JPH05331097A - メタクリル酸及びそのエステルの製造方法 - Google Patents

メタクリル酸及びそのエステルの製造方法

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JPH05331097A
JPH05331097A JP4157439A JP15743992A JPH05331097A JP H05331097 A JPH05331097 A JP H05331097A JP 4157439 A JP4157439 A JP 4157439A JP 15743992 A JP15743992 A JP 15743992A JP H05331097 A JPH05331097 A JP H05331097A
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methacrylic acid
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Motomu Okita
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロピオン酸とホルムアルデヒドからメタク
リル酸を製造するための新規な触媒。 【構成】 プロピオン酸とホルムアルデヒドを気相接触
反応させる際に触媒としてNb−Cs−X(X=W,A
g,Mg,Ni,Zn,Mo,Cr,Sb,Ti,P
t)を用いてメタクリル酸を製造する。原料ガスに低級
アルコールを含有させてメタクリル酸エステルを併産し
てもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プロピオン酸をホルム
アルデヒド又はホルムアルデヒド誘導体と触媒の存在
下、気相で接触反応させて炭素数の一つ多いメクリル酸
及び又はそのエステルを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プロピオン酸とホルムアルデヒド又はホ
ルムアルデヒド誘導体からメタクリル酸及びそのエステ
ルを製造する反応の触媒に関しては種々提案されてい
る。例えば米国特許第3,247,248号明細書では
シリカゲルに水酸化カリウムを担持した触媒あるいはカ
ルシウムアルミノシリケートを触媒としてプロピオン酸
とホルムアルデヒドを反応させている。また特開昭57
−123138号公報ではSiO2 −Al23 にK、
V、Sbを担持した触媒、特開昭61−229840号
公報ではZrO2 −Al23 にV、Pを担持した触
媒、特開昭62−36340号公報では活性Al23
にアルカリ金属を担持した触媒が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の触媒は多くの場合目的とする生成物の収率が十分でな
かった。また、プロピオン酸とホルムアルデヒド又はホ
ルムアルデヒド誘導体との反応では、反応を長時間行う
と、主としてホルムアルデヒドに由来する高沸点物や炭
素質が沈着し、触媒の活性を長時間安定に維持すること
が困難であった。
【0004】本発明の目的は、触媒の改良により目的と
する生成物を高収率、高選択率で得ること、及び原料ガ
ス中に酸素を加えることにより、前記欠点を解消し長時
間安定に反応を維持することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、プロ
ピオン酸とホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド誘導
体と気相接触反応しメタクリル酸及びそのエステルを製
造するにあたり、一般式 NbaCsbXcOd (式中Nb、Cs及びOはそれぞれニオブ、セシウム及
び酸素を示し、Xはタングステン、銀、マグネシウム、
ニッケル、亜鉛、モリブデン、クロム、アンチモン、チ
タン及び白金からなる群より選ばれた少なくとも1種の
元素を示す。但し、a、b、c及びdは各元素の原子比
率を表わし、a=10のときb=0.1〜1、c=0〜
1であり、dは上記各成分の原子価を満足するのに必要
な酸素原子数である。)で表わされる触媒を使用するこ
とを特徴とするメタクリル酸の製造方法にあり、また、
原料ガスに0.1〜10容量%の分子状酸素を含有させ
ることにより反応を長時間安定に保つ方法、及び原料ガ
スに低級アルコールを含有させメタクリル酸とメタクリ
ル酸エステルを同時に製造する方法にある。
【0006】本発明反応の原料として使用するホルムア
ルデヒド又はホルムアルデヒド誘導体とは、ホルムアル
デヒドのメタノール溶液、メチラール、トリオキサン、
バラホルムアルデヒド等であり、これらはホルムアルデ
ヒド又はホルムアルデヒド水溶液と混合して使用しても
よい。ホルムアルデヒドとしてメタノール溶液などを用
いる場合は供給メタノール量に応じてメタクリル酸と共
にメタクリル酸エステルを生成させることができる。
【0007】本発明の触媒の調製に用いる原料化合物と
しては、各元素の硝酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩、ハ
ロゲン化物、酸化物等を組合せて使用することができ
