JPS588895B2 - シヨクバイソセイブツ - Google Patents

シヨクバイソセイブツ

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JPS588895B2
JPS588895B2 JP49148537A JP14853774A JPS588895B2 JP S588895 B2 JPS588895 B2 JP S588895B2 JP 49148537 A JP49148537 A JP 49148537A JP 14853774 A JP14853774 A JP 14853774A JP S588895 B2 JPS588895 B2 JP S588895B2
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propylene
oxygen
ammonia
olefin
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タオ・ピン・リ
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Monsanto Co
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Monsanto Co
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Publication of JPS588895B2 publication Critical patent/JPS588895B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、元素としてアンチモニー、ウラニウム、鉄、
ビスマスおよびモリブデンそして場合によりニッケルま
たはコバルトを含有する改善されたオレフインを不飽和
アルデヒドまたはニトリルへ変換するための触媒に関す
る。
オレフインを酸化して酸素化された炭化水素例えば不飽
和アルデヒドおよび酸(例えばアクロレインおよびメタ
アクロレインならびにアクリルおよびメタアクリル酸)
となし得ることは周知である。
また、オレフインをアンモキシデーションして不飽和ニ
トリル例えばアクリロニトリルおよびメタアクリロニト
リルにできることも周知である。
そのような酸素化炭化水素および不飽和ニトリルの価値
は一般によく認められており、そしてアクリロニトリル
は有用な重合体生成物を生産する重合体産業に利用しう
る最も価値ある単量体の中に包含されるものである。
種々の接触法が、オレフインの酸化および/またはアン
モキシデーションに対して知られている。
そのような方法は、一般にオレフインまたはオレフイン
ーアンモニア混合物を気相において触媒の存在下に酸素
と反応させるものである。
アクロレインおよびアクリロニトリルの生産のためには
、プロピレンが一般に使用されるオレフイン反応成分で
あり、そしてメタアクロレインおよびメタアクリロニト
リルを生産するためには、イソブチレンが一般に使用さ
れるオレフイン反応成分である。
アンチモニーおよびウラニウムの酸化物より構成されて
いる触媒系およびそのような触媒を使用するオレフイン
の酸化およびアンモキシデーションは、米国特許第3,
1 9 8,7 5 0号および同第3,3 0 8,
1 5 1号各明細書中に記載されている。
これら米国特許明細書は、沈澱による触媒の調製を記載
しており、その場合元素の酸化物はスラリー中に含有さ
れており、これを濾過して可溶性塩を除去しそして濾過
ケーキとして触媒成分を回収するのである。
更に米国特許第3,3 2 8,3 1 5号明細書は
、鉄およびビスマスを含めて追加の元素による。
アンチモニー−ウラニウム含有基本触媒の変性を記載し
ている。
オレフインの接触酸化および/またはアンモキシデーシ
ョンにおいては触媒系の商業的有用性はその系のコスト
オレフインの変換率および所望住成物の収率ならびに操
作の間の触媒の安定性に高度に依存している。
多くの場合、1ポンド当りかペニーの程度の触媒系のコ
ストの減少または所望の生成物の収率の1%の増加およ
び/または触媒の安定性の改善は、膨大な商業的経済的
節約を与える。
従って、新規または改善された触媒系および新規または
旧知の触媒系のコストを低下させそして/または特定方
