JPS61251678A - 無水マレイン酸の製造方法 - Google Patents

無水マレイン酸の製造方法

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JPS61251678A
JPS61251678A JP60092444A JP9244485A JPS61251678A JP S61251678 A JPS61251678 A JP S61251678A JP 60092444 A JP60092444 A JP 60092444A JP 9244485 A JP9244485 A JP 9244485A JP S61251678 A JPS61251678 A JP S61251678A
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maleic anhydride
vanadium
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butane
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Masayuki Otake
大竹 正之
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博 八木
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無水マレイン酸の製造方法に関する。
詳しくは本発明は、バナジウム−リン系触媒の存在下に
脂肪族炭化水素を気相で接触酸化して無水マレイン酸を
製造する方法における反応選択性、操業安全性等の向上
に関する@ 〔従来の技術〕 ブタン、ブテン類、ブタジェン等の直鎖状0番炭化水素
の気相酸化によシ無水マレイン酸が得られることはよく
知られており、工業的にも広〈実施されている。触媒と
して通常、バナジウム及びリンを主成分とし、場合によ
シ若干の促進成分を添加した複合酸化物系のものが使用
されている。特にブタンの気相酸化の場合には、結晶性
のリン酸バナジウムが高活性、高選択性を示すことが知
られておシ、その製造法に関して種々の工夫がなされて
いる(例えば、特公昭!3−32,032号、米国特許
第4t、22j、4<<け号、特開昭j j −41!
、rlj号、特開昭jj −33、Ojr号等)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
天然ガス等かち得られるブタンを原料として無水マレイ
ン酸を製造する方法は原料の入手容品性及び低廉性から
動力的なものである。しかしながらブタンの気相酸化に
よる無水マレイン酸の製造においては、ブテン、ブタジ
ェン等に比較してブタンが比較的温和な条件で自動酸化
を起こし易く、場合によっては自然発火を招き易いとい
う問題点がある。
気相酸化の原料としてブタンを用いるプロセスに関して
種々の提案がある。例えば空気中のブタン濃度を爆発の
上限外以上の高濃度として反応させ、未反応ブタンを再
循環させる方法が提案されている。この場合には触媒を
過度の還元状態で使用することになる結果、活性の維持
が極めて困難である。
〔問題点を解決するための手段〕
家発明者らは上記した問題点を解決すべく鋭意検討を重
ねた結果、通常、炭化水素を原料とする接触反応におい
て触媒毒として忌み嫌われその低減が図られているイオ
ウ分を、逆に積極的に反応系に存在させると、原料炭化
水素の無水マレイン酸への酸化反応を抑制することなし
に自動酸化反応が抑制されることを見出して本発明に到
達した。
本発明の目的は操業安全性の向上した無水マレイン酸の
製造方法を提供することにあシ、その要旨は、 バナジウム−リン系複合酸化物触媒の存在下に、炭素原
子数ダ以上の脂肪族炭化水素を気相で接触酸化すること
によって無水マレイン酸を製造するに当シ、反応系に、
上記脂肪族炭化水素の重量に対しイオウ原子に換算して
4tppm以上のイオウ化合物を存在させることを特徴
とする無水マレイン酸の製造方法、 K存する。
以下、本発明につき詳細に説明する。
本発明方法に使用される触媒はバナジウム−リン系複合
酸化物触媒である。バナジウム−リン系複合酸化物には
無定形のもの及び結晶性のものかあシ、それぞれ撞々の
ものが知られてbる。これらのうちから原料炭化水素の
種類に応じて適当な活性のものを選択することができる
が、高活性が必要とされる場合には結晶性の複合酸化物
を主要活性成分として含有する触媒を使用する。
結晶性のバナジウム−リン系複合酸化物は知られておシ
、いくつかの製造方法が報告されている。例えば、 ■ 塩酸溶液等の非酸化性酸性溶液中で、五酸化バナジ
ウムのような五個のバナジウムを、シュウ酸等の還元剤
