JP2021133272A - Catalyst precursor and complex oxide catalyst - Google Patents

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JP2021133272A JP2020029035A JP2020029035A JP2021133272A JP 2021133272 A JP2021133272 A JP 2021133272A JP 2020029035 A JP2020029035 A JP 2020029035A JP 2020029035 A JP2020029035 A JP 2020029035A JP 2021133272 A JP2021133272 A JP 2021133272A
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佑一朗 平野
Yuichiro Hirano
佑一朗 平野
大 永田
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大 永田
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Abstract

To provide a catalyst precursor that makes it possible to prevent both the occurrence of NOx and the degradation of catalytic performance in latter-stage firing at the same time.SOLUTION: The present disclosure provides a precursor of a complex oxide catalyst that is used when producing unsaturated aldehyde and/or unsaturated carboxylic acid from hydrocarbon. In the precursor, an amount of nitrogen left after pre-stage firing is 0.01-1.3 mass%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる複合酸化物触媒の前駆体、及びその触媒前駆体を用いて得られる複合酸化物触媒に関する。 The present invention relates to a precursor of a composite oxide catalyst used in producing an unsaturated aldehyde and / or an unsaturated carboxylic acid from a hydrocarbon, and a composite oxide catalyst obtained by using the catalyst precursor.

プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、及びt−ブチルアルコールから選ばれる少なくとも1種を原料とし、不飽和アルデヒドを中間体として、酸化的エステル化反応によって、アクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを製造する方法は、直メタ法と呼ばれる2つの反応工程からなる方法と、直酸法と呼ばれる3つの反応工程からなる方法とが知られている。「石油化学プロセス」(石油学会編、第172〜176頁、講談社サイエンティフィク)によると、直酸法は3つの工程でアクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを製造するプロセスであり、第1酸化工程はプロピレン、イソブチレン及びt−ブチルアルコールから選ばれる少なくとも一つの出発物質を、触媒の存在下で分子状酸素と気相接触酸化反応させて、アクロレイン、又はメタクロレインを製造する工程である。第2酸化工程は、第1酸化工程で得られたアクロレイン、又はメタクロレインを触媒の存在下で分子状酸素と気相接触酸化反応させて、アクリル酸、又はメタクリル酸を製造する工程である。エステル化工程は、第2酸化工程で得られたアクリル酸、又はメタクリル酸をさらにエステル化して、その際にアルコールとしてメタノールを用いた場合には、アクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを得る工程である。
これに対し、直メタ法は、プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、及びt−ブチルアルコールからなる群から選択される少なくとも1種を原料とし、分子状酸素含有ガスを用いて気相接触酸化反応させて、アクロレイン、又はメタクロレインを製造する第1反応工程と、得られたアクロレイン、又はメタクロレインと、例えばアルコールとしてメタノールと分子状酸素とを反応させて、一挙にアクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを製造する第2反応工程の2つの触媒反応工程からなる方法である。
A method for producing methyl acrylate or methyl methacrylate by an oxidative esterification reaction using at least one selected from propylene, isobutylene, isobutanol, and t-butyl alcohol as a raw material and unsaturated aldehyde as an intermediate. , A method consisting of two reaction steps called the direct meta method and a method consisting of three reaction steps called the direct acid method are known. According to the "Petrochemical Process" (edited by the Petroleum Society, pp. 172 to 176, Kodansha Scientific), the direct acid method is a process for producing methyl acrylate or methyl methacrylate in three steps, and is the first oxidation process. The step is a step of producing acrolein or methacrolein by subjecting at least one starting material selected from propylene, isobutylene and t-butyl alcohol to a gas phase catalytic oxidation reaction with molecular oxygen in the presence of a catalyst. The second oxidation step is a step of producing acrylic acid or methacrylic acid by subjecting acrolein or methacrolein obtained in the first oxidation step to a vapor phase catalytic oxidation reaction with molecular oxygen in the presence of a catalyst. The esterification step is a step of further esterifying acrylic acid or methacrylic acid obtained in the second oxidation step to obtain methyl acrylate or methyl methacrylate when methanol is used as the alcohol at that time. be.
On the other hand, in the direct methacrolein method, at least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, isobutanol, and t-butyl alcohol is used as a raw material, and a gas-phase catalytic oxidation reaction is carried out using a molecular oxygen-containing gas. In the first reaction step of producing methacrolein or methacrolein, the obtained methacrolein or methacrolein is reacted with, for example, methanol as an alcohol and molecular oxygen to produce methyl acrylate or methyl methacrylate at once. It is a method consisting of two catalytic reaction steps of the second reaction step to be produced.

不飽和アルデヒドを主成分として製造する際に用いられる触媒として、これまでに数多くの報告があり、古くはソハイオ社によって見出された、必須成分としてMo、Biを含む複合酸化物触媒が数多く報告されている。 There have been many reports on catalysts used in the production of unsaturated aldehydes as the main component, and many composite oxide catalysts containing Mo and Bi as essential components, which were found by Sohaio in the past, have been reported. Has been done.

例えば、特許文献1には、MoとBiの複合酸化物がβ相を含むことにより、安定に酸化力を保持することが可能になり、不飽和アルデヒドを高選択率及び高収率で得られることが報告されている。 For example, in Patent Document 1, since the composite oxide of Mo and Bi contains a β phase, it becomes possible to stably maintain the oxidizing power, and an unsaturated aldehyde can be obtained with a high selectivity and a high yield. Has been reported.

特開2017−24009号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-2409

特許文献1に記載された複合酸化物触媒は、原料スラリーを乾燥して得られる乾燥体を3段階で焼成することで製造している。しかしながら、ここで第1焼成後の第1焼成体は、十分に脱硝が行われておらず、その後の後段焼成においても多量のNOxが発生するおそれがあり、それを除去するための設備が必要となる。一方、脱硝が過剰であると前段焼成において単純酸化物が成長しやすくなるため、最終的に得られる触媒の性能が低下するという問題がある。 The composite oxide catalyst described in Patent Document 1 is produced by calcining a dried product obtained by drying a raw material slurry in three stages. However, here, the first fired body after the first firing has not been sufficiently denitrated, and a large amount of NOx may be generated in the subsequent subsequent firing, and equipment for removing it is required. It becomes. On the other hand, if the denitration is excessive, the simple oxide tends to grow in the pre-calcination, so that there is a problem that the performance of the catalyst finally obtained is deteriorated.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる複合酸化物触媒の前駆体において、前段焼成後の残窒素量を特定範囲に調整することで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have made a precursor of a composite oxide catalyst used in producing unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids from hydrocarbons after pre-firing. We have found that the above problems can be solved by adjusting the amount of residual nitrogen to a specific range, and arrived at the present invention.
That is, the present invention is as follows.

