JPH0531368A - メタクリル酸製造用触媒及びメタクリル酸の製造方法 - Google Patents

メタクリル酸製造用触媒及びメタクリル酸の製造方法

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JPH0531368A
JPH0531368A JP3288370A JP28837091A JPH0531368A JP H0531368 A JPH0531368 A JP H0531368A JP 3288370 A JP3288370 A JP 3288370A JP 28837091 A JP28837091 A JP 28837091A JP H0531368 A JPH0531368 A JP H0531368A
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catalyst
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methacrylic acid
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JP3288370A
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Masami Murakami
雅美 村上
Hirobumi Io
博文 井尾
Susumu Kato
進 加藤
Tadatoshi Honda
忠敏 本多
Atsushi Kitagawa
淳 北川
Nobuhiko Horiuchi
伸彦 堀内
Kazunori Kawahara
和則 川原
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒活性、触媒安定性、触媒寿命、メタクリ
ル酸選択性に優れたMo−V−P−X−Y系複合酸化物
触媒を提供すると共に、該触媒を再現性良く調製する手
段を提供することにある。 【構成】 Mo−V−P−X−Y系(ここで、XはS
b、Cu、Co、Bi及びAsからなる群から選ばれた
1種以上の元素であり、YはK、Rb、Cs及びTlか
らなる群から選ばれた1種以上の元素である)複合酸化
物触媒であって、触媒成分元素であるMo、V、P及び
上記Xを含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを
含む均一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Z
を含む均一溶液と、必要によりアンモニアとを混合し、
生成物を乾燥することによって調製されたものであり、
とくに、0〜25℃の温度範囲内で混合したものであ
り、4〜15mmの外径のスポークリング型の形状を有
しているものであることを特徴とする触媒である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は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
に用いる触媒、及び該触媒の存在下にメタクロレインを
分子状酸素により気相接触酸化することを特徴とするメ
タクリル酸の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】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用いられる触
媒に関して、従来から数多くの提案がなされている。し
かし、触媒活性、メタクリル酸選択性、触媒の安定性、
触媒寿命などは必ずしも満足できるものではなく、また
工業的規模で触媒調製をおこなうと、触媒の性能が調製
のロット毎に異なるという問題があり、それらの点の改
良が望まれていた。Mo−V−P−X−Y系(ここで、
XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる群から選
ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、Cs及び
Tlからなる群から選ばれた1種以上の元素である)複
合酸化物触媒、特にXとしてSbを含むMo−V−P−
Sb−Y系複合酸化物触媒はメタクロレイン酸化触媒と
してこの分野で多用されているが、従来の方法では、た
とえば特開昭50−101316号公報、特開昭52−
68122号公報、特開昭61−114739号公報、
特開昭63−112535号公報などに記載されている
ように、通常、触媒成分を含む水溶液及び酸化物を混合
し、加熱攪拌下で濃縮乾涸し、ついで焼成して調製され
ており、またSb源として三酸化アンチモンが多用され
ている。従来の方法では、たとえば特開昭61−114
739号公報に記載されているように、市販されている
三酸化アンチモンを用いた場合、触媒活性、メタクリル
酸選択性、触媒の安定性、触媒寿命などは必ずしも満足
できるものではなく、原料三酸化アンチモンを粉砕し、
平均粒径を0.2ミクロン以下にしなければ、満足する
性能は得られないとされている。しかし、平均粒径を
0.2ミクロン以下にまで微粉砕する事は実用的ではな
