JP5353095B2 - 芳香族ニトリルの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)アルキル置換芳香族炭化水素と、アンモニアおよび酸素を含む混合ガスを触媒上で接触反応させて対応するニトリル化合物を製造する方法であって、該触媒が、バナジウムの酸化物及びクロムの酸化物並びにアルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア及びチタニアから選ばれる1種以上の担体から構成され、径が100Å以上の細孔の全容積が0.10cc/g以上0.30cc/g以下であることを特徴とする芳香族ニトリルの製造方法。
(2)前記触媒が更にホウ素の酸化物を含有する(1)に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
(3)前記のバナジウム、クロム及びホウ素の酸化物が下記の組成式で表される(2)に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
組成式 VaCrbBcOd
[式中のVはバナジウム、Crはクロム、Bはホウ素、Oは酸素を示す。添字のa,b,c,dは各元素の原子比率を表し、a=1、b=0.5〜2.0、c=0.01〜1.5であり、dは上記各元素が結合して生成する酸化物または複合酸化物に対応する酸素数を示す。]
(4)前記触媒が機械的な圧縮成形により調製されたものである(1)〜(3)の何れかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
(5)前記触媒の径が100Å以上の細孔の全容積が該触媒の全細孔容積の80%以上である(4)に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
(6)担体がチタニアである(1)〜(5)の何れかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
組成式 VaCrbBcOd
[式中のVはバナジウム、Crはクロム、Bはホウ素、Oは酸素を示す。添字のa,b,c,dは各元素の原子比率を表し、a=1、b=0.5〜2.0、c=0.01〜1.5であり、dは上記各元素が結合して生成する酸化物または複合酸化物に対応する酸素数を示す。]
担体の量は、触媒中で50〜99重量%、好ましくは65〜97重量%である。
前記バナジウム源、クロム源、ホウ素源となる化合物の水溶液を混合し、均一水溶液とした後に、担体を加え混合する。
例えば、酸化バナジウムをシュウ酸に溶かした水溶液に、無水クロム酸をシュウ酸に溶かした水溶液、ホウ酸水溶液を加え、均一水溶液とした後に担体であるアルミナまたはチタニアの粉末を加え混合する。その後、十分に触媒の均質化を図るため機械的な操作により混練する。
混練後、110℃〜150℃で乾燥し、その後、粉砕して粉末を得る。ここで、粉砕前に、乾燥品を250℃〜500℃にて予備焼成を行うことが好ましく、270℃〜450℃がより好ましい。
次いで成形機により適当な形状に成形する。触媒の形状としては円柱、リング、球状、三つ葉、四つ葉などが好ましいが、特に円柱、リング状が好ましい。成形機には押し出し成形機、転動造粒機、打錠成形機等があるが、特に打錠成形機を使用するのが好ましい。打錠成形機を使用する場合、粉末を圧縮成形する際に黒鉛やエチルセルロースなどの成形助剤(バインダー)を添加する方が好ましい。添加量は1%〜10%が好ましい。成形後、焼成を350〜700℃、好ましくは400℃〜650℃で数時間以上、空気を流通しながら行う。触媒のサイズは、外径3mm〜8mm、高さ3mm〜8mmとなるように成形するのが好ましい。本発明で使用する触媒は、径が100Å以上の細孔の全容積が0.10cc/g以上0.30cc/g以下であることが好ましく、0.15cc/g以上0.25cc/g以下であることがより好ましい。また、径が100Å以上の細孔の全容積が全細孔容積の80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。
熱媒体としては、高温であるため、溶融塩が特に好ましい。最高の収率を示す反応温度は、原料の種類、原料濃度、接触時間、および触媒の焼成温度などにより変化するので、これらの条件に応じて適宜この範囲で選択することが好ましい。原料のガスと触媒の接触時間は一般にはかなり広い範囲に採ることができるが、0.5〜30秒であることが好ましい。
(触媒の調製)
無水クロム酸CrO319.6gを純水20mLに溶解し、シュウ酸75.3gに純水60mLを加え、50℃〜60℃に加熱した。この水溶液に攪拌下、上記クロム酸水溶液を徐々に加えシュウ酸クロム水溶液を作った。一方、シュウ酸44.4gを純水40mLに溶解し、80〜90℃に加熱後、よく攪拌しながら五酸化バナジウムV2O517.8gを徐々に加え、シュウ酸バナジル水溶液を作った。次に調製したシュウ酸バナジル水溶液に調製したシュウ酸クロム水溶液を70℃から90℃で滴下、混合した。この混合水溶液にホウ酸1.21gを70℃〜90℃で添加し、混合した。調製した触媒溶液を85℃〜95℃にて加熱し、熟成した。その後100℃〜110℃にて濃縮した。濃縮した調合液に、アナターゼ型である酸化チタン133.3gを添加し、70℃で、均質となるまでニーダーを用いて混練すると共に水分を蒸発させた。その後、得られたケーキを乾燥機にて110℃の条件で乾燥した。
