JPWO2003070369A1 - 不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロピレン、イソブチレン、tert−ブチルアルコール(以下、TBAという)、メチル−tert−ブチルエーテル(以下、MTBEという)を分子状酸素を用いて気相接触酸化し、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる、少なくともモリブデン、ビスマスおよび鉄を含む不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒、その製造方法、およびその触媒を用いた不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の製造方法に関する。
背景技術
従来、プロピレン、イソブチレン、TBAまたはMTBEを気相接触酸化して不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる触媒やその触媒の製造方法については数多くの提案がなされている。このような触媒の多くは、少なくともモリブデン、ビスマス、および鉄を含む組成を有しており、工業的にはこのような組成の成形触媒が使用される。これらはその成形方法により押出成形触媒や担持成形触媒等に分類される。通常、押出成形触媒は触媒成分を含む粒子を混練りし押出成形する工程を経て製造され、担持成形触媒は、触媒成分を含む粉体を担体に担持させる工程を経て製造される。
押出成形触媒に関しては、例えば、製造の際にグラファイトや無機ファイバーを添加して強度や選択率を向上させる方法(特開昭60−150834号公報)や触媒を押出成形する際にある種のセルロース誘導体を添加する方法(特開平7−16464号公報)等が提案されている。また、特開2000−70719号公報には、スプレー乾燥機で得た乾燥粒子を焼成した粒子を、界面活性剤を添加して(実施例)、あるいは添加しないで(比較例)、混練りして押出成形することが記載されている。これらはいずれも一段成形による製造方法である。
また、特開2000−71313号公報には多孔質成形体の成形方法が記載されており、ピストン式押出し成形機に充填する材料を、予めスクリュー押出し成形装置等にてピストン式押出し成形機のシリンダーに充填しやすい形状に成形しておくこともできると記載されている。この文献の実施例4には、その一例として、モリブデン、ビスマスおよび鉄を含むイソブチレン酸化触媒の成形方法が具体的に記載されているが、ピストン式押出し成形機に充填する材料は予め成形されたものではない。
しかし、これら公知の方法で得られる酸化触媒は、触媒活性および目的生成物選択性の点で工業用触媒としてまだ不十分である。
発明の開示
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、触媒活性、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸選択性に優れた不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒、およびその触媒の製造方法、そして、この触媒を用いて高収率で不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する方法を提供することを目的とする。
本発明の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒の製造方法は、プロピレン、イソブチレン、tert−ブチルアルコールまたはメチル−tert−ブチルエーテルの少なくとも1種を分子状酸素を用いて気相接触酸化し、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる、少なくともモリブデン、ビスマスおよび鉄を含む押出成形触媒の製造方法において、モリブデン、ビスマスおよび鉄を含有する水性スラリーを噴霧乾燥して乾燥粒子とするか、または該乾燥粒子をさらに熱処理して焼成粒子として触媒成分粒子を製造する工程と、前記触媒成分粒子を少なくとも液体と混合して混練する工程と、混練り品を1次成形する1次成形工程と、1次成形品をピストン成形機で最終形状に成形する2次成形工程とを有することを特徴とする。
この製造方法において、上記1次成形工程によって成形される1次成形品の形状を円柱状とし、2次成形工程において使用されるピストン成形機のシリンダー径の0.5倍以上1倍未満の径をもつようにすることが望ましい。
1次成形品の比重は、1.1〜2.7kg/Lであることが望ましい。