い。また、この分野では従来、球状あるいは円柱状の触
媒が多用されていたが、近年に至り、高空間速度で且つ
高収率でメタクリル酸を得るために、リング状の触媒を
用いる方法が提案されている。しかし、リング状触媒
は、触媒充填時に粉化しやすく、工業的に用いられる規
模の多管式反応器に充填すると粉化に起因して差圧が大
きくなることがあるため、小規模の試験で得られるよう
な性能が得られないことがあるという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の対象となる分
野では、1基の製造装置で年間数万トン以上の製品が製
造される。その収率の数%の向上が大きな経済効果を生
むことになるので、この分野では、そこに使われる触媒
の初期性能の向上及び高性能触媒の再現性の良い調製法
の開発に多くの努力が払われている。本発明の目的は、
触媒活性、メタクリル酸選択性、触媒の安定性、触媒寿
命に優れたMo−V−P−X−Y系(ここで、XはS
b、Cu、Co、Bi及びAsからなる群から選ばれた
1種以上の元素であり、YはK、Rb、Cs及びTlか
らなる群から選ばれた1種以上の元素である)複合酸化
物触媒を提供することにある。本発明のその上の目的は
上記の触媒を再現性良く調製する手段を提供することに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Mo−V
−P−X−Y系(ここで、XはSb、Cu、Co、Bi
及びAsからなる群から選ばれた1種以上の元素であ
り、YはK、Rb、Cs及びTlからなる群から選ばれ
た1種以上の元素である)複合酸化物触媒、特にXとし
てSbを含むMo−V−P−Sb−Y系複合酸化物触媒
について、触媒活性、メタクリル酸選択性、触媒の安定
性、触媒寿命に優れた触媒を開発すべく、従来の調製法
の問題点について考察し、触媒成分、触媒組成、触媒形
状、触媒調製法について鋭意検討を行った。本発明者ら
は従来の調製法では、上記X成分、例えば三酸化アンチ
モンを十分に溶解させないまま沈澱形成、乾燥している
ため触媒が均質とならないのではないかと考え、三酸化
アンチモンを完全に溶解し、均一溶液とした後、沈澱形
成、乾燥させる方法を検討した結果、触媒性能の再現性
に優れ、触媒の活性、メタクリル酸選択性などの触媒性
能、触媒活性の安定性及び触媒寿命が向上した触媒の調
製法を見いだし、本発明の第一の態様を完成させるにい
たった。即ち本発明の第一の態様は、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
する際に用いる、一般式 (Mo) a (V) b (P) c (X) d (Y) e (Z) f
(NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
であって、触媒成分元素であるMo、V、P及び上記X
を含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを含む均
一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Zを含む
均一溶液と、必要によりアンモニアとを混合し、生成物
を乾燥することによって調製されたものであることを特
徴とする触媒である。
【0005】本発明では、触媒調製の原料として、触媒
調製過程で酸化物の形に分解される化合物が好ましく用
いられる。そのような化合物としては、例えば硝酸塩、
有機酸塩、水酸化物、酸化物などである。アンモニウム
塩もSb源の均一溶解後に添加する場合は問題なく用い
ることができる。また、シリカの原料としては、シリカ
ゾル、シリカゲル、珪酸エステル、珪酸塩などが用いら
れる。本発明では、入手の容易さから、従来の調製法と
同様に、X源として酸化物、例えばSb源として三酸化
アンチモンが好ましく用いられる。本発明の第一の態様
においては、Mo,V,P源としてそれらのアンモニウ
ム塩を用いることは避けなければならない。原料として
アンモニウム塩を用いると、本発明者らの知見による
と、Mo−V−Pの3成分の場合には容易に均一溶液と
なるが、Mo−V−P−Xの4成分の場合には、特にM
o−V−P−Sbの4成分の場合には三酸化アンチモン
の溶解が困難となり、Sbを含む均一溶液が得られない
まま、沈澱生成、濃縮、乾燥することになり、触媒活性
の発現が一定とならないばかりでなく、触媒組成の片寄
りのため、触媒性能、安定性の点でも不十分なものとな
る。しかしながら、従来の調製法(例えば、特開昭50
−101316号、特開昭52−68122号、特開昭
61−114739号、特開昭61−283352号、
特開昭63−112535号など)では、特開昭61−
283352号にも述べられているが、水に対する溶解
性の良さから、Mo源としてパラモリブデン酸アンモニ
ウムを、V源としてメタバナジン酸アンモニウムを用い
ている。それ故、従来の調製法では高性能の触媒を再現
性よく得ることは困難であった。
【0006】本発明の第一の態様では、Mo,V,P,
X(XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる群か
