JPH07227545A - リン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法 - Google Patents
リン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法Info
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- JPH07227545A JPH07227545A JP31857094A JP31857094A JPH07227545A JP H07227545 A JPH07227545 A JP H07227545A JP 31857094 A JP31857094 A JP 31857094A JP 31857094 A JP31857094 A JP 31857094A JP H07227545 A JPH07227545 A JP H07227545A
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Abstract
物を、5価のバナジウム化合物の少なくとも一部を4価
に還元できる有機溶媒中で反応させて、炭素数4の炭化
水素を気相酸化して無水マレイン酸を製造するための触
媒前駆体を製造する方法において、5価のリン化合物と
して、88〜90%のリン酸を使用することを特徴とす
るリン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法。 【効果】 本発明により得られる前駆体を活性化した
酸化物触媒は、炭素数4の炭化水素、特にブタンを酸化
して無水マレイン酸を製造する反応において、比較的低
い温度範囲において収率が高く、長期に渡り反応成績が
良好である。
Description
化物触媒の製造方法に関するものである。より詳しく
は、炭素数4のブタン、ブテン、ブタジエン等の炭化水
素を気相酸化により無水マレイン酸を製造するのに適し
たリン−バナジウム酸化物からなる触媒前駆体の改良さ
れた製造方法に関する。
炭素数4の炭化水素、特に飽和炭化水素のn−ブタン
を、気相にて選択的に酸化して無水マレイン酸を製造す
るための触媒として、4価のバナジウムと5価のリンか
ら成る触媒が用いられている。この触媒としては、特
に、触媒特性の優れた結晶性の複合酸化物触媒として、
ピロリン酸ジバナジル((VO)2 P2 O7 )が知られ
ており、この化合物に係る文献が多く知られている(例
えば、Chem.Rev.88,P.55〜80(19
88)及びその引用文献)。このピロリン酸ジバナジル
の合成方法として、その前駆体(プレカーサー)である
リン−バナジウム酸化物、即ち、リン酸水素バナジル・
1/2水塩(VOHPO4 ・1/2H2 O)を焼成する
方法が一般的であり、この前駆体を加熱焼成することに
より、その構造を保持しながらピロリン酸ジバナジルに
転移させることができることが報告されている。
水塩の製造方法としては、いくつかの提案がある。中で
も、有機溶媒中にて前駆体を製造する方法が数多く報告
されているが、基本的には、5価のバナジウム化合物の
少なくとも一部を有機溶媒中で還元した後、5価のリン
化合物と反応させて5価のリンと4価のバナジウムの複
合酸化物を得る方法である。
は、実質的に無水の有機溶媒中で五酸化バナジウムをバ
ナジウムの価数を4.0〜4.6に還元させた後、オル
トリン酸と反応させる方法が示されている。該公報の実
施例で使用されているオルトリン酸は、具体的には85
%及び100%リン酸である。有機溶媒としては、イソ
ブタノ−ル単独あるいはイソブタノ−ルとベンジルアル
コ−ルの混合溶媒が用いられている。ベンジルアルコ−
ルの使用量はベンジルアルコ−ル/五酸化バナジウムモ
ル比で2.2以上である。添加する助触媒成分元素とし
ては、周期律表のV族元素が好ましく、特にタンタルと