[1]
炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる複合酸化物触媒の前駆体であって、
前段焼成後の残窒素量が0.01〜1.3質量%である触媒前駆体。
[2]
上記[1]記載の触媒前駆体を用いて得られる複合酸化物触媒。
[3]
モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含有し、下記組成式(1)で表される組成を有する金属酸化物;
Mo12BiaFebCocCedefg (1)
(式中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウム、Aはカリウム、セシウム及びルビジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bはニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム及びユウロピウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、0<a≦8、0<b≦6、1≦c≦12、0<d≦8、0.01≦e≦2、0≦f<2であり、gは酸素以外の構成元素の原子価によって決まる酸素の原子数である。)を含む、上記[2]に記載の複合酸化物触媒。
[4]
上記[2]又は[3]記載の複合酸化物触媒の製造方法であって、
触媒を構成する原料を混合して原料スラリーを得る工程と、
前記原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る工程と、
前記乾燥体を前段焼成することにより触媒前駆体を得る工程と、
前記触媒前駆体を後段焼成することにより複合酸化物触媒を得る工程と、
を含み、
前記前段焼成が200〜400℃の温度範囲で実施される、製造方法。
[5]
前記前段焼成が1〜10時間かけて実施される、上記[4]に記載の複合酸化物触媒の製造方法。
[6]
上記[2]又は[3]記載の複合酸化物触媒を用いて炭化水素を酸化する工程を含む、不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸の製造方法。
[1]
A precursor of a composite oxide catalyst used in the production of unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids from hydrocarbons.
A catalyst precursor having a residual nitrogen content of 0.01 to 1.3% by mass after calcination in the first stage.
[2]
A composite oxide catalyst obtained by using the catalyst precursor according to the above [1].
[3]
A metal oxide containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt and cerium and having a composition represented by the following composition formula (1);
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g (1)
(In the formula, Mo is molybdenum, Bi is bismuth, Fe is iron, Co is cobalt, Ce is cerium, A is potassium, cesium and rubidium, and B is nickel and manganese. , Copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lantern, placeodium, neodymium and europium, indicating at least one element selected from the group, a to f are atoms of each element with respect to Mo12 atom. The ratio is shown, 0 <a ≦ 8, 0 <b ≦ 6, 1 ≦ c ≦ 12, 0 <d ≦ 8, 0.01 ≦ e ≦ 2, 0 ≦ f <2, and g is a configuration other than oxygen. The composite oxide catalyst according to the above [2], which comprises (the number of atoms of oxygen determined by the atomic value of the element).
[4]
The method for producing a composite oxide catalyst according to the above [2] or [3].
The process of mixing the raw materials that make up the catalyst to obtain a raw material slurry, and
The step of drying the raw material slurry to obtain a dried product, and
A step of obtaining a catalyst precursor by firing the dried product in the previous stage, and
A step of obtaining a composite oxide catalyst by firing the catalyst precursor in the subsequent stage, and
Including
A manufacturing method in which the first-stage firing is carried out in a temperature range of 200 to 400 ° C.
[5]
The method for producing a composite oxide catalyst according to the above [4], wherein the first-stage firing is carried out over 1 to 10 hours.
[6]
A method for producing an unsaturated aldehyde and / or an unsaturated carboxylic acid, which comprises a step of oxidizing a hydrocarbon using the composite oxide catalyst according to the above [2] or [3].

本発明の触媒前駆体は、前段焼成後の残窒素量が特定範囲に調整されており、これにより後段焼成におけるNOxの発生と触媒性能の低下の両方を同時に抑制することができる。 In the catalyst precursor of the present invention, the amount of residual nitrogen after the first-stage calcination is adjusted to a specific range, whereby both the generation of NOx and the deterioration of the catalyst performance in the second-stage calcination can be suppressed at the same time.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

本実施形態における複合酸化物触媒前駆体は、
炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる複合酸化物触媒の前駆体であって、
前段焼成後の残窒素量が0.01〜1.3質量%である。
The composite oxide catalyst precursor in this embodiment is
A precursor of a composite oxide catalyst used in the production of unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids from hydrocarbons.
The amount of residual nitrogen after firing in the first stage is 0.01 to 1.3% by mass.

炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる複合酸化物触媒は、原料スラリーを乾燥して乾燥体を得た後、得られた乾燥体を前段焼成と後段焼成の2段階以上の焼成に供することで製造される。ここで、本実施形態においては、「触媒前駆体」とは、上記前段焼成工程後、後段焼成工程前のものをいい、この触媒前駆体の残窒素量が0.01〜1.3質量%に調整されている。 The composite oxide catalyst used in producing unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids from hydrocarbons is obtained by drying the raw material slurry to obtain a dried product, and then firing the obtained dried product in the first stage firing and the second stage firing. It is manufactured by subjecting it to firing in two or more stages. Here, in the present embodiment, the "catalyst precursor" refers to those after the first-stage firing step and before the second-stage firing step, and the residual nitrogen amount of this catalyst precursor is 0.01 to 1.3% by mass. It has been adjusted to.

触媒前駆体の残窒素量が0.01質量%未満である場合、前段焼成工程において単純酸化物が成長し易くなるため、得られる複合酸化物触媒の性能が低下する。一方、触媒前駆体の残窒素量が1.3質量%超である場合、後段焼成工程において多量のNOxが発生し、それらを除去するための設備コストが大きくなる。 When the residual nitrogen content of the catalyst precursor is less than 0.01% by mass, the simple oxide easily grows in the pre-calcination step, so that the performance of the obtained composite oxide catalyst deteriorates. On the other hand, when the amount of residual nitrogen in the catalyst precursor exceeds 1.3% by mass, a large amount of NOx is generated in the subsequent firing step, and the equipment cost for removing them increases.

触媒前駆体の残窒素量を0.01〜1.3質量%に調整するための方法としては、特に限定されないが、原料スラリーに添加する硝酸の量を調整することや、前段焼成工程における焼成温度、焼成時間を調整すること等が挙げられる。 The method for adjusting the residual nitrogen amount of the catalyst precursor to 0.01 to 1.3% by mass is not particularly limited, but the amount of nitric acid added to the raw material slurry can be adjusted or calcination in the pre-stage calcination step. For example, adjusting the temperature and firing time.

触媒前駆体の残窒素量は、CHN元素分析により測定することができる。具体的には、後述する実施例に記載された方法に従って測定することができる。 The amount of residual nitrogen in the catalyst precursor can be measured by CHN elemental analysis. Specifically, the measurement can be performed according to the method described in Examples described later.

本実施形態における触媒前駆体は、好ましくは、下記組成式(0)で表される組成を有する金属酸化物を含む。
Mo12BiaFebCocCedefg' (0)
(式中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウム、Aはカリウム、セシウム及びルビジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bはニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム及びユウロピウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、0<a≦8、0<b≦6、1≦c≦12、0<d≦8、0.01≦e≦2、0≦f<2であり、g’は酸素の原子数である。)
The catalyst precursor in the present embodiment preferably contains a metal oxide having a composition represented by the following composition formula (0).
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g '(0)
(In the formula, Mo is molybdenum, Bi is bismuth, Fe is iron, Co is cobalt, Ce is cerium, A is potassium, cesium and rubidium, and B is nickel and manganese. , Copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lantern, placeodium, neodymium and europium, at least one element selected from the group, a to f are atoms of each element with respect to Mo12 atom. The ratio is 0 <a ≦ 8, 0 <b ≦ 6, 1 ≦ c ≦ 12, 0 <d ≦ 8, 0.01 ≦ e ≦ 2, 0 ≦ f <2, and g'is an atom of oxygen. It is a number.)

ここで、上記a〜fについては、後述する複合酸化物触媒に含まれる金属酸化物の式(1)におけるa〜fと同義である。また、上記g’は後段焼成により完全酸化される前の金属酸化物に含まれる酸素の原子数であり、完全酸化後の金属酸化物に含まれる酸素の原子数(式(1)におけるg)よりも小さい値である。 Here, the above a to f are synonymous with a to f in the formula (1) of the metal oxide contained in the composite oxide catalyst described later. Further, g'is the number of oxygen atoms contained in the metal oxide before being completely oxidized by the subsequent firing, and is the number of oxygen atoms contained in the metal oxide after complete oxidation (g in the formula (1)). Is a smaller value.

