JP3048528B2 - メタクロレインおよびメタクリル酸の製造方法 - Google Patents

メタクロレインおよびメタクリル酸の製造方法

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JP3048528B2
JP3048528B2 JP8228807A JP22880796A JP3048528B2 JP 3048528 B2 JP3048528 B2 JP 3048528B2 JP 8228807 A JP8228807 A JP 8228807A JP 22880796 A JP22880796 A JP 22880796A JP 3048528 B2 JP3048528 B2 JP 3048528B2
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methacrylic acid
methallyl alcohol
methacrolein
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタリルアルコー
ルを気相接触酸化して、メタクロレインおよびメタクリ
ル酸を高收率で製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】メタクロレインおよびメタクリル酸を工
業的に製造する方法に関しては、イソブタン、三級ブタ
ノールまたはメチルターシャリーブチルエーテルを気相
接触酸化する方法が一般的であり、数多くの特許が出願
されている。一方、メタリルアルコールを原料としたメ
タクロレインの製造方法に関しては、モリブデン−ビス
マス−鉄系複合酸化物触媒を用い、気相系で製造する方
法(特開昭61−137833号公報)が知られている
だけである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モリブ
デン−ビスマス−鉄系複合酸化物触媒を用いる方法は、
生成物のほとんどがメタクロレインであり、メタクリル
酸の選択率はわずか数%程度である。メタクロレインは
気相接触酸化反応によりメタクリル酸を製造する際の中
間原料として工業的に使用されることが多く、メタクロ
レインと同時にメタクリル酸をより高い選択率で製造す
る方法の開発が望まれている。
【0004】本発明は、メタリルアルコールからメタク
ロレインおよびメタクリル酸を製造する際に、新規な触
媒を利用して、メタクリル酸をより高い選択率で製造す
る方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、メタリルアル
コールを分子状酸素で気相接触酸化し、メタクロレイン
およびメタクリル酸を製造する際に、一般式 PaMobcdefg (ここで式中P、Mo、VおよびOはそれぞれリン、モ
リブデン、バナジウムおよび酸素を示し、Xはアンチモ
ン、ビスマス、ゲルマニウム、ヒ素、ジルコニウム、テ
ルル、銀およびホウ素からなる群より選ばれた少なくと
も1種の元素を示し、Yは鉄、コバルト、亜鉛、クロ
ム、マグネシウム、銅、マンガン、セリウムおよびラン
タンからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示
し、Zはカリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウ
ムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示
す。a、b、c、d、e、fおよびgは各元素の原子比
率を表し、b=12の時、0.5≦a≦3、0≦c≦
3、0≦d≦3、0≦e≦3、0≦f≦3であり、g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。)で示される組成を有する触媒を使用することを
特徴とするメタクロレインおよびメタクリル酸の製造方
法である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる触媒は、一般
式、 PaMobcdefg (ここで式中P、Mo、VおよびOはそれぞれリン、モ
リブデン、バナジウムおよび酸素を示し、Xはアンチモ
ン、ビスマス、ゲルマニウム、ヒ素、ジルコニウム、テ
ルル、銀およびホウ素からなる群より選ばれた少なくと
も1種の元素を示し、Yは鉄、コバルト、亜鉛、クロ
ム、マグネシウム、銅、マンガン、セリウムおよびラン
タンからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示
し、Zはカリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウ
ムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示
す。a、b、c、d、e、fおよびgは各元素の原子比
率を表し、b=12の時、0.5≦a≦3、0≦c≦
3、0≦d≦3、0≦e≦3、0≦f≦3であり、g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。)で示される組成を有する。
【0007】この触媒の調製に際して、各構成元素の原
料は特に制限されないが、各元素の酸化物、硝酸塩、炭
酸塩、アンモニウム塩、水酸化物などを組み合わせて使
用することができる。
【0008】触媒の調製方法は、成分の著しい偏在を伴
わない限り特に限定されないが、例えば、従来からよく
知られている蒸発乾固法、沈殿法、酸化物混合法等の種
々の方法が挙げられる。得られた触媒前駆体は、焼成と
呼ばれる熱処理をすることで目的の触媒が得られる。熱
処理の温度は200〜500℃が好ましく、熱処理の時
間は、30分間以上が好ましい。
【0009】通常、触媒は成形して反応に使用される。