法におけるそのような触媒系の活性、選択性および安定
性を増加させる方法を定義するために研究努力が断えず
行なわれている本発明は、オレフインの接触酸化および
/またはアンモキシデーションにおいて特別の有用性を
有する、商業的な活性、選択性および安定性を有する元
素としてアンチモニー、ウラニウム、鉄、ビスマスおよ
びモリブデンそして場合によりニッケルまたはコバルト
を含有する改善された触媒系に関する。
本明細書に使用されている場合の「安定性」なる用語は
、所望の反応の間すなわちその酸化状態を保持するため
の減圧および/または逆の条件下において、所望の触媒
に対してその活性および選択性を保持するその触媒系の
能力を意味している従って、本発明の主たる目的は、酸
素、アンチモニー、ウラニウム、鉄、ビスマスおよびモ
リブデンそして場合によりニッケルまたはコバルトを含
有する改善された酸化および/またはアンモキシデーシ
ョン触媒系および改善されたオレフイン変換方法を提供
することである。
本発明の他の目的および利点は、本発明の開示から当業
者には明白となるであろう。
本発明によれば、元素としてアンチモニー、ウラニウム
、鉄、ビスマスおよびモリブデンそして場合によりニッ
ケルまたはコバルトをベースとした新規な酸化/アンモ
キシデーション触媒系が提供される。
これらの元素は酸素と結合した状態にあり、そして個々
の酸化物としてかまたは2種または数種の元素と酸素と
の錯体(コンプレックス)としてかまたは酸化物と錯体
との組合せとして存在しうる。
触媒系中に存在する元素の原子比は広範に変動しうる。
一般的に云って、この触媒は次の経験式 SbaUbFeoBidMooMefOg〔式中Meは
ニッケルまたはコバルトであり、aは1〜10であり、
bは0.1〜5であり、Cは0.1〜5であり、dは0
.001〜0.1であり、eは0.001〜0.1であ
り、fは0〜0.1であり、そしてgは存在する場合に
はNiおよびCoを含めてSb,U,Fe,Biおよび
Moの量の原子価をそれらが触媒中に存在する酸化状態
において満足するように選んだ数である〕によって定義
することができる。
この触媒は任意の既知方法によって製造することができ
、そして一般には、それらの元素の個々の酸化物または
塩から出発する。
この触媒を製造する現在のところ好ましい方法は、最初
にアンチモニー、ウラニウム、鉄およびビスマスの酸化
物または硫酸塩を硫酸と組合させることである。
硫酸アンチモニーが出発物質として使用される場合には
、それを硫酸を含む水に加えることができる。
元素の硫酸塩を酸化させ、または元素の酸化物を更に酸
化させるためには硝酸が使用される。
酸混合物が消化した後で、その混合物のpHを約8に調
整して次いで濾過する。
この混合物を濾過した後、その濾過ケーキ(濾塊)を約
100°Cないし約180℃の温度で乾燥させることが
できる。
触媒支持体を乾燥前に加えてもよい。
適当な乾燥温度は約100℃である。しかしながらこの
乾燥は、例えば約650℃までの一層高い温度で得るこ
ともできる。
この濾過ケーキの乾燥に必要な時間は1時間ないし約6
4時間までの範囲でありうる。
明らかに、選択される乾燥温度が必要な乾燥時間を決定
する。
より低い温度では、より長時間を必要とする。
またこの濾過ケーキは異なった温度で、例えば110℃
で2〜64時間そして次いで約250゜C〜約650’
Cの温度で2〜24時間乾燥させることができる。
この触媒の乾燥は、有利にはスプレー乾燥によって達成
することができる。
濾過ケーキを乾燥させた後、それを更に高温で加熱して
元素の活性触媒型を得る。
触媒のこの暇焼(カルシネーション)は約500°C〜
約1150℃の範囲の温度で行なわれる。
暇焼の時間は変動できそしてこれは使用される温度に依
存する。
一般に、指示された温度において1〜24時間の加熱期
間が充分である。
暇焼は酸素(空気)の存在下に行なうことができるが、
しかしこの触媒はまた、それを酸素の不存在下例えば窒
素雰囲気中で暇焼することによって活性ならしめること
もできる。
触媒のモリブデン成分は、他の元素の沈澱物と混合する
ことによって最初に加えることができ、またはそれは本
明細書の例1に詳記されているように、他の開示されて
いる元素を含有する調製された触媒の含浸によっても加
えることができる。
モリブデン成分を他の元素の沈澱と混合すべき場合には