の併用で還元して、四価のバナジウムイオンを含有する
溶液を調製し、五個のリン化合物、例えばリン酸と反応
させた後、生成した可溶性のバナジウム−リン複合体を
、水を加えて沈殿させる方法(特開昭7/−93,99
0号)、 ■ 五酸化バナジウムのような五個のバナジウム化合物
とリン酸とを、ヒドラジン塩酸塩またはヒドロキシルア
ミン塩酸塩のような還元剤の存在下に、水性媒体中で反
応させ、濃縮あるいは蒸発乾固して結晶を得る方法(特
開昭14−4tj、271号)、 ■ 五酸化バナジウムをエタノール、イソグ四パノール
、グリセロールのような有機媒体中で還元し、無水リン
酸と反応させ、ベンゼン等の溶媒で共沸脱水して結晶を
沈殿させる方法(米国特許第ダ、213,277号)、
■ リン酸および無機還元剤の存在下、水性媒体中に五
酸化バナジウムを溶解して、四価のバナジウムイオンを
含有する溶液とし、次いで/10−210℃の温度範囲
で水熱処理する方法(49開昭jJ’−/!/、313
号)、等が知られと−る。
上記のような結晶性複合酸化物はその使用の態様によっ
て単独で、或いは他の活性成分または担体成分等と組み
合せて周込ることができる。
固定床反応の触媒として用いる場合には公知の方法で任
意の形状に成型して使用することができる。また特に流
動床で用いる場合等には反応系での機械的強度が要求さ
れる。そのような使用に適する機械的強度の改善された
触媒としては例えば、第一成分としての、バナジウム及
び表  B X線回折ピーク (対陰極HOu−にα) /4t、2゜ /!、2゜ /r 、jo 23.0゜ λJ’、4t’ 30.00 33.7゜ # 、?’ 複合酸化物と、第二成分としての、バナジウム及びリン
を含有する無定形複合酸化物とを、均一に分散された状
態で含有する組成物からなる触媒が挙げられる。該触媒
は上記第−成分及び第二成分から成る活性成分に加えて
更に第三成分としての、適当な担体、特にシリカ、を均
一に分散された状態で含有しているのが好ましい。
かかる触媒は例えば、第一成分としての、バナジウム及
びリンを含有し、下記表A又は表B:X線回折ピーク 
  X線回折ピーク (対陰極: OU −Xα)    (対陰極:ou−
にα)/!、2°       /4t、コ0/り。6
°               /!、2゜コグ、J
’        1tr3047、/’      
  23.00λ1.1”        2/、ダ0
JO04t”        30.0゜33.2゜ 36、♂0 に示される特徴的なX線回折ピークを示す結晶性複合酸
化物(結晶性リン酸バナジウム)、並びに第二成分とし
ての、バナジウム及びリンを含有する水性溶液(好まし
くはリン酸バナジル水溶液)、好ましくはさらに第三成
分としての適当な担体、特にシリカゾルを混合して水性
スラリーを生成させ、該スラリーを噴霧乾燥し、得られ
た固体粒子を焼成することによって、製造される(例え
ば特開昭!r−/70.お一号、特開昭!♂−/ 70
.14tJ号、米国特許第ダ、4t7.2.jJ7号等
参照)。
本発明方法にお込て用いられる炭化水素原料は炭素原子
数ダ以上の脂肪族炭化水素であ)、好ましくは炭素原子
数グの脂肪族炭化水素である。よシ好ましい原料は炭素
原子数ダの直鎖状脂肪族炭化水素であシ、特にn−ブタ
ン、/−プテン、−−ブテン、ブタジェンあるいはそれ
等の混合物である。炭素原子数ダで側鎖を有する脂肪族
炭化水素、例えばイソブタン、インブチレンからもよシ
低収率ではあるが、無水マレイン酸が生成する。更に炭
素原子数1以上の炭化水素、例えばペンタン、イソペン
タン、シクロペンタジェン、ペンテン類等も、希望すれ
ば使用することができる。最も経済的に有利な原料はn
−ブタン及びブテン類であシ、通常天然ガスからの分離
或いはナフサクラッキングやFOO反応によって得られ
るC4留分として、また希望すればこれらからブタジェ
ンやインブチレンを抽出した!!4シの混合物として使
用する。
これらの場合には通常、Ol又はC3の炭化水素類も不
純物として混入するが、特に問題はない、本発明方法に
おいてこれらの炭化水素は、前記触媒の存在下に、気相
で接触酸化されて無水マレイン酸を生成する。酸化剤と
しては分子状M素含有ガス、通常は空気が使用される。
反応方式としては固定床方式、流動床方式のいずれも採
用することができるが、反応KA濃度の炭化水素を用い
る場合には、除熱の容易さの点から流動床方式を採用す
るのが望ましい。
反応条件は反応方式にも多少依存するが、流動床方式の
場合、反応温度は通常300・・〜!θO℃、好ましく
は3!O−ダ♂0℃の範囲であル、反応圧力は通常、常
圧以上、好ましくはo、i〜10kg/6dCkの範囲
である。また、原料炭化水素の濃度は通常0./〜I容
量チ程度であるが、/〜!容量チとするのが工業的に有
