JP5011176B2 - アクリロニトリル合成用触媒およびアクリロニトリルの製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2〜8には、鉄、アンチモン、テルル、さらにバナジウム、モリブデン、タングステン等を含有する複合酸化物触媒が開示されている。さらに、特許文献9〜11にはこれら鉄、アンチモンを含有する触媒の調製法が開示されている。
また、特許文献12〜19にはモリブデン、ビスマスと鉄等を含有する複合酸化物触媒が開示されている。
FeaSbbCcDdTeeFfXxYyZzOg(SiO2)h
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前記f/d値が下限より小さい場合、または上限を超える場合は、青酸等の副生成物の生成が多くなり、アクリロニトリルの収率が低下する。
アンチモン酸鉄を結晶相として含有することで、触媒活性が向上すると共に、粒子強度や嵩密度等の物性を好ましいものとすることができる。
水性スラリーには、触媒を構成する所望の元素の全てが、所望の原子比で含有されていてもよく、一部の元素を乾燥後あるいは焼成後の触媒組成物に含浸等の方法により添加してもよい。
すなわち、アンチモン原料、3価の鉄化合物、および硝酸イオンを含有する水性スラリーを調製し、このスラリーのpHを7以下に調整した後、40〜150℃の範囲の温度で加熱処理し、得られたスラリーを乾燥、焼成する方法で、アンチモン酸鉄を結晶相として含有する触媒を調製できる。
例えば、鉄成分の原料としては、容易に酸化物に変換しえるものであれば特に制限されない。また、アンチモン酸鉄を結晶相として含有する触媒を調製する場合には、溶液またはスラリー中において鉄は3価のイオンとして存在することが好ましく、例えば硝酸第二鉄、硫酸第二鉄等の無機酸塩類、クエン酸鉄等の有機酸塩類や、電解鉄粉等の金属鉄を硝酸等に溶解したものが好ましく用いられる。
テルル成分の原料としては特に制限はなく、二酸化テルルやテルル酸の他、金属テルルを硝酸や過酸化水素水に溶解した溶液を用いることができる。
コロイダルシリカにおけるコロイド粒子の大きさは特に限定されないが、平均粒子径が2〜100nmであることが好ましく、5〜75nmであることがより好ましい。コロイダルシリカはコロイド粒子の大きさが均一のものでも良く、数種類の大きさのコロイド粒子が混ざった物でもよい。また、平均粒子径やpHなどの異なる複数種のコロイダルシリカを混合して用いてもよい。
本発明は固定層触媒、流動層触媒のいずれにも適用できるが、特に流動層触媒に適用することが好ましい。
流動層触媒を製造する場合には、噴霧乾燥機を用いて球状の乾燥粒子を得ることが好ましい。噴霧乾燥機としては回転円盤式、ノズル式等公知のものを用いることができる。噴霧乾燥に際しては、粒径分布や粒子強度等、流動層触媒として好ましい物性を有する触媒が得られるよう、噴霧乾燥条件を適宜調整する。
原料ガス中のプロピレンと酸素のモル比(プロピレン:酸素)は1:1.5〜1:3が好ましい。酸素源としては空気を用いることが工業的に有利であるが、必要に応じて純酸素を加えることによって酸素富化した空気を用いてもよい。
また、反応ガス中のプロピレンとアンモニアのモル比(プロピレン:アンモニア)は、1:1〜1:1.5が好ましい。
原料ガスは不活性ガスや水蒸気等で希釈してもよい。
なお、本発明において「見掛け接触時間」とは、下記式より求められる値のことである。
見掛け接触時間(秒)=見掛け嵩密度基準の触媒容積(mL)/反応条件に換算した原料ガス量(mL/秒)
表1に示す組成を有する触媒を、以下の手順で調製した。
まず、63質量%の硝酸2400gに銅粉末63.5gを溶解した。この溶液に純水2300gを添加してから60℃に加熱し、電解鉄粉185.9g、テルル粉末42.5gを少量ずつ添加し、溶解した。溶解を確認した後、硝酸ニッケル96.8g、硝酸クロム40.0g、硝酸マンガン9.6g、硝酸リチウム1.2gを順次添加し、溶解した(A液)。
別途、純水800gにパラタングステン酸アンモニウム34.8gを溶解した溶液(B液)、純水100gにパラモリブデン酸アンモニウム29.4gを溶解した溶液(C液)を各々調製した。
この水性スラリーに15質量%アンモニア水を滴下してpHを2.0に調整し、得られた水性スラリーを還流下、沸点で3時間加熱処理した。
加熱処理後の水性スラリーを80℃まで冷却し、85質量%リン酸19.2g、ホウ酸37.0gを添加した。
得られた水性スラリーを、噴霧乾燥機により、乾燥空気の温度を乾燥機入口で330℃、乾燥機出口で160℃として噴霧乾燥し、球状の乾燥粒子を得た。次いで、得られた乾燥粒子を250℃で2時間、400℃で2時間焼成し、最終的に流動焼成炉を用いて800℃で3時間流動焼成し、アクリロニトリル合成用触媒を得た。
得られた触媒を用い、以下の要領でプロピレンの気相接触アンモ酸化反応によるアクリロニトリル合成反応を実施した。
触媒流動部の内径が55mm、高さが2000mmの流動層反応器に、触媒と原料ガスの見掛け接触時間が表2の通りになるように触媒を充填した。その際の接触時間は下記の式により求めた。
見掛け接触時間(秒)=見掛け嵩密度基準の触媒容積(mL)/反応条件に換算した原料ガス量(mL/秒)
反応生成物の定量にはガスクロマトグラフィーを用い、反応開始4時間後のプロピレン転化率およびアクリロニトリル収率を求めた。その際のプロピレン転化率、アクリロニトリル収率を下記式より求めた。結果を表2に示す。
