JPWO2019013116A1 - Method for producing catalyst, method for producing unsaturated carboxylic acid, method for producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid, and method for producing unsaturated carboxylic acid ester - Google Patents

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Abstract

目的生成物を高い選択率で製造できる触媒を提供する。本発明は、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して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及びリンを含む触媒の製造方法であって、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む触媒の製造方法に関する。A catalyst capable of producing a target product with high selectivity is provided. The present invention relates to a method for producing a catalyst containing at least molybdenum and phosphorus, which is used for producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen, comprising a catalyst containing a nitrogen-containing component. The present invention relates to a method for producing a catalyst, comprising a step of exposing a precursor to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining the precursor.

Description

本発明は、触媒の製造方法、不飽和カルボン酸の製造方法、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法、並びに不飽和カルボン酸エステルの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a catalyst, a method for producing an unsaturated carboxylic acid, a method for producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid, and a method for producing an unsaturated carboxylic acid ester.

触媒の製造方法については数多くの検討がなされている。触媒は、一般的には、該触媒を構成する各元素を含む水溶液または水性スラリーなどの原料液を調製し、該原料液を乾燥、焼成することで製造される。   Many studies have been made on a method for producing a catalyst. The catalyst is generally produced by preparing a raw material liquid such as an aqueous solution or an aqueous slurry containing each element constituting the catalyst, and drying and calcining the raw material liquid.

前記焼成としては、例えば、特許文献1〜3ではアンモニアや水蒸気を含むガスを、特許文献4では非酸化性ガスを、特許文献5では含酸素有機化合物を含むガスを用いた焼成について記載されている。また、特許文献6では用いるガスや焼成温度を変更した複数の工程からなる焼成方法について記載されている。また、特許文献7では触媒前駆体に対するガス流量について記載されている。   As the firing, for example, Patent Documents 1 to 3 describe a gas containing ammonia or water vapor, Patent Document 4 describes a non-oxidizing gas, and Patent Document 5 describes a firing using a gas containing an oxygen-containing organic compound. I have. Patent Document 6 describes a firing method including a plurality of steps in which the gas used and the firing temperature are changed. Patent Document 7 describes a gas flow rate for a catalyst precursor.

特開昭58−61833号公報JP-A-58-61833 特開昭58−67643号公報JP-A-58-67643 特開昭58−79545号公報JP-A-58-79545 特開昭59−66349号公報JP-A-59-66349 特開昭59−69148号公報JP-A-59-69148 特開2012−245432号公報JP 2012-245432 A 特開2009−213969号公報JP 2009-213969 A

しかしながら、特許文献1〜7に記載された方法で製造される触媒は、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を製造する反応、またはプロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造する反応に用いた場合、目的生成物の選択率が十分ではないという問題があった。このため、目的生成物をより高い選択率で製造できる触媒の製造方法の開発が望まれている。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、目的生成物を高い選択率で製造できる触媒を提供することを目的とする。   However, the catalysts produced by the methods described in Patent Literatures 1 to 7 are used in a reaction for producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen, or propylene, isobutylene, primary Gas phase catalytic oxidation of at least one selected from the group consisting of butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether with molecular oxygen to produce the corresponding unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid, respectively. When used in such reactions, there is a problem that the selectivity of the target product is not sufficient. Therefore, development of a method for producing a catalyst capable of producing a target product with higher selectivity has been desired. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a catalyst capable of producing a target product at a high selectivity.

前記課題は、以下の本発明[1]〜[16]によって解決される。   The object is achieved by the following present inventions [1] to [16].

[1]不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して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及びリンを含む触媒の製造方法であって、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む触媒の製造方法。   [1] A method for producing a catalyst containing at least molybdenum and phosphorus, which is used in producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen, comprising a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component. A method for producing a catalyst, comprising a step of exposing a body to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining the body.

[2]プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及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及びビスマスを含む触媒の製造方法であって、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む触媒の製造方法。   [2] At least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether is subjected to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen to correspond to each. A method for producing a catalyst containing at least molybdenum and bismuth, which is used when producing unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids, wherein a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component is exposed to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcined. A method for producing a catalyst comprising a step.

