JPS6121459B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6121459B2
JPS6121459B2 JP53095796A JP9579678A JPS6121459B2 JP S6121459 B2 JPS6121459 B2 JP S6121459B2 JP 53095796 A JP53095796 A JP 53095796A JP 9579678 A JP9579678 A JP 9579678A JP S6121459 B2 JPS6121459 B2 JP S6121459B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
isobutylene
range
present
methacrolein
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53095796A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5522639A (en
Inventor
Tsutomu Katsumata
Tetsuo Dosono
Makoto Pponda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP9579678A priority Critical patent/JPS5522639A/en
Publication of JPS5522639A publication Critical patent/JPS5522639A/en
Publication of JPS6121459B2 publication Critical patent/JPS6121459B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、イソブチレンまたはイソブチレンと
ターシヤリーブタノールの混合物および酸素をシ
リカに担持されたモリブデン、ビスマス、鉄を含
む多重促進酸化物触媒の存在下に、高温で気相接
触させてメタクロレインを製造する方法に関す
る。 高温気相でイソブチレンと酸素を触媒に接触さ
せてメタクロレインを製造する方法は公知であ
り、これまでに極めて多くの触媒が提案されてい
る。たとえば特公昭50−1241号公報で開示された
モリブデン、ビスマス、鉄、およびナトリウムま
たはカリウムからなる金属の酸化物触媒が知られ
ているが、この触媒は活性が低く工業的に実施す
る上で満足すべきものではない。 本発明らは、イソブチレンまたはイソブチレン
とターシヤリーブタノールの混合物の酸化によつ
てメタクロレインを製造するための工業触媒、特
に流動層反応器用として適し、高活性、高選択性
を有し、かつ寿命の長い触媒を開発すべく上記触
媒系の構造および作用について鋭意研究を進めた
結果、モリブデン、ビスマスおよび鉄の成分組成
を極めて狭い範囲に限定し、かつ微量の必須成分
としてカリウム、ルビジウムおよびセシウムから
選ばれる一種以上の元素を用いることによつて活
性、特に選択性が大きく向上すること、触媒中の
モリブデンの相対量を比較的少なくし、かつナト
リウムを用いることによつて触媒からのモリブデ
ンの昇華逃散性が抑制されること、および担体成
分としてシリカを選択し、かつ少量のリンを用い
ることによつて触媒に強い耐摩耗性が付与される
ことを見出し、これらの知見に基づいて本発明を
完成するに至つた。 すなわち、本発明は、イソブチレンまたはイソ
ブチレンとターシヤリーブタノールの混合物を触
媒の存在下に酸素と高温で気相接触させてメタク
ロレインを製造するに当り、一般組成式 AaMoBibFefNaoPpOq 〔式中、Aはカリウム、ルビジウム、セシウム
の中から選ばれる1種以上の元素、a、b、f、
n、pおよびqはそれぞれモリブデン1原子に対
する元素成分A、ビスマス、鉄、ナトリウム、リ
ンおよび酸素の原子比率を表わし、aは0.002〜
0.06の範囲の数、bfおよびnはそれぞれ式 b=(1−X)(1−Y)(1−Z)/Y+1/2Z+
p、 f=X(1−Y)(1−Z)/Y およびn=1/2Zで決定される数であつて、こゝに X、Yは(0.45,0.35)、(0.45,0.65)、(0.85,
0.50)、(0.85,0.65)の4つの座標点を結んでで
きる四角形の内部にある数、Zは0〜0.6の範囲
の数、pは0〜0.2の範囲の数およびqは触媒中
の元素の原子価を満足する酸素の原子数であ
る。〕 で示される組成物を30〜70重量%のシリカに担持
させた触媒を使用することを特徴とするメタクロ
レインの製造法を提供するものである。 本発明の触媒における任意成分であるナトリウ
ムおよびまたはリンを含む場合は、X線回析等の
測定から、ナトリウムあるいはリンの一部は勿
論、他の形態でも存在しうるが、主に化合物Bi0.
