JPH11300206A - 気相酸化触媒及びそれを用いた無水フタル酸の製造方法 - Google Patents

気相酸化触媒及びそれを用いた無水フタル酸の製造方法

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JPH11300206A
JPH11300206A JP10107232A JP10723298A JPH11300206A JP H11300206 A JPH11300206 A JP H11300206A JP 10107232 A JP10107232 A JP 10107232A JP 10723298 A JP10723298 A JP 10723298A JP H11300206 A JPH11300206 A JP H11300206A
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JP
Japan
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phthalic anhydride
catalyst
tellurium
oxide
xylene
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JP10107232A
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English (en)
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Yukio Koyasu
幸夫 小安
Yumiko Sumino
由美子 角野
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒活性を下げることなく、十分高いo−キ
シレン転換率においては高い選択率で無水フタル酸を製
造することができる改良バナジウム−チタン系複合酸化
物触媒及びそれを用いる無水フタル酸の製造方法の提
供。 【解決手段】 1.o−キシレンを分子状酸素含有ガス
により気相接触酸化して無水フタル酸を製造するための
触媒であって、バナジウム、チタン及びテルルを活性成
分として含有する複合酸化物からなることを特徴とする
無水フタル酸製造用触媒。 2.1項に記載の触媒を用いて、o−キシレンを分子状
酸素含有ガスにより気相接触酸化することを特徴とする
無水フタル酸の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相接触酸化触媒
及びそれを用いた無水フタル酸の製造方法に関する。詳
しくは、バナジウム、チタン及びテルルを活性成分とし
て含有する複合酸化物からなる気相接触酸化触媒及びそ
れを用いたo−キシレンの気相接触酸化による無水フタ
ル酸の製造方法に関する。無水フタル酸は、ジオクチル
フタレート、ジブチルフタレート、ジヘプチルフタレー
トとして可塑剤、潤滑剤に使用される他、ポリエステル
樹脂、アルキッド樹脂等に用いられる重要な原料化合物
である。
【0002】
【従来の技術】酸化バナジウム及び酸化チタンを活性成
分として含有する無水フタル酸製造用触媒は従来から知
られている(特公昭46−6975号、特開昭47−1
8785号各公報)。また、これらの二成分を主要成分
とする触媒であって、組成の異なる触媒を二層で用いる
ことを特徴とする無水フタル酸の製造方法も開示されて
いる(特公昭51−42096号、特開昭51−437
32号公報)。また、無水フタル酸製造用触媒として酸
化バナジウム−酸化チタンの基本成分の他に、助触媒成
分の元素として、ニオブ、リン、カリウム、セシウムを
加えたもの(特公昭49−41036号公報)や助触媒
成分の元素として、セシウム、ルビジウムを加えたもの
(特開昭51−49189号公報)も知られている。
【0003】以上のようにこれらの公知触媒はそれぞれ
特徴点を備え、工業的にも極めて有効なものもある。し
かし、触媒性能の向上の余地は未だに残されており、選
択率1%の向上であっても製造規模を考慮するとその経
済的効果は大きい。更に選択率の向上により高品質の製
品を安価に製造できる効果も有しており、原料を有効に
用いるためにも重要である。その他に生産性の向上及び
触媒活性の維持による安定した生産の確保等も重要であ
る。生産性を上げる方法の一つは原料濃度を上げる等高
負荷反応条件下で反応を行うことである。しかし、無水
