JPS582933B2 - メタクリルサンノ セイゾウホウホウ - Google Patents

メタクリルサンノ セイゾウホウホウ

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JPS582933B2
JPS582933B2 JP49029405A JP2940574A JPS582933B2 JP S582933 B2 JPS582933 B2 JP S582933B2 JP 49029405 A JP49029405 A JP 49029405A JP 2940574 A JP2940574 A JP 2940574A JP S582933 B2 JPS582933 B2 JP S582933B2
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JP
Japan
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catalyst
reaction
methacrolein
oxidation
present
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山本陽久
秋山信一
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Zeon Corp
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Nippon Zeon Co Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不飽和アルデヒドのうちでも特にメタクロレ
インを触媒の存在下で気相接触酸化反応せしめ対応する
メタクリル酸を製造するに際し、触媒としてメタクリル
酸の生成活性に優れ且つ活性寿命の長い触媒を使用する
ことを特徴とするメタクリル酸の製造方法に関するもの
である。
従来、不飽和アルデヒドの気相接触酸化反応用触媒に関
して提案された特許は、主にアク口レインからアクリル
酸を製造する方法を重点とするものであり、メタクロレ
インからメタクリル酸の製造する方法を重点としたもの
は少ない。
実際にアクロレイン酸化に良好な成積を示す触媒をメタ
クロレイン酸化に適用しても、活性の低いものが多く、
一方全反応率を高めるために高温で反応せしめると完全
酸化反応(CO,CO2の生成)等の副反応が著しく生
起しメタクリル酸の(一回通過当りの)収率、選択率は
低い。
他方、メタクロレインの酸化触媒として提案されている
ものも、活性が低いか、あるいはとりうる反応条件、特
に反応時間を長くしたり及び/又は供給原料ガス中のメ
タクロレイン濃度を小さくしなければならないために生
産性(空時収率:STY)が低すぎたり、もしくは触媒
の活性寿命が短い等の理由から工業的に不適であり必ず
しも満足し得るものではない。
このような事情のため、アク口レインの酸化によるアク
リル酸の製造が工業的に実施されているにも拘らず、メ
タクロレインの酸化によるメタクリル酸の製造を工業的
に実施することにかなり困難であるとされている。
従って、メタクロレインの酸化に有効な触媒の探索に当
っては、アクロレインの酸化触媒とは異なった視点より
研究する必要がある。
このような観点から本発明者等は、メタクロレインの酸
化触媒におけるこれ等の欠点を改良し、触媒活性(即ち
、目的生成物の収率、選択率及び生産性)に優れると共
に触媒の活性寿命の長い新規触媒として、Mo−P−V
−Kの成分を持つ触媒を開発した(特願昭48−131
325号)。
本発明者等は、上記触媒を、該触媒の活性寿命が長いと
いう特徴を何ら損うことなく、更に高性能な触媒に改良
すべく引続き鋭意研究を行ったところ、Mo−P−V−
KにSr,Zn,Cd,Nb,B,Pb及びWよりなる
群から選ばれる少くとも一種を加える事により、触媒の
活性寿命には何ら亜影響を及ぼすことなく、Mo−P−
V−K系触媒に比し、更にメタクリル酸の収率及び生産
性(STY)が向上することを見出し、本発明を完成す
るに至った。
即ち、本発明は、メタクロレインと分子状酸素とを含む
混合気体を、式 MOaPbVoKdYeOf で示される触媒の存在下で気相酸化することを特徴とす
るメタクリル酸の製造方法を提供するものである。
上式において、YはSr,Zn,Cd,Nb,B,Pb
及びWよりなる群から選ばれる少くとも一種である。
a,b,c,d,e及びfは、それぞれ各元素の原子数
を示し、a=12としたときのa:b:c:d:eの値
