JP4311842B2 - アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造用触媒 - Google Patents
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロパンまたはイソブタンをアンモニアおよび酸素と気相接触させるアンモ酸化反応に用いる酸化物触媒、およびこれを用いるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロピレンまたはイソブチレンをアンモニアおよび酸素と気相接触させるアンモ酸化反応によってアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する方法が良く知られているが、近年、プロピレンまたはイソブチレンに替わってプロパンまたはイソブタンをアンモニアおよび酸素と気相接触させるアンモ酸化反応によってアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する方法が着目されており、種々の触媒および反応方法が提案されている。
例えば、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ−Ｓｂを含む触媒として、特開平９−１５７２４１号公報、特開平１０−２８８６２号公報、特開平１０−３３０３４３号公報、特開平１１−５７４７９号公報、特開平１１−２２６４０８号公報、特開平１１−２６３７４５号公報、特開平１１−４７５９８号公報などに開示されている。
【０００３】
プロパンまたはイソブタンはプロピレンまたはイソブチレンに比べて反応性が乏しいため、触媒に強い酸化力が求められる。しかし、目的物であるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルもまた、触媒の強い酸化力により酸化分解され、その結果、目的物の選択率を下げてしまう。生産性を高めるためには、原料ガス中のプロパンまたはイソブタン濃度を高める必要があるが、公知触媒では、プロパンまたはイソブタン濃度を高めると、プロパンまたはイソブタン転化率を進めるに従い急激に目的物の選択率が低下する挙動が見られる。そのため、プロパンまたはイソブタン濃度を高めるためには、低いプロパンまたはイソブタン転化率条件で運転せざるを得ない。
【０００４】
更に、プロパンまたはイソブタン濃度を高めた条件を適用すると、公知触媒では性能の経時劣化が見られ、工業化を考えると大きな問題となる。
上記の公報に開示された触媒は、選択率は未だ満足できるものではないうえ、経時劣化は抑制されていない。
一方、特開平１１−２６３７４５号公報ではこの経時劣化を抑制させる方法として反応器内の酸化物触媒の少なくとも一部を反応生成ガスよりも可燃物成分の濃度が低く、かつ、反応生成ガスよりも酸素濃度の高い気体と接触させる工程またはゾーンを有することを特徴とする気相接触酸化方法を開示している。しかし、この方法では、目的物の選択率が低い上、工程または反応器構造が複雑となり、工業的には有利ではない。
【０００５】
また、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ−Ｔｅを含む触媒として、特開平５−１４８２１２号公報、特開平６−２２８０７３号公報、特開平７−２８９９０７号公報、特開平１１−４７５９８号公報などに開示されている。これらの公報には触媒を構成する元素として、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ−Ｔｅ以外の元素としてＲｅ、Ｈｆも挙げられているが、目的物の選択率および性能の経時劣化抑制については具体的な記載はない。
以上の点から、目的物の選択率が高く、高いプロパンまたはイソブタン濃度でも性能の経時劣化の少ないアンモ酸化用触媒の開発が切望されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、目的物の選択率が高く、性能の経時変化の少ない、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造用の新規な酸化物触媒を提供することである。
更に本発明の第２の目的は、上記の優れた触媒を用いて、プロパンまたはイソブタンを気相接触アンモ酸化反応させ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、プロパンまたはイソブタンの気相接触アンモ酸化反応に用いる触媒について鋭意検討した結果、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、および、ＲｅとＨｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含む酸化物を触媒として用いることによって、上記課題が解決されることを見いだし、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、
（１）プロパンまたはイソブタンの気相接触アンモ酸化反応に用いる触媒であって、下記（１）の一般組成式で表されることを特徴とする酸化物触媒、
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏn ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。）
【０００８】
（２）成分ＺがＲｅである前記（１）に記載の酸化物触媒、
