JPS62102832A - 無水マレイン酸製造触媒 - Google Patents

無水マレイン酸製造触媒

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JPS62102832A
JPS62102832A JP61255517A JP25551786A JPS62102832A JP S62102832 A JPS62102832 A JP S62102832A JP 61255517 A JP61255517 A JP 61255517A JP 25551786 A JP25551786 A JP 25551786A JP S62102832 A JPS62102832 A JP S62102832A
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vanadium
temperature
phosphorus
catalyst precursor
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JP61255517A
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ビクトリア マリー フランチエツテイ
ロバート アンドリュー ケツペル
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Monsanto Co
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Monsanto Co
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    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
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    • C07C51/252Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
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    • B01J23/002Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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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】 発明の分野 本発明に燐−バナジウムー酸素触媒及びその触媒の製造
方法に関するものである。特に、本発明は鉄/リチウム
勿助触媒とする燐−バナジウムー歌素触媒と七の製造方
法に関するものである。このような触媒は、気相中で分
子状酸素または分子状酸素含有気体により、非芳香族炭
化水素を部分酸化するに有効であり、優れた収率で無水
マレイン酸を製造できる。
無水マレイン酸は、世界的にも商業的に大きな興味があ
り、単Pjiまたは他の酸と組合せてアルキッドまたは
ポリエステル樹脂の製造に使用される。
無水マレイン酸は、化学合成にとって、多用途の中間体
である。これらの多様な者装に元足するために、毎年大
量の無水マレイン酸が製造される。
先行技術の説明 先行技術では、燐、バナジウム及び酸素(時には、燐及
びバナジウムの混合酸化物とも言われている)を含有す
る多種の触媒が、多くの有機質の供給原料で無水マレイ
ン酸にコンバートするのに有効であり、さらにバナジウ
ムの原子価が+5以下、通常約+6.8〜+4.8の触
媒が、直鎖中に4個以上の炭素原子ヶもつ飽和炭化水素
から無水マレイン酸を製造するために特に好適であるこ
とが開示されている。多くの場合、これらの触媒は添加
物として助触媒元素またに成分勿含有し、触媒中では酸
化物となっていると思われる。通常の有機供給原料とし
ては、n−ブタン、1−及び2−プテン、1.6−ブタ
ジェンまたはそれらの混合物の如き、非芳香族炭化水素
がある。
燐及びバナジウムの混合酸化物及び助触媒成分を含有す
る触媒の製造方法は開示されており、先行技術により教
示されている。ごの製造方法の多くに、バナジウム?浴
漱中で4価状態に還元するのが好ましいことケ教えてい
る。例えば、これらの触媒は、4価のバナジウム會生成
し易い、がっ、助触媒成分含有触媒先駆物質を生成し易
い条件下で、燐含有化合物、バナジウム含有化合物及び
助触媒成分含有化合物を接触させて製造される。触媒先
車物質は、その後回収され、乾燥され、■焼されて、活
性触媒が製造される。
米国特許第4312787号には、不活性担体と担体外
表面にコーティングした触媒的に活性な混合酸化金属の
記載があり、担体と酸化金属上組合せた重責に対し、約
50〜80重葉%コーティングされている。このコーテ
ィングは、燐とバナジウムの酸化物、または、燐、バナ
ジウムとウラニウムの酸化物から選択されたものから構
成される。当該発明の特許請求の範囲が及ぶ触媒は、5
6〜62.5%の範囲の収率で、梢選された場合は57
.4〜67.9%の収率で、n−ブタンから無水マレイ
ン酸を製造すると報告されている。
米国特許第4251390号では、亜鉛r助触媒とする
燐−バナジウム−酸素触媒が開示され、特許請求されて
いる。触媒は、実砲的に無水の有機媒質中で、5価のバ
ナジウムでより低い原子価の状態に還元すること及び亜
鉛助触媒化合物の存在下で還元バナジウム【温浸して製
造される。触媒ケブタンー空気の混合物中で、時間当9
5〜10℃の速度で、n−ブタンの酸化による無水マレ
イン酸製造に適した操業温度にして、触媒が活性化され
る。
米国特許第4018709号は、バナジウム、燐、ウラ
ニウム、またはタングステン?含有するか、或は亜鉛、
クロミウム、ウラニウム、タングステン、カドミウム、
ニッケル、ボロン、シリコンから選ばれた元素の混合物
勿官有する触媒?用いて、c4n−炭化水素の気相酸化
のための方法を開示している。好ましい具体例では、触
媒は活性取分としてアルカリ金属またはアルカリ土類金
属、特に、リチウム、ナトリウム、マグネシウムまたは
バリウム?含有している。典型的には、これらの触媒は
濃塩酸(67%ン中で製造される。
米国特許第4002650号は、次式(但し、■0.5
−3 PO,5−3” 0.1−0.5 ox又は存在
する他の元素の原子価の要件で満たす数である)の触媒
音用いてn−ブタン酸化の方法上開示している。好まし
い予備市な方法では、バナジウムペントキサイド、濃塩
酸とウラニルアセテートの混合物が還流下で加熱される
。混合物は大気圧下で濃紬され、110℃で乾燥され、
