JPH09202741A - Production of methacrolein and methacrylic acid - Google Patents

Production of methacrolein and methacrylic acid

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JPH09202741A
JPH09202741A JP8332128A JP33212896A JPH09202741A JP H09202741 A JPH09202741 A JP H09202741A JP 8332128 A JP8332128 A JP 8332128A JP 33212896 A JP33212896 A JP 33212896A JP H09202741 A JPH09202741 A JP H09202741A
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reaction
methacrylic acid
catalysts
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繁 大野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain methacrolein and methacrylic acid in high yield by using a catalyst stably for a long time while preventing its deterioration as well as suppressing heat storage at a hot-spot during reaction. SOLUTION: The objective methacrolein and methacrylic acid are obtained by vapor phase catalytic of isobutylene by molecular oxygen or a molecular oxygen-contg. gas by use of stationary bed multitubular reactor in the presence of a multiple oxide catalyst of the formula Moa Wb Bic Fed Ae Bf Cg Dh Ei Ox (Mo is molebdenum; W is tungsten; Bi is bismuth; Fe is iron; A is nickel or cobalt; B is alkali metal or thallium; C is alkaliune earth metal; D is phosphorus, tellurium, etc.; E is silicon, aluminum, etc.; O is oxygen). It is preferable that the catalyst to be used for the reaction is of ring shape 10mm in outer diameter, with its length 0.5-2 times the outer diameter and the inner diameter of the penetrated hole in the longer direction 0.1-0.7 times the outer diameter.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、イソブチレンを分
子状酸素または分子状酸素含有ガスにより気相接触酸化
してメタクロレインおよびメタクリル酸を製造する方法
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing methacrolein and methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of isobutylene with molecular oxygen or a gas containing molecular oxygen.

【0002】[0002]

【従来の技術】イソブチレンおよび/またはt−ブタノ
ールを高温気相酸化してメタクロレインおよびメタクリ
ル酸を製造する際に用いられる触媒に関しては数多くの
提案がなされている。これらは主として触媒を構成する
成分およびその比率の選択にかかわるものである。
Many proposals have been made for catalysts used in the high temperature gas phase oxidation of isobutylene and / or t-butanol to produce methacrolein and methacrylic acid. These are mainly concerned with the selection of the components constituting the catalyst and the ratio thereof.

【0003】上記酸化反応は非常な発熱反応であるた
め、触媒層での蓄熱が大きく、特にホットスポットと呼
ばれる局所的異常高温帯では過度の酸化反応により収率
が低下するのみならず、熱負荷による触媒の劣化により
触媒寿命が大きな影響を受けることになる。このため、
工業的実施においては、ホットスポット部における蓄熱
が重大な問題となり、特に生産性を上げるために出発原
料濃度を高めたり、空間速度を高めたりすると(以下、
「高負荷反応条件下」という場合もある)、ホットスポ
ット部における蓄熱が顕著となる傾向があることから、
反応条件に関しかなりの制約を受けているのが現状であ
る。
[0003] Since the above-mentioned oxidation reaction is a very exothermic reaction, the heat storage in the catalyst layer is large. Particularly, in a local abnormally high temperature zone called a hot spot, not only the yield decreases due to excessive oxidation reaction but also the heat load. The catalyst life is greatly affected by the deterioration of the catalyst. For this reason,
In industrial practice, heat storage in hot spots is a serious problem, especially when increasing the starting material concentration or space velocity to increase productivity (hereinafter, referred to as
In some cases, it may be referred to as "under high load reaction conditions."
At present, there are considerable restrictions on reaction conditions.

【0004】従って、このホットスポット部での蓄熱を
抑えることは、工業的に高収率でメタクロレインおよび
メタクリル酸を生産する上でも、また触媒の劣化を抑え
て長期間にわたり安定した運転を可能とする上でも非常
に重要なことである。特に、モリブデン系触媒の場合、
モリブデン成分が容易に昇華しやすいことからホットス
ポット部での蓄熱を防止することは重要である。
[0004] Therefore, suppressing the heat storage in the hot spot can be used for industrially producing methacrolein and methacrylic acid with a high yield, and also enables stable operation for a long period of time by suppressing deterioration of the catalyst. It is very important in doing so. Especially in the case of molybdenum-based catalyst,
Since the molybdenum component is easily sublimated, it is important to prevent heat storage at the hot spot.

【0005】ホットスポット部での蓄熱を抑える方法と
して、過去にいくつかの提案がなされている。例えば、
特公昭62−36740号公報には、触媒形状をリング
状にすることが提案されている。この公報には、イソブ
チレンまたはt−ブタノールの酸化用触媒として通常用
いられている成型触媒において、形状を球状あるいは円
柱状からリング状にかえることにより、ホットスポット
部での蓄熱を抑え、過度の酸化反応を抑えることができ
るために、収率の向上に大きな効果があると述べられて
いる。しかし、この方法は、熱負荷を低減させる効果は
認められるものの、特に高負荷反応条件下では充分満足
のいく結果が得られるとはいえない。
Some proposals have been made in the past as a method for suppressing heat storage in a hot spot portion. For example,
Japanese Patent Publication No. 62-36740 proposes that the shape of the catalyst be ring-shaped. This publication discloses that in a molded catalyst usually used as a catalyst for oxidizing isobutylene or t-butanol, the shape of the catalyst is changed from a sphere or a column to a ring, thereby suppressing heat storage in a hot spot portion, thereby preventing excessive oxidation. It is stated that since the reaction can be suppressed, there is a great effect on improving the yield. However, although this method has the effect of reducing the heat load, it cannot be said that sufficiently satisfactory results can be obtained, especially under high load reaction conditions.

【0006】そのほか、触媒層を分割して複数個の反応
帯を設け、この複数個の反応帯に活性の異なる触媒を充
填して酸化反応に供する方法も、例えばプロピレンから
アクロレインおよびアクリル酸を製造する方法として、
特公昭63−38331号公報によって知られている。
In addition, a method of providing a plurality of reaction zones by dividing a catalyst layer, filling the plurality of reaction zones with catalysts having different activities, and subjecting them to an oxidation reaction, for example, producing acrolein and acrylic acid from propylene. As a way to
It is known from JP-B-63-38331.

【0007】また、特開昭51−127013号公報に
は、プロピレンおよびイソブチレンから不飽和アルデヒ
ドおよび酸を製造する方法として、本質的に同一組成か
らなる担持型触媒と成型触媒との組合せが開示されてい
るが、実施例中にはプロピレンからアクロレインならび
にアクリル酸を製造する例が示されているが、イソブチ
レンからメタクロレインならびにメタクリル酸を製造す
る場合については具体的に開示されておらず、その効果
について評価するのは困難である。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 51-127003 discloses a method for producing an unsaturated aldehyde and an acid from propylene and isobutylene, which comprises a combination of a supported catalyst having essentially the same composition and a molded catalyst. However, in the examples, an example of producing acrolein and acrylic acid from propylene is shown, but the case of producing methacrolein and methacrylic acid from isobutylene is not specifically disclosed, and its effects are not described. Is difficult to evaluate.

【0008】イソブチレン、t−ブタノールあるいはメ
チル−t−ブチルエーテルを気相接触酸化してメタクロ
レインおよびメタクリル酸を生成する反応においては、
これら出発原料はいずれもプロピレンと異なりα−位に
メチル基が存在するために、並列反応、逐次反応などの
副反応が多く、副生成物は数、量とも多い。例えば、イ
ソブチレンからメタクロレインおよびメタクリル酸が生
成する場合の反応熱は、プロピレンからアクロレインお
よびアクリル酸を生成する場合のそれよりも大きく、こ
のことが触媒層の蓄熱を助長し、副反応による副生成物
の増加を促進している。しかも、メタクロレインは、ア
クロレインに比べて不安定で自動酸化などのいわゆる
「後反応」を起こし易く、これが収率を更に低下させる
原因となっている。
In the reaction for producing methacrolein and methacrylic acid by subjecting isobutylene, t-butanol or methyl-t-butyl ether to gas phase catalytic oxidation,
All of these starting materials, unlike propylene, have a methyl group at the α-position, so that many side reactions such as parallel reaction and sequential reaction occur, and the number and amount of by-products are large. For example, the heat of reaction when producing methacrolein and methacrylic acid from isobutylene is greater than that when producing acrolein and acrylic acid from propylene, which promotes the heat storage of the catalyst layer and produces by-products by side reactions. It is promoting the increase of things. In addition, methacrolein is unstable compared to acrolein and easily causes so-called "post-reaction" such as autoxidation, which causes the yield to be further reduced.

