JP2702864B2 - 触媒の再生方法 - Google Patents
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Description
詳しくは炭化物の付着によって触媒活性が低下したモリ
ブデン−バナジウム系酸化触媒を分子状酸素と水蒸気と
を含有する混合ガスの流通下に熱処理して付着した炭化
物を除去することにより触媒を安全かつ効率よく再生す
る方法に関する。
下し(以下、失活ということもある)、目的とする生成
物の収率が低下することが多い。例えば、反応途中での
異常反応による突然の失活、長期連続運転中での触媒構
造の変化による緩慢な失活などがある。また、これとは
別に反応中に生成される極めて少量の副生成物が触媒上
に強吸着されることによって触媒活性が低下し、目的と
する生成物の収率が低下することがある。
飽和カルボン酸を製造するための酸化触媒についても、
様々な理由で失活した触媒を再生する方法に関して、種
々の提案がなされている。しかし、特開昭47−330
82、特開昭54−2293、特開昭53−11379
0号各公報などに提案された方法は、反応器に充填され
た触媒を一旦抜き出し、複雑な操作を加えて再生するも
のであり、再生効率、処理操作、経済性の面で充分満足
できるものとはいえない。また、特開昭58−1563
51、特開昭63−42738号各公報には、触媒を反
応器に充填したままの状態で触媒を再酸化して再生する
方法が提案されているが、これら方法は、その対象とな
る触媒および反応が極めて狭い範囲に限定されているば
かりでなく、触媒活性の低下が副生成物の吸着による場
合には、その再生効果は不十分であるといわざるを得な
い。
ンまたはアクロレイン含有の反応原料ガスの気相酸化に
よるアクリル酸製造用触媒であって、触媒活性が低下し
たモリブデン−バナジウム系酸化触媒を安全かつ効率よ
く再生する方法を提供することを目的とする。
たモリブデン−バナジウム系酸化触媒を反応器、例えば
固定床式多管反応器に充填したまま安全かつ効率よく再
生することを目的とする。
酸化触媒を用いてアクロレインまたはアクロレイン含有
の反応原料ガスを接触気相酸化してアクリル酸を製造す
る際、その触媒の活性を低下させる原因の一つが極微少
量の副生成物が触媒上に吸着され炭化物になったもので
あること、またこの炭化物が、分子状酸素と水蒸気とを
含有する混合ガスの流通下に、熱処理することにより容
易に除去され、触媒の活性が回復できることを知り、こ
の知見に基づいて本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、アクロレインまたはアクロレイン含有の
反応原料ガスの気相酸化によるアクリル酸製造用触媒で
あって、触媒活性が低下したモリブデン−バナジウム系
酸化触媒を、少なくとも3容量%の分子状酸素および少
なくとも0.1容量%の水蒸気を含有する混合ガスの流
通下に、300〜450℃の範囲の温度で熱処理するこ
とを特徴とする触媒の再生方法に関する。
バナジウム系酸化触媒、特にアクロレインまたはアクロ
レイン含有の反応原料ガスを気相酸化してアクリル酸を
製造する際に使用するモリブデンおよびバナジウムを必
須成分とする酸化触媒に好適に適用される。モリブデン
およびバナジウム以外の成分については、特に制限はな
く、アクリル酸製造用のモリブデン−バナジウム系酸化
触媒に一般に用いられている公知の成分を含むことがで
きる。好適なモリブデン−バナジウム系酸化触媒の具体
例としては、下記一般式で表される酸化触媒を挙げるこ
とができる。
ナジウムであり、Aはタングステンおよびニオビウムか
ら選ばれる少なくとも1種の元素であり、Bは鉄、銅、
ニッケル、アンチモンおよびクロムから選ばれる少なく
とも1種の元素であり、Cはアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素であり、
Dはケイ素、アルミニウム、チタニウムおよびジルコニ
ウムより選ばれる1種の元素であり、Oは酸素であり、
a、b、c、d、e、fおよびxは各元素の原子比率を
示し、a=12のときb=1〜10、c=0〜5、d=
0〜6、e=0〜3、f=0〜6であり、xは上記各成
分の原子価を満足するに必要な酸素原子数を示す。
レイン含有の反応原料ガスを接触気相酸化してアクリル
酸を製造する工程で触媒活性の低下したモリブデン−バ
ナジウム系酸化触媒について検討したところ、この接触
気相酸化反応が比較的低い温度で行われるため昇華など