5Na0.5MoO4あるいはBiPO4として存在することが
判明した。この場合における本発明の触媒の一般
組成式 AaMoBibFefNaoPpOqは、Bi0.5Na0.5MoO4
BiPO4を構成単位として次式のように表現しうる Mo(1−Z)Bi(1−X)(1−Y)(1−Z)/Y
Fe X(1−Y)(1−Z)/Y (Bi0.5Na0.5MoO4) ZAa(BiPO4)pOq この式においてZは触媒中の全モリブデンのう
ちBi0.5Na0.5MoO4中のモリブデンの占める分率を
表わす。また、XおよびYは触媒の有効成分のう
ちBi0.5Na0.5MoO4、AおよびBiPO4を除く他の構
成部分 MO(1−Z)Bi(1−X)(1−Y)(1−Z)/Y FeX(1−Y)(1−Z)/Yにおいて、モリブデン
、ビス マスおよび鉄の原子数をそれぞれNMO、NBiおよ
びNFeとするとき X=NFe/NBi+NFe、Y=NMp/NMp+N
Bi+NFeで定義される 分率を表わす。 本発明の触媒は、効果的な作用および特性を得
るために、上記の構成にみられるように成分の組
成割合が極めて限定的であり、特に不可欠の微量
成分Aを含有することを特徴としている。成分A
を含まない触媒においては、メタクロレイン選択
率が比較的低いばかりでなく、接触時間を長くす
ることによつてイソブチレンの転化率を高めよう
とするにつれて、生成するメタクロレインの一部
が二次分解を受け選択率が大きく減少する。 A成分を含む本発明の触媒を用いる場合は、実
質100%に近いイソブチレンの転化率においても
大きな選択率が保持される。本発明のA成分の量
は、前記の定義された指数を用いてa=0.002〜
0.06の範囲から選択されるが、好ましくはa=
0.002〜0.03の範囲である。成分Aはカリウム、
ルビジウムおよびセシウムから選ばれる1種また
はこれらの組合せとして用いうる。ルビジウムま
たはセシウムを単独で用いる場合は、カリウムよ
りも少ない量で同等のメタクロレン選択率を向上
させる効果がある。使用する成分Aの量が本発明
の範囲を超える場合は、イソブチレンの転化速度
が小さくなり、またメタクロレイン選択率も低下
する。 本発明の触媒の有効成分のうちBi0.5Na0.
5MoO4、成分AおよびBiPO4を除く他の構成元
素、モリブデン、ビスマスおよび鉄において、ビ
スマスに対する鉄の分率を表わす指数Xと、モリ
ブデンの相対割合を表わす指数Yは、X、Y座標
において4つの座標点(0.45,0,35)、(0.45,
0.65)、(0.85,0.50)および(0.85,0.65)を結
ぶ四角形の内部の範囲から選ばれる。X、Yの組
合せがこの範囲外にある場合は、たとえA成分の
添加があつても高いメタクロレインの選択率を得
ることはできない。Yの値がこの範囲を超えて大
きい場合はメタクロレイン収率が低いばかりでな
く、モリブデンの逃散が顕著になり、反応系の閉
塞等のトラブルの原因となる。 本発明における触媒の任意成分の1つであるナ
トリウムの使用量は、Bi0.5Na0.5MoO4の相対割合
を表わす指数を用いてZ=0〜0.6の範囲から選
ばれる。特に好ましくはZ=0〜0.45の範囲であ
る。 X、Yの値が本発明の限定された範囲にあつ
て、かつ本発明範囲の微量のA成分を含むなら
ば、ナトリウムが存在しない場合、すなわちZ=
0においても優れた活性、選択性を有する触媒が
得られる。しかし、Yの値が本発明の範囲にあつ
て0.55〜0.65と比較的大きい場合は、モリブデン
の逃散度が相対的に大きくなるが、このような触
媒系へのナトリウムの添加は、モリブデンの逃散
を効果的に抑制する。Yの値が比較的小さい場合
は、ナトリウムの添加がなくても、モリブデン逃
散度は十分抑制されており、工業的実施に供しう
る。触媒を長時間安定に使用するために、モリブ
デンの逃散を抑制する必要があり、そのためには
Zの値は本発明の範囲で十分である。この範囲を
超えて用いる場合は、高価なビスマスとモリブデ
ンを消費するばかりでなく、メタクロレイン収率
も低下する。 本発明で使用する触媒においては、担体として
シリカが用いられる。シリカは他の担体に比較し
てそれ自身不活性であり、触媒自体の選択性を殆
んど損うことなくバインダーとしての効果を発揮
し、触媒に高い耐摩耗性を付与する。他の担体、
たとえばチタニアあるいはジルコニアを本発明で
使用する触媒に適用する場合は、バインダーとし
ての効果が極めて小さく、またアルミナを用いる
場合は、バインダー効果はあつても触媒の選択性
が大きく低下する。また本発明で使用する触媒
に、たとえ1重量%のアルミニウムが含まれても
選択率が低下する。使用するシリカの量は、30〜
70重量%の範囲から選択される。特に好ましくは
40〜60重量%である。シリカの使用量が30重量%
以上で強い耐摩耗度が得られる。しかしながら、
70重量%を超えている場合は、触媒活性成分が稀
釈され十分な活性が得られないばかりでなく、大
きく選択率も減少する。 他の任意成分であるリンの使用量は、BiPO4
相対割合を表わす指数を用いてp=0〜0.2の範
囲から選ばれる。本法の触媒にこの範囲の少量の
リンを添加することによつて、触媒の耐摩耗強度
をさらに向上させることができる。リンの添加は
後述の触媒製造工程の原料スラリーの調製におい
て、スラリー中の懸濁質の粒度を微細化し、その
分散性を向上させる。これによつて担体シリカ源
として好適に用いられるシリカゾルと有効成分が
スラリー中で均質な混合状態になり、触媒の最終
形態において優れた体摩耗性強度が得られるもの
と考えられる。リンは本発明の範囲を超えて用い
ることができるが、耐摩耗強度がより以上増大す
ることはない。リンは最終の触媒形態において主
にBiPO4として存在するので、多量のリンを用い
ることは高価なビスマスを消費することになり有
利でない。 触媒を工業的に使用する場合、反応条件下にそ
の作用が長期に持続するものでなければならな
い。本発明における触媒は、上記の如く、単に使
用初期の活性、選択性が改良されているばかりで
なく、この観点から要請される特性、すなわち、
触媒成分の安定性および優れた耐摩耗強度が付与
されているものであり、長期にわたつて高い活
性、選択性が維持される。 本発明のメタクロレインの製造は、流動層反応
器あるいは固定層反応器のいずれでも実施でき
る。一般に流動層反応器を用いる場合は、除熱が
容易で均一な反応温度が得られ、大規模の生産に
適する。一般に触媒を流動層反応器内で用いると
