JP5149135B2 - 不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法 - Google Patents

不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法に関するものであり、特に、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する際に使用されるメタクリル酸合成用触媒の製造方法に好適である。
不飽和アルデヒドとしてメタクロレインを用い、それを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する触媒としては、モリブドリン酸、モリブドリン酸塩などのヘテロポリ酸又はその塩を主成分とするものが知られている。
これら触媒の製造方法については数多くの検討がなされており、その多くは、まず、触媒を構成する各元素の原料を含む原料液を調製し、その後、これを乾燥、焼成することで触媒を製造している。
この原料液は通常水性スラリーである。スラリーに含まれる固形分は、ヘテロポリ酸のアルカリ金属塩と、ヘテロポリ酸のアンモニウム塩、含窒素有機化合物塩などとの複合塩又は混合物である。このうち、ヘテロポリ酸のアンモニウム塩や含窒素有機化合物塩は、焼成により大半が分解されてヘテロポリ酸となるので、最終的な触媒の主成分は、ヘテロポリ酸のアルカリ金属塩とヘテロポリ酸との複合物となる。
このヘテロポリ酸類の複合物からなる触媒を用いてメタクロレインを酸化する反応を行う場合、この反応は触媒表面で生じるため比表面積が高いほど高い転化率が得られる。例えば、特許文献1には、含窒素ヘテロ環化合物を用いて高比表面積化する技術が開示されている。
特開昭57−12830号公報
しかしながら、従来技術で得られた触媒は、不飽和アルデヒドの転化率や不飽和カルボン酸の収率が十分でなく、工業触媒としては更なる改良が望まれているのが現状である。
触媒の構造は、触媒の調製過程で、ヘテロポリ酸のアルカリ金属塩と、アンモニウム塩、含窒素有機化合物塩などとをどのように形成するかに大きく依存するはずである。しかしながら、従来技術では、これらの塩の形態を制御することは難しく、どのような形態の塩を形成することが触媒の性能向上に寄与するのか、未解明であった。
本発明は、メタクリル酸、アクリル酸などの不飽和カルボン酸合成において、原料の不飽和アルデヒドの転化率が高く、かつ高い収率で不飽和カルボン酸を合成可能な不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法は、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を合成する際に用いられる、リン及びモリブデンと、カリウム、ルビジウム及びセシウムの少なくとも1つの元素とを含む不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法であって、
少なくとも、モリブデンの原料とリンの原料とを混合して、水性スラリー又は水溶液Aを調製する工程と、
カリウム、ルビジウム及びセシウムの少なくとも1つの元素の原料を含有する水溶液Bを調製する工程と、
前記水性スラリー又は水溶液Aと前記水溶液Bとを混合して、平均粒子径が50nm以下の粒子が分散した微粒子分散スラリーDを調製する工程と、
前記微粒子分散スラリーDに、必要に応じて残りの原料を添加して、全ての触媒原料を投入した原料混合液を調製する工程と、
前記原料混合液を乾燥して、触媒前駆体を得る工程と、
前記触媒前駆体を焼成する工程と
を有することを特徴とする不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法である。
本発明によれば、メタクリル酸、アクリル酸などの不飽和カルボン酸合成において、原料の不飽和アルデヒドの転化率が高く、かつ高い収率で不飽和カルボン酸を合成可能な不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明でいう不飽和カルボン酸とは、例えば、メタクリル酸、アクリル酸などのα,β−不飽和カルボン酸であり、不飽和アルデヒドとは、例えば、メタクロレイン、アクロレインなどのα,β−不飽和アルデヒドであり、不飽和カルボン酸に対応する不飽和アルデヒドである。
[不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法]
本発明の不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法は、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を合成する際に用いられる、リン及びモリブデンと、カリウム、ルビジウム及びセシウムの少なくとも1つの元素とを含む不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法であって、
少なくとも、モリブデンの原料とリンの原料とを混合して、水性スラリー又は水溶液Aを調製する工程と、
カリウム、ルビジウム及びセシウムの少なくとも1つの元素の原料を含有する水溶液Bを調製する工程と、