、好ましくはモリブデンの塩例えばモリブデン酸ニッケ
ルまたはモリブデン酸コバルトが使用される。
触媒の活性および安定性は、ニッケルまたはコバルトの
存在によっては悪影響をうけることはない。
この触媒は支持体なしに使用することができ、そして秀
れた活性を示す。
それはまた支持体に組合せることができ、そして全組成
物の重量の好ましくは少くとも5%から約90%まで、
好ましくは5〜50%の支持体がこの場合には使用され
る,すべての既知の支持体物質例えば触媒の使用にあた
って遭遇する反応条件において安定なシリカ、アルミナ
、ジルコニア、アランダム、シリコンカーバイド、アル
ミナーシリカおよび無機燐酸塩、硅酸塩、アルミン酸塩
、硼酸塩および炭酸塩を使用することができる。
本発明の改善された触媒は、アンモニアの存在を伴なう
かまたは伴なうことなしにオレフインの変換に特別の有
用性を示す。
本発明の触媒による変換のための反応成分として使用さ
れるオレフインは、開鎖ならびに環式のものであり、そ
してこれらとしては例えばプロピレン、ブテンー1、ブ
テン−2、イソブテン、ペンテン−1、ペンテン=2、
3−メチルブテンー1、2−メチルブテン−2、ヘキセ
ン−1、ヘキセン−2、4−メチルペンテン−1、3,
3−ジメチルブテン−1、4−メチルペンテン−2、オ
クテン−1、シクロペンテン、シクロヘキセンその他が
あげられる。
特に、本発明の触媒が単に酸化触媒として使用される場
合には、それは特にアクロレインへのプロピレンの変換
およびメクアクロレインへのイソブチレンの変換に適応
している。
もちろんオレフインの混合物を使用することができ、そ
して他の炭化水素とのオレフインの混合物は本発明の方
法に適用することが可能である。
本発明の触媒をアンモキシデーション触媒として使用す
る場合には、前記のオレフインが適用可能である。
しかし、本発明の触媒は、特に250℃〜650℃にお
けるアンモニアおよび酸素の使用によるプロピレンのア
クリロニトリルへの変換に適応している。
供給原料中の酸素対オレフインのモル比は一般に0.5
:1〜4:1の範囲であり、その好ましい比は1:1〜
3:1である。
供給原料中のアンモニアのオレフインに対するモル比は
一般には0.5:1〜5:1の範囲であり、そして好ま
しくはそれはアンモニア:オレフインの1:1の化学量
論的比よりもわずかに上が使用される。
窒素供給化合物としてアンモニアが最も一般的に使用さ
れているけれども、反応条件下に分解して反応性窒素を
生成させる他の窒素含有化合物も使用することができる
純粋かまたは不活性物質との混合状態であるすべての酸
素源を本発明の方法においては使用することができる。
空気は本発明において使用するための満足すべき酸素源
である。
本発明の触媒系は、エチルベンゼンおよび酸素からスチ
レンを、フテンおよび酸素からブクジエンを、プロピレ
ンまたはイソブチレンおよび酸素からアクロレインまた
はメクアクロレインを、プロピレンまたはイソブチレン
、アンモニアおよび酸素からアクリロニトリルまたはメ
タアクリロニトリルを、2−メチルブテンー2および酸
素からイソプレンを、そして2−メチルブテンー2また
はイソプレン、アンモニアおよび酸素から2−シアノー
1、3−ブタジエンを合成するために有利に使用するこ
とかできる。
次の実施例は本発明の例示として与えられており、そし
てそれら自体そこに特定的に記載されている特定の物質
、量および操作変数に対して限定的であることを意図す
るものではない。
実施例中に使用されている場合、下記の表現は次の定議
を有している。
変換されたプロピレン(C3H6)%= 供給原料中のC3H6モル一流出物中のC3■山モルX
1. O O 供給原料中のC3H6モル アクリロニトリルへのプロピレン%= 生成ANモル XIOO 供給原料中のC3H6モル 実施例においては、特定の実1験操作においては反応器
Aまたは反応器Bが使用されている。
反応器Aは、約120mlの容積を有し且つその頂部に
は流出物から混入した触媒を除去するためのフリット化
ディスクそして底部には供給原料スパージャーを備えて
いる25mm外径の96%石英管より構成されている。
6mm外径の96%石英ガラスのサーモウエルが触媒床
の中心を貫いて反応器の底部に達している。
この反応器管状体をより大なる管で囲み、そして後者の
中には均一な熱分布を与えるために砂が流動されている