【0009】以上のように、イソブチレン、t−ブタノ
ールあるいはメチル−t−ブチルエーテルを酸化してメ
タクロレインおよびメタクリル酸を生成する反応は、プ
ロピレンを酸化してアクロレインおよびアクリル酸を生
成する反応に比べ、複雑で、目的物を高収率で得ること
が困難である。従って、従来より、アクロレイン、アク
リル酸などの製造で得られている知見をそのままメタク
ロレインあるいはメタクリル酸の製造に適用しても充分
な効果を得ることが期待できず、メタクロレインあるい
はメタクリル酸の製造に好適な触媒もしくは方法を開発
するには更なる検討が必要とされてきた。
As described above, the reaction of oxidizing isobutylene, t-butanol, or methyl-t-butyl ether to produce methacrolein and methacrylic acid is less than the reaction of oxidizing propylene to produce acrolein and acrylic acid. It is complicated and it is difficult to obtain the desired product in high yield. Therefore, it is not expected that a sufficient effect can be expected even if the knowledge obtained in the production of acrolein and acrylic acid is applied as it is to the production of methacrolein or methacrylic acid. Further studies have been needed to develop suitable catalysts or methods.

【0010】さらに、上記特公昭63−38331号公
報記載の触媒においては、アルカリ金属成分の添加量は
他の成分に比べて非常に少ないことから判るようにその
添加効果がきわめて大きい。このため触媒の調製に際し
ては、細心の注意が必要であり、触媒活性のコントロー
ルといった面からは必ずしも適切な触媒ということはで
きない。
Further, in the catalyst described in Japanese Patent Publication No. 63-38331, the addition amount of the alkali metal component is very small compared to the other components, so that the addition effect is extremely large. For this reason, great care must be taken in the preparation of the catalyst, and it cannot always be said that the catalyst is appropriate in terms of controlling the catalytic activity.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、イソブチレンを気相接触酸化してメタクロレインお
よびメタクリル酸を高収率で製造する方法を提供するこ
とである。
SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a method for producing methacrolein and methacrylic acid in a high yield by subjecting isobutylene to gas phase catalytic oxidation.

【0012】本発明の他の目的は、イソブチレンを気相
接触酸化してメタクロレインおよびメタクリル酸を製造
する際、触媒層内のホットスポット部における蓄熱を抑
制し、メタクロレインおよびメタクリル酸の収率の向上
を図るとともに触媒の劣化を防止して触媒を長時間にわ
たって安定に使用できるようにしたメタクロレインおよ
びメタクリル酸の製造方法を提供することである。
Another object of the present invention is to suppress the heat storage in a hot spot portion in a catalyst layer when isobutylene is subjected to gas-phase catalytic oxidation of isobutylene to produce methacrolein and methacrylic acid. It is an object of the present invention to provide a method for producing methacrolein and methacrylic acid, which is capable of stably using the catalyst for a long period of time by preventing the catalyst from deteriorating.

【0013】本発明の他の目的は、イソブチレンを高負
荷反応条件下において気相接触酸化してメタクロレイン
およびメタクリル酸を製造する際、触媒層内のホットス
ポット部における蓄熱を抑制し、メタクロレインおよび
メタクリル酸の収率の向上をはかるとともに触媒の劣化
を防止して触媒を長時間にわたって安定に使用できるよ
うにし、ひいては生産性を著しく向上させたメタクロレ
インおよびメタクリル酸の製造方法を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to suppress the heat storage in a hot spot portion in a catalyst layer when producing isomethyrene by gas phase catalytic oxidation under high load reaction conditions to produce methacrolein and methacrylic acid. To provide a method for producing methacrolein and methacrylic acid, which aims to improve the yield of methacrylic acid and prevent catalyst deterioration so that the catalyst can be used stably for a long period of time and, consequently, significantly improve productivity. It is.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、複数個の
活性の異なる特定のモリブデン系触媒を調製し、一方触
媒層を2層以上に分割して複数個の反応帯を設け、これ
ら複数個の反応帯に上記活性の異なる複数個のモリブデ
ン系触媒を原料ガス入口部から出口部に向かって活性が
より高くなるように充填することにより上記目的が達成
できることを知り、この知見に基づいて本発明を完成す
るに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors prepared a plurality of specific molybdenum-based catalysts having different activities, and provided a plurality of reaction zones by dividing a catalyst layer into two or more layers. It was found that the above object can be achieved by filling a plurality of reaction zones with a plurality of molybdenum-based catalysts having different activities from the raw material gas inlet to the outlet so that the activity becomes higher. Thus, the present invention has been completed.

【0015】すなわち、本発明は、固定床多管型反応器
を用いてイソブチレンを分子状酸素または分子状酸素含
有ガスにより気相接触酸化によりメタクロレインおよび
メタクリル酸を製造する方法において、(イ)触媒とし
て、下記一般式(I) MoabBicFedefghix (式中、Moはモリブデン、Wはタングステン、Biは
ビスマス、Feは鉄、Aはニッケルおよびコバルトから
選ばれる少なくとも1種の元素、Bはアルカリ金属およ
びタリウムから選ばれる少なくとも1種の元素、Cはア
ルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素、D
はリン、テルル、アンチモン、スズ、セリウム、鉛、ニ
オブ、マンガン、ヒ素および亜鉛から選ばれる少なくと
も1種の元素、Eはシリコン、アルミニウム、チタニウ
ムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の元
素、Oは酸素を表し、またa、b、c、d、e、f、
g、h、iおよびxはそれぞれMo、W、Bi、Fe、
A、B、C、D、EおよびOの原子数を表し、a=12
としたとき、b=0.001〜10、c=0.1〜1
0、d=0.1〜20、e=2〜20、f=0〜10、
g=0〜10、h=0.001〜4、i=0.001〜
30、x=各々の元素の酸化状態によって定まる数値で
ある)で表される複合酸化物を使用し、(ロ)各反応管
内の触媒層を管軸方向に2層以上に分割して設けた複数
個の反応帯に、(ハ)上記(イ)の触媒において、一般
式(I)におけるA群、D群およびE群を構成する元素
の種類および/または量を変更して調製した活性の異な
る触媒、および/またはW、BiおよびFeの少なくと
も1種の元素の量を変更して調製した活性の異なる触媒
を原料ガス入口部から出口部に向かって活性がより高く
なるように複数個充填することを特徴とするメタクロレ
インおよびメタクリル酸の製造方法に関する。
That is, the present invention relates to a process for producing methacrolein and methacrylic acid by gas phase catalytic oxidation of isobutylene with molecular oxygen or a gas containing molecular oxygen using a fixed-bed multitubular reactor. as a catalyst, the following general formula (I) in Mo a W b Bi c Fe d A e B f C g D h E i O x ( wherein, Mo is molybdenum, W is tungsten, Bi is bismuth, Fe is iron, A Is at least one element selected from nickel and cobalt; B is at least one element selected from alkali metals and thallium; C is at least one element selected from alkaline earth metals;
Is at least one element selected from phosphorus, tellurium, antimony, tin, cerium, lead, niobium, manganese, arsenic and zinc; E is at least one element selected from silicon, aluminum, titanium and zirconium; O is oxygen And a, b, c, d, e, f,
g, h, i, and x are Mo, W, Bi, Fe,
Represents the number of atoms of A, B, C, D, E and O, and a = 12
Then, b = 0.001 to 10, c = 0.1 to 1
0, d = 0.1-20, e = 2-20, f = 0-10,
g = 0 to 10, h = 0.001 to 4, i = 0.001 to
(30) x is a numerical value determined by the oxidation state of each element), and (b) the catalyst layer in each reaction tube is divided into two or more layers in the axial direction of the tube. (C) In the plurality of reaction zones, the activity of the catalyst prepared by changing the type and / or the amount of the elements constituting the groups A, D and E in the general formula (I) in the catalyst of the above (a) Packing a plurality of different catalysts and / or catalysts having different activities prepared by changing the amount of at least one element of W, Bi and Fe so that the activity becomes higher from the source gas inlet to the outlet. And a method for producing methacrolein and methacrylic acid.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明で使用する出発原料はイソ
ブチレンであり、通常、分子状酸素、水蒸気、不活性ガ
ス、例えば窒素、炭酸ガスなどとともに混合ガスとして
反応に供する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The starting material used in the present invention is isobutylene, which is usually used as a mixed gas together with molecular oxygen, water vapor, an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide gas.

【0017】本発明で使用する触媒は、上記一般式
(I)によって表される複合酸化物である。この触媒の
調製方法および原料については特に制限はなく、この種
の触媒の調製に一般に使用されている方法および原料を
用いて調製することができる。
The catalyst used in the present invention is a composite oxide represented by the above general formula (I). The method for preparing the catalyst and the raw materials are not particularly limited, and the catalyst can be prepared using the methods and raw materials generally used for preparing this type of catalyst.

【0018】本発明においては、一般式(I)で表され
る、活性の異なる複数個の触媒を調製して、これら複数
個の触媒を特定の配列で充填する。
In the present invention, a plurality of catalysts represented by the general formula (I) having different activities are prepared, and the plurality of catalysts are packed in a specific arrangement.