粉砕され、好ましい粒子径にふるい分けされ、空気流中
で482℃で6時間加熱して活性化される。
米国特許第39805.85号では、バナジウム、唐、
銅、酸素、テルリウム、またはテルリウムとハフニウム
或はウラニウムの混合物を富有する触媒、または、バナ
ジウム、燐、鉋、及び少なくともテルリウム、ジルコニ
ウム、ニッケル、セリウム、タングステン、パラジウム
、銀、マグネシウム、クロミニラム、亜鉛、モリブデン
、レニウム、サマリウム、ランタナム、ハフニウム、タ
ンタラム、ンリウム、コバルト、ウラニウム、錫の群か
ら選らばれた1個の元素、所望により(好適には)1a
族(アルカリ金M)tた1d2a族(アルカリ土類金属
)の元素ケ含有する触媒の存在下でC,n−炭化水素か
ら無水マレイン酸を製造する方法が開示されている。
米国特許第3888866号は、約300’c〜300
℃の温度でn−ブタンkm−バナジウムー酸素触媒と接
触させて、n−ブタンの酸化の方法ケ開示しておシ、該
触媒は、燐/バナジウム原子比が0.5−2、クロミウ
ム、鉄、ハフニウム、ジルコニウム、ランタナムとセシ
ウムヶ助融媒とするか或はそれらで変性され、助触媒金
属/バナジウム原子比が約0.0025〜1である。触
媒は、バナジウムオキサイド、燐酸、ハロダン化水素(
通常塩酸)及び特殊な助触媒金属含有化合物の反応混合
物ケ還流して製造される。その結果得られた触媒先駆物
質は、回収、乾燥、成形、■焼されて活性触媒が製造さ
れる。
米国特許第3862146号は、亜鉛、ビスマス、銅、
またはリチウムアクチベータで助長または活性化された
、燐−バナジウムー酸素触媒錯体の存在下で、n−ブタ
ンの酸化による無水マレイン酸の製造方法?開示してい
る。燐/バナジウムドアクチベータ/バナジウム原子比
は約0.5−5と約0.05−0.5である。
米国特許第5856824号は、燐、バナジウム、鉄、
酸素、少なくともニッケル、ヴロン、銀、カドミウム、
バリウムの群から選ばれfc1個の元素と組み合わされ
たクロミウムを含C変性剤から成る触媒の存在下で飽和
脂肪族炭化水素の酸化による無水マレイン酸の製造方法
ケ開示している。
ヨーロッパ特許出願第98039号は、所要によって1
a族(アルカリ金属)、2a族(アルカリ土類金属)、
チタニウム、クロミウム、タングステン、ニオビウム、
タンタラム、マグネシウム、ツリウム、ウラニウム、コ
バルト、モリブデン、鉄、亜鉛、ハフニウム、ジルコニ
ウム、ニッケル、銅、砒素、アンチモン、テルル、ビス
マス、錫、デルマニウム、カドミウム、ランタナイドと
それらの混合物の群から選ばれた添加助触媒を含有する
、燐−バナジウム混合酸化物触媒の製造方法會開示して
いる。当該触媒は、燐/バナジウム原子比が0.8〜1
.3、助触媒/バナジウム原子比が0.01〜0.5で
あって、バナジウムr概ね+4の原子価状弗に還元でき
る頁機敵体反応媒負中で、非洛解性触媒先駆物儀欠生成
させ、有機液体?含C非浴解性触媒先駆物質七水と接触
させて上層になる有機液体相と下層の非浴解性触媒先駆
物質七含有する水相を形成させ、触媒先駆物質で乾燥し
、■焼して製造される。前報の叩くして得られた触媒は
、C4n−炭化水素から無水マレイン酸の製造に有効で
ある。
これらの先行技術の触媒は、所望の製品、活水マレイン
酸、の提供に有効でちゃ、先行技術の方法に所望する触
媒の提供に有効であ;bが、触媒システムの市場価値は
システムのコスト、反応物のコンバージョン能、所望す
る製品の収率によって決められる。多くの場合、キログ
ラム或はボンド当り数セントの単位の触媒システムのコ
スト低減、必要とされる触媒量に対比して所望の製品の
収率で小係の増収が、開業的にはl犬な経済的な節減、
進歩に相当する。従って、コスト低減及び/又はプロセ
ヌに於ける触媒システムの活性と選択性のグレードアッ
プのために、新たな及び改善された触媒システムや新た
な及び従来の触媒システム七製造する方法全解明するた
めの研究努力が継続して行われている。本発明の触媒及
び製造方法の説明に、触媒技術に於いては明らかな進歩
であると確信する。
発明の概要 本発明の目αソは燐、バナジウム、酸素及び鉄とリチウ
ムの夫々を含C助触媒成分から成り、非芳香族炭化水素
の酸化による無水マレイン酸の製造に有効な改良された
触媒を提供することである。
本発明の他の目的は、燐、バナジウム、酸素及び鉄また
はリチウムの夫々r含む助触媒成分から成り、無水マレ
イン酸製造の収率に高めるに有効な改良された触媒ケ提
供することである。
本発明のもう一つの目的は、燐、バナジウム、酸素及び
鉄とリチウムの夫々2含む助触媒成分から成り、非芳香
族炭化水素の酸化によ/b%水マレイン敲の製造に有効
な改良されたか媒の裂遣方法?提供することである。
本発明のもう一つの目的は、燐、バナジウム、酸素及び
鉄またはリチウムの夫々全含C助融媒成分から成り、無
水マレイン酸製造の収率を高めるに有効な改良された触
媒の製造方法ケ提供することである。
これらの目的及び七の効果は、以下の記載内容及び特許
請求の範囲から明白にされる。
触媒@質の早備は、燐、バナジウム、酸素及び鉄とリチ
ウムの夫々を含C助触媒成分から成る触媒で達成される
触媒物質の製造方法の隼備は、 (a)  笑儀的に4価のバナジウム官有化合物及び燐
含有化合物の1種以上と、麩及びリチウムの夫々全含有
する助触媒成分とを、無水塩化水素の存在下で、実質的
に爵水のアルコール媒質中で接触させ、触媒先妻物質r
形成させ tt)l  触媒先駆物質に回収し、 (c1触媒先駆物質を乾燥し1 (dl  触媒先駆物質に焙焼し、 (e)  焙焼触媒先駆物質ケ■焼して、活性触媒に形
成させる ことから成る方法で達成される。
好適な具体例の説明 本発明では、触媒及びそれらの製造方法を提供する。こ
のような触媒は、直鎖中に4個以上の炭素原子を含有す
る非芳香族炭化水素【、気相中で分子状酸素または分子
状酸素を含有する気体で部分酸化して、無水マレイン酸
r!!造するのに有効である。燐、バナジウム、酸素及
び鉄とリチウムの夫々r含有する助触ts、成分から成
るこれらの触媒は、無水マレイン酸に対し優れ7IC選
択性と収率を示している。
本発明の触媒は、燐対バナジウム(燐/バナジウムまた
はp7v )原子比が豹0.50〜2.00であり、P
/v原子比約0.95〜1.20が好適である。鉄とリ
チウム対バナジクムのトータル原子比〔(鉄+リチウム
)/バナジウムまたは(Fe−)−Li)/V 〕u、
約0.0025〜0.0080カ!利であり□、但し、
Fe/V原子比は約0.0010〜0.0040、好適
には約0.0015〜0.0035、I、i / v(
fl子比は約0.0015〜0.OD 4 D 、好適
には約0.0025〜O,[]035、最適には約0.