反応器Bは、底部に供給原料導入管路に接続した6本の
0.317 5cm外径の管より成る供給原料スパージ
ャーを備えそして頂部にはフランジつき密閉部材を備え
た91cm長さの8.05cm内径ステンレススチール
管より成っている。
反応器の中には、2.54cmサイクロン本体と1.2
7cmの浸漬脚(デイップレグ)を有する二重サイクロ
ン系がある。
生成物導出口は上方のサイクロンから頂部密閉部材を通
って延びている。
7.62cmの間隔をおいて複数個の4メッシュ・スク
リーンがこの反応器の下の%のところに位置している。
0.635cm外径管のサーモウエルが触媒床を貫いて
延びている。
この反応器管は、より大なる管で囲まれて、後者の中の
砂は熱の均一な分布を与えるように流動化されている。
反応器AおよびBは、制御されたヒンジ付き管状炉中に
置かれる。
反応成分たる各気体は予め混合されそしてスパージャー
系を経て反応器の底部に入れられる前に約420℃に加
熱される。
反応器からの流出ガスはクロマトグラフ分析の前に凝縮
するのを防ぐために加熱される。
例I 784.2gのSb203、269.4gのU303、
13.55gのB1203および533.6gのFe
S 04 ’7H20を4200mlの水に加え、次い
でこれに1193gの98%H2S04を加えることに
よって、アンチモニー、ウラニウム、鉄およびビスマス
よりなる触媒系を製造する。
この混合物を94゜Cの温度で約3時間撹拌する。
82.8gの70%硝酸をこの混合物に加え、次いでこ
れを1時間撹拌して各元素を更に酸化する。
混合物を冷却させた後、3部の水で希釈した58%水酸
化アンモニウムでpHを約8に調整する。
沈澱が生成した後に、このスラリーを真空炉過しそして
その沈澱物を16lの水で洗う。
この沈澱物を1200mlの水で再度スラリー化し、そ
して233.1のシリカゾル(30%SiO2)と混合
し、そしてこのスラリーをスプレー乾燥に適当な粘度が
得られるまで加熱する。
このスラリーを次いでスプレー乾燥する。この乾燥され
た触媒の一部を900℃で1時間酸素の存在下に流動さ
れた状態で暇焼する。
この触媒の暇焼部分は、Sbl−85 UO−33 F
’eO−66 Bi0−02−35%Si02の式を
有している。
この触媒を、例■の比較部分に使用するためにとってお
く。
乾燥触媒の第2の区分量を暇焼の後でこの触媒1000
g当り5.086gの(NH4)6M07024・4H
20および7 8 5 mlの水の混合物で含浸する。
この含浸触媒を110℃のオーブンで約16時間乾燥さ
せ、次いで酸素の存在下に2時間550℃で暇焼する。
この触媒の焙焼した部分はSb1.85U0.33 F
’eO−66 13tO’02 MoO−02 3
5%S iO 2の式を有している。
例■ 例Iに従って製造されたモリブデンで変性した触媒系お
よび変性されていない触媒系を、反応器Aを用いてのア
クリロニトリルへのプロピレンおよびアンモニアの変換
に使用する。
これら比較実験操作における原料組成は8.9%アンモ
ニア、8.5%プロピレン、173%酸素および65,
3%ヘリウムである。
各操作においては温度は約465℃であり、そしてその
圧力は1 1 7 Kpa ( 1 7ps ig)で
ある。
各実験操作における原料供給速度は、プロピレンの負荷
が0. 0 5 2 kg/kg触媒/時となるような
ものである。
この結果は表1に与えられている。
前記実施例は、加圧操作下において未変性触媒に比較し
た場合の本発明のモリブデン変性触媒系の改善されたア
ンモキシデーション活性、改善された安定性およびアク
リロニトリル収量の改善を示している。
例■ 例■に従って製造されたモリブデン変性触媒系を、前記
反応器Bを使用する1 17Kpa( 17 psig
)の圧力におけるアクリロニトリルへのプロピレンおよ
びアンモニアの変換に使用する。
この反応器に仕込まれた原料組成物は9.7空気:1プ
ロピレン:1.05アンモニアの比を有している。
この反応器に、最初に2000lの原料組成物を仕込み
そして原料供給速度は24l/分(STP)である。
触媒損失の故に、試験Bに対する接触時間は試験Aに対
する5,4に比して2.85であり、そして試験Bに対
するプロピレン負荷は試験Aに対す?0. 0 4 5
kg/ kg触媒/時に比して、0. 0 8 6
kg/kg触媒/時である。