【0019】活性の異なる触媒は一般式(I)において
A群、D群およびE群を構成する元素の種類および/ま
たは量を変えることによって容易に調製することができ
る。すなわち、ニッケル、コバルト、リン、テルル、ア
ンチモン、スズ、セリウム、鉛、ニオブ、マンガン、ヒ
素、亜鉛、シリコン、アルミニウム、チタニウムおよび
ジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の元素の種類
および/または量(但し、一般式(I)において、e、
h、iによって規定される原子比内で)を変えることに
よって活性の異なる触媒が得られる。
The catalysts having different activities can be easily prepared by changing the kinds and / or amounts of the elements constituting the groups A, D and E in the general formula (I). That is, the type and / or amount of at least one element selected from nickel, cobalt, phosphorus, tellurium, antimony, tin, cerium, lead, niobium, manganese, arsenic, zinc, silicon, aluminum, titanium and zirconium (however, In the general formula (I), e,
By varying (within the atomic ratio defined by h, i), catalysts with different activities are obtained.

【0020】また、W、BiおよびFeの少なくとも1
種の元素の量(但し、一般式(I)において、それぞれ
b、cおよびdによって規定される原子比内で)を変え
ることによって活性の異なる触媒が得られる。
At least one of W, Bi and Fe
By varying the amounts of the elements of the species, but within the atomic ratios defined by b, c and d in general formula (I) respectively, catalysts of different activity are obtained.

【0021】本発明で使用する触媒は、一般式(I)で
表される元素成分から構成され、これら元素成分の組合
せによって本発明の目的が達成される。
The catalyst used in the present invention is composed of the elemental components represented by the general formula (I), and the object of the present invention is achieved by combining these elemental components.

【0022】具体的には、以下の実施態様を示すことが
できる。 (1)分割された反応帯に、一般式(I)におけるW元
素の量を変えることにより、活性を制御された複数種の
触媒を調製し、これら触媒を原料ガス入口部から出口部
に向かって活性がより高くなるように充填する。
Specifically, the following embodiments can be shown. (1) By changing the amount of the W element in the general formula (I) in the divided reaction zone, a plurality of types of catalysts whose activity is controlled are prepared, and these catalysts are directed from the raw material gas inlet to the outlet. To make it more active.

【0023】(2)分割された反応帯に、一般式(I)
におけるBi元素の量を変えることにより、活性を制御
された複数種の触媒を調製し、これら触媒を原料ガス入
口部から出口部に向かって活性がより高くなるように充
填する。
(2) General formula (I) is added to the divided reaction zones.
A plurality of types of catalysts with controlled activities are prepared by changing the amount of the Bi element in, and these catalysts are filled so that the activity becomes higher from the source gas inlet portion toward the outlet portion.

【0024】(3)分割された反応帯に、一般式(I)
においてFe元素の量を変えることにより、活性を制御
された複数種の触媒を調製し、これら触媒を原料ガス入
口部から出口部に向かって活性がより高くなるように充
填する。
(3) General formula (I) is added to the divided reaction zone.
In, the plural kinds of catalysts whose activities are controlled are prepared by changing the amount of Fe element, and these catalysts are filled so that the activity becomes higher from the raw material gas inlet portion toward the outlet portion.

【0025】(4)分割された反応帯に、一般式(I)
においてA群元素から選ばれる少なくとも1種の元素の
種類および/または量を変えることにより、活性を制御
された複数種の触媒を調製し、これら触媒を原料ガス入
口部から出口部に向かって活性がより高くなるように充
填する。
(4) General formula (I) is added to the divided reaction zone.
A plurality of types of catalysts with controlled activity are prepared by changing the type and / or amount of at least one element selected from the group A elements in the above, and these catalysts are activated from the source gas inlet to the outlet. Fill so that it is higher.

【0026】(5)分割された反応帯に、一般式(I)
においてD群元素から選ばれる少なくとも1種の元素の
種類および/または量を変えることにより、活性を制御
された複数種の触媒を調製し、これら触媒を原料ガス入
口部から出口部に向かって活性がより高くなるように充
填する。
(5) In the divided reaction zone, the general formula (I)
A plurality of types of catalysts with controlled activity are prepared by changing the type and / or amount of at least one element selected from the group D elements, and these catalysts are activated from the source gas inlet to the outlet. Fill so that it is higher.

【0027】(6)分割された反応帯に、一般式(I)
においてE群元素から選ばれる少なくとも1種の元素の
種類および/または量を変えることにより、活性を制御
された複数種の触媒を調製し、これら触媒を原料ガス入
口部から出口部に向かって活性がより高くなるように充
填する。
(6) General formula (I) is added to the divided reaction zone.
A plurality of types of catalysts with controlled activity are prepared by changing the type and / or amount of at least one element selected from the group E elements in step 1, and these catalysts are activated from the raw material gas inlet to the outlet. Fill so that it is higher.

【0028】(7)分割された反応帯に、上記(1)〜
(6)に記載の、活性が制御された触媒から選ばれる2
種以上の触媒を原料ガス入口部から出口部に向かって活
性がより高くなるように充填する。
(7) In the divided reaction zones, the above (1) to
2 selected from catalysts with controlled activity described in (6)
One or more catalysts are packed so that the activity becomes higher from the raw material gas inlet portion toward the outlet portion.

【0029】なお、本発明における「活性」とは、出発
原料の転化率を意味する。
The "activity" in the present invention means the conversion rate of the starting material.

【0030】本発明で使用する触媒は、通常の成型法、
例えば押出成型法あるいは打錠成型法などによって成型
してもよく、また触媒成分としての一般式(I)によっ
て表される複合酸化物を、炭化ケイ素、アルミナ、酸化
ジルコニウム、酸化チタンなどの一般に担体として使用
されている不活性な担体に担持してもよい。
The catalyst used in the present invention is a conventional molding method,
For example, the catalyst may be molded by an extrusion molding method or a tablet molding method. The composite oxide represented by the general formula (I) as a catalyst component may be formed on a carrier such as silicon carbide, alumina, zirconium oxide, and titanium oxide. May be supported on an inert carrier used as a carrier.

【0031】なお、反応帯に充填する複数個の触媒の形
態は同一であっても異なっていてもよく、例えば反応帯
の数が2の場合、原料ガス入口部に担持型触媒を、一方
出口部に成型触媒を配置してもよい。
The plurality of catalysts packed in the reaction zone may have the same or different forms. For example, when the number of reaction zones is two, the supported catalyst is provided at the inlet of the raw material gas and the catalyst at the one outlet is provided. A molded catalyst may be placed in the part.

【0032】本発明で使用する触媒の形状については、
特に制限はなく、球状、円柱状、リング状などいずれで
もよい。特に、リング状触媒を使用するとホットスポッ
ト部における蓄熱が防止され、収率の向上、触媒劣化の
防止などの他、触媒層での圧力損失の低下など種々の利
点が得られることから、本発明においてはリング状触媒
が好適に使用される。リング状触媒としては、外径が3
〜10mm、長さが外径の0.5〜2倍、長さ方向への
貫通孔の 内径が外径の0.1〜0.7倍となるような
リング状触媒が好適に使用される。
Regarding the shape of the catalyst used in the present invention,
There is no particular limitation, and any shape such as a sphere, a column, and a ring may be used. In particular, when a ring-shaped catalyst is used, heat accumulation in a hot spot portion is prevented, and various advantages such as a reduction in pressure loss in a catalyst layer can be obtained in addition to an improvement in yield and prevention of catalyst deterioration. In the above, a ring-shaped catalyst is preferably used. The outer diameter of the ring catalyst is 3
A ring-shaped catalyst having a length of 10 mm, a length of 0.5 to 2 times the outer diameter, and an inner diameter of the through hole in the length direction of 0.1 to 0.7 times the outer diameter is preferably used. .

【0033】なお、反応帯に充填する複数個の触媒の形
状は同一であっても異なっていてもよく、例えば反応帯
の数が2の場合、原料ガス入口部にリング状触媒を、一
方出口部にペレット状触媒を配置するとより良好な結果
が得られる。
The plurality of catalysts packed in the reaction zone may have the same or different shapes. For example, when the number of reaction zones is 2, a ring-shaped catalyst is provided at the inlet of the raw material gas and one catalyst is provided at the outlet. Better results are obtained by arranging the pellet-shaped catalyst in part.

【0034】本発明においては、各反応管内の触媒層を
管軸方向に2層以上に分割して複数個の反応帯を設け、
これら反応帯に上記活性の異なる複数個の触媒を原料ガ
スの入口部から出口部に向かって活性が順次高くなるよ
うに配置する。すなわち、活性が最も低い触媒を入口部
に、一方活性が最も高い触媒を出口部に配置する。この
ように活性の異なる複数個の触媒を配列することによっ
て、ホットスポット部における蓄熱を抑え、また高選択
率で目的物を得ることができる。
In the present invention, the catalyst layer in each reaction tube is divided into two or more layers in the axial direction of the tube to provide a plurality of reaction zones,
In these reaction zones, a plurality of catalysts having different activities are arranged so that the activity increases sequentially from the inlet to the outlet of the raw material gas. That is, the catalyst with the lowest activity is located at the inlet, while the catalyst with the highest activity is located at the outlet. By arranging a plurality of catalysts having different activities in this manner, heat storage in the hot spot portion can be suppressed, and the target product can be obtained with a high selectivity.

