JPS63145249A - Production of methacrylic acid and/or methacrolein - Google Patents

Production of methacrylic acid and/or methacrolein

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JPS63145249A
JPS63145249A JP61289783A JP28978386A JPS63145249A JP S63145249 A JPS63145249 A JP S63145249A JP 61289783 A JP61289783 A JP 61289783A JP 28978386 A JP28978386 A JP 28978386A JP S63145249 A JPS63145249 A JP S63145249A
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辰男 山口
Mariko Sugiyama
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Abstract

PURPOSE:To obtain the titled compound in excellent selectivity, productivity and catalyst life, by oxidizing isobutane in one step using a Mo-containing heteropolyacid having P or As as center atom or a salt of said polyacid as a catalyst in a state of high degree of reduction. CONSTITUTION:Methacrylic acid and/or methacrolein can be produced by oxidizing a gas containing isobutane in the presence or absence of oxygen at 250-450 deg.C using a catalyst comprising a Mo-containing heteropolyacid having P or As as center atom or its salt (e.g. phosphomolybdic acid, arsenomolybdic acid, etc.) at a reduction degree corresponding to 1-6 electrons, especially 2-4 electrons per one molecule of the heteropolyacid. Especially methacrylic acid can be produced from isobutane in high selectivity. The combined selectivity of methacrylic acid and methacrolein exceeds 50%.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、メタクリル酸および/またはメタクロレイン
の新規な製造法に間するものである。詳しくは、イソブ
タンを触媒の存在下気相で酸化し、一段でメタクリル酸
および/またはメタクロレインを合成する方法に間する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a novel method for producing methacrylic acid and/or methacrolein. Specifically, a method is described in which isobutane is oxidized in the gas phase in the presence of a catalyst to synthesize methacrylic acid and/or methacrolein in one step.

[従来技術] 従来、イソブタンのような飽和炭化水素は不活性ガスと
考えられており、オレフィンやアルデヒドの酸化に際し
反応ガスの希釈剤として用いられることが記載されてい
る。(たとえば、特開昭55−2619号) このようにイソブタンは非常に反応性に乏しいため、脱
水素触媒または、酸化脱水素触媒を用いて脱水素し、イ
ソブチレンを製造したのち、これを酸化しメタクロレイ
ンあるいはメタクリル酸とする方法がとられる。
[Prior Art] Saturated hydrocarbons such as isobutane are conventionally considered to be inert gases, and it has been described that they are used as diluents for reaction gases during the oxidation of olefins and aldehydes. (For example, JP-A No. 55-2619) Since isobutane has extremely low reactivity, it is dehydrogenated using a dehydrogenation catalyst or an oxidative dehydrogenation catalyst to produce isobutylene, and then oxidized. A method using methacrolein or methacrylic acid is used.

英国特許第1340891号明SA書において気相で、
酸素との共存下、アンチモンとモリブデンの酸化物を触
媒に用いて、極めて低い収率てはあるが、反応性に乏し
いイソブタンから直接メタクロレインが得られることが
示されている。しかし、収率が低く、工業的には満足で
きる方法とζよならない。
In British Patent No. 1340891 SA, in the gas phase,
It has been shown that methacrolein can be obtained directly from unreactive isobutane in the coexistence of oxygen using antimony and molybdenum oxides as catalysts, although the yield is extremely low. However, the yield is low and this method is not industrially satisfactory.

また、特開昭55−62041号にはアンチモン、モリ
ブデン、リンと酸素よりなる触媒を用いて、分子状酸素
の共存下でイソブタンを酸化してメタクリル酸を製造す
る方法が開示されている。
Further, JP-A-55-62041 discloses a method for producing methacrylic acid by oxidizing isobutane in the coexistence of molecular oxygen using a catalyst consisting of antimony, molybdenum, phosphorus, and oxygen.

この方法によれば、イソブタン濃度10%の原料ガスを
供給した場合、原料ガス中のイソブタンの10%を転化
させ、そのうち50%の選択性でメタクリル酸を製造で
きることが示されている。
According to this method, it has been shown that when a raw material gas with an isobutane concentration of 10% is supplied, 10% of the isobutane in the raw material gas can be converted and methacrylic acid can be produced with a selectivity of 50%.

しかし、この方法では触媒寿命が十分ではなく、メタク
リル酸生成活性は速やかに低下してしまう。
However, with this method, the catalyst life is not sufficient and the methacrylic acid production activity quickly decreases.

また、原料ガスの空間速度が低いために生産性が低く、
工業的製法としては満足できる方法には至っていない。
In addition, productivity is low due to the low space velocity of the raw material gas.
As an industrial manufacturing method, a satisfactory method has not yet been achieved.

[発明が解決しようとしている問題点コ従って本発明が
目的とするところは、イソブタンの一段酸化法によって
工業的に実施可能な優れた目的物への選択性、生産性お
よび触媒寿命をもつメタクリル酸および/またはメタク
ロレインの製造方法を提供することである。
[Problems to be Solved by the Invention] Accordingly, the object of the present invention is to provide methacrylic acid with excellent selectivity to the target product, productivity, and catalyst life that can be industrially implemented by a one-step oxidation method of isobutane. and/or to provide a method for producing methacrolein.

[問題を解決するための手段] 本発明者らはかかる問題に対処するため鋭意研究を重ね
た結果、イソブタンを酸化するに際してPまたはAsを
中心元素としMoを含んでなるヘテロポリ酸又はその塩
を還元度の高い状態で触媒として使用すると、メタクリ
ル酸の選択性が向上しメタクリル酸にメタクロレインを
併せた生産性も向上すること、およびその高い生産性を
長時間にわたり持続できることをを見いだし、本発明を
完成した。
[Means for Solving the Problem] As a result of extensive research in order to solve the problem, the present inventors found that when oxidizing isobutane, a heteropolyacid or a salt thereof containing P or As as the central element and Mo is used. We discovered that when used as a catalyst in a highly reduced state, the selectivity of methacrylic acid improves and the productivity of methacrylic acid and methacrolein together also increases, and that this high productivity can be sustained for a long time. Completed the invention.

即ち、本発明はイソブタン含有ガスを酸化するに際して
、酸素の存在下あるいは不存在下に250〜450℃の
温度範囲で、PまたはAsを中心元素としM oを含む
ヘテロポリ酸またはその塩を、ヘテロポリ酸一分子当た
り一〜六電子相当還元した触媒を用いることを特徴とす
るメタクリル酸および/またはメタクロレインの新規な
製法である。
That is, when oxidizing isobutane-containing gas, the present invention oxidizes a heteropolyacid or its salt containing P or As as a central element and Mo at a temperature range of 250 to 450°C in the presence or absence of oxygen. This is a novel method for producing methacrylic acid and/or methacrolein, which is characterized by using a catalyst that has been reduced by one to six electrons per acid molecule.

本発明は、特定のへテロポリ酸またはその塩を含む触媒
を、酸素の存在下あるいは不存在下いずれの場合でも、
高い還元状態に維持した状態で酸化反応を行なうことを
特徴とする新らしい概念に基づいたメタクリル酸および
/またはメタクロレインの製法に関するものである。
The present invention provides a method for using a catalyst containing a specific heteropolyacid or a salt thereof in the presence or absence of oxygen.
The present invention relates to a method for producing methacrylic acid and/or methacrolein based on a novel concept characterized by carrying out an oxidation reaction while maintaining a highly reduced state.