る。本発明の方法で用いる触媒は無担体でも有効である
が、酸化マグネシウム、酸化チタン等の担体に担持させ
ることもできる。担持方法は特に限定されないが、含浸
法、混練法、共沈法等の種々の方法を用いることができ
る。また、触媒は一般には固定床で用いられるが流動床
でも使用できる。
【0008】反応に当り原料のプロピオン酸の供給量
と、ホルムアルデヒドおよびその誘導体の合計の供給量
との比率は、ホルムアルデヒド誘導体をホルムアルデヒ
ドに換算したモル比として1:10〜10:1が適当で
あり、特に1:5〜5:1が好ましい。
【0009】これらの原料は、混合ガスとして供給され
ガス状で触媒と接触される。この場合、原料ガスは窒
素、炭酸ガス等の不活性ガスを加えて希釈してもよく、
また水蒸気を含んでいてもよい。
【00010】触媒上の空間速度(SV)は50〜50
00ml/hr/ml−cat.の範囲で選ぶことがで
きるが、特に100〜3000ml/hr/ml−ca
t.が好ましい。反応温度は200〜500℃の範囲で
選ぶことができ、特に250〜450℃が好ましい。
【0011】本発明に於て原料ガスに分子状酸素を加え
る場合は、0.1〜10容量%、特に好ましくは1〜6
容量%となるように調節する。分子状酸素を添加するこ
とにより触媒の活性を長期間高く維持することができ
る。
【0012】プロピオン酸とホルムアルデヒド又はホル
ムアルデヒド誘導体との反応では、反応を長時間行うと
炭素質状のものが触媒上に沈着するため、活性を長期間
安定に維持することが困難である。しかしながら、触媒
を反応器内又は反応器外で500℃から600℃程度の
温度で酸素含有ガス雰囲気下又は酸素含有ガス及び水蒸
気存在下において再生することが可能である。従って、
前記方法を適用することにより、反応を長期間行うこと
ができる。
【0013】本発明に於てメタクリル酸とメタクリル酸
エステルを同時に得ようとする場合は、原料ガスにメタ
ノール、エタノール等の低級アルコールを含有させる。
低級アルコールは定量ポンプで原料混合物中に供給する
ことができるが、ホルムアルデヒドと混合して供給して
もよい。
【0014】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に詳しく説明する。実施例における「部」は重量部を意
味し、プロピオン酸の転化率、生成したメタクリル酸及
びそのエステルの選択率は以下のように定義される。
【0015】
【数1】
【0016】
【数2】
【0017】
【数3】
【0018】[実施例1]硝酸セシウム5.9部を純水
200部に加熱溶解した。これに、五酸化ニオブ100
部を撹拌しながら加えたのち、加熱して蒸発乾固した。
得られた固型物を120℃で17時間乾燥後加圧成型
し、空気流通下に500℃で5時間熱処理したものを触
媒として用いた。得られた触媒の酸素以外の元素の組成
(以下同じ)はNb10Cs0.4 で、本触媒を反応器に充
填し、モル分率でプロピオン酸10.0%、メタノール
を僅かに含有するホルムアルデヒド7.4%、窒素8
2.6%の原料ガスを反応温度330℃、空間速度80
0ml/hr/ml−cat.で供給した。1時間経過
後の生成物を捕集し、ガスクロマトグラフィーで分析し
たところ、プロピオン酸の転化率40.0%、メタクリ
ル酸の選択率79.8%、メタクリル酸メチルの選択率
2.6%であった。
【0019】[実施例2]実施例1に於て原料ガスに酸
素を4.6%加え、従って窒素のモル分率を78.0%
とした原料ガスを用いて同様に反応を行ったところ、反
応開始後1時間経過した時点でのプロピオン酸の転化率
は41.5%、メタクリル酸の選択率74.6%、メタ
クリル酸メチルの選択率2.5%であったが、10日間
経過後もプロピオン酸の転化率41.5%、メタクリル
酸の選択率74.6%、メタクリル酸メチルの選択率
2.5%であって反応初期と同じ活性を維持していた。
【0020】[実施例3]硝酸セシウム5.9部及びパ
ラタングステン酸アンモニウム9.8部を純水200部
に加熱混合した。これに五酸化ニオブ100部を撹拌し
ながら加えたのち、加熱して蒸発乾固した。得られた固
型物を120℃で17時間乾燥後加圧成型し、空気流通
下に500℃で5時間熱処理したものを触媒として用い
た。得られた触媒の組成はNb10Cs0.40.5 であっ
た。実施例1と同じ条件で反応したところ、プロピオン
酸の転化率38.5%、メタクリル酸の選択率85.4
%、メタクリル酸メチルの選択率2.9%であった。
【0021】[実施例4]実施例1に於て同じ条件で、
ただし酸素を4.6%加え窒素を78.0%として反応
を行ったところ、反応開始から1時間の時点におけるプ
ロピオン酸の転化率は40.0%、メタクリル酸の選択
率80.1%、メタクリル酸メチルの選択率2.7%で
あった。更に10日間経過した時点でのプロピオン酸の
転化率40.0%、メタクリル酸の選択率80.1%、
メタクリル酸メチルの選択率2.7%であって反応初期
と同じ触媒活性を維持していた。
【0022】[実施例5]実施例3の触媒を反応器に充
填し、モル分率でプロピオン酸10.0%、ホルムアル
デヒド7.4%、窒素82.6%の原料ガスを反応温度
330℃、空間速度800ml/hr/ml−cat.