0030、さらにFe / Li原子比は約0.30〜
1.30とする。
本発明の趣旨では、1収率”(Yield )の用語は
、反応容器に導入された炭化水素供給原料のモル数に対
する得られた乾燥無水マレイン酸のモル数の比1100
倍したもので、用語はモル壬として表わされ心。“選択
性”(8e1θctivity )の用語は、反応また
はコシバートされた炭化水素供給原料のモル数に対する
得られた無水マレイン酸のモル数の比1100倍したも
の【意味し、用語はモル係として表される。′コンバー
ジョン”(converaion )の用語は、反Gh
器に導入すした炭化水素のモル数に対する反応した炭化
水木供1gi原料のモル数の比?l−100倍したもの
t意味し、この用語はモル係として表わされる。“空間
速度”(apace velocity ) 9たは°
気体の時間当り空間速度”(Gas hourly 5
pace velocity ) 9たは”’ GH8
V ”’は、206Cの大気圧下で、立方センナメート
ル(cc )で表わされる気体状供給体の時間当り容量
r1立方センチメートルで表わされる触媒かさ容積で除
したもの孕意味し、用語はcc / cc / hou
r  又は hour−1として表わされる。
本発明の触媒を製造するために用いる好適な成分の原材
料は、本発明の独創的な触媒を生産するために精選され
る。本発明の触媒に於けるバナジウム原材料として有用
な、代表的なバナジウム含M化合物は、バナジウムオキ
サイド、例えばバナジウムテトロキサイドとバナジウム
ベントキデイド;バナジウムオキシハライド、例えばバ
ナジルジクロライド、バナジルトリクロライド、バナジ
ルジ−ブロマイド、バナジルトリブロマイド;バナジウ
ム含有酸、例えばメタバナジン酸、ピロバナジン酸:及
び有機と無機のバナジウム塩、例えばアンモニウムメタ
バナデート、バナジウムオキシ−サルフェート(バナジ
ルサルフェート)、バナジルフォルメート、バナジルア
セトアセトネート、バナジルオキザレート、バナジルア
ルコキサイド、とそれらの混合物である。それらの化合
物の間でも、バナジウムペントキサイドが好適である。
本発明の触媒km造するための燐原材料として有用な燐
含有化合物は、当業界周知のものである。
好適な燐含有化合物は、燐酸、例えばメタ燐酸、オルト
燐酸、トリ燐ぼ、ピロ燐酸;燐オキサイド、例えば燐ベ
ントキサイド:燐ハライドとオキシハライド、例えば燐
オキシイオダイド、燐ペンタクロライド、燐オキシブロ
マイド:燐塩、例えは化ノー、ジー、及びトリアンモニ
ウムフォスフェート:有機燐化合物、例えばエテルフォ
スフェート、メチルフォスフェート及びそれらの混合物
を含んでいる。これらの燐含有化合物の中で燐酸、例え
ばオルト燐酸とピロ燐酸及びそれらの混合物が好適であ
る。特に、実質「9に無水燐敗として、燐酸例えば、オ
ルト燐酸が用いられる。ポリ燐酸は無水燐酸の他の好適
なタイプである。後者の酸はオルト燐酸とぎ口燐酸(ジ
燐叡)、トリ燐酸及び尚級酸との混合物として市場から
入手でき、H3′P04の計算含有jirkベースとし
て、例えば115%として、市販されている。スーパー
燐酸は、105%H3P0.として市販されている類似
の混合物である。ごの様な酸(計算上H3PO4含有量
が100%以上である)は、本質的には水で稀釈するこ
とによってオルト燐酸に転換される。
本発明の触媒は、燐、バナジウム、酸素の外に、前記し
たように、鉄とリチウムの夫々を含む助触媒成分?含有
している。このような助触媒成分は、助触媒成分tバナ
ジウム含有化合物と共に独立成分として反応溶液に淵加
するか、或はごのような化合物音反応浴液に単独で導入
することによって、触媒先駆物質の生成の間に朋媒中に
容易に導入される。しかし、助か媒奴分含有化合物は、
反応媒質(アルコール媒質及び添加された無水塩化水素
)に少なくとも部分的に可溶である。
鉄助触媒の鉄原材料としては、種々の鉄含有化合物、フ
ェリツクとフェラスが共に、使用される。
遍切な鉄含有化合物は鉄ハライド、フォスフェート、オ
キサイド、カーボネート、サルフェート、ナイトレート
、アセテート、オキプレート、サイトレート環上包含す
る。金属性の鉄も使用可能であり、通常はより抜きの鉄
原材料である。
リチウム助触媒成分の原材料として有用なリチウム含有
化合物は厳密には重要ではない。適切なリチウム含有化
合物はリチウムハライド、フォスフェート、オキサイド
、ハイドロオキサイド、カーボネート、サルフェート、
ナイトレート、アセテート、オキプレート、サイトレー
ト環上包含する。これらの化合物の中、リチウムクロラ
イド(リチウムハライドの1種)が通常好適である。
概略記載したように、本発明の触媒は、バナジウム含有
化合物、@含有化合物の夫々の1個以上と、鉄含有化合
物(金属性鉄も含む)とリチウム含有化合物の夫々の1
個以上とを、アルコール媒質(以下に記載の如く)中で
、無水塩化水素の存在下で。(必要とあれば)バナジウ
ムr所望の原子価状態(+5以下)に還元可能な方法と
条件下で接触させ、バナジウム含有化合物にアルコール
媒質に俗解させ且つ燐含有化合物r還元バナジウム含有
化合物と助触媒成分に反応さセ、触媒先駆物質を製造し
、触媒先駆物質を回収、触媒先駆物Jxt成形(若し成
形が必要な場合は)、触媒先駆物質に■焼して、触媒r
製造する。
バナジウム含有化合物、燐含有化合物と助触媒成分の接
触は慣用の方法で行う。−例として、燐含有化合物が、
バナジウム含有化合物/助触媒成分/アルコール媒質混
合物のサスペンション(浴g)中に、無水塩化水素ガス
の添加前または務加に引続いて、アルコール媒質の溶液
またi’cssmの形で導入される。或は、燐含有化合
物が100%vtmのように液状のときは単独で添加さ
れてもよい。もう一つの例は、バナジウム含有化合物、
燐含有化合物と助触媒成分がアルコール媒質中に同時に
導入され、続いて七の混合物r無水塩化水素ガスと接触
させる。もう一つの方法は、バナジウム含有化合物と助
触媒成分が燐含有化合物のアルコール媒質溶液または分
散液に導入される。好適な具体例では、バナジウム含有
化合物と助触媒成分が、燐含有化合物のアルコール媒質
俗欣に導入され、その混合物は無水塩化水素ガスと接触
さセられる。
本発明の触−媒の製造法に於けるアルコール媒質として
用いられる好適なアルコールは、バナジウム含有化合物
と助触媒成分含有化合物に対する浴剤及び/ヌは懸濁剤
として、燐含有化合物に対する溶液及び/又は稀釈剤と
して、且つ必要な場合にはバナジウム含有化合物に対す
る温和な還元剤として、好適には触媒先駆物質に対する
懸濁剤としての機能がなければならない。アルコールは
触媒先駆物質の浴剤でないことが好ましい。触媒先駆!