本発明の方法によればイソブタンから特にメタクリル酸
を良好な選択率で得ることができ、メタクリル酸および
メタクロレインを併せた選択率は60%を超えろ。また
、触媒を還元状態で酸化反応に使用するという、通常の
概念からは酸化活性の低下を招くと考えられる方法にも
かかわらず、メタクリル酸および/またはメタクロレイ
ンの生産性は低下せず、これらの生産性は逆に向上する
According to the method of the present invention, methacrylic acid can be obtained from isobutane with particularly good selectivity, and the combined selectivity for methacrylic acid and methacrolein exceeds 60%. In addition, despite the method of using a catalyst in a reduced state in the oxidation reaction, which is considered to lead to a decrease in oxidation activity from the usual concept, the productivity of methacrylic acid and/or methacrolein did not decrease, and the productivity of methacrylic acid and/or methacrolein did not decrease. On the contrary, productivity will improve.

しかも、高い生産性を長朗にわたって維持できることが
特徴である。このように従来イソブタンを原料とした場
合不十分であった生成物の選択性、生産性および触媒寿
命が、本発明の方法により改善され、工業的に有利な製
造法を提供することができた。
Moreover, it is characterized by being able to maintain high productivity over long periods of time. As described above, the product selectivity, productivity, and catalyst life, which were insufficient when conventionally using isobutane as a raw material, were improved by the method of the present invention, and an industrially advantageous production method could be provided. .

還元状態にある触媒がこのように優れた効果を示す理由
については不明な点が多いが、以下の作用が考えられる
Although there are many unknowns as to why a catalyst in a reduced state exhibits such excellent effects, the following effects are considered.

第一に、リンモリブデン酸および砒素モリブデン酸は還
元度および還元条件によってはα型からβ型への異性化
が起こることが知られており[エム・ティー・ボー1、
“ヘテロポリ アンド イソポリオキソメタレーツ”、
スブリンジャー・ベルラグ(M、T、Pope、”He
tetropoly and IsopolyOxom
etalates”、Sprin3er−Verlag
、)(1983)コ 、 触媒種およびその組成が酸化
状態とは異なることが推察される。異性化によるイソブ
タン酸化反応への影響の詳細は不明であるが、酸化状態
とは異なる還元触媒種の電子状態がイソブタン酸化に対
して有利に働いているものと考えられる。
First, it is known that phosphomolybdic acid and arsenic molybdic acid undergo isomerization from α-type to β-type depending on the degree of reduction and reducing conditions [M.T.
“Heteropoly and isopolyoxometalates”,
Sbringer Verlag (M, T, Pope, “He
tetropoly and isopolyOxom
etalates”, Spring3er-Verlag
) (1983), it is inferred that the catalyst species and its composition are different from the oxidation state. Although the details of the influence of isomerization on the isobutane oxidation reaction are unknown, it is thought that the electronic state of the reduced catalyst species, which is different from the oxidation state, is working advantageously for the isobutane oxidation.

リンモリブデン酸は種々の結晶構造をとることが知られ
ており、例えば12−モリブドリン酸は配位水の減少に
伴い、立方晶、三斜晶、正方品と変化する。これに対し
高い還元状態にある12−モリブドリン酸、例えば四電
子還元体は、通常、配位水の減少が認められる350℃
のような高温の反応条件下でも結晶構造が変化せず立方
晶を維持しており、熱的安定性が極めて高い。このよう
な高い還元状態にあるリンモリブデン酸等が熱的に安定
な結晶構造をとりうろことがイソブタン酸化触媒として
の優れた触媒性能および触媒寿命を発揮する第二の理由
と考えられる。
It is known that phosphomolybdic acid has various crystal structures; for example, 12-molybdophosphoric acid changes into cubic, triclinic, and tetragonal structures as the coordinated water decreases. On the other hand, 12-molybdophosphoric acid in a highly reduced state, such as a four-electron reduced product, is usually heated at 350°C, where a decrease in coordinated water is observed.
The crystal structure does not change even under high-temperature reaction conditions, maintaining a cubic crystal structure, and it has extremely high thermal stability. The fact that phosphomolybdic acid and the like in such a highly reduced state have a thermally stable crystal structure is considered to be the second reason why it exhibits excellent catalytic performance and catalyst life as an isobutane oxidation catalyst.

第三に、還元によりヘテロポリ酸の酸性質が弱められ、
イソブタン酸化による中間生成物の強吸着が抑制され、
完全酸化性が低下することも目的とする酸化生成物の選
択性が向上した理由であると考えられる。
Third, the acidity of the heteropolyacid is weakened by reduction,
Strong adsorption of intermediate products due to isobutane oxidation is suppressed,
It is believed that the reduction in complete oxidation property is also a reason for the improvement in the selectivity of the target oxidation product.

本発明において用いる触媒は、PまたはAsを中心元素
とし、Moを含むヘテロポリ酸からなり、ヘテロポリ酸
一分子当たり一〜六電子相当還元された状態で使用する
ことが重要である。
The catalyst used in the present invention is composed of a heteropolyacid containing P or As as a central element and contains Mo, and it is important to use it in a state in which one to six electrons are reduced per molecule of the heteropolyacid.

ヘテロポリ酸としてはPまたはAsを中心元素とし、M
oをポリ原子として含むものであって、リンモリブデン
酸、砒素モリブデン酸である。これらは種々の構造をと
ることが知られている(化学の領域、Vo129.No
12.、、P2S5.佐佐木、松本)。
As a heteropolyacid, P or As is the central element, and M
Those containing o as a poly atom include phosphomolybdic acid and arsenic molybdic acid. These are known to have various structures (chemistry area, Vol. 129. No.
12. ,,P2S5. Sasaki, Matsumoto).

代表的なものとして、12−モリブドリン酸等に代表さ
れるケギン構造がある。また、これらのリンモリブデン
酸、砒素モリブデン酸を構成するMoの一部がバナジウ
ムまたはタングステンなどで置換された構造も、本発明
の触媒として有効である。
A typical example is the Keggin structure represented by 12-molybdophosphoric acid. Furthermore, structures in which Mo constituting these phosphomolybdic acids and arsenic molybdic acids are partially substituted with vanadium, tungsten, etc. are also effective as catalysts of the present invention.

さらに、触媒としてこれらの塩を用いることができる。Furthermore, these salts can be used as catalysts.

有効な塩としては、アンモニウム塩、ピリジン、キノリ
ンなどのアミンとの塩がある。これはアンモニウムイオ
ンと部分的に塩を形成しているものでもよく、また、ア
ンモニウム塩から焼成によりアンモニウムイオンを一部
または全部取り除いてしまったものでもよい。
Useful salts include ammonium salts, salts with amines such as pyridine and quinoline. This may be one that partially forms a salt with ammonium ions, or it may be one in which ammonium ions are partially or completely removed from an ammonium salt by calcination.

また、Tl、Bi、Te、Pb、TI、Fe。Also, Tl, Bi, Te, Pb, TI, Fe.