また、触媒成分粒子の平均粒子直径は10〜150μmであることが望ましい。触媒成分粒子の平均粒子圧壊強度は、9.8×10−4〜9.8×10−2Nであることが望ましい。媒成分粒子の嵩比重は、0.5〜1.8kg/Lであることが望ましい。
また、2次成形のピストン成形機で1次成形品を最終形状に成形する際に、真空脱気を行わないことが望ましい。1次成形する際には、スクリュー押出機を用いて成形することが望ましい。
触媒成分粒子と混合する液体の量は、触媒成分粒子100質量部に対して35〜55質量部であることが望ましい。
また、触媒成分粒子は、焼成粒子であることが望ましい。
さらに本発明は、上述の製造方法により製造された、本発明の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒に関する。触媒の形状は、特にリング状で、その外径が3〜15mm以下であることが望ましい。
さらに本発明は、上記触媒を用いて、プロピレン、イソブチレン、TBAまたはMTBEを分子状酸素により気相酸化することを特徴とする不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の製造方法に関する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒は、後述する製造方法によって製造される押出成形触媒であって、反応原料であるプロピレン、イソブチレン、TBAまたはMTBEを分子状酸素により気相接触酸化して、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造するために用いられるものである。
上記触媒は、触媒成分として少なくともモリブデン、ビスマスおよび鉄を含む触媒である。また、モリブデン、ビスマスおよび鉄以外の触媒成分としては、ケイ素、コバルト、ニッケル、クロム、鉛、マンガン、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、銀、バリウム、スズ、タンタル、亜鉛、リン、ホウ素、硫黄、セレン、テルル、セリウム、タングステン、アンチモン、チタン、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム等が挙げられる。
例えば、下記の一般式(I)で表される組成を有することが好ましい。
MoaBibFecMdXeYfZgSihOi (I)
(ここで式中、Mo、Bi、Fe、SiおよびOはそれぞれモリブデン、ビスマス、鉄、ケイ素および酸素を示し、Mはコバルトおよびニッケルからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示し、Xはクロム、鉛、マンガン、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、銀、バリウム、スズ、タンタルおよび亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示し、Yはリン、ホウ素、硫黄、セレン、テルル、セリウム、タングステン、アンチモンおよびチタンからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示し、Zはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す。また、a、b、c、d、e、f、g、hおよびiは各元素の原子比率を表し、a=12のときb=0.01〜3、c=0.01〜5、d=1〜12、e=0〜8、f=0〜5、g=0.001〜2、h=0〜20であり、iは前記各成分の原子価を満足するのに必要な酸素原子比率である。)
本発明の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒の製造は、(1)触媒成分粒子を製造する工程、(2)得られた触媒成分粒子を混練りする工程、(3)混練り品を1次成形する工程、(4)1次成形品をピストン成形機で2次成形する工程、および通常はさらに(5)成形体を乾燥および/または熱処理する工程を経て製造される。
(1)触媒成分粒子を製造する工程において、モリブデン、ビスマスおよび鉄を含有する水性スラリーを噴霧乾燥して、乾燥粒子を製造する。噴霧乾燥は、得られる粒子の形状が整った球形であるという特徴を有している。
水性スラリーを製造する方法は、特に限定されず、成分の著しい偏在を伴わない限り、従来から良く知られた沈殿法、酸化物混合法等の種々の方法を用いることができる。触媒成分の原料としては、触媒成分である元素の酸化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、アンモニウム塩、ハロゲン化物等が使用される。例えば、モリブデンを触媒成分とする原料としては、パラモリブデン酸アンモニウム、三酸化モリブデン等が挙げられる。また触媒成分の原料としては、各元素に対して1種類を用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