[3]前記不飽和アルデヒドがアクロレイン又はメタクロレインである[1]または[2]に記載の触媒の製造方法。   [3] The method for producing a catalyst according to [1] or [2], wherein the unsaturated aldehyde is acrolein or methacrolein.

[4]前記触媒前駆体を焼成する際に、酸素含有ガス及び不活性ガスから選択される少なくとも1種のガス流通下で焼成する[1]から[3]のいずれかに記載の触媒の製造方法。   [4] The production of the catalyst according to any one of [1] to [3], wherein the catalyst precursor is calcined under at least one kind of gas flow selected from an oxygen-containing gas and an inert gas when calcining the catalyst precursor. Method.

[5]前記圧力が10kPa(G)以上、100kPa(G)以下である[1]から[4]のいずれかに記載の触媒の製造方法。   [5] The method for producing a catalyst according to any one of [1] to [4], wherein the pressure is 10 kPa (G) or more and 100 kPa (G) or less.

[6]前記圧力が20kPa(G)以上、80kPa(G)以下である[5]に記載の触媒の製造方法。   [6] The method for producing a catalyst according to [5], wherein the pressure is 20 kPa (G) or more and 80 kPa (G) or less.

[7]前記焼成における温度の最高値が300℃以上、700℃以下である[1]から[6]のいずれかに記載の触媒の製造方法。   [7] The method for producing a catalyst according to any one of [1] to [6], wherein the maximum value of the temperature in the calcination is 300 ° C or more and 700 ° C or less.

[8]前記焼成における温度の最高値が350℃以上、400℃以下である[7]に記載の触媒の製造方法。   [8] The method for producing a catalyst according to [7], wherein the maximum value of the temperature in the calcination is 350 ° C or more and 400 ° C or less.

[9]前記含窒素成分が、アンモニウム根及び硝酸根からなる群から選択される少なくとも1種である[1]から[8]のいずれかに記載の触媒の製造方法。   [9] The method for producing a catalyst according to any one of [1] to [8], wherein the nitrogen-containing component is at least one selected from the group consisting of ammonium radicals and nitrate radicals.

[10]前記触媒前駆体がヘテロポリ酸構造を含む[1]に記載の触媒の製造方法。   [10] The method for producing a catalyst according to [1], wherein the catalyst precursor contains a heteropolyacid structure.

[11]前記ヘテロポリ酸構造がケギン型ヘテロポリ酸構造である[10]に記載の触媒の製造方法。
[12][1]に記載の方法により製造された触媒の存在下、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を製造する、不飽和カルボン酸の製造方法。
[11] The method for producing a catalyst according to [10], wherein the heteropolyacid structure is a Keggin-type heteropolyacid structure.
[12] A method for producing an unsaturated carboxylic acid, comprising producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of the catalyst produced by the method according to [1].

[13][1]に記載の方法により触媒を製造し、該触媒の存在下、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を製造する、不飽和カルボン酸の製造方法。
[14][2]に記載の方法により製造された触媒の存在下、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造する、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法。
[13] Production of an unsaturated carboxylic acid by producing a catalyst by the method according to [1], and producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of the catalyst. Method.
[14] At least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol, and methyl tertiary butyl ether in the presence of the catalyst produced by the method of [2]. Is produced by gas phase catalytic oxidation with molecular oxygen to produce corresponding unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids, respectively.

[15][2]に記載の方法により触媒を製造し、該触媒の存在下、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造する、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法。   [15] A catalyst is produced by the method according to [2], and is selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether in the presence of the catalyst. A method for producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid, wherein at least one kind is gaseous catalytically oxidized with molecular oxygen to produce a corresponding unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid.

[16][12]から[15]のいずれかに記載の方法により製造された不飽和カルボン酸をエステル化する不飽和カルボン酸エステルの製造方法。   [16] A method for producing an unsaturated carboxylic acid ester, wherein the unsaturated carboxylic acid produced by the method according to any one of [12] to [15] is esterified.