は12:0.1〜8:0.1〜8:0.1〜8:0.0
1〜6が好ましく、更に12:0.3〜5:0.3〜5
:0.3〜5:0.05〜3が好適であり、fはMo,
P,V,K及びYの原子価を満足するに足る酸素の原子
数である。
従来から、モリブデン、リン及びバナジウム系触媒はア
ク口レインの酸化用触媒として知られている。
かかる触媒の場合、その調製に際してリンモリブデン酸
のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等の形で
調製してもよいとされているが、カリウム塩の形で調製
された例も、またそのようにして調製された触媒を用い
てアク口レインの酸化反応を行った例もなく、ましてや
その触媒がメタクロレインの酸化反応においていかなる
挙動を示すかについては全く知られていなかった(特公
昭46−22457号)。
本発明者らは、かかる技術水準において、モリブデン、
リン及びバナジウム系触媒に特定なアルカリ金属を組み
合わせ、さらに前記Y成分を加えることによって、高活
性でかつ活性寿命の長いメタクロレイン酸化用触媒の開
発に成功したものである。
而して、本発明の触媒が先願の触媒と相違する点は触媒
中にY成分、即ちSr,Zn,Cd,Nb,B,Pb及
びWより成る群より選ばれる少くとも一種の元素を含有
していることであり、この触媒組成の相違によって、触
媒性能は大巾に改良される。
このような本発明の触媒によれば、実用的な反応条件で
かつ安定した反応によってメタクロレインからメタクリ
ル酸が高収率、且つ生産性よく得られ、また長期に亘っ
ても優れた触媒活性を示すので長期間の連続反応を行な
うことができる、本発明の触媒は調製条件が簡略であり
、常に良好な活性の触媒が得られる。
本発明の方法に使用される触媒の調製にあたっては、こ
の分野で公知のいわゆる蒸発乾固法、共沈法等によって
調製することができる。
触媒の調製に用いられる各元素の原料物質としては、各
元素のアンモニウム塩、硝酸塩、ハロゲン化物等の塩類
、遊離酸、酸無水物、縮合酸、酸化物あるいはリンモリ
ブデン酸等のモリブデンを含むヘテロポリ酸、又はその
アンモニウム塩等のへテロポリ酸塩等を挙げることがで
きる。
好ましい触媒調製法としては、本発明触媒を構成する成
分が、ヘテロポリ酸あるいはその酸性塩もしくはアンモ
ニウム塩の如く錯化合物を形成しうるように触媒を調製
することが好ましい。
触媒組成物は、使用前に250〜700℃、好ましくは
350〜600℃の温度で、空気中または還元雰囲気中
または原料組成ガス中において数時間ないしは数十時間
焼成したのち、触媒として使用される。
なお反応中、触媒が触媒作用を呈しつつある状態におけ
る触媒中の酸素をも含めた各元素の存在状態は明らかで
ない。
こゝで触媒調製法の一例を示すと、モリブデン酸アンモ
ニウムを含む水溶液にバナジウム化合物を含む水溶液を
加えて混合し、更にリン酸を含む水溶液、カリウム化合
物を含む水容液及びY元素の水溶性化合物を含む水溶液
を加え攪拌しながら蒸発乾固し、これを焼成し、粉砕し
、次に適当な形状に成型して触媒とする。
触媒の調製方法は当業者が必要に応じ選択しうる。
触媒はそのままでも使用できるが、適当な担体上に付着
せしめても使用することができる。
担体としては、例えばシリコーンカーバイト、シリカ、
アルファアルミナ、耐火物、グラファイト、チタニア等
の公知のものが挙げられる。
本発明の方法に使用される分子状酸素源としては、勿論
酸素を単独で使用することができるが、工業的には空気
が実用的である。
また、稀釈剤として反応に影響を及ぼさないガス、例え
ば水蒸気、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、飽
和炭化水素(例えばメタン、エタン、プロパン、フタン
、ペンタン等)等を反応系に導入しても良い。
原料ガス中のメタクロレインの濃度は1〜25容量%の
範囲が好ましく、またメタクロレインと酸素の比は1:
0.1〜25.0、好ましくは1:0.1〜20.0の
範囲が適当である。
反応温度は300〜500℃、好ましくは330〜45
0℃であり、また反応の接触時間(0℃、1気圧基準)
は0.1〜20秒、好ましくは0.1〜15秒の範囲が
好ましい成績を与える。
本発明の方法に於ては、反応圧力は特に重要な因子では
なく、高い圧力でも操作し得るが、大気圧或いは大気圧
よりやや高い圧力で操作することによって充分良好な結
果を得ることができる。
反応装置は、固定床、流動床、移動床等を採用すること
ができる。
また反応生成物は、既知の一般的な方法によって採取す
ることができる。