[複合酸化物触媒]
本実施形態の複合酸化物触媒、上述した触媒前駆体を用いて得ることができる。
(1)組成
本実施形態において複合酸化物触媒の組成は、Mo、Bi、Fe、Co、Ceを含むことが好ましい。BiとMoは、tの複合酸化物を形成させるために必須であり、Mo12原子に対して、Biの原子比aは、好ましくは0<a≦8となるようにする。目的生成物の選択率をより高める観点で、より好ましくは0.2≦a≦6であり、さらに好ましくは0.4≦a≦5である。Ceは、上記MoとBiの複合酸化物の構造安定化に寄与すると考えられている。耐熱性を高める観点で、Ceの原子比dは、好ましくは0≦d≦8であり、より好ましくは0.1≦d≦5、さらに好ましくは0.2≦d≦3である。
[Composite oxide catalyst]
It can be obtained by using the composite oxide catalyst of the present embodiment and the catalyst precursor described above.
(1) Composition In the present embodiment, the composition of the composite oxide catalyst preferably contains Mo, Bi, Fe, Co, and Ce. Bi and Mo are indispensable for forming the composite oxide of t, and the atomic ratio a of Bi to the Mo12 atom is preferably 0 <a ≦ 8. From the viewpoint of further increasing the selectivity of the target product, 0.2 ≦ a ≦ 6 is more preferable, and 0.4 ≦ a ≦ 5 is more preferable. Ce is considered to contribute to the structural stabilization of the composite oxide of Mo and Bi. From the viewpoint of increasing heat resistance, the atomic ratio d of Ce is preferably 0 ≦ d ≦ 8, more preferably 0.1 ≦ d ≦ 5, and even more preferably 0.2 ≦ d ≦ 3.

目的生成物の選択率を低下させることなく触媒活性を高める観点から、Feは、Mo、Biと同様に、工業的に目的生成物を合成する上で含まれていることが好ましい。Feは、Fe2Mo312などの複合酸化物を形成し、気相から酸素を触媒の構造内に取り込み、反応で消費される格子酸素を補い、触媒が過還元されて劣化するのを抑制する働きがある。本実施形態における酸化物触媒のMo12原子に対するFeの原子比bは、好ましくは0<b≦6であり、より好ましくは0.5≦b≦5、さらに好ましくは1≦b≦4である。 From the viewpoint of increasing the catalytic activity without lowering the selectivity of the target product, Fe is preferably contained in industrially synthesizing the target product, like Mo and Bi. Fe forms a composite oxide such as Fe 2 Mo 3 O 12 , takes oxygen from the gas phase into the structure of the catalyst, supplements the lattice oxygen consumed in the reaction, and prevents the catalyst from being overreduced and deteriorated. It has a function of suppressing. The atomic ratio b of Fe to the Mo12 atom of the oxide catalyst in the present embodiment is preferably 0 <b ≦ 6, more preferably 0.5 ≦ b ≦ 5, and even more preferably 1 ≦ b ≦ 4.

本実施形態における複合酸化物触媒において、Coは、Mo、Bi、Feと同様に工業的に目的生成物を合成する上で含まれていることが好ましい。Coは、複合酸化物CoMoO4を形成し、Bi−Mo−O等の活性種を高分散させるための担体としての役割と、気相から酸素を取り込み、Bi−Mo−O等に供給する役割を果たしている。不飽和アルデヒドを高収率で得るには、CoをMoと複合化させ、複合酸化物CoMoO4を形成させることが好ましい。Co34やCoO等の単独酸化物の形成を少なくする観点から、Coの原子比cは、好ましくは1≦c≦12であり、より好ましくは3≦c≦10、さらに好ましくは4≦c≦9である。 In the composite oxide catalyst of the present embodiment, Co is preferably contained in industrially synthesizing the target product in the same manner as Mo, Bi and Fe. Co forms a composite oxide CoMoO 4 and serves as a carrier for highly dispersing active species such as Bi-Mo-O and a role of taking in oxygen from the gas phase and supplying it to Bi-Mo-O and the like. Is playing. In order to obtain an unsaturated aldehyde in a high yield, it is preferable to combine Co with Mo to form the composite oxide CoMoO 4. From the viewpoint of reducing the formation of a single oxide such as Co 3 O 4 or CoO, the atomic ratio c of Co is preferably 1 ≦ c ≦ 12, more preferably 3 ≦ c ≦ 10, and further preferably 4 ≦. c ≦ 9.

本実施形態における複合酸化物触媒は、好ましくは、下記組成式(1)で表される組成を有する金属酸化物を含む。
Mo12BiaFebCocCedefg (1)
(式中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウム、Aはカリウム、セシウム及びルビジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bはニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム及びユウロピウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、0<a≦8、0<b≦6、1≦c≦12、0<d≦8、0.01≦e≦2、0≦f<2であり、gは酸素以外の構成元素の原子価によって決まる酸素の原子数である。)
The composite oxide catalyst in the present embodiment preferably contains a metal oxide having a composition represented by the following composition formula (1).
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g (1)
(In the formula, Mo is molybdenum, Bi is bismuth, Fe is iron, Co is cobalt, Ce is cerium, A is potassium, cesium and rubidium, and B is nickel and manganese. , Copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, placeodium, neodymium and europium. The ratio is shown, 0 <a ≦ 8, 0 <b ≦ 6, 1 ≦ c ≦ 12, 0 <d ≦ 8, 0.01 ≦ e ≦ 2, 0 ≦ f <2, and g is a configuration other than oxygen. It is the number of oxygen atoms determined by the atomic value of the element.)

上記組成式(1)において、Aはカリウム、セシウム及び/又はルビジウムを示し、複合酸化物触媒において、触媒で複合化されなかったMoO3等の酸点を中和する役割を示すと考えられる。Mo12原子に対する元素Aの原子比は、触媒活性の観点から、好ましくは0.01≦e≦2である。Aの原子比eをこの範囲に調整することにより、触媒が塩基性となるのを防ぎ、原料であるオレフィンやアルコールが触媒へ適度に吸着されるため、充分な触媒活性を発現する傾向にある。 In the above composition formula (1), A represents potassium, cesium and / or rubidium, and is considered to play a role in neutralizing acid points such as MoO 3 that have not been compounded with the catalyst in the composite oxide catalyst. The atomic ratio of the element A to the Mo12 atom is preferably 0.01 ≦ e ≦ 2 from the viewpoint of catalytic activity. By adjusting the atomic ratio e of A to this range, the catalyst is prevented from becoming basic, and the olefins and alcohols as raw materials are appropriately adsorbed on the catalyst, so that sufficient catalytic activity tends to be exhibited. ..

上記組成式(1)において、Bは、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、及びユウロピウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛は酸化物中で一部のコバルトに置換し、触媒中のCoMoO4の結晶構造を安定化させる傾向があり、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、ユウロピウムはモリブデンと複合酸化物を形成し、活性を向上させる傾向がある。触媒性能を示す好ましい複合酸化物結晶の生成とのバランスを保つ観点で、Bの原子比fの上限は、f<2であることが好ましい。 In the composition formula (1), B is at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, placeodium, neodymium, and europium. Is shown. Nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin and lead tend to replace some cobalt in the oxide and stabilize the crystal structure of CoMoO 4 in the catalyst, lanthanum, Praseodymium, neodymium, and europium tend to form composite oxides with molybdenum to improve their activity. From the viewpoint of maintaining a balance with the formation of a preferable composite oxide crystal exhibiting catalytic performance, the upper limit of the atomic ratio f of B is preferably f <2.