本発明によれば、目的生成物を高い選択率で製造できる触媒を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the catalyst which can produce a target product with high selectivity can be provided.

[触媒の製造方法]
本発明に係る触媒の製造方法の第一の実施形態は、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して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及びリンを含む触媒の製造方法である。該方法は、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む。
[Catalyst production method]
The first embodiment of the method for producing a catalyst according to the present invention is used for producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen, and a catalyst containing at least molybdenum and phosphorus. It is a manufacturing method. The method includes a step of exposing a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining the catalyst precursor.

また、本発明に係る触媒の製造方法の第二の実施形態は、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及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及びビスマスを含む触媒の製造方法である。該方法は、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む。   In addition, the second embodiment of the method for producing a catalyst according to the present invention comprises at least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether. This is a method for producing a catalyst containing at least molybdenum and bismuth, which is used in producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid corresponding to each by gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen. The method includes a step of exposing a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining the catalyst precursor.

本発明に係る方法では、触媒前駆体の焼成時における圧力に着目し、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成することで、目的生成物を高い選択率で製造可能な触媒を得ることができる。この理由は以下のように考えられる。すなわち、焼成中に含窒素成分が脱離する過程で触媒前駆体の構造が変化し、目的の反応に好ましい触媒活性点が形成される。この時、触媒前駆体が大気圧よりも高い圧力に曝されることで、含窒素成分の脱離が抑制される。その結果、大気圧以下の圧力下で焼成する場合よりも緩やかな速度で触媒の構造変化が起こり、触媒表面により均質な活性点構造が形成されると推測される。なお従来技術においては、焼成時の圧力の影響については詳しい検討はされていなかった。   In the method according to the present invention, paying attention to the pressure at the time of calcination of the catalyst precursor, the catalyst precursor containing a nitrogen-containing component is calcined by exposing it to a pressure exceeding atmospheric pressure, whereby the target product is produced with a high selectivity. A manufacturable catalyst can be obtained. The reason is considered as follows. That is, the structure of the catalyst precursor changes in the course of the elimination of the nitrogen-containing component during the calcination, and a catalyst active site suitable for the intended reaction is formed. At this time, the desorption of the nitrogen-containing component is suppressed by exposing the catalyst precursor to a pressure higher than the atmospheric pressure. As a result, it is presumed that the structural change of the catalyst occurs at a slower rate than in the case of firing at a pressure lower than the atmospheric pressure, and a more uniform active site structure is formed on the catalyst surface. In addition, in the prior art, the influence of the pressure at the time of firing was not studied in detail.

本発明に係る方法は、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して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及びリンを含む触媒(以下、不飽和カルボン酸製造用触媒とも示す)の製造に用いられる。該触媒を用いて反応を行うことにより、より高い選択率で不飽和カルボン酸を製造できる。該不飽和アルデヒドはアクロレイン又はメタクロレインであることが、より高い選択率でアクリル酸又はメタクリル酸を製造できるため好ましい。また、該触媒はヘテロポリ酸構造、特にケギン型ヘテロポリ酸構造を含むことが、より高い選択率で不飽和カルボン酸を製造できるため好ましい。   The method according to the present invention provides a catalyst containing at least molybdenum and phosphorus (hereinafter referred to as a catalyst for producing unsaturated carboxylic acid), which is used in producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen. Also shown). By performing the reaction using the catalyst, an unsaturated carboxylic acid can be produced with a higher selectivity. The unsaturated aldehyde is preferably acrolein or methacrolein because acrylic acid or methacrylic acid can be produced with higher selectivity. Further, the catalyst preferably contains a heteropolyacid structure, particularly a Keggin-type heteropolyacid structure, because an unsaturated carboxylic acid can be produced with a higher selectivity.

