JP2798879B2 - (メタ)アクリロニトリルの製造方法 - Google Patents

(メタ)アクリロニトリルの製造方法

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JP2798879B2
JP2798879B2 JP5304108A JP30410893A JP2798879B2 JP 2798879 B2 JP2798879 B2 JP 2798879B2 JP 5304108 A JP5304108 A JP 5304108A JP 30410893 A JP30410893 A JP 30410893A JP 2798879 B2 JP2798879 B2 JP 2798879B2
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meth
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    • B01J23/24Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/30Tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プロパンおよびイソブ
タンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の飽和
炭化水素を、分子状酸素とアンモニアにより気相接触ア
ンモ酸化して、(メタ)アクリロニトリルを製造する方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】(メタ)アクリロニトリルは合成繊維、
合成樹脂を中心に多様な工業製品の中間原料として大量
に製造されているが、従来よりその製法としては、オレ
フィン原料すなわちプロピレン、イソブテン等を触媒の
存在下で分子状酸素とアンモニアにより、気相接触アン
モ酸化をおこなう方法が一般的に知られる。
【0003】一方、近年オレフィンの価格上昇にともな
って、従来オレフィンを原料として製造されてきた種々
の誘導品をより安価なパラフィン類を原料として製造す
る方法の開発が注目されるようになってきた。プロパン
またはイソブタンを原料とし、いわゆるアンモ酸化法に
より(メタ)アクリロニトリルを製造するために用いら
れる触媒系としては、Sb−U系酸化物触媒(特公昭4
7−14371号)、Sb−Sn系酸化物触媒(特公昭
50−28940号)、V−Sb系酸化物触媒(特開昭
47−33783号、特開平1−268668号、特開
平2−95439号、特開平2−261544号)、B
i−Mo系酸化物触媒(特開昭48−16887号、特
公昭55−42071号、特開平3−157356
号)、V−P系酸化物触媒(特公昭58−5188
号)、Bi−V系酸化物触媒(特開昭63−29554
5号)などが知られ、さらに最近V−Sn−Sb−Cu
系酸化物触媒(特開平4−275266号)、Mo−V
−Te−Nb系酸化物触媒(特開平2−257号)、A
g−Bi−V−Mo系酸化物触媒(特開平3−5896
1号)、Ga−Bi−Mo系若しくはTa−Bi−Mo
系酸化物触媒(特開平3−58962号)、Mo−Ta
若しくはMo−Nb系酸化物触媒(特開平5−2138
49号)などが提案されている。また上記のいくつかの
触媒系とオレフィンのアンモ酸化能をもつ触媒との混合
触媒系も提案されている(特開昭63−295546
号、特開昭64−38051号、特開平2−17159
号、特開平2−43949号、特開平2−75347
号、特開平2−111444号、特開平2−25806
5号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法のうち、反応系にプロモーターとして、少量のハ
ロゲン化物を添加する系では、目的生成物であるニトリ
ル類の比較的高い収率を達成しているが、この場合反応
装置の腐食という致命的な問題があり、装置上の材質に
制限を有し、工業上大いに問題を有している。また、プ
ロモーターを添加しない系では、ニトリル類の収率は低
く、工業的に実施できるレベルに達していない。
【0005】本発明は、このような欠点を解消するため
になされたものであり、プロパンおよびイソブタンから
なる群より選ばれる少なくとも一種以上の飽和炭化水素
を、触媒の存在下に分子状酸素およびアンモニアを含む
混合ガスにより接触酸化させるアンモ酸化法において、
本発明に開示したモリブデン、アンチモンおよびタング
ステンを必須に含有する触媒を用いて製造することによ
り、目的生成物であるニトリル類の収率が高く工業的に
有利な(メタ)アクリロニトリルの製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、プロパン