3!l質がアルコール媒質に可溶の場合には、アルコー
ルの除去によって直ちに沈澱?発生さセるべきである。
好適なアルコールは、1級または2級アルコールであっ
て、例えばメタノール、エタノー−ル、1−プロパツー
ル、2−プロパツール、2−メチル−1−7’ロバノー
ル(インブチルアルコール)、6−メチル−2−ブタノ
ール、2.2=ジメチル−1−プロパツール、1.2−
エタンジオール(エチレングリコール)でアめ。これら
のアルコールの中、イソブチルアルコールは、利用のし
易さ、低価格、適度の沸点(108℃)の理由から好適
である。
5@lliのバナジウム含有化合物、例えば好適なバナ
ジウムペンタオキサイド、v205、kバナジウム原材
料として用いる場合には、これt(少なくとも部分的に
は)4価の状態に還元する必要がある。好適な還元方法
は、−含有化合物と助媒触成の存在下或は不在下に、5
価バナゾウムtアルコール媒質(及び無水塩化水素)と
接触させ、その混合物r概ね平均的なバナジウム原子価
状態になるような温度に加熱すればよい。当業界では周
知の如く、無水塩化水素はアルコール媒質に対するバナ
ジウム含有化合物の沼#を助け、これにより5価バナジ
ウムの還元速屓r速める。好ましくは、5価のバナジウ
ムはアルコール媒質中で加熱されて部分的に還元され、
+5以下の所望の原子価となり、最適には約+3.9〜
+4.6′f、たは単純には約3.9〜4.6の平均原
子価状態になる。一般に、反応混合物〔溶成〕の色が肯
色に変ったとき、この色がバナジウム原子価が約6.9
〜4.6の指示である故、適切な還元状態に達したごと
會示している。
バナジウムの還元温度は、選択したアルコール媒質の還
元力に依存し、広範に変えることが可能である。バナジ
ウム含有化合物の還元に効果的な温度は、余シ限定?受
けないが、典型的には約30℃〜300℃の範囲で変え
ることができ、好適には約30℃〜200℃1最適には
80℃〜150℃である。好ましくは、選ばれたアルコ
ール媒質は、選ばれ友温度近傍に沸点IWするので、反
応は還流することにより実施される。アルコール媒質と
してイソブチルアルコール’用いるときは、約5時間〜
8時間に亘り、約180℃(1,013X 10” k
Pa −G (1atm ) )で単純に還元する丈で
十分である。好ましくは、反応混合物は、共沸蒸溜ま次
は他の適宜の方法で、その場で生成する全ての水分で除
去することで、実個的に無水状態に保たれる。こ\で用
いる1笑質的に無水”の意味は、反応混合物中のアルコ
ール媒質の重量全ベースにして、水の重量が典型的には
約10係以下、好適には約5係以下、最適には約1%以
下である。前記したように、無水塩化水素はバナジウム
含有化合物の俗解を助け、アルコール媒質中でバナジウ
ム含有化合物の均質な溶液を作シ、5価バナジウムの還
元速度をはやめる。
アルコール媒質は、必要とあればバナジウム含有化合物
を均一に加熱するために、好ましくは選ばれた還元温度
で都合よく還流し得る溶液とするために、適切なバナジ
ウム還元を達成できる適量で用いる、アルコールの効果
的なiA′は限定を受けないが、アルコール媒質、バナ
ジウム含有化合物及び、存在する場合には、助触媒成の
総重量rベースにして、効果的な量は典型的には約50
〜90重量係である。
+5以下の原子価状態へのバナジウム含有化合物の還元
は、燐含有化合物及び/又は助触媒成分の一方または双
方が存在しない状態で実施され、アルコール媒質と還元
されたバナジウム含有化合物の浴液で約20℃〜50℃
の温度に冷却し、類似の好適には同一のアルコール媒質
に溶解された燐含有化合物、必要なら助触媒との溶液と
組合わされ、反応混合物を生成する。その後、反応混合
物音加熱し、好ましくは還流し、典型的には約30℃−
300℃,好ましくは約30℃〜200℃1最適には約
80℃〜150℃の温度で、典型的には約1時間〜50
時間、好ましくは約10時間〜65時間、最適には約1
5時間〜25時間に亘って、バナジウム含有化合賞金燐
含有化合物で還元及び/又は反応させ、触媒先駆物質k
Ll造する。
バナジウム還元反応について先に述べたように、上記の
反応は、好ましくは実質的な無水状態に反応混合@で保
つように導かれ、好ましくは共沸蒸溜によってその場で
生成した全水分を除くように導かれる。
バナジウム含有化合物が既に約6.9〜4,6のバナジ
ウム原子価に有する場合には、単独のバナジウム還元反
応工程は削除され、バナジウム含有化合物は前述のアル
コール媒質中で燐含有化合物(及び助触媒成分)と直接
反応させる。
触媒先駆物質形成反応のための反応圧力は重要ではなく
、反応体とアルコール媒質が蒸発して、反応混合物の組
成が記載したものから実質的に変る事が力ければ、大気
圧より低い圧力、大気圧、大気圧より高い圧力を採用し
てよい。好ましくは大気圧である。
触媒先駆物質形成反応は、反応中の均一な反応、反応体
間の相互作用を確実にするために十分な撹拌の下に行わ
れる。これに、高速混合が可能な通常の高速撹拌装置で
用いて達成できる。
反応完了時、実質的に均一な反応混合物から、得られ友
触媒先駆物質を回収する必要がある。一般には、アルコ
ール媒質の一部を除去して触媒先駆物質の沈澱を誘発さ
せて行われる。反応混合物に20℃〜50℃に冷却し、
アルコール媒質から触媒先駆物質を分離する。0の分離
は、当業界公知の慣用技術、即ち憩過、遠心分離、固状
触媒先駆物質から表面に浮かぶ液状アルコール媒質のデ