(2)金属酸化物以外の成分
本実施形態における不飽和アルデヒド/不飽和カルボン酸製造用の複合酸化物触媒は、金属酸化物を担持するための担体を含有してもよい。担体を含む触媒は金属酸化物の高分散化及び担持された金属酸化物に、高い耐摩耗性を与えるという点で好ましいが、固定床反応器で不飽和アルデヒド/不飽和カルボン酸を製造する際に、打錠成型した触媒を用いる場合には担体を含まなくてもよい。押し出し成型法により触媒を成型する場合には、担体成分を含むことが好ましい。担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアが挙げられる。一般的にシリカは、他の担体に比べそれ自身不活性であり、目的生成物に対する選択性を低下させることなく、金属酸化物に対して良好なバインド作用を有する点で好ましい担体である。さらに、シリカ担体は、担持された金属酸化物に、高い耐摩耗性を与え易いという点でも好ましい。押し出し成型法により触媒を成型する場合、触媒全体に対する担体の含有量は5〜10質量%であることが好ましい。
(2) Components other than metal oxide The composite oxide catalyst for producing unsaturated aldehyde / unsaturated carboxylic acid in the present embodiment may contain a carrier for supporting the metal oxide. A catalyst containing a carrier is preferable in that the metal oxide is highly dispersed and the supported metal oxide is provided with high abrasion resistance, but when producing an unsaturated aldehyde / unsaturated carboxylic acid in a fixed bed reactor. In addition, when a tablet-molded catalyst is used, the carrier may not be included. When the catalyst is molded by the extrusion molding method, it is preferable to include a carrier component. Examples of the carrier include silica, alumina, titania, and zirconia. In general, silica is a preferred carrier in that it is itself inert compared to other carriers and has a good binding action on metal oxides without reducing selectivity for the target product. Further, the silica carrier is also preferable in that it easily imparts high wear resistance to the supported metal oxide. When the catalyst is molded by the extrusion molding method, the content of the carrier with respect to the entire catalyst is preferably 5 to 10% by mass.

触媒を流動床反応器で用いる場合も、上記と同様の観点から、シリカを担体として用いることが好ましい。見掛比重を適切にして流動性を良好にする観点から、触媒中の担体の含有量は、触媒の全質量に対して80質量%以下であることが好ましく、より好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。流動床反応用触媒のような強度を要する場合には、実用上十分な耐破砕正や耐摩耗性等を有する観点から、担体の含有量は、触媒の全質量に対して20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。 When the catalyst is used in a fluidized bed reactor, it is preferable to use silica as a carrier from the same viewpoint as described above. From the viewpoint of making the apparent specific gravity appropriate and improving the fluidity, the content of the carrier in the catalyst is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, based on the total mass of the catalyst. More preferably, it is 60% by mass or less. When strength such as a catalyst for fluidized bed reaction is required, the content of the carrier is 20% by mass or more with respect to the total mass of the catalyst from the viewpoint of having sufficient crushing resistance and wear resistance for practical use. It is preferably 30% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more.

[複合酸化物触媒の製造方法]
本実施形態の複合酸化物触媒の製造方法は、好ましくは、
触媒を構成する原料を混合して原料スラリーを得る工程と、
前記原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る工程と、
前記乾燥体を前段焼成することにより触媒前駆体を得る工程と、
前記触媒前駆体を後段焼成することにより複合酸化物触媒を得る工程と、
を含む。
以下、上記各工程を有する複合酸化物触媒の製造方法の好ましい態様について説明する。
[Manufacturing method of composite oxide catalyst]
The method for producing the composite oxide catalyst of the present embodiment is preferably
The process of mixing the raw materials that make up the catalyst to obtain a raw material slurry, and
The step of drying the raw material slurry to obtain a dried product, and
A step of obtaining a catalyst precursor by firing the dried product in the previous stage, and
A step of obtaining a composite oxide catalyst by firing the catalyst precursor in the subsequent stage, and
including.
Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing a composite oxide catalyst having each of the above steps will be described.

(1)原料スラリーの調製
第1の工程では、触媒を構成する各金属元素の触媒原料を混合して原料スラリーを得る。モリブデン、ビスマス、セリウム、鉄、コバルト、カリウム、ルビジウム、セシウム、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、ユウロピウムの各元素源としては、水又は硝酸に可溶なアンモニウム塩、硝酸塩、塩酸塩、有機酸塩を挙げることができ、酸化物や水酸化物、炭酸塩等でもよい。酸化物の場合は、水又は有機溶媒に分散された分散液が好ましく、より好ましくは水に分散された酸化物であり、水に分散されている場合、酸化物を分散させるために高分子等の分散安定剤が含まれていてもよい。酸化物の粒子径は、好ましくは1〜500nm、より好ましくは10〜80nmである。シリカ担体を含有する触媒を製造する場合は、原料スラリーにシリカ原料としてシリカゾルを添加するのが好ましい。
(1) Preparation of Raw Material Slurry In the first step, the catalyst raw materials of each metal element constituting the catalyst are mixed to obtain a raw material slurry. Molybdenum, bismuth, cerium, iron, cobalt, potassium, rubidium, cesium, nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lantern, placeodium, neodymium, and europium are the sources of each element. Examples thereof include ammonium salts, nitrates, hydrochlorides and organic acid salts which are soluble in water or nitrate, and oxides, hydroxides, carbonates and the like may be used. In the case of an oxide, a dispersion liquid dispersed in water or an organic solvent is preferable, and more preferably, the oxide is dispersed in water, and when dispersed in water, a polymer or the like is used to disperse the oxide. Dispersion stabilizer may be included. The particle size of the oxide is preferably 1 to 500 nm, more preferably 10 to 80 nm. When producing a catalyst containing a silica carrier, it is preferable to add silica sol as a silica raw material to the raw material slurry.

原料スラリー中には、スラリーを均一に分散化させる観点から、ポリエチレングリコール、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミドなどの水溶性ポリマーや、アミン類、アミノカルボン酸類、しゅう酸、マロン酸、コハク酸などの多価カルボン酸、グリコール酸、りんご酸、酒石酸、クエン酸などの有機酸を適宜添加することもできる。水溶性ポリマーや有機酸の添加量は特に限定されないが、均一性と生産量のバランスの観点から、金属酸化物に対して0〜30質量%の範囲で添加することが好ましい。 From the viewpoint of uniformly dispersing the slurry in the raw material slurry, water-soluble polymers such as polyethylene glycol, methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid and polyacrylamide, amines, aminocarboxylic acids, oxalic acid, malonic acid, etc. Polyvalent carboxylic acids such as succinic acid and organic acids such as glycolic acid, apple acid, tartaric acid and citric acid can also be added as appropriate. The amount of the water-soluble polymer or organic acid added is not particularly limited, but it is preferable to add the water-soluble polymer or the organic acid in the range of 0 to 30% by mass with respect to the metal oxide from the viewpoint of the balance between the uniformity and the production amount.

原料スラリーの調製方法は、通常用いられる方法であれば特に限定されず、例えば、モリブデンのアンモニウム塩を温水に溶解させた溶液と、ビスマス、セリウム、鉄、コバルト、アルカリ金属を硝酸塩として水又は硝酸水溶液に溶解させた溶液を混合することにより調製することができる。混合後の原料スラリー中の金属元素濃度は、均一性と生産量のバランスの観点から、通常1〜50質量%であり、好ましくは10〜40質量%、より好ましくは20〜40質量%である。 The method for preparing the raw material slurry is not particularly limited as long as it is a commonly used method. For example, a solution in which an ammonium salt of molybdenum is dissolved in warm water and water or nitrate using bismuth, cerium, iron, cobalt and alkali metal as nitrates It can be prepared by mixing a solution dissolved in an aqueous solution. The concentration of metal elements in the raw material slurry after mixing is usually 1 to 50% by mass, preferably 10 to 40% by mass, and more preferably 20 to 40% by mass from the viewpoint of the balance between uniformity and production amount. ..