およびイソブタンからなる群より選ばれる少なくとも一
種以上の飽和炭化水素を、触媒の存在下に、分子状酸素
およびアンモニアを含む混合ガスにより接触酸化させる
アンモ酸化法による(メタ)アクリロニトリルの製造方
法について鋭意研究した結果、モリブデン、アンチモン
およびタングステンの三元素を必須成分とする酸化物を
含有する複合酸化物を、耐火性無機物担体に担持した触
媒を用いることにより従来法よりも高い(メタ)アクリ
ルニトリルの収率が得られることを見いだし、本発明の
方法に到達した。
【0007】すなわち、本発明は、プロパンおよび/ま
たはイソブタンと、分子状酸素およびアンモニアを触媒
の存在下、気相接触酸化反応させて、(メタ)アクリロ
ニトリルを製造する方法において、触媒として下記一般
式(I): MoαSbβWγOx (I) (式中、Moはモリブデン、Sbはアンチモン、Wはタ
ングステン、Oは酸素を表わし、α、β、γ及びxは、
各々Mo、Sb、W及びOの原子数を表わし、α=1の
とき、β=0.5〜10、γ=0.5〜10、xは存在
元素の原子価により決定される値である。)により表わ
される酸化物を含有する複合酸化物を、耐火性無機物担
体に担持した触媒を使用することを特徴とする(メタ)
アクリロニトリルの製造方法である。
【0008】前記一般式(I)において、α=1とする
とき、β=1〜5、γ=1〜5が特に好ましい。該組成
範囲をはずれた場合には、目的とするニトリル類の収率
は低くなり、好ましくないものである。
【0009】また、本発明に用いる触媒として、前記一
般式(I)で表わされる複合酸化物にさらに、Nb、C
r、Mn、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた
少なくとも一種以上の元素(以下、A群元素ということ
がある。Nbはニオブ、Crはクロム、Mnはマンガ
ン、Feは鉄、Coはコバルト、Niはニッケルを表わ
す。)を、触媒構成元素のMoに対するA群元素の原子
比が0を超え0.5以下の範囲に添加した複合酸化物を
含有する触媒を、耐火性無機物担体に担持して使用する
ことが好ましいものである。上記A群元素の添加は、触
媒の活性あるいは選択性の向上に効果を奏し、A群元素
としては、Nbを含むことが、目的物の収率を向上させ
る点で、特に好ましく、触媒構成元素のMoに対するA
群元素の原子比が0.05〜0.2の範囲にあることが
特に好ましい。該組成範囲をはずれた場合には、目的と
するニトリル類の収率は低くなり好ましくないものであ
る。
【0010】さらに、本発明に用いる触媒として、前記
一般式(I)で表わされる複合酸化物にさらに、V、N
b、Cr、Mn、Fe、Co及びNiより選ばれた少な
くとも一種以上の元素(以下A’群元素ということがあ
る。Vはバナジウム、Nbはニオブ、Crはクロム、M
nはマンガン、Feは鉄、Coはコバルト、Niはニッ
ケルを表わす。)を、触媒構成元素のMoに対するA’
群元素の原子比が0を超え0.5以下の範囲でかつ、触
媒構成元素のMoとWの原子数の和に対するA’群元素
の比が0を超え0.05以下である範囲に添加した複合
酸化物を含有する触媒を耐火性無機物担体に担持して使
用することが好ましいものである。
【0011】上記A’群元素としては、VまたはNbを
含むことが、目的物の収率を向上させる点で、特に好ま
しく、触媒構成元素のMoに対するA’群元素の原子比
が0.05〜0.2の範囲にあることが特に好ましい。
該組成範囲をはずれた場合には、目的とするニトリル類
の収率は低くなり好ましくないものである。さらにA’
群元素の添加は、触媒の活性あるいは選択性の向上に効
果を示すが、A’群元素の最適範囲は、触媒構成元素の
Mo及びWの組成に依存し、触媒構成元素のMoとWと
の原子数の和に対するA’群元素の原子数の比が上記の
制限範囲を超えて添加した場合には、選択性に悪影響を
及ぼし、上記の範囲より少ない場合は、効果が少ないも
のである。
【0012】耐火性無機物担体としては、シリカ、アル
ミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナ、シリ
カ−チタニア、シリカ−ジルコニアなどが好ましく、中
でも、アルミナまたはシリカ−アルミナを用いること
が、目的物を高収率で得られる点で、特に好ましいもの
である。
【0013】本発明に用いる触媒は、当分野において通
常用いられる公知の方法、例えば、次のような方法で調
製することができる。パラモリブデン酸アンモニウムを
純水に加熱しながら溶解し、メタタングスデン酸アンモ
ニウムの水溶液を加え、さらに、三酸化アンチモンを粉
末のまま添加し、また必要に応じてV、Nb、Cr、M