カンテーションにより行い、アルコール媒5f1M発さ
せて触媒先駆物質のケーキまたはペース)7製造する。
回収された触媒先駆物質は、残留アルコールの大部分全
除去できる条件下に置かれる。これは、乾燥、好適には
連続的な乾燥を行い残留アルコール?蒸発させる。所璽
ならば、最後の乾燥7行う前に、回収した触媒先駆物質
tアルコール(アルコール媒質の)中で、1回またはそ
れ以上洗条し、残留する未反応の燐含有化合物及び/又
は触媒先駆物質に吸収された他のアルコール可溶性の種
を除去し、前述した触媒先駆物質の回収手段1[復して
行う。
乾燥は、触媒先駆物質上室温で空気中に約1〜100時
間さらすかまたは触媒先駆物’!h180℃以下の温度
、典型的にに約100℃〜150℃の強制加熱空気オー
プン中に、約1〜100間置いて行われる。代替の方法
として、触媒先@A物質r呈温で約1〜48時間空気乾
燥し、その後で強制加熱空気オーブンに置く。好ましく
は、触媒先駆物質の乾燥は、結晶の相転換が生ずる温度
以下の温度で、はシ一定の″M貴水準になるまで行われ
る。
適切な代替手段として、前述の如く、室温又は高められ
た温度で減圧乾燥も採用できる。
触媒先駆物質は回収、乾燥した後に、成形が所望される
場合には、無水マレイン酸反応容器中で用い易いように
成形されるが、成形しない場合には粉体で用いられる。
固定床、熱交換型反応容器ま7℃は流動床反応容器で使
用するために、触媒先駆物質から適切な成形に行う技術
は当業者には自明である。例えば、触媒先駆物質に、小
塊化、錠剤化、押出し、整粒等の手段で固定床、熱交換
型反応容器で用いるために、無担体型に成形される。
ペレット化または錠剤化するための適切な結合剤及び/
又は潤滑剤は、ステロチフス(商標)澱粉、カルシウム
ステアレート、ステアリン酸及びグラファイトがある。
触媒先駆物質の押出は、くづれないウェットペーストr
成形し、このペーストケ押し出して行われる。同じよう
に、触媒先駆物質は、fL動床反応容器で用いるために
、細かく砕かれる。
固定床またFX流動床で操作するために、触媒先駆物質
で支持@質又は担体に支持さゼてもよい。
担体は特に限定されないが、代表的なものとしてアルミ
ナ、シリカ、シリカゾル、シリコンカーバイド、セラミ
ックドーナツ、マグネシア、チタニア、チタニア−シリ
カ表どかある。
好ましい具体例では、触媒先駆物JJi!は、それケ成
形、非成形、担持、非担持またはそれらの組合せのいず
れかで、約200℃〜290℃、好適には2506C〜
275℃の温度で、適切な時間、通常2時間以上、好適
には約4〜8時間に亘り焙焼し、有機物質の微量残渣r
除去する。最適の具体例では、触媒先駆#ffJk窒素
パージ炉内で約230℃で1時間以上加熱、焙焼し、更
に6時間以上該一度に維持し、かつ、該温度維持の4時
間目から又は全時間焙焼炉を乾燥全党でパージするが、
便宜上この具体例に1(230)6焙焼と表示する。
使用前に、触媒先駆物質tM焼/活性化(以後、■焼す
る及び■焼の如き、■焼或は七の同義語r用いる)シ、
触媒先駆物質t−活性触媒にコンバートしなければなら
ない。前述操作は別々のステップ、又は、好適には無水
マレイン酸製造に用いる反応容器のその場所で、触媒先
駆物質2選ばれた雰囲気中、選ばれた高められた温度で
加熱して行われる。この■焼中、必須ではないが、触媒
先駆vIJ質表図表面上焼雰囲気r間断なく流し続ける
ごとが所望される。適切な雰囲気に対す;b空間速度は
、代表的には約50〜150/時間、逃常約100/時
間である。
好ましい具体例では、無水マレイン酸反応容器に拠媒先
駆物質に仕込み、乾燥空気の雰囲気中で加熱し、乾燥空
気を約100℃〜290℃1好適には約250℃〜29
0℃の温度に達する迄、適切な時間、通常約2時間流す
。所望により流れている乾燥空気流に水r添加すゐが、
水分濃度は約10容量係に達する。通常、水分濃度は、
約1.5〜2容景係で光分である。その後、最高速度約
り0℃/時間、通常約1〜6℃/時間で、約300℃〜
400°01通常約350 ℃〜400 ℃に温度老上
昇させ、部分酸化による無水マレイン酸製造に適した後
述する気体状炭化水素に、炭化水素0度が約0.5〜1
,5モル%、好適には約0.6モル%になる程度に、触
媒に接触している流れている空気流に加える。炭化水素
は相転移開始温度(通常約300〜615℃)以下の温
度で導入される。炭化水素導入温度に約275〜290
 ℃が好適である。典型的には、暇焼温度は、約0.5
〜24時間、 好適には約1〜6時間の一定の時間維持される。
本発明の触媒は、前述のようにP/V原子比が約065
〜2.00であり、好適にはP/V原子比が約0−95
〜L20である。該触媒は。(Fe+’Li)/V原子
比が約0.0025〜o、o o s oであシ、但し
Fe/V原子比が約0.0010〜0.0040、好適
には約0.0015〜0.0035、Li/V段子比は
約0.0015〜0.0040、好適には約0.002
5〜0.0035、最適には約0.0030であって、
さらにFe / Li原子比が約0.30〜1.30で
ある。
本発明の触媒は。(適切な反応容器で)非芳香族炭化水
素を無水マレイン酸にコンバートするために用いられる
。炭化水素と分子状酸素含有気体(分子状酸素も含み)
、例えば空気、の混合物t、約300℃〜300℃の温
度で、気体の時間当り空間速度(aHsv )筐たは単
純空間速度を杓4000/時間までとし、約1モル係〜