前記水性スラリー又は水溶液Aと前記水溶液Bとを混合して、平均粒子径が50nm以下の粒子が分散した微粒子分散スラリーDを調製する工程と、
前記微粒子分散スラリーDに、必要に応じて残りの原料を添加して、全ての触媒原料を投入した原料混合液を調製する工程と、
前記原料混合液を乾燥して、触媒前駆体を得る工程と、
前記触媒前駆体を焼成する工程と
を有することを特徴とする。
本発明の製造方法により製造される不飽和カルボン酸合成用触媒としては、下記式(I)で表される触媒が好ましい。
aMobcCudefgh (I)
(式(I)中、P、Mo、V、Cu及びOは、それぞれ、リン、モリブデン、バナジウム、銅及び酸素を示す元素記号である。Xは、ヒ素、テルル及びアンチモンのうち少なくとも1つの元素であり、セレン又はケイ素を含んでもよい。Yは、ビスマス、ジルコニウム、銀、鉄、亜鉛、クロム、マグネシウム、コバルト、マンガン、バリウム、セリウム及びランタンからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を表す。Zは、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素を表す。a〜hは、各元素の原子比率を表し、b=12のとき、a=0.5〜3、c=0.01〜3、d=0.01〜2、e=0.01〜3、f=0〜3、g=0.01〜3、hが前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比率である)。
本発明の不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法は、不飽和カルボン酸合成用触媒の製造一般に用いることが可能である。特に、メタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化してメタクリル酸を製造する際に使用されるメタクリル酸合成用触媒の製造方法に好適である。
以下に、本発明の不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法における各工程について、詳細を示す。
まず、触媒原料を水中で混合し、原料混合液を調製する。触媒原料としては、触媒を構成する各元素(水素、窒素、酸素を除く)の原料を使用する。
各元素の原料としては、各元素の酸化物、水酸化物、アンモニウム塩等を適宜選択して使用することができる。モリブデンの原料としては、モリブデン酸、三酸化モリブデン、モリブデン酸アンモニウム等が使用できるが、アンモニウムイオンを含まないモリブデン酸や三酸化モリブデンが好ましい。リンの原料としては、リン酸、五酸化リン、リン酸アンモニウム、リン酸銅等が使用できる。バナジウムの原料としては、メタバナジン酸アンモニウム、五酸化二バナジウム等が使用できる。銅の原料としては、リン酸銅、水酸化銅等が使用できる。なお、リン酸銅は、リンの原料としても使用可能である。カリウム、ルビジウム及びセシウムの原料としては、これらの水酸化物、リン酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、カルボン酸塩等が使用できる。なお、リン酸塩は、リンの原料としても使用可能である。
本発明では、まず、触媒原料のうち、少なくとも、モリブデンの原料とリンの原料とを水中で混合して、水性スラリー又は水溶液Aを調製する。モリブデンの原料とリンの原料は全量をこの段階で加える必要はなく、一部のみでもよい。この際、他の元素を加えてもよく、特にバナジウムの添加は好ましい。ただし、カリウム、ルビジウム、セシウムは加えない。また、アンモニウムイオン又は含窒素有機物を多く含む原料を加えることは、あまり好ましくない。この混合は、30〜100℃に加熱、撹拌して行うことが好ましい。水の使用量は、ここで使用するモリブデン原料の合計100質量部に対して、200〜1000質量部が好ましい。
一方、カリウム、ルビジウム及びセシウムのうち少なくとも1つの元素を含有する水溶液Bを調製する。カリウム、ルビジウム及びセシウムの原料は、この段階で全量加えることが好ましい。この際、他の元素やアンモニウムイオン又は含窒素有機物を多く含む原料を加えてもよい。水の使用量は、水性スラリー又は水溶液Aの調製時に使用する水の使用量以下であることが好ましく、その水の使用量の5質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。
次いで、水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bとを混合して、粒子が分散した微粒子分散スラリーDを調製する。この粒子は、ヘテロポリ酸塩である。この際、分散粒子の平均粒子径が50nm以下になる手法で混合する。好ましくは、分散粒子の平均粒子径が40nm以下となる手法で混合する。このとき、Keggin構造のヘテロポリ酸塩が形成されるように、微粒子分散スラリーDのpHは3未満となるよう調節することが好ましい。粒子の平均粒子径はより小さいほうが好ましいが、keggin構造の大きさが約1nmであることから、事実上5nm程度が下限となる。すなわち、粒子の平均粒子径は、5nm以上でよく、10nm以上でもよい。