ビスマスが好ましいことが記載されている。
的に5価のバナジウム化合物及びリン含有化合物を飽和
有機溶媒中で加熱することにより、触媒前駆体を製造す
る方法が開示されている。この中に記載されているリン
酸の濃度は100%である。また、特公平2−97号公
報及び特公平2−98号公報には、混合リン酸を使用す
ることを特徴としたリン−バナジウム酸化物触媒前駆体
の製造方法が記載されている。ここで混合リン酸とは、
オルトリン酸とピロリン酸及び少量のトリリン酸の混合
物であり、具体的には75〜90重量%のオルトリン酸
と10〜25重量%のピロリン酸の混合物が使用されて
いる。
は、リン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法とし
て、反応媒体として有機溶媒を用い、この反応系より該
有機溶媒の一部を蒸留除去する方法が開示されている。
ここで使用されているリン酸は、85%オルトリン酸あ
るいは上記のような組成の混合リン酸である。
例を含めた公知の方法で製造したリン−バナジウム酸化
物前駆体より得た触媒では、1)無水マレイン酸が高収
率であること、2)触媒がより低い反応温度で良好に働
き、かつ長寿命であること、3)製造方法の再現性が良
好なこと等の目的の一部は達成されているものの、その
全てを兼ね備えた製造方法としてはなお不十分であっ
た。
の実情に鑑み鋭意検討を進めた結果、工業的にも著しい
改良が期待できる触媒前駆体の製造方法の特定の方法及
び条件を見出し、本発明に到達した。即ち、本発明は5
価のリン化合物及び5価のバナジウム化合物を、5価の
バナジウム化合物の少なくとも一部を4価に還元できる
有機溶媒中で反応させて、炭素数4の炭化水素を気相酸
化して無水マレイン酸を製造するための触媒前駆体を製
造する方法において、5価のリン化合物として、88〜
90%のリン酸を使用することを特徴とするリン−バナ
ジウム酸化物触媒前駆体の製造方法に存する。
触媒前駆体の原料として使用する5価のバナジウム化合
物としては、五酸化バナジウム、またはメタバナジウム
酸アンモニウム、オキシ三ハロゲン化バナジウムなどの
バナジウム塩が例示されるが、最も一般的な原料は五酸
化バナジウムである。五酸化バナジウムは市販品をその
まま、あるいは、粉砕して用いる。
用する5価のリン化合物としては、オルトリン酸換算で
88〜90%(重量%表示。以下同じ)の高濃度のリン
酸で、かつ該リン酸はピロリン酸やトリリン酸等の縮合
リン酸を実質的に含まず、実質的に全量がオルトリン酸
であるものを使用する。(なお、ここで「実質的に全量
がオルトリン酸」とは、全リン酸に対して、オルトリン
酸の割合が99モル%以上であることを表す。)88〜
90%のリン酸としては、工業規模で生産されて入手が
容易な89%リン酸が最も好ましい。その他、105%
リン酸に水を添加する方法や85%リン酸から水を除去
する方法により、88〜90%のリン酸を調合して使用
することも可能であるが、また105%リン酸は高価で
あると共に、固体であるので、取扱操作が煩雑であり好
ましくない。なお、105%リン酸とは、オルトリン酸
換算の濃度表示であるので、実際は、オルトリン酸、ピ
ロリン酸及びトリリン酸からなる混合リン酸である。更
にリン酸の縮合が進行した116%リン酸なども原料と
して使用可能であるが、105%リン酸と同様な理由で
好ましくない。
還元力を有するものである。還元性の有機溶媒として
は、酸化を受けやすい官能基を有するものが挙げられ、
典型的にはアルコ−ル性水酸基を有する有機溶媒が好適
である。このような有機溶媒の中では、ブタノール、2
−プロパノ−ルや2−メチルプロパノ−ル、ヘキサノー
ル等の炭素数3〜6の脂肪族アルコ−ルや、ベンジルア
ルコ−ルが代表的である。かかる有機溶媒としては、上
記の溶媒を混合物として使用することもでき、例えば、
炭素数3〜6の脂肪族アルコ−ルと還元力の大きなベン