【0035】触媒層の分割は数多くするほど、触媒層の
温度分布を制御しやすくなるが、工業的には2〜3層に
することによって充分目的とする効果を得ることができ
る。また、分割比については、各層の触媒をいかなる組
成、形状などにするかによって左右されるため一概に特
定できず、全体としての最適な活性、選択率が得られる
ように適宜選択すればよい。
The greater the number of divisions of the catalyst layer, the easier the control of the temperature distribution of the catalyst layer. However, industrially, it is possible to obtain the desired effect by using two or three layers. Further, the splitting ratio cannot be specified unconditionally because it depends on the composition, shape and the like of the catalyst of each layer, and may be appropriately selected so as to obtain the optimum activity and selectivity as a whole.

【0036】本発明における気相接触酸化反応は、通常
の単流通法でも、あるいはリサイクル法であってもよ
く、またこの種の反応に一般に用いられている条件下に
実施することができる。例えば、原料ガスとしてのイソ
ブチレン1〜10容量%、分子状酸素3〜20容量%、
水蒸気0〜60容量%、窒素、炭酸ガスなどの不活性ガ
ス20〜80容量%などからなる混合ガスを前記触媒上
に250〜450℃の温度範囲、常圧〜10気圧の圧力
下、空間速度 (SV)300〜5000hr-1(ST
P)で導入する。
The vapor-phase catalytic oxidation reaction in the present invention may be a normal single flow method or a recycle method, and can be carried out under the conditions generally used for this type of reaction. For example, 1 to 10% by volume of isobutylene as a raw material gas, 3 to 20% by volume of molecular oxygen,
A mixed gas consisting of 0 to 60% by volume of water vapor and 20 to 80% by volume of an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide is placed on the catalyst in a temperature range of 250 to 450 ° C., a normal pressure to 10 atm, and a space velocity. (SV) 300 to 5000 hr -1 (ST
Introduced in P).

【0037】本発明の方法によれば、生産性を上げるこ
とを目的とした高負荷反応条件下、例えばより高い原料
濃度、あるいはより高い空間速度の条件下において、従
来法に比べて、特に著しい好結果が得られる。
According to the method of the present invention, it is particularly remarkable as compared with the conventional method under a high load reaction condition for the purpose of increasing productivity, for example, under a condition of a higher raw material concentration or a higher space velocity. Good results are obtained.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明においては、活性の異なる複数個
の特定のモリブデン系触媒を複数個に分割した触媒層に
原料ガス入口部から出口部に向かって活性がより高くな
るように充填することによって、(a)高収率でメタク
ロレインおよびメタクリル酸が得られる、(b)ホット
スポット部における蓄熱を効果的に抑制できる、(c)
ホットスポット部における過度の酸化反応が防止され、
高収率で目的とするメタクロレインおよびメタクリル酸
を得ることができる、(d)熱負荷による触媒の劣化が
防止され、触媒を長期間安定して使用することができ
る、(e)高原料濃度、高空間速度など高負荷反応条件
下でも目的とするメタクロレインおよびメタクリル酸を
高収率で得られることから生産性を大幅に上げることが
できるなどの効果が得られる。
According to the present invention, a plurality of specific molybdenum-based catalysts having different activities are packed into a plurality of divided catalyst layers so that the activity becomes higher from the inlet to the outlet of the raw material gas. Thereby, (a) methacrolein and methacrylic acid can be obtained in high yield, (b) heat storage in a hot spot portion can be effectively suppressed, (c)
Excessive oxidation reaction at the hot spot is prevented,
The desired methacrolein and methacrylic acid can be obtained in a high yield. (D) Deterioration of the catalyst due to heat load can be prevented, and the catalyst can be used stably for a long time. (E) High raw material concentration In addition, the desired methacrolein and methacrylic acid can be obtained in a high yield even under a high-load reaction condition such as a high space velocity, so that an effect such that productivity can be greatly increased can be obtained.

【0039】さらに、リング状触媒を使用することによ
って、上記の効果の他に(f)触媒層での圧力損失の低
下によって消費電力を低減することができるなどの効果
も得られる。
Furthermore, by using the ring-shaped catalyst, in addition to the above-mentioned effects, (f) the pressure loss in the catalyst layer can be reduced to reduce the power consumption.

【0040】従って、本発明の方法は、メタクロレイン
およびメタクリル酸の工業的生産に極めて有用な方法で
ある。
Therefore, the method of the present invention is a very useful method for industrial production of methacrolein and methacrylic acid.

【0041】[0041]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【0042】なお、転化率、選択率および合計単流収率
は次の式によって定義される。
The conversion, the selectivity and the total single stream yield are defined by the following equations.

【0043】[0043]

【数1】 [Equation 1]

【0044】[0044]

【数2】 [Equation 2]

【0045】[0045]

【数3】 (Equation 3)

【0046】実施例1 水1000mlに硝酸コバルト1456gおよび硝酸第
二鉄202gを溶解した。また、硝酸ビスマス243g
を濃硝酸30mlと水120mlとの硝酸水溶液に溶解
した。
Example 1 1456 g of cobalt nitrate and 202 g of ferric nitrate were dissolved in 1000 ml of water. 243 g of bismuth nitrate
Was dissolved in an aqueous nitric acid solution of 30 ml of concentrated nitric acid and 120 ml of water.

【0047】別に、水3000mlを加熱撹拌しつつそ
の中にパラモリブデン酸アンモニウム1059gおよび
パラタングステン酸アンモニウム265gを溶解し、得
られた水溶液に上記別途調製した2つの水溶液を滴下、
混合した。次いで、硝酸セシウム9.8gを水30ml
に溶解した水溶液、二酸化テルル79.8g、更に20
重量%濃度のシリカゾル203gを順次添加し、混合し
た。
Separately, while stirring 3000 ml of water with heating, 1059 g of ammonium paramolybdate and 265 g of ammonium paratungstate were dissolved therein, and the above two separately prepared aqueous solutions were added dropwise to the resulting aqueous solutions.
Mixed. Next, 9.8 g of cesium nitrate is added to 30 ml of water.
Aqueous solution dissolved in, 79.8 g of tellurium dioxide, 20 more
203 g of silica sol having a weight% concentration was sequentially added and mixed.

【0048】このようにして得られた懸濁液を加熱撹拌
し、蒸発乾固した後、外径6mm、長さ6.6mmのペ
レット状に成型し、空気流通下に500℃で6時間焼成
して触媒(1)を得た。この触媒(1)の組成は、酸素
を除いた原子比で Mo122Bi1Fe1Co10Cs0.1Te1.0Si1.35 であった。
The suspension thus obtained was heated and stirred, evaporated to dryness, and then formed into pellets having an outer diameter of 6 mm and a length of 6.6 mm, and calcined at 500 ° C. for 6 hours under air flow. Thus, a catalyst (1) was obtained. The composition of this catalyst (1) was Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Co 10 Cs 0.1 Te 1.0 Si 1.35 in terms of atomic ratio excluding oxygen.

【0049】上記触媒(1)の調製法において、二酸化
テルルの量を8.0gとした以外は触媒(1)と同様に
して触媒(2)を調製した。この触媒(2)の組成は、
酸素を除いた原子比で Mo122Bi1Fe1Co10Cs0.1Te0.1Si1.35 であった。
A catalyst (2) was prepared in the same manner as the catalyst (1) except that the amount of tellurium dioxide was changed to 8.0 g in the method for preparing the catalyst (1). The composition of this catalyst (2) is
It was Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Co 10 Cs 0.1 Te 0.1 Si 1.35 at excluding oxygen atom ratio.

【0050】上記触媒(1)、(2)の活性について
は、後記比較例1、2の結果から明らかなように、触媒
(2)のほうが触媒(1)よりも活性が高い。
Regarding the activities of the catalysts (1) and (2), as is clear from the results of Comparative Examples 1 and 2 described later, the catalyst (2) has a higher activity than the catalyst (1).

【0051】直径25.4mmの鋼鉄製反応管の原料ガ
ス入口部に上記触媒(1)750mlを充填し、一方原
料ガス出口部に触媒(2)750mlを充填した。
The raw material gas inlet of a steel reaction tube having a diameter of 25.4 mm was filled with 750 ml of the above catalyst (1), while the raw material gas outlet was filled with 750 ml of the catalyst (2).