で供給した。1時間経過後の生成物を捕集し、ガスクロ
マトグラフィーで分析したところ、プロピオン酸の転化
率38.5%、メタクリル酸の選択率88.5%であっ
た。
【0023】[実施例6]実施例3の触媒を反応器に充
填し、モル分率でプロピオン酸10.0%、ホルムアル
デヒド7.4%、メタノール10.0%、窒素72.6
%の原料ガスを反応温度330℃、空間速度800ml
/hr/ml−cat.で供給した。1時間経過後の生
成物を捕集し、ガスクロマトグラフィーで分析したとこ
ろ、プロピオン酸の転化率40.0%、メタクリル酸の
選択率28.4%、メタクリル酸メチルの選択率56.
8%であった。
【0024】[実施例7〜14]実施例1に準じて表1
に示した各触媒を調製し、実施例1と同一条件(モル分
率でプロピオン酸10.0%、メタノールを僅かに含有
するホルムアルデヒド7.4%、窒素82.6%の原料
ガス)で反応した。表1に示す結果を得た。
【0025】
【表1】
【0026】[比較例1]実施例1に於て、硝酸セシウ
ムを添加しない、従ってNbだけからなる比較触媒を調
製した。この触媒を用い実施例1と同じ条件で反応した
ところ、プロピオン酸の転化率10.0%、メタクリル
酸の選択率10.0%でメタクリル酸メチルは殆ど生成
していなかった。
【0027】[比較例2]実施例1の触媒を用い、原料
ガスに酸素を加えることなしに、10日間反応を続行し
た。その結果、プロピオン酸の転化率38.9%、メタ
クリル酸の選択率78.5%、メタクリル酸メチルの選
択率2.5%で、触媒性能が僅かながら低下していた。
【0028】
【発明の効果】本発明は、新規な触媒を用いることによ
ってメタクリル酸の収率の向上及び反応の長期間安定保
持が可能となり、又、原料ガスに低級アルコールを含有
させることによりメタクリル酸エステルを併酸すること
ができる。
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 B01J 23/84 301 X 8017−4G C07C 51/353 7306−4H 67/08 8018−4H 69/54 Z 8018−4H // C07B 61/00 300

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プロピオン酸をホルムアルデヒド又はホ
    ルムアルデヒド誘導体と気相接触反応しメタクリル酸を
    製造するにあたり、一般式 NbaCsbXcOd (式中Nb、Cs及びOはそれぞれニオブ、セシウム及
    び酸素を示し、Xはタングステン、銀、マグネシウム、
    ニッケル、亜鉛、モリブデン、クロム、アンチモン、チ
    タン及び白金からなる群より選ばれた少なくとも1種の
    元素を示す。但し、a、b、c及びdは各元素の原子比
    率を表わし、a=10のときb=0.1〜1、c=0〜
    1であり、dは上記各成分の原子価を満足するのに必要
    な酸素原子数である。)で表わされる触媒を使用するこ
    とを特徴とするメタクリル酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 原料ガスに0.1〜10容量%の分子状
    酸素を含有させることを特徴とする請求項1のメタクリ
    ル酸の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において原料ガスに低級
    アルコールを含有させることを特徴とするメタクリル酸
    及びそのエステルの製造方法。
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