JPH05138028A - 気相酸化触媒、プロピレン、イソブチレンないしはt−ブタノールの酸化法及びイソ酪酸又はその低級エステルのオキシ脱水素化法 - Google Patents

気相酸化触媒、プロピレン、イソブチレンないしはt−ブタノールの酸化法及びイソ酪酸又はその低級エステルのオキシ脱水素化法

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JPH05138028A
JPH05138028A JP4102909A JP10290992A JPH05138028A JP H05138028 A JPH05138028 A JP H05138028A JP 4102909 A JP4102909 A JP 4102909A JP 10290992 A JP10290992 A JP 10290992A JP H05138028 A JPH05138028 A JP H05138028A
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Thomas Haeberle
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モリブデン、リン及びバナジウムを主要元素
として酸化した形で含有する触媒活性材料として酸化物
の形で、主要元素としてモリブデン、リン及びバナジウ
ムを有する有機化合物の気相酸化のための酸化触媒を提
供する。 【構成】 該気相酸化触媒は、触媒活性材料として又は
その先駆物質として、化学組成:HabcModef
の物質、及び場合により不活性添加物からなる触媒を製
造する際に、成形前になお1〜100μmの直径を有す
る炭素ないしは有機繊維を触媒作用材料に対して0.0
5〜5重量%で混合し、成形後に通路形成のために10
0〜380℃の温度範囲内で酸素の存在下で該成形物を
焼却し、再びそこから除去することより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機化合物の気相酸化
のための改良された触媒及びその製造方法に関する。更
に、特に不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造
するため、なかんずくメタクロレイン及びメタクリル酸
を製造するための酸化Mo、P及びVを含有する触媒に
関する。
【0002】
【従来の技術】モリブデン、リン及びバナジウムを主要
元素として含有する酸化物の種類の触媒は、特に不飽和
脂肪族化合物、例えば、アクロレイン、メタクロレイン
及びアクリル酸並びにメタクリル酸を製造するための選
択的酸化を行うためのヘテロポリ酸触媒として公知であ
る。西ドイツ国特許出願公開第2722375号明細書
によれば、例えばH5PMo10240ヘテロポリ酸含有
触媒は、メタクロレインを酸化させてメタクリル酸にす
るためにも、イソ酪酸又はそのエステルをオキシ脱水素
化(Oxidehydrierung)させてメタクリル酸又はそのエ
ステルにするためにも使用することができる。ヨーロッ
パ特許第0005769号明細書によれば、ヘエテロポ
リ酸構造を有する式:Moabcdeの触媒は、イ
ソブチレン及び/又はt−ブタノールを酸化させてメタ
クロレイン及びメタクリル酸にするために使用される。
メタクロレインを同じ種類の触媒に接触させ、酸化させ
てメタクリル酸にする方法は、西ドイツ国特許出願公開
第3010434号明細書に記載されている。
【0003】式:H8PMo10VO39のヘエテロポリ酸
ないしはその無水物PMo10VO35は、西ドイツ国特許
出願公開第3508649号明細書によれば、酸化反
応、例えばオレフィン、プロピレン及びイソブチレンを
適当な不飽和アルデヒド、アクロレイン及びメタクロレ
インにするため酸化、及びそれに引続き、アクリル酸及
びメタクリル酸にするための酸化における触媒として、
及び特にイソ酪酸又はそのエステルをメタクリル酸又は
そのエステルにするためのオキシ脱水素化反応における
触媒として適している。ヨーロッパ特許第011308
4号明細書によれば、ヘテロポリ酸無水物の銅誘導体、
例えばCu0.2PMo10VO35.2及び他のヘテロポリ酸
の誘導体、例えばH5PMo10240−ヘテロポリ酸
は、イソ酪酸をオキシ脱水素化してメタクリル酸にする
際の極めて選択的な触媒である。
【0004】西ドイツ国特許出願公開第3710784
号明細書には、記載された種類のモリブデン−ヘテロポ
