23質量部に硝酸(60質量%)5.4質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加えた。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体を440℃、4時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.93:2.0:6.5:2.4:0.040)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を用いて、不活性の担体に担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.7mmの球状成形品について、550℃、4時間の条件で本焼成を行い、それぞれのX線回折角度(2θ)の測定を行った。
また、上記550℃での本焼成を行わず、540℃で4時間の本焼成を行ったものも準備し、X線回折角度(2θ)の測定を行った。
[Comparative Example 1]
100 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 380 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. (mother solution 1). Next, 0.37 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 1.6 parts by mass of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 37 parts by mass of ferric nitrate, 90 parts by mass of cobalt nitrate and 33 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 85 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 21 parts by mass of bismuth nitrate was dissolved in an aqueous nitric acid solution prepared by adding 5.4 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 23 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. The mother liquor 1 was dried by a spray-drying method, and the obtained dry powder was pre-baked at 440 ° C. for 4 hours. The pre-baked powder thus obtained (the atomic ratio calculated from the charged raw material is Mo: Bi: Fe: Co: Ni: Cs = 12: 0.93: 2.0: 6.5: 2.4: 0. After adding 5% by mass of crystalline cellulose to 040) and mixing thoroughly, a 33% by mass glycerin solution was used as a binder by the rolling granulation method, and the carrier was supported on an inert carrier by 50% by mass. It was supported and molded into a spherical shape so as to be%. The spherical molded product having a particle size of 4.7 mm thus obtained was subjected to main firing under the conditions of 550 ° C. for 4 hours, and the respective X-ray diffraction angles (2θ) were measured.
Further, a product obtained by performing the main firing at 540 ° C. for 4 hours without performing the main firing at 550 ° C. was also prepared, and the X-ray diffraction angle (2θ) was measured.

[比較例2]
ヘプタモリブデン酸アンモニウム100質量部を60℃に加温した純水380質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸カリウム0.44質量部を純水3.9質量部に溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄33質量部、硝酸コバルト71質量部及び硝酸ニッケル38質量部を60℃に加温した純水76質量部に溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス38質量部を60℃に加温した純水41質量部に硝酸(60質量%)9.7質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加えた。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体を440℃、4時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:K=12:1.7:1.8:5.2:2.8:0.095)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を用いて、不活性の担体に担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径5.3mmの球状成形品について、550℃、4時間の条件で本焼成を行い、それぞれのX線回折角度(2θ)の測定を行った。
また、上記550℃での本焼成を行わず、540℃で4時間の本焼成を行ったものも準備し、X線回折角度(2θ)の測定を行った。
[Comparative Example 2]
100 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 380 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. (mother solution 1). Next, 0.44 parts by mass of potassium nitrate was dissolved in 3.9 parts by mass of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 33 parts by mass of ferric nitrate, 71 parts by mass of cobalt nitrate and 38 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 76 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 38 parts by mass of bismuth nitrate was dissolved in an aqueous nitric acid solution prepared by adding 9.7 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 41 parts by mass of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. The mother liquor 1 was dried by a spray-drying method, and the obtained dry powder was pre-baked at 440 ° C. for 4 hours. The pre-baked powder thus obtained (the atomic ratio calculated from the charged raw material is Mo: Bi: Fe: Co: Ni: K = 12: 1.7: 1.8: 5.2: 2.8: 0. After adding 5% by mass of crystalline cellulose to 095) and mixing thoroughly, a 33% by mass glycerin solution was used as a binder by the rolling granulation method, and the loading ratio was 50% by mass on the inert carrier. It was supported and molded into a spherical shape so as to be%. The spherical molded product having a particle size of 5.3 mm thus obtained was subjected to main firing under the conditions of 550 ° C. for 4 hours, and the respective X-ray diffraction angles (2θ) were measured.
Further, a product obtained by performing the main firing at 540 ° C. for 4 hours without performing the main firing at 550 ° C. was also prepared, and the X-ray diffraction angle (2θ) was measured.

