JPS6236740B2 - - Google Patents

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JPS6236740B2
JPS6236740B2 JP57153819A JP15381982A JPS6236740B2 JP S6236740 B2 JPS6236740 B2 JP S6236740B2 JP 57153819 A JP57153819 A JP 57153819A JP 15381982 A JP15381982 A JP 15381982A JP S6236740 B2 JPS6236740 B2 JP S6236740B2
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reaction
outer diameter
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nitrate
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JPS5946132A (ja
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Noboru Saito
Takeshi Satake
Ryuji Aoki
Isao Nagai
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Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明はイソブチレンあるいはターシヤリーブ
タノールを空気または分子状酸素含有ガスにより
接触気相酸化せしめメタクロレインを高い選択性
と高い収率でえるための触媒組成物に関する。 イソブチレンあるいはターシヤリーブタノール
を接触気相酸化して、メタクロレインを製造する
ための触媒は、すでに多数提案されている。たと
えば特公昭47―42241号、特開昭50―96513号、特
公昭55―46374号、特開昭54―163509号、特開昭
51―34107号、特開昭51―63112号、特開昭56―
46832号等の各公報明細書がある。しかしなが
ら、これらの公知触媒は実際に工業的使用にあた
つては各明細書実施例記載にあるような高水準で
メタクロレインの選択率および収率をえることは
困難である。これは、実際の工業的反応において
は、当該接触気相酸化が非常に発熱的反応である
ために、触媒層中にホツトスポツトという局所的
異常高温帯が発生し、過度の酸化反応が起きた
り、触媒の充填層高が長いため触媒層中での圧力
が反応用ガス入口から出口に向つて絶えず変化す
るため理想的な反応からかけ離れているためであ
ろうと考えられる。 本発明者らは、かかる不都合を排除し、工業的
反応において高空間速度で反応させつつ、メタク
ロレインを高収率でえる触媒の開発を進めたとこ
ろ、従来採用されてきた球状ないし円柱状の形状
の触媒にくらべてきわめてすぐれた水準の触媒の
形状を見出し本発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明は以下の如く特定される。 3.0〜10.0mmの外径で長さが外径の0.5〜2.0倍の
形状を有し、かつその縦軸方向に外径の0.1〜0.7
倍の内径からなる貫通孔を有するリング状触媒で
あり、また触媒を形成する触媒活性物質が下記一
般式で示されてなることを特徴とするメタクロレ
イン合成用触媒。 Moab Bic Fedefghx (ここで、Moはモリブデン、Wはタングステ
ン、Biはビスマス、Feは鉄、Aはニツケル、コ
バルトからなる群から選ばれた少なくとも1種の
元素、Bはアルカリ金属、アルカリ土類金属およ
びタリウムからなる群から選ばれた少なくとも1
種の元素、Cはリン、テルル、アンチモン、ス
ズ、セリウム、鉛、ニオブ、マンガン、亜鉛から
なる群から選ばれた少なくとも1種の元素、Dは
シリコン、アルミニウム、チタニウム、ジルコニ
ウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の元
素およびOは酸素を表わす。また、a,b,c,
d,e,f,g,h,xは、それぞれMo,W,
Bi,Fe,A,B,C,DおよびOの原子数を表
わし、a=12と固定したとき、b=0〜10、c=
0.1〜10.0、d=0.1〜20、e=2〜20、f=0〜
10、g=0〜4、h=0〜30およびxは各々の元
素の酸化状態により定まる数値をとる。) 本発明触媒によるすぐれた性能は以下の実施例
で具体的に開示されるが、列挙すれば以下の3点
となる。 (i) 触媒の形状を上記特定になるリング状にした
ことにより触媒の幾何学的表面積が増大し、そ
れにつれてターシヤリーブタノールやイソブチ
レンの転化率が増大し、かつ触媒細孔内で生成
したメタクロレインの細孔内拡散が脱離、拡散