リ酸酸化触媒の製造が挙げられており、その際、水溶性
の、実際に不揮発性有機化合物、特にポリマーを一緒に
使用し、次いでこれを150〜400℃で酸素の存在下
で焼成する。このようにして製造された触媒は、イソ酪
酸をオキシ脱水素化してメタクリル酸にする際に改良さ
れた長時間特性に優れている。最後にヨーロッパ特許出
願公開第0376117号明細書には、メタクロレイン
を式:Mo12abCscAsdCuefgxの酸化触
媒に接触させて酸化させることによりメタクリル酸を製
造する方法が記載されており、該触媒には成形の際に、
滑剤として公知の炭素含有化合物の他になお成形助剤及
び強化剤、例えば無機物質からなるミクロ繊維、例えば
ガラス又はアスベストを加えてもよく、かつ180〜4
80℃の温度で、場合により空気中で焼成する。
【0005】選択的酸化のための触媒は、一般に小さい
内部表面積を有する、すなわち該触媒粒子は比較的少な
い孔を備えているか、又は担体材料内部に大きい孔を有
する多孔性担体で製造され、次いでそこに触媒材料が埋
込まれている。このような担体は、触媒活性材料に接触
した物質及びエネルギー搬送のための拡散流にとって良
透過性である。モリブデン、バナジウム、リン及び酸素
含有物質と10〜80%の多孔率及び1m2/g未満の
内部表面積を有する担体との組合せは、イソ酪酸をオキ
シ脱水素化してメタクリル酸にするための触媒として西
ドイツ国特許出願公開第3145091号明細書に記載
されている。
【0006】気相酸化処理における触媒の効果は、一連
の手段に左右される。それには、上記のパラメータ、例
えば触媒活性種の組成、反応するガス混合物の組成又は
該反応条件、特に反応温度の他に、触媒活性材料中最適
な孔の大きさの分布を有する最適な孔の量自体も該当
し、これにより有価物質の収率及び選択率及び寿命が決
定される。
【0007】触媒の調製、すなわち成形の際に、活性成
分を場合により担体材料ないしは不活性無機希釈剤の存
在下で、圧縮してペレットにするか又は押出成形して棒
状の粒子にする、このことにより著しく低下する多孔性
に基づいて、実質的に表面に存在する物質によってのみ
触媒作用する触媒が生じる、このことは特に低い空時収
率及び短い触媒寿命に現われる。一方、高い内部表面積
の担体で製造された触媒、例えば上記のもの及び西ドイ
ツ国特許出願公開第3145091号明細書に記載され
たイソ酪酸をオキシ脱水素化してメタクリル酸にするた
めの触媒は、内部表面積の増加に依存して低下する収率
及び選択率をもたらす。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、モリ
ブデン、リン及びバナジウムを主要成分として含有し、
かつ特に3〜4個の炭素原子を有する不飽和アルデヒド
及び不飽和カルボン酸を製造するために使用可能であ
り、多孔性特性に基づいて高い触媒活性度を有し、高い
空時収率、更に高い選択性をも示す、良好な強度を有す
る粒子形の改良された酸化触媒、特に酸化物形のものを
提供することであった。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題は、成形により
触媒を調製するために、触媒成分と触媒作用物質に対し
て0.5〜5重量%の量で存在する、炭素含有繊維又は
有機繊維との混合物を使用し、成形後に100〜380
℃の温度範囲内で焼成した後、触媒成形粒子内に搬送通
路が存在することにより解決される。
【0010】従って、本発明の対象は、モリブデン、リ
ン及びバナジウムを主要成分として酸化した形で含有す
る触媒活性物質、及び場合によりなお十分化学的に不活
性な無機結合剤、希釈剤ないしは担体、並びにほぼ一様
に分配した通路からなる気相酸化触媒であって、該気相
酸化触媒は、触媒活性物質として又は先駆物質として、
化学組成: HabcModef (組成中、mは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、
Ca、Zn、Al、Ce、Ti、Zr、Sn、Sb、A
s、Bi、Cr、Mn、Fe、Co、Ni又はCu、の
少なくとも1種類の金属イオン、 a=0〜8 b=0〜6 c=1〜2 d=9〜12 e=0.2〜3 f=その他の成分を化学量論的に飽和させるために、そ
の原子価と割合から生じる原子数を表す)の物質、及び
場合により不活性添加物からなる触媒を製造する際に、
成形前になお直径1〜100um及び長さ1〜10mm
を有する炭素ないしは有機繊維を触媒作用物質に対し