成形は、乾燥時、乾燥後または焼成後のいずれの段階で
行ってもよい。成形方法は特に限定されないが、例え
ば、打錠成形法、押し出し成形法、担持法、噴霧乾燥法
等の公知の方法が挙げられる。担持法の場合の担体とし
ては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ等
の不活性担体が挙げられる。また、成形性の向上、細孔
の発現等の目的に応じて、成形前の段階で助剤を適宜添
加することができる。成形触媒の形状は特に限定されな
いが、例えば、ペレット型、リング型、球形等が挙げら
れる。
【0010】本発明の方法により、メタリルアルコール
を分子状酸素により気相接触酸化して、メタクロレイン
およびメタクリル酸を製造する際、触媒層に供給する原
料ガス中のメタリルアルコール対酸素のモル比は1:
0.3〜4が好ましく、特に1:0.4〜2.5が好ま
しい。酸素の供給源は純酸素ガスでもよいが、工業的に
は空気の使用が有利である。原料ガスには、メタリルア
ルコールおよび酸素以外に不活性ガスを含んでもよい。
不活性ガスは反応に関与しないものであれば特に制限さ
れないが、工業的には窒素の使用が有利である。反応圧
力は常圧〜数気圧の範囲が好ましく、反応温度は150
〜400℃の範囲が好ましい。反応方式は特に制限され
ないが、例えば、固定床、移動床および流動床等の公知
の方式が挙げられる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を示す。下記実施例お
よび比較例中の「部」は重量部を意味する。また、S
b、Bi、Ge、As、Zr、Te、Ag、B、Fe、
Co、Zn、Cr、Mg、Cu、Mn、Ce、La、
K、Rb、CsおよびTlは、アンチモン、ビスマス、
ゲルマニウム、ヒ素、ジルコニウム、テルル、銀、ホウ
素、鉄、コバルト、亜鉛、クロム、マグネシウム、銅、
マンガン、セリウム、ランタン、カリウム、ルビジウ
ム、セシウムおよびタリウムを表す。分析はガスクロマ
トグラフィーにより行った。メタリルアルコール反応
率、生成されるメタクロレインおよびメタクリル酸の選
択率、メタクロレインおよびメタクリル酸を合わせた目
的生成物の収率は以下の定義に従って算出した。
【0012】 メタリルアルコール反応率(%) =B/A×100 メタクロレイン選択率(%) =C/B×100 メタクリル酸選択率(%) =D/B×100 目的生成物の収率(%) =(C+D)/A×100 式中のA、B、C、Dの意味は以下の通りである。
【0013】 A:供給したメタリルアルコールのモル数 B:反応したメタリルアルコールのモル数 C:生成したメタクロレインのモル数 D:生成したメタクリル酸のモル数 [実施例1]パラモリブデン酸アンモニウム100部を
純水200部に加熱溶解した。これに85重量%リン酸
8.7部を純水10部に溶解したものを加え、混合液を
加熱攪拌しながら蒸発乾固した。得られた固形物を13
0℃で16時間乾燥させ、プレス成型した後、破砕して
10〜20メッシュ部分を分取し、空気流通下に380
℃で5時間熱処理した。
【0014】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo12x (式中、酸素の原子比xは他の元素の原子価により自然
に決まる値であるので以下Oxの記載を省略する。) この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.7%、酸素12.3%、窒素79.
0%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.2
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率50.1%、メタクリル酸選択率16.5%、
目的生成物の収率66.6%であった。
【0015】[実施例2]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部およびメタバナジウム酸アンモニウム5.5
部を純水200部に加熱溶解した。これに85重量%リ
ン酸8.7部を純水10部に溶解したものを加え、混合
液を加熱攪拌しながら蒸発乾固した。得られた固形物を
130℃で16時間乾燥させ、プレス成型した後、破砕
して10〜20メッシュ部分を分取し、空気流通下に3
80℃で5時間熱処理した。
【0016】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo121 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.5%、窒素79.
0%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.7
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率57.0%、メタクリル酸選択率14.8%、
目的生成物の収率71.8%であった。
【0017】[実施例3]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部および硝酸セシウム4.6部を純水200部
に加熱溶解した。これに85重量%リン酸8.7部を純
水10部に溶解したものを加え、さらに三酸化アンチモ
ン5.5部を加え、混合スラリーを加熱攪拌しながら蒸
発乾固した。得られた固形物を130℃で16時間乾燥
させ、プレス成型した後、破砕して10〜20メッシュ
部分を分取し、空気流通下に380℃で5時間熱処理し
た。
【0018】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo12Sb0.8Cs0.5 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.7%、酸素12.3%、窒素79.