また、本発明に係る方法は、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及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及びビスマスを含む触媒(以下、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸製造用触媒とも示す)の製造に用いられる。該触媒を用いて反応を行うことにより、より高い選択率で不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造できる。該不飽和アルデヒドはアクロレイン又はメタクロレイン、該不飽和カルボン酸はアクリル酸又はメタクリル酸であることが、選択率の観点から好ましい。   Further, the method according to the present invention comprises subjecting at least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether to gas phase catalytic oxidation with molecular oxygen. Used for producing a catalyst containing at least molybdenum and bismuth (hereinafter also referred to as a catalyst for producing unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids) which is used when producing the corresponding unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids. Can be By performing the reaction using the catalyst, unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid can be produced with higher selectivity. The unsaturated aldehyde is preferably acrolein or methacrolein, and the unsaturated carboxylic acid is preferably acrylic acid or methacrylic acid from the viewpoint of selectivity.

本発明に係る方法により得られる触媒の組成は特に限定されないが、該触媒が前記不飽和カルボン酸製造用触媒である場合には、不飽和カルボン酸をより高い選択率で製造できる観点から、該触媒は下記式(1)で示される組成を有することが好ましい。   The composition of the catalyst obtained by the method according to the present invention is not particularly limited.However, when the catalyst is the above-mentioned catalyst for producing an unsaturated carboxylic acid, from the viewpoint of producing an unsaturated carboxylic acid at a higher selectivity, The catalyst preferably has a composition represented by the following formula (1).

α1Moα2α3Cuα4α5α6α7α8 (1)
式(1)中、P、Mo、V、Cu及びOはそれぞれリン、モリブデン、バナジウム、銅及び酸素を示す元素記号である。Aはアンチモン、ビスマス、砒素、ゲルマニウム、ジルコニウム、テルル、銀、セレン、ケイ素、タングステン及びホウ素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。Eはカリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム、マグネシウム及びバリウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。Gは鉄、亜鉛、クロム、カルシウム、ストロンチウム、タンタル、コバルト、ニッケル、マンガン、チタン、スズ、鉛、ニオブ、インジウム、硫黄、パラジウム、ガリウム、セリウム及びランタンからなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。α1〜α8は各元素の原子比率を表し、α2=12のときα1=0.5〜3、α3=0.01〜3、α4=0.01〜2、α5=0〜3、好ましくは0.01〜3、α6=0.01〜3、α7=0〜4であり、α8は前記各元素の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比率である。
P α1 Mo α2 V α3 Cu α4 A α5 E α6 G α7 O α8 (1)
In the formula (1), P, Mo, V, Cu and O are element symbols indicating phosphorus, molybdenum, vanadium, copper and oxygen, respectively. A represents at least one element selected from the group consisting of antimony, bismuth, arsenic, germanium, zirconium, tellurium, silver, selenium, silicon, tungsten and boron. E represents at least one element selected from the group consisting of potassium, rubidium, cesium, thallium, magnesium and barium. G is at least one selected from the group consisting of iron, zinc, chromium, calcium, strontium, tantalum, cobalt, nickel, manganese, titanium, tin, lead, niobium, indium, sulfur, palladium, gallium, cerium and lanthanum. Indicates an element. α1 to α8 represent the atomic ratio of each element, and when α2 = 12, α1 = 0.5 to 3, α3 = 0.01 to 3, α4 = 0.01 to 2, and α5 = 0 to 3, preferably 0. .01-3, α6 = 0.01-3, α7 = 0-4, and α8 is the atomic ratio of oxygen necessary to satisfy the valence of each element.

また、本発明に係る方法により得られる触媒が前記不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸製造用触媒である場合には、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸をより高い選択率で製造できる観点から、該触媒は下記式(2)で示される組成を有することが好ましい。   Further, when the catalyst obtained by the method according to the present invention is the catalyst for producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid, from the viewpoint of producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid with higher selectivity, The catalyst preferably has a composition represented by the following formula (2).