て、0.05〜5重量%を混合し、形成後に通路形成の
ために100〜380℃の温度範囲内で酸素の存在下で
該成形物を焼成し、再びそこから分離することを特徴と
する。
【0011】上記に定義しかつ極めて良好な触媒特性を
有する化学組成:HabcMod efの物質は、特に
リンを中心原子として有するモリブデンのヘテロポリ
酸、例えばH5PMo10240、H4PMo11VO40
はその塩である。
【0012】このようにして製造した触媒は、例えば酸
化触媒に必要かつ通常のように表面積の小さい形成物で
ある、すなわちその内部表面積は約0.1〜5m2
g、特に0.5〜2.5m2/gの範囲内、すなわちほ
ぼ1m2/g程度にある。このことは、すなわち触媒製
造のための本発明の新規方法によれば、改良した物質−
及びエネルギー搬送ひいては拡散抑制を減少させるため
に必要な通路の形成により、触媒の内部表面積が大して
増大しないことを意味している。分解可能な繊維の選択
は、繊維の直径、長さにより並びに繊維の添加量によ
り、本発明による触媒の内部表面積を必要かつ記載され
た範囲内に維持することを可能にする。
【0013】該新規触媒は、オレフィン、例えばプロピ
レン又はイソブチレンないしはその誘導体t−ブタノー
ルを酸化させて相当するアルデヒド、アクロレイン及び
メタクロレインにする際に、及び更に酸化して不飽和
酸、アクリル酸又はメタクリル酸にする際に有利に使用
可能である。該触媒は更にイソ酪酸又はそのエステルを
オキシ脱水素化してメタクリル酸又はそのエステルにす
る際に特に有利である。
【0014】重油の水素添加処理には、西ドイツ国特許
出願公開第1803773号明細書及びヨーロッパ特許
出願公開第237240号明細書から、担体及び活性触
媒成分からなる成形された触媒が公知であり、その調整
の際には使用触媒重量に対して10重量%〜約20重量
%の量で加えた有機織物繊維ないしは炭素繊維を、40
0℃以上の温度、例えば400〜1600℃の温度、又
は500〜800℃の温度で空気中で焼成することによ
り除去する、このことにより多数の通路を有する触媒が
生じ、かつ該触媒は大きな内部表面積、すなわち100
〜400m2/gの内部表面積を有する。
【0015】この種の公知触媒は、不飽和C3−及びC4
−アルデヒド及びカルボン酸、特にメタクリル酸又はそ
のエステルを酸化ないしはオキシ脱水素化法で製造する
ために使用不能である。
【0016】
【発明の作用】
触媒の活性成分 本発明による触媒及び本発明により使用される触媒は、
活性物質として、モリブデン、リン、バナジウム及び場
合により別の元素、特に金属を酸化物結合体として含有
する、かつ化学組成:HabcModef(組成中、
M、a、b、c、d、e及びfは前記のものを表す)に
相当する物質を含有する。この触媒作用物質は、従来技
術に記載されているように、特にリン−モリブデンヘテ
ロポリ酸、特に化学式:H3+xPMo12-xx40x
0、1、2、3)で示されるそのバナジウム誘導体、又
はH8PMo10VO39ヘテロポリ酸又はその無水物PM
10VO35、並びに該ヘテロポリ酸の金属誘導体ないし
は例えばヨーロッパ特許出願公開第0255639号明
細書から公知である金属誘導体である。例えばイソ酪酸
又はそのエステルをオキシ脱水素化するために、特に記
載のヘテロポリ酸から有利に製造される、Cu含有又は
Cu及びCs含有Mo−、P−及びV含有触媒を選択す
る。
【0017】焼却可能な繊維 本発明により改良した触媒粒子を製造するために、10
0〜380℃の温度範囲内で焼成することにより焼却可
能かつ通路を後に残す繊維と、まずなお例えば水溶液中
に存在していてもよい触媒活性材料、及び場合により別
の添加物、例えば公知の無機及び/又は有機助剤、例え
ば充填剤、結合剤又は滑剤、又は添加物として西ドイツ
国特許出願公開第3710784号明細書から公知の水
溶性オリゴマー又はポリマーとを、離散した粒子に凝固
する前に有利には水の存在下でよく混合する。次いで、
この繊維含有の、場合によりペースト状混合物を、例え
ばペレットにするための圧縮により、又は棒状粒子にす
るための押出し成形により所望の寸法を有する所望の形
にする。しかしながら、該繊維含有混合物は、多孔率4
0〜45%、内部表面積0.01〜0.3m2/g及び
化学組成SiC65.8重量%とSiO228.5重量
%を有する、成形されかつ特に孔の大きい不活性担体、
例えばNortonから市販の球状の珪素炭化物担体、Crysto