0%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.2
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率25.5%、メタクリル酸選択率51.1%、
目的生成物の収率76.6%であった。
【0019】[実施例4]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部、メタバナジン酸アンモニウム5.5部およ
び硝酸セシウム9.2部を純水200部に加熱溶解し
た。これに85重量%リン酸5.4部を純水10部に溶
解したものを加え、つぎに硝酸銅3.4部を純水30部
に溶解したものを加え、混合液を加熱攪拌しながら蒸発
乾固した。得られた固形物を130℃で16時間乾燥さ
せ、プレス成型した後、破砕して10〜20メッシュ部
分を分取し、空気流通下に380℃で5時間熱処理し
た。
【0020】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1Mo121Cu0.3Cs1 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.2
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率66.5%、メタクリル酸選択率12.1%、
目的生成物の収率78.6%であった。
【0021】[実施例5]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部、メタバナジン酸アンモニウム5.5部およ
び硝酸セシウム4.6部を純水200部に加熱溶解し
た。これに85重量%リン酸5.4部を純水10部に溶
解したものを加え、さらに60重量%ヒ酸水溶液3.3
部を加え、つぎに硝酸銅3.4部を純水30部に溶解し
たものを加え、混合スラリーを加熱攪拌しながら蒸発乾
固した。得られた固形物を130℃で16時間乾燥さ
せ、プレス成型した後、破砕して10〜20メッシュ部
分を分取し、空気流通下に380℃で5時間熱処理し
た。
【0022】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1Mo121As0.3Cu0.3Cs0.5 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.0
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率63.5%、メタクリル酸選択率16.3%、
目的生成物の収率79.8%であった。
【0023】[実施例6]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部、メタバナジン酸アンモニウム5.5部、硝
酸カリウム2.4部および硝酸セシウム4.6部を純水
200部に加熱溶解した。これに85重量%リン酸5.
4部を純水10部に溶解したものを加え、さらに硝酸ビ
スマス2.3部、硝酸ジルコニル6.1部および硝酸銅
3.4部を希硝酸溶液50部に溶解したものを加え、混
合スラリーを加熱攪拌しながら蒸発乾固した。得られた
固形物を130℃で16時間乾燥させ、プレス成型した
後、破砕して10〜20メッシュ部分を分取し、空気流
通下に380℃で5時間熱処理した。
【0024】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1Mo121Bi0.1Zr0.3Cu0.30.5Cs0.5 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.0
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率25.3%、メタクリル酸選択率55.1%、
目的生成物の収率80.4%であった。
【0025】[実施例7]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部、メタバナジン酸アンモニウム5.5部およ
び硝酸ルビジウム7.0部を純水200部に加熱溶解し
た。これに85重量%リン酸10.9部を純水10部に
溶解したものを加え、さらに二酸化ゲルマニウム2.5
部を加え、混合液を加熱攪拌しながら蒸発乾固した。得
られた固形物を130℃で16時間乾燥させ、プレス成
型した後、破砕して10〜20メッシュ部分を分取し、
空気流通下に380℃で5時間熱処理した。
【0026】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P2Mo121Ge0.5Rb この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.0
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率65.6%、メタクリル酸選択率12.1%、
目的生成物の収率77.7%であった。
【0027】[実施例8]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部および硝酸セシウム4.6部を純水200部
に加熱溶解した。これに85重量%リン酸8.7部を純
水10部に溶解したものを加え、さらに三酸化アンチモ
ン4.1部を加え、攪拌しながら95℃に昇温した。つ
ぎに硝酸銅3.4部、硝酸第二鉄3.8部および硝酸コ
バルト5.5部を純水50部に溶解したものを加え、混
合スラリーを加熱攪拌しながら蒸発乾固した。得られた
固形物を130℃で16時間乾燥させ、プレス成型した
後、破砕して10〜20メッシュ部分を分取し、空気流
通下に380℃で5時間熱処理した。
【0028】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo12Sb0.6Fe0.2Co0.4Cu0.3Cs0.5 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.0
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率28.3%、メタクリル酸選択率49.1%、
目的生成物の収率77.4%であった。
【0029】[実施例9]パラモリブデン酸アンモニウ
ム100部、メタバナジウム酸アンモニウム5.5部お
よび硝酸タリウム3.8部を純水200部に加熱溶解し
た。これに85重量%リン酸8.7部を純水10部に溶
解したものを加え、さらにテルル酸5.4部を加え、攪
拌しながら95℃に昇温した。つぎに硝酸亜鉛7.0部
を純水30部に溶解したものを加え、混合液を加熱攪拌
しながら蒸発乾固した。得られた固形物を130℃で1
6時間乾燥させ、プレス成型した後、破砕して10〜2
0メッシュ部分を分取し、空気流通下に380℃で5時
間熱処理した。
【0030】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo121Te0.5Zn0.5Tl0.3 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.5