（３）該酸化物触媒が、触媒構成元素の酸化物とシリカの全重量に対し、ＳｉＯ2 換算で２０〜６０重量％のシリカに担持されていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の酸化物触媒、
（４）モリブデン、バナジウム、ニオブ、アンチモンおよび成分Ｚのそれぞれの化合物、および任意にシリカゾルを含む混合液を調合し、得られた調合液を乾燥し、そして得られた乾燥物を焼成する工程を含む触媒の調製方法において、該混合液の調製のためにジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４であるニオブ含有液を用いて調製されることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の酸化物触媒、
【０００９】
（５）該混合液の調合工程において、過酸化水素を用いることを特徴とする前記（４）に記載の酸化物触媒、
（６）過酸化水素／アンチモンのモル比が０．０１〜２であることを特徴とする前記（５）に記載の酸化物触媒、
（７）プロパンまたはイソブタンを気相接触アンモ酸化反応させ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造するにあたり、下記（１）の一般組成式で示される酸化物触媒を用いることを特徴とするアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法、
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏn ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。）
【００１０】
（８）成分ＺがＲｅである酸化物触媒を用いることを特徴とする前記（７）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法、
（９）該酸化物触媒が、触媒構成元素の酸化物とシリカの全重量に対し、ＳｉＯ2 換算で２０〜６０重量％のシリカに担持されていることを特徴とする前記（７）または（８）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法、
【００１１】
（１０）該酸化物触媒が、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アンチモンおよび成分Ｚのそれぞれの化合物、および任意にシリカゾルを含む混合液を調合し、得られた調合液を乾燥し、そして得られた乾燥物を焼成する工程を含む触媒の調製方法において、該混合液の調製のためにジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４であるニオブ含有液を用いて調製されることを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれか１項に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造方法、
（１１）該酸化物触媒が、該混合液の調合工程において、過酸化水素を用いることを特徴とする前記（１０）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造方法、
（１２）該酸化物触媒が、過酸化水素／アンチモンのモル比が０．０１〜２で調製されることを特徴とする前記（１１）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法に関するものである。
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の酸化物触媒は下記（１）の一般組成式で表されるものである。
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏｎ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。）
Ｍｏ１原子当たりの原子比ａ〜ｄはそれぞれ、０．２≦ａ≦０．６、０．０５≦ｂ≦０．５、０．０５≦ｃ≦０．５、０．００５≦ｄ≦０．０５が好ましい。
成分ＺはＲｅであることが好ましい。
【００１３】
本発明の酸化物触媒は、シリカ担持触媒であっても良い。本発明の酸化物触媒がシリカ担持触媒の場合、高い機械的強度を有するので、流動床反応器を用いたアンモ酸化反応に好適である。シリカ担体の含有量は、触媒構成元素の酸化物とシリカ担体から成るシリカ担持酸化物触媒の全重量に対して、ＳｉＯ２換算で２０〜６０重量％であることが好ましく、より好ましくは２０〜４０重量％である。
本発明の酸化物触媒を製造するための成分金属の原料は特に限定されないが、例えば、下記の化合物を用いることができる。
ＭｏとＶの原料は、それぞれ、ヘプタモリブデン酸アンモニウム［（ＮＨ4 ）6 Ｍｏ7 Ｏ24・４Ｈ2 Ｏ］とメタバナジン酸アンモニウム［ＮＨ4 ＶＯ3 ］を好適に用いることができる。
【００１４】
Ｎｂの原料としては、ニオブ酸、ニオブの無機酸塩およびニオブの有機酸塩を用いることができる。特にニオブ酸が良い。ニオブ酸はＮｂ2 Ｏ5 ・ｎＨ2 Ｏで表され、ニオブ水酸化物または酸化ニオブ水和物とも称される。更にジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４のＮｂ原料液として用いることが好ましい。ジカルボン酸はシュウ酸が好ましい。
Ｓｂの原料としては三酸化二アンチモン〔Ｓｂ2 Ｏ3 〕が好ましい。