噴霧乾燥は、例えば回転円板型遠心アトマイザー、二流体ノズル型アトマイザー等を備えたスプレー乾燥機を使用して行うことができる。スプレー乾燥機の入口温度や出口温度等の条件は、所望の平均粒子直径が得られるように適宜設定される。例えば、固形物が35〜55質量%の水性スラリーを回転円板型遠心アトマイザーを備えたスプレー乾燥機を用いて噴霧乾燥する場合の一般的な乾燥条件は、入口温度100〜500℃、出口温度100〜200℃、アトマイザー回転数は8000〜20000rpmである。
このようにして得られた乾燥粒子は触媒原料等に由来する硝酸等の塩を含んでいることがある。塩を多く含む乾燥粒子を成形した成形品を焼成して塩を分解すると、成形品の強度が低下することがある。このため、粒子は乾燥するだけではなく、この時点で焼成して焼成粒子としておくことが好ましい。この際の焼成条件は特に限定されないが、通常、200〜600℃の温度範囲で、酸素、空気または窒素の存在下または流通下で焼成される。焼成時間は触媒の原料や目的とする触媒等によって適宜選択される。
以下、触媒成分を含む乾燥粒子および焼成粒子をまとめて触媒成分粒子という。
触媒成分粒子を潰さずに成形を行った場合、その平均粒子直径が大きくなると成形後の粒子間に大きな空隙、すなわち大きな細孔が形成されて選択率が向上する傾向があり、小さくなると単位体積当たりの粒子同士の接触点が増加するので得られる触媒成形体の機械的強度が向上する傾向がある。これらを考慮すると、平均粒子直径は10μm以上が好ましく、また150μm以下が好ましい。平均粒子直径が10μm〜150μmの範囲であれば、選択率および機械的強度のバランスに優れている。さらに、20μm以上、特に45μm以上が特に好ましく、またさらに100μm以下、特に65μm以下が好ましい。
触媒成分粒子の嵩比重は、大きい方が成形に耐え、小さい方が活性および選択性が高くなる傾向がある。従って、成形する際の取り扱い性と触媒の性能の面から0.5〜1.8kg/Lの範囲が好ましい。この範囲であれば成形に耐えうる十分な強度が得られるので成形の際に粒子が潰れ難く、また、触媒の活性および選択性も高い。特に0.8〜1.2kg/Lが好ましい。ここで、嵩比重とは、JISK6721記載の方法で測定したものである。触媒成分粒子の嵩比重は、例えば、噴霧乾燥する水性スラリーの濃度、該水性スラリーを調製する際の混合速度や攪拌速度、スラリー濃度等で調節することができる。
触媒成分粒子の平均粒子圧壊強度は、大きい方が成形に耐え、小さい方が活性および選択性が高くなる傾向がある。従って、成形する際の取り扱い性と触媒の性能の面から9.8×10−4〜9.8×10−2Nの範囲が好ましい。特に4.9×10−3〜4.9×10−2Nが好ましい。触媒成分粒子の平均粒子圧壊強度は、例えば、噴霧乾燥する水性スラリーの濃度、該水性スラリーを調製する際の混合速度や攪拌速度、スラリー濃度等で調節することができる。
次に、(2)得られた触媒成分粒子(即ち、乾燥粒子または焼成粒子)を混練りする工程では、少なくとも触媒成分粒子と液体とを混合したものを混練りして混練品とする。
この工程で用いられる好ましい液体としては、水およびアルコール等を挙げることができる。アルコールとしては、エタノール、メチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の低級アルコールが挙げられる。これらの液体は1種を用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、ここでは経済性と取り扱い性の点から水を使用するのがより好ましい。
液体の使用量は、触媒成分粒子の種類や大きさ、液体の種類等により適宜選択されるが、通常は触媒成分粒子100質量部に対して10〜70質量部である。液体の使用量が多くなると、よりスムーズに押出成形できるため、球状粒子が潰れにくくなり、乾燥、焼成した成形品に大きな空隙、すなわち大きな細孔が形成されて選択率が向上する傾向がある。従って、液体の使用量は触媒成分粒子100質量部に対して20質量部以上が好ましく、30質量部以上がより好ましく、35質量部以上が特に好ましい。一方、液体の使用量が少ない方が、成形時の付着性が低減して取り扱い性が向上する。また、液体の使用量が少なくなると、成形品がより密になるため成形品の強度が向上する傾向がある。従って、液体の使用量は、触媒成分粒子100質量部に対して60質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましく、45質量部以下が特に好ましい。