き、触媒粒子間あるいは粒子と器壁間の衝突によ
つて摩耗されるが、本発明における触媒はそれに
十分耐えうるものである。 本発明における触媒は、先ず原料スラリーを調
製し、次いで該スラリーを噴霧乾燥し、最後に該
乾燥品を熱処理焼成するという三つの工程を経て
好適に製造することができる。触媒の担体シリカ
源としてはシリカゾルを、またリン源としてはリ
ン酸を好適に用いることができる。モリブデン、
ビスマス、鉄、ナトリウム、カリウム、ルビジウ
ムおよびセシウム源としては、水または硝酸に可
溶なアンモニウム塩、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩あ
るいは有機酸塩の形で用いることが望ましい。特
にモリブデン源としてはそのアンモニウム塩の形
で、またビスマス、鉄、ナトリウム、カリウム、
ルビジウムおよびセシウム源としては、それぞれ
の硝酸塩の形で用いるのが好適である。 原料スラリーの調製は、先ずシリカゾルに、か
きまぜながらリン酸を、次いでモリブデン酸アン
モニウムの水溶液を加え、最後に希硝酸に硝酸ビ
スマス、硝酸第二鉄、硝酸ナトリウムおよび硝酸
カリウム、硝酸ルビジウムあるいは硝酸セシウム
から選ばれる一種以上を溶解した混合液を加える
ことによつて好適に行いうる。こゝにシリカコロ
イドゾルに均一に分散した微粒懸濁質のスラリー
が得られる。この調製過程でリンを添加しない場
合は、沈降性の強い不均一なスラリーとなる。 次いで該スラリーは、公知の噴霧乾燥装置を用
いて乾燥することにより、球状の乾燥微粒子とし
て得られる。原料スラリーの噴霧化は通常工業的
実施に用いられる遠心方式、二流体ノズル方式あ
るいは高圧ノズル方式のいずれによつても行いう
るが、特に遠心方式が好適である。粒子径は遠心
方式においてはデイスクの回転速度およびスラリ
ーの供給速度を調節することによつて、流動層反
応器に用いるに適した10〜150ミクロンの間に分
布させることができる。 最後に該乾燥品は、通常のトンネル型あるいは
ロータリー型のキルンを用いて熱処理焼成され
る。焼成温度は600〜750℃、好ましくは620〜730
℃の範囲で行いうる。焼成時間は焼成温度によつ
て変化しうるが、1〜20時間の範囲で選ばれる。 原料のイソブチレンおよびターシヤリーブタノ
ールは、必ずしも高純度である必要はなく、若干
の不純物が入つていても使用できる。 酸素源としては、通常空気を使用する。イソブ
チレンと空気の容積比は、1:8〜20、特に1:
9〜15の範囲が好ましい。また必要に応じ、水蒸
気もしくは不活性ガスを導入できる。 反応温度は360〜500℃、特に380〜430℃の範囲
が好ましい。反応圧力は常圧でもよいが、必要な
らば加圧下に行いうる。原料混合ガスと触媒との
接触時間は0.3〜15秒、好ましくは0.5〜10秒の間
である。 本発明の方法は前記したように特定組成の触媒
を使用することにより、イソブチレンまたはイソ
ブチレンとターシヤリーブタノールの混合物の酸
化によるメタクロレインの選択性を著しく向上さ
せ、また触媒自体の長期安定性および耐摩耗性の
向上を図つた工業的規模の実施に極めて有利な方
法である。 以下、実施例により本発明をさらに詳細に述べ
る。 実施例 (1) 触媒の製造 組成指数がX=0.7、Y=0.54、Z=0.a(k)=
0.006、p=0.1であり、50重量%のシリカに担持
された触媒、すなわちその活性成分の実験式が
MoBi0.36Fe0.60K0.006P0.1Oqである触媒を次のよ
うにして製造した。 30重量%のSiO2を含むシリカゾル(日産化学
製のスノーテツクスN)5000gをとり、かきまぜ
ながらこれに85重量%のリン酸61.2gを加え、次
いで水2400gに7―モリブデン酸アンモニウム
〔(MH46Mo7O24・4H2O〕948gを溶解した液を
加え、最後に予め1000gの13.3重量%の硝酸に、
921gの硝酸ビスマス〔Bi(NO33・5H2O〕、
1293gの硝酸第二鉄〔Fe(NO33・9H2O〕、およ
び3.26gの硝酸カリウム〔KNO3〕を溶解した混合
液を加えた。こゝに得られる原料スラリーを並流
式の噴霧乾燥器に送り、乾燥した。原料スラリー
の噴霧化は乾燥器上部中央に設置されたところ
の、皿型回転子を備えた遠心式噴霧化装置を用い
て行つた。得られた乾燥粉体はトンネル型キルン
で焼成して触媒を得た。これを触媒1とする。 同様の方法により、その他34種類の各種組成の
触媒を製造した。 これらの触媒を以下のイソブチレンの酸化試験
モリブデン逃散試験および摩耗度試験に供した。 (2) イソブチレンの酸化反応試験(A) (1)で調製した各種触媒600gをそれぞれ16メツ
シユのステンレス金網を内蔵した直径が3インチ
の流動層反応器に投入し、反応温度を400℃およ
び反応圧力をゲージ圧で0.5Kg/cm2に保ち、イソブ
チレン、水蒸気および空気の容積比が1:3:13
の混合ガスをNTP換算で毎時420の速度で送つ
た。反応条件下における接触時間は3.1秒であつ
た。 この反応の試験結果を、使用した触媒の組成と
共に第1表に示す。 (3) イソブチレンの酸化反応試験(B) (1)で調製した各種触媒1gを内径8mmのガラス
製反応管に充てんし、これを380〜400℃に保ち、
この中にイソブチレン、酸素および水蒸気をモル
比が1:2:3になる割合で混合したガスを、イ
ソブチレン濃度が3容量%になるまでヘリウムで
希釈し、接触時間が1〜1.5秒になる速度で通し
た。この際の反応圧力は大気圧であつた。 この反応の試験結果を、使用した触媒の組成と
共に第2表に示す。 なお、実施例中のルビジウムとセシウム源とし
ては、いずれも硝酸ルビジウムと硝酸セシウムを
使用した。またナトリウム源としては、いずれも
硝酸ナトリウムを使用した。 また、第1表、第2表におけるイソブチレンの
全転化率、メタクロレインの収率は、次の定義に
よつて求めたものである。 イソブチレンの全転化率(%) =反応したイソブチレンのカーボン重量/供給したイソ
ブチレンのカーボン重量×100 メタクロレインの収率(%) =生成したメタクロレインのカーボン重量/供給したイ
ソブチレンのカーボン重量×100