時の通路の短縮とあいまつて、球状、円柱状の
ものに比べて、すみやかになり、逐次反応であ
るメタクロレインからメタクリル酸、酢酸、二
酸化炭素、一酸化炭素への反応が低下したこ
と。 (ii) リング状触媒にすることで当然予想されるの
であるが、触媒層中での圧力損失が減じ、工業
生産におけるブロアーの電力費を低減すること
が可能となる。これは後述の実施例9および比
較例1からも明らかなことであるが、外径6.0
mm、長さ6.6mmの円柱状触媒を用いた場合と外
径5.0mm、長さ5.5mm、貫通孔内径2.0mmのリング
状触媒を用いた場合と触媒層での圧力損失が同
水準となり触媒をより小粒径化することによ
り、触媒の幾何学的な表面積が増大し、その分
だけ高活性、高選択性をえる目的およびそのた
めの工夫が容易となるとう利点をもたらすこと
になる。 (iii) また、本発明の触媒は、触媒の寿命が伸びる
という利点を有している。すなわち一般に、接
触気相酸化が非常に発熱的であるために起こる
局所異常高温帯の温度を低下させる。より具体
的にはリング状触媒にすることによる除熱効果
の増大と、先に述べたメタクリル酸、酢酸、二
酸化炭素、一酸化炭素への逐次反応による発熱
の減少および最適反応温度をより低くしうるこ
とがあいまつてホツトスポツトの温度が低下
し、その結果反応中に触媒成分の一つであるモ
リブデンの飛散が原因で起こる圧力損失の上昇
率と性能の劣化が小さくなり触媒の寿命をのば
す結果となること。 その他の利点については、以下の叙述のうちに
明らかになるであろう。 本発明にかかる触媒は公知の方法により調製さ
れる。たとえば、触媒組成物を沈殿法、混練法な
どにより粉体もしくは粘土状にまで固形化し、こ
れに必要に応じてカーボンブラツク、ステアリン
酸、デンプン、ポリアクリル酸、鉱油または植物
油さらに水などを少量加えて錠剤機や押出成型機
などでリング状に成型し、400〜700℃の温度下空
気気流中ないし窒素気流中焼成し触媒酸化物とし
ての触媒をえる。 本発明にかかる触媒酸化物の原料は、上述の如
き調製工程において酸化物の形に分解されうる化
合物が推奨される。たとえば硝酸塩、アンモニウ
ム塩、有機酸塩、水酸化物、酸化物、金属酸、金
属酸アンモニウム塩などである。アルカリ金属と
しては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビ
ジウム、セシウムのうちから選ばれる。 アルカリ土類金属としてはマグネシウム、カル
シウム、バリウム、ストロンチウムのうちから選
ばれる。 また、本発明特定になる元素組成の触媒酸化物
であつても、上記特定になる形状を外れると、工
業的な使用に際しては所期の性能を達成しえない
ことは、後述の比較例に見る如くであるが、さら
に好ましい形状としては、リング形成の肉厚部の
平均厚さが1.0〜4.0mmとなるように形成されると
き、きわめて良好な触媒性能を発揮することがわ
かつた。肉厚は薄くしすぎると触媒の強度低下を
招くので1.0mm以上であることが好ましい。 本発明による接触気相酸化反応は原料ガス組成
として1〜10容量%のイソブチレンまたはターシ
ヤリーブタノール、3〜20容量%の分子状酸素、
0〜60容量%の水蒸気および20〜80容量%の不活
性ガス、たとえば窒素、炭酸ガスなどからなる混
合ガスを前記のようにして調整された触媒上に
250〜450℃の温度範囲および常圧〜10気圧の圧力
下、空間速度300〜5000hr-1で導入することによ
つて逐行される。 次に実施例および比較例によつて本発明をさら
に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限
定されるものではない。本明細書における転化
率、選択率および単流収率はそれぞれ次の通り定
義される。
【表】 供給したイソブチレンまたはター
シヤリーブタノールのモル数
実施例 1 水1000mlに硝酸コバルト1456g、硝酸第二鉄
202gを溶解させた。また硝酸ビスマス243gを濃
硝酸30mlと水120mlの硝酸水溶液に溶解させた。
これとは別に、水3000mlを加熱撹拌しつつ、その
中にパラモリブデン酸アンモニウム1059g、パラ
タングステン酸アンモニウム265gをそれぞれ混
入溶解し、この溶液に上記2つの硝酸塩水溶液の
混合物を滴下混合し、ついで硝酸セシウム39.0g
を100mlの水に溶解した水溶液、さらに20重量%
濃度のシリカゾル203gを順次添加混合した。か
くしてえられた懸濁液を加熱撹拌後、蒸発乾固せ
しめたのち、外径6.0mm、長さ6.6mm、貫通孔内径
1.0mmに成型し、空気流通下500℃で6時間焼成し
た。 この触媒酸化物の組成は酸素を除いた原子比で Mo12W2Co10Bi1Fe1Si1.35Cs0.4 であつた。 こうしてえられた触媒1500mlを直径25.4mmφの
鋼鉄製反応管に充填し、イソブチレン6容量%、
酸素13.2容量%、水蒸気15容量%、窒素65.8容量
