JP3155602B2 - 無水マレイン酸の製造方法 - Google Patents

無水マレイン酸の製造方法

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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無水マレイン酸の製造
方法に関するものであり、詳しくは、反応熱の除去等の
観点で有利な流動床方式を採用し且つ収率の向上を図っ
た無水マレイン酸の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、無水マレイン酸の製造方法と
して、ブタン等の炭素数4以上の飽和炭化水素を触媒の
存在下に気相酸化する方法が知られている。そして、酸
化触媒としては、リン−バナジウム系触媒が広く用いら
れている。また、反応方式としては、最近は、反応熱の
除去が固定床方式よりも有利な流動床方式が採用されて
きている。
【0003】一般に、流動床方式の反応に使用される触
媒は、触媒活性と同時に触媒の強度の面から耐摩耗性に
優れていることが要求される。そのため、流動床方式の
反応に使用される触媒は、硬くて且つ充填嵩密度の高い
ものが好ましいと考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、無水マレイ
ン酸は、不飽和ポリエステル樹脂等の原料を始めとして
各種の用途を有するために比較的大規模で製造される化
学品である。従って、無水マレイン酸の製造において
は、未反応の原料は回収してリサイクルされるものの、
1パス当たりの収率を僅かでも向上させることは、工業
的価値が大きいと言うことが出来る。本発明は、上記実
情に鑑みなされたものであり、その目的は、反応熱の除
去等の観点で有利な流動床方式を採用し且つ収率の向上
を図った無水マレイン酸の製造方法を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成すべく種々検討を重ねた結果、次のような驚く
べき知見を得た。すなわち、従来、流動床方式の反応触
媒に要求されていた充填嵩密度より小さい充填嵩密度の
触媒であっても、必要な機械強度を付与することが可能
であり、しかも、炭素数4以上の飽和炭化水素の気相酸
化によって無水マレイン酸を製造する反応においては、
流動床方式で反応を行う場合に限り、上記の低充填嵩密
度の触媒の方が従来の高充填嵩密度の触媒よりも反応収
率が高い。
【0006】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものであり、その要旨は、炭素数4以上の飽和炭化水
素を気相酸化して無水マレイン酸を製造するに当たり、
酸化触媒として、充填嵩密度が1.1g/ml以下で且
つ圧壊強度が2g重/粒以上のリン−バナジウム系触媒
を使用し、流動床方式で反応を行うことを特徴とする無
水マレイン酸の製造方法に存する。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本
発明で使用するリン−バナジウム系触媒について説明す
る。上記のリン−バナジウム系触媒は、リンとバナジウ
ムとを含み且つこれら両者の元素比(P/V)が0.8
〜1.5、好ましくは、1〜1.4であるリン−バナジ
ウム系結晶性複合酸化物を活性成分として含む。
【0008】上記の結晶性複合酸化物は、公知の製造方
法、例えば、五酸化バナジウムをリン酸の存在下にヒド
ラジン等の還元剤で還元したのち水熱処理し、生成した
前駆体を焼成処理する方法(特開昭58−15313
号)、五酸化バナジウムを実質的に無水の有機溶媒中で
還元処理した後リン酸の存在下に加熱処理し、生成した
前駆体を焼成処理する方法(特公昭57−8761号、
特公平1−50455号)等に従って製造することが出
来る。
【0009】また、上記のリン−バナジウム系触媒は、
結合成分として、リンとバナジウムとの元素比(P/
V)が0.8〜1.5、好ましくは、1〜1.4の無定
形リン−バナジウム複合酸化物を含有していてもよい。
かかる無定形リン−バナジウム複合酸化物は、公知の方
法に従って、五酸化バナジウム、シュウ酸およびリン酸
から形成される。また、上記のリン−バナジウム系触媒
は、担体としてシリカゾル等の無機微粒子を含有してい
てもよい。上記の各成分の割合は、活性成分(A)と結
合成分(B)との重量比(A/B)が通常1/2〜1/
0.03、好ましくは1/1〜1/0.05の範囲、活
性成分(A)と担体(C)の重量比(A/C)が通常1
/2〜1/0.01、好ましくは1/1〜1/0.03
の範囲となるように適宜選択される。