The present invention produces methacrolein by vapor phase contact of isobutylene or a mixture of isobutylene and tertiary butanol and oxygen in the presence of a multipromoted oxide catalyst containing molybdenum, bismuth, and iron supported on silica at elevated temperatures. Regarding the method. A method for producing methacrolein by bringing isobutylene and oxygen into contact with a catalyst in a high-temperature gas phase is known, and a large number of catalysts have been proposed so far. For example, a metal oxide catalyst consisting of molybdenum, bismuth, iron, and sodium or potassium is known as disclosed in Japanese Patent Publication No. 50-1241, but this catalyst has low activity and is not satisfactory for industrial implementation. It's not something you should do. The present inventors have proposed an industrial catalyst for the production of methacrolein by the oxidation of isobutylene or a mixture of isobutylene and tertiary-butanol, which is particularly suitable for fluidized bed reactors, has high activity, high selectivity and has a long life. As a result of intensive research into the structure and function of the above-mentioned catalyst system in order to develop a long-lasting catalyst, we limited the composition of molybdenum, bismuth, and iron to an extremely narrow range, and selected a small amount of potassium, rubidium, and cesium as essential components. The activity, especially the selectivity, is greatly improved by using one or more elements that are present in The present invention was completed based on these findings. I came to the conclusion. That is, in the present invention, in producing methacrolein by contacting isobutylene or a mixture of isobutylene and tertiary-butanol with oxygen at high temperature in the presence of a catalyst in a gas phase, the general compositional formula A a MoBi b Fe f Na o P is obtained. p Oq [wherein A is one or more elements selected from potassium, rubidium, cesium, a, b, f,
n, p and q each represent the atomic ratio of elemental component A, bismuth, iron, sodium, phosphorus and oxygen to one molybdenum atom, and a is 0.002 to
Numbers in the range 0.06, bf and n are respectively the formula b=(1-X)(1-Y)(1-Z)/Y+1/2Z+
p, f=X(1-Y)(1-Z)/Y and n=1/2Z, where X and Y are (0.45, 0.35), (0.45, 0.65) , (0.85,
0.50), (0.85, 0.65), Z is a number in the range of 0 to 0.6, p is a number in the range of 0 to 0.2, and q is the element in the catalyst. is the number of oxygen atoms that satisfies the valence of . ] Provides a method for producing methacrolein, characterized by using a catalyst in which 30 to 70% by weight of the composition shown in the following is supported on silica. When the catalyst of the present invention contains sodium and/or phosphorus, which are optional components, measurements such as X-ray diffraction show that some of the sodium or phosphorus may of course exist in other forms, but mainly the compound Bi 0 .