As、Ag+ Cr、Ni、Cu、Mn、Coのごとき
遷移金属類、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類
金属、その他の金属の塩や、それらの金属を含む混合物
も触媒として有効である。アンモニウム塩との混合物も
使用できる。
Salts of transition metals such as As, Ag+ Cr, Ni, Cu, Mn, and Co, alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, and other metals, as well as mixtures containing these metals, are also effective as catalysts. Mixtures with ammonium salts can also be used.

また、これらの触媒は、担体を用いてもよい。Further, a carrier may be used for these catalysts.

担体として、シリカ、アルミナ、シリコンカーバイド、
チタニア、ジルコニア、ケイソウ土などをあげることが
できる。
As a carrier, silica, alumina, silicon carbide,
Examples include titania, zirconia, and diatomaceous earth.

これらのへテロポリ酸は、公知の方法[例えば、ジー・
ニー・ツシディノス、インダストリアル・アンド・エン
ジニアリング・ケミストリー、プロダクツ・リサーチ・
アンド・デベロップメント(G、A、Tsigdino
s、 lnd、Eng、chem、、 Prod、Re
s、Dev。
These heteropolyacids can be prepared by known methods [e.g.
Ni Tusidinos, Industrial and Engineering Chemistry, Products Research
and Development (G, A, Tsigdino
s, lnd, Eng, chem, Prod, Re
s, Dev.

、 ) Vol、13. P2S5、1974年および
ジー・ニー・ツシディノス、インオーガニック・ケミス
トリー(G、A、Tsigdinos、  Inor8
anic Chemistry) Vol、7゜No3
.1968年)により合成できる。
) Vol, 13. P2S5, 1974 and G.N. Tsigdinos, Inorganic Chemistry (G, A, Tsigdinos, Inor8
anic chemistry) Vol, 7°No3
.. (1968).

アンモニウム塩は、ヘテロポリ酸より合成することがで
きる。この場合、アンモニア水、塩化アンモニウム、硝
酸アンモニウムなどの水溶性のアンモニウム塩などをア
ンモニウムイオン源として使用できる。また、有機アミ
ンも同様に使用でき有用である。 その他の金属塩また
は複合物は、金属の炭酸塩、硝酸塩、塩化物などの塩と
のへテロポリ酸を混合し、触媒に用いることができる。
Ammonium salts can be synthesized from heteropolyacids. In this case, water-soluble ammonium salts such as aqueous ammonia, ammonium chloride, and ammonium nitrate can be used as the ammonium ion source. In addition, organic amines can also be used and are useful. Other metal salts or complexes can be used in catalysts by mixing heteropolyacids with salts such as metal carbonates, nitrates, chlorides, etc.

本発明に使用する際には、上記した各種へテロポリ酸を
一分子当たり一〜六電子相当還元する。
When used in the present invention, the various heteropolyacids described above are reduced by one to six electrons per molecule.

ここで還元の電子数はその系全体を平均的に表現したも
のであり、各イオン個々が必ずしも等しいことを意味し
ない。リンモリブデンあるいは砒素モリブデン酸は還元
されやすいため、−電子未満の低還元状態には容易にな
りうる。しかし、このような低還元度ではイソブタン酸
化においては、゛メタクリル酸の選択率が低くかつ、触
媒活性が速やかに低下してしまう。一方、六電子を超え
る還元度ではモリブデン系へテロポリ酸は酸化還元が可
逆的でなくなることが報告されており、酸化触媒として
好ましくない。従って、−〜六電子相当の範囲の還元度
が好ましい。特に、好ましいのは二〜四電子相当の還元
度の範囲である。このように、特に高い還元度の触媒を
調整するには、公知の還元法のいずれでもよいが、以下
に各種の方法を例示する。
Here, the number of electrons for reduction is an average representation of the entire system, and does not necessarily mean that each ion is equal. Since phosphomolybdenum or arsenic molybdic acid is easily reduced, it can easily be reduced to a low reduction state of less than -electron. However, at such a low degree of reduction, in isobutane oxidation, the selectivity for methacrylic acid is low and the catalytic activity quickly decreases. On the other hand, it has been reported that the redox of molybdenum-based heteropolyacids is no longer reversible at a degree of reduction exceeding six electrons, making them undesirable as oxidation catalysts. Therefore, the degree of reduction is preferably in the range of - to six electrons. Particularly preferred is a reduction degree equivalent to two to four electrons. In this way, any known reduction method may be used to prepare a catalyst with a particularly high degree of reduction, and various methods are exemplified below.

完全酸化状態にあるヘテロポリ酸を飽和溶解度までの水
溶液とし、ヒドラジン、アスコルビン酸等の還元剤を所
望する還元度に対して当量、用いることにより容易に還
元へテロポリ酸水溶液を得ることができる。また還元鉄
等の卑な金属を用いても容易に水溶液中で還元できる。
A reduced heteropolyacid aqueous solution can be easily obtained by making a fully oxidized heteropolyacid into an aqueous solution up to saturated solubility and using a reducing agent such as hydrazine or ascorbic acid in an amount equivalent to the desired degree of reduction. Further, even if a base metal such as reduced iron is used, it can be easily reduced in an aqueous solution.

あるいは電解還元も有効である。これらを適当な担体に
担持するか、あるいはそのまま乾固した後、窒素、ヘリ
ラム等の不活性ガス中あるいは水素等の還元性ガス中で
焼成すことにより還元へテロポリ酸触媒を調整できる。
Alternatively, electrolytic reduction is also effective. A reduced heteropolyacid catalyst can be prepared by supporting these on a suitable carrier or directly drying them and then calcining them in an inert gas such as nitrogen or helium or in a reducing gas such as hydrogen.

溶液中で還元する場合には例えばテトラヒドロフラン、
ジオキサンあるいはポリエチレングリコール等の含酸素
有機基質を添加した状態で上記還元剤を用いて還元する
ことも可能である。
When reducing in solution, for example, tetrahydrofuran,
It is also possible to perform reduction using the above reducing agent in a state in which an oxygen-containing organic substrate such as dioxane or polyethylene glycol is added.

気相中で還元することも可能である。この場合酸化状態
にあるヘテロポリ酸を還元性のガスと接触させるだけで
よい。還元性のガスとして水素、−酸化炭素、アンモニ
アガス等が使用できる。またイソブチン、プロピレン等
の還元性炭化水素と接触させる方法でもよい。気相中で
還元する場合には、150〜600℃の温度範囲が好ま
しい。
Reduction in the gas phase is also possible. In this case, it is only necessary to contact the heteropolyacid in the oxidized state with a reducing gas. Hydrogen, carbon oxide, ammonia gas, etc. can be used as the reducing gas. Alternatively, a method of contacting with a reducing hydrocarbon such as isobutyne or propylene may be used. When reducing in the gas phase, a temperature range of 150 to 600°C is preferred.

より好ましくは、非還元体の分解温度である400℃以
下で還元するのがよい。
More preferably, the reduction is carried out at 400° C. or lower, which is the decomposition temperature of the non-reduced substance.