上記実施例および比較例で得られた触媒を用いて、以下の方法によりプロピレンの酸化反応を実施し、原料転化率および有効収率を求めた。各触媒68mlを内径28.4mmステンレス鋼反応管に充填し、ガス体積比率がプロピレン:酸素:水蒸気=1.0:1.7:3.0の混合ガスをプロピレン空間速度71hr−1で導入し、プロピレンの酸化反応を実施した。反応浴温度315℃にて反応開始から20時間以上のエージング反応後、反応管出口ガスの分析より、表1に示す原料転化率および有効収率を求めた。 Using the catalysts obtained in the above Examples and Comparative Examples, the oxidation reaction of propylene was carried out by the following method to determine the raw material conversion rate and the effective yield. 68 ml of each catalyst was filled in a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 28.4 mm, and a mixed gas having a gas volume ratio of propylene: oxygen: steam = 1.0: 1.7: 3.0 was introduced at a propylene space velocity of 71 hr- 1. , Propylene oxidation reaction was carried out. After the aging reaction at a reaction bath temperature of 315 ° C. for 20 hours or more from the start of the reaction, the raw material conversion rate and the effective yield shown in Table 1 were determined by analysis of the reaction tube outlet gas.

Figure 2020151612
Figure 2020151612

上記実施例および比較例で得られた触媒のX線回折角度2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比と(J−L)/10の値を表2に示す。
なお、2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比は2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度を2θ=26.5°±0.3°の強度で除し、100を乗じて得た値である。
Table 2 shows the ratio of the maximum peak intensities within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 28.4 ± 0.15 ° of the catalysts obtained in the above Examples and Comparative Examples and the value of (JL) / 10. ..
The ratio of the maximum peak intensities within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° is the maximum peak intensity within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° to 2θ = 26.5 ° ± 0.3. It is a value obtained by dividing by the intensity of ° and multiplying by 100.

Figure 2020151612
Figure 2020151612

本発明の触媒を使用することにより、不飽和アルデヒド化合物、不飽和カルボン酸化合物、を酸化的に製造する場合に、低い反応浴温度で高い収率を得ることが可能である。 By using the catalyst of the present invention, it is possible to obtain a high yield at a low reaction bath temperature when an unsaturated aldehyde compound or an unsaturated carboxylic acid compound is oxidatively produced.

Claims (10)

モリブデン、ビスマス、およびコバルトを必須成分として含有し、550℃で触媒の焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(J)が36.0以上57.5以下である触媒。 The maximum peak intensity within the range of the X-ray diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.3 ° in the X-ray diffraction pattern when molybdenum, bismuth, and cobalt are contained as essential components and the catalyst is fired at 550 ° C. A catalyst having a maximum peak intensity ratio (J) in the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° to 36.0 or more and 57.5 or less. 触媒組成が下記式(1)で表される請求項1に記載の触媒。
Moa1Bib1Nic1Cod1Fee1f1g1h1i1・・・(1)
(式中、Mo、Bi、Ni、CoおよびFeはそれぞれモリブデン、ビスマス、ニッケル、コバルトおよび鉄を表し、Xはタングステン、アンチモン、錫、亜鉛、クロム、マンガン、マグネシウム、シリカ、アルミニウム、セリウムおよびチタンから選ばれる少なくとも一種の元素、Yはナトリウム、カリウム、セシウム、ルビジウム、およびタリウムから選ばれる少なくとも一種の元素、Zは周期表の第1族から第16族に属し、上記Mo、Bi、Ni、Co、Fe、X、およびY以外の元素から選ばれる少なくとも一種の元素を意味するものであり、a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1、およびi1はそれぞれモリブデン、ビスマス、ニッケル、コバルト、鉄、X、Y、Zおよび酸素の原子数を表し、a1=12としたとき、0<b1≦7、0≦c1≦10、0<d1≦10、0<c1+d1≦20、0≦e1≦5、0≦f1≦2、0≦g1≦3、0≦h1≦5、およびi1=各元素の酸化状態によって決まる値である)
The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst composition is represented by the following formula (1).
Mo a1 Bi b1 Ni c1 Co d1 Fe e1 X f1 Y g1 Z h1 O i1 ... (1)
(In the formula, Mo, Bi, Ni, Co and Fe represent molybdenum, bismuth, nickel, cobalt and iron, respectively, and X represents tungsten, antimony, tin, zinc, chromium, manganese, magnesium, silica, aluminum, cerium and titanium. At least one element selected from, Y is at least one element selected from sodium, potassium, cesmuth, rubidium, and tarium, Z belongs to groups 1 to 16 of the periodic table, and Mo, Bi, Ni, It means at least one element selected from elements other than Co, Fe, X, and Y, and a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, and i1 are molybdenum, bismuth, and nickel, respectively. , Cobalt, iron, X, Y, Z and oxygen, and when a1 = 12, 0 <b1 ≦ 7, 0 ≦ c1 ≦ 10, 0 <d1 ≦ 10, 0 <c1 + d1 ≦ 20, 0 ≦ e1 ≦ 5, 0 ≦ f1 ≦ 2, 0 ≦ g1 ≦ 3, 0 ≦ h1 ≦ 5, and i1 = values determined by the oxidation state of each element)
請求項2に記載の触媒であって、ニッケルを必須成分とし、上記式(1)中のb1、c1、d1が下記式(2)の関係にある触媒。