【0052】上記反応管入口からイソブチレン6容量
%、酸素13.2容量%、水蒸気10容量%および窒素
70.8容量%からなる組成の混合ガスを導入し、反応
温度340℃、空間速度(SV)1600hr-1(ST
P)で反応を行った。触媒充填方法および結果を表1お
よび2に示す。
From the inlet of the reaction tube, a mixed gas having a composition of 6% by volume of isobutylene, 13.2% by volume of oxygen, 10% by volume of steam and 70.8% by volume of nitrogen was introduced, and the reaction temperature was 340 ° C. and the space velocity (SV). ) 1600 hr -1 (ST
P). Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0053】比較例1 実施例1において、触媒(2)を使用することなく触媒
(1)のみを1500ml反応管に充填した以外は実施
例1と同様に反応を行った。触媒充填方法および結果を
表1および2に示す。
Comparative Example 1 A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (2) was not used and only the catalyst (1) was charged in a 1500 ml reaction tube. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0054】比較例2 実施例1において、触媒(1)を使用することなく触媒
(2)のみを1500ml充填した以外は実施例1と同
様に反応を行った。触媒充填方法および結果を表1およ
び2に示す。
Comparative Example 2 A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (1) was not used and 1500 ml of the catalyst (2) alone was charged. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0055】比較例3 実施例1の触媒(1)の調製において、二酸化テルルの
使用量を43.9gとした以外は触媒(1)と同様にし
て触媒(3)を調製した。
Comparative Example 3 A catalyst (3) was prepared in the same manner as the catalyst (1) except that the amount of tellurium dioxide used was 43.9 g in the preparation of the catalyst (1) of Example 1.

【0056】この触媒(3)の組成は、酸素を除いた原
子比で Mo122Bi1Fe1Co10Cs0.1Te0.55Si1.35 であった。
The composition of this catalyst (3) was Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Co 10 Cs 0.1 Te 0.55 Si 1.35 in terms of atomic ratio excluding oxygen.

【0057】実施例1において、上記触媒(3)150
0mlのみを反応管に充填した以外は実施例1と同様に
反応を行った。触媒充填方法および結果を表1および2
に示す。
In Example 1, the catalyst (3) 150
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that only 0 ml was filled in the reaction tube. Tables 1 and 2 show the catalyst loading method and results.
Shown in

【0058】表2の結果から、触媒(1)の活性は非常
に低く、一方触媒(2)は高活性であるが選択率が低
く、いずれも合計単流収率が低いのに対し、これら触媒
(1)、(2)を組み合わせた本発明の触媒系において
は合計単流収率が高く、目的とするメタクロレインおよ
びメタクリル酸が高収率で得られることが理解される。
また、触媒(1)と触媒(2)との中間的組成を有する
触媒(3)と触媒(1)、(2)を組み合わせた本発明
の触媒系とを比較すると、触媒 (3)では合計単流収
率が低く、さらには反応温度と触媒層最高温度との温度
差(△T)が非常に大きいことから熱負荷による触媒劣
化が著しいものと考えられる。すなわち、本発明の触媒
系と組成をほぼ同一にした単一の触媒(3)を単独で使
用しても本発明の効果を達成することができないことが
理解される。これらのことから、本発明の触媒系は単流
収率および熱負荷の両面において著しく優れたものとい
うことができる。
From the results shown in Table 2, the activity of catalyst (1) is very low, while the activity of catalyst (2) is high but the selectivity is low, while the total single-flow yield is low. It is understood that the total single-flow yield is high in the catalyst system of the present invention in which the catalysts (1) and (2) are combined, and the target methacrolein and methacrylic acid are obtained in high yield.
Further, comparing the catalyst (3) having an intermediate composition between the catalyst (1) and the catalyst (2) with the catalyst system of the present invention in which the catalysts (1) and (2) are combined, the catalyst (3) shows a total amount. Since the single-flow yield is low and the temperature difference (ΔT) between the reaction temperature and the catalyst layer maximum temperature is very large, it is considered that the catalyst is significantly deteriorated by the heat load. That is, it is understood that the effect of the present invention cannot be achieved even if a single catalyst (3) having a composition substantially the same as that of the catalyst system of the present invention is used alone. From these facts, it can be said that the catalyst system of the present invention is remarkably excellent in both single-flow yield and heat load.

【0059】実施例2 実施例1において、触媒(1)、(2)をともに外径6
mm、長さ6.6mm、貫通孔内径1mmのリング状に
成型した以外は実施例1と同様にして反応を行った。触
媒充填方法および結果を表1および2に示す。
Example 2 In Example 1, both catalysts (1) and (2) had an outer diameter of 6
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the molded product was formed into a ring shape having a length of 6.6 mm, a length of 6.6 mm and an inner diameter of the through hole of 1 mm. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0060】比較例4 比較例1において、触媒(1)を外径6mm、長さ6.
6mm、貫通孔内径1mmのリング状に成型した以外は
比較例1と同様にして反応を行った。触媒充填方法およ
び結果を表1および2に示す。
Comparative Example 4 In Comparative Example 1, the catalyst (1) had an outer diameter of 6 mm and a length of 6.
The reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that a ring was formed having a diameter of 6 mm and an inner diameter of the through-hole of 1 mm. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0061】比較例5 比較例2において、触媒(2)を外径6mm、長さ6.
6mm、貫通孔内径1mmのリング状に成型した以外は
比較例2と同様にして反応を行った。触媒充填方法およ
び結果を表1および2に示す。
Comparative Example 5 In Comparative Example 2, the catalyst (2) had an outer diameter of 6 mm and a length of 6.
The reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 2 except that a ring was formed having a diameter of 6 mm and an inner diameter of the through-hole of 1 mm. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0062】比較例6 比較例3において、触媒(3)を外径6mm、長さ6.
6mm、貫通孔内径1mmのリング状に成型した以外は
比較例3と同様にして反応を行った。触媒充填方法およ
び結果を表1および2に示す。
Comparative Example 6 In Comparative Example 3, the catalyst (3) had an outer diameter of 6 mm and a length of 6.
The reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 3, except that the ring was molded into a ring having a diameter of 6 mm and an inner diameter of the through-hole of 1 mm. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0063】実施例2および比較例4〜6は、触媒
(1)〜(3)の形状をペレット状からリング状に変更
したものである。表2の結果から、触媒(1)〜(3)
のいずれの場合も形状をリング状に変更すると収率の向
上と△Tの低下が認められるが、触媒(1)〜(3)を
各々単独で使用した場合に比較して触媒(1)、(2)
を組み合わせた本発明の触媒系のほうが収率および△T
がともに優れていることが理解される。
In Example 2 and Comparative Examples 4 to 6, the catalysts (1) to (3) were changed from pellets to rings. From the results in Table 2, catalysts (1) to (3)
In any of the cases, when the shape is changed to a ring shape, an increase in yield and a decrease in ΔT are observed. However, the catalysts (1), (3) (2)
The catalyst system of the present invention in which
It is understood that both are excellent.

【0064】実施例3 実施例1において、触媒(1)を外径6.0mm、長さ
6.6mm、貫通孔内径1.0mmのリング状に成型し
た以外は、実施例1と同様にして反応を行った。触媒充
填方法および結果を表1および2に示す。
Example 3 In the same manner as in Example 1, except that the catalyst (1) was molded into a ring shape having an outer diameter of 6.0 mm, a length of 6.6 mm and a through hole inner diameter of 1.0 mm. The reaction was carried out. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0065】反応管入口部に充填する触媒の形状をペレ
ット状からリング状に変えることにより単流収率は更に
向上し、また△Tも低下し、ペレット状触媒の組合せよ
りも優れた結果が得られることが判明した。
By changing the shape of the catalyst charged at the inlet of the reaction tube from the pellet shape to the ring shape, the single-flow yield is further improved, and ΔT is also lowered, which is superior to the combination of the pellet-shaped catalysts. It turned out to be obtained.

【0066】実施例4 実施例1において、反応を4000時間まで長期にわた
って行った以外は実施例1と同様にして反応を行った。
触媒充填方法および結果を表1および2に示す。
Example 4 A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction was carried out for a long time up to 4000 hours.
Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0067】表2の結果から、4000時間反応後でも
活性低下は非常に低く、収率の低下は殆ど無視できる程
度であり、本発明の触媒系の場合、長期にわたって非常
に安定した連続運転を行うことができることが理解され
る。
From the results shown in Table 2, the decrease in activity is very low even after 4000 hours of reaction, and the decrease in yield is almost negligible. In the case of the catalyst system of the present invention, a very stable continuous operation for a long period of time is carried out. It is understood that it can be done.

【0068】比較例7 比較例3において、反応時間を4000時間に変更した
以外は比較例3と同様に反応を行った。触媒充填方法お
よび結果を表1および2に示す。
Comparative Example 7 The reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 3 except that the reaction time was changed to 4000 hours. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0069】表2の結果から、実施例4の場合に比べ、
活性および収率の低下がともに大きく、触媒の安定性に
問題あることが理解される。
From the results of Table 2, as compared with the case of Example 4,
It is understood that both the activity and the yield are greatly reduced, and there is a problem in the stability of the catalyst.