10モル係の炭化水素a度で触媒と接触させ、無水マレ
イン鹸?製造する。しρ1し、無水マレイン酸の初期収
率が低い;この様な場合には、当業者に周矧のように、
jIi羨造操作開始Ai4の一定時間に低空間速度で低
濃度の炭化水素及びマレイン・酸素含有気体と接融さセ
で、触媒がコンディショニングされる。
非芳香族炭化水素?無水マレイン酸にコンバートする反
応は、炭化水素と分子状酸素含有気体(分子状酸素も含
み)、例えば空気又は分子状は索で多く含有する空気と
の混合am?、窩められた温度で触媒と接触させるだけ
でよい。炭化水素と分子状ぼ素のはかに、他種の気体、
例えば窒素又は水蒸気全反応体腔材料流に存在させるか
或はM版加してよい。典型的には、炭化水素は、約1モ
ル係〜10モル係の炭化水素濃度になる程度に、分子状
酸素含有気体、好適には空気と混合され、かつ約100
/時間〜400′0/時間の空間速度、f) 300℃
〜300℃の温度、好適には1000/時間〜3000
/時間、約625℃〜425℃で触媒と接触させられ、
高収率かつ高選択的に活水マレイン酸素提供する。
本発明の触媒は、種々の反応容器で用いられ、非芳香族
炭化水素孕無水マレイン酸にコンバートする。該触媒は
、固定床反応容器でに前記した如何なる形状のものでも
、例えば錠剤、ペレットの如き、又は流動床反応容器で
は好適にはろ00ミクロン(μm)以下の粒子サイズt
もつ触媒ケ用いて使用される。これらの反応容器の詳細
な操作は当業者には公知である。
本発明の触媒は、固定床(ナユーブ)、熱又換m反応容
器で特に効果がある。この反応容器のチューブは直径約
LJ−635cm (D−251n−)〜3.810(
L50 in、 )及び長さ約15.241(6in、
)〜30,4−8f1cm(4−8f1筐たにそれ以上
に変えられる。反応容器の表面ケ比較的一定の温度にす
ることが望ましく、また、反比、容器から熱ケ導入する
ための媒質がm&コントロール2助けるものでなければ
ならない。この媒迎は例えはウッドメタル、溶融硫黄、
水銀、溶融鉛、共融塩の浴などがあるが、これらに限定
されない。チューブを取り囲’i0金属が温度調節体と
して作用するような金属ブロック反応容器も使用される
。反応容器は鉄、ステンレススチール、カーボンスチー
ル、ニッケル、ガラス例えばビコールなどから作られて
いる。
非芳香族炭化水素會無水マレイン酸にコンバートする反
応は、圧力は重要ではない。反応は、大気圧、大気圧以
上、または大気圧以下で管理されキロパスカル−r−ジ
(kPa −G 、 14−7 P81g %1気圧)
 〜1.38X 10” kPa−G (20,Opa
ig)の圧力が通常使用される。
本発明の触媒を用いて製造される無水マレイン酸は、当
業者に周知の手段により回収される。例えば、無水マレ
イン酸は直接濃縮又は適切な媒質中での吸収とそわに続
く分離及び無水化の精製によって回収される。
4〜10個の炭素原子會もつ多くの非芳香族炭化水素が
、本発明の触媒ケ用いて無水マレイン酸にコンバートさ
nる。炭化水素が直鎖中に4個以上の炭素原子ヶもつこ
とが唯一の必要な条件である。1例として、飽和炭化水
素のn−ブタンは良好であるが、イソブタン(2−メナ
ループロパン)ハ、無水マレイン酸へのコンバージョン
に良好ではなく、シかしその存在は有害とはならない。
n−ブタンのほかに、他の適切な飽和炭化水素は、ペン
タン類、ヘキサン類、ヘプタン類、オクタン類、ノナン
類、デカン類とそれらの混合物があり、直鎖中に4個以
上の炭素原子tもつ炭素鎖が飽和炭化水素分子中に存在
する限9は、n−ブタンと共に或はn−ブタンなしで用
いられる。
不飽和炭化水素も、本発明の触媒で用い無水マレイン酸
へのコンバージョンに適切である。適切な不飽和炭化水
素は、ブテン類。(1−ブテンと2−ブテン)、1−3
−ブタジェン、ペンテン類、ヘキセン類、ヘプテン類、
オクテン類、ノネン類、デセン類、とそれらの混合物が
あり、直鎖中に4個以上の炭素原子’に!する必要な炭
化水素鎖が分子中に存在する限り、ブテン類と共に或は
ブテン類なしで用いられる。
シクロペンタンとシクロペンテンの如き環状化合物も、
良好な無水マレイン酸コンバージョンの供給材料である
前記の供給原材料のうちで、n−ブタンは好適な飽和炭
化水素であり、ブテン類に好適な不飽和炭化水素であっ
て、n−ブタンは全ての供給原材料の中で最適である。
前記した供給原材料は必すしも純粋な物質である必ah
なく、工業用グレードの炭化水素でよい。
前記し′fc適切な供給材料の酸化から得られる主たる
生成物は無水マレイン酸であり、供給原材料が4個以上
の炭素原子1含C炭化水素の場合に、少量の無水シトラ
コニツク(無水メチルマレイン酸)が生成する。
以下の特定の実施例は、本発明を実施するための最良の
現在知られた方法に説明するものであって、本発明を明
確に理解するために詳細に記述されている。しかし、好
適な具体例で示しているとは云え、本発明の応用例の解
説は例示にと曹1、本発明を限定するものではない。本
発明の主旨の範囲内で種々の変化や変性は、本発明の評
細な記載から当業者には明白である。
実施例1 (a)100%1.tルソJf4m 1Mi計とステンレススチールへら何きスターテに備え
7℃13A!の4ツロ丸底フラスコに、85.5%オル
ン燐酸(燐酸、H3PO3) 901.8 g(7,8
7モル)を仕込んだ。撹拌【開始し、343.4.!7
(2,42モル)(7)五酸化燐(P2O5) k燐酸