プロピレン転化率(%)=(反応消費されたプロピレンのモル数/原料ガスとして供給したプロピレンのモル数)×100
アクリロニトリル収率(%)=(生成したアクリロニトリルのモル数/原料ガスとして供給したプロピレンのモル数)×100
表1に示す組成を有する触媒を、以下の手順で調製した。
まず、63質量%の硝酸1800gに銅粉末58.4gを溶解した。この溶液に純水1700gを添加してから60℃に加熱し、電解鉄粉128.2g、テルル粉末64.5gを少量ずつ添加し、溶解した。溶解を確認した後、硝酸コバルト133.6g、オキシ硝酸ジルコニウム30.7g、硝酸アルミニウム17.2g、硝酸亜鉛34.2gを順次添加し、溶解した(D液)。
別途、純水400gにメタバナジン酸アンモニウム16.1gを溶解した溶液(E液)、純水200gにパラモリブデン酸アンモニウム60.8gを溶解した溶液(F液)を各々調製した。
この水性スラリーに15質量%アンモニア水を滴下してpHを2.2に調整し、得られた水性スラリーを還流下、沸点で3時間加熱処理した。
加熱処理後の水性スラリーを80℃まで冷却し、85質量%リン酸5.3g、ホウ酸34.1gを添加した。
得られた水性スラリーを、噴霧乾燥機により、乾燥空気の温度を乾燥機入口で330℃、乾燥機出口で160℃として噴霧乾燥し、球状の乾燥粒子を得た。次いで、得られた乾燥粒子を250℃で2時間、400℃で2時間焼成し、最終的に流動焼成炉を用いて820℃で3時間流動焼成し、アクリロニトリル合成用触媒を得た。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、以下の手順で調製した。
まず、63質量%の硝酸1700gに純水1500gを添加してから60℃に加熱し、電解鉄粉136.4g、テルル粉末37.4gを少量ずつ添加し、溶解した。溶解を確認した後、硝酸ニッケル198.8g、硝酸コバルト92.4g、硝酸ランタン10.6g、硝酸マンガン14.0g、硝酸カリウム2.5gを順次添加し、溶解した(G液)。
別途、純水950gにパラタングステン酸アンモニウム38.3gを溶解した溶液(H液)、純水100gにパラモリブデン酸アンモニウム34.5gを溶解した溶液(I液)を各々調製した。
この水性スラリーに15質量%アンモニア水を滴下してpHを2.0に調整し、得られた水性スラリーを還流下、沸点で3時間加熱処理した。
加熱処理後の水性スラリーを80℃まで冷却し、ホウ酸30.2gを添加した。
得られた水性スラリーを、噴霧乾燥機により、乾燥空気の温度を乾燥機入口で330℃、乾燥機出口で160℃として噴霧乾燥し、球状の乾燥粒子を得た。次いで、得られた乾燥粒子を250℃で2時間、400℃で2時間焼成し、最終的に流動焼成炉を用いて780℃で3時間流動焼成し、アクリロニトリル合成用触媒を得た。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、以下の手順で調製した。
まず、63質量%の硝酸3100gに銅粉末25.2gを溶解した。この溶液に純水2800gを添加してから60℃に加熱し、電解鉄粉277.2g、テルル粉末50.7gを少量ずつ添加し、溶解した。溶解を確認した後、硝酸ニッケル86.6g、硝酸マグネシウム38.2g、硝酸マンガン28.5g、硝酸ルビジウム5.9gを順次添加し、溶解した(J液)。
別途、純水900gにパラタングステン酸アンモニウム38.9gを溶解した溶液(K液)、純水100gにパラモリブデン酸アンモニウム35.1gを溶解した溶液(L液)、純水150gにメタバナジン酸アンモニウム5.8gを溶解した溶液(M液)を各々調製した。
この水性スラリーに15質量%アンモニア水を滴下してpHを2.2に調整し、得られた水性スラリーを還流下、沸点で3時間加熱処理した。
加熱処理後の水性スラリーを80℃まで冷却し、85質量%リン酸34.3g、ホウ酸76.7gを添加した。
得られた水性スラリーを、噴霧乾燥機により、乾燥空気の温度を乾燥機入口で330℃、乾燥機出口で160℃として噴霧乾燥し、球状の乾燥粒子を得た。次いで、得られた乾燥粒子を250℃で2時間、400℃で2時間焼成し、最終的に流動焼成炉を用いて750℃で3時間流動焼成し、アクリロニトリル合成用触媒を得た。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、以下の手順で調製した。
まず、63質量%硝酸2400gに銅粉末56.9gを溶解した。この溶液に純水2200gを添加してから60℃に加熱し、電解鉄粉200.0g、テルル粉末36.6gを少量ずつ添加し、溶解した(N液)。
別途、純水100gにパラモリブデン酸アンモニウム25.3gを溶解した溶液(O液)、純水1200gにパラタングステン酸アンモニウム46.8gを溶解した溶液(P液)、純水300gにテルル酸41.1gを溶解した溶液(Q液)を各々調製した。
この水性スラリーに15質量%アンモニア水を滴下してpHを2.2に調整し、得られた水性スラリーを還流下、沸点で3時間加熱処理した。
加熱処理後の水性スラリーを80℃まで冷却し、硝酸ニッケル83.3g、85質量%リン酸8.3g、ホウ酸48.7g、Q液を順次添加した。
得られた水性スラリーを、噴霧乾燥機により、乾燥空気の温度を乾燥機入口で330℃、乾燥機出口で160℃として噴霧乾燥し、球状の乾燥粒子を得た。次いで、得られた乾燥粒子を250℃で2時間、400℃で2時間焼成し、最終的に流動焼成炉を用いて800℃で3時間流動焼成し、アクリロニトリル合成用触媒を得た。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、以下の手順で調製した。