また(2)の工程においては、触媒成分粒子と液体との混合物に、有機バインダー等の成形助剤を加えると、強度が向上するため好ましい。このような成形助剤としては、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等を挙げることができる。これらの成形助剤の添加量は、触媒成分を含む粒子100質量部に対して0.1質量部以上が好ましく、2質量部以上が特に好ましい。また、成形後の熱処理等の後処理が簡単になる点から、成形助剤の添加量は、触媒成分を含む粒子100質量部に対して10質量部以下が好ましく、6質量部以下が特に好ましい。
この他に、上記混合物に、従来公知の添加剤を加えてもよく、このような添加剤としては、グラファイトやケイソウ土等の無機化合物、ガラス繊維、セラミックファイバーや炭素繊維等の無機ファイバー等が挙げられる。
触媒成分粒子と液体とを混合したものを混練りする装置としては、特に限定されず、双腕型の攪拌羽根を使用するバッチ式の混練り機、軸回転往復式やセルフクリーニング型等の連続式の混練り機等が使用できるが、混練り品の状態を確認しながら混練りを行うことができる点では、バッチ式が好ましい。また、混練りの終点は、通常は時間、目視または手触りによって判断される。
次に、(3)1次成形工程では、混練り工程で得られた混練り品を、押出機またはプレス機等の装置によって1次成形品に成形する。混練りと1次成形を連続(ワンパス)で行えるような装置を用いることもできる。ここでは、混練りの状態を確認しながら混練りができる点と、生産性の面からバッチ式の混練り機で混練りを行い、スクリュー押出機で1次成形を行うことが望ましい。
1次成形品の形状は、特に限定されないが、1次成形品の形状が、2次成形を行うピストン成形機のシリンダー径の0.5倍以上1倍未満の径を有する円柱状であることが好ましい。円柱状の1次成形品の径は、径は小さいほどピストン成形機に1次成形品を充填することが容易であるが、0.5倍以上1未満の場合、大きいほど2次成形時に余分な空気が入り難くなり、触媒粒子への負荷が小さくなる。また、シリンダー内の体積を有効に使えるため、同量の成形品を製造する場合に1次成形、2次成形の回数を減らすことができ、生産性が向上するという利点もある。また、この範囲で、1次成形の径は大きいほど、触媒粒子への機械的な負荷を減らすことになるため、細孔の制御の点で有利になる。従って、特に、ピストン成形機のシリンダー径の0.8倍以上1倍未満の径を有する円柱状が好ましい。
また、製造された1次成形品の比重は、大きいほど最終的な触媒の強度は大きくなり、比重が小さいほど最終的な触媒の選択性は向上する。従って、最終的な触媒の強度および選択性を考慮すると、1次成形品の比重は、1.1〜2.7kg/Lの範囲が好ましく、1.5〜2.3kg/Lの範囲がより好ましく、1.7〜2.1kg/Lの範囲が特に好ましい。ここで、比重とは混練りに使用した液体を含んだ1次成形品の重量を1次成形品の体積で除して算出した値である。
次に(4)2次成形工程では、得られた1次成形品をピストン成形機で1次成形品を最終形状に成形する。
ピストン成形することで、押出時の曲がり等が少なくなり、製品の歩留まりが向上する。また、均一な力で成形を行うことができ、余分な空気が混入することも少ないため、均一な成形体ができ、最終的な触媒を反応管に充填したときの粉化率は低下し選択率が向上する。
また、1次成形を行わずに、不定形の混練り品を(ピストン押出機等で)直接最終形状に押出成形する場合と比べて、1次成形で形状を整えていることにより、よりスムーズに押出成形ができるため、成形中の触媒粒子に余分な負荷を与えず、触媒粒子を破壊しないソフトな成形ができ、最終的な触媒中に好ましい細孔が発現することから、触媒活性、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の選択性に優れた触媒が得られる。
2次成形工程において、ピストン成形機で成形する際には、触媒の細孔容積を減じないよう真空脱気を行わないのが好ましい。
また、2次成形で押出成形により得られる触媒成形体の形状は、特に限定されず、リング状、円柱状、底面が星型の柱状等、任意の形状に成形することができる。ここで、触媒成形体の形状は特に限定されないが、スクリュー押出機等を用いて一段階で最終形状に押出成形する場合や不定形の粒子をピストン成形する従来の成形方法に比べてソフトな成形ができるため、成形時に触媒成分粒子への負荷が比較的大きいリング状、特に外径3〜15mmのリング状に好適である。なお、リング状とは別名「中空円筒状」と呼ばれるものである。