ら選ばれた1種以上の元素である)を含む均一溶液を調
製してから、これにY(YはK、Rb、Cs及びTlか
らなる群から選ばれた1種以上の元素である)を含む均
一溶液及びアンモニアを添加、混合し、生成物を乾燥す
る。これに対して、従来の調製法(例えば、特開昭50
−101316号、特開昭61−114739号、特開
昭63−112535号など)では、Sbの添加前に、
K,Rb,Cs,Tlなどの硝酸塩を加えているが、本
発明者らの知見では、Sbの添加前に、K,Rb,C
s,Tlなどの化合物を加えると、それらはMo,V,
Pとで不溶性の塩を形成して沈澱を生ずるため、後から
添加する三酸化アンチモンの溶解を阻害し、触媒活性の
発現が一定でなくなるという問題が生ずる。本発明で使
用する触媒成分を含む溶液は例えば次のような方法で調
製することができる。三酸化モリブデン、五酸化バナジ
ウム及びXの酸化物(例えば、三酸化アンチモン、酸化
銅等)を燐酸水溶液に加え、還流下加熱溶解して第一の
原料溶液とする。アンモニア水を第二の原料溶液とす
る。K、Rb、Cs及びTlからなる群から選ばれた1
種以上の元素の塩、例えば硝酸塩を純水に溶解して第三
の原料溶液とする。
【0007】本発明においては、必要によりW,Be,
Mg,S,Ca,Sr,Ba,Te,Se,Ce,G
e,Mn,Zn,Cr,Ag,Pb,B,Nb,Cd,
Sn,Al,Ti及びSiからなる群から選ばれた1種
以上の元素を加えることができる。これらの成分の化合
物は均一の溶液となるように上記のいずれかの溶液に加
えるか、あるいは独立の溶液として調製する。本発明で
は、これら触媒成分を含む2種類以上の溶液を混合し、
生成物を乾燥する。混合の方法は通常用いられる攪拌混
合でも良いが、ラインミキサー、スタティックミキサー
などによる方法がより好ましい。乾燥の方法及び条件
は、この分野で通常用いられるものがそのまま適用で
き、特に制限はない。
【0008】本発明の第一の態様では、Mo,V,P,
Xを含む均一溶液を調製してから、これにK,Sb、C
u、Co、Bi及びAsからなる群から選ばれた1種以
上の元素を含む均一溶液及びアンモニアを添加、混合す
るのであるが、この時の溶液温度を好ましくは0℃〜2
5℃、一層好ましくは0℃〜20℃、最も好ましくは0
℃〜15℃に下げる。Mo,V,P,Xを含む均一溶液
を調製してから、温度制御することなしに、これにK,
Sb、Cu、Co、Bi及びAsからなる群から選ばれ
た1種以上の元素を含む均一溶液及びアンモニアを添
加、混合する場合には、触媒性能の再現性が悪い。溶液
温度が30℃を越えると生成したヘテロポリ酸塩の構造
が不安定となり、40℃を越えると一部分解が起こり始
める。従って、ヘテロポリ酸塩を安定に生成させるため
には、混合温度を好ましくは25℃以下、一層好ましく
は20℃以下、最も好ましくは0℃〜15℃とする。ま
た混合温度を高くすると、触媒活性は急激に低下する傾
向がある。
【0009】即ち、本発明の第二の態様は、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
を製造する際に用いる、一般式 (Mo) a (V) b (P) c (X) d (Y) e (Z) f
(NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
であって、触媒成分元素であるMo、V、P及び上記X
を含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを含む均
一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Zを含む
均一溶液と、必要によりアンモニアとを0〜25℃の温
度で混合し、生成物を乾燥することによって調製された
ものであることを特徴とする触媒である。混合時に温度
が高いと触媒性能が悪くなる原因についてはまだ良くわ
からないが、次のように推論される。即ち、触媒成分で
あるMo,V,P,Xを含む均一溶液にK、Rb、Cs
及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素を含む
均一溶液及びアンモニアを添加する際に局部的に高pH
部分が生じ、ヘテロポリ酸がこの高pH部分と接触し、
一部分解して好ましくない構造となる。この傾向は高温
ほど顕著となる。
【0010】従来技術では、触媒成分であるMo,V,
P,Xを含む均一溶液にK、Rb、Cs及びTlからな
る群から選ばれた1種以上の元素を含む均一溶液及びア
ンモニアを添加する際の温度についてなんら規定されて
おらず、温度により触媒性能が大きく変化するという認
識もない。例えば、Mo−V−P−As系触媒に関する
特開昭55−122734号公報に記載の実施例におい
ては、3時間加熱攪拌して調製したヘテロポリ酸に水酸
化セシウムを添加後、さらに3時間煮沸還流するとされ
ており、添加時に冷却するとは述べられていない。ま
た、特開昭59−4445号公報に記載の実施例では、
80℃の溶液に他の成分と共にアンモニアを添加してい
る。
【0011】また、前記の組成を有する場合には、混合