n、Fe、CoおよびNiからなる群より選ばれる少な
くとも一種以上の元素の化合物の水溶液を加え、これに
シリカ、アルミナなどの担体を加え一定時間混合かくは
んし、加熱濃縮して得られたスラリーを乾燥後、400
〜800℃で焼成して調製される。焼成は大気中で行な
いうるが、高酸素濃度下でも低酸素濃度下でも行ないう
る。最終焼成工程においては、低酸素濃度(酸素濃度:
1%〜15%)の雰囲気で処理することが、高い触媒性
能を得る上で好ましい。
【0014】本発明に用いる触媒の調製に用いられる原
料には特に制約はなく、使用する元素の硝酸塩、酸化
物、水酸化物、塩化物、炭酸塩、酢酸塩、金属酸、金属
酸アンモニウム塩などが使用できる。
【0015】担体の原料としては、アルミナ、シリカ、
シリカ−アルミナなどの成型体のほか、酸化物、水酸化
物の粉末あるいはゲル、ゾルなど触媒の使用形態に応じ
て多様に使いわけることができる。
【0016】本発明によるアンモ酸化反応の原料ガスと
して、プロパンおよび/またはイソブタンと分子状酸素
およびアンモニアの他、必要に応じて希釈ガスを用いる
こともできる。分子状酸素源としては、空気または純酸
素が使用される。反応に供与する分子状酸素のモル比は
プロパンに対して0.2〜5倍量が好ましく、アンモニ
アのモル比はプロパンに対して0.2〜3倍量が好まし
く、希釈ガスとしては窒素、ヘリウム、炭酸ガスなどの
不溶性ガスおよび水蒸気などが好適に使用される。
【0017】本発明による気相接触アンモ酸化反応は、
前記の原料ガスを前記の触媒上に空間速度300〜50
00hr-1、300℃〜600℃の温度範囲で接触させ
ることによって好適に実施することができる。また上記
気相接触アンモ酸化反応は通常、常圧下で行うが、減圧
下または加圧下でも実施することができる。反応方式に
ついても特に制限はなく、固定床式、移動床式、または
流動床式のいずれも可能である。また単流方式でもリサ
イクル方式でもよい。
【0018】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。
【0019】なお、転化率、単流収率および選択率は副
生物を含めてそれぞれ下記式により定義される。
【0020】
【数1】
【0021】実施例1 1リットルビーカーにアルミナゾルA−200(日産化
学工業社製、Al23 濃度:10.5wt%)93.
0g、シリカゾルスノーテックスN(日産化学工業社
製、SiO2 濃度:20.5wt%)47.6gおよび
水150mlを加え、約80℃に加熱し、かくはんを続
けた。一方、300mlビーカーにバラモリブデン酸ア
ンモニウム((NH46 Mo72・4H2 O、和光
純薬社製特級試薬)1.77gに水100mlを加えて
加熱かくはんして溶解させ、これにメタタングステン酸
アンモニウム(((NH4621248)水溶液M
W−2(日本無機化学工業社製、WO3 として50wt
%含有)13.91gを加え、さらにSb23 (和光
純薬社製、純度99.9%)4.38gをホモジナイザ
ーで100mlの水に分散させたものを加え、約80℃
で2時間液量を保ってかくはんを行った。このけんだく
液を先のアルミナゾル−シリカゾル混合スラリーに徐々
に滴下して加えたあと、さらに80℃で2時間液量を保
ってかくはんを行った。このあと加熱温度を90℃に上
げて、かくはんを続け、水分の蒸発によって約4時間濃
縮を行なった。得られたペーストを120℃で14時間
乾燥したあと大気中450℃で3時間、酸素濃度10%
(残りは窒素)の雰囲気下、650℃で3時間焼成し
た。得られた触媒の組成は、40wt%Mo1 Sb3
3 Ox/30wt%Al23−30wt%SiO2 であ
った(以後、触媒の組成の記載において、/以下は触媒
中の担体成分を表わす)。この触媒を9〜20メッシュ
にそろえたもの5mlを通常の流通式反応装置に充てん
し、反応を行った。反応ガス組成は、C38/NH3
/O2 /He/H2 O=1/2/4/7.5/3(モル
比)、空間速度は900hr-1、反応温度は580℃で
あった。得られた結果を表1に示す。
【0022】実施例2 パラモリブデン酸アンモニウム、メタタングステン酸ア
ンモニウム水溶液、Sb23 の使用量を変更した以外
は実施例1と同様に調製をおこない、40wt%Mo1
Sb55 Ox/30wt%Al23 −30wt%S
iO2 の組成の触媒を得た。反応は反応ガス組成をC3
8 /NH3 /O2 /He=1/2/4/7.5(モル
比)、空間速度を750hr-1とした以外は実施例1と
同様に行った。得られた結果を表1に示す。
【0023】実施例3 パラモリブデン酸アンモニウム、メタタングステン酸ア
ンモニウム水溶液、Sb23 の使用量を変更した以外
は実施例1と同様に調製をおこない、40wt%Mo1