%から成る組成の混合ガスを導入し、反応温度
340℃、空間速度1600hr-1で反応を逐行した。反
応中の圧力損失、△T(反応温度とホツトスポツ
トの温度差)および収率を表―1に示す。 実施例 2,3 実施例1の場合の貫通内径をそれぞれ2mm、3
mmにした以外は実施例1におけると同様の触媒を
調製し、同様の反応を行なつた。反応中の圧力損
失、△Tおよび収率を表―1に示す。 比較例 1 実施例1の触媒で外径6.0mm、長さ6.6mmの円柱
状に成型し、実施例1におけると全く同様に反応
を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率
を表―1に示す。 比較例 2 実施例1の場合の貫通内径を0.5mmにした以外
は実施例1におけると同様の触媒を調製し、同様
の反応を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよ
び収率を表―1に示す。 実施例 4 実施例1において硝酸セシウムにかえて硝酸ル
ビジウムと硝酸カリウムを用い、実施例1におけ
ると同様に調製して、酸素を除いた原子比として Mo12W2Co7Bi3Fe1Si1.35Rb0.4K0.1 なる触媒酸化物を外径4.0mm、長さ4.4mm、貫通内
径1.0mmに成型し、実施例1におけると全く同様
に反応を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよ
び収率を表―1に示す。 比較例 3 実施例4の触媒を外径4.0mm、長さ4.4mmの円柱
状に成型し、実施例1におけると全く同様に反応
を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率
を表―1に示す。 実施例 5 実施例1においてパラタングステン酸アンモニ
ウムの後にリン酸を加えること、また硝酸セシウ
ムのかわりに硝酸タリウムを用いること以外は全
く実施例1における同様に調製し、酸素を除いた
原子比としてMo12W2Co10Bi1Fe1Si1.35Tl0.4P0.2
る触媒酸化物を外径8.0mm、長さ8.8mm、貫通内径
3.0mmに成型し、実施例1におけると全く同様に
反応を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび
収率を表―1に示す。 比較例 4 実施例5の触媒を外径8.0mm、長さ8.8mmの円柱
状に成型し、実施例1におけると全く同様に反応
を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率
を表―1に示す。
【表】 実施例 6 実施例1において硝酸コバルトのかわりに硝酸
ニツケルを用いること、また硝酸セシウムと同時
に硝酸マグネシウムと硝酸カルシウムを用いるこ
と以外は、全く実施例1におけると同様に調製し
酸素を除いた原子比として Mo12W2Ni8Bi1Fe1Si1.35Cs0.2Mg1Ca1 なる触媒酸化物を外径6.0mm、長さ6.6mm、貫通内
径2.0mmに成型し、実施例1におけると全く同様
に反応を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよ
び収率を表―2に示す。 実施例 7 これまでの反応結果はすべて100時間経過時点
での値であるが、実施例6の反応を2000時間行な
つた値を表―2に示す。 比較例 5,6 実施例6の触媒を外径6.0mm、長さ6.6mmの円柱
状に成型し、実施例1と全く同様に反応を行なつ
た。100時間後、2000時間後の反応結果をそれぞ
れ表―2に示す。 実施例 8 実施例1において、パラタングステン酸アンモ
ニウムを用いないこと、またシリカゾルを添加す
る前に硝酸鉛を用いること以外は、実施例1にお
けると同様に調製し、酸素を除いた原子比として Mo12Co7Bi1Fe3Si11Cs0.1Pb1 なる触媒酸化物を外径6.0mm、長さ6.6mm、貫通内
径2.0mmに成型し、空気流通下650℃で4時間焼成
した。こうしてえられた触媒を実施例1における
と同様に反応を行なつた。反応中の圧力損失、△
Tおよび収率を表―2に示す。 比較例 7 実施例8の触媒を外径6.0mm、長さ6.6mmの円柱
状に成型し、実施例1におけると同様に反応を行
なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率を表
―2に示す。
【表】 実施例 9 実施例1の触媒を外径5.0mm、長さ5.5mm、貫通
内径2.0mmに成型し、実施例1におけると同様の
条件で反応を行なつた。反応中の圧力損失は比較
例1と同じ値となつた。反応中の△Tおよび収率
を表―3に示す。
【表】 実施例 10 パラタングステン酸アンモニウム、硝酸セシウ
ムを用いないこと、また硝酸コバルト、シリカゾ
ルのかわりにそれぞれ硝酸ニツケル、二酸化チタ
ンを用いること、又、三酸化アンチモンをパラモ
リブデン酸アンモニウムと同時に添加すること、