lon(R)C、SC 5232 の空隙に導入することもでき、これに
より粒子成形の特殊な操作段階が省略される。
【0018】本発明による触媒中に通路を製造するため
には、天然繊維並びに合成有機繊維(紡織繊維)、及び
天然及び合成有機、すなわち炭素化合物からなる繊維の
炭化及び黒鉛化により自体生じる炭素繊維が使用可能で
ある。該繊維は、100〜380℃の温度範囲内で焼成
する際に、特に酸素の存在下で分解され、最終的には、
先に存在した繊維の寸法に実質的に同じ空隙を後に残し
て、ガス状生成物に分解される。天然繊維としては、例
えばコットン、ウール及びセルロース誘導体、及び有機
繊維としてはポリアミド(ナイロン)、ポリエステル、
ポリオレフィン又はアクリルニトリルからなる繊維を使
用することができる。
【0019】本発明で使用すべき繊維は、直径1〜10
0μm、特に5〜70μm、なかんずく15〜50μm
を有し、かつ最終的な触媒粒子の直径の数倍であってよ
い長さ、例えば1〜30mm、有利には1〜10mm、
特に2〜8mm、なかんずく3〜6mmを有し、触媒中
に存在する触媒活性物質に対して0.5〜5重量%、特
に1〜4重量%及びなかんずく1.5〜3.5重量%の
量で加える。
【0020】1〜10mm、特に2〜8mm及び特に3
〜6mmの直径又は長さを有する触媒及び繊維含有成形
粒子を、必要であればなお100℃以下の温度で乾燥
し、更に100℃より高い温度、特に200〜380
℃、なかんずく250〜350℃の温度範囲内で酸素な
いしは酸素含有ガスで、特に空気中で処理することによ
り焼成する。この成形触媒材料の処理は、特に焼成のた
めに選定した装置、例えば回転管炉内で行うが、該処理
は、例えば反応器触媒酸化反応ないしはオキシ脱水素化
を本発明による触媒を用いて管束型反応器内でも行うこ
とができる。
【0021】本発明は、200〜400℃の温度範囲内
での気相酸化反応に使用する選択的及び活性酸化触媒の
製造、特にオレフィン、例えばプロピレン又はイソブチ
レンを酸化させてアクロレイン又はメタクロレインにす
る、又はそれに引続いてアクリル酸又はメタクリル酸に
する酸化に重要である。本発明による触媒は、有利に
は、モリブデンのヘテロポリ酸及び該ヘテロポリ酸の塩
をベースとする触媒に接触させて実施する、イソ酪酸又
はその低級エステルをオキシ脱水素化してメタクリル酸
又はその低級エステルにするために特に重要である。例
えばイソ酪酸及びその低級アルキルエステルのオキシ脱
水素化は、該触媒に接触させて約250〜400℃の温
度範囲内でイソ酪酸1モル当たり酸素1〜4モルの存在
下で実施し、その際、別の不活性ガス、例えば特に窒素
又は水蒸気又はCO2を加えてもよい。
【0022】
【実施例】以下の実施例には、本発明に基づき改良され
た、すなわちより活性及び特により選択的P−Mo−V
含有ヘテロポリ酸触媒を、イソ酪酸をメタクリル酸にす
るオキシ脱水素化において従来技術と比較して記載す
る。滞留時間、ひいては触媒負荷の逆数は、商W/Fに
よりディメンジョン時間(h)で表わされる。上記式
中、Wは触媒活性材料の重量及びFは1時間当たり反応
すべき有価物、例えばここではイソ酪酸の重量を同じ重
量単位で表わす。
【0023】例1:Cu0.23.6PMo11VO4070重
量%と珪藻土29重量%と担体としてのAerosil(R)1重
量%からなる触媒を、Avicel(R)25重量%をプレス助
剤として及びポリプロピレンないしはビスコース(それ
ぞれ触媒重量に対して0.5重量%)からなる種々の繊
維を添加した後に押出し成形した。このようにして製造
し、300℃で5時間空気中で調質した触媒を、気相で
のイソ酪酸のオキシ脱水素化で使用した。該触媒上を誘
導されたイソ酪酸、酸素及び窒素からなるガス状の混合
物の成分は、互いに1:1.5:7.71であった。該
触媒の温度は360℃、W/F=0.8(h)であっ
た。
【0024】
【表1】
【0025】MMA=メタクリル酸 例2:該触媒を例1と同様に製造し、繊維材料と一緒に
押出し成形した。このようにして製造し、300℃で5
時間、酸素雰囲気中で調質した触媒を、気相でのイソ酪
酸のオキシ脱水素化で使用した。該触媒上を誘導された
イソ酪酸、酸素及び窒素からなるガス状の混合物の成分
は、互いに1:1.3:22のモル比であった。該触媒
の温度は、約86重量%±1の連続反応が達成されるよ
うに選択した。W/Fは1.0(h)であった。
【0026】
【表2】
【0027】MMA=メタクリル酸 例3:該触媒を例1と同様に製造し、繊維材料と一緒に