また、ヘテロポリ酸のアンモニウム塩あるいはアミン塩
等は、350℃以上の加熱により還元性のアンモニアガ
ス等を脱離するため、不活性ガス中で350〜600℃
、好ましくはアンモニウム塩あるいはアミン塩の分解温
度である450℃以下で加熱処理するだけで容易に還元
体を得ることができ、アンモニウムイオンを部分的に残
したあるいは完全に酸型のへテロポリ酸の還元体をうる
ことができる。この場合、ヘテロポリ酸のアンモニウム
塩あるいはアミン塩の調整にあたフて、添加するアンモ
ニウムイオンあるいはアミンの量はリンモリブデン酸あ
るいは砒素モリブデン酸1モルに対して3モル以上加え
ることが望ましい。3モル以下の量しかアンモニウムイ
オンあるいはアミンを添加しなかフた場合、これらの添
加量に応じて一部が沈澱性の塩を形成し残りは遊離の酸
のままで溶解している不均一な状態となり、このまま乾
燥させてもアンモニウム塩と遊離の酸の不均一な混合物
を形成する。これを加熱処理した場合、発生する還元性
アンモニアの童が不足し、高い還元度を得られないこと
もあり好ましくない。また還元へテロポリ酸も不均一な
混合物となり好ましくない。不足する還元度を補い、還
元へテロポリ酸の均一性を実現するには不活性ガス中よ
りも水素、−酸化炭素、炭化水素などの還元性ガス中で
加熱するほうが好ましく、触媒の分解が少ないという利
点がある。
In addition, ammonium salts or amine salts of heteropolyacids are heated at 350 to 600°C in an inert gas because reducing ammonia gas and the like are eliminated by heating at 350°C or higher.
The reduced product can be easily obtained by simply heating at 450°C, which is the decomposition temperature of the ammonium salt or amine salt, and it is possible to obtain a reduced form of the heteropolyacid with partial or complete acid form of the ammonium ion. A reduced product can be obtained. In this case, in preparing the ammonium salt or amine salt of the heteropolyacid, the amount of ammonium ion or amine added is preferably 3 moles or more per mole of phosphomolybdic acid or arsenic molybdic acid. If less than 3 moles of ammonium ions or amines are added, a non-uniform mixture may be formed in which some of the ammonium ions or amines forms a precipitable salt and the rest remains as a free acid. Even if left to dry, a heterogeneous mixture of ammonium salt and free acid is formed. When this is heat-treated, the amount of reducing ammonia produced is insufficient and a high degree of reduction may not be obtained, which is not preferable. Further, reduced heteropolyacids also result in a non-uniform mixture, which is not preferable. In order to compensate for the insufficient degree of reduction and achieve uniformity of the reduced heteropolyacid, it is preferable to heat in a reducing gas such as hydrogen, -carbon oxide, or hydrocarbon rather than in an inert gas, and the decomposition of the catalyst is less likely. There is an advantage.

上記のように各種還元法で還元した触媒は、150〜6
00℃、特に好ましくは300〜450℃の温度範囲で
不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で焼成して活性
化させた後、反応に使用するのが好ましい。特に液相還
元で調整した場合にはこの工程が必要である。
The catalyst reduced by various reduction methods as mentioned above has a 150 to 6
It is preferable to use it in the reaction after activating it by firing in an inert gas or reducing gas atmosphere at a temperature range of 00°C, particularly preferably 300 to 450°C. This step is especially necessary when adjustment is made by liquid phase reduction.

調整時に、触媒の分解を抑制するという観点からは、還
元して触媒の安定性を増大させておいてから焼成するの
が好ましいが、非還元体の分解温度以下で焼成した後、
還元する方法も可能である。
From the viewpoint of suppressing the decomposition of the catalyst during adjustment, it is preferable to increase the stability of the catalyst by reducing it before firing, but after firing at a temperature below the decomposition temperature of the non-reduced
A method of reducing is also possible.

従って、非還元体をイソブタン酸化反応系中で、イソブ
タンガスにより徐々に還元し一〜六電子還元度の触媒と
することも可能である。
Therefore, it is also possible to gradually reduce the non-reduced substance with isobutane gas in an isobutane oxidation reaction system to form a catalyst with a degree of reduction of one to six electrons.

このようにして得られた還元へテロポリ酸触媒のうちへ
テロポリ酸が完全な酸型の状態にあるものは水に溶解す
るから、過マンガン酸カリウム水溶液で滴定し、溶液が
緑色から黄色となるのを終点として正確な還元度を求め
ることができる。
Among the reduced heteropolyacid catalysts obtained in this way, those in which the heteropolyacids are in a completely acid form are soluble in water, so they are titrated with an aqueous solution of potassium permanganate, and the solution turns from green to yellow. An accurate degree of reduction can be determined using this as the end point.

反応に供給する原料ガスは、イソブタン含有ガスが用い
られ、イソブタンの濃度は1〜100モル%、好ましく
は1〜80モル%である。反応に影響しない程度であれ
ば、他の炭化水素が混入してもかまわない。水蒸気を5
〜40モル%程度供給した方が高い選択率で目的物が得
られるので有利である。また、希釈ガスを用いて原料ガ
スを希望することができる。希釈ガスとして窒素、ヘリ
ウム、アルゴン、二酸化炭素等を用いることができる。
The raw material gas supplied to the reaction is an isobutane-containing gas, and the concentration of isobutane is 1 to 100 mol%, preferably 1 to 80 mol%. Other hydrocarbons may be mixed in as long as they do not affect the reaction. 5 steam
It is advantageous to supply about 40 mol % because the target product can be obtained with a higher selectivity. Further, it is possible to use the diluent gas as the raw material gas. Nitrogen, helium, argon, carbon dioxide, etc. can be used as the diluent gas.

未反応イソブタンは回収して再度使用できる。その際に
反応に影響しない程度であれば一酸化炭素、二酸化炭素
、その池の反応生成物が混入してもかまわない。さらに
、同時に生成したメタクロレインを回収し、原料ガスの
一部に加えろことができる。
Unreacted isobutane can be recovered and used again. At that time, carbon monoxide, carbon dioxide, and reaction products from the pond may be mixed in as long as they do not affect the reaction. Furthermore, methacrolein produced at the same time can be recovered and added to a portion of the raw material gas.

反応は酸素存在下あるいは酸素不存在下いずれでも行う
ことが可能である。いづれの場合も触媒の還元度を一電
子から六電子に維持しながら反応を行うことが重要であ
る。
The reaction can be carried out either in the presence of oxygen or in the absence of oxygen. In either case, it is important to carry out the reaction while maintaining the degree of reduction of the catalyst from one electron to six electrons.

酸素存在下に反応を行う場合は、分子状酸素を原料ガス
中に混合して同時に供給することができる。酸素とイソ
ブタンのモル比は0.1〜2の範囲のものを使用するの
が好ましい、原料ガス中の分子状酸素をあまり高濃度に
すると、触媒が酸化され過ぎ、還元度が1未満となるの
で好ましくない。一方、酸素濃度がひく過ぎても、触媒
が六電子を超えて還元され、触媒の変質の原因となる。
When the reaction is carried out in the presence of oxygen, molecular oxygen can be mixed into the raw material gas and supplied at the same time. It is preferable to use a molar ratio of oxygen and isobutane in the range of 0.1 to 2. If the concentration of molecular oxygen in the raw material gas is too high, the catalyst will be oxidized too much and the degree of reduction will be less than 1. So I don't like it. On the other hand, if the oxygen concentration is too low, the catalyst will be reduced by more than six electrons, causing deterioration of the catalyst.

酸素濃度は好ましくは0.5〜30モル%、特に好まし
くは1〜15モル%である。
The oxygen concentration is preferably 0.5 to 30 mol%, particularly preferably 1 to 15 mol%.