次に、乾燥品を焼成炉にて400℃の条件で2時間予備焼成し、その後、粉砕機にて粉砕した。
粉砕した粉にグラファイトを4wt%添加し、混合した。次にこの原料粉を外径6mm、内径3mm×高さ6mmのリング状の形となるように、打錠成形機を用いて打錠成形した。成形後、焼成炉にて550℃で15時間焼成した。この触媒の原子比はCr:V:Bが1.0:1.0:0.1で、組成式はV1Cr1B0.1O4.15で表わされ、触媒中の担体チタニアの濃度は80wt%であった。
この触媒の細孔容積を吸着法により測定した結果、径が100Å以上の細孔の全容積は0.20cc/gであった。また、径が100Å以上の細孔の全容積は全細孔容積の94%であった。
内径30mmの炭素鋼製反応管にこの触媒1.5kgを充填した。380℃に保持した溶融塩浴に反応管を設置し、反応管入口側と出口側の配管はヒーターで加熱保温した。原料を130℃に保温した蒸発器中でガス化させ、メタキシレン1.0容積%、アンモニア8.0容積%、酸素5.0容積%、窒素86.0容積%よりなるガスを、反応管中に導入し、空時速度SV2400Hr−1の条件で接触反応させた。反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析した。この結果、メタキシレンに対するイソフタロニトリルの収率は90%であった。また、副生成物である3−シアノベンズアミドの生成率は0.9%であった。
同様の条件で、240日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
触媒の担体がアルミナである以外は、実施例1と同様にして触媒を調製し、触媒の活性試験を行った。この触媒の径が100Å以上の細孔の全容積は0.18cc/gであった。また、径が100Å以上の細孔の全容積は全細孔容積の92%であった。メタキシレンに対するイソフタロニトリルの収率は88%であった。また、副生成物である3−シアノベンズアミドの生成率は0.8%であった。同様の条件で、220日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
触媒の担体がシリカアルミナである以外は、実施例1と同様にして触媒を調製し、触媒の活性試験を行った。この触媒の径が100Å以上の細孔の全容積は0.22cc/gであった。また、径が100Å以上の細孔の全容積は全細孔容積の90%であった。メタキシレンに対するイソフタロニトリルの収率は86%であった。また、副生成物である3−シアノベンズアミドの生成率は0.9%であった。同様の条件で、215日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
触媒の担体がジルコニアである以外は、実施例1と同様にして触媒を調製し、触媒の活性試験を行った。この触媒の径が100Å以上の細孔の全容積は0.21cc/gであった。また、径が100Å以上の細孔の全容積は全細孔容積の93%であった。メタキシレンに対するイソフタロニトリルの収率は87%であった。また、副生成物である3−シアノベンズアミドの生成率は0.8%であった。同様の条件で、210日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
メタキシレンに代えてパラキシレンを使用して、実施例1と同様に触媒の活性試験を行った。パラキシレンに対するテレフタロニトリルの収率は88%であった。また、副生成物である4−シアノベンズアミドの生成率は0.7%であった。同様の条件で、230日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
メタキシレンに代えてトルエンを使用して、実施例1と同様に触媒の活性試験を行った。トルエンに対するベンソニトリルの収率は87%であった。また、副生成物であるベンズアミドの生成率は0.9%であった。同様の条件で、235日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
(触媒の調製)
無水クロム酸CrO319.6gを純水20mLに溶解し、シュウ酸75.3gに純水60mLを加え、50℃〜60℃に加熱した。この水溶液に攪拌下、上記クロム酸水溶液を徐々に加えシュウ酸クロム水溶液を作った。一方、シュウ酸44.4gを純水40mLに溶解し、80〜90℃に加熱後、よく攪拌しながら五酸化バナジウムV2O517.8gを徐々に加え、シュウ酸バナジル水溶液を作った。次に調製したシュウ酸バナジル水溶液に調製したシュウ酸クロム水溶液を70℃から90℃で滴下、混合した。この混合水溶液にホウ酸1.21gを70℃〜90℃で添加し、混合した。調製した触媒溶液を85℃〜95℃にて加熱し、熟成した。その後100℃〜110℃にて濃縮した。濃縮した調合液に、アナターゼ型である酸化チタン133.3gを添加し、70℃で、均質となるまでニーダーを用いて混練すると共に水分を蒸発させた。
その後、得られたケーキを押し出し成形した。110℃、15hr乾燥した後、450℃、15hr焼成した。この触媒の原子比はCr:V:Bが1.0:1.0:0.1の割合で含有され、触媒中の担体チタニアの濃度は80wt%であった。