【0070】実施例5 実施例2において、反応温度を360℃に、また空間速
度を3000hr-1(STP)に変更した以外は実施例
2と同様に反応を行った。触媒充填方法および結果を表
1および2に示す。
Example 5 A reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the reaction temperature was changed to 360 ° C. and the space velocity was changed to 3000 hr −1 (STP). Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0071】比較例8 比較例4において、反応時間を360℃に、また空間速
度を3000hr-1(STP)に変更した以外は比較例
4と同様に反応を行った。触媒充填方法および結果を表
1および2に示す。
Comparative Example 8 The reaction was performed in the same manner as in Comparative Example 4 except that the reaction time was changed to 360 ° C. and the space velocity was changed to 3000 hr −1 (STP). Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0072】比較例9 比較例6において、反応温度を360℃に、また空間速
度を3000hr-1(STP)に変更した以外は比較例
6と同様に反応を行った。触媒充填方法および結果を表
1および2に示す。
Comparative Example 9 A reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 6 except that the reaction temperature was changed to 360 ° C. and the space velocity was changed to 3000 hr −1 (STP). Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0073】実施例5および比較例8〜9の結果から、
空間速度を上げた場合でも、触媒(1)、(2)を組み
合わせた本発明の触媒系の触媒(1)または(3)に対
する、活性および収率における優位差がそのまま現れる
ことが理解される。
From the results of Example 5 and Comparative Examples 8 to 9,
It is understood that even when the space velocity is increased, the difference in activity and yield of the catalyst system of the present invention obtained by combining the catalysts (1) and (2) with respect to the catalyst (1) or (3) appears as it is. .

【0074】実施例6 実施例2において、原料ガス中のイソブチレンおよび窒
素の割合をそれぞれ7容量%および69.8容量%に変
更した以外は実施例2と同様に反応を行った。触媒充填
方法および結果を表1および2に示す。
Example 6 A reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the ratios of isobutylene and nitrogen in the raw material gas were changed to 7% by volume and 69.8% by volume, respectively. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0075】比較例10 比較例4において、原料ガス中のイソブチレンおよび窒
素の割合をそれぞれ7容量%および69.8容量%に変
更した以外は比較例4と同様に反応を行った。触媒充填
方法および結果を表1および2に示す。
Comparative Example 10 A reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 4 except that the ratios of isobutylene and nitrogen in the raw material gas were changed to 7% by volume and 69.8% by volume, respectively. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0076】比較例11 比較例6において、原料ガス中のイソブチレンおよび窒
素の割合をそれぞれ7容量%および69.8容量%に変
更した以外は比較例6と同様に反応を行った。触媒充填
方法および結果を表1および2に示す。
Comparative Example 11 The reaction was performed in the same manner as in Comparative Example 6 except that the ratios of isobutylene and nitrogen in the raw material gas were changed to 7% by volume and 69.8% by volume, respectively. Tables 1 and 2 show the catalyst filling method and results.

【0077】実施例6および比較例10〜11の結果か
ら、イソブチレン濃度を上げた場合にも、触媒(1)、
(2)を組み合わせた本発明の触媒系の触媒(1)また
は触媒(3)に対する、収率および△Tにおける優位差
がそのまま現れることが理解される。特に、触媒層の△
Tの増加については、本発明の触媒系は単独触媒に比べ
てかなり小さいことから、本発明のように触媒を配列す
ることは、熱負荷による触媒劣化を極力小さくすること
に効果があるものと考えられる。
From the results of Example 6 and Comparative Examples 10 to 11, even when the isobutylene concentration was increased, the catalyst (1),
It is understood that the difference in yield and ΔT of the catalyst system of the present invention obtained by combining (2) with the catalyst (1) or the catalyst (3) appears as it is. In particular, the catalyst layer
Regarding the increase in T, since the catalyst system of the present invention is considerably smaller than the single catalyst, arranging the catalysts as in the present invention is effective in minimizing catalyst deterioration due to heat load. Conceivable.

【0078】実施例7 実施例1において、硝酸コバルトの代わりに硝酸ニッケ
ルを用いること、硝酸ビスマスの使用量を変えること、
硝酸セシウムの代わりに硝酸ルビジウムと硝酸マグネシ
ウムとを用い、その後に二酸化テルルの代わりに酸化第
二スズを添加すること、さらにシリカゾルに加えて硝酸
アルミニウムを使用すること以外は実施例1と同様に懸
濁液を調製し、以下実施例2と同様にしてリング状の触
媒(4)を調製した。
Example 7 In Example 1, nickel nitrate was used instead of cobalt nitrate, and the amount of bismuth nitrate used was changed.
In the same manner as in Example 1 except that rubidium nitrate and magnesium nitrate were used instead of cesium nitrate, stannic oxide was added instead of tellurium dioxide, and aluminum nitrate was used in addition to silica sol. A suspension was prepared, and a ring-shaped catalyst (4) was prepared in the same manner as in Example 2 below.

【0079】この触媒(4)の組成は、酸素を除いた原
子比として Mo122Bi1.2Fe1Ni7Rb0.1Mg0.5Sn1.0
1.0Si1.35 であった。
The composition of this catalyst (4) is Mo 12 W 2 Bi 1.2 Fe 1 Ni 7 Rb 0.1 Mg 0.5 Sn 1.0 A in terms of atomic ratio excluding oxygen.
1 1.0 Si 1.35 .

【0080】硝酸ビスマス、酸化第二スズおよびシリカ
ゾルの使用量を変更する以外は上記触媒(4)と同様に
して懸濁液を調製し、以下実施例1と同様にしてペレッ
ト状の触媒(5)を調製した。
A suspension was prepared in the same manner as in the above catalyst (4) except that the amounts of bismuth nitrate, stannic oxide and silica sol used were changed, and pelletized catalyst (5 ) Was prepared.

【0081】この触媒(5)の組成は、酸素を除いた原
子比として Mo122Bi2.0Fe1Ni7Rb0.1Mg0.5Sn0.1
1.0Si0.5 であった。
The composition of this catalyst (5) was Mo 12 W 2 Bi 2.0 Fe 1 Ni 7 Rb 0.1 Mg 0.5 Sn 0.1 A in terms of atomic ratio excluding oxygen.
1 1.0 Si 0.5 .

【0082】直径25.4mmの鋼鉄製反応管のガス入
口側に触媒(4)750mlを充填し、一方ガス出口側
には触媒(5)750mlを充填した。以下、実施例1
と同様にして反応を行った。触媒充填方法および結果を
表3および4に示す。
The gas inlet side of a steel reaction tube having a diameter of 25.4 mm was filled with 750 ml of the catalyst (4), while the gas outlet side was filled with 750 ml of the catalyst (5). Hereinafter, Example 1
The reaction was carried out in the same manner as in. The catalyst loading method and results are shown in Tables 3 and 4.

【0083】実施例8 実施例1において、硝酸コバルトの使用量を変えるこ
と、また硝酸セシウムに加えて硝酸第一タリウム、硝酸
バリウムおよび硝酸第一セリウムを用いること、さらに
二酸化テルルを使用しないこと、またシリカゾルの代わ
りに硝酸アルミニウムを用いること以外は実施例1と同
様にして懸濁液を調製し、以下実施例2と同様にしてリ
ング状の触媒(6)を得た。
Example 8 In Example 1, changing the amount of cobalt nitrate used, using thallium nitrate, barium nitrate and cerium nitrate in addition to cesium nitrate, and not using tellurium dioxide. Further, a suspension was prepared in the same manner as in Example 1 except that aluminum nitrate was used instead of silica sol, and a ring-shaped catalyst (6) was obtained in the same manner as in Example 2 below.

【0084】この触媒(6)の組成は、酸素を除いた原
子比で Mo122Bi1Fe1Co6Cs0.1Tl0.2Ba0.1Ce
0.2Al2.0 であった。
The composition of this catalyst (6) is Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Co 6 Cs 0.1 Tl 0.2 Ba 0.1 Ce in terms of atomic ratio excluding oxygen.
It was 0.2 Al 2.0 .

【0085】硝酸第二鉄、硝酸第一セリウムおよび硝酸
アルミニウムの量を変えた以外は触媒(6)と同様にし
てリング状の触媒(7)を調製した。この触媒(7)の
組成は、酸素を除く原子比で Mo122Bi1Fe1.4Co6Cs0.1Tl0.2Ba0.1
1Al1.0 であった。
A ring-shaped catalyst (7) was prepared in the same manner as the catalyst (6) except that the amounts of ferric nitrate, cerium nitrate and aluminum nitrate were changed. The composition of this catalyst (7) is Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1.4 Co 6 Cs 0.1 Tl 0.2 Ba 0.1 C in terms of atomic ratio excluding oxygen.
It was e 1 Al 1.0 .