It was found that it exists as 5 Na 0 . 5 MoO 4 or BiPO 4 . In this case, the general compositional formula A a MoBi b Fe f Na o P p O q of the catalyst of the present invention is Bi 0.5 Na 0.5 MoO 4
Mo (1-Z) Bi (1-X) (1-Y) (1-Z)/Y can be expressed as the following formula using BiPO 4 as a constituent unit.
Fe _ _ _ _ _ _ _ _ .5 Represents the fraction of molybdenum in MoO 4 . In addition, X and Y are Bi 0.5 Na 0.5 MoO 4 among the active components of the catalyst, and other constituent parts excluding A and BiPO 4 MO (1-Z) Bi (1-X ) (1-Y) ( 1 - Z ) / Y Fe +N Fe , Y=N Mp /N Mp +N
Represents the fraction defined by Bi +N Fe . In order to obtain effective action and characteristics, the catalyst of the present invention is characterized in that the composition ratio of the components is extremely limited as seen in the above configuration, and in particular it contains an essential trace component A. . Component A
Not only is the methacrolein selectivity relatively low for catalysts that do not contain the The selection rate decreases significantly. When using the catalyst of the present invention containing component A, a large selectivity is maintained even at substantially 100% isobutylene conversion. The amount of component A of the present invention is determined from a=0.002 to
selected from the range of 0.06, preferably a=
It ranges from 0.002 to 0.03. Component A is potassium,
One type selected from rubidium and cesium or a combination thereof can be used. When rubidium or cesium is used alone, it has the same effect of improving methachlorolene selectivity with a smaller amount than potassium. If the amount of component A used exceeds the range of the present invention, the conversion rate of isobutylene will decrease and the methacrolein selectivity will also decrease. Among the active ingredients of the catalyst of the present invention , Bi 0.5 Na 0 .
5 Regarding MoO 4 , component A and other constituent elements other than BiPO 4 , molybdenum, bismuth, and iron, the index X representing the fraction of iron to bismuth and the index Y representing the relative ratio of molybdenum are Four coordinate points (0.45, 0, 35), (0.45,
0.65), (0.85, 0.50), and (0.85, 0.65). If the combination of X and Y is outside this range, a high methacrolein selectivity cannot be obtained even if component A is added. If the value of Y is larger than this range, not only will the yield of methacrolein be low, but also the escape of molybdenum will be significant, causing troubles such as clogging of the reaction system. The amount of sodium, which is one of the optional components of the catalyst in the present invention, is selected from the range of Z= 0 to 0.6 using an index representing the relative proportion of Bi 0.5 Na 0.5 MoO 4 . Particularly preferably, Z=0 to 0.45. If the values of X and Y are within the limited range of the present invention and contain a trace amount of component A within the range of the present invention, when sodium is not present, that is, Z=
A catalyst having excellent activity and selectivity can be obtained even at 0. However, if the value of Y is relatively large within the range of the present invention, such as 0.55 to 0.65, the degree of escape of molybdenum will be relatively large, but the addition of sodium to such a catalyst system will reduce the escape of molybdenum. effectively suppress. When the value of Y is relatively small, the degree of molybdenum escape is sufficiently suppressed even without the addition of sodium, and it can be used for industrial implementation. In order to use the catalyst stably for a long time, it is necessary to suppress the escape of molybdenum, and for this purpose, the value of Z is sufficient within the range of the present invention. If used in excess of this range, not only will expensive bismuth and molybdenum be consumed, but also the yield of methacrolein will decrease. In the catalyst used in the present invention, silica is used as a carrier. Silica itself is inert compared to other carriers, exhibits the effect of a binder without substantially impairing the selectivity of the catalyst itself, and imparts high wear resistance to the catalyst. other carriers,
For example, when titania or zirconia is applied to the catalyst used in the present invention, the effect as a binder is extremely small, and when alumina is used, even though it has a binder effect, the selectivity of the catalyst is greatly reduced. Furthermore, even if the catalyst used in the present invention contains 1% by weight of aluminum, the selectivity will decrease. The amount of silica used is 30~
Selected from a range of 70% by weight. Especially preferably
It is 40-60% by weight. Silica usage is 30% by weight
Strong wear resistance can be obtained with the above conditions. however,