による触媒中の特定成分の減少はあまり発生していない
こと、また触媒成分の結晶構造自体には著しい変化は認
められなかった。さらに検討したところ、触媒表面に炭
化物の付着が認められ、触媒表面の金属酸化物成分は弱
還元状態にあることが判明した。この炭化物の付着と弱
還元状態は、アクリル酸の生産性を高めるべく反応ガス
中のアクロレイン濃度を高めれば高めるほど、また反応
ガス中の酸素濃度を下げて、アクリル酸の生成に必要な
理論酸素比(酸素/アクロレイン)の0.5に近づける
ほど顕著になった。触媒表面に付着した炭化物の性状
は、炭素60〜75重量%、酸素20〜30重量%およ
び水素1〜3重量%の組成を有し、空気中で熱処理を行
うと310℃付近から発熱とともに減少し、燃焼した。
しかし、この燃焼と同時に、燃焼により生じた局所的な
高温のため触媒表面の金属酸化物は完全酸化状態となり
アクロレインの接触部分酸化によるアクリル酸の生成能
をほとんど消失していた。
少なくとも3容量%および水蒸気を少なくとも0.1容
量%含有する混合ガスの流通下に、300〜450℃の
範囲の温度で熱処理することにより、急激な発熱による
損傷を触媒に与えることなく炭化物を除去できるばかり
でなく、触媒表面の金属酸化物の完全酸化を防ぎ、触媒
の活性を回復することができる。
くとも3容量%、好ましくは3〜19容量%、より好ま
しくは5〜19容量%である。分子状酸素の割合が少な
すぎると触媒に付着した炭化物を充分除去することがで
きない。また、水蒸気の割合は少なくとも0.1容量
%、好ましくは0.1〜75容量%、より好ましくは
0.3〜75容量%である。水蒸気の割合が少なすぎる
と急激な発熱が生じて触媒表面が完全酸化されてしま
い、触媒活性を再生できなくなる。
酸素含有排ガスなどが用いられるが、通常、空気が使用
される。また、水蒸気としては、特に制限はなく、例え
ば純水を加熱して得られる水蒸気、排ガスに同伴する水
蒸気分などが使用される。混合ガスは、分子状酸素およ
び水蒸気からなるものであっても、あるいは分子状酸素
および水蒸気以外の成分として不活性ガス、例えば窒素
ガス、炭酸ガスなどを含んでいてもよい。上記混合ガス
中の不活性ガスの割合は、95容量%以下、好ましくは
90容量%以下とするのがよい。つまり、本発明の再生
方法においては、分子状酸素3〜19容量%、水蒸気
0.1〜75容量%および不活性ガス6〜95容量%か
らなる混合ガスが好適に用いられる。
下したモリブデン−バナジウム系触媒を、上記のような
混合ガスの流通下に、300〜450℃の範囲の温度で
熱処理するが、熱処理温度が低すぎると炭化物の除去が
不十分であり、また高すぎると触媒表面が完全酸化され
てしまい、触媒活性を再生できなくなる。上記熱処理は
特に310〜420℃の範囲の温度で行うのが好まし
い。なお、上記温度範囲で熱処理するためには、通常、
混合ガスを予め所定温度に加熱して反応器に導入する。
間速度(SV)(ガス風量/触媒量比)として、100
〜5000hr-1、好ましくは200〜3000hr-1
とするのがよい。空間速度(SV)が100hr-1未満
では処理効率が悪く、充分な触媒再生を行うためには非
常に長い時間処理を継続する必要があり、実際に行うに
は著しく不利である。一方、5000hr-1を超える
と、処理に使用する混合ガスの加熱に大きなエネルギー
が必要となるばかりでなく、反応管に充填された触媒が
吹き飛ばされることもあって好ましくない。
多管反応器に充填され、触媒活性の低下したモリブデン
−バナジウム系酸化触媒に適用するのが好ましいが、流
動状態にあるものにも適用することができる。
ンの接触気相反応によるアクロレインの製造工程および
この工程で得られるアクロレインの接触気相反応による
アクリル酸の製造工程からなる連続式アクリル酸の製造
プロセスにおいて、後段の固定床式多管反応器に充填し
たモリブデン−バナジウム系触媒の再生のために、この
反応器入口から上記混合ガスを導入して熱処理を行って
も、あるいは前段のプロピレン酸化用の固定床式多管反
応器入口から混合ガスを導入して熱処理を行ってもよ
く、混合ガスの導入位置については特に制限はない。
ウム系触媒を安全かつ効率よく再生することができる。
アクロレイン含有の原料反応ガスの気相酸化によるアク
リル酸製造用のモリブデン−バナジウム系触媒を固定床
式多管反応器に充填したまま安全かつ効率よく再生する
ことができる。
説明する。なお、「%」は、特に断わりのない限り、
「容量%」を意味する。