ジルアルコ−ルを混合して用いるのが好ましい。また、
ヒドラジンやシュウ酸等の還元剤を有機溶媒中に存在さ
せることも可能である。
に、助触媒を反応系に添加することが可能である。この
酸化物触媒の前駆体に含有させる助触媒元素としては、
鉄、コバルト、亜鉛等が挙げられ、特に鉄が良好であ
る。これらの助触媒の金属は、前駆体を調製する際の反
応媒体中に化合物で存在させるのが良い。この化合物の
例として、例えば鉄の化合物としては、塩化第一鉄(I
I)、酢酸第一鉄(II)、シュウ酸第一鉄(II)、リン
酸第二鉄(III)等が例示される。
価のバナジウム化合物がリンとバナジウムの原子比とし
て、通常1.0:1〜1.3:1が適当である。鉄等の
助触媒金属を使用する場合には、バナジウムと助触媒金
属の合計に対する助触媒金属の原子比で、通常0.00
5〜0.3、好ましくは0.02〜0.2である。また
有機溶媒の使用量は、反応媒体として使用できる量であ
れば特に限定されないが、特に還元力の大きなベンジル
アルコ−ルを混合して使用する場合は、ベンジルアルコ
−ル:5価のバナジウム化合物のモル比で通常0.0
2:1〜2:1、好ましくは0.5:1〜1.5:1で
ある。以上の原料の使用割合の範囲において特に活性の
高い触媒が得られる。
態とし、これを、加熱撹拌下で反応させる。具体的に
は、バナジウムを還元するとともに、88〜90%のリ
ン酸と反応させ、4価のバナジウム及び5価のリンを含
有する複合酸化物粒子を製造する。本発明の方法におい
ては、5価のバナジウム化合物、好ましくは五酸化バナ
ジウムを有機溶媒中であらかじめ加熱還流してバナジウ
ムの価数の一部を4価に還元した後でリン酸を添加する
方法、あるいは五酸化バナジウムとリン酸を初めから混
合して反応させる方法のいずれも採用することができる
が、好ましくは前者の方法である。
は、反応の最初から添加する方法、リン酸を添加した後
に加える方法等が選択可能である。原料を混合したスラ
リ−の加熱温度としては、用いる有機溶媒の種類による
が、通常80〜200℃の範囲で実施し、溶媒の沸点付
近の温度範囲で還流させる方法が特に好ましい。加熱時
間は、反応条件により変動するが、反応系にリン酸を添
加してから、通常1〜20時間が好適である。
中において、原料中の水あるいは反応により生成する水
を除去することにより、優れた性能の触媒が得られやす
い。除去する水の量は、反応系における水分を実質的全
量除去する必要はないが、継続的に水を除去するように
した方が望ましい。水と共に加熱により蒸発した有機溶
媒は、冷却して凝縮すると有機層と水層の2層に分離す
るので、この有機層は反応系に戻し、水層側を除去す
る。このような操作は、例えばディ−ン・スタ−ク型の
装置を付けることにより、容易に実施できる。
性は良好ではないが、リン酸水素バナジル・1/2水塩
を含有するものである。該粒子は、固液分離の一般的手
法により分離され、必要に応じてアルコ−ル等の溶媒で
洗浄した後、乾燥する。このようにして得られた酸化物
触媒の前駆体は、そのままバインダ−成分あるいは担体
成分と混合し、乾燥、加熱活性化するか、あるいは、前
駆体を予め加熱して活性化後、バインダ−成分あるいは
担体成分と混合し、乾燥するなどした後、反応器の形態
により必要に応じて成型し、工業的な触媒とする。
えば窒素雰囲気や窒素と空気を適当な割合で混合した雰
囲気での加熱・焼成や、炭素数4の炭化水素を含有した
反応ガス雰囲気中での加熱・焼成が挙げられる。そして
温度条件400〜700℃で加熱することにより活性化
させ、前駆体中の複合酸化物であるリン酸水素バナジル
・1/2水塩の少なくとも一部を、触媒活性成分である
ピロリン酸ジバナジルに転換させて触媒として使用す
る。
される上記のような触媒は、炭化水素又はカルボン酸の
部分酸化反応、特にn−ブタン、1−ブテン、2−ブテ
ン、1,3−ブタジエン等の炭素数4の炭化水素の気相