If it exceeds 70% by weight, not only will the catalytic active component be diluted and sufficient activity will not be obtained, but the selectivity will also be greatly reduced. The amount of phosphorus, which is another optional component, is selected from the range p=0 to 0.2 using an index representing the relative proportion of BiPO4 . By adding a small amount of phosphorus within this range to the catalyst of the present method, the wear resistance strength of the catalyst can be further improved. The addition of phosphorus refines the particle size of suspended matter in the slurry and improves its dispersibility in the preparation of a raw material slurry in the catalyst manufacturing process described below. It is believed that this allows the silica sol, which is preferably used as a carrier silica source, and the active ingredient to be homogeneously mixed in the slurry, resulting in excellent body abrasion strength in the final form of the catalyst. Phosphorus can be used beyond the scope of the present invention, but will not increase the wear strength any further. Since phosphorus is present primarily as BiPO 4 in the final catalyst form, using large amounts of phosphorus is not advantageous as it consumes expensive bismuth. When a catalyst is used industrially, its action must last for a long time under the reaction conditions. As mentioned above, the catalyst of the present invention not only has improved activity and selectivity at the initial stage of use, but also has the characteristics required from this point of view, namely:
It has a stable catalyst component and excellent wear resistance, and maintains high activity and selectivity over a long period of time. The production of methacrolein of the present invention can be carried out in either a fluidized bed reactor or a fixed bed reactor. Generally, when a fluidized bed reactor is used, heat can be easily removed and a uniform reaction temperature can be obtained, making it suitable for large-scale production. Generally, when a catalyst is used in a fluidized bed reactor, it is abraded due to collisions between catalyst particles or between particles and the vessel wall, but the catalyst of the present invention can sufficiently withstand this. The catalyst of the present invention can be suitably produced through three steps: first preparing a raw material slurry, then spray drying the slurry, and finally heat-treating and calcining the dried product. Silica sol can be suitably used as the carrier silica source for the catalyst, and phosphoric acid can be suitably used as the phosphorus source. molybdenum,
The sources of bismuth, iron, sodium, potassium, rubidium and cesium are preferably used in the form of ammonium salts, nitrates, hydrochlorides, sulfates or organic acid salts soluble in water or nitric acid. Particular sources of molybdenum include its ammonium salts, bismuth, iron, sodium, potassium,
The sources of rubidium and cesium are preferably used in the form of their respective nitrates. To prepare the raw material slurry, first add phosphoric acid to the silica sol while stirring, then add an aqueous solution of ammonium molybdate, and finally add dilute nitric acid and add selected from bismuth nitrate, ferric nitrate, sodium and potassium nitrate, rubidium nitrate, or cesium nitrate. This can be suitably carried out by adding a mixed solution in which one or more of the above substances are dissolved. A slurry of fine suspended solids uniformly dispersed in the silica colloid sol is thus obtained. If phosphorus is not added during this preparation process, a highly sedimentary and non-uniform slurry will result. The slurry is then dried using a known spray dryer to obtain spherical dry fine particles. Atomization of the raw material slurry can be carried out by any of the centrifugal, two-fluid nozzle, or high-pressure nozzle methods commonly used in industrial practice, but the centrifugal method is particularly preferred. In the centrifugal system, the particle size can be distributed between 10 and 150 microns, which is suitable for use in a fluidized bed reactor, by adjusting the rotation speed of the disk and the feed rate of the slurry. Finally, the dried product is heat-treated and fired using a conventional tunnel or rotary kiln. Firing temperature is 600-750℃, preferably 620-730℃
It can be carried out in the range of ℃. The firing time may vary depending on the firing temperature, but is selected within the range of 1 to 20 hours. The raw materials, isobutylene and tertiary-butanol, do not necessarily have to be of high purity, and can be used even if they contain some impurities. Air is usually used as the oxygen source. The volume ratio of isobutylene to air is 1:8 to 20, especially 1:
A range of 9 to 15 is preferred. Furthermore, water vapor or an inert gas can be introduced as necessary. The reaction temperature is preferably in the range of 360 to 500°C, particularly 380 to 430°C. The reaction pressure may be normal pressure, but the reaction may be carried out under increased pressure if necessary. The contact time between the raw material mixed gas and the catalyst is between 0.3 and 15 seconds, preferably between 0.5 and 10 seconds. As described above, by using a catalyst with a specific composition, the method of the present invention significantly improves the selectivity of methacrolein by oxidation of isobutylene or a mixture of isobutylene and tertiary-butanol, and also provides long-term stability and durability of the catalyst itself. This is an extremely advantageous method for implementation on an industrial scale to improve wear resistance. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Example (1) Production of catalyst Composition index: X=0.7, Y=0.54, Z=0.a(k)=
0.006, p=0.1, and the empirical formula of the 50 wt% silica-supported catalyst, i.e. its active component, is
A catalyst having MoBi 0.36 Fe 0.60 K 0.006 P 0.1 Oq was produced as follows . Take 5,000 g of silica sol (Snowtex N manufactured by Nissan Chemical) containing 30% by weight of SiO 2 , add 61.2 g of 85% by weight of phosphoric acid to it while stirring, and then add ammonium 7-molybdate [(MH 4 ) to 2,400 g of water. Add a solution containing 948 g of 6 Mo 7 O 24・4H 2 O, and finally add 1000 g of 13.3% by weight nitric acid in advance.