この触媒の細孔容積を吸着法により測定した結果、径が100Å以上の細孔の全容積は0.084cc/gであった。また、径が100Å以上の細孔の全容積は全細孔容積の75%であった。
内径30mmの炭素鋼製反応管にこの触媒1.5kgを充填した。380℃に保持した溶融塩浴に反応管を設置し、反応管入口側と出口側の配管はヒーターで加熱保温した。原料を130℃に保温した蒸発器中でガス化させ、メタキシレン1.0容積%、アンモニア8.0容積%、酸素5.0容積%、窒素86.0容積%よりなるガスを、反応管中に導入し、空時速度SV2400Hr−1の条件で接触反応させた。反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析した。この結果、メタキシレンに対するイソフタロニトリルの収率は81%であった。また、副生成物である3−シアノベンズアミドの生成率は1.5%であった。
同様の条件で、90日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
(触媒の調製)
無水クロム酸CrO319.6gを純水20mLに溶解し、シュウ酸75.3gに純水60mLを加え、50℃〜60℃に加熱した。この水溶液に攪拌下、上記クロム酸水溶液を徐々に加えシュウ酸クロム溶液を作った。一方、シュウ酸44.4gを純水40mLに溶解し、80〜90℃に加熱後、よく攪拌しながら五酸化バナジウムV2O517.8gを徐々に加え、シュウ酸バナジル溶液を作った。次に調製したシュウ酸バナジル水溶液に調製したシュウ酸クロム水溶液を70℃から90℃で滴下、混合した。この混合水溶液にホウ酸1.21gを70℃〜90℃で添加し、混合した。調製した触媒溶液を85℃〜95℃にて加熱し、熟成した。その後100℃〜110℃にて濃縮した。濃縮した調合液に、アナターゼ型である酸化チタン133.3gを添加し、70℃で、均質となるまでニーダーを用いて混練すると共に水分を蒸発させた。その後、得られたケーキを乾燥機にて110℃の条件で乾燥し、乾燥粉を粉砕機にて粉砕した。
粉砕した粉にグラファイトを4wt%添加し、混合した。次にこの原料粉を外径6mm内径3mm×高さ6mmのリング状の形となるように、打錠成形機を用いて打錠成形した。成形後、焼成炉にて550℃で15時間焼成した。この触媒の原子比はCr:V:Bが1.0:1.0:0.1の割合で含有され、触媒中の担体チタニアの濃度は80wt%であった。
この触媒の細孔容積を吸着法により測定した結果、径が100Å以上の細孔の全容積は0.30cc/gであった。また、径が100Å以上の細孔の全容積は全細孔容積の73%であった。
内径30mmの炭素鋼製反応管にこの触媒1.5kgを充填した。380℃に保持した溶融塩浴に反応管を設置し、反応管入口側と出口側の配管はヒーターで加熱保温した。原料を130℃に保温した蒸発器中でガス化させ、メタキシレン1.0容積%、アンモニア8.0容積%、酸素5.0容積%、窒素86.0容積%よりなるガスを、反応管中に導入し、空時速度SV2400Hr−1の条件で接触反応させた。反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析した。この結果、メタキシレンに対するイソフタロニトリルの収率は80%であった。また、副生成物である3−シアノベンズアミドの生成率は1.8%であった。同様の条件で、80日間連続して触媒の活性試験を行ったが、活性の変化は見られなかった。
Claims (4)
- アルキル置換芳香族炭化水素と、アンモニアおよび酸素を含む混合ガスを触媒上で接触反応させて対応するニトリル化合物を製造する方法であって、該触媒が、バナジウムの酸化物、クロムの酸化物及びホウ素の酸化物並びにアルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア及びチタニアから選ばれる1種以上の担体から構成され、径が100Å以上の細孔の全容積が0.15cc/g以上0.25cc/g以下であり、前記触媒の径が100Å以上の細孔の全容積が該触媒の全細孔容積の80%以上であることを特徴とする芳香族ニトリルの製造方法。
- 前記のバナジウム、クロム及びホウ素の酸化物が下記の組成式で表される請求項1に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
組成式 VaCrbBcOd
[式中のVはバナジウム、Crはクロム、Bはホウ素、Oは酸素を示す。添字のa,b,c,dは各元素の原子比率を表し、a=1、b=0.5〜2.0、c=0.01〜1.5であり、dは上記各元素が結合して生成する酸化物または複合酸化物に対応する酸素数を示す。] - 前記触媒が機械的な圧縮成形により調製されたものである請求項1又2に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
- 前記担体がチタニアである請求項1〜3の何れかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
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