酸化による無水マレイン酸の製造に好適に利用される。
炭化水素原料として特に経済的に有利なのはn−ブタン
及びブテンであり、これらは天然ガスからの分離、或い
はナフサクラッキング生成物からの分離などによって容
易に得ることができる。
いは輸送床でもよい。酸化剤としては空気あるいは分子
状酸素含有ガスが用いられる。原料炭化水素濃度は酸素
含有ガスとの合計に対する割合で通常0.1〜10容量
%、好ましくは1〜5容量%、酸素濃度は原料炭化水素
及び酸素含有ガスの合計ガス中の割合が、10〜30容
量%で行われる。反応温度は通常300〜500℃、好
ましくは350〜450℃であり、反応圧力は、通常、
常圧もしくは0.05〜10kg/cm2 Gの加圧下で
行われる。
説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の
実施例により限定されるものではない。なお、特に断り
がない限り「%」は、「重量%」を示す。また、「リン
酸」とは、特に断りがない限り全量をオルトリン酸に換
算した濃度で表す。
g、ベンジルアルコ−ル205.4g、五酸化バナジウ
ム347.5g、シュウ酸第一鉄・2水物36.0gを
入れてスラリー状態で3時間、加熱・還流した。このス
ラリ−に89%リン酸528.5gを2−メチルプロパ
ノ−ル1.0リットルに溶解した溶液を添加後、2−メ
チルプロパノ−ル2.4リットルを入れた。尚、この8
9%リン酸は、実質的に全量がオルトリン酸である。こ
のスラリ−溶液を更に7時間、加熱・還流した後、冷却
した。2−メチルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、
濾過し、130℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製
した。
に触媒前駆体の合成を実施した。 実施例3 10リットルの容器に2−メチルプロパノ−ル5120
g、ベンジルアルコ−ル205.4g、五酸化バナジウ
ム347.5g、シュウ酸第一鉄・2水物36.0gを
入れてスラリー状態で3時間、加熱・還流した。このス
ラリ−に89%リン酸528.5gを2−メチルプロパ
ノ−ル1.0リットルに溶解した溶液を添加後、2−メ
チルプロパノ−ル0.1リットルを入れた。尚、この8
9%リン酸は、実質的に全量がオルトリン酸である。こ
のスラリ−溶液を更に7時間、加熱・還流した後、冷却
した。2−メチルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、
濾過し、130℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製
した。
g、五酸化バナジウム347.5g、シュウ酸第一鉄・
2水物36.0gを入れてスラリー状態で3時間、加熱
・還流した。このスラリ−にベンジルアルコ−ル20
5.4gと、89%リン酸528.5gを2−メチルプ
ロパノ−ル1.0リットルに溶解した溶液を添加した。
尚、この89%リン酸は、実質的に全量がオルトリン酸
である。更に、2−メチルプロパノ−ル2.4リットル
を入れ、7時間、加熱・還流した後、冷却した。2−メ
チルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、濾過し、13
0℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製した。
g、五酸化バナジウム347.5gを入れてスラリー状
態で3時間、加熱・還流した。このスラリ−に89%リ
ン酸528.5gを2−メチルプロパノ−ル1.0リッ
トルに溶解した溶液を添加後、2−メチルプロパノ−ル
2.4リットルを入れた。尚、この89%リン酸は、実
質的に全量がオルトリン酸である。このスラリ−溶液を
還流開始した時点で、シュウ酸第一鉄・2水和物36.