利である。
さらに空間速度(sv)は好ましくは3θ0〜30θθ
hr″″!、よシ好ましくは!θ0−2100hr”で
ある。
さて、本発明方法におりては、反応系に、原料脂肪族炭
化水素に対しイオウ原子に換算してダ重量ppm以上、
よシ好適にはt ppm以上の量のイオウ化合物を存在
させる。
上記イオウ化合物としては種々のものを使用することが
できるが、具体的には例えば、硫化カルボニル、二硫化
炭素等の無機イオウ化合物;アルカンチオール、アルキ
ルスルフィト、アルキルジスルフィド、アルキルスルホ
キシド、アルキルスルホン等の有機イオウ化合物等が挙
げられる。
これらのイオウ化合物は非常に低い濃度で天然ガスや液
化石油ガス中に含有されていることがある。本発明者等
の知見ではこの場合の含有量はイオウ原子に換算してブ
タンに対し0./〜j ppmという低レベルである。
このような低濃度ではブタンの自然発火性を抑制する効
果は不充分であシ、本発明の目的を達成するためには4
tppm以上、よ)好JICはj ppm以上の高濃度
が必要である。なお原油トッピングによる回収ブタン等
では液化石油ガス、天然ガス系のブタンよシもイオウ含
有量が比較的多い場合があるが、もしもイオウ含有量が
p ppm以上のレベルであれば都合良く無水マレイン
酸合成原料として使用することができる。イオウ化合物
の存在量が多いことは自1IJJ#R化抑制効果の点で
は差し支えないが、イオウの存在量が過大であると廃ガ
ス処理等の面で大きな負担になる可能性があるので、イ
オウ含有量は好ましくは3000 ppm以下、よ)好
ましぐは10θOppm以下とする。
イオウ化合物の反応系への添加方法としては反応器中に
ポンプ等によ多液状で、また蒸気を必要によシ同伴ガス
と混合して添加するのが一般的である。反応器内の添加
位置はガスが触媒層に入る前でも良く、また触媒層通過
後でも良い0更に予めブタンに添加して供給し、−緒に
蒸発させて触媒層に導入することもできる。またイオウ
化合物の添加量が少ない場合には水1、メタノール、ブ
タノール、ベンゼン等の反応を妨害しない溶媒に溶解し
て希釈溶液として仕込むこともできる。
本発明に従って反応系にイオウ化合物を存在させた場合
の反応に対する影響は触媒によっても異なるが、結晶性
リン酸バナジクム触媒を用いる場合には収率への影響は
僅かであり、特に廃ガス中の完全酸化生成物(00,0
0,)の生成/’− 〔実施例〕 次に実施例によシ本発明の具体的態様をよシ詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限シ、以下の実
施例によって限定されるものではない。
触媒゛の製造例/ 俸)第一成分の製造: 前記表AのX@回折ピークを示す結晶性の活性成分前駆
体を次のようにして製造した。
グラスライニングを施した容量1001のジャケット付
き耐圧容器に、脱塩水3r、okg、rzチリンMl/
iJkg、♂Oチ抱水ヒドラジン溶液コ、t、t#Iを
仕込み、次いで撹拌しなから五酸化バナジウム粉末/ご
、aolcgを発泡に注意しながら少量ずつ添加溶解し
た。この間発熱による温度上昇を抑えて液温を60〜/
θ℃に保つため、熱媒をジャケット内に循環して除熱し
た。五酸化バナジウムの添加を約ダ時間で終了し、青色
のリン酸バナジル溶液を得た。これに穫結晶i、o k
gを添加し、次すで160℃の熱媒をジャケット内に循
環して加熱した。液温度/410℃まで2時間で昇温し
、そのまま70時間の水熱処理を行立った。この間圧力
は約O,コ4t MPa (ゲージ圧)であった。りO
′Cまで冷却した後、脱塩水io、3kgを加えてス2
り一中の固体濃度を約3jチに調節して抜出した。この
固体のX線回折測定を行なったところ、表Aに示す主要
回折ピークを示すことが判明し、純粋な結晶性酸化物で
あることが確認された。この酸化物スラリーを噴霧乾燥
機を用いて乾燥し、結晶性酸化物の淡青色粉体−タ、t
kgを得た。酸化物スラリーの仕込み基準のP/V原子
比は/、O!であるが、濾過、洗滌して得られる結晶性
固体は実質的に、 (vt04) (PzOs) (−
2H2°)の組成式で示されることを確認した。上記噴
霧乾燥によって得られた粉体をその1ま第一成分として
使用した。
(B)  第二成分の製造ニ リン酸バナジウム溶液を次のようにして製造した。
♂j%リン酸−タ、ttkgを脱塩水JOkgに溶解し
、更にシュウ酸(H2C20,・λH20)−!、!幻
を添加し、加温溶解した。液を20℃に加熱し、五酸化
バナジウム/ /、4tλ〜を発泡に注意しながら少量
ずつ添加、溶解した後、煮沸状態で更に70分間加熱し
て還元を完了させた0液を濃縮して全量を29.!幻に
調節した。この溶液のP/V原子比は八2″・ 酸化物
(v*04十Pt0s) IIIME ハ<441 w