酸素不存在下に反応を行う場合は、酸素を含まないイソ
ブタン含有ガスとは別に酸素を含んだガスを用いて、イ
ソブタン含有ガスと交互に触媒と接触させる。酸素不存
在下での反応により還元度が増大した触媒を再酸化して
還元度を一電子から六電子にもどし、反応と再生を繰り
返しながら反応を継続する。触媒とvi素を接触させる
操作において用いるガス中の酸素濃度は特に規定するも
のではないが、0.1%以上の濃度が、再生に要する時
間を短縮でき有利である。あまり高濃度にしても再生時
間短縮の効果は薄い。好ましくは0.5〜30mo1%
の濃度である。希望する濃度に希釈するためには、水蒸
気、窒素、ヘリウム、二酸化炭素、アルゴンなどの不活
性ガスが使用可能である。酸素含有ガスは触媒と接触さ
せた後に回収して、再び酸素源として用いてもよい。
When the reaction is carried out in the absence of oxygen, a gas containing oxygen is used separately from an isobutane-containing gas that does not contain oxygen, and the gas is brought into contact with the catalyst alternately with the isobutane-containing gas. The catalyst, whose degree of reduction has increased due to the reaction in the absence of oxygen, is reoxidized to return the degree of reduction from one electron to six electrons, and the reaction is continued by repeating the reaction and regeneration. The oxygen concentration in the gas used in the operation of bringing the catalyst into contact with Vi element is not particularly limited, but a concentration of 0.1% or more is advantageous because it can shorten the time required for regeneration. Even if the concentration is too high, the effect of shortening the regeneration time will be weak. Preferably 0.5 to 30 mo1%
The concentration is Inert gases such as water vapor, nitrogen, helium, carbon dioxide, argon, etc. can be used to dilute to the desired concentration. The oxygen-containing gas may be recovered after being brought into contact with the catalyst and used again as an oxygen source.

イソブタンと酸素を交互に接触させる方法はイソブタン
による還元過程と酸素による酸化過程の反応条件をおの
おの最適な条件に選択することが可能であり、触媒の還
元度の制御が容易である。
In the method of alternately contacting isobutane and oxygen, it is possible to select optimal reaction conditions for the reduction process with isobutane and the oxidation process with oxygen, and the degree of reduction of the catalyst can be easily controlled.

酸素源としては、酸素をイソブタンと同時に供給する、
あるいは交互に供給するいづれの場合でも、純粋な酸素
ガスを使用してもよいし、空気を用いることりできる。
As an oxygen source, oxygen is supplied simultaneously with isobutane.
Alternatively, in either case of alternate supply, pure oxygen gas or air may be used.

特に交互に供給する場合には、イソブタンと酸素を混合
せずに供給するので、酸素源に安価な空気を用いても窒
素とイソブタンが混合しないためそれらを分離する工程
は必要としないという利点を有する。
In particular, when supplying isobutane and oxygen alternately, it is supplied without mixing, so even if cheap air is used as the oxygen source, nitrogen and isobutane do not mix, so there is no need for a process to separate them. have

反応温度は250〜450℃の範囲から選ばれる。低温
では反応速度が小さく、高温では触媒の分解および反応
生成物の完全酸化が起こりやすい。
The reaction temperature is selected from the range of 250 to 450°C. At low temperatures, the reaction rate is low, and at high temperatures, catalyst decomposition and complete oxidation of reaction products tend to occur.

また、イソブタンと酸素を交互に供給する場合、酸素ガ
スによる再生時の温度も250〜450℃の範囲から選
ばれる。
Further, when isobutane and oxygen are supplied alternately, the temperature during regeneration with oxygen gas is also selected from the range of 250 to 450°C.

反応圧力は減圧から加圧まで幅広く設定できるが、常圧
〜2気圧が工業的には有利である。
The reaction pressure can be set over a wide range from reduced pressure to increased pressure, but normal pressure to 2 atmospheres is industrially advantageous.

反応ガスと触媒との接触時間(触媒容量を反応温度にお
ける原料ガスの一部あたりの供給量で割った値)は0.
05〜50秒の範囲が適切である。
The contact time between the reaction gas and the catalyst (the value obtained by dividing the catalyst capacity by the supply amount per part of the raw material gas at the reaction temperature) is 0.
A range of 0.05 to 50 seconds is suitable.

通常は0.1〜20秒の範囲である。Usually it is in the range of 0.1 to 20 seconds.

反応器の型式は自由に選択でき、流動床、固定床、移動
床などが使用可能である。
The type of reactor can be freely selected, and fluidized beds, fixed beds, moving beds, etc. can be used.

生成したメタクリル酸とメタクロレインは冷却、吸収、
蒸留など公知の適当な方法で分離、精製し、それぞれの
製品とすることができる。未反応のイソブタンは回収し
て再び原料に用いることができる。また、反応ガスから
メタクリル酸を冷却凝縮、吸収、吸着等の公知の方法で
回収した後、メタクロレインを含んだ回収ガスの一部ま
た全部を再び原料の一部または全部として反応器に供給
することができる。
The generated methacrylic acid and methacrolein are cooled, absorbed,
They can be separated and purified by a known appropriate method such as distillation to produce the respective products. Unreacted isobutane can be recovered and used again as a raw material. In addition, after recovering methacrylic acid from the reaction gas by a known method such as cooling condensation, absorption, adsorption, etc., part or all of the recovered gas containing methacrolein is again supplied to the reactor as part or all of the raw material. be able to.

[実施例コ 実施例1 リンモリブデン酸()13PMot20ao’30H2
0:日本無機化学) 100gを100m1の水に溶解
し、抱水ヒドラジン2.123を加え、80℃に加温し
て4電子還元した。
[Example Example 1 Phosphormolybdic acid ()13PMot20ao'30H2
0: Nippon Inorganic Chemical) 100g was dissolved in 100ml of water, 2.123ml of hydrazine hydrate was added, and the mixture was heated to 80°C to perform 4-electron reduction.

これを蒸発乾固し、約100kg/cm2の圧力でペレ
ット状に成型したものを粉砕して、10から20メツシ
ユの粒子を選別した。これを窒素気流中、200℃、1
時間ついで420℃で3時間焼成した。
This was evaporated to dryness, molded into pellets at a pressure of about 100 kg/cm2, and ground into pellets to select particles of 10 to 20 meshes. This was heated at 200°C in a nitrogen stream for 1
After that, it was baked at 420°C for 3 hours.

この触媒2.5gを内径6■のパイレクッス!!U字官
に充填して恒温槽にセットした。恒温槽の温度を350
℃に設定し、a)イソブタン62モル%、水蒸気38モ
ル%の混合ガスを接触時間1.5秒で5秒間、およびb
)酸素20モル%、ヘリウム42モル%、水蒸気38モ
ル%の混合ガスを接触時間1.5秒で10秒間流通させ
る操作を、タイマーに連動して行フた。
2.5g of this catalyst is Pyrex with an inner diameter of 6mm! ! It was filled into a U-shaped container and placed in a constant temperature bath. Set the temperature of the thermostat to 350
℃, a) a mixed gas of 62 mol% isobutane and 38 mol% water vapor was applied for 5 seconds at a contact time of 1.5 seconds, and b
) A mixed gas of 20 mol % oxygen, 42 mol % helium, and 38 mol % water vapor was passed through the mixture for 10 seconds at a contact time of 1.5 seconds in conjunction with a timer.