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率60.2%、メタクリル酸選択率17.3%、
目的生成物の収率77.5%であった。
【0031】[実施例10]パラモリブデン酸アンモニ
ウム100部、メタバナジウム酸アンモニウム5.5部
および硝酸セシウム9.2部を純水200部に加熱溶解
した。これに85重量%リン酸8.7部を純水10部に
溶解したものを加え、さらにホウ酸1.5部を加え、攪
拌しながら95℃に昇温した。つぎに硝酸銅3.4部、
酸化クロム1.4部および硝酸マグネシウム3.6部を
純水50部に溶解したものを加え、混合液を加熱攪拌し
ながら蒸発乾固した。得られた固形物を130℃で16
時間乾燥させ、プレス成型した後、破砕して10〜20
メッシュ部分を分取し、空気流通下に380℃で5時間
熱処理した。
【0032】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo1210.5Cr0.3Mg0.3Cu0.3Cs1 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.0
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率22.3%、メタクリル酸選択率58.1%、
目的生成物の収率80.4%であった。
【0033】[実施例11]パラモリブデン酸アンモニ
ウム100部、メタバナジン酸アンモニウム5.5部お
よび硝酸セシウム9.2部を純水200部に加熱溶解し
た。これに85重量%リン酸8.7部を純水10部に溶
解したものを加え、さらに酸化第二セリウム1.6部を
加え、攪拌しながら95℃に昇温した。つぎに硝酸銅
3.4部、硝酸マンガン1.4部および硝酸銀0.4部
を純水50部に溶解したものを加え、混合スラリーを加
熱攪拌しながら蒸発乾固した。得られた固形物を130
℃で16時間乾燥させ、プレス成型した後、破砕して1
0〜20メッシュ部分を分取し、空気流通下に380℃
で5時間熱処理した。
【0034】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo121Ag0.05Cu0.3Mn0.1Ce0.2Cs1 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.0
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率15.3%、メタクリル酸選択率64.1%、
目的生成物の収率79.4%であった。
【0035】[実施例12]パラモリブデン酸アンモニ
ウム100部、メタバナジン酸アンモニウム5.5部お
よび硝酸セシウム9.2部を純水200部に加熱溶解し
た。これに85重量%リン酸8.7部を純水10部に溶
解したものを加え、さらに二酸化ゲルマニウム2.5部
を加え、攪拌しながら95℃に昇温した。つぎに硝酸銅
3.4部および硝酸ランタン6.1部を純水50部に溶
解したものを加え、混合液を加熱攪拌しながら蒸発乾固
した。得られた固形物を130℃で16時間乾燥させ、
プレス成型した後、破砕して10〜20メッシュ部分を
分取し、空気流通下に380℃で5時間熱処理した。
【0036】こうして得られた触媒の組成は次式に示す
とおりである。 P1.6Mo121Ge0.5Cu0.3La0.3Cs1 この触媒をステンレス製の固定床反応管に充填し、メタ
リルアルコール8.5%、酸素12.3%、窒素79.
2%(以上は全てモル%)の原料ガスを接触時間2.5
秒で触媒層を通過させ、280℃で反応させた。その結
果、メタリルアルコール反応率100%、メタクロレイ
ン選択率20.0%、メタクリル酸選択率60.1%、
目的生成物の収率80.1%であった。
【0037】[比較例1]粉末の三酸化モリブデンをプ
レス成型した後、破砕して10〜20メッシュ部分を分
取し、空気流通下に380℃で5時間熱処理した。こう
して得られた触媒の組成はMo12である。
【0038】この触媒をステンレス製の固定床反応管に
充填し、メタリルアルコール8.7%、酸素12.3
%、窒素79.0%(以上は全てモル%)の原料ガスを
接触時間2.2秒で触媒層を通過させ、280℃で反応
させた。その結果、メタリルアルコール反応率61.6
%、メタクロレイン選択率43.8%、メタクリル酸選
択率2.4%、目的生成物の収率28.5%であった。
触媒構成元素にリンを含まないと反応率および収率が大
幅に低下した。
【0039】
【発明の効果】本発明の製造方法を用いることにより、
メタリルアルコールからメタクロレインおよびメタクリ
ル酸を製造する際に、メタクリル酸をより高い選択率で
製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C07C 47/22 C07C 47/22 H 51/235 51/235 57/05 57/05 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 27/00 340 C07C 27/00 330 C07C 51/235 C07C 57/05 C07B 61/00 300

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メタリルアルコールを分子状酸素によっ
    て気相接触酸化してメタクロレインおよびメタクリル酸
    を製造する際に、一般式 PaMobcdefg (ここで式中P、Mo、VおよびOはそれぞれリン、モ
    リブデン、バナジウムおよび酸素を示し、Xはアンチモ
    ン、ビスマス、ゲルマニウム、ヒ素、ジルコニウム、テ
    ルル、銀およびホウ素からなる群より選ばれた少なくと
    も1種の元素を示し、Yは鉄、コバルト、亜鉛、クロ
    ム、マグネシウム、銅、マンガン、セリウムおよびラン
    タンからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示
    し、Zはカリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウ
    ムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示
    す。a、b、c、d、e、fおよびgは各元素の原子比
    率を表し、b=12の時、0.5≦a≦3、0≦c≦
    3、0≦d≦3、0≦e≦3、0≦f≦3であり、g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。)で示される組成を有する触媒を使用することを
    特徴とするメタクロレインおよびメタクリル酸の製造方
    法。
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