JPH09938A - メタクリル酸を調製するための触媒 - Google Patents
メタクリル酸を調製するための触媒Info
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Abstract
ル酸を調製する触媒組成物を提供する。 【解決手段】 下の式により表される触媒組成物PaMo11
VbCucXdQeZfOgにおいてXは、カリウム、ルビジウム、セ
シウムおよびタリウムから選択される少なくとも1つで
あり;Zは、鉛、アンチモン、クロム、鉄、ビスマス、
セリウムおよび亜鉛から選択される少なくとも1つであ
り;Qは、下式(1)で表される有機第4級アンモニウ
ムカチオンの少なくとも1つである。 R、R1、R2、R3およびR4は、C1〜C5アルキルまたはヒドロ
キシ、カルボキシ、アミノおよび/またはオキソ等の官
能基を含むC1〜C5置換アルキルより選択される。aは、
0.8〜1.6;bは、0.6〜2;cは、0.1〜0.8;dは、0.8
〜2.2;eは、0.01〜0.1;fは、0〜0.5の数であり;g
は、他の元素の原子価条件を満足するために必要とされ
る酸素数である。
Description
はt-ブタノールの気相触媒酸化により得られたメタクロ
レインの気相酸化により、メタクリル酸を調製するため
の新規な触媒に関する。
酸化によりメタクリル酸を調製するための触媒として報
告されている。特に、ヘテロポリ酸誘導体が、メタクリ
ル酸を調製するための触媒として、多くの特許文献に記
載されている。
媒は、固体触媒として、それ自体の性質に起因するいく
つかの欠点を有する。従って、これらは、工業的および
商業的に応用するには容易ではない。さらに、ヘテロポ
リ酸誘導体を含有する触媒は、再現性、機械的強度が低
く、しかも寿命が短い。また、不飽和炭化水素および芳
香族化合物からなる不純物の存在下での、その活性の低
下が改善されなければならない。
ために、多くの特許文献が公開されている。例えば、選
択性を改善するために、ヒ素部分がこの触媒組成物に添
加されていた。しかし、これは、ヒ素の昇華性によって
触媒の寿命の短縮を引き起こしてしまう。
許第4,621,155号およびヨーロッパ特許公報第0454375A1
号では、メタクリル酸の選択性を改善するために、アン
モニウム塩または窒素を含有する有機複素環化合物を触
媒組成物に添加した。しかし、これらは機械的強度を低
下させる。
組成物に硫酸金属塩を添加することが試みられている
(日本特許公開公報第80-79,340号)。しかし、この触
媒は、良好な機械的強度を示す一方で、良好な触媒活性
は示さない。他方、触媒活性を改善するために、セラミ
ックホイスカー(例えば、炭化ケイ素または硝酸ケイ素
(silicon nitrate))を触媒組成物に添加した(日本特
許公開公報第84-183,832号)。これもまた、セラミック
ホイスカーのコストが高いため、工業的および商業的に
応用することは困難である。
の酸化プロセスから得られたメタクロレインは、かなり
量の副生成物(例えば、トルエン、アセトン、キシレン
およびその他の化学物質、ならびに転化されてないイソ
ブチレン)を含有する。従って、触媒の性能がメタクロ
レイン中の不純物の存在によって顕著に低下する場合
は、メタクロレインを酸化プロセスに供する前に、その
中の不純物のレベルを最小限にするメタクロレイン精製
プロセスを必要とする。
ン精製プロセスの導入は、資本投資および操作コストの
両方に対して悪影響を有するため、好ましくない。従っ
て、高い機械的強度および長い寿命を有し、かつその性
能がメタクロレイン中の不純物の存在により影響されな
い触媒システムを開発する必要が引き続いて存在する。
機械的強度および長い触媒寿命を有し、メタクロレイン
からメタクリル酸を高収率で調製するプロセスに適用し
得る新規な触媒を提供することである。本発明の他の目
的は、イソブチレンまたはt-ブタノールの酸化プロセス
から得られるメタクロレインを精製せずに使用し得るプ
ロセスに適する新規な触媒を提供することである。
式により表される組成を有する: PaMo11VbCucXdQeZfOg ここで、Xは、カリウム、ルビジウム、セシウムおよび
タリウムから選択される少なくとも1つであり;Zは、
鉛、アンチモン、クロム、鉄、ビスマス、セリウムおよ
び亜鉛から選択される少なくとも1つであり;Qは、以
下の式で表される有機第4級アンモニウムカチオンの少
なくとも1つであり:
れ独立して、C1〜C5アルキル、またはヒドロキシ、カル
ボキシ、アミノおよび/またはオキソのような官能基を
有するC1〜C5置換アルキルからなる群より選択され;a
は、0.8〜1.6の数であり;bは、0.6〜2の数であり;c
は、0.1〜0.8の数であり;dは、0.8〜2.2の数であり;
eは、0.01〜0.1の数であり;fは、0〜0.5の数であ
り;そしてgは、存在するその他の元素の原子価条件を
満足するために必要とされる酸素数である。
はカリウムであり、そしてZの成分は鉛および/または
アンチモンである。