3時間後に反応ガスをガスクロマトグラフィーで分析し
たところ、イソブタンの8%が転化し、メタクリル酸の
選択率は48%、メタクロレインの選折率は12%であ
った。イソブチンは検出されなかフた。このとき触媒は
3.8電子還元相当の状態にあった(触媒を水に溶解し
て、過マンガン酸カリウム水溶液で滴定し還元度を測定
した)。さらに反応を継続し100時間後ではイソブタ
ンの転化率は7%、メタクリル酸の選択率は45%、メ
タクロレインの選択率は14%であり、3時間後の成績
をほぼ維持していた。イソブチンは検出されなかった。
After 3 hours, the reaction gas was analyzed by gas chromatography, and it was found that 8% of isobutane had been converted, the selectivity for methacrylic acid was 48%, and the selectivity for methacrolein was 12%. Isobutine was not detected. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.8 electron reduction (the degree of reduction was measured by dissolving the catalyst in water and titrating it with an aqueous potassium permanganate solution). After 100 hours of further reaction, the conversion rate of isobutane was 7%, the selectivity of methacrylic acid was 45%, and the selectivity of methacrolein was 14%, which were almost the same as after 3 hours. Isobutine was not detected.

また、このときの触媒の還元度は3.1電子還元相当で
あった。
Further, the degree of reduction of the catalyst at this time was equivalent to 3.1 electron reduction.

比較例1 抱水ヒドラジンによる還元操作を行わず、420℃焼成
温度を350℃に下げた以外は実施例1と同様にして還
元度0のリンモリブデン酸触媒を調製した。
Comparative Example 1 A phosphomolybdic acid catalyst with a degree of reduction of 0 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reduction operation with hydrazine hydrate was not performed and the calcination temperature was lowered from 420°C to 350°C.

この触媒を実施例1と同一の条件で反応させた。This catalyst was reacted under the same conditions as in Example 1.

3時間後に反応ガスを分析したところ、イソブタンの転
化率は3%、メタクリル酸は検出されず、メタクロレイ
ンの選択率が35%であった。このときの触媒の還元度
は0.2電子還元相当であった。
When the reaction gas was analyzed after 3 hours, the conversion rate of isobutane was 3%, methacrylic acid was not detected, and the selectivity for methacrolein was 35%. The degree of reduction of the catalyst at this time was equivalent to 0.2 electron reduction.

実施例2 モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4・2H2Q)
 121gを200m lの水に溶解させた溶液に、3
0%ヒ酸溶液を20g加えた。この溶液に瀾硫@80m
1を加えた後、エチルエーテル300m1を加えた。三
層に分離した下層を取り出し、風乾してヒ素モリブデン
酸を得た。このヒ素モリブデン酸1008を100m1
の水に溶解し、電界還元して4電子還元体を得た。これ
を蒸発乾固し、約100kg/cm2の圧力でベレット
状に成型したものを粉砕して、10から20メツシユの
粒子を選別した。これを窒素気流中、200℃、1時間
ついで420℃で3時間焼成した。
Example 2 Sodium molybdate (Na2MoO4.2H2Q)
To a solution of 121 g dissolved in 200 ml of water, add 3
20g of 0% arsenic acid solution was added. Add sulfur @80m to this solution.
After adding 1, 300 ml of ethyl ether was added. The lower layer separated into three layers was taken out and air-dried to obtain arsenic molybdic acid. 100ml of this arsenic molybdic acid 1008
was dissolved in water and subjected to electric field reduction to obtain a 4-electron reductant. This was evaporated to dryness, molded into a pellet shape at a pressure of about 100 kg/cm2, and ground, and particles of 10 to 20 meshes were selected. This was fired in a nitrogen stream at 200°C for 1 hour and then at 420°C for 3 hours.

これを実施例1と同じ反応器に2.5g充填した。2.5 g of this was packed into the same reactor as in Example 1.

温度を350℃に保ち、イソブタン10モル%、酸素1
0モル%水蒸気38モル%、ヘリウム42モル%の混合
ガスを接触時間1.5秒で供給した。3時間後に反応ガ
スを分析したところ、イソブタンの転化率は9.5%、
メタクリル酸の選択率は42%、メタクロレインの選択
率は23%であった。このときの触媒の還元度は3.2
電子還元相当であった。
The temperature was maintained at 350°C, and 10 mol% of isobutane and 1 mol% of oxygen were added.
A mixed gas containing 0 mol% steam, 38 mol% helium, and 42 mol% helium was supplied for a contact time of 1.5 seconds. Analysis of the reaction gas after 3 hours revealed that the conversion rate of isobutane was 9.5%.
The selectivity for methacrylic acid was 42%, and the selectivity for methacrolein was 23%. The degree of reduction of the catalyst at this time is 3.2
It was equivalent to electron reduction.

比較例2 実施例2の触媒2.5gを、同じ反応器に充填した。Comparative example 2 2.5 g of the catalyst from Example 2 was charged into the same reactor.

反応温度を350℃に保ち、イソブタン10モル%、酸
素30モル%、水蒸気38モル%、ヘリウム22モル%
の混合ガスを接触時間1.5秒で供給した。3時間後に
反応ガスを分析したところ、イソブタンの転化率は3.
5%、メタクリル酸の選択率は7%、メタクロレインの
選択率は30%であフた。このときの触媒の還元度は0
.6電子還元相当であった。
The reaction temperature was maintained at 350°C, and 10 mol% of isobutane, 30 mol% of oxygen, 38 mol% of water vapor, and 22 mol% of helium were added.
A mixed gas of 100 ml was supplied with a contact time of 1.5 seconds. When the reaction gas was analyzed after 3 hours, the conversion rate of isobutane was 3.
The selectivity for methacrylic acid was 7% and the selectivity for methacrolein was 30%. At this time, the degree of reduction of the catalyst is 0
.. This corresponded to 6-electron reduction.

実施例3 粉末状のリンモリブデン酸アンモニウム(日本無機化学
部)を約100kg/cm2の圧力でベレット状に成型
したものを粉砕して、lOから20メシユの粒子を選別
した。これを水素気流中、300℃で還元処理し4電子
還元相当の触媒を調製した。
Example 3 Powdered ammonium phosphomolybdate (Japan Inorganic Chemistry Department) was molded into a pellet shape at a pressure of about 100 kg/cm 2 and pulverized to separate 20 mesh particles from 1O. This was subjected to reduction treatment at 300° C. in a hydrogen stream to prepare a catalyst equivalent to 4-electron reduction.