成分Ｚ（Ｒｅ、Ｈｆ）の原料は、過レニウム酸アンモニウム、アセチルアセトナトハフニウムなどを用いることができる。
本発明の酸化物触媒の製造方法は、一般的な方法で調製することができる。例えば、（１）原料混合液の調合工程、（２）工程（１）で得られた原料混合液を乾燥し、触媒前駆体を得る工程、（３）工程（２）で得られた触媒前駆体を焼成する工程の３つの工程を経て製造することができる。
【００１５】
以下に、工程（１）〜（３）からなる本発明の酸化物触媒の好ましい調製例を説明する。
（工程１：原料調合工程）
ヘプタモリブデン酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウムおよび三酸化二アンチモン粉末を分散したスラリーをリフラックス条件下に加熱して混合液（Ａ）を調製する。
ニオブ酸とシュウ酸を水中で加熱撹拌して混合液（Ｂ）を調製する。
酸化物触媒の成分Ｚ（Ｒｅ、Ｈｆ）の原料化合物（例えば過レニウム酸アンモニウム）を含む混合液（Ｃ）を調製する。
目的とする組成に合わせて、混合液（Ａ）、混合液（Ｂ）、混合液（Ｃ）を好適に混合して、原料調合液を得る。
【００１６】
本発明のアンモ酸化用触媒がシリカ担持触媒の場合、シリカゾルを含むように原料調合液が調製される。シリカゾルは適宜添加することができる。
更に、混合液（Ａ）、または、調合途中の混合液（Ａ）の成分を含む液に、過酸化水素を添加することが好ましい。この時、Ｈ2 Ｏ2 ／Ｓｂ（モル比）は０．０１〜２、特に１〜１．５が好ましい。また、この時、３０℃〜７０℃で、３０分〜２時間撹拌を続けることが好ましい。
この様にして得られる原料調合液は均一な溶液の場合もあるが、大抵はスラリーである。
【００１７】
（工程２：乾燥工程）
原料調合工程で得られた原料調合液を噴霧乾燥法によって乾燥させ、乾燥粉体を得る。噴霧乾燥法における噴霧化は遠心方式、二流体ノズル方式または高圧ノズル方式を採用することができる。乾燥熱源は、スチーム、電気ヒーターなどによって加熱された空気を用いることができる。熱風の乾燥機入口温度は１５０〜３００℃が好ましい。
（工程３：焼成工程）
乾燥工程で得られた乾燥粉体を焼成することによって酸化物触媒を得る。焼成は窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの実質的に酸素を含まない不活性ガス雰囲気下、好ましくは、不活性ガスを流通させながら、５００〜８００℃、好ましくは６００〜７００℃で実施する。焼成時間は０．５〜２０時間、好ましくは１〜８時間である。
【００１８】
焼成は、回転炉、トンネル炉、管状炉、流動焼成炉等を用いて行うことができる。焼成は反復することができる。
焼成工程の前に、乾燥粉体を大気雰囲気下または空気流通下で２００〜４００℃、１〜５時間で前焼成することも好ましい。
このようにして製造された酸化物触媒の存在下、プロパンまたはイソブタンをアンモニアおよび酸素と気相接触反応させて、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する。
プロパンまたはイソブタンとアンモニアの供給原料は必ずしも高純度である必要はなく、工業グレードのガスを使用できる。
供給酸素源として空気、酸素を富化した空気または純酸素を用いることができる。更に、希釈ガスとしてヘリウム、アルゴン、炭酸ガス、水蒸気、窒素などを供給してもよい。
【００１９】
反応に供給するアンモニアのプロパンまたはイソブタンに対するモル比は０．３〜１．５、好ましくは０．８〜１．０である。本発明の酸化物触媒をプロパンまたはイソブタンのアンモ酸化に用いる場合は、従来の酸化物触媒を用いる場合に比べて相対的に小さい該モル比を適用することが可能である。
反応に供給する酸素のプロパンまたはイソブタンに対するモル比は０．１〜６、好ましくは０．５〜４である。
反応温度は３５０℃〜５００℃、好ましくは３８０℃〜４７０℃である。
反応圧力は５×１０4 〜５×１０5 Ｐａ、好ましくは１×１０5 〜３×１０5 Ｐａである。
【００２０】
接触時間は０．１〜１０（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）、好ましくは０．５〜５（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）である。本発明において、接触時間は次式で決定される。
接触時間（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）＝（Ｗ／Ｆ）×２７３／（２７３＋Ｔ）
ここで
Ｗ＝充填触媒量（ｇ）
Ｆ＝標準状態（０℃、１．１３×１０5 Ｐａ）での原料混合ガス流量（Ｎｃｃ／ｓｅｃ）
Ｔ＝反応温度（℃）
である。
反応方式は、固定床、流動床、移動床など従来の方式を採用できるが、反応熱の除去が容易な流動床反応器が好ましい。
また、本発明の反応は、単流式であってもリサイクル式であってもよい。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明の酸化物触媒について、触媒の調製実施例およびプロパンの気相接触アンモ酸化反応によるアクリロニトリルの製造実施例を用いて説明するが、本発明はその要旨を越えない限りこれら実施例に限定されるものではない。
プロパン転化率（％）＝（反応したプロパンのモル数）／（供給したプロパンのモル数）×１００
アクリロニトリル選択率（％）＝（生成したアクリロニトリルのモル数）／（反応したプロパンのモル数）×１００
【００２２】
（実施例１）