フタル酸を得る酸化反応は著しい発熱を伴うため、高濃
度条件下ではホットスポット部における温度上昇が著し
く過度の酸化反応が起こり、無水フタル酸の収率が低下
するばかりでなく同時に触媒の劣化が促進されることに
なる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記
の触媒を用いた場合、高い原料濃度の高負荷反応条件下
においては無水フタル酸の収率が低いばかりでなく、触
媒性能の安定性の面でも不十分であることが判明した。
【0004】酸化バナジウム−酸化チタン系触媒の性能
改良のために、その他の第三成分を添加した触媒がその
後もいろいろと提案されている。例えば、テルル酸化物
を添加した触媒が特公昭46−15287号、特公昭4
9−41274号、特開昭61−90737号各公報等
に提案されている。また、無水フタル酸の選択率を改良
するために、助触媒成分の元素として、セシウム等のア
ルカリ金属、又はアンチモン等の添加が有効であること
も知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、テルル
酸化物については、特公昭46−15287号公報又は
同49−41274号公報に開示された触媒は、テルル
酸化物に加えてそれぞれピロ硫酸カリウム又は硫酸カリ
ウムが必須であり、テルル酸化物単独の効果は不明であ
る。また、特開昭61−90737号公報には、テルル
が添加元素の一つとして挙げられているに過ぎず、その
添加効果については何の説明もなく、実施例も示されて
いない。また、セシウム等アルカリ金属の場合、高い選
択率で無水フタル酸を得るにはオルトキシレン転換率を
低く抑えなければならず、反応を押し切ることができな
い。また、その添加により触媒活性が下がり無水フタル
酸の生産量が下がってします。一方、アンチモンの場
合、高濃度反応条件ではもはやその添加効果が認められ
ない。本発明は、触媒活性を下げることなく、十分高い
o−キシレン転換率においても高い選択率で無水フタル
酸を製造することができる改良バナジウム−チタン系複
合酸化物触媒を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記事情
に鑑み鋭意検討した結果、バナジウム−チタン系複合酸
化物触媒にテルルを導入することにより、上記課題が解
決されることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0007】即ち、本発明の要旨は、 1.o−キシレンを分子状酸素含有ガスにより気相接触
酸化して無水フタル酸を製造するための触媒であって、
バナジウム、チタン及びテルルを活性成分として含有す
る複合酸化物からなることを特徴とする無水フタル酸製
造用触媒、 2.1項に記載の触媒を用いて、o−キシレンを分子状
酸素含有ガスにより気相接触酸化することを特徴とする
無水フタル酸の製造方法、にある。 以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】
【発明の実施の形態】(1)気相酸化触媒 本発明の気相酸化触媒は、バナジウム、チタン及びテル
ルを活性成分として含有する複合酸化物からなるもので
ある(以下、バナジウム、チタン及びテルルを活性成分
として含有する複合酸化物を「触媒活性物質」というこ
ともある)。ここで、触媒成分としては、酸化バナジウ
ムをV2 5 として1〜30重量部、酸化チタンをTi
2 として99〜70重量部(但し、V2 5 又はTi
2の量は、V2 5 とTiO2 との合計100重量部
に対するものである)、且つこれら二成分(即ち、V2
5 としての酸化バナジウム及びTiO2 としての酸化
チタン)の合計100重量部に対して、酸化テルルをT
eO3 として通常0.01〜10重量部、好ましくは
0.05〜5重量部、より好ましくは0.1〜3重量部
含有することが好ましい。また、触媒活性物質中のテル
ル/バナジウムのモル比は、通常0.005〜0.5、
好ましくは0.01〜0.4である。テルル/バナジウ
ムのモル比が小さすぎるとテルル添加による触媒活性の
向上の効果が不十分であり、一方、大きすぎると酸化活
性が不十分となる惧れがある。
【0009】本発明に用いる酸化チタンは比表面積が通
常7〜60m2 /g、好ましくは7〜20m2 /gのア
ナターゼ型酸化チタンである。このアナターゼ型酸化チ
タンは通常、イルメナイト鉱を原料鉱石とする“硫酸
法”により得ることができる。従って、このアナターゼ