ンが11であるとき、上記カリウム、鉛およびアンチモン
の量は、0.7〜2.0のカリウム、0.05〜0.4の鉛および0.0
6〜0.5のアンチモンである。
媒組成物を製造するプロセスを提供する。このプロセス
は、i)リンモリブデン酸塩および酸化バナジウム、ある
いはリン酸、酸化モリブデンおよび酸化バナジウムのそ
れぞれの必要量を水に溶解する工程;ii) 該混合溶液を
1〜20時間加熱および環流する工程;iii)11モルのモリ
ブデンに対して1〜8モルのモル比で成分Qの水溶液を
添加する工程;iv)促進剤成分の銅、XおよびZを添加す
る工程;v) 混合物を蒸発および乾燥する工程;および
vi) 乾燥した組成物を形成および仮焼する工程、を包含
する。
は、リンおよびモリブデンが触媒の主要構造を構成す
る。アルカリ金属およびバナジウムは触媒の良好な選択
性および長い寿命を改善するために使用される。
れる。しかし、Zにより表される成分は、触媒の促進剤
として添加されるので、含有されなくても良い。成分Z
が存在しない場合、本発明の触媒組成物は、PaMo11VbCu
cXdQeOgにより表され得る。
けでなく、有機第4級アンモニウムカチオンの性質によ
って触媒の適切な活性構造への転化をも誘導する。さら
に、これらの促進剤のうち、Xの好ましい成分はカリウ
ムであり、そしてZの好ましい成分は鉛およびアンチモ
ンである。モリブデンが11であるとき、カリウム、鉛お
よびアンチモンの好ましい量は、0.7〜2.0のカリウム、
0.05〜0.4の鉛および0.06〜0.5のアンチモンである。
る。
ム、あるいはリン酸、酸化モリブデンおよび酸化バナジ
ウムのそれぞれの必要量を水に溶解する。溶液の濃度
は、0.01〜7Mのモリブデン、好ましくは、0.02〜4Mの
モリブデンである。混合した溶液を加熱し、そして溶液
の色が濃い赤色になるまで1〜20時間環流する。赤色溶
液を得た後、11モルのモリブデンに対して1〜8モルの
モル比で成分Qの水溶液をこの溶液に0〜100℃で添加す
る。得られた溶液に促進剤成分の銅、XおよびZを添加し
得、そしてこれらの促進剤成分を、成分化合物の硝酸
塩、塩化物、酢酸塩または酸化物の形態として添加し得
る。
し、そして90〜180℃、好ましくは、90〜150℃で乾燥す
る。乾燥した触媒組成物を粉砕し、そして60メッシュの
ふるいを通す。
し出し、ビーディング(beeding)、またはコーティン
グにより、触媒粒子を形成する。0.1〜20%の酸素、好
ましくは0.1〜15%の酸素を含有する酸素/窒素の雰囲
気中で、形成された触媒を300〜420℃で1〜10時間仮焼
する。仮焼工程において、温度を徐々に増加することが
重要であり、適切な温度の増加速度は、0.1〜10℃/分
であり、好ましくは、0.2〜5℃/分である。
実施例に記載の試験により測定する。しかし、本発明の
範囲はこれらの実施例に限定されない。
バナジウムおよび26.1gのリン酸(85%)を丸底フラス
コ中で1500mlの水に溶解し、そして撹拌しながら5時間
環流した。得られた赤色溶液を溶液Aとした。
の硝酸カリウムおよび13.7gの硝酸第二銅三水和物を100
0mlのビーカー中で500mlの水に溶解した。得られた溶液
を溶液Bとした。
mlのビーカー中で強く撹拌した。黄色沈澱を得た後、こ
の混合物をさらに70℃で5時間熟成した。蒸発後、得ら
れたスラリーを電気炉中で120℃で乾燥した。
60メッシュのふるいでスクリーンした。続いて、混練機
中で、得られた触媒粉末に1%の澱粉溶液を加えて、ペ
ースト形態にした。押出機を用いて、触媒ペーストを押
し出し、そしてペレット化して直径6mmおよび長さ5mmの
ペレットを得た。最後に、形成した触媒を、5%の酸素
を有する酸素/窒素の雰囲気中、220℃で1時間、およ
び360℃で5時間仮焼した。この仮焼のために、仮焼の
温度を0.5℃/分の速度で徐々に増加した。
した。触媒の組成は、 P1.2Mo11V1Cu0.3QxK1.5であり、
ここで、Qはコリンであり、そしてxは0.08であった。x
の値は、仮焼の条件によって変化し得る。
は、以下の条件で行った。イソブチレンの気相酸化から
得られた混合ガスを、この反応の出発原料として使用し
た。混合ガスの組成は、3.8%のメタクロレイン、0.2%
のイソブチレン、0.12%のメタクリル酸、0.07%のアセ
トン、0.3%のCO2、0.03%のCO、9.8%の酸素、15%の
蒸気、0.04%の不純物(トルエン、キシレン、ホルムア
ルデヒド、酢酸、アクロレインおよび芳香族化合物を有
する)ならびに余量の窒素であった。反応生成物をガス
クロマトグラフィーにより測定し、そして触媒の機械的
強度をGeo Mechanic Co.製の粒子粉砕強度試験機(grai
n crushing strength tester)により測定した。
度を、表1に示す。
のベタイン(C5H11NO2)を使用したこと以外は、実施例
1と同じ方法で触媒を調製した。得られた触媒の組成
は、 P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08K1.5であり、ここで、Qはベ