例えば、メタクリル酸を分離捕集するためには、凝縮器
によって凝縮液化して集める方法、溶剤によって捕集す
る方法等が用いられる。
以下に実施例によって本発明を具体的に説明するが、実
施例中のメタクロレインの転化率、メタクリル酸の収率
および選択率の定義は、次の通りである。
なお分析はすべてガスクロマトグラフによった。
実施例 1 (1)モリブデン酸アンモニウム212gを300ml
の水に加温溶解し、これにメタバナジン酸アンモニウム
11.7gを予め35.1gのシュウ酸を溶解した20
0mlの温水溶液に溶解して加え攪拌する。
これに更に、85%リン酸23gを50mlの水に溶解
した水溶液、硝酸カリウム、20.2gを200mlの
水に加熱溶解した水溶液、及び硝酸ストロンチウム10
.55gを200mlの水に溶解した水溶液とを加え、
撹拌しながら蒸発乾固する。
得られた組成物は430℃に保ったマツフル炉内で16
時間焼成した後粉砕し、4〜8メッシュに篩別して触媒
とする。
かくして得られた触媒組成中のMo:P:V:K:Sr
の原子比は、12:2:1:2:0.5である(触媒の
No.(1))。
同様にして硝酸ストロンチウムに換えて、Zn(NO3
)2・6H207.43g、Cd(NO3)2・4H2
O7.7g、Nb(HC2O4)513.45g、H3
BO33.1g、Pb(NO3)216.55g及び5
(NH4)2O・12WO3・5H2O26.1gを夫
々用いることによって触媒No.(2)〜(7)を調製
した。
また比較例として、一部の成分を削除して比較触媒No
.(c−l)〜No.(c−9)を調製した。
但し比較触媒の中、■成分を含まない触媒の焼成温度は
450℃とした。
また硝酸カリウムの代りに硝酸ナトリウムを使用した場
合、リン酸の代りにクロム酸アンモニウムまたは硝酸第
二鉄をそれぞれ使用した合についても同様にして触媒を
調製し(触媒No.(c−10)〜No.(c−12)
、アルカリ金属の種類及びリン成分の存否による触媒性
能への影響について調べた。
次に、触媒100mlを内径2.5cm、長さ60cm
のステンレス製反応管に充填し、金属浴で加熱し、メタ
クロレイン:O2:N2:H2O=1:1.5:17.
5:10(モル比)なる組成の原料ガスを接触時間1.
8秒(0℃、1気圧基準)で通し反応させた。
得られた結果を第1表に示す。
反応温度は、良い成績を示した時の触媒層の最高温度で
ある(以下同じ)。
従来から、Mo−P−V系触媒(c−9)、Mo−Cr
−V系触媒(c−11)、Mo−Fe−V系触媒(c−
12)はアク口レイン酸化用触媒として知られている(
特公昭46−22457号)が、これらの触媒系のメタ
イロレイン酸化反応における活性はきわめて不充分なも
のである。
またMo−P−V系触媒にナトリウムを組み合わせた場
合(c−10)には、同じアルカリ金属でありながら活
性が著しく劣り、全く実用に供することができない。
これに対し、Mo−P−V系触媒にKを組み合わせた場
合(c−1)には、メタクロレインの酸化触媒として特
異的に高活性を示す。
しかし、本発明の触媒系は、かかるMo−P−V−K系
触媒の性能をさらに上まわっている。
実施例 2 実施例1と同様にして、第2表に示すような組成をもつ
本発明触媒(No.(8)〜(14))を調製し、且つ
実施例1と同様の条件下で反応を行った。
また比較のため、実施例1と同様にして更に比較触媒N
o.(c−l3)〜(c−21)を調製し、実施例1と
同様の条件下で反応を行った。
得られた結果を第2表に示す。
実施例 3 実施例1に記載した触媒を使用して長時間連続反応を行
った例を第3表に示す。
反応条件は実施例1と同様である。
なお本反応では、浴温を一定にして行った。
第3表より、本発明触媒は長期間経過した時点において
もその触媒活性は殆んど低下せず、従って触媒寿命の長
い触媒であることがわかる。
しかし、カリウム成分が存在しない場合には、活性に劣
るばかりか活性寿命の面でも著しく劣っている。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 メタクロレインと分子状酸素とを含む混合気体を、
    (1)モリブデン、(2)リン、(3)バナジウム、(
    4)カリウム、(5)ストロンチウム、亜鉛、カドミウ
    ム、ニオブ、ホウ素、鉛及びタングステンよりなる群か
    ら選ばれる少くとも一種及び(6)酸素から成る触媒の
    存在下で気相接触反応せしめることを特徴とするメタク
    リル酸の製造方法。
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