に加えると、発熱反応が起き、P2O5の俗解に従い、
150℃まで渦度が上昇した。その缶液ケ高められfc
編度で20分間撹拌し、七の後周囲編度(概ね25℃)
に冷却した。
(t)l  触媒 温度計、コース−フリットガス分散チューブ、へら付ス
ターラー、フレドリツヒコンデンサー付きの水冷ディー
ンスタークトラップ七備えた12lの4ツロ丸底フラス
コに8.61のイソブチルアルコールを仕込んだ。撹拌
で開始し、インブチルアルコール?10〜15℃に冷却
した。冷却したイソブチルアルコールに上記(a)で得
た1 245.6!!(12,71モル)の100%燐
酸七12分間かけて添加し、温度は10℃上昇した。燐
酸のインブチルアルコール溶液ケ5〜10℃に冷却した
この冷却した溶液に、撹拌しながら、966.0g(5
,29モル)の五酸化バナジウム(v205) kz引
続き1.35 g(0,032モルフの塩化リチウム(
LiC1)、0.96 、!i’ (0,017モルま
たは9原子ンの鉄粉、さらに1.Olのイソブチルアル
コールhm加するが、このアルコールの一部は製造容器
と移転ロートから100%燐酸の残渣會反応容器へ洗い
落とすために用いる。仕込んだP/V原子比U約1.2
0、Fe/V’原子比は約0.0016、I、i / 
V原子比は約[1,0030、Fe / Di原子比は
約0.56であった。無水塩化水酸ガス(HCI(20
37,Og、55.81モルン〕rガス分散チューブに
用いて、イソブチルアルコール/ H3P0゜/ V2
O,/ LiC1/ Fe混合物に4.67時間かけて
添加した。HCI添加の間、冷却バスを用いて温度に4
0℃〜50℃に保った。HC’lの添加が完了したとき
に、最初黄色のスラリーであったものが、暗赤茶色の溶
液になシ、冷却バスを取り除き12ノの加熱マントルに
置きかえた。溶液k 2.5時間かけて還流するように
加熱(最初98℃)し、さらに2時間に亘す還流(概ね
102℃)状態を保った。加熱期間及び還流期間中、多
量のHClが放出され、溶液は一時的に最初の赤茶色か
ら緑茶色にそしてネービーブルー色に変化した。その後
、5.41の留出物上大気圧で5時間かけて除き、さら
に1.38時間還流し、さらに1.51の留出物t2.
36時間かけて除き、従って総計6.91の留出物k 
7.36時間の留出物除去期間に取シ除いた。
轟厚な混合物r2個の4.44 scmc 1.75 
in )x24.13cyn(9−51n )x37−
465cm(14,75in )のパイレックス製ケー
キパンに注ぎ、140〜150℃に保ったオーブン中に
5.5時間入れ、2225.0 gの乾燥触媒先駆物質
を生成した。乾燥触媒先駆物/Jtで粉砕し、−14、
+18(14/18)メツシュ(米国標準篩寸法:1.
0〜1.4市)粒子にふるい、パイレックス製キャセロ
ール皿に入れ、窒素置換炉中で230℃に1時間かけて
加熱し焙焼し、この温度に3時間保ち、窒素で徐々に空
気で置換し、さらに6時間加熱して、1980.0 g
の黒色の触媒先駆物質r生成させた〇乾燥先駆物質粉末
を、重責係の粉状グラファイト(錠剤化潤滑剤として)
と混合し、22−25−44.50ニユートン(IN、
5.00−10.00ボンド(1bB ) )の側面圧
絹張Jl−もつ[1−43cm(0,1875in )
の錠剤に圧縮成形した。触媒先駆物質錠剤を総空間速度
1007時間で流れる大気中でその場で蝦・暁し、活性
化触媒にコンバートした。錠剤t200℃に保たれた内
直径2.12cIrL(0−834in、 ) X長さ
335.28cm(11ft、 )のチューブ状固定床
反応容器に仕込み、乾燥全党雰囲気の流れの中で312
4時間に亘ジ250℃に加熱した。七の後、温度ケ僅か
に下げて230℃として、流れている乾燥空気流に水を
添加して水分濃度が1.8容量係になるようにした。
温度t3℃/時間の速度で280℃に上げ、n−ブタン
を流れている水分含有空気流に加えて、空気中のn−ブ
タン濃度が0.6モル%になるようにした。湿度を、℃
/時間の速度で400℃に上げ、6時間保ち、そのうち
の終りの5時間は窒素ガスを導入した。触媒を■焼反応
容器中で空間速度1150/時間、空気中のn−ブタン
濃度1.9モル%で性能試験した。パラメーターと結果
を表1に掲げた。
実施例2 9.59 (0,035モル)の塩化第二鉄6水塩を用
い、仕込時のFe / V 肺子比會約0.0033、
Fe / I、i原子比【約1−094としfc以外は
、実施例1に記載の機器と方法r繰返し用いた。@た触
媒上実施例1記載のように性能試験した。パラメーター
と結果を表1に掲げた。
実施例6 0.785g(0,014モル)の鉄粉r用い、仕込時
のFe/V原子比が約[1,0013、Fe / L1
原子比が約0.44となるようにした以外は実施例1記
載の方法と機器を用い触媒を製造した。空間速度に23
00/時間、空気中のn−ブタン濃度で2.0モル係と
した以外は、実施例1記載のように触媒の性能試験を行
った。パラメーターと結果を表1に掲げた。
実施例4(比較) 鉄?省いた以外は、実施例1記載の機器と方法を繰返し
た。得られた触媒上空間速度1150/時間、空気中の
n−ブタン濃度1.9モル係(4a)及び空間速度23
00/時間、空気中のn−ブタ7111112.0モル
%(4b)の条件で実施例1記載のように性能試験した
。パラメーターと結果を表1に掲げた。
本発明の触媒性能と比較例の触媒の性能上比較すると明