型酸化チタンは製造工程に由来する、鉄、亜鉛、アルミ
ニウム、マンガン、クロム、カルシウム、鉛、カリウ
ム、ニオビウム等が混入する場合があるが、酸化チタン
に対して酸化物として0.1重量%以下程度であれば触
媒性能上実質的に特に問題はない。本発明における触媒
活性物質の調製法としては、最終的な使用形態において
本発明の元素の組み合わせと量比を満足させうるもので
あり、且つ使用に耐えうる形態のものであれば如何なる
方法をも採用することができる。例えば、沈殿法、蒸発
乾固法、スラリー法、含浸法、CVD法等が例示され
る。このような調製法により得た組成物を所定の温度で
焼成し反応に供する。焼成は通常350〜700℃、1
〜24時間、好ましくは400〜600℃、2〜10時
間で空気、酸素、窒素等のガス存在下、或いは非存在下
で、通常の炉を用いて行うことができる。例えば本触媒
を調製する際のバナジウム及びテルルの出発原料として
は、V25 、TeO3 等の酸化物が挙げられる。この
他に、シュウ酸バナジル、蟻酸バナジル、酒石酸バナジ
ル、バナジン酸アンモニウム、テルル酸塩、各元素の硝
酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物、有機酸塩、水酸化物等を
使用することができる。
【0010】本発明の触媒活性物質はこれを単独で使用
しても、或いは担体に担持させて使用してもよい。担体
としては反応温度よりも十分高い温度で安定であり、触
媒活性成分と反応しない耐熱性無機質担体が用いられ
る。このような耐熱性無機質担体の例としては、シリコ
ンカーバイド、アルミナ、溶融又は焼結珪酸塩等を使用
することができる。この担体の形状については特に制限
はないが、球状、円柱状のものが取り扱い上好適であ
り、その平均直径が2〜15mm程度のものが好適に使
用される。担持量は担体の大きさによって異なるが、触
媒活性物質は担体に対して通常2〜140重量%、好ま
しくは2〜30重量%の量で担持される。上記触媒活性
物質を担持させる方法については特に制限はなく、一般
に用いられている方法によって担持することができる。
特に外部から加熱可能な回転ドラムに担体を入れ、20
0℃以上の一定温度に加熱しつつ触媒活性物質を含有す
るスラリーを噴霧し担持させる方法が簡便である。
【0011】(2)気相酸化反応 本発明の触媒を用いたo−キシレンの無水フタル酸への
酸化反応については常用の反応器及び反応条件にて実施
することができる。原料のo−キシレンは、通常、酸素
含有ガス、例えば空気と混合されて反応器に導入され、
反応に供される。空気を用いる場合、供給原料中のo−
キシレン濃度は通常5〜200g/Nm 3 である。な
お、供給原料は反応に実質的に不活性な、窒素、炭酸ガ
ス、ヘリウム等により希釈してもよい。
【0012】反応温度は、通常、300〜500℃、好
ましくは320〜400℃であり、また、反応時間は、
原料ガスの接触時間として0.05〜10秒、好ましく
は0.1〜5秒の範囲である。なお、反応圧力は、大気
圧、大気圧超、又は大気圧未満で行うことができ通常は
1〜20p.s.i.gの圧力が好ましい。得られた無
水フタル酸は、当業者によく知られている種々の方法に
よって回収することができる。
【0013】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
りこれらの実施例に限定されるものではない。
【0014】実施例1 (触媒調製)メタバナジン酸アンモニウムをシュウ酸溶
液に溶解させ、更にテルル酸を加え均一な水溶液を得
る。この溶液に比表面積10m2 /gの粉末状アナター
ゼ型酸化チタンを加えスラリーを得た。このスラリーを
攪拌下蒸発乾固し、空気流通下450℃、4時間焼成し
て触媒活性物質を得た。得られた触媒活性物質の仕込み
組成は、TiO2 :V2 5 :TeO3 =100:6.
0:0.23(重量比)、Te/V(モル比)=0.0
2である。 (酸化反応)内径6mm、高さ40mmの触媒床を有す
るパイレックス製反応管に重量で10倍量の石英で希釈
した活性物質1.2mlを充填した。オルトキシレンを
空気に対して100g/Nm3 の割合で混合した原料ガ
スを反応器上部から導入しオルトキシレンの酸化反応を
行った。反応温度の制御は電気炉を用いて行った。反応
生成物の分析はガスクロマトグラフィーを用いてオンカ
ラム方式で行った。反応温度400℃、GHSV=23
00h-1で反応した結果、オルトキシレン転換率99.