Sb11 Ox/30wt%Al23 −30wt%S
iO2の組成の触媒を得た。反応は反応温度を540℃
とした以外は実施例1と同様に行った。得られた結果を
表1に示す。
【0024】実施例4 パラモリブデン酸アンモニウムの水溶液にメタタングス
テン酸アンモニウム水溶液を加えた後、Sb23 分散
液を添加する前に、さらにメタバナジン酸アンモニウム
(NH4 VO3 、和光純薬社製特級試薬)0.175g
を30mlの水で加熱溶解させたものを加えた以外は実
施例1と同様に調製をおこない40wt%Mo1 Sb3
30.15Ox/30wt%Al23 −30wt%S
iO2 の組成の触媒を得た。反応は反応温度を560℃
とした以外は実施例1と同様行った。得られた結果を表
1に示す。
【0025】実施例5 パラモリブデン酸アンモニウム、メタタングステン酸ア
ンモニウム水溶液、メタバナジン酸アンモニウム及びS
23 の使用量を変更した以外は、実施例4と同様に
調製をおこない、40wt%Mo1 Sb440.18
x/30wt%Al23 −30wt%SiO2 の組成
の触媒を得た。反応は反応ガス組成をC38 /NH3
/O2 /He=1/2/4/7.5(モル比)、空間速
度を750hr-1、反応温度を560℃とした以外は実
施例1と同様に行った。得られた結果を表1に示す。
【0026】実施例6 メタバナジン酸アンモニウム水溶液のかわりにシュウ酸
ニオブ(CBMM社製、Nb25 換算で20.5wt
%含有)0.972gを100mlの温水に溶かした水
溶液を添加した以外は、実施例4と同様に調製をおこな
い、40wt%Mo1 Sb33 Nb0.15Ox/30w
t%Al23 −30wt%SiO2 の組成の触媒を得
た。反応は反応温度を570℃とした以外の実施例1と
同様に行った。得られた結果を表1に示す。
【0027】実施例7 メタバナジン酸アンモニウム水溶液のかわりに硝酸クロ
ム(Cr(NO33・ 9H2 O、和光純薬社製試薬、
純度99.9%)0.600gを100mlの温水に溶
かした水溶液を添加した以外は、実施例4と同様に調製
をおこない、40wt%Mo1Sb33 Cr0.15Ox
/30wt%Al23 −30wt%SiO2 の組成の
触媒を得た。反応は実施例1と同様に行った。得られた
結果を表1に示す。
【0028】実施例8 メタバナジン酸アンモニウム水溶液のかわりに硝酸ニッ
ケル(Ni(NO3 )2・ 6H2 O、和光純薬社製特級試
薬)0.436gを100mlの温水に溶かした水溶液
を添加した以外は、実施例4と同様に調製をおこない、
40wt%Mo1 Sb33 Ni0.15Ox/30wt%
Al23 −30wt%SiO2 の組成の触媒を得た。
反応は反応温度を570℃とした以外は、実施例1と同
様に行った。得られた結果を表1に示す。
【0029】実施例9 メタバナジン酸アンモニウム水溶液のかわりに硝酸マン
ガン(Mn(NO3 )2・6H2 O、和光純薬社製特級試
薬)0.431gを100mlの温水に溶かした水溶液
を添加した以外は、実施例4と同様に調製をおこない、
40wt%Mo 1 Sb33 Mn0.15Ox/30wt%
Al23 −30wt%SiO2 の組成の触媒を得た。
反応は反応温度を570℃とした以外は、実施例1と同
様に行った。得られた結果を表1に示す。
【0030】実施例10 シリカゾルスノーテックスNを使用しなかった以外は、
実施例1と同様に調製をおこない、57wt%Mo1
33 Ox/43wt%Al23 の組成の触媒を得
た。反応は実施例1と同様に行った。得られた結果を表
1に示す。
【0031】比較例1 メタタングステン酸アンモニウムを使用せず、パラモリ
ブテン酸アンモニウム及びSb23 の使用量をそれぞ
れ3.80g、9.40gに変更した以外は実施例1と
同様に調製を行い、40wt%Mo1 Sb3 Ox/30
wt%Al23−30wt%SiO2 の組成の触媒を得
た。反応は実施例1と同様に行った。得られた結果を表
2に示す。
【0032】比較例2 Sb23 を使用せず、パラモリブデン酸アンモニウ
ム、メタタングステン酸アンモニウム水溶液MW−2の
使用量をそれぞれ2.74g、21.55gに変更した
以外は実施例1と同様に調製を行い、40wt%Mo1
3 Ox/30wt%Al23 −30wt%SiO2
の組成の触媒を得た。反応は反応温度を520℃とした
以外は実施例1と同様に行った。得られた結果を表2に
示す。
【0033】比較例3 パラモリブデン酸アンモニウムを使用せず、メタタング
ステン酸アンモニウム水溶液MW−2、Sb23 の使
用量をそれぞれ15.64g、4.92gに変更した以
外は実施例1と同様に調製を行い、40wt%Sb1
1 Ox/30wt%Al23 −30wt%SiO2