原料スラリー中に含まれる硝酸の含有量は、触媒前駆体の残窒素量0.01〜1.3質量%を達成する観点から、好ましくは0.1〜1.2質量%であり、より好ましくは0.3〜1.1質量%であり、さらに好ましくは0.4〜1.0質量%である。原料スラリー中に含まれる硝酸の含有量が0.1質量%未満であると、ビスマス化合物の沈殿や単純酸化物が生成し、好ましい複合酸化物結晶相の生成が妨げられる傾向にあり、1.0質量%を超えると、α相やγが生成され易くなる傾向にある。 The content of nitric acid contained in the raw material slurry is preferably 0.1 to 1.2% by mass, more preferably 0.1 to 1.2% by mass, from the viewpoint of achieving the residual nitrogen content of the catalyst precursor of 0.01 to 1.3% by mass. Is 0.3 to 1.1% by mass, more preferably 0.4 to 1.0% by mass. When the content of nitric acid contained in the raw material slurry is less than 0.1% by mass, precipitation of bismuth compounds and simple oxides are formed, which tends to hinder the formation of a preferable composite oxide crystal phase. If it exceeds 0% by mass, α phase and γ tend to be easily generated.

アンモニウム塩の水溶液や分散液と硝酸塩の水溶液や分散液を混合すると沈殿を生じ、スラリーとなる。スラリーのpHを調整する前に、ホモジナイザー等を使用してスラリー中の固形分を粉砕するのが好ましい。上述したとおり、Bi含有量の多い組成にすると、スラリー中の硝酸含有量も高くなる傾向にあり、分散性が低くなり易いことから、ホモジナイザー処理が特に有効である。固形分をより小さく粉砕し、各元素を複合化させ易くする観点から、ホモジナイザーの回転数は、5000〜30000rpmであることが好ましく、10000〜20000rpmであることがより好ましく、15000〜20000rpmであることがさらに好ましい。ホモジナイザー処理の時間は、回転数や固形分量にもよるが、一般的には5分〜2時間とするのが好ましい。ホモジナイザー処理をしない場合、単純酸化物が生成し易くなる。 When an aqueous solution or dispersion of ammonium salt is mixed with an aqueous solution or dispersion of nitrate, a precipitate is formed to form a slurry. Before adjusting the pH of the slurry, it is preferable to grind the solid content in the slurry using a homogenizer or the like. As described above, when the composition has a high Bi content, the nitric acid content in the slurry tends to be high and the dispersibility tends to be low, so that the homogenizer treatment is particularly effective. From the viewpoint of crushing the solid content to a smaller size and facilitating the compounding of each element, the rotation speed of the homogenizer is preferably 5000 to 30000 rpm, more preferably 1000 to 20000 rpm, and 15000 to 20000 rpm. Is even more preferable. The homogenizer treatment time depends on the number of revolutions and the amount of solid content, but is generally preferably 5 minutes to 2 hours. If the homogenizer treatment is not performed, simple oxides are likely to be produced.

原料スラリーが均質でない場合、焼成後の触媒組成が不均質になり、均質に複合化された結晶構造は形成され難くなるため、得られた酸化物の複合化が十分でない場合に、スラリーの調製工程の適正化を試みるのは好ましい態様である。なお、上述の原料スラリーの調製工程は一例であって限定的なものではなく、各元素源の添加の順序を変えてもよく、また、硝酸濃度を調整したり、アンモニア水や硝酸水溶液をスラリー中に添加することによりスラリーのpHや粘度を改質させてもよい。好ましい複合酸化物結晶相を形成させるには、、均質なスラリーにすることが重要であり、この観点から、原料スラリーのpHは8.0以下に調整することが好ましい。原料スラリーのpHは、より好ましくは0.1〜7.0であり、さらに好ましくは0.3〜6.0である。原料スラリーのpHが8.0を超えると、ビスマス化合物の沈殿や単純酸化物が生成し、好ましい複合酸化物結晶相の生成が妨げられる傾向にあり、0.1未満の場合はα相やγが生成され易くなる傾向にある。 If the raw material slurry is not homogeneous, the catalyst composition after firing becomes inhomogeneous, and it becomes difficult to form a homogeneously composited crystal structure. Therefore, when the obtained oxide is not sufficiently composited, the slurry is prepared. Attempting to optimize the process is a preferred embodiment. The above-mentioned raw material slurry preparation step is an example and is not limited, and the order of addition of each element source may be changed, the nitric acid concentration may be adjusted, or an aqueous ammonia or aqueous nitric acid solution may be used as a slurry. The pH and viscosity of the slurry may be modified by adding the slurry. In order to form a preferable composite oxide crystal phase, it is important to prepare a homogeneous slurry, and from this viewpoint, the pH of the raw material slurry is preferably adjusted to 8.0 or less. The pH of the raw material slurry is more preferably 0.1 to 7.0, still more preferably 0.3 to 6.0. If the pH of the raw material slurry exceeds 8.0, precipitation of a bismuth compound or simple oxide tends to be formed, which tends to hinder the formation of a preferable composite oxide crystal phase. If the pH is less than 0.1, α phase or γ Tends to be easily generated.

(2)乾燥
第2の工程では、第1の工程で得られた原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る。乾燥方法としては、特に制限はなく一般に用いられている方法によって行うことができ、蒸発乾涸法、噴霧乾燥法、減圧乾燥法などの任意の方法で行なうことができる。噴霧乾燥法では、通常工業的に実施される遠心方式、二流体ノズル方式及び高圧ノズル方式等の方法によって行うことができ、乾燥熱源としては、スチーム、電気ヒーター等によって加熱された空気を用いることが好ましい。この際、噴霧乾燥装置の乾燥機入口の温度は、通常150〜400℃、好ましくは180〜400℃、より好ましくは200〜350℃である。
(2) Drying In the second step, the raw material slurry obtained in the first step is dried to obtain a dried product. The drying method is not particularly limited and can be carried out by a generally used method, and can be carried out by any method such as an evaporation drying method, a spray drying method and a vacuum drying method. The spray drying method can be performed by methods such as a centrifugal method, a two-fluid nozzle method, and a high-pressure nozzle method, which are usually industrially performed, and as the drying heat source, air heated by steam, an electric heater, or the like is used. Is preferable. At this time, the temperature at the inlet of the dryer of the spray dryer is usually 150 to 400 ° C, preferably 180 to 400 ° C, and more preferably 200 to 350 ° C.

(3)焼成
第3の工程では、第2の工程で得られた乾燥体を焼成する。焼成は、回転炉、トンネル炉、マッフル炉等の焼成炉を用いて行うことができる。乾燥体の焼成方法は、用いる原料によっても異なる。例えば、原料に硝酸イオンを含む場合には、以下の2段階焼成を行うことが好ましい。
(3) Firing In the third step, the dried product obtained in the second step is calcined. The firing can be performed using a firing furnace such as a rotary furnace, a tunnel furnace, or a muffle furnace. The method of firing the dried product also differs depending on the raw material used. For example, when the raw material contains nitrate ions, it is preferable to perform the following two-step firing.