（触媒の調製）
仕込み組成式がＭｏ1 Ｖ0.33Ｓｂ0.22Ｎｂ0.07Ｒｅ0.02Ｏn ／５０ｗｔ％−ＳｉＯ2 で示される酸化物触媒を次のようにして調製した。
水２２００ｇにヘプタモリブデン酸アンモニウム〔（ＮＨ4 ）6 Ｍｏ7 Ｏ24・４Ｈ2 Ｏ〕を４０１．３７ｇ、メタバナジン酸アンモニウム〔ＮＨ4 ＶＯ3 〕を８７．７７ｇ、三酸化二アンチモン〔Ｓｂ2 Ｏ3 〕を７２．８９ｇ加え、攪拌しながら３時間３０分間加熱還流した後、約７０℃まで冷却して混合液Ａ−１を得た。
【００２３】
水２７５ｇにＮｂ2 Ｏ5 として７６．６重量％を含有するニオブ酸を２７．５８ｇ、シュウ酸二水和物〔Ｈ2 Ｃ2 Ｏ4 ・２Ｈ2 Ｏ〕を５０．１２ｇ加え、攪拌しながら約６０℃に加熱し溶解させたのち、約３０℃まで冷却した混合液Ｂ−１を得た。
水２３０ｇに過レニウム酸アンモニウム〔ＮＨ4 ＲｅＯ4 〕１２．２０ｇを加え、攪拌しながら約６０℃に加熱、溶解した後、約３０℃まで冷却して溶解させた混合液Ｃ−１を得た。
【００２４】
得られた混合液Ａ−１にＳｉＯ2 として３０ｗｔ％を含有するシリカゾル１６６６．７ｇを添加した。液温は約５０℃に低下した。更に、Ｈ2 Ｏ2 として１５ｗｔ％を含有する過酸化水素水１１３．３０ｇを添加し、５０℃で１時間撹拌を続けた。その間、液の色は濃紺から赤茶色に変化した。次に混合液Ｂ−１、混合液Ｃ−１を添加して原料調合液を得た。
得られた原料調合液を、遠心式噴霧乾燥器に供給して乾燥し、微小球状の乾燥粉体を得た。乾燥機の入口温度は２１０℃、そして出口温度は１２０℃であった。
得られた乾燥粉体を１００ｇを直径１インチのガラス管に充填し、６００Ｎｃｃ／ｍｉｎの窒素ガス流通下、６４０℃で２時間焼成して触媒を得た。
【００２５】
（プロパンのアンモ酸化反応）
内径２５ｍｍのバイコールガラス流動床型反応管に調製して得られた触媒を４５ｇ充填し、反応温度４４０℃、反応圧力常圧下にプロパン：アンモニア：酸素：ヘリウム＝１：０．６：１．５：５．６のモル比の混合ガスを接触時間３．０（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）で通過させ、性能の経時変化を追った。
得られた結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例２）
（触媒の調製）
仕込み組成式がＭｏ1 Ｖ0.33Ｓｂ0.22Ｎｂ0.07Ｈｆ0.02Ｏn ／５０ｗｔ％−ＳｉＯ2 で示される酸化物触媒を次のように調製した。
実施例１の原料液Ｃ−１に換え、水５００ｇにアセチルアセトナトハフニウム〔Ｈｆ（Ｃ5 Ｈ7 Ｏ2 ）4 〕２６．３８ｇを加え、攪拌しながら約６０℃に加熱、溶解した後、約３０℃まで冷却して溶解させた混合液Ｃ−２を用い、またシリカゾルの量を１６６１．９ｇとした以外は実施例１と同様にして調製した。
（プロパンのアンモ酸化反応）
得られた触媒を用いて、実施例１と同様な方法でアンモ酸化反応を行った。
得られた結果を表１に示す。
【００２７】
（比較例１）
（触媒の調製）
仕込み組成式がＭｏ1 Ｖ0.33Ｓｂ0.22Ｎｂ0.07Ｏn ／５０ｗｔ％−ＳｉＯ2 で示される酸化物触媒を次のように調製した。
実施例１の原料液Ｃ−１を添加せず、またシリカゾルの量を１６３０．０ｇとした以外は実施例１と同様にして調製した。
（プロパンのアンモ酸化反応）
得られた触媒を用いて、実施例１と同様な方法でアンモ酸化反応を行った。
得られた結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【発明の効果】
本発明の触媒により、目的物を高い選択率で、かつ、長時間にわたって安定に製造することが出来る。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロパンまたはイソブタンをアンモニアおよび酸素と気相接触させるアンモ酸化反応に用いる酸化物触媒、およびこれを用いるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロピレンまたはイソブチレンをアンモニアおよび酸素と気相接触させるアンモ酸化反応によってアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する方法が良く知られているが、近年、プロピレンまたはイソブチレンに替わってプロパンまたはイソブタンをアンモニアおよび酸素と気相接触させるアンモ酸化反応によってアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する方法が着目されており、種々の触媒および反応方法が提案されている。
例えば、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ−Ｓｂを含む触媒として、特開平９−１５７２４１号公報、特開平１０−２８８６２号公報、特開平１０−３３０３４３号公報、特開平１１−５７４７９号公報、特開平１１−２２６４０８号公報、特開平１１−２６３７４５号公報、特開平１１−４７５９８号公報などに開示されている。
【０００３】
プロパンまたはイソブタンはプロピレンまたはイソブチレンに比べて反応性が乏しいため、触媒に強い酸化力が求められる。しかし、目的物であるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルもまた、触媒の強い酸化力により酸化分解され、その結果、目的物の選択率を下げてしまう。生産性を高めるためには、原料ガス中のプロパンまたはイソブタン濃度を高める必要があるが、公知触媒では、プロパンまたはイソブタン濃度を高めると、プロパンまたはイソブタン転化率を進めるに従い急激に目的物の選択率が低下する挙動が見られる。そのため、プロパンまたはイソブタン濃度を高めるためには、低いプロパンまたはイソブタン転化率条件で運転せざるを得ない。