組成の触媒を得た。反応は実施例1と同様に行った。得
られた結果を表2に示す。
【0034】比較例4 パラモリブデン酸アンモニウム、メタタングステン酸ア
ンモニウム水溶液及びSb23の使用量を変更した以外
は、実施例1と同様に調製を行い、40wt%Mo1
153 Ox/30wt%Al23 −30wt%Si
2 の組成の触媒を得た。反応は実施例1と同様に行っ
た。得られた結果を表2に示す。
【0035】比較例5 パラモリブデン酸アンモニウム、メタタングステン酸ア
ンモニウム水溶液及びSb23の使用量を変更した以外
は、実施例1と同様に調製を行い、40wt%Mo1
315 Ox/30wt%Al23 −30wt%Si
2 の組成の触媒を得た。反応は実施例1と同様に行っ
た。得られた結果を表2に示す。
【0036】比較例6 メタバナジン酸アンモニウムの使用量を0.702gに
変更した以外は実施例4と同様に調製を行い、41wt
%Mo1 Sb330.6 Ox/29.5wt%Al2
3 −29.5wt%SiO2 の組成の触媒を得た。反
応は反応温度を540℃とした以外は実施例1と同様に
行った。得られた結果を表2に示す。
【0037】実施例11 実施例4で使用したのと同じ触媒を使用し、i−C4
10/NH3 /O2 /He/H2 O=1/2/4/7.5
/3(モル比)の反応ガス組成、空間速度900h
-1、反応温度520℃で反応を行った。イソブタンの
転化率69.0%メタクリロニトリルの選択率46.8
%、メタクリロニトリル単流収率は32.3%であっ
た。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【発明の効果】本発明は、プロパンおよびイソブタンか
らなる群より選ばれる少なくとも一種以上の飽和炭化水
素を、触媒の存在下に分子状酸素およびアンモニアを含
む混合ガスにより接触酸化させるアンモ酸化法におい
て、本発明に開示したモリブデン、アンチモンおよびタ
ングステンを必須に含有する触媒を用いて製造すること
により、目的生成物であるニトリル類の収率が高く工業
的に有利に(メタ)アクリロニトリルが製造できる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 255/08 C07C 253/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プロパンおよびイソブタンからなる群よ
    り選ばれる少なくとも一種以上の飽和炭化水素を、触媒
    の存在下に分子状酸素およびアンモニアを含む混合ガス
    により接触酸化させるアンモ酸化法において、触媒とし
    て、下記一般式(I): MoαSbβWγOx (I) (式中、Moはモリブデン、Sbはアンチモン、Wはタ
    ングステン、Oは酸素を表わし、α、β、γ及びxは、
    各々Mo、Sb、W及びOの原子数を表わし、α=1の
    とき、β=0.5〜10、γ=0.5〜10、xは存在
    元素の原子価により決定される値である。)により表わ
    される複合酸化物を含有した触媒であって、該触媒を耐
    火性無機担体物質に担持して用いることを特徴とする
    (メタ)アクリロニトリルの製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の触媒として、前記一般
    式(I)で表わされる複合酸化物に、さらにNb、C
    r、Mn、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれる
    少なくとも一種以上の元素を、触媒構成元素のMoに対
    する該元素の原子比が0を超え0.5以下の範囲に添加
    した複合酸化物を含有する触媒を用いることを特徴とす
    る請求項1記載の(メタ)アクリロニトリルの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の触媒として、前記一般
    式(I)で表わされる複合酸化物に、さらにV、Nb、
    Cr、Mn、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれ
    る少なくとも一種以上の元素を、触媒構成元素のMoに
    対する該元素の原子比が0を超え0.5以下の範囲でか
    つ、触媒構成元素のMoとWの原子数の和に対する該元
    素の原子数の比が0を超え0.05以下である範囲に添
    加した複合酸化物を含有する触媒を用いることを特徴と
    する請求項1記載の(メタ)アクリロニトリルの製造方
    法。
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