[1]前段焼成(第1焼成)
前段焼成においては、乾燥体を室温から200〜400℃の温度範囲まで昇温し、200〜400℃の範囲の温度で保持することにより触媒前駆体を得る。前段焼成においては、好ましくは200〜300℃、より好ましくは230〜280℃の温度範囲まで昇温する。前段焼成は、乾燥体中に残存している硝酸アンモニウムや原料の金属硝酸塩由来の硝酸を徐々に燃焼させることを目的としており、200〜400℃の温度範囲で保持する時間は、好ましくは1〜10h、より好ましくは2〜9hである。昇温速度は、好ましくは20〜100℃/h、より好ましくは35〜80℃/hである。前段焼成の温度が高すぎたり、時間が長すぎたりすると、前段焼成の段階で単純酸化物が成長し易くなるため、後述の後段焼成において、好ましい複合酸化物結晶相が生成し難くなってしまう。よって、第1焼成における温度及び時間の上限は、単純酸化物の生成が起こらない程度に設定するのが好ましい態様である。
[1] First stage firing (first firing)
In the first-stage firing, the temperature of the dried product is raised from room temperature to a temperature range of 200 to 400 ° C., and the temperature is maintained in the temperature range of 200 to 400 ° C. to obtain a catalyst precursor. In the pre-stage firing, the temperature is preferably raised to a temperature range of 200 to 300 ° C, more preferably 230 to 280 ° C. The purpose of the first-stage firing is to gradually burn the ammonium nitrate remaining in the dried body and the nitric acid derived from the raw material metal nitrate, and the time for holding in the temperature range of 200 to 400 ° C. is preferably 1 to 10 hours. , More preferably 2-9 hours. The rate of temperature rise is preferably 20 to 100 ° C./h, more preferably 35 to 80 ° C./h. If the temperature of the first-stage calcination is too high or the time is too long, the simple oxide tends to grow in the first-stage calcination stage, so that it becomes difficult to form a preferable composite oxide crystal phase in the second-stage calcination described later. .. Therefore, it is preferable that the upper limits of the temperature and time in the first firing are set to such an extent that the formation of simple oxides does not occur.

[2]後段焼成
後段焼成においては、前段焼成において得られた触媒前駆体を、より高温の焼成温度で焼成する。後段焼成は1段階で実施しても、2段階以上で実施してもよい。後段焼成を1段で実施する態様について、以下説明する。
[2] Second-stage firing In the second-stage firing, the catalyst precursor obtained in the first-stage firing is fired at a higher firing temperature. The post-stage firing may be performed in one stage or in two or more stages. A mode in which the subsequent firing is carried out in one stage will be described below.

1段での後段焼成においては、前段焼成において得られた触媒前駆体を、460〜700℃の範囲の温度で保持して複合酸化物触媒を得る。後段焼成における温度は、好ましくは500〜600℃、より好ましくは500〜580℃である。後段焼成では、触媒前駆体における複合酸化物の形成およびその結晶を成長させることを目的とする。後段焼成における保持時間は、通常3〜48時間、好ましくは3〜24時間、より好ましくは3〜10時間である。 In the second-stage calcination in the first stage, the catalyst precursor obtained in the first-stage calcination is held at a temperature in the range of 460 to 700 ° C. to obtain a composite oxide catalyst. The temperature in the subsequent firing is preferably 500 to 600 ° C, more preferably 500 to 580 ° C. The purpose of the subsequent calcination is to form a composite oxide in the catalyst precursor and to grow its crystals. The holding time in the subsequent firing is usually 3 to 48 hours, preferably 3 to 24 hours, and more preferably 3 to 10 hours.

続いて、後段焼成を第2焼成と第3焼成の2段で実施する態様について、以下説明する。 Subsequently, an embodiment in which the latter-stage firing is carried out in two stages of the second firing and the third firing will be described below.

第2焼成においては、前段焼成において得られた触媒前駆体を、400℃超〜460℃まで徐々に昇温し、400℃超〜460℃の範囲の温度で保持して第2焼成体を得る。第2焼成においては、好ましくは1〜10hかけて設定温度まで昇温する。昇温レートは常に一定である必要はない。昇温時間は、好ましくは1〜5h、より好ましくは2〜4hである。第2焼成は、好ましい複合酸化物結晶相を均一に形成し易くすることを目的としている。本発明者らの知見によると、結晶構造は焼成温度と焼成時間の積の影響を受けるため、焼成温度と焼成時間を適切に設定することが好ましい。好ましい複合酸化物結晶相を生成しやくする観点から、第2焼成における温度は、好ましくは420〜450℃、より好ましくは430〜450℃である。第2焼成における保持時間は、好ましくは0.5〜6h、より好ましくは0.5〜5h、さらに好ましくは0.5〜3hである。第2焼成の保持時間が長すぎる場合、後述の第3焼成において、好ましい複合酸化物結晶相の結晶構造が成長し難くなってしまう。よって、第2焼成の温度及び時間の上限は、α相やγ相の生成が起こらない程度に設定するのが好ましい態様である。 In the second firing, the catalyst precursor obtained in the previous firing is gradually heated to over 400 ° C. to 460 ° C. and held at a temperature in the range of over 400 ° C. to 460 ° C. to obtain a second firing body. .. In the second firing, the temperature is preferably raised to a set temperature over 1 to 10 hours. The heating rate does not have to be constant at all times. The heating time is preferably 1 to 5 hours, more preferably 2 to 4 hours. The second calcination is intended to facilitate the uniform formation of a preferable composite oxide crystal phase. According to the findings of the present inventors, since the crystal structure is affected by the product of the firing temperature and the firing time, it is preferable to appropriately set the firing temperature and the firing time. From the viewpoint of facilitating the formation of a preferable composite oxide crystal phase, the temperature in the second firing is preferably 420 to 450 ° C., more preferably 430 to 450 ° C. The holding time in the second firing is preferably 0.5 to 6 h, more preferably 0.5 to 5 h, and even more preferably 0.5 to 3 h. If the holding time of the second firing is too long, it becomes difficult for the crystal structure of the preferable composite oxide crystal phase to grow in the third firing described later. Therefore, it is preferable to set the upper limit of the temperature and time of the second firing to such an extent that the α phase and the γ phase are not generated.

第3焼成においては、第2焼成において得られた第2焼成体を、460〜700℃の範囲の温度で保持して複合酸化物触媒を得る。第3焼成における温度は、好ましくは500〜600℃、より好ましくは500〜580℃である。第3焼成は、第2焼成体で得られた結晶を成長させることを目的とする。第3焼成における保持時間は、通常3〜48時間、好ましくは3〜24時間、より好ましくは3〜10時間である。 In the third firing, the second fired body obtained in the second firing is held at a temperature in the range of 460 to 700 ° C. to obtain a composite oxide catalyst. The temperature in the third firing is preferably 500 to 600 ° C, more preferably 500 to 580 ° C. The purpose of the third firing is to grow the crystals obtained in the second firing body. The holding time in the third firing is usually 3 to 48 hours, preferably 3 to 24 hours, and more preferably 3 to 10 hours.

[3]不飽和アルデヒド/不飽和カルボン酸の製造方法
本実施形態における複合酸化物触媒を用い、炭化水素を酸化反応に供することにより、不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造することができる。
原料となる炭化水素としては、プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、t−ブチルアルコール等が挙げられるが、中でも、プロピレン、イソブチレン等の不飽和炭化水素が好ましい。
[3] Method for producing unsaturated aldehyde / unsaturated carboxylic acid The unsaturated aldehyde and / or unsaturated carboxylic acid can be produced by subjecting a hydrocarbon to an oxidation reaction using the composite oxide catalyst in the present embodiment. can.
Examples of the hydrocarbon used as a raw material include propylene, isobutylene, isobutanol, t-butyl alcohol and the like, and among them, unsaturated hydrocarbons such as propylene and isobutylene are preferable.