【０００４】
更に、プロパンまたはイソブタン濃度を高めた条件を適用すると、公知触媒では性能の経時劣化が見られ、工業化を考えると大きな問題となる。
上記の公報に開示された触媒は、選択率は未だ満足できるものではないうえ、経時劣化は抑制されていない。
一方、特開平１１−２６３７４５号公報ではこの経時劣化を抑制させる方法として反応器内の酸化物触媒の少なくとも一部を反応生成ガスよりも可燃物成分の濃度が低く、かつ、反応生成ガスよりも酸素濃度の高い気体と接触させる工程またはゾーンを有することを特徴とする気相接触酸化方法を開示している。しかし、この方法では、目的物の選択率が低い上、工程または反応器構造が複雑となり、工業的には有利ではない。
【０００５】
また、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ−Ｔｅを含む触媒として、特開平５−１４８２１２号公報、特開平６−２２８０７３号公報、特開平７−２８９９０７号公報、特開平１１−４７５９８号公報などに開示されている。これらの公報には触媒を構成する元素として、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ−Ｔｅ以外の元素としてＲｅ、Ｈｆも挙げられているが、目的物の選択率および性能の経時劣化抑制については具体的な記載はない。
以上の点から、目的物の選択率が高く、高いプロパンまたはイソブタン濃度でも性能の経時劣化の少ないアンモ酸化用触媒の開発が切望されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、目的物の選択率が高く、性能の経時変化の少ない、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造用の新規な酸化物触媒を提供することである。
更に本発明の第２の目的は、上記の優れた触媒を用いて、プロパンまたはイソブタンを気相接触アンモ酸化反応させ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、プロパンまたはイソブタンの気相接触アンモ酸化反応に用いる触媒について鋭意検討した結果、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、および、ＲｅとＨｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含む酸化物を触媒として用いることによって、上記課題が解決されることを見いだし、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、
（１）プロパンまたはイソブタンの気相接触アンモ酸化反応に用いる触媒であって、下記（１）の一般組成式で表されることを特徴とする酸化物触媒、
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏn ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。）
【０００８】
（２）成分ＺがＲｅである前記（１）に記載の酸化物触媒、
（３）該酸化物触媒が、触媒構成元素の酸化物とシリカの全重量に対し、ＳｉＯ2 換算で２０〜６０重量％のシリカに担持されていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の酸化物触媒、
（４）モリブデン、バナジウム、ニオブ、アンチモンおよび成分Ｚのそれぞれの化合物、および任意にシリカゾルを含む混合液を調合し、得られた調合液を乾燥し、そして得られた乾燥物を焼成する工程を含む触媒の調製方法において、該混合液の調製のためにジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４であるニオブ含有液を用いて調製されることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の酸化物触媒、
【０００９】
（５）該混合液の調合工程において、過酸化水素を用いることを特徴とする前記（４）に記載の酸化物触媒、
（６）過酸化水素／アンチモンのモル比が０．０１〜２であることを特徴とする前記（５）に記載の酸化物触媒、
（７）プロパンまたはイソブタンを気相接触アンモ酸化反応させ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造するにあたり、下記（１）の一般組成式で示される酸化物触媒を用いることを特徴とするアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法、
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏn ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。）
【００１０】
（８）成分ＺがＲｅである酸化物触媒を用いることを特徴とする前記（７）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法、