【0086】直径25.4mmの鋼鉄製反応管のガス入
口部に触媒(6)750mlを充填し、次にガス出口部
に触媒(7)750mlを充填した。以下、実施例1と
同様にして反応を行った。触媒充填方法および結果を表
3および4に示す。
The gas inlet of a steel reaction tube having a diameter of 25.4 mm was filled with 750 ml of the catalyst (6), and then the gas outlet was filled with 750 ml of the catalyst (7). Thereafter, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The catalyst loading method and results are shown in Tables 3 and 4.

【0087】実施例9 実施例1において、硝酸コバルトの使用量を変えるこ
と、硝酸セシウムの代わりに硝酸カリウム、硝酸リチウ
ムおよび硝酸ベリリウムを用いること、二酸化テルル、
シリカゾルの代わりに二酸化チタンを用いること、さら
に最後に硝酸マンガンを用いること以外は実施例1と同
様にして懸濁液を調製した。
Example 9 In Example 1, the amount of cobalt nitrate used was changed, potassium nitrate, lithium nitrate and beryllium nitrate were used instead of cesium nitrate, tellurium dioxide,
A suspension was prepared in the same manner as in Example 1 except that titanium dioxide was used instead of silica sol, and manganese nitrate was finally used.

【0088】この懸濁液中に直径6mmのα−アルミナ
からなる球状担体1600mlを浸漬した後、撹拌しな
がら所定の温度に加熱することにより、触媒組成物を担
持せしめた。得られた担持触媒を空気流通下、500℃
で6時間焼成して触媒(8)を得た。この触媒(8)の
担持酸化物の組成は、酸素を除く原子比で Mo122Bi1Fe1Co30.2Li1.5Be0.2Mn2.0
Ti3.0 であった。なお、酸化物の担持量は担体100ml当り
20gであった。
1600 ml of a spherical carrier made of α-alumina having a diameter of 6 mm was immersed in this suspension, and then heated to a predetermined temperature with stirring to support the catalyst composition. The obtained supported catalyst was passed through air at 500 ° C.
The mixture was calcined for 6 hours to obtain a catalyst (8). The composition of the supported oxide of this catalyst (8) is Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Co 3 K 0.2 Li 1.5 Be 0.2 Mn 2.0 in terms of atomic ratio excluding oxygen.
It was Ti 3.0 . The amount of oxide supported was 20 g per 100 ml of the carrier.

【0089】硝酸コバルトと二酸化チタンの量を変えた
こと、硝酸マンガンの代わりにリン酸を用いること以外
は触媒(8)と同様に懸濁液を調製し、その後実施例1
と同様にしてペレット状の触媒(9)を得た。
A suspension was prepared in the same manner as catalyst (8) except that the amounts of cobalt nitrate and titanium dioxide were changed, and phosphoric acid was used instead of manganese nitrate, and then Example 1 was used.
A pellet-shaped catalyst (9) was obtained in the same manner as in.

【0090】この触媒(9)の組成は、酸素を除いた原
子比として Mo122Bi1Fe1Co60.2Li1.5Be0.20.2
1.0 であった。
The composition of this catalyst (9) was Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Co 6 K 0.2 Li 1.5 Be 0.2 P 0.2 T in terms of atomic ratio excluding oxygen.
i was 1.0 .

【0091】直径25.4mmの鋼鉄製反応器のガス入
口側に触媒(8)900mlを充填し、一方ガス出口側
には触媒(9)600mlを充填した。そして、反応温
度を350℃とした以外は、実施例1と同様に反応を行
った。触媒充填方法および結果を表3および4に示す。
900 ml of the catalyst (8) was charged to the gas inlet side of a steel reactor having a diameter of 25.4 mm, while 600 ml of the catalyst (9) was charged to the gas outlet side. Then, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 350 ° C. The catalyst loading method and results are shown in Tables 3 and 4.

【0092】実施例10 実施例1において、パラタングステン酸アンモニウム、
硝酸第二鉄および硝酸コバルトの量を変えること、硝酸
セシウムに加えて硝酸カルシウムを用いること、その後
に硝酸亜鉛を添加すること、更に二酸化テルル、シルカ
ゾルの代わりに硝酸ジルコニウムを用いること以外は実
施例1と同様にして懸濁液を調製した。外径6mm、長
さ5mm、貫通孔内径3mmのシリカ−アルミナからな
るリング状担体1600mlをはかりとり、これを用い
て実施例11の触媒(8)と同様にして担持触媒(1
0)を調製した。
Example 10 In Example 1, ammonium paratungstate,
Examples except changing the amounts of ferric nitrate and cobalt nitrate, using calcium nitrate in addition to cesium nitrate, then adding zinc nitrate, and further using tellurium dioxide, zirconium nitrate instead of silcasol. A suspension was prepared in the same manner as 1. 1600 ml of a ring-shaped carrier made of silica-alumina having an outer diameter of 6 mm, a length of 5 mm and a through hole inner diameter of 3 mm was weighed and used to carry the supported catalyst (1) in the same manner as the catalyst (8) of Example 11.
0) was prepared.

【0093】この触媒(10)の担持酸化物の組成は、
酸素を除いた原子比で Mo121Bi1Fe1.2Co5Cs0.1Ca0.3Zn1.0
2.0 であった。なお、酸化物の担持量は担体100ml当り
24gであった。
The composition of the supported oxide of this catalyst (10) is
Mo 12 W 1 Bi 1 Fe 1.2 Co 5 Cs 0.1 Ca 0.3 Zn 1.0 Z in atomic ratio excluding oxygen
It was r 2.0 . The amount of oxide supported was 24 g per 100 ml of the carrier.

【0094】また、パラタングステン酸アンモニウム、
硝酸ビスマス、硝酸亜鉛および硝酸ジルコニウムの使用
量を変えた以外は触媒(10)と同様にして懸濁液を調
製した。この懸濁液を用いて、実施例2と同様にしてリ
ング状の触媒(11)を得た。
In addition, ammonium paratungstate,
A suspension was prepared in the same manner as the catalyst (10) except that the amounts of bismuth nitrate, zinc nitrate and zirconium nitrate used were changed. Using this suspension, a ring-shaped catalyst (11) was obtained in the same manner as in Example 2.

【0095】この触媒(11)の組成は、酸素を除いた
原子比で Mo122Bi1.4Fe1.2Co5Cs0.1Ca0.3Zn1.2
Zr1.7 であった。
The composition of this catalyst (11) was Mo 12 W 2 Bi 1.4 Fe 1.2 Co 5 Cs 0.1 Ca 0.3 Zn 1.2 in terms of atomic ratio excluding oxygen.
It was Zr 1.7 .

【0096】直径25.4mmの鋼鉄製反応管のガス入
口部に触媒(10)1000mlを充填し、一方ガス出
口側に触媒(11)500mlを充填した。反応温度を
350℃とした以外は実施例1と同様にして反応を行っ
た。触媒充填方法および結果を表3および4に示す。
1000 ml of the catalyst (10) was filled in the gas inlet of a steel reaction tube having a diameter of 25.4 mm, while 500 ml of the catalyst (11) was filled in the gas outlet side. The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 350 ° C. The catalyst loading method and results are shown in Tables 3 and 4.

【0097】実施例11 実施例1において、パラタングステン酸アンモニウムと
硝酸コバルトの量を変えること、硝酸セシウムに加えて
硝酸ナトリウムを用い、その後に硝酸鉛と二酸化テルル
と添加すること、そして空気流通下、530℃で6時間
焼成したこと以外は実施例1と同様にして触媒(12)
を調製した。
Example 11 In Example 1, varying the amounts of ammonium paratungstate and cobalt nitrate, using sodium nitrate in addition to cesium nitrate, followed by addition of lead nitrate and tellurium dioxide, and under air flow. A catalyst (12) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the calcination was performed at 530 ° C. for 6 hours.
Was prepared.

【0098】この触媒(12)の組成は、酸素を除いた
原子比で Mo121.5Bi1Fe1Co7Cs0.1Na1.0Pb0.1
1.0Si1.35 であった。
The composition of this catalyst (12) is Mo 12 W 1.5 Bi 1 Fe 1 Co 7 Cs 0.1 Na 1.0 Pb 0.1 T in terms of atomic ratio excluding oxygen.
e 1.0 Si 1.35 .

【0099】硝酸鉛と二酸化テルルの量を変えること、
三酸化アンチモンを用いること、さらに450℃で焼成
した以外は上記触媒(12)と同様にして触媒(13)
を調製した。
Varying the amounts of lead nitrate and tellurium dioxide,
A catalyst (13) was prepared in the same manner as the above catalyst (12) except that antimony trioxide was used and the composition was calcined at 450 ° C.
Was prepared.

【0100】この触媒(13)の組成は、酸素を除いた
原子比で Mo121.5Bi1Fe1Co7Cs0.1Na1.0Pb1.0
0.2Sb0.1Si1.35 であった。
The composition of this catalyst (13) was Mo 12 W 1.5 Bi 1 Fe 1 Co 7 Cs 0.1 Na 1.0 Pb 1.0 T in terms of atomic ratio excluding oxygen.
e 0.2 Sb 0.1 Si 1.35 .