ただし、通常の手法で水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bとを混合すると、100nm以上1μm以下の粒子しか主成分としては調製できないことが多い。混合時の温度を高温にすればより大きな粒子が形成可能で、低温にすればより微粒子が形成可能であるが、混合時の温度を0℃としても、平均粒子径を100nm以下に制御することは通常の方法では困難である。
なお、本発明で定義する平均粒子径とは、対象となるスラリー中に浮遊する固形成分の粒子径の平均値である。粒子径を評価するにあたっては、採集した固形成分を高分解能の走査型電子顕微鏡などで直接観察し、粒子径の平均値を算出することが好ましい。例えば、レーザー散乱法を用いてメジアン径を算出する方法で評価可能な場合もあるが、凝集により平均粒子径を正しく評価できないことがある。
生成する粒子の平均粒子径を50nm以下に制御するには、いくつかの手法がある。一つは、意図的に不均一な混合を行い、微粒子のみを分離する手法である。例えば、水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bとを混合する際に攪拌をほとんど行わずに、水性スラリー又は水溶液Aに水溶液Bをゆっくりと滴下すれば、得られる混合液は一時的に二層に分離する。この二層の界面で、粒子径が1μm程度の大きな粒子と粒子径が50nm以下の微粒子とがともに形成されるが、1時間程度静置すると、粒子径が1μm程度の大きな粒子は沈降する。したがって、その上澄みを採取することで、平均粒子径が50nm以下の微粒子が分散した微粒子分散スラリーDを得ることが可能である。
このような方法で微粒子分散スラリーDを得るためには、添加する水溶液Bの比重が水性スラリー又は水溶液Aの比重より小さいことが必須である。水溶液Bの比重は2.0g/cm3以下であることが好ましく、1.0g/cm3以上1.3g/cm3以下であることがより好ましい。なお、水溶液Bに水性スラリー又は水溶液Aを加えても同様のことが可能でこの場合、水性スラリー又は水溶液Aの比重を水溶液Bの比重より小さくする必要がある。ただし、水性スラリー又は水溶液Aの比重を水溶液Bの比重より小さくするには通常、水溶液Bの量が水性スラリー又は水溶液Aの量より極端に少なくする必要があり、二層分離構造を維持しにくい。
もう一つの方法は、より均一な混合を行う手法である。例えば、水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bとを混合するにあたって、それぞれをポンプ等で少量ずつ移送できるような流路を形成する。そして、水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bのそれぞれを、流路に沿って流しながら接近させ会合させることによって混合するよう、流路をY字型コネクター等で結合する。そうすれば、水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bとをより均一に混合することが可能である。この手法で、平均粒子径が50nm以下の微粒子が分散した微粒子分散スラリーDを得る条件は種々あるが、例えば、内径約2mmのY字型コネクターを使用した場合、室温で、水性スラリー又は水溶液Aと水溶液Bのそれぞれの吐出速度を550ml/hとすることで、平均粒子径が20nm程度の微粒子が分散した微粒子分散スラリーDを得ることが可能である。この他、いわゆるマイクロリアクターと呼ばれるような、マイクロメートルオーダーの流路を用いることも可能である。
ただし、微粒子混合スラリーを細い流路を用いて調製すると中途で閉塞してしまうことがある。工業的に使用するためには、混合直後の流路の内径は1mm以上であることが好ましく、2mm以上であることがより好ましい。
本発明における微粒子分散スラリーDの調製法は、以上に限定されるものではなく、例えば、極端な希薄条件下での調製も可能であるし、混合直後に希釈するようなメカニズムを工夫することでも調製可能である。
このような微粒子分散スラリーDを用いることによる効果は明確ではないが、微粒子分散スラリーDを触媒調製に用いることで最終的に得られる触媒の比表面積がやや増大する傾向があり、有効な反応場が増えて転化率・収率が増加するものと推察される。
次いで、微粒子分散スラリーDに、必要に応じて残りの原料を添加して、全ての触媒原料を投入した原料混合液を調製する。モリブデンの原料やリンの原料を新たに追加することもできる。ただし、カリウム、ルビジウム及びセシウムの原料を追加することは、あまり好ましくない。アンモニウムイオンを追加して加える場合、上記のポンプを使用する例のような添加を行ってもよいが、その他の方法を用いることも可能である。微粒子分散スラリーDに全ての原料を添加している場合は、微粒子分散スラリーDを原料混合液として使用すればよい。
原料混合液の調製スケールには特に制限はないが、安定して原料混合液を調製できる観点から、モリブデン原料の使用量としては、100g〜10tが好ましく、1kg〜1tがより好ましい。なお、微粒子分散スラリーDを沈降により得る方法の場合も、二液を均一に混合する方法についても、微粒子分散スラリーDを得るのに時間を要するので、比較的小さい調製スケールのほうが、実施しやすい。しかしながら、微粒子分散スラリーDの量を10tのオーダーと想定する場合で、上記、ポンプを使用する例としても、例えば、吐出速度を550ml/hのとき1000ホール程度の吐出ノズルを20個使用すれば1h程度で調製可能であり、大スケール化もさほど困難ではない。