0.325≦c1/(b1+d1)≦0.405・・・(2)
The catalyst according to claim 2, wherein nickel is an essential component, and b1, c1, and d1 in the above formula (1) are related to the following formula (2).

0.325 ≤ c1 / (b1 + d1) ≤ 0.405 ... (2)
540℃で焼成を行った場合のX線回折パターンにおけるX線回折角度2θ=26.5±0.3°の範囲内の最大ピーク強度に対する2θ=28.4±0.15°の範囲内の最大ピーク強度の比(L)と上記(J)が下記式(3)の関係にある請求項1乃至3のいずれか一項に記載の触媒。

−0.133≦(J−L)/10≦0.869・・・(3)
The X-ray diffraction angle in the X-ray diffraction pattern when firing at 540 ° C. is within the range of 2θ = 28.4 ± 0.15 ° with respect to the maximum peak intensity within the range of 2θ = 26.5 ± 0.3 °. The catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio (L) of the maximum peak intensity and the above (J) have a relationship of the following formula (3).

-0.133 ≤ (J-L) / 10 ≤ 0.869 ... (3)
不活性担体に担持された請求項1乃至4のいずれか一項に記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 4, which is carried on an inert carrier. 前記不活性担体がシリカ及び/又はアルミナである請求項5に記載の触媒。 The catalyst according to claim 5, wherein the inert carrier is silica and / or alumina. 触媒が不飽和アルデヒド化合物、及び/又は不飽和カルボン酸化合物の製造用である請求項1乃至6のいずれか一項に記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalyst is for producing an unsaturated aldehyde compound and / or an unsaturated carboxylic acid compound. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の触媒を用いた不飽和アルデヒド化合物、及び/又は不飽和カルボン酸化合物の製造方法。 A method for producing an unsaturated aldehyde compound and / or an unsaturated carboxylic acid compound using the catalyst according to any one of claims 1 to 7. 請求項8において不飽和アルデヒド化合物がアクロレインであり、不飽和カルボン酸化合物がアクリル酸である製造方法。 The production method according to claim 8, wherein the unsaturated aldehyde compound is acrolein and the unsaturated carboxylic acid compound is acrylic acid. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の触媒を用いて製造された不飽和アルデヒド化合物及び/又は不飽和カルボン酸化合物。 An unsaturated aldehyde compound and / or an unsaturated carboxylic acid compound produced by using the catalyst according to any one of claims 1 to 7.
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