時の最終pHは4以下が望ましい。pHが4以下であれ
ば、次の乾燥工程で緩慢な乾燥速度を用いても、ヘテロ
ポリ酸塩構造は安定に保たれ、得られる触媒の性能が低
下することはない。従って、当該技術分野で通常用いら
れている乾燥方法が採用できる。乾燥粉は、必要に応じ
て、仮焼し、成形し、200〜400℃の温度範囲で1
〜20時間程度焼成する。この様にして調製される本発
明の触媒は、結晶構造的にはヘテロポリ酸塩構造を主体
としている。触媒は粒状または成形体として固定床で使
用されるが、移動床あるいは流動床にも使用できる。
【0012】本発明者らは触媒の形状についても鋭意検
討を行った。その結果、固定床で使用する場合は、スポ
ークリング型の形状を有する触媒を使用すると、同一の
原料粉から成型したにも拘らず、球型又は円柱型の形状
を有する触媒よりも触媒の活性、メタクリル酸選択性、
安定性が大きく向上することを見出した。触媒の活性、
メタクリル酸選択性、安定性等を大きく向上させるため
には触媒の形状は重要であり且つ限定的である。即ち、
より好ましく用いられる触媒は4〜15mmの外径のス
ポークリング型の形状を有し、リングの厚みは0.5〜
3mmの範囲であり、またスポークの数は2本以上であ
れば何本でもよいが、通常8本以下である。スポークの
厚みは、0.5〜3mmの範囲であり、高さは外径の
0.5〜2倍の範囲で選ばれる。触媒の外径を15mm
より大きくすると、通常用いられる内径200mm前後
の反応管に充填したとき、空隙率が大きくなり、触媒の
単位空間当たりの活性が低下するという問題が生ずる。
リング及びスポークの厚みを0.5mm未満とすると、
触媒充填時の粉化が増大し、3mmより厚くすると外表
面を増やす効果及び差圧を下げる効果が現れ難くなる。
【0013】即ち、本発明の第三の態様は、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
を製造する際に用いる、一般式 (Mo) a (V) b (P) c (X) d (Y) e (Z) f
(NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
であって、触媒成分元素であるMo、V、P及び上記X
を含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを含む均
一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Zを含む
均一溶液と、必要によりアンモニアとを混合し、生成物
を乾燥することによって調製されており、4〜15mm
の外径のスポークリング型の形状を有しているものであ
ることを特徴とする触媒である。上記の触媒は、この分
野で通常用いられている公知の方法、例えば、押し出し
成型法、打錠成型法などによりスポークリングの形状に
成型される。
【0014】本発明の触媒は前記第二の態様と前記第三
の態様との組み合わせの場合に一層好ましい触媒とな
る。即ち、本発明の第四の態様は、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
る際に用いる、一般式 (Mo) a (V) b (P) c (X) d (Y) e (Z) f
(NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
であって、触媒成分元素であるMo、V、P及び上記X
を含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを含む均
一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Zを含む
均一溶液と、必要によりアンモニアとを0〜25℃の温
度で混合し、生成物を乾燥することによって調製されて
おり、4〜15mmの外径のスポークリング型の形状を
有しているものであることを特徴とする触媒である。触
媒がスポークリング型の形状を有する場合には、同一の
原料粉から成型したにも拘らず、球型又は円柱型の形状
を有する触媒よりも触媒の活性、メタクリル酸選択性、
安定性が大きく向上するので、前記第三の態様と違っ
て、触媒成分元素であるMo、V、P、前記X、前記Y
を含み、必要により触媒成分元素である前記Z及び必要
によりアンモニアを含むが該Xは完全には溶解していな
い状態から沈澱を形成させた場合にも好結果が得られ
る。
【0015】即ち、本発明の第五の態様は、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
を製造する際に用いる、一般式 (Mo) a (V) b (P) c (X) d (Y) e (Z) f
(NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
であって、触媒成分元素であるMo、V、P、上記X、
上記Yを含み、必要により触媒成分元素である上記Z及
び必要によりアンモニアを含むが上記Xは完全には溶解
していない状態から沈澱を形成させ、生成物を乾燥する
ことによって調製されており、4〜15mmの外径のス