らかに本触媒の優位性が判る。夫々の場合、同一空間速
度で比較すると、本発明の触媒(1150/時間の空間
速度の実施例1及び2と2300/時間の空間速度の実
施例6)は比較例の触媒(1150/時間の空間速度の
実施例4aと2300/時間の空間速度の実施例41)
)よりもn−ブタンのコンバージョン値、無水マレイン
酸への選択性の値、収率の値ともに高い値を示している
本発明に従えば、前記した目的と優位性ra足させるも
のを製造する触媒と方法を提供することは明らかである
。本発明では、いくつかの特定の実施例と具体列に関し
て述べたが、本発明はこれらに限定されるものではなく
、糧々の代替、変性、転換の手段は前に行ってきた記載
に照らして当業者には明白である。従って、本発明の精
神と観点に含まれるような全ての代替、変性、転換を本
発明は包含するものでおる。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燐、バナジウム及び酸素と、鉄及びリチウムの夫
    々を含む助触媒とを含むことを特徴とする、非芳香族炭
    化水素の部分酸化による無水マレイン酸の製造のための
    触媒。
  2. (2)触媒の燐/バナジウムの原子比が約0.50〜2
    .00である特許請求の範囲第1項記載の触媒。
  3. (3)触媒の燐/バナジウムの原子比が約0.95〜1
    .20である特許請求の範囲第2項記載の触媒。
  4. (4)触媒の(鉄+リチウム)/バナジウムの原子比が
    約0.0025〜0.0080である特許請求の範囲第
    1項記載の触媒であつて、但し、鉄/バナジウムの原子
    比が約0.0010〜0.0040、リチウム/バナジ
    ウムの原子比が約0.0015〜0.0040、さらに
    、鉄/リチウムの原子比が約0.30〜1.30である
    触媒。
  5. (5)触媒の鉄/バナジウムの原子比が約0.0015
    〜0.0035、リチウム/バナジウムの原子比が約0
    .0025〜0.0035である特許請求の範囲第4項
    記載の触媒。
  6. (6)燐/バナジウム/助触媒成分の原子比が約1.2
    0/1.00/0.0043−0.0063である特許
    請求の範囲第1項記載の触媒。
  7. (7)無水マレイン酸製造のための、鉄/リチウムを助
    触媒とする燐−バナジウム−酸素触媒の製造方法であつ
    て、 (a)実質的に4価のバナジウム含有化合物及び燐含有
    化合物の少くとも1種と、鉄及びリチウムの夫々を含有
    する助触媒成分とを、無水塩化水素の存在下で、実質的
    に無水のアルコール媒質中で接触させ、触媒先駆物質を
    形成させ、(b)該触媒先駆物質を回収し、 (c)該触媒先駆物質を乾燥し、 (d)該触媒先駆物質を焙焼し、 (e)該焙焼触媒先駆物質を■焼して、活性触媒を形成
    させる ことを特徴とする前記触媒の製造方法。
  8. (8)4価のバナジウムが5価のバナジウム含有化合物
    のその場の還元で作られる特許請求の範囲第7項記載の
    方法。
  9. (9)5価のバナジウム含有化合物がバナジウムオキサ
    イドである特許請求の範囲第8項記載の方法。
  10. (10)バナジウムオキサイドがバナジウムペントキサ
    イドである特許請求の範囲第9項記載の方法。
  11. (11)実質的に無水のアルコール媒質がイソブチルア
    ルコールである特許請求の範囲第7項記載の方法。
  12. (12)触媒先駆物質がアルコール媒質の蒸発によつて
    回収される特許請求の範囲第7項記載の方法。
  13. (13)触媒先駆物質が180℃以下の温度で約1〜1
    0時間乾燥される特許請求の範囲第7項記載の方法。
  14. (14)温度が約100℃〜150℃である特許請求の
    範囲第13項記載の方法。
  15. (15)触媒先駆物質が約200℃〜290℃の温度で
    、2時間以上焙焼される特許請求の範囲第7項記載の方
    法。
  16. (16)乾燥した触媒先駆物質がステツプ(d)の焙焼
    に先立つて形づくられる特許請求の範囲第7項記載の方
    法。
  17. (17)■焼が (a)焙焼した触媒先駆物質を、乾燥した空気の雰囲気
    中で約100℃〜290℃の温度で、約2時間加熱し、 (b)最大の水含有量が10容量%になるように十分な
    量の水を乾燥した空気の雰囲気に加え(c)時間当り最
    大速度約10℃で、約300℃〜400℃に温度を上昇
    させ (d)ステツプ(c)の間に相変換温度以下の温度で、
    約0.5〜1.5モル%の炭化水素濃度を提供するに足
    る十分な量で、無水マレイン酸にコンバートするための
    気体状炭化水素を、水含有空気流に添加し、 (e)ステツプ(c)で、約0.5〜24時間の間、約
    300℃〜400℃の温度を維持する、 ことを含む一連のステツプで実施される特許請求の範囲
    第7項記載の方法。
  18. (18)炭化水素が、約275℃〜290℃の温度で、
    ステツプ(d)に導入される特許請求の範囲第17項記
    載の方法。
  19. (19)該温度を維持する時間が、約1〜6時間である
    特許請求の範囲第18項記載の方法。
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