タインであった。反応条件、反応結果および触媒の機械
的強度を、表1に示す。
のヨウ化N-メチルピリジウム(C6H8IN)を使用したこと
以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調製した。得られ
た触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.02K1.5であり、こ
こで、QはN-メチルピリジウムであった。反応条件、反
応結果および触媒の機械的強度を、表1に示す。
の臭化N-エチルピリジウム(C7H10BrN)を使用したこと
以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調製した。得られ
た触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.03K1.5であり、こ
こで、QはN-エチルピリジウムであった。反応条件、反
応結果および触媒の機械的強度を、表1に示す。
の臭化N-プロピルピリジウム(C8H12BrN)を使用したこ
と以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調製した。得ら
れた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.03K1.5であり、
ここで、QはN-プロピルピリジウムであった。反応条
件、反応結果および触媒の機械的強度を、表1に示す。
の塩化テトラメチルアンモニウム(C4H12ClN)を使用し
たこと以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調製した。
得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08K1.5であ
り、ここで、Qはテトラメチルアンモニウムであった。
反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表1に
示す。
の塩化テトラブチルアンモニウム(C16H36ClN)を使用
したこと以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調製し
た。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08K1.5
であり、ここで、Qはテトラブチルアンモニウムであっ
た。反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表
1に示す。
加したこと以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調製し
た。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08K1.5
Pb0.2であり、ここで、Qはコリンであった。反応条件、
反応結果および触媒の機械的強度を、表1に示す。
溶液Aに添加したこと以外は、実施例1と同じ方法で触
媒を調製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu
0.3Q0.08K1.5Sb0.3であり、ここで、Qはコリンであっ
た。反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表
1に示す。
添加したこと以外は、実施例9と同じ方法で触媒を調製
した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08K
1.5Sb0.3Pb0.2であり、ここで、Qはコリンであった。反
応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表1に示
す。
液Aに添加したこと以外は、実施例1と同じ方法で触媒
を調製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q
0.08K1.5Cr0.1であり、ここで、Qはコリンであった。反
応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表1に示
す。
物を溶液Bに添加したこと以外は、実施例1と同じ方法
で触媒を調製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1
Cu0.3Q0.08K1.5Fe0.1であり、ここで、Qはコリンであっ
た。反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表
1に示す。
和物を溶液Bに添加したこと以外は、実施例1と同じ方
法で触媒を調製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11
V1Cu0.3Q0.08K1.5Bi0.1であり、ここで、Qはコリンであ