以下、不飽和アルデヒド/不飽和カルボン酸の製造方法の具体例について説明するが、本実施形態の製造方法は、以下の具体例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the method for producing an unsaturated aldehyde / unsaturated carboxylic acid will be described, but the production method of the present embodiment is not limited to the following specific examples.

(1)メタクロレイン又はアクロレインの製造方法
メタクロレイン及び/又はメタクリル酸は、例えば、本実施形態の複合酸化物触媒を用いて、イソブチレン、t−ブチルアルコールの気相接触酸化反応を行うことにより得ることができる。気相接触酸化反応は、固定床反応器内の触媒層に、1〜10容量%の、イソブチレン、t−ブチルアルコール、プロピレン単独か、若しくはこれらの混合ガスに対して分子状酸素濃度が1〜20容量%になるように、分子状酸素含有ガスと希釈ガスを添加した混合ガスからなる原料ガスを導入する。イソブチレン、t−ブチルアルコール、プロピレン、若しくはこれらの混合ガスの濃度は、通常1〜10容量%、好ましくは6〜10容量%、より好ましくは7〜9容量%である。反応温度は300〜480℃、好ましくは350℃〜450℃、より好ましくは400℃〜450℃である。圧力は、常圧〜5気圧であり、空間速度400〜4000/hr[Normal temperature pressure (NTP)条件下]で原料ガスを導入することで行うことができる。酸素と、イソブチレン、t−ブチルアルコール、プロピレン単独か、若しくはこれらの混合ガスのモル比は、不飽和アルデヒドの収率を向上させるために反応器の出口酸素濃度を制御する観点から、通常1.0〜2.0であり、好ましくは1.1〜1.8、より好ましくは1.2〜1.8である。
(1) Method for Producing Methacrolein or Acrolein Methacrolein and / or methacrylic acid can be obtained, for example, by carrying out a vapor-phase catalytic oxidation reaction of isobutylene and t-butyl alcohol using the composite oxide catalyst of the present embodiment. be able to. In the gas-phase catalytic oxidation reaction, the molecular oxygen concentration of 1 to 10% by volume of isobutylene, t-butyl alcohol, propylene alone, or a mixed gas thereof is 1 to 1 in the catalyst layer in the fixed bed reactor. A raw material gas composed of a mixed gas to which a molecular oxygen-containing gas and a diluting gas are added is introduced so as to have a volume of 20% by volume. The concentration of isobutylene, t-butyl alcohol, propylene, or a mixed gas thereof is usually 1 to 10% by volume, preferably 6 to 10% by volume, and more preferably 7 to 9% by volume. The reaction temperature is 300 to 480 ° C, preferably 350 ° C to 450 ° C, and more preferably 400 ° C to 450 ° C. The pressure is normal pressure to 5 atm, and can be performed by introducing the raw material gas at a space velocity of 400 to 4000 / hr [Normal temperature pressure (NTP) conditions]. The molar ratio of oxygen to isobutylene, t-butyl alcohol, propylene alone, or a mixture thereof is usually 1. from the viewpoint of controlling the outlet oxygen concentration of the reactor in order to improve the yield of unsaturated aldehyde. It is 0 to 2.0, preferably 1.1 to 1.8, and more preferably 1.2 to 1.8.

分子状酸素含有ガスとしては、例えば、純酸素ガス、及びN2O、空気等の酸素を含むガスが挙げられ、工業的観点から空気が好ましい。希釈ガスとしては、例えば、窒素、二酸化炭素、水蒸気及びこれらの混合ガスが挙げられる。混合ガスにおける、分子状酸素含有ガスと希釈ガスの混合比は、体積比で0.01<分子状酸素/(分子状酸素含有ガス+希釈ガス)<0.3の条件を満足することが好ましい。さらに、原料ガスにおける分子状酸素の濃度は1〜20容量%であることが好ましい。 The molecular oxygen-containing gas, e.g., pure oxygen gas, and N 2 O, include gas containing oxygen such as air, air from an industrial point of view are preferred. Examples of the diluting gas include nitrogen, carbon dioxide, water vapor and a mixed gas thereof. The mixing ratio of the molecular oxygen-containing gas and the diluted gas in the mixed gas preferably satisfies the condition of 0.01 <molecular oxygen / (molecular oxygen-containing gas + diluted gas) <0.3 in terms of volume ratio. .. Further, the concentration of molecular oxygen in the raw material gas is preferably 1 to 20% by volume.

原料ガス中の水蒸気は、触媒へのコーキングを防ぐ観点からは必要であるが、アクリル酸、メタクリル酸、酢酸等のカルボン酸の副生を抑制する場合は、できるだけ希釈ガス中の水蒸気濃度を下げることが好ましい。原料ガス中の水蒸気は、通常0〜30容量%の範囲で使用される。 Water vapor in the raw material gas is necessary from the viewpoint of preventing caulking to the catalyst, but when suppressing the by-product of carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and acetic acid, reduce the water vapor concentration in the diluted gas as much as possible. Is preferable. The water vapor in the raw material gas is usually used in the range of 0 to 30% by volume.

以下に実施例を示して、本実施形態をより詳細に説明するが、本実施形態は以下に記載の実施例によって限定されるものではない。なお、複合酸化物触媒における酸素原子の原子比は、他の元素の原子価条件により決定されるものであり、実施例及び比較例においては、触媒の組成を表す式中、酸素原子の原子比は省略する。また、複合酸化物触媒における各元素の組成比は、仕込みの組成比から算出した。 The present embodiment will be described in more detail with reference to the following examples, but the present embodiment is not limited to the examples described below. The atomic ratio of oxygen atoms in the composite oxide catalyst is determined by the valence conditions of other elements. In Examples and Comparative Examples, the atomic ratios of oxygen atoms in the formula representing the composition of the catalyst. Is omitted. The composition ratio of each element in the composite oxide catalyst was calculated from the composition ratio of the charged material.

<製造例1>
バルク組成がMo12Bi1.1Fe1.9Co7.4Ce0.5Cs0.40.2g(gは存在する他の元素の原子価要求を満足させるのに必要な酸素の原子数である。)で表される複合酸化物触媒を製造した。
<Manufacturing example 1>
The bulk composition is represented by Mo 12 Bi 1.1 Fe 1.9 Co 7.4 Ce 0.5 Cs 0.4 K 0.2 Og (g is the number of oxygen atoms required to satisfy the valence requirements of other elements present). A composite oxide catalyst was produced.

<第一焼成体の残窒素量の測定>
前段焼成後の触媒前駆体中の残窒素量はCHN法にて測定を行った。CHN法測定装置としては、ジェイサイエンスラボ社製MICRO ORDER JM10を用いた。
<Measurement of residual nitrogen amount in the first fired body>
The amount of residual nitrogen in the catalyst precursor after the first calcination was measured by the CHN method. As the CHN method measuring device, MICRO ORDER JM10 manufactured by J-Science Lab was used.

<NOx発生量の算出>
第一焼成体の残窒素は後段焼成時にNOxとなって放出される。後段焼成品は残窒素量が0wt%となっていることから、全量がNOxとして放出されたと考え、発生量を算出した。
<Calculation of NOx generation amount>
The residual nitrogen of the first fired body is released as NOx during the subsequent firing. Since the residual nitrogen content of the second-stage fired product was 0 wt%, it was considered that the entire amount was released as NOx, and the generated amount was calculated.