921g of bismuth nitrate [Bi(NO 3 ) 3.5H 2 O],
A mixed solution of 1293 g of ferric nitrate [Fe(NO 3 ) 3.9H 2 O] and 3.26 g of potassium nitrate [KNO 3 ] was added. The raw material slurry thus obtained was sent to a cocurrent type spray dryer and dried. Atomization of the raw material slurry was performed using a centrifugal atomization device equipped with a dish-shaped rotor, which was installed in the center of the upper part of the dryer. The obtained dry powder was calcined in a tunnel kiln to obtain a catalyst. This will be referred to as catalyst 1. Thirty-four other catalysts with various compositions were manufactured using the same method. These catalysts were subjected to the following isobutylene oxidation test, molybdenum escape test, and abrasion test. (2) Isobutylene oxidation reaction test (A) 600 g of each catalyst prepared in (1) was placed in a fluidized bed reactor with a diameter of 3 inches and equipped with 16 mesh stainless wire mesh, and the reaction temperature was set at 400°C. The pressure was maintained at 0.5Kg/ cm2 in gauge pressure, and the volume ratio of isobutylene, water vapor, and air was 1:3:13.
of mixed gas was sent at a rate of 420 per hour in terms of NTP. The contact time under reaction conditions was 3.1 seconds. The test results for this reaction are shown in Table 1 along with the composition of the catalyst used. (3) Isobutylene oxidation reaction test (B) Fill a glass reaction tube with an inner diameter of 8 mm with 1 g of the various catalysts prepared in (1), and maintain it at 380 to 400°C.
A gas in which isobutylene, oxygen, and water vapor are mixed at a molar ratio of 1:2:3 is diluted with helium until the isobutylene concentration is 3% by volume, and the contact time is 1 to 1.5 seconds. I passed it. The reaction pressure at this time was atmospheric pressure. The test results for this reaction are shown in Table 2 along with the composition of the catalyst used. Note that rubidium nitrate and cesium nitrate were used as the rubidium and cesium sources in the examples. In addition, sodium nitrate was used as the sodium source in all cases. Further, the total conversion of isobutylene and the yield of methacrolein in Tables 1 and 2 were determined according to the following definitions. Total conversion rate of isobutylene (%) = Carbon weight of reacted isobutylene / Carbon weight of supplied isobutylene x 100 Yield of methacrolein (%) = Carbon weight of produced methacrolein / Carbon weight of supplied isobutylene x 100

【表】【table】

【表】 (4) イソブチレンとターシヤリーブタノールの混
合物の酸化反応試験 (1)で調整した触媒番号1の触媒を用いて、(3)の
イソブチレンの酸化反応試験(B)の装置を使用し反
応を行つた。この時、触媒は1g、温度400℃、
圧力に大気圧、接触時間は1秒であり、イソブチ
レンとターシヤリーブタノールのモル比が1:1
となるよう混合したガスを用い、イソブチレンと
ターシヤリーブタノールの和、酸素および水蒸気
をモル比が1:2:3になる割合で混合したガス
を、イソブチレンとターシヤリーブタノールの和
が3容量%になるまでヘリウムで希釈した。 この反応の試験結果、メタクロレインの収率は
79.5%であつた。 ただし、 メタクロレイン収率(%) =生成したメタクロレインのカーボン重量/供給したイソブチレンとターシヤリーブタノールのカーボン重量の和
×100 である。 (5) モリブデンの逃散度試験 モリブデンの逃散度は、触媒約10gを磁性皿に
精秤し、空気存在下に750℃、100時間放置後の触
媒重量の減量割合を算出し求めた。なお、触媒重
量の減少がMoO3の昇華逃散によることは、試験
終了後の元素分析により確認した。 モリブデン逃散度の測定結果を第3表に示す。 第3表から明らかなように、Yの値が本発明の
範囲を超えている触媒32と29では逃散度が大き
い。比較触媒29ではZの導入により、比較触媒32
より逃散度は抑制されるが、第2表によるように
メタクロレインの収率が低い。本発明の触媒にお
いては、Yの値が限定された範囲にあり、さらに
Zの導入により効果的に逃散度が抑制されてい
る。
[Table] (4) Oxidation reaction test of a mixture of isobutylene and tert-butanol Using the catalyst No. 1 prepared in (1), a reaction was carried out using the apparatus of (3) Isobutylene oxidation reaction test (B). I went there. At this time, the catalyst was 1g, the temperature was 400℃,
The pressure was atmospheric pressure, the contact time was 1 second, and the molar ratio of isobutylene and tert-butanol was 1:1.
Using a gas mixture such that the sum of isobutylene and tertiary-butanol, oxygen and water vapor are mixed in a molar ratio of 1:2:3, the sum of isobutylene and tertiary-butanol is 3% by volume. diluted with helium until diluted with helium. As a result of testing this reaction, the yield of methacrolein was
It was 79.5%. However, methacrolein yield (%) = carbon weight of produced methacrolein/sum of carbon weights of supplied isobutylene and tertiary butanol x 100. (5) Molybdenum fugitive test The molybdenum fugitive rate was determined by accurately weighing about 10 g of the catalyst in a magnetic dish, and calculating the weight loss rate of the catalyst after leaving it in the presence of air at 750°C for 100 hours. It was confirmed by elemental analysis after the test that the decrease in catalyst weight was due to sublimation and escape of MoO 3 . Table 3 shows the measurement results of molybdenum fugitiveness. As is clear from Table 3, catalysts 32 and 29, in which the value of Y exceeds the range of the present invention, have a large degree of escape. By introducing Z in comparative catalyst 29, comparative catalyst 32
Although the degree of escape is further suppressed, as shown in Table 2, the yield of methacrolein is low. In the catalyst of the present invention, the value of Y is within a limited range, and the degree of escape is effectively suppressed by the introduction of Z.