った。反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、
表1に示す。
和物を溶液Bに添加したこと以外は、実施例1と同じ方
法で触媒を調製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11
V1Cu0.3Q0.08K1.5Ce0.1であり、ここで、Qはコリンであ
った。反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、
表1に示す。
に添加したこと以外は、実施例1と同じ方法で触媒を調
製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08
K1.5Zn0.2であり、ここで、Qはコリンであった。反応条
件、反応結果および触媒の機械的強度を、表1に示す。
7.89gの硝酸セシウムを溶液Bに添加したこと以外は、
実施例1と同じ方法で触媒を調製した。得られた触媒の
組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3Q0.08Cs1.3であり、ここで、Q
はコリンであった。反応条件、反応結果および触媒の機
械的強度を、表1に示す。
なかったこと以外は、実施例10と同じ方法で触媒を調
製した。得られた触媒の組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3K1.5S
b0.3.Pb0.2であった。反応条件、反応結果および触媒の
機械的強度を、表2に示す。
に30.32gの塩化アンモニウムを添加したこと以外は、実
施例10と同じ方法で触媒を調製した。得られた触媒の
組成は、P1.2Mo11V1Cu0.3 (NH4)0.3K1.5Sb0.3.Pb0.2で
あった。反応条件、反応結果および触媒の機械的強度
を、表2に示す。
に44.85gのピリジンを添加したこと以外は、実施例10
と同じ方法で触媒を調製した。得られた触媒の組成は、
P1.2Mo11V1Cu0.3(C5H5N)0.1K1.5Sb0.3.Pb0.2であった。
反応条件、反応結果および触媒の機械的強度を、表2に
示す。
媒寿命を有し、メタクロレインからメタクリル酸を高収
率で調製するプロセスに適用し得る新規な触媒を提供す
ることができる。本発明はまた、イソブチレンまたはt-
ブタノールの酸化プロセスから得られるメタクロレイン
を精製せずに使用し得るプロセスに適する新規な触媒を
提供することができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 高い機械的強度および長い触媒寿命を有
し、以下の式により表される、不純物を有するメタクロ
レインの気相酸化によりメタクリル酸を調製するための
触媒組成物: PaMo11VbCucXdQeZfOg ここで、 Xは、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウム
から選択される少なくとも1つであり;Zは、鉛、アン
チモン、クロム、鉄、ビスマス、セリウムおよび亜鉛か
ら選択される少なくとも1つであり;Qは、以下の式で
表される有機第4級アンモニウムカチオンの少なくとも
1つであり: 【化1】 ここで、R、R1、R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、C
1〜C5アルキル、またはヒドロキシ、カルボキシ、アミ
ノおよび/またはオキソのような官能基を有するC1〜C5
置換アルキルからなる群より選択され;aは、0.8〜1.6
の数であり;bは、0.6〜2の数であり;cは、0.1〜0.8
の数であり;dは、0.8〜2.2の数であり;eは、0.01〜
0.1の数であり;fは、0〜0.5の数であり;そしてg
は、存在するその他の元素の原子価条件を満足するため
に必要とされる酸素数である。 - 【請求項2】 前記Xの成分がカリウムであり、そしてZ
の成分が鉛および/またはアンチモンである、請求項1
に記載のメタクリル酸を調製するための触媒組成物。 - 【請求項3】 前記モリブデンが11であるとき、前記カ
リウム、鉛およびアンチモンの量が、0.7〜2.0のカリウ
ム、0.05〜0.4の鉛および0.06〜0.5のアンチモンであ
る、請求項2に記載のメタクリル酸を調製するための触
媒組成物。 - 【請求項4】 請求項1の式により表される触媒組成物
を製造するプロセスであって、 i) リンモリブデン酸塩および酸化バナジウム、あるい
はリン酸、酸化モリブデンおよび酸化バナジウムのそれ
ぞれの必要量を水に溶解する工程; ii) 該混合溶液を1〜20時間加熱および環流する工程; iii)11モルのモリブデンに対して1〜8モルのモル比で
成分Qの水溶液を添加する工程; iv) 促進剤成分の銅、XおよびZを添加する工程; v) 混合物を蒸発および乾燥する工程;および vi) 乾燥した組成物を形成および仮焼する工程、を包含
するプロセス。
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