t % テある口これを第二成分として使用した。
(0)触媒の製造: 上記体)で得た乾燥粉体J0mkg、上記■)で得たリ
ン酸バナジウム溶液り、oq2kg、及び市販の一20
4@度のコロイド状シリカ溶液/ 、2.j Olcg
を混合し、次いで連続湿式粉砕機で処理して充分均質化
した。このスラリーを噴霧乾燥機を用いて乾燥し、平均
粒子径30μmの真球性の触媒粒子を得た。これをキル
ン中で温度300℃、72分間の滞留時間で空気気流下
に焼成し、次いで同じくキルン中で温度!10℃、72
分間の滞留時間で窒素気流下に焼成して流動床触媒(触
媒■)を得た。触媒Iのバルク組成は第一成分(結晶性
P−V酸化物)/第二成分(無定形P−V酸化物)/第
三成分(シリカ) = j j / 4tO/コ!〔重
量比〕ヤあシ、全体のP / V比は/、/lであった
・ 比較例/ 前記触媒(iotcgを内径♂−〇8、高さ!仇の流動
床反応器に入れ、圧力へj kg/cdG 、反応mK
4’ 4tO℃、GH8V 900.ブタン(イオウ含
量0.i ppm以下)濃度λ、Oq6で反応させた、
結果を表1に示す。
実施例/ 比較例/においてブタンの代シにジメチルスルフィド0
.7 ppm 、二硫化炭素0.λppm 、チオフェ
ン八ippm、−)メチルジスルフィド3.3”ppm
 、メチルエチルジスルフィドIJ ppm 、ジエチ
ルジスルフィド7.7 pplnを添加したメークアッ
プブタン(全イオウ分/θ、4tppm )を用いた雌
かは同様に反応させた。結果を表/に示す。
実施例λ 比較例/において反応系にメチルメルカプタンのメタノ
ール溶液を供給ブタンに対しイオウ原子として/ 00
 ppmになるように添加したほかは同様に反応させた
。反応結果を表/に示す。
表/ 上記反応結果に基づいて計算したところ、反応した単位
ブタン当)の発生熱量は比較例/に比へ実施例/〜コは
7.1−20 KJ/molの低下と見積られ、工業的
にはそれだけ反応熱除去の面で有利であることが示され
る。
〔発明の効果〕
本発明方法によシバナジウムーリン系触媒の存在下に脂
肪族炭化水素を気相で接触酸化して無水マレイン酸を製
造する方法における反応選択性及び操業安全性等が向上
する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バナジウム−リン系複合酸化物触媒の存在下に、
    炭素原子数4以上の脂肪族炭化水素を気相で接触酸化す
    ることによつて無水マレイン酸を製造するに当り、反応
    系に、上記脂肪族炭化水素の重量に対しイオウ原子に換
    算して4ppm以上のイオウ化合物を存在させることを
    特徴とする無水マレイン酸の製造方法。
JP60092444A 1985-04-30 1985-04-30 無水マレイン酸の製造方法 Expired - Fee Related JPH0681749B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0799795A2 (en) 1996-04-01 1997-10-08 Nippon Shokubai Co., Ltd. Vanadium-phosphorus oxide, method for production thereof, catalyst for vapor phase oxidation formed of the oxide, and method for partial vapor phase oxidation of hydrocarbon
JP2008285416A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Mitsubishi Rayon Co Ltd メタクロレインの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0799795A2 (en) 1996-04-01 1997-10-08 Nippon Shokubai Co., Ltd. Vanadium-phosphorus oxide, method for production thereof, catalyst for vapor phase oxidation formed of the oxide, and method for partial vapor phase oxidation of hydrocarbon
JP2008285416A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Mitsubishi Rayon Co Ltd メタクロレインの製造方法

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