（９）該酸化物触媒が、触媒構成元素の酸化物とシリカの全重量に対し、ＳｉＯ2 換算で２０〜６０重量％のシリカに担持されていることを特徴とする前記（７）または（８）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法、
【００１１】
（１０）該酸化物触媒が、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アンチモンおよび成分Ｚのそれぞれの化合物、および任意にシリカゾルを含む混合液を調合し、得られた調合液を乾燥し、そして得られた乾燥物を焼成する工程を含む触媒の調製方法において、該混合液の調製のためにジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４であるニオブ含有液を用いて調製されることを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれか１項に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造方法、
（１１）該酸化物触媒が、該混合液の調合工程において、過酸化水素を用いることを特徴とする前記（１０）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造方法、
（１２）該酸化物触媒が、過酸化水素／アンチモンのモル比が０．０１〜２で調製されることを特徴とする前記（１１）に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法に関するものである。
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の酸化物触媒は下記（１）の一般組成式で表されるものである。
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏｎ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。）
Ｍｏ１原子当たりの原子比ａ〜ｄはそれぞれ、０．２≦ａ≦０．６、０．０５≦ｂ≦０．５、０．０５≦ｃ≦０．５、０．００５≦ｄ≦０．０５が好ましい。
成分ＺはＲｅであることが好ましい。
【００１３】
本発明の酸化物触媒は、シリカ担持触媒であっても良い。本発明の酸化物触媒がシリカ担持触媒の場合、高い機械的強度を有するので、流動床反応器を用いたアンモ酸化反応に好適である。シリカ担体の含有量は、触媒構成元素の酸化物とシリカ担体から成るシリカ担持酸化物触媒の全重量に対して、ＳｉＯ２換算で２０〜６０重量％であることが好ましく、より好ましくは２０〜４０重量％である。
本発明の酸化物触媒を製造するための成分金属の原料は特に限定されないが、例えば、下記の化合物を用いることができる。
ＭｏとＶの原料は、それぞれ、ヘプタモリブデン酸アンモニウム［（ＮＨ4 ）6 Ｍｏ7 Ｏ24・４Ｈ2 Ｏ］とメタバナジン酸アンモニウム［ＮＨ4 ＶＯ3 ］を好適に用いることができる。
【００１４】
Ｎｂの原料としては、ニオブ酸、ニオブの無機酸塩およびニオブの有機酸塩を用いることができる。特にニオブ酸が良い。ニオブ酸はＮｂ2 Ｏ5 ・ｎＨ2 Ｏで表され、ニオブ水酸化物または酸化ニオブ水和物とも称される。更にジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４のＮｂ原料液として用いることが好ましい。ジカルボン酸はシュウ酸が好ましい。
Ｓｂの原料としては三酸化二アンチモン〔Ｓｂ2 Ｏ3 〕が好ましい。
成分Ｚ（Ｒｅ、Ｈｆ）の原料は、過レニウム酸アンモニウム、アセチルアセトナトハフニウムなどを用いることができる。
本発明の酸化物触媒の製造方法は、一般的な方法で調製することができる。例えば、（１）原料混合液の調合工程、（２）工程（１）で得られた原料混合液を乾燥し、触媒前駆体を得る工程、（３）工程（２）で得られた触媒前駆体を焼成する工程の３つの工程を経て製造することができる。
【００１５】
以下に、工程（１）〜（３）からなる本発明の酸化物触媒の好ましい調製例を説明する。
（工程１：原料調合工程）
ヘプタモリブデン酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウムおよび三酸化二アンチモン粉末を分散したスラリーをリフラックス条件下に加熱して混合液（Ａ）を調製する。
ニオブ酸とシュウ酸を水中で加熱撹拌して混合液（Ｂ）を調製する。
酸化物触媒の成分Ｚ（Ｒｅ、Ｈｆ）の原料化合物（例えば過レニウム酸アンモニウム）を含む混合液（Ｃ）を調製する。
目的とする組成に合わせて、混合液（Ａ）、混合液（Ｂ）、混合液（Ｃ）を好適に混合して、原料調合液を得る。
【００１６】
本発明のアンモ酸化用触媒がシリカ担持触媒の場合、シリカゾルを含むように原料調合液が調製される。シリカゾルは適宜添加することができる。
更に、混合液（Ａ）、または、調合途中の混合液（Ａ）の成分を含む液に、過酸化水素を添加することが好ましい。この時、Ｈ2 Ｏ2 ／Ｓｂ（モル比）は０．０１〜２、特に１〜１．５が好ましい。また、この時、３０℃〜７０℃で、３０分〜２時間撹拌を続けることが好ましい。
この様にして得られる原料調合液は均一な溶液の場合もあるが、大抵はスラリーである。
【００１７】
（工程２：乾燥工程）
原料調合工程で得られた原料調合液を噴霧乾燥法によって乾燥させ、乾燥粉体を得る。噴霧乾燥法における噴霧化は遠心方式、二流体ノズル方式または高圧ノズル方式を採用することができる。乾燥熱源は、スチーム、電気ヒーターなどによって加熱された空気を用いることができる。熱風の乾燥機入口温度は１５０〜３００℃が好ましい。