次に、(5)触媒成形体を乾燥および/または焼成する工程では、得られた触媒成形体を乾燥および/または焼成して触媒(製品)を得る。
乾燥方法としては、特に限定されず、一般的に知られている熱風乾燥、湿度乾燥、遠赤外線乾燥またはマイクロ波乾燥等の方法が任意に用いられる。乾燥条件は、目的とする含水率とすることができれるように適宜選択される。
そして、乾燥した触媒成形品は通常焼成されるが、(1)の工程で粒子を焼成しており、かつ有機バインダー等を使用していない場合は、触媒成形体の焼成を省略することも可能である。従って、必要に応じて、乾燥した触媒成形体を焼成する。焼成条件については、特に限定はなく、公知の焼成条件を適用することができる。通常は200〜600℃の温度範囲で、酸素、空気または窒素の存在下または流通下で行われる。焼成時間は目的とする触媒によって適宜設定される。
このようにして得られた触媒は、均一な触媒成分粒子を均一な力で成形しているので均一な成形体である。そして最終的な触媒として、均一な成形体を後述の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる反応管に充填すると、極端に強度の小さい成形体がないため、粉化率を低下させることができる。
粉化率は、以下のように定義される。成形触媒1000gを、水平方向に対して垂直に設置した内径2.75cm、長さ6mのステンレス製円筒容器上部より落下させて容器内に充填した後、容器底部より成形触媒を回収する。回収された成形触媒のうち、目開き1.19mmのふるいを通過しないものがXgであったとすると、
粉化率(%)={(1000−X)/1000}×100
そして、粉化率が低下すると、圧損が小さくなるため、選択率の高い触媒を得られる。また、噴霧乾燥以外の方法で得られた触媒成分粒子から製造する場合と比べて、よりスムーズに押出成形ができるため、成形中の触媒粒子に余分な負荷を与えず触媒粒子を破壊しないソフトな成形ができる。最終的な触媒中に好ましい細孔が発現することから、触媒活性、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の選択性に優れた触媒が得られる。
次に、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の製造方法を説明する。
例えばステンレス製等の反応管に本発明の触媒を充填し、触媒層を形成する。そして、触媒層に、反応原料であるプロピレン、イソブチレン、TBAまたはMTBEと分子状酸素を含む原料ガスを供給し、反応原料を気相接触酸化する。
反応原料であるプロピレン、イソブチレン、TBAまたはMTBEは、1種類を用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、原料ガス中のこれら反応原料の濃度は広い範囲で変えることができるが、1〜20容量%が適当であり、特に3〜10容量%が好ましい。
分子状酸素源としては、空気を用いることが経済的であるが、必要ならば純酸素で富化した空気も用いうる。原料ガス中の酸素濃度は、反応原料に対するモル比で規定され、この値は原料の合計1モルに対して0.3〜4倍モル、特に0.5〜3倍モルが好ましい。
原料ガスは反応原料と分子状酸素以外に水を含んでいることが好ましく、原料ガス中の水の濃度は1〜45容量%が好ましい。また原料ガスは不活性ガスで希釈して用いることが好ましい。
反応圧力は大気圧から数100kPaまでが好ましい。反応温度は200〜450℃の範囲で選ぶことができるが、特に250〜400℃の範囲が好ましい。接触時間は1.5〜15秒が好ましい。
また、反応管内において、触媒はシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリコンカーバイト、チタニア、マグネシア、セラミックボールやステンレス鋼等の不活性担体で希釈されていてもよい。
本発明の触媒による製造例として、プロピレンの酸化によるアクロレインおよびアクリル酸の製造、およびイソブチレン、TBAまたはMTBEの酸化によるメタクロレインおよびメタクリル酸の製造等が挙げられる。
実施例
以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明する。
なお、実施例および比較例中の「部」は質量部であり、混練りにはバッチ式の双腕型の攪拌羽根を備えた混練り機を使用した。また、原料ガスおよび反応ガスの分析はガスクロマトグラフィーによって行った。
実施例および比較例中の原料オレフィン、TBAまたはMTBEの反応率(以下、反応率という)、生成する不飽和アルデヒドまたは不飽和カルボン酸の選択率は次式により算出した。