<必要な空気量の算出>
NOxが発生した場合、その設備によって排出規制濃度が決定される。そのため、後段焼成時に想定されるNOx発生量に対して、排出規制濃度を十分に満たすような空気を導入する必要があり、その際の必要な空気量を算出した。
<Calculation of required air volume>
When NOx is generated, the emission control concentration is determined by the equipment. Therefore, it is necessary to introduce air that sufficiently satisfies the emission regulation concentration with respect to the amount of NOx generated during the subsequent firing, and the required amount of air at that time is calculated.

実施例及び比較例において、反応成績を示すために用いた選択率はそれぞれ次式で定義される。
選択率=(生成した化合物のモル数/反応した原料のモル数)×100
In the examples and comparative examples, the selectivity used to show the reaction results is defined by the following equation, respectively.
Selectivity = (number of moles of produced compound / number of moles of reacted raw material) x 100

[実施例1]
約90℃の温水にヘプタモリブデン酸アンモニウムを溶解させた(A液)。また、硝酸ビスマス、硝酸鉄、硝酸セシウム、硝酸セリウム、硝酸カリウム、及び硝酸コバルトを18質量%の硝酸水溶液に溶解させ、約90℃の温水を添加した(B液)。A液とB液の両液を混合し、原料スラリーを得た。この原料スラリーを、噴霧乾燥器に送り、入り口温度250℃、出口温度約140℃で噴霧乾燥し、触媒前駆体(乾燥体)を得た。得られた触媒前駆体を空気中で室温から400℃まで昇温速度100℃/hにて昇温し、6時間保持することで前段焼成を行い、触媒前駆体を得た。得られた触媒前駆体の残窒素量をCHN法により測定した。その結果を表1に示す。得られた触媒前駆体を空気中で、540℃まで2hかけて昇温し、540℃で3時間保持することで後段焼成を行い、複合酸化物触媒を得た。「触媒の反応評価として、触媒4.0gを直径14mmのジャケット付SUS製反応管に充填し、反応温度390℃でイソブチレン8.3容量%、酸素13.3容量%、水蒸気3.0容量%及び不活性ガス容量75.4%からなる混合ガスを120mL/min(NTP)の流量で通気し、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表1に示す。
[Example 1]
Ammonium heptamolybdate was dissolved in warm water at about 90 ° C. (Liquid A). Further, bismuth nitrate, iron nitrate, cesium nitrate, cerium nitrate, potassium nitrate, and cobalt nitrate were dissolved in an aqueous nitric acid solution of 18% by mass, and warm water at about 90 ° C. was added (solution B). Both liquids A and B were mixed to obtain a raw material slurry. This raw material slurry was sent to a spray dryer and spray-dried at an inlet temperature of 250 ° C. and an outlet temperature of about 140 ° C. to obtain a catalyst precursor (dried product). The obtained catalyst precursor was heated in air from room temperature to 400 ° C. at a heating rate of 100 ° C./h and held for 6 hours to perform pre-calcination to obtain a catalyst precursor. The amount of residual nitrogen in the obtained catalyst precursor was measured by the CHN method. The results are shown in Table 1. The obtained catalyst precursor was heated to 540 ° C. for 2 hours in air and held at 540 ° C. for 3 hours for subsequent firing to obtain a composite oxide catalyst. "As a reaction evaluation of the catalyst, 4.0 g of the catalyst was filled in a SUS reaction tube with a jacket having a diameter of 14 mm, and at a reaction temperature of 390 ° C., 8.3% by volume of isobutylene, 13.3% by volume of oxygen, and 3.0% by volume of water vapor. A mixed gas having an inert gas capacity of 75.4% was aerated at a flow rate of 120 mL / min (NTP) to carry out a methacrolein synthesis reaction. The reaction evaluation results are shown in Table 1.

[実施例2〜実施例11]
表1に記載された条件以外は実施例1と同様の方法によりメタクロレインの合成反応を行った。結果を表1に示す。
[Examples 2 to 11]
The synthetic reaction of methacrolein was carried out by the same method as in Example 1 except for the conditions shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

[比較例1〜比較例3]
表1に記載された条件以外は実施例1と同様の方法によりメタクロレインの合成反応を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Examples 1 to 3]
The synthetic reaction of methacrolein was carried out by the same method as in Example 1 except for the conditions shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2021133272
Figure 2021133272

本発明は、炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられ、酸化物触媒としての産業上利用可能性を有する。 The present invention is used in producing unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids from hydrocarbons and has industrial potential as an oxide catalyst.

Claims (6)

炭化水素から不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる複合酸化物触媒の前駆体であって、
前段焼成後の残窒素量が0.01〜1.3質量%である触媒前駆体。
A precursor of a composite oxide catalyst used in the production of unsaturated aldehydes and / or unsaturated carboxylic acids from hydrocarbons.
A catalyst precursor having a residual nitrogen content of 0.01 to 1.3% by mass after calcination in the first stage.
請求項1記載の触媒前駆体を用いて得られる複合酸化物触媒。 A composite oxide catalyst obtained by using the catalyst precursor according to claim 1. モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含有し、下記組成式(1)で表される組成を有する金属酸化物;
Mo12BiaFebCocCedefg (1)
(式中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウム、Aはカリウム、セシウム及びルビジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bはニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム及びユウロピウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、0<a≦8、0<b≦6、1≦c≦12、0<d≦8、0.01≦e≦2、0≦f<2であり、gは酸素以外の構成元素の原子価によって決まる酸素の原子数である。)を含む、請求項2に記載の複合酸化物触媒。
A metal oxide containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt and cerium and having a composition represented by the following composition formula (1);
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g (1)
(In the formula, Mo is molybdenum, Bi is bismuth, Fe is iron, Co is cobalt, Ce is cerium, A is potassium, cesium and rubidium, and B is nickel and manganese. , Copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lantern, placeodium, neodymium and europium, indicating at least one element selected from the group, a to f are atoms of each element with respect to Mo12 atom. The ratio is shown, 0 <a ≦ 8, 0 <b ≦ 6, 1 ≦ c ≦ 12, 0 <d ≦ 8, 0.01 ≦ e ≦ 2, 0 ≦ f <2, and g is a configuration other than oxygen. The composite oxide catalyst according to claim 2, which comprises (the number of atoms of oxygen determined by the atomic value of the element).
請求項2又は3記載の複合酸化物触媒の製造方法であって、
触媒を構成する原料を混合して原料スラリーを得る工程と、
前記原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る工程と、
前記乾燥体を前段焼成することにより触媒前駆体を得る工程と、
前記触媒前駆体を後段焼成することにより複合酸化物触媒を得る工程と、
を含み、
前記前段焼成が200〜400℃の温度範囲で実施される、製造方法。
The method for producing a composite oxide catalyst according to claim 2 or 3.
The process of mixing the raw materials that make up the catalyst to obtain a raw material slurry, and
The step of drying the raw material slurry to obtain a dried product, and
A step of obtaining a catalyst precursor by firing the dried product in the previous stage, and
A step of obtaining a composite oxide catalyst by firing the catalyst precursor in the subsequent stage, and
Including
A manufacturing method in which the first-stage firing is carried out in a temperature range of 200 to 400 ° C.
前記前段焼成が1〜10時間かけて実施される、請求項4に記載の複合酸化物触媒の製造方法。 The method for producing a composite oxide catalyst according to claim 4, wherein the first-stage firing is carried out over 1 to 10 hours. 請求項2又は3記載の複合酸化物触媒を用いて炭化水素を酸化する工程を含む、不飽和アルデヒドおよび/または不飽和カルボン酸の製造方法。 A method for producing an unsaturated aldehyde and / or an unsaturated carboxylic acid, which comprises a step of oxidizing a hydrocarbon using the composite oxide catalyst according to claim 2 or 3.
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