【表】 (6) 摩耗度試験 触媒の摩耗度は、通常FCC触媒の試験方法と
して行なわれているように〔テスト・メソド・フ
オ・シンセテイク・クラツキング・キヤタリスツ
(Test Methods for Synthetic Cracking
Catalysts),アメリカン・サイアナミツド社、6/
31―4M―1/57〕、底部に1/64インチの3つのオ
リフイスを有する孔明円板を備えた、円径1.5イ
ンチの垂直チユーブに触媒約50gを精秤投入し、
孔明円板を通して毎時15CFの速度で空気を流し
激しく触媒を流動させた。触媒の摩耗度を、5〜
20時間の間に微細化して垂直チユーブの上部から
逸散した触媒の重量の初期投入量に対する割合と
して求めた。 触媒摩耗度の測定結果を第4表に示す。 第4表から明らかなように、シリカ含量の少い
比較触媒33と34では非常に摩耗受け易いのに対
し、シリカ含量の適正な本発明の触媒においては
摩耗度が小さく、さらにリンの添加によつて効果
的に抑制されることを示すものである。
[Table] (6) Wear test The wear level of the catalyst is measured using the Test Methods for Synthetic Cracking Catalyst, which is normally performed as a test method for FCC catalysts.
Catalysts), American Cyanamids, Inc., 6/
31-4M-1/57], approximately 50 g of catalyst was accurately weighed into a vertical tube with a diameter of 1.5 inches and equipped with a perforated disc with three 1/64-inch orifices at the bottom.
Air was flowed through the Kongming disk at a rate of 15 CF/hour to cause vigorous catalyst fluidization. The degree of wear of the catalyst is 5~
It was determined as the ratio of the weight of the catalyst that was atomized and escaped from the top of the vertical tube during 20 hours to the initial input amount. Table 4 shows the measurement results of the degree of catalyst wear. As is clear from Table 4, comparative catalysts 33 and 34 with a low silica content are very susceptible to wear, whereas the catalyst of the present invention with an appropriate silica content has a low wear rate, and even when phosphorus is added, This shows that it is effectively suppressed.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イソブチレンまたはイソブチレンとターシヤ
リーブタノールの混合物を触媒の存在下に酸素と
高温で気相接触させてメタクロレインを製造する
に当り、一般組成式 AaMoBibFefNaoPpOq 〔式中、Aはカリウム、ルビジウム、セシウム
の中から選ばれる1種以上の元素、a、b、f、
n、pおよびqはそれぞれモリブデン1原子に対
すする元素成分A、ビスマス、鉄、ナトリウム、
リンおよび酸素の原子比率を表わし、aは0.002
〜0.06の範囲の数、b、fおよびnはそれぞれ式 b=(1−X)(1−Y)(1−Z)/Y+1/2Z
+P, f=X(1−Y)(1−Z)/yおよびn=1/2Z
で決定される 数であつて、こゝにX、Yは(0.45,0.35)、
(0.45,0.65)、(0.85,0.50)、(0.85,0.65)の4
つの座標点を結んでできる四角形内部にある数、
Zは0〜0.6の範囲の数、pは0〜0.2の範囲の数
およびqは触媒中の元素の原子価を満足する酸素
の原子数である〕で示される組成物を30〜70重量
%のシリカに担持させた触媒を使用することを特
徴とするメタクロレインの製造法。
[Claims] 1. In producing methacrolein by contacting isobutylene or a mixture of isobutylene and tertiary-butanol with oxygen in the presence of a catalyst in the gas phase at high temperature, the general compositional formula A a MoBi b Fe f Na o P p O q [wherein A is one or more elements selected from potassium, rubidium, cesium, a, b, f,
n, p and q are elemental components A, bismuth, iron, sodium,
Represents the atomic ratio of phosphorus and oxygen, a is 0.002
A number in the range of ~0.06, b, f and n are respectively the formula b=(1-X)(1-Y)(1-Z)/Y+1/2Z
+P, f=X(1-Y)(1-Z)/y and n=1/2Z
where X and Y are (0.45, 0.35),
(0.45, 0.65), (0.85, 0.50), (0.85, 0.65) 4
The number inside the rectangle formed by connecting two coordinate points,
Z is a number in the range of 0 to 0.6, p is a number in the range of 0 to 0.2, and q is the number of oxygen atoms that satisfies the valence of the element in the catalyst] at 30 to 70% by weight. A method for producing methacrolein, characterized by using a catalyst supported on silica.
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