【0010】本発明で使用するリン−バナジウム系触媒
は、充填嵩密度が1.1g/ml以下で且つ圧壊強度が
2g重/粒以上でなければならない。上記の特性を有す
るリン−バナジウム系触媒は、例えば、以下に説明する
噴霧乾燥造粒法において噴霧乾燥機の出口温度等を調整
することによって製造することが出来る。
【0011】先ず、触媒原料を水溶媒中で均一に混合
し、固形分濃度10〜40%の水性スラリーを調製した
後、湿式粉砕し、水性スラリーの粘度(25℃)を10
0〜10000cpsに調整する。次いで、上記の水性
スラリーを噴霧乾燥機にて噴霧して造粒し、高温加熱空
気を同伴することにより乾燥させる。その際、噴霧乾燥
機のノズル径は1〜0.5mm程度とし、出口空気温度
が90〜200℃、好ましくは、100〜180℃とな
るように調整する。
【0012】次いで、得られた触媒原料粒子を焼成処理
して触媒とする。焼成処理は、焼成温度および焼成雰囲
気を変えて2段階で行うのが好ましい。すなわち、先
ず、空気雰囲気中で300〜500℃の条件下に0.1
〜1時間焼成し、次いで、窒素雰囲気中で500〜70
0℃の条件下に0.1〜1時間焼成する。
【0013】本発明で使用するリン−バナジウム系触媒
は、上記のような噴霧乾燥造粒法によって得られ、そし
て、充填嵩密度が1.1g/ml以下で且つ圧壊強度が
2g重/粒以上と言う特性を有する。そして、本発明で
使用する触媒としては、充填嵩密度が1.1〜0.8g
/mlであり、圧壊強度が3g重/粒以上のものが特に
好ましい。また、本発明で使用する触媒は、粒径分布が
10〜200μm、好ましくは20〜150μm、平均
粒径が30〜70μm、好ましくは40〜60μm、粒
径44μm以下の粒子の割合が重量分率で20〜70重
量%、好ましくは30〜60重量%となるように調整さ
れたものが好ましい。
【0014】なお、本発明において、「充填嵩密度」と
は、一定重量の触媒粒子を容器に入れ、体積が最小にな
るように振動を与えた後、その最小体積と触媒粒子の重
量との比から求めた値である。 充填嵩密度(g/cc)=触媒粒子重量/最小体積 また、「圧壊強度」とは、粒径分布が88〜150μm
の範囲の触媒粒子の1粒子を水平な金属板上に採取し、
その上部より垂直に静圧荷重を徐々に加えて破壊時点に
おける静圧加重を測定した値である。
【0015】次に、本発明の無水マレイン酸の製造方法
について説明する。本発明においては、上述のリン−バ
ナジウム系触媒を使用し、炭素数4以上の飽和炭化水素
の気相酸化を行う。原料の飽和炭化水素としては、n−
ブタン、n−ブテン、ブタジエン等が好適に使用され
る。反応は流動床方式で行うことが重要であり、固定床
方式では、無水マレイン酸の収率を向上させることが出
来ない。そして、反応条件としては、公知の流動床式反
応の条件を採用することが出来る。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。 触媒製造例1 (1)活性成分の製造 水1600kgに濃度85重量%のリン酸704kgを
溶解した後、濃度60重量%の抱水ヒドラジン121k
gを加え、更に、撹拌下に五酸化バナジウム529kg
を少量ずつ窒素の発生を見ながら加えた。その後、反応
液を約170℃に保持し、緩やかに撹拌しながら12時
間加熱処理を施し、リン−バナジウム結晶性酸化物前駆
体スラリーを得た。次いで、上記の前駆体スラリーを濾
過し、回収した前駆体を乾燥後、空気と窒素の混合気体
の雰囲気下に350℃で30分間焼成し、(VO)2
2 7 に相当する結晶性リン−バナジウム複合酸化物
(以下、「活性成分」という)を得た。
【0017】(2)触媒の製造 水460Kg、濃度85重量%のリン酸294kg及び
シュウ酸430kgの混合物に五酸化バナジウム315
kgを徐々に加え、引続き、CO2 の発生がなくなるま
で撹拌を行った。その後、95℃で1時間加熱して均一
溶液(以下「B溶液」という。)を得た。上記のB溶液
に上記(1)で得た活性成分750kgと水1,100
kgを加え、更に、シリカゾル(40%スラリー)12
5kgを加えて水性スラリーを得た。その後、上記の水
性スラリーを約1時間湿式粉砕した。水性スラリーの粘
度は約100cpsから約2000cpsに上昇してい
た。
【0018】次いで、出口空気温度が140℃に調整さ
れた噴霧乾燥機により、上記の水性スラリー(リン−バ
ナジウム複合酸化物の含有量:約40重量%)3000
kgを噴霧して球状粒子を得た。得られた球状粒子を空
気雰囲気で350℃の条件下に30分間焼成し、引続
き、窒素雰囲気で600℃の条件下に30分間焼成して
流動床触媒を得た。上記の流動床触媒は、粒径分布20