押出し成形した。このように製造し、酸素雰囲気中、3
00℃で5時間焼成した触媒を、気相でのイソ酪酸のオ
キシ脱水素化で使用した。該触媒上を誘導されたイソ酪
酸、水、酸及び窒素からなるガス状の混合物の成分は、
互いに1:2:1:16のモル比であった。該触媒の温
度を約85±2%の連続反応が達成されるように選択し
た。W/Fは2.0(h)であった。
【0028】
【表3】
【0029】MMA=メタクリル酸 例4:Cu0.23.6PMo11VO4070重量%と、珪藻
土30重量%と、担体としてのAerosil(R)(Avicel(R)2
00ないしはOX50、比率29:1ないしは5:1)とから
なる触媒を、ビスコース繊維(触媒重量に対して0.5
重量%)及び添加物としてグラファイト2重量%で造粒
した。このようにして製造し、300℃で5時間空気中
で調質した触媒を、イソ酪酸のオキシ脱水素化の際に気
相で使用した。該触媒を介して誘導されたイソ酪酸、酸
素及び窒素からなるガス状の混合物の成分は、互いに
1:1.5:7.71であった。該触媒の温度は360
℃であり、W/F=0.8(h)であった。
【0030】
【表4】
【0031】MMA=メタクリル酸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 51/377 57/05 6742−4H 57/055 Z 6742−4H

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モリブデン、リン及びバナジウムを主要
    元素として酸化した形で含有する触媒活性材料、及び場
    合によりなお十分化学的に不活性無機結合剤、希釈剤な
    いしは担体、並びにほぼ一様に分配した通路からなる気
    相酸化触媒において、触媒活性材料として又はその先駆
    物質として、化学組成: HabcModef (組成中、Mは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、
    Ca、Zn、Al、Ce、Ti、Zr、Sn、Sb、A
    s、Bi、Cr、Mn、Fe、Co、Ni又はCuの少
    なくとも1種類の金属イオン、 a=0〜8 b=0〜6 c=1〜2 d=9〜12 e=0.2〜3 f=残りの成分を化学量論的に飽和させるために、その
    原子価と割合から生じる原子数を表す)の物質を有し、
    かつ場合により不活性添加物からなる触媒を製造する際
    に、成形前になお1〜100μmの直径を有する炭素な
    いしは有機繊維を触媒作用材料に対して0.05〜5重
    量%混合し、成形後に通路形成のために100〜380
    ℃の温度範囲内で酸素の存在下で該成形物を焼成し、再
    びそこから除去することよりなることを特徴とする気相
    酸化触媒。
  2. 【請求項2】 通路が炭素繊維の焼却により形成され
    た、請求項1記載の酸化触媒。
  3. 【請求項3】 通路が有機繊維の焼却により形成され
    た、請求項1記載の酸化触媒。
  4. 【請求項4】 上記により製造した触媒の内部表面積が
    5m2/g未満である、請求項1から3までのいずれか
    1項記載の酸化触媒。
  5. 【請求項5】 200〜400℃の温度範囲内でプロピ
    レン又はイソブチレンないしはt−ブタノールを酸化さ
    せてアクロレイン又はメタクロレインにする、及び/又
    はそれに引続く酸化ないしは酸化させてアクリル酸又は
    メタクリル酸にする酸化法において、気相酸化触媒を使
    用することを特徴とする、プロピレン、イソブチレンな
    いしはt−ブタノールの酸化法。
  6. 【請求項6】 イソ酪酸又はその低級エステルを250
    〜400℃の温度でオキシ脱水素化してメタクリル酸又
    はその低級エステルにするオキシ脱水素化法において、
    請求項1から4のいずれか1項記載の気相酸化触媒を使
    用することを特徴とする、イソ酪酸又はその低級エステ
    ルのオキシ脱水素化法。
JP4102909A 1991-04-25 1992-04-22 気相酸化触媒、プロピレン、イソブチレンないしはt−ブタノールの酸化法及びイソ酪酸又はその低級エステルのオキシ脱水素化法 Pending JPH05138028A (ja)

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