接触時間は触媒重量 (g) とし STPにおける供給原料流れ速度(ml/秒)で決定さ
れる。
他の処理データおよび結果は表■に与えられている。
前記実施例は、MO変性触媒が長い操作時間にわたって
そして種々のプロピレン負荷において有効且つ安定であ
ることを示している。
例■ 例Iに従って製造されたモリブデン変性触媒系を、前記
反応器Bを使用した117Kpa (17 psig)
の圧力下におけるアクリロニトリルへのプロピレンおよ
びアンモニアの変換に使用する。
1500gの触媒を含有するこの反応器に仕込まれた原
料組成物は9.77空気:1プロピレン:1アンモニア
の比を有している。
接触時間は3.75であり、そしてプロピレン負価は0
. 0 6 8 s kg/kg触媒/時である。
他の処理データおよび結果は表■に与えられている。
?記実施例は、MO変性触媒が高水準のプロピレン負荷
における長期間操作にわたって有効且つ安定であること
を示している。
例■ 最初に例■に使用されている方法に従って、Sbx・s
5Uo・33 FeO’66 Bib・02 3
5%S i0 2の式を有するスプレー乾燥直前の基本
触媒を製造し、以下の処理を行なうことによって3種の
触媒を製造する。
A.100gの基本触媒スラリーを、100gの水に溶
解させた5.086gの(NH4)a Mo 7 02
4 ’4H20と混合し、次いでスプレー乾燥させる
この触媒はSb1.s5UO−33 F’eO’66
}3’O”02Mo .。
2−35%Si02の式を有している。このスプレー乾
燥した触媒を8%酸素雰囲気を使用して850℃で2時
間暇焼する。
B.666.9の基本触媒スラリーを、4.544gの
粉未CoMo04・4H20と混合し、次いでこれをス
プレー乾燥させる。
この触媒はSbl.85Uo−ss F’eO−66
13i0−02 CO0.02 MOO−02 35
%Si02の式を有している。
このスプレー乾燥させた触媒を8%酸素雰囲気を使用し
て850℃で1時間暇焼する。
C.8.375.9のco(N03)2・6H20を5
0mlの水に溶解させる。
別に4.14:lのM003を40mlの水に溶解させ
てこれに4.75mlの濃NH40Hを加え次いでpH
が7になるまで過剰のNH3を加熱蒸発させる。
前者のコバルト溶液と後者のモリブデン溶液とを混合し
、そしてこの混合物を1時間沸騰させてCoMo04を
完全に沈澱させ、そしてこの沈澱を水洗し次いで100
mlの水にそれを懸濁させる。
このようにすることによってCoMo046. 8 2
3gが製造され、このものと666gの基本触媒スラ
リーを混合する。
この触媒スラリーをスプレー乾燥させる。
これはSb1.s5U0.33 Feo−66 131
0”02 coo−03MO0.03−35%SiO
2の式を有している。
このスプレー乾燥した触媒を8%酸素雰囲気中で850
℃で1時間蝦焼する。
例■ 例Vの触媒を反応器Aを用いてアクリロニトリルへのプ
ロピレンとアンモニアの変換に使用する。
使用される供給原料組成は8.6%アンモニア、8.2
%プロピレン、16.6%酸素および66.6%ヘリウ
ムである。
各実験操作においては反応器は70gの触媒を含有して
おり、そして接触時間は5である。
他の反応変数および結果は表■に与えられている。
前記実施例はコバルトで更に変性したMo変性触媒が長
期間の操作にわたって有効且つ安定であることを示して
いる。
例■ 例IのMo変性触媒系を、前記の装置を使用したメタア
クリロニトリルへのイソブチレンの変換に使用する。
すべて容量基準で8.9%アンモニア、8.5%イソブ
チレン、17.5%酸素および65.1%ヘリウムの原
料組成物と共に各触媒を500℃の温度および大気圧下
に使用してメタアクリロニトリルが得られる。
例■ 前記の装置を使用して例■のMo変性触媒系をアクロレ
インへのプロピレンの変換に使用する。
7.0%プロピレン、11%酸素および82%ヘリウム
(すべて容量基準)の原料組成物と共に各触媒を500
℃の温度および大気圧で使用してアクロレインを得る。
例■ coMo04の代りにモリブデン酸ニッケルを使用して
例V−Bのものと同様の触媒を製造する。
このニッケル変性触媒を使用してアンモニアおよび酸素
の存在下にプロピレンをアクリロニトリルに変換する。
例X 上部にガラス濾板および底部に供給スパージャーを備え
た内径3.81cm,長さ182.9cmのステンレス