反応率(%)=A/B×100
不飽和アルデヒドの選択率(%)=C/A×100
不飽和カルボン酸の選択率(%)=D/A×100
ここで、Aは反応した原料オレフィン、TBAまたはMTBEのモル数、Bは供給した原料オレフィン、TBAまたはMTBEのモル数、Cは生成した不飽和アルデヒドのモル数、Dは生成した不飽和カルボン酸のモル数である。
また、触媒成分粒子の嵩比重および1次成形品の比重は、以下のようにして測定した。
嵩比重:JISK6721記載の方法で測定した。
比重:水分を含んだ1次成形品の重量を1次成形品の体積で除して算出した。
粒子圧壊強度:微小圧縮試験機(島津製作所社製、MCTM−200)で測定した。平均圧壊強度は30個の粒子を測定した平均値である。
(実施例1)
純水1000部に、パラモリブデン酸アンモニウム500部、パラタングステン酸アンモニウム6.2部、硝酸カリウム1.4部、三酸化アンチモン27.5部および三酸化ビスマス49.5部を加え、加熱攪拌した(A液)。別に純水1000部に、硝酸第二鉄123.9部、硝酸コバルト288.4部および硝酸亜鉛35.1部を順次加え、溶解した(B液)。A液にB液を加えて水性スラリーとした後、この水性スラリーを回転円板型遠心アトマイザーを備えたスプレー乾燥機を用いて噴霧乾燥し、平均粒子直径60μmの球状の乾燥粒子とした。このとき、スプレー乾燥機のアトマイザーの回転数は11000rpm、入口温度は165℃、出口温度は125℃であった。そして、この乾燥粒子を300℃で1時間焼成して焼成粒子とした。この焼成粒子の平均粒子直径は52μm、平均粒子圧壊強度は1.1×10−2N、嵩比重は0.90kg/Lであった。
このようにして得られた焼成粒子500部に対してメチルセルロース15部を加え、乾式混合した。ここに純水180部を混合し、混練り機で粘土状になるまで混練りした後、不定形の混練り品をスクリュー式押出し成形機を用いて押し出し成形し、直径45mm、長さ280mmの円柱状とした。ここで、この1次成形品の比重は1.95kg/Lであった。次いで、この1次成形品を直径50mm、長さ300mmのシリンダーを有するピストン式押出し成形機を用いて押し出し成形し、外径6mm、内径3mm、長さ5mmのリング状の触媒成形体を得た。なお、成形の際には真空脱気を行わなかった。
得られた触媒成形体を熱風乾燥機を用いて110℃で乾燥し、次いで空気流通下に510℃で3時間再度焼成して最終焼成品を得た。得られた最終焼成品の酸素以外の元素の組成(以下同じ)は、Mo12W0.1Bi0.9Fe1.3Sb0.8Co4.2Zn0.5K0.06であった。
この最終焼成品をステンレス製反応管に充填し、プロピレン5%、酸素12%、水蒸気10%および窒素73%(容量%)の原料ガスを大気圧下(触媒層出口部の圧力)で接触時間3.6秒にて触媒層を通過させ、310℃で反応させた。その結果、プロピレンの反応率99.0%、アクロレインの選択率91.1%、アクリル酸の選択率6.6%であった。
(実施例2)
実施例1において、1次成形品の形状を直径20mm、長さ280mmの円柱状とした点以外は、実施例1と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。反応結果は、プロピレンの反応率98.8%、アクロレインの選択率90.7%、アクリル酸の選択率6.3%であった。
(実施例3)
実施例1において、スプレー乾燥機のアトマイザーの回転数を13500rpmとし、乾燥粒子の平均粒子直径を45μmとした点以外は、実施例1と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。このとき、焼成粒子の平均粒子直径は41μm、平均粒子圧壊強度は1.4×10−2N、嵩比重は、0.91kg/L、1次成形品の比重は1.98kg/Lであった。
最終焼成品を用いた反応結果は、プロピレンの反応率99.0%、アクロレインの選択率91.0%、アクリル酸の選択率6.4%であった。
(実施例4)
実施例1において、B液の純水の量を600部とした点以外は、実施例1と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。このとき、乾燥粒子の平均粒子直径は59μm、焼成粒子の平均粒子直径は51μm、平均粒子圧壊強度は5.4×10−2N、嵩比重は、1.12kg/L、1次成形品の比重は1.94kg/Lであった。反応結果は、プロピレンの反応率98.9%、アクロレインの選択率90.9%、アクリル酸の選択率6.4%であった。
(比較例1)