この触媒2.58を実施例1と同じ反応器を用い、反応
温度を370℃、イソブタン含有ガスの接触時間1.5
秒で10秒間、酸素含有ガスの接触時間1.5秒で5秒
間流通させるようにした以外は実施例1と同じ条件で、
反応を行った。3時間後に反応ガスを分析したところ、
イソブタンの8%が転化し、メタクリル酸の選択率は5
6%、メタクロレインの選択率は10%であった。この
とき触媒は3.9電子還元相当の状態にあった。さらに
反応を継続し100時間後ではイソブタンの転化率は7
%、メタクリル酸の選択率は54%、メタクロレインの
選択率は11%であり、3時間後の成績をほぼ維持して
いた。また、このときの触媒の還元度は3.5電子還元
相当であった。
Using the same reactor as in Example 1, 2.58% of this catalyst was used, the reaction temperature was 370°C, and the contact time of the isobutane-containing gas was 1.5%.
The conditions were the same as in Example 1, except that the oxygen-containing gas was allowed to flow for 5 seconds at a contact time of 1.5 seconds.
The reaction was carried out. When the reaction gas was analyzed after 3 hours,
8% of the isobutane was converted and the selectivity for methacrylic acid was 5.
6%, and the selectivity for methacrolein was 10%. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.9 electron reduction. After continuing the reaction for 100 hours, the conversion rate of isobutane was 7.
%, the selectivity of methacrylic acid was 54%, and the selectivity of methacrolein was 11%, and the results after 3 hours were almost maintained. Further, the degree of reduction of the catalyst at this time was equivalent to 3.5 electron reduction.

実施例4 リンモリブデン酸23.6gをloOmlの水に溶解し
、65%硝酸4.1gを加えよく攪はんした後に、ピリ
ジン0.79gを加えた。この溶液を60℃で1時間後
はんした後、乾固した。これを約100kg/am2の
圧力でベレット状に成型したものを粉砕して、10から
20メシ二の粒子を選別した。これを水素気流中、30
0℃で還元処理し4電子還元相当の触媒を調製した。
Example 4 23.6 g of phosphomolybdic acid was dissolved in lOml of water, 4.1 g of 65% nitric acid was added, and the mixture was thoroughly stirred, followed by the addition of 0.79 g of pyridine. This solution was stirred at 60° C. for 1 hour and then dried. This was molded into a pellet shape under a pressure of about 100 kg/am2, and the pellet was pulverized to select particles of 10 to 20 mesh sizes. This was heated in a hydrogen stream for 30
A catalyst equivalent to 4-electron reduction was prepared by reduction treatment at 0°C.

この触媒2.5gを実施例1と同じ反応器を用い、後に
反応ガスを分析したところ、イソブタンの5%が転化し
、メタクリル酸の選択率は43%、メタクロレインの選
択率は21%であった。このとき触媒は1.5電子還元
相当の状態にあった。
When 2.5 g of this catalyst was used in the same reactor as in Example 1 and the reaction gas was analyzed, 5% of the isobutane was converted, the selectivity for methacrylic acid was 43%, and the selectivity for methacrolein was 21%. there were. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 1.5 electron reduction.

実施例5 硝酸アンモニウム10gを溶かした水600m1に硝酸
ビスマス[B i (N 0s)3・5H20コ9.7
2gを加え、よく攪はんした後に、リンモリブデン酸4
7gを加えた。この溶液を60℃で1時間攪はんした後
、ロータリーエバポレーターで乾燥した。
Example 5 Bismuth nitrate [B i (N 0s) 3.5H20 9.7
Add 2g of phosphomolybdic acid 4 and stir well.
Added 7g. This solution was stirred at 60° C. for 1 hour and then dried using a rotary evaporator.

これを150℃で1時間乾燥した後に、水素気流中で3
時間300℃で還元し3.2電子還元相当の触媒を得た
After drying this at 150°C for 1 hour, it was
Reduction was performed at 300° C. for a time to obtain a catalyst equivalent to 3.2 electron reduction.

実施例1と同一の反応器および同一条件で反応を行った
。100時間後に反応ガスを分析したところ、イソブタ
ンの9%が転化し、メタクリル酸の選択率は55%、メ
タクロレインの選択率は14%であった。このとき触媒
は2.6電子還元相当の状態にあった。
The reaction was carried out in the same reactor and under the same conditions as in Example 1. Analysis of the reaction gas after 100 hours showed that 9% of the isobutane had been converted, the selectivity for methacrylic acid was 55%, and the selectivity for methacrolein was 14%. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 2.6 electron reduction.

実施例6〜19 実施例6において、硝酸ビスマスのかわりに各種の金属
塩を用いて、触媒を調製し反応を行った。
Examples 6 to 19 In Example 6, various metal salts were used in place of bismuth nitrate to prepare catalysts and carry out reactions.

結果を表1に示す。なお100時間後の触媒の還元度は
いずれも2.5〜3.5の範囲にあフた。
The results are shown in Table 1. Note that the degree of reduction of the catalyst after 100 hours remained in the range of 2.5 to 3.5.

第1表 実施例20 リン酸水素二ナトリウム(Na2HPO4φ12)12
0)17.9gを100m1の水に溶解した。これとメ
タバナジン酸ナトリウム(NaVOa) 22.4gを
loomlの熱水に溶解したものを混合し、冷却後、濃
硫酸5mlを加えた。別にモリブデン酸ナトリウム(N
a2MoO4・2H20) 121gを200m1の水
に溶解させた溶液に濃硫酸85m1を加えた。次に、エ
チルエーテル500m1を加えて分液ロートで攪はん後
、静置して、中間相を取り出し風乾し、10−モリブド
−2−バナドリン酸を得た。これをlogとり、硝酸ア
ンモニウム(NH4N03) 4.0gを100m l
の水に溶解させた溶液に加えた。さらにエチレングリコ
ール1.Ogを加えた後に60℃でロータリーエバポレ
ーターにより乾燥した。これを100℃で1時間乾燥し
た後、水素気流中で300℃で処理し、触媒とした。
Table 1 Example 20 Disodium hydrogen phosphate (Na2HPO4φ12) 12
0) 17.9g was dissolved in 100ml of water. This and 22.4 g of sodium metavanadate (NaVOa) dissolved in room ml of hot water were mixed, and after cooling, 5 ml of concentrated sulfuric acid was added. Separately, sodium molybdate (N
85 ml of concentrated sulfuric acid was added to a solution in which 121 g of a2MoO4.2H20) was dissolved in 200 ml of water. Next, 500 ml of ethyl ether was added and the mixture was stirred using a separating funnel, left to stand, and the intermediate phase was taken out and air-dried to obtain 10-molybdo-2-vanadophosphoric acid. Log this and add 4.0g of ammonium nitrate (NH4N03) to 100ml
of water was added to the solution. Furthermore, ethylene glycol 1. After adding Og, the mixture was dried at 60° C. using a rotary evaporator. After drying this at 100°C for 1 hour, it was treated at 300°C in a hydrogen stream to obtain a catalyst.

実施例1と同じ反応器、および同じ条件で反応をおこな
った。100時間後に反応ガスを分析したところ、イソ
ブタンの8%が転化し、メタクリル酸の選択率は62%
、メタクロレインの還沢出は10%であった。このとき
触媒は3.8電子還元相当の状態にあった。
The reaction was carried out in the same reactor and under the same conditions as in Example 1. Analysis of the reaction gas after 100 hours showed that 8% of the isobutane had been converted and the selectivity for methacrylic acid was 62%.
The amount of methacrolein released was 10%. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.8 electron reduction.