ポークリング型の形状を有しているものであることを特
徴とする触媒である。本発明はまた前記の各種触媒の存
在下にメタクロレインを分子状酸素により気相接触酸化
することを特徴とするメタクリル酸の製造方法にも係わ
る。
【0016】本発明による気相接触酸化反応は原料ガス
として1〜10容量%のメタクロレイン、3〜20容量
%の分子状酸素及び70〜90容量%の希釈ガスからな
る混合ガスを用い、該ガスを前記した触媒上に250〜
450℃の温度範囲及び常圧〜10気圧の圧力下、空間
速度300〜5000/hrで導入することで実施され
る。分子状酸素としては通常空気が使用されるが、純酸
素を使用しても良い。希釈ガスとしては、窒素、炭酸ガ
スなどの不活性ガスが使用される。また、反応ガスに含
まれる非凝縮性ガスの一部を循環して使用しても良い。
希釈ガスとして水蒸気を併せて使用することが活性、選
択性を高める上で好ましい。その場合、原料ガス中の水
蒸気は通常60容量%まで添加される。
【0017】
【実施例】以下に実施例、対照例によって本発明を具体
的に説明する。それらの例中の転化率及び選択率は次の
通りである。
【0018】 実施例1 水5800mlを加熱攪拌しつつ、85%燐酸94g、
三酸化モリブデン1000g、五酸化バナジウム63g
及び酸化銅19.2gを加え、3時間加熱還流して均一
な溶液(A液)を得た。A液に市販の三酸化アンチモン
33.8gを加え、更に3時間加熱還流して均一な溶液
を得た。これを第一の原料溶液とした。28%アンモニ
ア水135gと水700mlとを混ぜて第二の原料溶液
(B液)とした。硝酸セシウム62gを水900mlに
溶解して第三の原料溶液(C液)とした。第一の原料溶
液を15℃に保ちながら、B液とC液を順次滴下し、得
られたスラリーを噴霧乾燥した。その乾燥粉を仮焼し、
直径及び高さが共に5mmの円柱状に成形し、350℃
で10時間空気中で焼成して、Mo/V/P/Cu/S
b/Cs/NH4 比が12/1.1/1.4/0.4/
0.4/0.55/3.8なる複合酸化物触媒を得た。
得られた触媒240mlを3/4インチの鋼鉄製反応管
に充填し、メタクロレイン3容量%、酸素9容量%、水
蒸気20容量%、残り68容量%が窒素という原料ガス
組成、反応器バス温度300℃、空間速度1500/h
r、反応器出口圧0.2気圧(ゲージ圧)という標準条
件で反応を行い、触媒の初期性能を評価した。初期性能
評価後、メタクロレイン5容量%、酸素13容量%、水
蒸気25容量%、残り57容量%が窒素という原料ガス
組成、反応器バス温度350℃、空間速度30000/
hr、反応器出口圧0.2気圧という強制劣化条件で1
0日間反応を行った後、標準条件に戻して反応を行い、
触媒の安定性を評価した。それらの結果を表1に示す。
【0019】実施例2〜5 触媒性能にばらつきの無いことを確かめるために、実施
例1と同じ組成の第一の原料溶液、B液及びC液を調製
し、実施例1と同様の方法で触媒を調製し、性能を評価
した。それらの結果を表1に示す。 対照例1〜5 実施例1と同じ組成のA液、B液及びC液を調製した。
A液にB液とC液を順次滴下し、その後市販の三酸化ア
ンチモン33.8gを加え、更に3時間加熱還流した
後、噴霧乾燥した他は実施例1と同様の方法で触媒を調
製し、性能を評価した。それらの結果を表1に示す。
【0020】実施例6〜8 表2に示した原子比の複合酸化物触媒を実施例1と同様
の方法で調製し、性能を評価した。それらの結果を表2
に示す。
【0021】対照例6〜8 表2に示した原子比の複合酸化物触媒を対照例1と同様
の方法で調製し、性能を評価した。それらの結果を表2
に示す。上記の実施例1〜5及び対照例1〜5のデータ
から明らかなように、触媒調製ロット間の性能のばらつ
きは本発明による触媒の方が小さく、また施例1〜5と
対照例1〜5、実施例6と対照例6、実施例7と対照例
7、実施例8と対照例8のデータの比較から明らかなよ
うに、同一組成の触媒の初期性能及び強制劣化後の性能
においても、本発明による触媒の方が優れている。
【0022】対照例9 三酸化モリブデンに代えてモリブデン酸アンモニウム1
362g、五酸化バナジウムに代えてメタバナジン酸ア
ンモニウム81gを用いた他は、実施例1と同様にして
触媒を調製したが、三酸化アンチモンは完溶しなかっ
た。完溶しないまま触媒を調製し、性能を評価した。初
期性能は転化率76.5%、選択率76.8%であり、
強制劣化後は転化率74.2%、選択率74.0%であ
った。
【0023】実施例9 水68000mlを加熱攪拌しつつ、85%燐酸940
g、三酸化モリブデン10000g、五酸化バナジウム
630g及び三酸化セレン268gを加え、3時間加熱
還流した。三酸化アンチモン316gを加え、更に3時
間加熱還流して均一な溶液を得た。放冷後、15℃に液
温を保ちながら28%アンモニア水1350gと硝酸セ
シウム620gを水9000mlに溶解した溶液を加
え、得られたスラリーを噴霧乾燥した。乾燥粉を仮焼
し、直径及び高さが共に5mm、スポーク数2本、リン
グ及びスポークの厚みが1mmのスポークリング状に成
形し、350℃で10時間空気中で焼成して、Mo/V