0gを添加し、7時間、加熱・還流した後、冷却した。
2−メチルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、濾過
し、130℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製し
た。
五酸化バナジウム347.5g、シュウ酸第一鉄・2水
物36.0gを入れてスラリー状態で3時間、加熱・還
流した。このスラリ−に89%リン酸528.5gとベ
ンジルアルコ−ル1,000gの混合液を添加後、ベン
ジルアルコ−ル1720gを入れた。尚、この89%リ
ン酸は、実質的に全量がオルトリン酸である。スラリ−
溶液を80℃で7時間加熱した後、冷却した。2−メチ
ルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、濾過し、130
℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製した。
ルプロパノ−ル2205g、ベンジルアルコ−ル19
4.6g、五酸化バナジウム329.2g、シュウ酸第
鉄・2水塩72.0gとした以外は実施例1と同様にし
て触媒前駆体を製造した。 実施例8 実施例7において、最初に仕込む原料のうち、2−メチ
ルプロパノ−ル2011g、ベンジルアルコ−ル38
9.3gとした以外は実施例7と同様にして触媒前駆体
を合成した。
ルプロパノ−ル2205g、ベンジルアルコ−ル19
4.6g、五酸化バナジウム292.6g、シュウ酸第
一鉄・2水塩144.0gとした以外は実施例1と同様
にして触媒前駆体を製造した。 実施例10 実施例1において、最初に仕込む原料のうち、シュウ酸
第一鉄のかわりに酢酸第一鉄38.2gを使用した以外
は実施例1と同じ合成を実施して触媒前駆体を製造し
た。
第一鉄のかわりにリン酸第二鉄(III)40.2gを用
いて実施例1と同様に触媒前駆体を合成した。
g、五酸化バナジウム347.5gを入れてスラリー状
態で3時間、加熱・還流した。このスラリ−に85%リ
ン酸553.4gを2−メチルプロパノ−ル1.0リッ
トルに溶解して添加後、シュウ酸第一鉄・2水塩36.
0gを2−メチルプロパノ−ル2.4リットルを入れ
た。このスラリ−溶液を7時間加熱・還流した後、冷却
した。2−メチルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、
濾過し、130℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製
した。
g、五酸化バナジウム329.2g、シュウ酸第一鉄・
2水物72.0gを入れて3時間、加熱・還流した。こ
のスラリ−に85%リン酸553.4gを2−メチルプ
ロパノ−ル1.0リットルに溶解した溶液を添加後、2
−メチルプロパノ−ル2.4リットルを入れた。このス
ラリ−溶液を7時間加熱・還流した後、冷却した。2−
メチルプロパノ−ルにより、生成物を洗浄、濾過し、1
30℃で10時間乾燥し、触媒前駆体を調製した。
g、五酸化バナジウム329.2g、シュウ酸第一鉄・
2水物72.0gを入れてスラリー状態で3時間、加熱
・還流した。このスラリ−に99%リン酸475.2g
を2−メチルプロパノ−ル1.0リットルに溶解した溶
液を添加後し、次いで、2−メチルプロパノ−ル2.4
リットルを入れた。このスラリ−溶液を7時間、加熱・
還流した後、冷却した。2−メチルプロパノ−ルによ
り、生成物を洗浄、濾過し、130℃にて10時間乾燥
し、触媒前駆体を調製した。
の前駆体を窒素雰囲気下、550℃焼成後、14〜24
メッシュの粒径に成型した触媒を用いて、触媒活性を試
験した。石英製反応管に触媒を1cc充填し、n−ブタ
ン濃度4モル%の空気混合ガスを、GHSV1000H
r-1の速度で通過させて400℃で反応を実施した。約
20時間経過後、反応管内の温度を350〜500℃の
範囲で調整し、反応状態を調べた。反応管出口ガスをサ
ンプリングして、オンライン接続したガスクロマトグラ
フにより生成物の分析を実施した。得られた結果を表−
1に示す。比較例に比べて実施例の触媒は、無水マレイ
ン酸収率が高く、かつ反応温度が低く、反応成績が良好
なことが理解される。
g、ベンジルアルコ−ル205.4g、五酸化バナジウ
ム347.5g、シュウ酸第一鉄・2水物36.0gを
入れてスラリー状態で3時間、加熱・還流した。このス
ラリ−に、89%リン酸528.5gを2−メチルプロ
パノ−ル1.0リットルに溶解した溶液を添加し、次い
で、2−メチルプロパノ−ル2.4リットルを入れた。
尚、この89%リン酸は、実質的に全量がオルトリン酸
である。このスラリ−溶液を更に7時間、加熱・還流し
たが、この間ディ−ン・スタ−ク型の受器により留出液
から水層部分のみを合計で67mL除去した。反応スラ
リーを冷却後、濾過し、130℃にて10時間乾燥し、