こうして得られた原料混合液を300℃未満で乾燥し、触媒前駆体を調製する。乾燥工程の具体的な方法には特に制限はないが、例えば蒸発乾固法、噴霧乾燥法、ドラム乾燥法、気流乾燥法等が挙げられる。
乾燥に使用する乾燥機の種類、機種、乾燥時の温度、雰囲気等には特に制限はなく、例えば、空気雰囲気下100〜180℃で0.1〜20時間乾燥する条件などが挙げられる。しかし、乾燥条件を変えることによって、触媒前駆体の流動性、成形性等の物性を制御できるため、目的に応じた条件を設定することが好ましい。
また、乾燥工程後、後述する焼成工程前に、必要に応じて、触媒前駆体を成形する成形工程を実施してもよい。成形方法には特に制限はなく、公知の乾式及び湿式の成形方法が適用でき、例えば、打錠成形、プレス成形、押出成形、造粒成形等が挙げられる。成形品の形状についても特に限定されず、例えば、円柱状、リング状、球状等の形状が挙げられる。また、成形時には、触媒前駆体に担体等を添加せず、触媒前駆体のみを成形することが好ましいが、必要に応じて、例えばグラファイトやタルクなどの公知の添加剤を加えてもよい。
次いで、触媒前駆体を、300℃以上の温度で焼成する焼成工程を行う。
焼成工程で流通させる気体成分には特に制限はないが、空気等の酸素含有ガス流通下又は不活性ガス流通下で焼成するのが好ましい。ここで、不活性ガスとは触媒活性を低下させない気体のことを指し、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン等が挙げられる。
焼成容器の形状には特に制限はないが、断面積を2cm2以上、100cm2以下とする管状焼成容器を用いるのが好ましい。断面積が2cm2以上の管状焼成容器を用いることで、工業的な生産性が向上する。また、断面積が100cm2以下の管状焼成容器を用いることで、温度コントロールが容易になり、焼成中にホットスポットが発生しにくくなる。
焼成温度は、300℃以上の温度範囲から選択すればよく、その最高温度は320℃以上が好ましい。また、焼成温度の最高温度は、700℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましい。
以上の工程により、本発明の不飽和カルボン酸合成用触媒を得ることができる。
[不飽和カルボン酸の製造方法]
上記の製造方法により製造された不飽和カルボン酸合成用触媒を用いて、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を合成する。例えば、メタクロレインと分子状酸素を含む原料ガスを不飽和カルボン酸合成用触媒に接触させることにより、メタクロレインが分子状酸素により気相接触酸化され、メタクリル酸が得られる。
以下に、不飽和アルデヒドとしてメタクロレインを用い、メタクリル酸を製造する場合の反応条件を示す。
原料ガス中のメタクロレイン濃度には制限はなく、任意の濃度に設定できるが、1〜20容量%が適当であり、特に3〜10容量%が好ましい。
原料ガス中の分子状酸素濃度は、メタクロレイン1モルに対して0.5〜4モルが好ましく、より好ましくは1〜3モルである。
また、原料ガスには、希釈のために窒素、炭酸ガス等の不活性ガスを加えてもよいし、水蒸気を加えてもよい。
反応圧力は、通常、常圧(0kPa−G;以下、反応圧力はゲージ圧表記である。)から1000kPaまでの範囲内で設定される。
反応温度は、通常、230〜450℃の範囲内で設定され、メタクリル酸の収率の点からは、250〜400℃が好ましい。
以下、本発明について、メタクロレインの酸化に関して実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
また、下記の実施例及び比較例中の「部」は質量部である。また、触媒の組成はICP発光分析法及び原子吸光分析法を用いて求めた。
原料ガス及び生成物の分析は、ガスクロマトグラフィーを用いて行った。なお、メタクロレインの反応率、並びに生成するメタクリル酸の選択率及び単流収率は、以下のように定義される。
メタクロレインの反応率(%)=(B/A)×100
メタクリル酸の選択率(%) =(C/B)×100
メタクリル酸の単流収率(%)=(C/A)×100。
ここで、Aは供給したメタクロレインのモル数、Bは反応したメタクロレインのモル数、Cは生成したメタクリル酸のモル数である。
[実施例1]
純水600部に、三酸化モリブデン60部、85質量%リン酸水溶液6.67部、メタバナジン酸アンモニウム3.39部、60質量%ヒ酸水溶液7.00部及び硝酸第二銅2.10部を加え、100℃の還流下で5時間攪拌して水溶液Aを得た。
重炭酸セシウム20.00部を純水200部に溶解して水溶液Bを調製した。
水溶液Aを25℃まで冷却し、攪拌しない状態で、水溶液Bを添加し混合スラリーCを調製した。水溶液Bの添加には、内径4mmのノズルを複数使用し、1ノズルあたり900ml/hの速度とした。添加後しばらくは、水溶液Bを主成分とする透明な層が混合スラリーCの上層部に観察された。