5%、無水フタル酸選択率79.1%であった。
【0015】実施例2 実施例1(触媒の調製)において加えたテルル酸の量を
代えた以外は実施例1(触媒の調製)と同様にして触媒
活性物質を調製した。得られた触媒活性物質の仕込み組
成は、TiO2 :V2 5 :TeO3 =100:6.
0:2.33(重量比)、Te/V(モル比)=0.2
0である。この活性物質を実施例1(酸化反応)と同様
にして酸化反応を行った。反応温度360℃、GHSV
=280h -1で反応した結果、オルトキシレン転換率9
9.6%、無水フタル酸選択率77.8%であった。
【0016】比較例1 実施例1(触媒の調製)において加えたテルル酸の代わ
りに炭酸カシウムを用いた以外は実施例1(触媒の調
製)と同様にして触媒活性物質を調製した。得られた触
媒活性物質の仕込み組成は、TiO2 :V2 5 :Cs
2 O=100:6.0:0.14(重量比)、Cs/V
(モル比)=0.015である。この活性物質を実施例
1(酸化反応)と同様にして酸化反応を行った。反応温
度400℃、GHSV=400h-1で反応した結果、オ
ルトキシレン転換率98.8%、無水フタル酸選択率7
7.4%であった。
【0017】比較例2 実施例1(触媒の調製)において加えたテルル酸の代わ
りに五酸化アンチモンゾルを用いた以外は実施例1(触
媒の調製)と同様にして触媒活性物質を調製した。得ら
れた触媒活性物質の仕込み組成は、TiO2 :V
2 5 :Sb2 5 =100:6.0:2.24(重量
比)、Sb/V(モル比)=0.20である。この活性
物質を実施例1(酸化反応)と同様にして酸化反応を行
った。反応温度370℃、GHSV=300h-1で反応
した結果、オルトキシレン転換率98.2%、無水フタ
ル酸選択率72.3%であった。
【0018】比較例3 実施例1(触媒の調製)において加えたテルル酸を用い
ない以外は実施例1(触媒の調製)と同様にして触媒活
性物質を調製した。得られた触媒活性物質の仕込み組成
は、TiO2 :V2 5 =100:6.0(重量比)で
ある。この活性物質を実施例1(酸化反応)と同様にし
て酸化反応を行った。反応温度380℃、GHSV=1
000h-1で反応した結果、オルトキシレン転換率10
0%、無水フタル酸選択率75.6%であった。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、触媒活性を下げること
なく、十分高いo−キシレン転化率においても高い選択
率で無水フタル酸を製造することができる改良バナジウ
ム−チタン系複合酸化物触媒が得られる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 o−キシレンを分子状酸素含有ガスによ
    り気相接触酸化して無水フタル酸を製造するための触媒
    であって、バナジウム、チタン及びテルルを活性成分と
    して含有する複合酸化物からなることを特徴とする無水
    フタル酸製造用触媒。
  2. 【請求項2】 酸化バナジウムをV2 5 として1〜3
    0重量部、酸化チタンをTiO2 として99〜70重量
    部、且つこれら二成分の合計100重量部に対し、酸化
    テルルをTeO3 として0.01〜10重量部含有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の無水フタル酸製造用
    触媒。
  3. 【請求項3】 テルル/バナジウムのモル比が0.00
    5〜0.5であることを特徴とする請求項1又は2に記
    載の無水フタル酸製造用触媒。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の触
    媒を用いて、o−キシレンを分子状酸素含有ガスにより
    気相接触酸化することを特徴とする無水フタル酸の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 反応温度が300〜500℃、且つ供給
    原料中のo−キシレン濃度が5〜200g/Nm3 であ
    ることを特徴とする請求項3に記載の無水フタル酸の製
    造方法。
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