触媒前駆体を調製した。
の間に合計で水層60mLを除去し、触媒前駆体を調製
した。 比較例4 10リットルの容器に2−メチルプロパノ−ル2400
g、五酸化バナジウム347.5g、85%リン酸55
3.4gを入れ、スラリ−溶液を加熱し、還流を開始し
た所でシュウ酸第一鉄・2水和物36.0gを添加し
た。実施例12と同様な方法で水層を除去しながら、7
時間、加熱・還流し、合計で71mLの水層を除去し、
触媒前駆体を調製した。
g、五酸化バナジウム365.8g、固体リン酸(メル
ク社製品、純度99%、試薬)475.2gを入れて7
時間、加熱・還流した。還流開始から4時間の間に2−
メチルプロパノ−ルと水の共沸組成物1450mLを除
去すると共に、2−メチルプロパノ−ル1450mLを
補給した。スラリ−を冷却、濾過した後、2−メチルプ
ロパノ−ルにより生成物を洗浄、濾過し、130℃で1
0時間乾燥し、触媒前駆体を調製した。
5.2gを用いた以外は、実施例12と同様に合成を実
施した。7時間の加熱・還流の間に合計で14.5mL
の水層を除去し、触媒前駆体を調製した。 反応試験例2 実施例12〜13、比較例4〜6にて得られた酸化物触
媒の前駆体を窒素雰囲気下、550℃焼成後、14〜2
4メッシュの粒径に成型した触媒を用いて、前記反応試
験例1と同じ方法で触媒活性を試験した。得られた結果
を表−2に示す。
た酸化物触媒は、炭素数4の炭化水素、特に飽和のブタ
ンを選択的に酸化して無水マレイン酸を製造する反応に
おいて、比較的低い温度範囲においても収率が高く、長
期に渡り反応成績が良好である。そのため、触媒当たり
の無水マレイン酸の製造量が大きく、触媒原単位の低減
が可能である。また、工業的な触媒製造条件にて再現性
よく製造することができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 5価のリン化合物及び5価のバナジウム
化合物を、5価のバナジウム化合物の少なくとも一部を
4価に還元できる有機溶媒中で反応させて、炭素数4の
炭化水素を気相酸化して無水マレイン酸を製造するため
の触媒前駆体を製造する方法において、5価のリン化合
物として、88〜90%のリン酸を使用することを特徴
とするリン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法。 - 【請求項2】 有機溶媒として炭素数3〜6の脂肪族ア
ルコールとベンジルアルコ−ルの混合液を使用すること
を特徴とする請求項1に記載のの製造方法。 - 【請求項3】 助触媒成分として鉄、コバルト又は亜鉛
のいずれかを使用することを特徴とする請求項1又は請
求項2に記載の製造方法。 - 【請求項4】 反応中に水を除去することを特徴とする
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP31857094A JP3555205B2 (ja) | 1993-12-22 | 1994-12-21 | リン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法 |
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---|---|---|---|
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JP32427493 | 1993-12-22 | ||
JP31857094A JP3555205B2 (ja) | 1993-12-22 | 1994-12-21 | リン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法 |
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JPH07227545A true JPH07227545A (ja) | 1995-08-29 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP31857094A Expired - Lifetime JP3555205B2 (ja) | 1993-12-22 | 1994-12-21 | リン−バナジウム酸化物触媒前駆体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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1994
- 1994-12-21 JP JP31857094A patent/JP3555205B2/ja not_active Expired - Lifetime
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