水溶液Bの添加終了後、混合スラリーCを1時間静置し、上澄みを採取し、沈降部分は破棄した。上澄み分を微粒子分散スラリーDとする。この微粒子分散スラリーDから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、走査型電子顕微鏡(商品名、JSM−7400F:日本電子社製)を用いて直接観察して任意の50個の粒子の平均径を算出したところ、約30nmであった。また、原料のうち、純水540部に、三酸化モリブデン30部、85質量%リン酸水溶液4.25部、メタバナジン酸アンモニウム2.14部、60質量%ヒ酸水溶液6.83部、硝酸第二銅2.10部及び重炭酸セシウム10.10部に相当する成分が、この微粒子分散スラリーDに含まれていることがわかった。
微粒子分散スラリーDに、三酸化モリブデン70部、85質量%リン酸水溶液2.42部、メタバナジン酸アンモニウム1.25部及び60質量%ヒ酸水溶液0.17部を加えた。
この混合溶液を60℃まで加温したのち、重炭酸アンモニウム13.25部を加えて、原料混合液を得た。
この原料混合液を101℃まで加熱し、撹拌しながら蒸発乾固した後、さらに130℃で16時間乾燥して、触媒前駆体を得た。
得られた触媒前駆体を打錠成形機により、外径5mm、内径2mm、長さ5mmのリング状に成形した。
内径3cmの円筒状石英ガラス製焼成容器に、成形した触媒前駆体を入れた。空気流通下、10℃/hで昇温、380℃にて2時間焼成して、触媒を得た。得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15As0.5Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、下記条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
(反応条件)
反応ガス:メタクロレイン5容量%、酸素10容量%、水蒸気30容量%、窒素55容量%の混合ガス
反応温度:290℃
反応圧力:101kPa
接触時間:3.6秒。
[比較例1]
実施例1における水溶液Aに水溶液Bを添加する過程で、混合スラリーC上層部に透明層が確認できない程度の攪拌を行った。水溶液Bの添加終了後、混合スラリーCを1時間静置したが、沈降成分はほとんど存在せず、上澄みを採取することはできなかった。この混合スラリーCから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約250nmであった。
この混合スラリーCに三酸化モリブデン70部を加えた後、重炭酸アンモニウム13.25部を加え、原料混合液を得た。それ以降の工程は実施例1と同様にして、触媒を製造した。得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15As0.5Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例2]
水溶液Aを、純水540部に、三酸化モリブデン30部、85質量%リン酸水溶液4.25部、メタバナジン酸アンモニウム2.14部、60質量%ヒ酸水溶液6.83部及び硝酸第二銅2.10部を加えて調製することとし、水溶液Bを、重炭酸セシウム10.10部を純水200部に溶解して調製することとした以外は、比較例1と同様にして、混合スラリーCを調製した。
比較例1と同様に、水溶液Bの添加終了後、混合スラリーCを1時間静置したが、沈降成分はほとんど存在せず、上澄みを採取することはできなかった。この混合スラリーCから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約150nmであった。
混合スラリーCの上澄みを採取せず、そのまま微粒子分散スラリーDと同じように扱ったこと以外は、実施例1と同様にして、触媒を製造した。得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15As0.5Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[実施例2]
純水600部に、三酸化モリブデン60部、85質量%リン酸水溶液6.67部、五酸化二バナジウム2.63部、60質量%ヒ酸水溶液7.00部及び硝酸第二銅2.10部を加え、100℃の還流下で5時間攪拌して水溶液Aを得た。
重炭酸セシウム10.10部を純水600部に溶解して水溶液Bを調製した。
水溶液Aと水溶液Bを10℃まで冷却し、内径4mmのチューブを使用したチューブポンプを使用し、内径2mmのチューブコネクター内で混合させ、混合スラリーCを得た。水溶液A及び水溶液Bとも、チューブ1本あたりの吐出速度を550ml/hとし、混合後のチューブコネクター一つあたりの吐出速度が約1100ml/hとなるようにした。この混合スラリーCから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約20nmであった。そこで、この混合スラリーCをそのまま微粒子分散スラリーDとして使用した。
微粒子分散スラリーDに三酸化モリブデン40部を加え、混合溶液を得た。
この混合溶液を60℃まで加温したのち、重炭酸アンモニウム13.25部を加えて、原料混合液を得た。