実施例1において、水性スラリーの乾燥にスプレー乾燥機を使用せず、水性スラリーを加熱攪拌しながら蒸発乾固し、得られた固形物を130℃で6時間乾燥したものを粉砕して不定形の乾燥粒子を製造した点以外は、実施例1と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。不定形の焼成粒子の平均粒子直径は140μm、嵩比重は0.88kg/Lであった。また、1次成形品の比重は2.10kg/Lであった。反応結果は、プロピレンの反応率98.6%、アクロレインの選択率90.3%、アクリル酸の選択率6.1%であった。
(実施例5)
純水1000部に、パラモリブデン酸アンモニウム500部、パラタングステン酸アンモニウム12.4部、硝酸セシウム23.0部、三酸化アンチモン24.0部および三酸化ビスマス33.0部を加え、加熱攪拌した(A液)。別に純水1000部に、硝酸第二鉄209.8部、硝酸ニッケル82.4部、硝酸コバルト446.4部、硝酸鉛31.3部および85%リン酸2.8部を順次加え、溶解した(B液)。A液にB液を加えて水性スラリーとした後、この水性スラリーを回転円板型遠心アトマイザーを備えたスプレー乾燥機を用いて乾燥し、平均粒子直径60μmの球状の乾燥粒子とした。このとき、スプレー乾燥機のアトマイザーの回転数は11000rpm、入口温度は165℃、出口温度は125℃であった。そして、この乾燥粒子を300℃で1時間焼成し、さらに510℃で3時間焼成して焼成粒子とした。この焼成粒子の平均粒子直径は54μm、平均粒子圧壊強度は1.3×10−2N、嵩比重は0.96kg/Lであった。
このようにして得られた焼成粒子500部に対してメチルセルロース18部を加え、乾式混合した。ここに純水185部を混合し、混練り機で粘土状になるまで混練りした後、不定形の混練り品をスクリュー式押出し成形機を用いて押し出し成形し、直径45mm、長さ280mmの円柱状とした。ここで、この1次成形品の比重は1.94kg/Lであった。次いで、この1次成形品を直径50mm、長さ300mmのシリンダーを有するピストン式押出し成形機を用いて押し出し成形し、外径5mm、内径2mm、長さ5mmのリング状の触媒成形体を得た。なお、成形の際には真空脱気を行わなかった。
得られた触媒成形体を熱風乾燥機を用いて110℃で乾燥し、次いで空気流通下に400℃で3時間再度焼成して最終焼成品を得た。得られた最終焼成品の酸素以外の元素の組成は、Mo12W0.2Bi0.6Fe2.2Sb0.7Ni1.2Co6.5Pb0.4P0.1Cs0.5であった。
この最終焼成品をステンレス製反応管に充填し、イソブチレン5%、酸素12%、水蒸気10%および窒素73%(容量%)の原料ガスを大気圧下(触媒層出口部の圧力)で接触時間3.6秒にて触媒層を通過させ、340℃で反応させた。その結果は、イソブチレンの反応率98.0%、メタクロレインの選択率89.9%、メタクリル酸の選択率4.0%であった。
(実施例6)
実施例5において、混練りの際の純水の量を165部とした点以外は、実施例5と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。このとき、1次成形品の比重は2.13kg/Lであった。反応結果は、イソブチレンの反応率97.8%、メタクロレインの選択率89.8%、メタクリル酸の選択率3.8%であった。
(実施例7)
実施例5において、予備成形品を直径25mm、長さ280mmの円柱状とした点以外は、実施例5と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。このとき、1次成形品の比重は1.94kg/Lであった。反応結果は、イソブチレンの反応率97.9%、メタクロレインの選択率89.8%、メタクリル酸の選択率3.9%であった。
(比較例2)
実施例5において、1次成形を行わず、不定形の混練り品を直接ピストン式押出し成形した点以外は、実施例5と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。反応結果は、イソブチレンの反応率97.5%、メタクロレインの選択率89.6%、メタクリル酸の選択率3.7%であった。また、この方法で製造したリング状の触媒成形体は不均一で、歩留まりが低かった。
(比較例3)
実施例5において、水性スラリーの乾燥にスプレー乾燥機を使用せず、水性スラリーを加熱攪拌しながら蒸発乾固し、得られた固形物を130℃で6時間乾燥したものを粉砕して乾燥粒子を製造した点以外は、実施例5と同様に触媒成形体を製造し、反応を行った。不定形の焼成粒子の平均粒子直径は145μm、嵩比重は0.87kg/Lであった。また、1次成形品の比重は2.11kg/Lであった。反応結果は、イソブチレンの反応率97.4%、メタクロレインの選択率89.5%、メタクリル酸の選択率3.6%であった。