（工程３：焼成工程）
乾燥工程で得られた乾燥粉体を焼成することによって酸化物触媒を得る。焼成は窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの実質的に酸素を含まない不活性ガス雰囲気下、好ましくは、不活性ガスを流通させながら、５００〜８００℃、好ましくは６００〜７００℃で実施する。焼成時間は０．５〜２０時間、好ましくは１〜８時間である。
【００１８】
焼成は、回転炉、トンネル炉、管状炉、流動焼成炉等を用いて行うことができる。焼成は反復することができる。
焼成工程の前に、乾燥粉体を大気雰囲気下または空気流通下で２００〜４００℃、１〜５時間で前焼成することも好ましい。
このようにして製造された酸化物触媒の存在下、プロパンまたはイソブタンをアンモニアおよび酸素と気相接触反応させて、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造する。
プロパンまたはイソブタンとアンモニアの供給原料は必ずしも高純度である必要はなく、工業グレードのガスを使用できる。
供給酸素源として空気、酸素を富化した空気または純酸素を用いることができる。更に、希釈ガスとしてヘリウム、アルゴン、炭酸ガス、水蒸気、窒素などを供給してもよい。
【００１９】
反応に供給するアンモニアのプロパンまたはイソブタンに対するモル比は０．３〜１．５、好ましくは０．８〜１．０である。本発明の酸化物触媒をプロパンまたはイソブタンのアンモ酸化に用いる場合は、従来の酸化物触媒を用いる場合に比べて相対的に小さい該モル比を適用することが可能である。
反応に供給する酸素のプロパンまたはイソブタンに対するモル比は０．１〜６、好ましくは０．５〜４である。
反応温度は３５０℃〜５００℃、好ましくは３８０℃〜４７０℃である。
反応圧力は５×１０4 〜５×１０5 Ｐａ、好ましくは１×１０5 〜３×１０5 Ｐａである。
【００２０】
接触時間は０．１〜１０（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）、好ましくは０．５〜５（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）である。本発明において、接触時間は次式で決定される。
接触時間（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）＝（Ｗ／Ｆ）×２７３／（２７３＋Ｔ）
ここで
Ｗ＝充填触媒量（ｇ）
Ｆ＝標準状態（０℃、１．１３×１０5 Ｐａ）での原料混合ガス流量（Ｎｃｃ／ｓｅｃ）
Ｔ＝反応温度（℃）
である。
反応方式は、固定床、流動床、移動床など従来の方式を採用できるが、反応熱の除去が容易な流動床反応器が好ましい。
また、本発明の反応は、単流式であってもリサイクル式であってもよい。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明の酸化物触媒について、触媒の調製実施例およびプロパンの気相接触アンモ酸化反応によるアクリロニトリルの製造実施例を用いて説明するが、本発明はその要旨を越えない限りこれら実施例に限定されるものではない。
プロパン転化率（％）＝（反応したプロパンのモル数）／（供給したプロパンのモル数）×１００
アクリロニトリル選択率（％）＝（生成したアクリロニトリルのモル数）／（反応したプロパンのモル数）×１００
【００２２】
（実施例１）
（触媒の調製）
仕込み組成式がＭｏ1 Ｖ0.33Ｓｂ0.22Ｎｂ0.07Ｒｅ0.02Ｏn ／５０ｗｔ％−ＳｉＯ2 で示される酸化物触媒を次のようにして調製した。
水２２００ｇにヘプタモリブデン酸アンモニウム〔（ＮＨ4 ）6 Ｍｏ7 Ｏ24・４Ｈ2 Ｏ〕を４０１．３７ｇ、メタバナジン酸アンモニウム〔ＮＨ4 ＶＯ3 〕を８７．７７ｇ、三酸化二アンチモン〔Ｓｂ2 Ｏ3 〕を７２．８９ｇ加え、攪拌しながら３時間３０分間加熱還流した後、約７０℃まで冷却して混合液Ａ−１を得た。
【００２３】
水２７５ｇにＮｂ2 Ｏ5 として７６．６重量％を含有するニオブ酸を２７．５８ｇ、シュウ酸二水和物〔Ｈ2 Ｃ2 Ｏ4 ・２Ｈ2 Ｏ〕を５０．１２ｇ加え、攪拌しながら約６０℃に加熱し溶解させたのち、約３０℃まで冷却した混合液Ｂ−１を得た。
水２３０ｇに過レニウム酸アンモニウム〔ＮＨ4 ＲｅＯ4 〕１２．２０ｇを加え、攪拌しながら約６０℃に加熱、溶解した後、約３０℃まで冷却して溶解させた混合液Ｃ−１を得た。
【００２４】
得られた混合液Ａ−１にＳｉＯ2 として３０ｗｔ％を含有するシリカゾル１６６６．７ｇを添加した。液温は約５０℃に低下した。更に、Ｈ2 Ｏ2 として１５ｗｔ％を含有する過酸化水素水１１３．３０ｇを添加し、５０℃で１時間撹拌を続けた。その間、液の色は濃紺から赤茶色に変化した。次に混合液Ｂ−１、混合液Ｃ−１を添加して原料調合液を得た。
得られた原料調合液を、遠心式噴霧乾燥器に供給して乾燥し、微小球状の乾燥粉体を得た。乾燥機の入口温度は２１０℃、そして出口温度は１２０℃であった。
得られた乾燥粉体を１００ｇを直径１インチのガラス管に充填し、６００Ｎｃｃ／ｍｉｎの窒素ガス流通下、６４０℃で２時間焼成して触媒を得た。
【００２５】
（プロパンのアンモ酸化反応）
内径２５ｍｍのバイコールガラス流動床型反応管に調製して得られた触媒を４５ｇ充填し、反応温度４４０℃、反応圧力常圧下にプロパン：アンモニア：酸素：ヘリウム＝１：０．６：１．５：５．６のモル比の混合ガスを接触時間３．０（ｓｅｃ・ｇ／ｃｃ）で通過させ、性能の経時変化を追った。