を加熱、撹拌しつつ、その中にパラタングステン酸アン
モニウム250g、メタバナジン酸アンモニウム430
g、モリブデン酸アンモニウム1690gおよび硝酸ス
トロンチウム86gを溶解して水溶液Aを調製した。別
に、硝酸銅430gを水5Lに溶解して水溶液Bを調製
した。次いで、水溶液Aと水溶液Bとを混合し、得られ
た混合溶液をα−アルミナからなる直径4〜6mmの担
体に含浸、担持させた後、空気雰囲気中400℃で6時
間焼成して触媒(1)を得た。この触媒(1)の触媒成
分の金属組成(原子比)は次のとおりであった。Mo12
V4.8Sr0.5W2.4Cu2.2 [触媒(2)〜(6)]触媒(1)の調製方法に準じ
て、表3に示す金属組成(原子比)を有する触媒(2)
〜(6)を調製した。
管内に充填し、260℃に加熱された溶融硝酸塩浴に浸
し、これにプロピレンの気相接触酸化により得られたア
クロレイン含有の反応ガスを導入して、反応せしめた。
このアクロレイン含有の反応ガスの組成は、アクロレイ
ン4.5%、酸素5%、水蒸気45%、窒素および副生
有機化合物を含むその他のガス45.5%であり、また
その空間速度(SV)は2000hr-1であった。
は次の式にて求めた。
たアクロレインのモル数/供給したアクロレインのモル
数)×100 アクリル酸収率(モル%)=(生成したアクリル酸のモ
ル数/供給したアクロレインのモル数)×100 実施例1 参考例2に示した酸化反応条件下で反応を16000時
間継続した。反応初期には、反応温度260℃にてアク
ロレイン転化率99.5モル%、アクリル酸収率96.
5モル%であったが、16000時間反応継続後には、
反応温度295℃にてアクロレイン転化率97.5モル
%、アクリル酸収率92.5モル%であり、触媒活性の
低下が認められた。そこで、反応ガスの供給を止め、水
蒸気60%および空気40%からなる混合ガスを空間速
度(SV)1000hr-1で導入しながら、320℃に
て20時間保持して触媒の再生を行った後、再び反応を
開始したところ、反応温度263℃にてアクロレイン転
化率99.7モル%、アクリル酸収率96.8モル%で
あった。
なる混合ガスの代わりに空気を用いた以外は実施例1と
同様の再生処理を行った後、反応温度300℃にてアク
ロレイン転化率およびアクリル酸収率を求めた。結果を
表1に示す。
なる混合ガスの代わりに窒素60%および空気40%か
らなる混合ガスを用いた以外は実施例1と同様の再生処
理を行った後、反応温度300℃にてアクロレイン転化
率およびアクリル酸収率を求めた。結果を表1に示す。
りに空気単独、または空気と窒素との混合ガスを用いて
処理したのでは再生効果が得られないことが分かる。
(SV)、並びに処理温度および保持時間を変更した以
外は実施例1と同様の再生処理を行った後、所定の反応
温度におけるアクロレイン転化率およびアクリル酸収率
を求めた。結果をまとめて表2に示す。
(3)、(4)、(5)または(6)を用いて実施例1
と同様の反応を行った後、水蒸気60%および空気40
%からなる混合ガスを空間速度(SV)2000hr-1
で導入しながら、360℃にて20時間保持して触媒の
再生を行った。その後、所定の反応温度におけるアクロ
レイン転化率およびアクリル酸収率を求めた。結果をま
とめて表3に示す。
%からなる混合ガスの代わりに空気を用いた以外は実施
例8〜12と同様にして再生処理を行った後、所定の温
度におけるアクロレイン転化率およびアクリル酸収率を
求めた。結果をまとめて表4に示す。
りに空気を用いたのでは再生効果が得られないことが分
かる。
なる混合ガスの代わりに水蒸気90%、酸素2%および
窒素8%からなる混合ガスを用い420℃にて20時間
保持した以外は実施例1と同様にして再生処理を行っ
た。再生処理後に反応を開始したところ、反応温度30
0℃にてアクロレイン転化率97.0モル%、アクリル
酸収率91.6モル%であった。
状酸素濃度が3%未満では再生効果が得られないことが
分かる。
Claims (1)
- 【請求項1】 アクロレインまたはアクロレイン含有の
反応原料ガスの気相酸化によるアクリル酸製造用触媒で
あって、触媒活性が低下したモリブデン−バナジウム系
酸化触媒を、少なくとも3容量%の分子状酸素および少
なくとも0.1容量%の水蒸気を含有する混合ガスの流
通下に、300〜450℃の範囲の温度で熱処理するこ
とを特徴とする触媒の再生方法。
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