/P/Sb/Se/Cs/NH4 比が12/1.1/
1.1/0.4/0.4/0.55/3.8なる複合酸
化物触媒を得た。
【0024】得られた触媒1400mlを3/4インチ
の鋼鉄製反応管に充填し、メタクロレイン3容量%、酸
素9容量%、水蒸気20容量%、残り68容量%が窒素
という原料ガス組成、反応器バス温度300℃、空間速
度1000/hr、反応器出口圧0.2気圧という標準
条件で反応を行い、触媒の初期性能を評価した。初期性
能評価後、メタクロレイン5容量%、酸素13容量%、
水蒸気25容量%、残り57容量%が窒素という原料ガ
ス組成、反応器バス温度350℃、空間速度30000
/hr、反応器出口圧0.2気圧という強制劣化条件で
10日間反応を行った後、標準条件に戻して反応を行
い、触媒の安定性を評価した。それらの結果を表3に示
す。
【0025】対照例10〜12 触媒性能に及ぼす触媒形状の効果を明らかにするため
に、従来この分野で多用されている円柱状あるいはリン
グ状触媒を実施例9と同一のロットの触媒粉で調製し、
実施例9と同様の方法でその性能を評価した。それらの
結果を表3に示す。
【0026】対照例13 スポークリング状触媒の触媒サイズの効果を明らかにす
るために、外径20mmのスポークリング状触媒を実施
例9と同一のロットの触媒粉で調製し、実施例9と同様
の方法でその性能を評価した。それらの結果を表3に示
す。 実施例10〜13 表3に示した原子比の触媒を実施例9と同様の方法で調
製した。得られた触媒の性能を実施例9と同様の方法で
評価した。それらの結果を表3に示す。
【0027】対照例14〜17 触媒性能に及ぼす触媒形状の効果を明らかにするため
に、従来この分野で多用されている円柱状触媒を実施例
10〜13と同一のロットの触媒粉で調製し、実施例9
と同様の方法でその性能を評価した。それらの結果を表
3に示す。実施例9と対照例10とのデータの比較から
明らかなように、同一外径の円柱状触媒に比べスポーク
リング状触媒は初期活性、メタクリル酸選択性共に優れ
ており且つ強制劣化後の性能でもはるかに優れていた。
対照例12のデータから明らかなように、円柱状触媒の
外径を小さくしても、活性はやや向上するが、選択性は
向上しなかった。実施例10と対照例11とのデータの
比較から明らかなように、リング状触媒は充填時に一部
粉化するため差圧が大きくなり、選択性においてスポー
クリング状触媒に及ばなかった。また対照例13のデー
タから明らかなように、触媒サイズが大き過ぎると吹き
抜けが起こり、転化率が低下した。実施例10〜13と
対照例14〜17とのデータの比較から明らかなよう
に、同一組成の円柱状触媒に比べスポークリング状触媒
は初期活性、選択性共に優れており且つ強制劣化後の性
能でもはるかに優れていた。
【0028】対照例18 実施例9〜13、対照例10〜17では、実器を想定し
て触媒1400mlを充填し、充填高3.5mの状態で
性能評価を行った。反応成績に及ぼす触媒充填高の影響
を明らかにするため、対照例12で用いたと同一ロット
の触媒を、実施例1〜8、対照例1〜9と同様に触媒2
40ml、充填高0.6mの状態で実施例1と同様の方
法で性能を評価した。その結果を表3に示す。この結果
からも明かなように、円柱形状の触媒の場合には、触媒
充填高が低い場合には触媒性能は十分であるが、触媒充
填高が高くなると触媒性能が低下する。従って、触媒形
状をスポークリング状にする効果は、触媒充填高を実器
と同じぐらいまで大きくした時により顕著になることは
明らかである。
【0029】実施例14、15 実施例1と同様に第一、第二及び第三の原料溶液を調製
した。第一の原料溶液の溶液温度を5℃あるいは20℃
に保ちながら第二、第三の原料溶液を滴下した他は実施
例1と同様の方法で触媒を調製してその性能を評価し
た。それらの結果を表4に示す。
【0030】対照例19、20 実施例1と同様に第一、第二及び第三の原料溶液を調製
した。第一の原料溶液の溶液温度を30℃あるいは40
℃に保ちながら第二、第三の原料溶液を滴下した他は実
施例1と同様の方法で触媒を調製し、その性能を評価し
た。それらの結果を表4に示す。対照例19、20のデ
ータの比較から明らかなように、K,Rb,Cs,Tl
の中から選ばれる一種以上の元素を含む均一溶液及びア
ンモニアを添加する際の温度が高いと得られる触媒の性
能、特に選択性が大きく低下している。
【0031】
【発明の効果】触媒活性、メタクリル酸選択性、触媒の
安定性に優れた触媒を再現性よく調製できる。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 忠敏 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 (72)発明者 北川 淳 山口県下関市彦島迫町七丁目1番1号 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 堀内 伸彦 山口県下関市彦島迫町七丁目1番1号 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 川原 和則 山口県下関市彦島迫町七丁目1番1号 三 井東圧化学株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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用いる、一般