まず、63質量%硝酸2400gに銅粉末72.6gを溶解した。この溶液に純水2200gを添加してから60℃に加熱し、電解鉄粉182.3g、テルル粉末41.6gを少量ずつ添加し、溶解した。溶解を確認した後、硝酸ニッケル47.5g、硝酸コバルト47.5g、硝酸ビスマス15.8gを順次添加し、溶解した(R液)。
別途、純水200gにパラモリブデン酸アンモニウム28.8gとテルル粉末25.0gを縣濁させ、80℃に加熱した後、35質量%過酸化水素水80gを滴下し、溶解した(S液)。
この水性スラリーに15質量%アンモニア水を滴下してpHを2.1に調整し、得られた水性スラリーを還流下、沸点で3時間加熱処理した。
加熱処理後の水性スラリーを80℃まで冷却し、85質量%リン酸18.8g、ホウ酸24.2g、50質量%メタタングステン酸アンモニウム水溶液105.9g、S液を順次添加した。
得られた水性スラリーを、噴霧乾燥機により、乾燥空気の温度を乾燥機入口で330℃、乾燥機出口で160℃として噴霧乾燥し、球状の乾燥粒子を得た。次いで、得られた乾燥粒子を250℃で2時間、400℃で2時間焼成し、最終的に流動焼成炉を用いて790℃で3時間焼成し、アクリロニトリル合成用触媒を得た。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、ホウ酸を添加しなかった以外は実施例1と同様の手順にて製造した。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、各元素の原料の仕込み量を調整した以外は実施例1と同様の手順にて製造した。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、ホウ酸を添加しなかった以外は実施例3と同様の手順にて製造した。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、各元素の原料の仕込み量を調整した以外は実施例5と同様の手順にて製造した。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する触媒を、テルル粉末を添加しなかった以外は実施例6と同様の手順にて製造した。
得られた触媒について実施例1と同様に活性試験を実施した。結果を表2に示す。
一方、各比較例で得られたアクリロニトリル合成用触媒を用いた場合、アクリロニトリルの収率は、実施例に比べていずれも低かった。
すなわち、本発明のアクリロニトリル合成用触媒を用いることによって、工業的に有利にアクリロニトリルを製造できるので、その工業的価値は高い。
Claims (3)
- 下記一般式で表される組成を有する、アクリロニトリル合成用触媒。
FeaSbbCcDdTeeFfXxYyZzOg(SiO2)h
(式中、Feは鉄、Sbはアンチモン、Teはテルル、C成分は銅、ニッケルおよびコバルトからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、D成分はモリブデン、タングステンおよびバナジウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、F成分はリン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、X成分はスズ、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロム、ルテニウム、パラジウム、銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、ヒ素、ビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムおよびサマリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Y成分はマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン、亜鉛および鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Z成分はリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Oは酸素、SiO2はシリカを表し、a、b、c、d、e、f、x、y、z、gおよびhは各元素(シリカの場合はケイ素)の原子比を表し、a=10のとき、b=5〜60、c=0.1〜8.0、d=0.1〜4.0、e=0.1〜5.0、f=1.3〜5.0、x=0〜5、y=0〜5、z=0〜2、h=10〜200、gはケイ素を除く前記各元素の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比であり、かつ、f/d=1〜5である。) - アンチモン酸鉄を結晶相として含有することを特徴とする請求項1に記載のアクリロニトリル合成用触媒。
- 請求項1または2に記載のアクリロニトリル合成用触媒の存在下、プロピレンと分子状酸素およびアンモニアとを反応させてアクリロニトリルを製造することを特徴とするアクリロニトリルの製造方法。
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