〜150μm、平均粒径60μm、粒径が44μm以下
の粒子の割合が30重量%であり、流動性も良好であっ
た。また、充填嵩密度は1.0g/ml、粒径分布88
〜150μmの触媒の圧壊強度は4g重/粒であった。
【0019】触媒製造例2〜6 製造例1の(2)において、噴霧乾燥機の出口空気温度
を表1に示す温度に変えた外は、製造例1と同様にして
流動床触媒を製造した。得られた流動床触媒は、いずれ
のものも、粒径分布20〜150μm、平均粒径60μ
m、粒径が44μm以下の粒子の割合が30重量%であ
った。また、充填嵩密度と粒径分布88〜150μmの
触媒の圧壊強度の測定結果は表1に示した。また、製造
例1の触媒の充填嵩密度と圧壊強度の測定結果も併せて
表1に示した。
【0020】
【表1】 ──────────────────────────────────── 噴霧乾燥機の出 充填嵩密度 圧壊強度 口空気温度(℃) (g/ml) (g重/粒) ──────────────────────────────────── 製造例1 140 1.0 4 製造例2 120 1.1 5 製造例3 160 0.9 3 製造例4 180 0.8 2 製造例5 110 1.15 6 製造例6 100 1.2 7 ────────────────────────────────────
【0021】実施例1〜4及び比較例1〜2 触媒製造例1〜6で得られた触媒を使用し、下記の表2
に示す条件下にブタンを空気酸化して無水マレイン酸を
製造した。その結果を表3に示した。なお、流動床式反
応において問題となる触媒の破砕ないし粉化は、圧壊強
度が小なる程大となるが、最も圧壊強度の低い触媒(2
g重/粒)を使用した実施例4において約1000時間
のライフテストを実施した結果、触媒の破砕率は約15
%に止まり、実用上問題ないことが明らかとなった。
【0022】
【表2】 ─────────────────────────────── 反応条件 固定床*1 流動床*2 ─────────────────────────────── 触媒量 6 ml 1000 kg ブタン濃度(vol%) 4 4 原料ガス空間速度(hr-1) 1000 700 反応圧力(kg/cm2 G) 0.5 1 反応温度(℃) 450 450 ─────────────────────────────── *1:ラボスケール固定床装置 *2:パイロットスケール流動床装置
【0023】
【表3】 ─────────────────────────────── 触媒 無水マレイン酸の収率(モル%) 種類 固定床 流動床 ─────────────────────────────── 実施例1 製造例1の触媒 53 52 実施例2 製造例2の触媒 53 51 実施例3 製造例3の触媒 53 52 実施例4 製造例4の触媒 53 53 比較例1 製造例5の触媒 53 49 比較例2 製造例6の触媒 53 47 ───────────────────────────────
【0024】表3に示す無水マレイン酸の収率から明ら
かなように、流動床式反応の場合には、使用する触媒の
充填嵩密度が小さい程に収率が向上している。そして、
表1に示す通り、充填嵩密度が小さい触媒ほどに圧壊強
度が小さくなるが、圧壊強度が2g重/粒以上の触媒
は、実用上問題なく使用することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、反応熱の
除去等の観点で有利な流動床方式を採用し且つ収率の向
上を図った無水マレイン酸の製造方法が提供され、本発
明の工業的価値は大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣戸 健一郎 岡山県倉敷市潮通三丁目10番地 三菱化 成株式会社水島工場内 (72)発明者 中村 宏文 岡山県倉敷市潮通三丁目10番地 三菱化 成株式会社水島工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07D 307/60 B01J 27/198 C07B 61/00 300 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素数4以上の飽和炭化水素を気相酸化
    して無水マレイン酸を製造するに当たり、酸化触媒とし
    て、充填嵩密度が1.1g/ml以下で且つ圧壊強度が
    2g重/粒以上のリン−バナジウム系触媒を使用し、流
    動床方式で反応を行うことを特徴とする無水マレイン酸
    の製造方法。
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