さらに二酸化チタンの前に酸化第二スズと二酸化
テルルを添加すること以外は実施例1と全く同様
に調製し、酸素を除いた原子比として Mo12Ni6Bi1Fe3Ti1Sb2.0Sn1Te0.5 なる触媒酸化物を外径6.0mm、長さ6.6mm、貫通内
径2.0mmに成型し、実施例1におけると同様に反
応を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収
率を表―4に示す。 比較例 8 実施例10の触媒を外径6.0mm、長さ6.6mmの円柱
状に成型し、実施例1におけると同様に反応を行
なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率を表
―4に示す。 実施例 11 パラタングステン酸アンモニウムを用いないこ
と、また硝酸セシウムのかわりに硝酸カリウムを
用いること、またシリカゾルの代わりに硝酸アル
ミニウムを用いること以外は、全く実施例1にお
けると同様に調製し、酸素を除いた原子比として Mo12Co5Bi1Fe12Al1K0.5 なる触媒酸化物を外径6.0mm、長さ6.6mm、貫通内
径2.0mmに成型し、空気流通下600℃で6時間焼成
した。こうしてえられた触媒を反応ガス組成とし
て水蒸気をゼロとし、窒素80.8%とした以外は実
施例1におけると同様に反応を行なつた。反応中
の圧力損失、△Tおよび収率を表―4に示す。 比較例 9 実施例11の触媒を外径6.0mm、長さ6.6mmの円柱
状に成型し、実施例11におけると同様に反応を行
なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率を表
―4に示す。 実施例 12 パラタングステン酸アンモニウムを用いないこ
と、シリカゾルの代りに硝酸ジルコニウムを用い
ること、さらに最後に硝酸セリウム、硝酸マンガ
ン、硝酸亜鉛、五酸化ニオブを用いること以外は
全く実施例1におけると同様に調製し、酸素を除
いた原子比として Mo12Co6Bi1Fe1Zr1Cs0.4Ce1Mn1Zn1Nb0.5 なる触媒酸化物を外径6.0mm、長さ6.6mm、貫通内
径2.0mmに成型し、実施例1におけると同様に反
応を行なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収
率を表―4に示す。 比較例 10 実施例12の触媒を外径6.0mm、長さ6.6mmの円柱
状に成型し、実施例1におけると同様に反応を行
なつた。反応中の圧力損失、△Tおよび収率を表
―4に示す。
【表】 実施例 13 実施例2の触媒を用いて、イソブチレンの代わ
りにターシヤリーブタノールにて反応を行なつ
た。反応条件は実施例1でイソブチレンの代わり
にターシヤリーブタノール6容量%とした以外は
全く同様に反応を行なつた。反応中の圧力損失、
△Tおよび収率を表―5に示す。 比較例 11 比較例1の触媒を用いて、実施例13におけると
同じ反応条件で反応を行なつた。反応中の圧力損
失、△Tおよび収率を表―5に示す。
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 3.0〜10.0mmの外径で長さが外径の0.5〜2.0倍
    の形状を有し、かつその縦軸方向に外径の0.1〜
    0.7倍の内径からなる貫通孔を有するリング状触
    媒であり、また触媒を形成する触媒活性物質が下
    記一般式で示されてなることを特徴とするイソブ
    チレンあるいはターシヤリーブタノールを空気ま
    たは分子状酸素含有ガスによつて接触気相酸化し
    てメタクロレインを合成する触媒。 Moab Bic Fedefghx (ここで、Moはモリブデン、Wはタングステ
    ン、Biはビスマス、Feは鉄、Aはニツケル、コ
    バルトからなる群から選ばれた少なくとも1種の
    元素、Bはアルカリ金属、アルカリ土類金属およ
    びタリウムからなる群から選ばれた少なくとも1
    種の元素、Cはリン、テルル、アンチモン、ス
    ズ、セリウム、鉛、ニオブ、マンガン、亜鉛から
    なる群から選ばれた少なくとも1種の元素、Dは
    シリコン、アルミニウム、チタニウム、ジルコニ
    ウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の元
    素およびOは酸素を表わす。また、a,b,c,
    d,e,f,g,h,xは、それぞれMo,W,
    Bi,Fe,A,B,C,DおよびOの原子数を表
    わし、a=12と固定したとき、b=0〜10、c=
    0.1〜10.0、d=0.1〜20、e=2〜20、f=0〜
    10、g=0〜4、h=0〜30およびxは各々の元
    素の酸化状態により定まる数値をとる。)
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