この原料混合液を101℃まで加熱し、撹拌しながら蒸発乾固した後、それ以降の工程は実施例1と同様にして、触媒を製造した。得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15As0.5Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例3]
水溶液Aと水溶液Bを混合する過程でチューブポンプを使用せず、漏斗を用いることとした以外は、実施例2と同様の方法で、触媒を製造した。実施例2の混合スラリーCに相当するスラリー中から遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約500nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15As0.5Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[実施例3]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化二アンチモン5.07部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、実施例1と同様の方法で、触媒を製造した。実施例1の微粒子分散スラリーDに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約30nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Sb0.6Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例4]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化二アンチモン5.07部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、比較例1と同様の方法で、触媒を製造した。比較例1の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約200nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Sb0.6Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例5]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化二アンチモン5.07部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、比較例2と同様の方法で、触媒を製造した。比較例2の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約250nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Sb0.6Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[実施例4]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化二アンチモン5.07部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、実施例2と同様の方法で、触媒を製造した。実施例2の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約30nmであった。そこで、このスラリーをそのまま微粒子分散スラリーDとして使用した。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Sb0.6Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例6]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化二アンチモン5.07部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、比較例3と同様の方法で、触媒を製造した。比較例3の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約200nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Sb0.6Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[実施例5]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化テルル1.92部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、実施例1と同様の方法で、触媒を製造した。