スチール管からなる反応器を使用して、例■のMo変性
触媒を86KPaの圧力および4200Cの温度でのプ
ロピレンのアクロレインへの酸化のために用いた。
電気加熱コイルによって熱分布を維持した。
前記反応器へ仕込まれた供給組成は空気11:プロピレ
ン1の比率を有していた。
反応器に最初379.5gの触媒を仕込んだ。
供給速度は1 0. 6 7 cm/ secでありそ
して接触時間は3秒であった。
結果は以下のとおりであった。前記実施例から、本発明
の触媒系が高圧で使用された場合に活性、選択性および
安定性を示すことが明白に認められる。
また前記実施例から、本発明の触媒が反応成分の高い負
荷において有効に働くことも認められる。
単位時間当り一層犬量の反応成分を接触作用する触媒の
能力は、現在知られているアンモキシデーション触媒に
比してかなりの経済的利点を提供する。
商業的に云えば、本発明の触媒は反応器を一層小型に設
計することを可能ならしめ、あるいはまた存在する反応
器中においてより大量の生成物を製造することを可能な
らしめる。
本明細書中に記載されている改善された触媒および方法
においては、種々の変形を行ないうることは当業者には
明白であろう。
以下に本発明により開示される新規な技術的事項を要約
して示す。
1.式 SbaUbFeoBi(I MoeMefOg(式中M
eはニッケルまたはコバルトであり、aは1〜10であ
り、bは0.1〜5であり、Cは0.1〜5であり、d
は0.001〜0.1であり、eは0.001〜0.1
であり、fはO〜0.1でありそしてgは触媒中に存在
している酸化状態におけるSb , U , Fe ,
BiおよびMoそして存在する場合にはNiおよびC
o量の原子価を満足させるように選ばれる数である)に
より表わされる酸化状態における元素としてアンチモニ
ー、ウラニウム、鉄、ビスマスおよびモリブデンそして
場合によりニッケルまたはコバルトを含有することを特
徴とする酸化および/またはアンモキシデーション触媒
系。
2.全組成物の5〜50重量%を構成する支持体物質と
組合せた前記第1項記載の触媒組成物。
3.支持物質がシリカである前記第2項記載の触媒組成
物。
4.前記第1項記載の触媒の存在下にオレフインを酸素
と接触させることからなるオレフインの変換方法。
5.250〜650℃の気相で行なわれそしてオレフイ
ン対酸素のモル比が0.5:1〜4:1の範囲である前
記第4項記載のオレフインの変換方法。
6.アンモニアが存在しておりそしてアンモニア対オレ
フインのモル比が05:1〜5:1である前記第5項記
載のオレフインの変換方法。
7.オレフインがプロピレンである前記第6項記載のオ
レフイン変換方法。
8.250〜650℃の温度で0.5:1〜4:1のオ
レフイン対酸素モル比における酸素および場合により0
.5:1〜5:1のアンモニア対オレフインモル比にお
けるアンモニアの存在下において、オレフインを5〜5
0重量%のシリカ支持体物質と組合せた前記第1項記載
の触媒に接触させることを特徴とするオレフインの変換
方法。
9,オレフインがプロピレンである前記第8項記載のオ
レフインの変換方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1式 SbaUbFeoBidMooMefO2(式中Meは
    ニッケルまたはコバルトであり、aは1〜10であり、
    bは0.1〜5であり、Cは0.1〜5であり、dは0
    .001〜0.1であり、eは0.001〜0.1であ
    り、fはO〜0.1でありそしてgは触媒中に存在して
    いる酸化状態におけるSb1U, Fe, Biおよび
    Moそして存在する場合にはNiおよびCo量の原子価
    を満足させるように選ばれる数である)により表わされ
    る酸化状態における元素としてアンチモニー、ウラニウ
    ム、鉄、ビスマスおよびモリブデンそして場合によりニ
    ッケルまたはコバルトを含有することを特徴とする、オ
    レフインを不飽和アルデヒドまたはニトリルへ変換する
    ための触媒系。
JP49148537A 1973-12-27 1974-12-26 シヨクバイソセイブツ Expired JPS588895B2 (ja)

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