(実施例8)
実施例5の触媒を用い、原料をTBAに変え、その他は実施例5と同様にして反応を行った。反応結果は、TBAの反応率100%、メタクロレインの選択率88.7%、メタクリル酸の選択率3.1%であった。
(比較例4)
比較例3の触媒を用い、原料をTBAに変え、その他は比較例3と同様にして反応を行った。反応結果は、TBAの反応率100%、メタクロレインの選択率88.1%、メタクリル酸の選択率2.5%であった。
産業上の利用可能性
本発明の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒は、触媒活性、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸選択性に優れており、この触媒を用いることで、収率よく不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造することができる。
Claims (13)
- プロピレン、イソブチレン、tert−ブチルアルコールまたはメチル−tert−ブチルエーテルの少なくとも1種を分子状酸素を用いて気相接触酸化し、不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸を製造する際に用いられる、少なくともモリブデン、ビスマスおよび鉄を含む押出成形触媒の製造方法において、
モリブデン、ビスマスおよび鉄を含有する水性スラリーを噴霧乾燥して乾燥粒子とするか、または該乾燥粒子をさらに熱処理して焼成粒子として触媒成分粒子を製造する工程と、
前記触媒成分粒子を少なくとも液体と混合して混練する工程と、
混練り品を1次成形する1次成形工程と、
1次成形品をピストン成形機で最終形状に成形する2次成形工程と
を有することを特徴とする不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒の製造方法。 - 前記1次成形品が、2次成形工程において使用されるピストン成形機のシリンダー径の0.5倍以上1倍未満の径をもつ円柱状であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記1次成形品の比重が、1.1〜2.7kg/Lであることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記触媒成分粒子の平均粒子直径が10〜150μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 前記触媒成分粒子の平均粒子圧壊強度が、9.8×10−4〜9.8×10−2Nであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
- 前記触媒成分粒子の嵩比重が、0.5〜1.8kg/Lであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- 2次成形のピストン成形機で1次成形品を最終形状に成形する際に、真空脱気を行わないことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
- 1次成形する際に、スクリュー押出機を用いて成形することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。
- 前記触媒成分粒子と混合する前記液体の量が、触媒成分粒子100質量部に対して35〜55質量部であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法。
- 前記触媒成分粒子が、焼成粒子であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1〜10記載のいずれかの製造方法により製造された不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒。
- 触媒の形状がリング状であり、その外径が3〜15mmであることを特徴とする請求項11記載の触媒。
- 請求項11または12に記載の不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸製造用触媒を用いて、プロピレン、イソブチレン、tert−ブチルアルコールまたはメチル−tert−ブチルエーテルの少なくとも1種を分子状酸素により気相酸化することを特徴とする不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の製造方法。
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