実施例1の微粒子分散スラリーDに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約20nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Te0.2Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例7]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化テルル1.92部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、比較例1と同様の方法で、触媒を製造した。比較例1の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約200nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Te0.2Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例8]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化テルル1.92部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、比較例2と同様の方法で、触媒を製造した。比較例2の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約250nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Te0.2Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[実施例6]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化テルル1.92部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、実施例2と同様の方法で、触媒を製造した。実施例2の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約20nmであった。そこで、このスラリーをそのまま微粒子分散スラリーDとして使用した。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Te0.2Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
[比較例9]
60質量%ヒ酸水溶液を使用せず、重炭酸アンモニウム13.25部の添加時に三酸化テルル1.92部を重炭酸アンモニウムと混合して添加した以外は、比較例3と同様の方法で、触媒を製造した。比較例3の混合スラリーCに相当するスラリーから遠心分離で分離した沈降成分を採取し、実施例1と同様の方法で粒子の平均径を算出したところ、約400nmであった。また、得られた触媒の水素、窒素、酸素を除く組成は、P1Mo120.5Cu0.15Te0.2Cs0.9であった。この触媒を反応管に充填し、実施例1と同じ条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。
Figure 0005149135
表1に示すように、各実施例で得られたメタクリル酸合成用触媒を使用した場合、比較例よりメタクロレインの転化率が高く、かつ高収率でメタクリル酸を製造することができる。

Claims (4)

  1. 不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を合成する際に用いられる、リン及びモリブデンと、カリウム、ルビジウム及びセシウムの少なくとも1つの元素とを含む不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法であって、
    少なくとも、モリブデンの原料とリンの原料とを混合して、水性スラリー又は水溶液Aを調製する工程と、
    カリウム、ルビジウム及びセシウムの少なくとも1つの元素の原料を含有する水溶液Bを調製する工程と、
    前記水性スラリー又は水溶液Aと前記水溶液Bとを混合して、平均粒子径が50nm以下の粒子が分散した微粒子分散スラリーDを調製する工程と、
    前記微粒子分散スラリーDに、必要に応じて残りの原料を添加して、全ての触媒原料を投入した原料混合液を調製する工程と、
    前記原料混合液を乾燥して、触媒前駆体を得る工程と、
    前記触媒前駆体を焼成する工程と
    を有することを特徴とする不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法。
  2. 前記水性スラリー又は水溶液Aと前記水溶液Bとを混合するにあたり、それぞれを流路に沿って流しながら接近させ会合させることを特徴とする請求項1の不飽和カルボン酸合成用触媒の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の製造方法で製造することを特徴とする不飽和カルボン酸合成用触媒。
  4. 請求項3に記載の不飽和カルボン酸合成用触媒を用いて、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を合成することを特徴とする不飽和カルボン酸の製造方法。
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