    式 (Mo) a (V) b (P)c (X) d (Y) e (Z) f
    (NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
    群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
    Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
    あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
    e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
    b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
    る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
    d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
    を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
    0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
    2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
    要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
    であって、触媒成分元素であるMo、V、P及び上記X
    を含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを含む均
    一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Zを含む
    均一溶液と、必要によりアンモニアとを混合し、生成物
    を乾燥することによって調製されたものであることを特
    徴とする触媒。
  2. 【請求項2】 触媒成分元素であるMo、V、P及び上
    記Xを含む均一溶液と、触媒成分元素である上記Yを含
    む均一溶液と、必要により触媒成分元素である上記Zを
    含む均一溶液と、必要によりアンモニアとを0〜25℃
    の温度範囲内で混合し、生成物を乾燥することによって
    調製されたものであることを特徴とする請求項1記載の
    触媒。
  3. 【請求項3】 4〜15mmの外径のスポークリング型
    の形状を有しているものであることを特徴とする請求項
    1および請求項2記載の触媒。
  4. 【請求項4】 Mo、V、P及びSbを含む均一溶液が
    アンモニウムイオンを含まないことを特徴とする請求項
    1、請求項2および請求項1記載の触媒。
  5. 【請求項5】 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用いる、一般
    式 (Mo) a (V) b (P) c (X) d (Y) e (Z) f
    (NH4 ) g (O) h (式中、XはSb、Cu、Co、Bi及びAsからなる
    群から選ばれた1種以上の元素であり、YはK、Rb、
    Cs及びTlからなる群から選ばれた1種以上の元素で
    あり、ZはW、Be、Mg、S、Ca、Sr、Ba、T
    e、Se、Ce、Ge、Mn、Zn、Cr、Ag、P
    b、B、Nb、Cd、Sn、Al、Ti及びSiからな
    る群から選ばれた1種以上の元素であり、a、b、c、
    d、e、f及びgは各元素の原子比率を表し、a=12
    を基準にした時に、b=0.1〜2、c=1〜3、d=
    0.01〜3、e=0.1〜3、f=0〜2,e+g=
    2〜6であり、hは前記各成分の原子価を満足するに必
    要な酸素の原子数である)で示される組成を有する触媒
    であって、触媒成分元素であるMo、V、P、上記X、
    上記Yを含み、必要により触媒成分元素である上記Z及
    び必要によりアンモニアを含むが上記Xは完全には溶解
    していない状態から沈澱を形成させ、生成物を乾燥する
    ことによって調製されており、4〜15mmの外径のス
    ポークリング型の形状を有しているものであることを特
    徴とする触媒。
  6. 【請求項6】 請求項1記載乃至請求項5記載の触媒の
    存在下に、メタクロレインを分子状酸素により気相接触
    酸化することを特徴とするメタクリル酸の製造方法。
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