【0101】直径25.4mmの鋼鉄製反応管の入口側
に触媒(12)750mlを充填し、一方出口側には触
媒(13)750mlを充填した。以下、実施例1と同
様に反応を行った。触媒充填方法および結果を表3およ
び4に示す。
A steel reaction tube having a diameter of 25.4 mm was charged with 750 ml of the catalyst (12) on the inlet side, and 750 ml of the catalyst (13) on the outlet side. Thereafter, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The catalyst loading method and results are shown in Tables 3 and 4.

【0102】実施例l2 実施例1において、硝酸コバルトに変えて硝酸ニッケル
を用いること、硝酸セシウムに変えて硝酸ルビジウムと
硝酸ストロンチウムと用いること、二酸化テルルの量を
変えること、さらに五酸化ニオブを用いること以外は実
施例1と同様にして懸濁液を調製した。この懸濁液を蒸
発乾固したのち、外径6mm、長さ6.6mm、貫通孔
内径2.0mmのリング状に成型し、空気流通下、55
0℃で6時間焼成して触媒(14)を調製した。
Example 12 In Example 1, nickel nitrate was used instead of cobalt nitrate, rubidium nitrate and strontium nitrate were used instead of cesium nitrate, the amount of tellurium dioxide was changed, and niobium pentoxide was used. A suspension was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above. After this suspension was evaporated to dryness, it was molded into a ring shape with an outer diameter of 6 mm, a length of 6.6 mm, and a through hole inner diameter of 2.0 mm, and was allowed to flow under air flow at
A catalyst (14) was prepared by calcining at 0 ° C. for 6 hours.

【0103】この触媒(14)の組成は、酸素を除いた
原子比で Mo122Bi1Fe1Ni3Rb0.8Sr0.1Te0.8Nb
0.2Si1.35 であった。
The composition of this catalyst (14) was Mo 12 W 2 Bi 1 Fe 1 Ni 3 Rb 0.8 Sr 0.1 Te 0.8 Nb in terms of atomic ratio excluding oxygen.
It was 0.2 Si 1.35 .

【0104】また、パラタングステン酸アンモニウム、
硝酸第二鉄、硝酸ニッケル、二酸化テルル、さらに五酸
化ニオブの量を変えたこと、焼成温度を470℃とした
こと以外は上記触媒(14)と同様にしてリング状の触
媒(15)を得た。
In addition, ammonium paratungstate,
A ring-shaped catalyst (15) was obtained in the same manner as the catalyst (14) except that the amounts of ferric nitrate, nickel nitrate, tellurium dioxide, and niobium pentoxide were changed, and the firing temperature was 470 ° C. It was

【0105】この触媒(15)の組成は、酸素を除いた
原子比で Mo122.4Bi1Fe1.2Ni7Rb0.8Sr0.1Te0.1
Nb0.1Si1.35 であった。
The composition of this catalyst (15) was Mo 12 W 2.4 Bi 1 Fe 1.2 Ni 7 Rb 0.8 Sr 0.1 Te 0.1 in terms of atomic ratio excluding oxygen.
It was Nb 0.1 Si 1.35 .

【0106】以下、実施例1と同様に反応を行った。触
媒充填方法および結果を表3および4に示す。
Then, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The catalyst loading method and results are shown in Tables 3 and 4.

【0107】[0107]

【表1】 [Table 1]

【0108】[0108]

【表2】 [Table 2]

【0109】[0109]

【表3】 [Table 3]

【0110】[0110]

【表4】 [Table 4]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 45/35 9049−4H C07C 45/35 47/22 9049−4H 47/22 A 9049−4H G 57/04 2115−4H 57/04 57/05 2115−4H 57/05 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 栗本 郁夫 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地の 1 日本触媒化学工業株式会社触媒研究所 内 (72)発明者 青木 幸雄 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地の 1 日本触媒化学工業株式会社触媒研究所 内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication C07C 45/35 9049-4H C07C 45/35 47/22 9049-4H 47/22 A 9049-4H G 57/04 2115-4H 57/04 57/05 2115-4H 57/05 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72) Inventor Ikuo Kurimoto 1st at 992 Nishikioki, Akihama, Aboshi-ku, Hyogo Prefecture Nippon Catalyst (72) Inventor Yukio Aoki 1 of 992 Nishikioki, Okihama, Aboshi-ku, Himeji City, Hyogo Prefecture Japan Catalysis Laboratory Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定床多管型反応器を用いてイソブチレ
ンを分子状酸素または分子状酸素含有ガスにより気相接
触酸化してメタクロレインおよびメタクリル酸を 製造
する方法において、(イ)触媒として、下記一般式
(I) MoabBicFedefghix (式中、Moはモリブデン、Wはタングステン、Biは
ビスマス、Feは鉄、Aはニッケルおよびコバルトから
選ばれる少なくとも1種の元素、Bはアルカリ金属およ
びタリウムから選ばれる 少なくとも1種の元素、Cは
アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素、
Dはリン、テルル、アンチモン、スズ、セリウム、鉛、
ニオブ、マンガン、ヒ素および亜鉛から選ばれる少なく
とも1種の元素、Eはシリコン、アルミニウム、チタニ
ウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の
元素、Oは酸素を表し、またa、b、c、d、e、f、
g、h、iおよびxは、それぞれ、Mo、W、Bi、F
e、A、B、C、D、EおよびOの原子数を表し、a=
12としたとき、b=0.001〜10、c=0.1〜
10、d=0.1〜20、e=2〜20、f=0〜1
0、g=0〜10、h=0.001〜4、i=0.00
1〜30、x=各々の元素の酸化状態によって定まる数
値である)で表される複合酸化物を使用し、(ロ)各反
応管内の触媒層を管軸方向に2層以上に分割して設けた
複数個の反応帯に、(ハ)上記(イ)の触媒において、
一般式(I)におけるA群、D群およびE群を構成する
元素の種類および/または量を変更して調製した活性の
異なる触媒、および/またはW、BiおよびFeの少な
くとも1種の元素の量を変更して調製した活性の異なる
触媒を原料ガス入口部から出口部に向かって活性がより
高くなるように複数個充填することを特徴とするメタク
ロレインおよびメタクリル酸の製造方法。
1. A method for producing methacrolein and methacrylic acid by vapor-phase catalytic oxidation of isobutylene with molecular oxygen or a gas containing molecular oxygen using a fixed-bed multitubular reactor, wherein (a) as a catalyst, following general formula (I) in Mo a W b Bi c Fe d A e B f C g D h E i O x ( wherein, Mo is molybdenum, W is tungsten, Bi is bismuth, Fe is iron, A is nickel and At least one element selected from cobalt, B is at least one element selected from alkali metals and thallium, C is at least one element selected from alkaline earth metals,
D is phosphorus, tellurium, antimony, tin, cerium, lead,
At least one element selected from niobium, manganese, arsenic and zinc, E is at least one element selected from silicon, aluminum, titanium and zirconium, O is oxygen, and a, b, c, d, e , F,
g, h, i and x are Mo, W, Bi and F, respectively.
represents the number of atoms of e, A, B, C, D, E and O, and a =
When set to 12, b = 0.001 to 10 and c = 0.1
10, d = 0.1-20, e = 2-20, f = 0-1
0, g = 0 to 10, h = 0.001 to 4, i = 0.00
1 to 30, x = a numerical value determined by the oxidation state of each element) is used, and (b) the catalyst layer in each reaction tube is divided into two or more layers in the axial direction of the tube. In a plurality of reaction zones provided, (c) in the catalyst of (a) above,
Of the catalysts having different activities prepared by changing the types and / or amounts of the elements constituting the groups A, D and E in the general formula (I), and / or at least one element of W, Bi and Fe A method for producing methacrolein and methacrylic acid, characterized in that a plurality of catalysts having different activities prepared in different amounts are filled so that the activity becomes higher from an inlet portion of a raw material gas toward an outlet portion thereof.
【請求項2】 反応帯の数が2または3である請求項1
に記載のメタクロレインおよびメタクリル酸の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the number of reaction zones is two or three.
The method for producing methacrolein and methacrylic acid according to the above.
【請求項3】 触媒が、外径が3〜10mm、長さが外
径の0.5〜2倍、長さ方向への貫通孔の内径が外径の
0.1〜0.7倍のリング状触媒である請求項1または
2に記載のメタクロレインおよびメタクリル酸の製造方
法。
3. The catalyst has an outer diameter of 3 to 10 mm, a length of 0.5 to 2 times the outer diameter, and an inner diameter of the through hole in the length direction of 0.1 to 0.7 times the outer diameter. The method for producing methacrolein and methacrylic acid according to claim 1 or 2, which is a ring catalyst.
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