得られた結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例２）
（触媒の調製）
仕込み組成式がＭｏ1 Ｖ0.33Ｓｂ0.22Ｎｂ0.07Ｈｆ0.02Ｏn ／５０ｗｔ％−ＳｉＯ2 で示される酸化物触媒を次のように調製した。
実施例１の原料液Ｃ−１に換え、水５００ｇにアセチルアセトナトハフニウム〔Ｈｆ（Ｃ5 Ｈ7 Ｏ2 ）4 〕２６．３８ｇを加え、攪拌しながら約６０℃に加熱、溶解した後、約３０℃まで冷却して溶解させた混合液Ｃ−２を用い、またシリカゾルの量を１６６１．９ｇとした以外は実施例１と同様にして調製した。
（プロパンのアンモ酸化反応）
得られた触媒を用いて、実施例１と同様な方法でアンモ酸化反応を行った。
得られた結果を表１に示す。
【００２７】
（比較例１）
（触媒の調製）
仕込み組成式がＭｏ1 Ｖ0.33Ｓｂ0.22Ｎｂ0.07Ｏn ／５０ｗｔ％−ＳｉＯ2 で示される酸化物触媒を次のように調製した。
実施例１の原料液Ｃ−１を添加せず、またシリカゾルの量を１６３０．０ｇとした以外は実施例１と同様にして調製した。
（プロパンのアンモ酸化反応）
得られた触媒を用いて、実施例１と同様な方法でアンモ酸化反応を行った。
得られた結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【発明の効果】
本発明の触媒により、目的物を高い選択率で、かつ、長時間にわたって安定に製造することが出来る。
Claims (12)
- プロパンまたはイソブタンの気相接触アンモ酸化反応に用いる触媒であって、下記（１）の一般組成式で表されることを特徴とする酸化物触媒。
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏn ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。） - 成分ＺがＲｅである請求項１に記載の酸化物触媒。
- 該酸化物触媒が、触媒構成元素の酸化物とシリカの全重量に対し、ＳｉＯ2 換算で２０〜６０重量％のシリカに担持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化物触媒。
- モリブデン、バナジウム、ニオブ、アンチモンおよび成分Ｚのそれぞれの化合物、および任意にシリカゾルを含む混合液を調合し、得られた調合液を乾燥し、そして得られた乾燥物を焼成する工程を含む触媒の調製方法において、該混合液の調製のためにジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４であるニオブ含有液を用いて調製されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物触媒。
- 該混合液の調合工程において、過酸化水素を用いることを特徴とする請求項４に記載の酸化物触媒。
- 過酸化水素／アンチモンのモル比が０．０１〜２であることを特徴とする請求項５に記載の酸化物触媒。
- プロパンまたはイソブタンを気相接触アンモ酸化反応させ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを製造するにあたり、下記（１）の一般組成式で示される酸化物触媒を用いることを特徴とするアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法。
Ｍｏ1 Ｖa Ｎｂb Ｓｂc Ｚd Ｏn ・・（１）
（式中、成分ＺはＲｅ、Ｈｆから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎはＭｏ１原子当たりの原子比を表し、ａは０．１≦ａ≦１、ｂは０．０１≦ｂ≦１、ｃは０．０１≦ｃ≦１、ｄは０．００１≦ｄ≦０．１、そしてｎは構成金属の原子価によって決まる数である。） - 成分ＺがＲｅである酸化物触媒を用いることを特徴とする請求項７に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法。
- 該酸化物触媒が、触媒構成元素の酸化物とシリカの全重量に対し、ＳｉＯ2 換算で２０〜６０重量％のシリカに担持されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法。
- 該酸化物触媒が、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アンチモンおよび成分Ｚのそれぞれの化合物、および任意にシリカゾルを含む混合液を調合し、得られた調合液を乾燥し、そして得られた乾燥物を焼成する工程を含む触媒の調製方法において、該混合液の調製のためにジカルボン酸／ニオブのモル比が２〜４であるニオブ含有液を用いて調製されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造方法。
- 該酸化物触媒が、該混合液の調合工程において、過酸化水素を用いることを特徴とする請求項１０に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル製造方法。
- 該酸化物触媒が、過酸化水素／アンチモンのモル比が０．０１〜２で調製されることを特徴とする請求項１１に記載のアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造方法。
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