実施例21 リンモリブデン酸(日本無機化学)218とリンタング
ステン酸く日本無機化学) 2.9gを水100m1に
溶解させ、60℃で2時間攪はんした。その後、60℃
でロータリーエバポレーターで乾燥した。得られた結晶
は主としてH3PMo1 、讐04o−nl120であ
った。
Example 21 Phosphormolybdic acid (Nippon Inorganic Chemical) 218 and 2.9 g of phosphotungstic acid (Nippon Inorganic Chemical) were dissolved in 100 ml of water and stirred at 60° C. for 2 hours. After that, 60℃
and dried on a rotary evaporator. The obtained crystals were mainly H3PMo1, 04o-nl120.

これを18とり実施例20と同様な操作により触媒を調
製した。実施例2と同じ条件で反応を行なった。3時間
後に反応ガスを分析したところ、イソブタンの7%が転
化し、メタクリル酸の選択率は58%、メタクロレイン
の選択率は14%であった。
Using this sample No. 18, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 20. The reaction was carried out under the same conditions as in Example 2. Analysis of the reaction gas after 3 hours showed that 7% of the isobutane had been converted, the selectivity for methacrylic acid was 58%, and the selectivity for methacrolein was 14%.

このとき触媒は3.2電子還元相当の状態にあった。At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.2 electron reduction.

実施例22 実施例21で調製した触媒2.5gを実施例1と同じ反
応装置を用いて試験を行なった。ただし用いたガスは、
l〉イソブタン10モル%、水蒸気20モル%、ヘリウ
ム70モル%の混合ガスと、2)[I W 10モル%
、水蒸気20モル%、ヘリウム70モル%の混合ガスて
あった。l)のガスを5秒間、ついで2)のガスを10
秒間交互に反応器に供給した。接触時間は1.28′で
あった。100時間後に反応ガスを分析したところ、イ
ソブタンの10%が転化し、メタクリル酸の選択率は5
9%、メタクロレインの選択率は13%であった。この
とき触媒は3.6電子還元相当の状態にあった。
Example 22 2.5 g of the catalyst prepared in Example 21 was tested using the same reactor as in Example 1. However, the gas used is
l> A mixed gas of 10 mol% isobutane, 20 mol% water vapor, and 70 mol% helium, and 2) [I W 10 mol%
, a mixed gas of 20 mol % water vapor and 70 mol % helium. 1) gas for 5 seconds, then 2) gas 10 seconds.
were fed into the reactor in alternating seconds. Contact time was 1.28'. Analysis of the reaction gas after 100 hours showed that 10% of the isobutane had been converted and the selectivity for methacrylic acid was 5.
The selectivity for methacrolein was 13%. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.6 electron reduction.

実施例23 リンモリブデン酸アンモニウムを水素気流中で加熱する
かわりに、窒素気流中、450℃で加熱処理する以外は
実施例3の操作にしたがい3.5電子還元相当の触媒を
調製した。
Example 23 A catalyst equivalent to 3.5 electron reduction was prepared according to the procedure of Example 3, except that ammonium phosphomolybdate was heat treated at 450°C in a nitrogen stream instead of heating in a hydrogen stream.

この触媒2.58を反応温度を320℃にした以外は実
施例22と同じ条件で、反応を行った。100時間後に
反応ガスを分析したところ、イソブタンの9%が転化し
、メタクリル酸の選択率は61%、メタクロレインの選
択率は9%であった。このとき触媒は3.4電子還元相
当の状態にあった。
A reaction was carried out using this catalyst 2.58 under the same conditions as in Example 22, except that the reaction temperature was 320°C. Analysis of the reaction gas after 100 hours showed that 9% of the isobutane had been converted, the selectivity for methacrylic acid was 61%, and the selectivity for methacrolein was 9%. At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.4 electron reduction.

実施例24 水25(In lに硝酸2..04gを加えた溶液に硝
酸ビスマス(Bi(NO3)s) 4.85gを滴下し
た。次にリンモリブデン酸23.4gを加え、ついてア
スコルビン酸5.28gを加え60℃で1時間加熱損は
んした。これに微粉シリカ20.2g (日本アエロジ
ル製:アエロジルTT600)を加え、1時間攪はんし
た。その後、ロータリーエバポレーターで乾燥し、得ら
れた固体を350℃で1時間焼成した。
Example 24 4.85 g of bismuth nitrate (Bi(NO3)s) was added dropwise to a solution of 2.04 g of nitric acid added to water 25 (Inl). Next, 23.4 g of phosphomolybdic acid was added, followed by ascorbic acid 5. .28g was added and heated at 60°C for 1 hour.20.2g of fine powder silica (Nippon Aerosil TT600) was added and stirred for 1 hour.Then, it was dried with a rotary evaporator to obtain the The resulting solid was calcined at 350°C for 1 hour.

この触媒を用いて実施例1と同じ反応条件で反応を行な
った。100時間後に反応ガスを分析したところ、−イ
ソブタン転化率12%、メタクリル酸選択率48%、メ
タクロレイン選択率21%であった。
A reaction was carried out using this catalyst under the same reaction conditions as in Example 1. When the reaction gas was analyzed after 100 hours, the -isobutane conversion rate was 12%, the methacrylic acid selectivity was 48%, and the methacrolein selectivity was 21%.

このとき触媒は2.9電子還元相当の状態にあった。At this time, the catalyst was in a state equivalent to 2.9 electron reduction.

実施例25 実施例24において、微粉シリカおよびアスコルビン酸
の代わりにシリコンカーバイトlogとアンモニア水(
25重量%) 5.5mlを加え、焼成温度を420℃
に変更した以外は実施例24と同様な操作を行なった。
Example 25 In Example 24, silicon carbide log and ammonia water (
25% by weight) was added, and the firing temperature was increased to 420°C.
The same operation as in Example 24 was performed except for changing to .

この触媒を用いて実施例1と同じ反応条件で反応を行な
った。100時間後に反応ガスを分析したところ、イソ
ブタン転化率lO%、メタクリル酸選択率49%、メタ
クロレイン選択率18%であった。
A reaction was carried out using this catalyst under the same reaction conditions as in Example 1. Analysis of the reaction gas after 100 hours revealed that the isobutane conversion rate was 10%, the methacrylic acid selectivity was 49%, and the methacrolein selectivity was 18%.

このとき触媒は3.2電子還元相当の状態にあった。At this time, the catalyst was in a state equivalent to 3.2 electron reduction.

[効果コ 本発明方法によれば、メタクリル酸および/またはメタ
クロレインの高い生産性を長時間にわたって維持できる
。さらにメタクリル酸の還択性が向上し、メタクリル酸
にメタクロレインを併せた生産性も向上する。
[Effects] According to the method of the present invention, high productivity of methacrylic acid and/or methacrolein can be maintained for a long period of time. Furthermore, the reductivity of methacrylic acid is improved, and the productivity of combining methacrylic acid and methacrolein is also improved.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] イソブタン含有ガスを酸化するに際して、酸素の存在下
あるいは不存在下に250〜450℃の温度範囲で、P
またはAsを中心元素としMoを含むヘテロポリ酸また
はその塩を、ヘテロポリ酸一分子当たり一〜六電子相当
還元した触媒を用いることを特徴とするメタクリル酸お
よび/またはメタクロレインの製法
When oxidizing isobutane-containing gas, P is
Alternatively, a method for producing methacrylic acid and/or methacrolein, characterized by using a catalyst in which a heteropolyacid or its salt containing As as a central element and containing Mo is reduced by one to six electrons per molecule of the heteropolyacid.
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