Moα9Biα10Feα11α12A’α13E’α14G’α15Siα16α17 (2)
式(2)中、Mo、Bi、Fe、Si及びOはそれぞれモリブデン、ビスマス、鉄、ケイ素及び酸素を示す元素記号である。Xはコバルト及びニッケルからなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。A’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、タンタル及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。E’はリン、ホウ素、硫黄、セレン、テルル、セリウム、タングステン、アンチモン及びチタンからなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。G’はリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム及びタリウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を示す。α9〜α17は各元素の原子比率を表し、α9=12のときα10=0.01〜3、α11=0.01〜5、α12=1〜12、α13=0〜8、α14=0〜5、α15=0.001〜2、α16=0〜20であり、α17は前記各元素の原子価を満足するのに必要な酸素の原子比率である。
Mo α9 Bi α10 Fe α11 X α12 A ' α13 E' α14 G ' α15 Si α16 O α17 (2)
In the formula (2), Mo, Bi, Fe, Si and O are element symbols representing molybdenum, bismuth, iron, silicon and oxygen, respectively. X represents at least one element selected from the group consisting of cobalt and nickel. A ′ represents at least one element selected from the group consisting of chromium, lead, manganese, calcium, magnesium, niobium, silver, barium, tin, tantalum and zinc. E ′ represents at least one element selected from the group consisting of phosphorus, boron, sulfur, selenium, tellurium, cerium, tungsten, antimony and titanium. G ′ represents at least one element selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and thallium. α9 to α17 represent the atomic ratio of each element. When α9 = 12, α10 = 0.01 to 3, α11 = 0.01 to 5, α12 = 1 to 12, α13 = 0 to 8, and α14 = 0 to 5. , Α15 = 0.001-2, α16 = 0-20, and α17 is the atomic ratio of oxygen necessary to satisfy the valence of each element.

本発明に係る触媒の製造方法は、含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程(以下、焼成工程とも示す)を含めば特に限定されない。しかしながら、該方法は、触媒を構成する各元素を含む原料液を調製する工程(以下、原料液調製工程とも示す)と、該原料液を乾燥して触媒前駆体を得る工程(以下、乾燥工程とも示す)と、焼成工程とを含むことが、目的生成物をより高い選択率で製造できる触媒が得られる観点から好ましい。また、該方法は、乾燥工程と焼成工程との間に、必要に応じて、触媒前駆体を成形する工程(以下、成形工程とも示す)を含んでもよい。   The method for producing a catalyst according to the present invention is not particularly limited as long as it includes a step of exposing a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining (hereinafter, also referred to as a calcining step). However, the method includes a step of preparing a raw material liquid containing each element constituting the catalyst (hereinafter, also referred to as a raw material liquid preparing step) and a step of drying the raw material liquid to obtain a catalyst precursor (hereinafter, a drying step) ) And a calcination step are preferred from the viewpoint of obtaining a catalyst that can produce the target product with a higher selectivity. In addition, the method may include a step of forming a catalyst precursor (hereinafter, also referred to as a forming step) between the drying step and the firing step, if necessary.

(原料液調製工程)
原料液調製工程では、触媒を構成する各元素を含む原料液を調製する。前記不飽和カルボン酸製造用触媒の製造では、該原料液は少なくともモリブデン及びリンを含む。また、前記不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸製造用触媒の製造では、該原料液は少なくともモリブデン及びビスマスを含む。該原料液がこれらの元素を含むことで、目的生成物の選択率の高い不飽和カルボン酸製造用触媒、または不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸製造用触媒を製造することができる。触媒を構成する各元素の種類及び比率については、該触媒が不飽和カルボン酸製造用触媒である場合には、例えば前記式(1)で示される元素及び原子比率とすることができる。また、該触媒が不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸製造用触媒である場合には、例えば前記式(2)で示される元素及び原子比率とすることができる。
(Raw material liquid preparation process)
In the raw material liquid preparation step, a raw material liquid containing each element constituting the catalyst is prepared. In the production of the catalyst for producing an unsaturated carboxylic acid, the raw material liquid contains at least molybdenum and phosphorus. In the production of the catalyst for producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid, the raw material liquid contains at least molybdenum and bismuth. When the raw material liquid contains these elements, a catalyst for producing an unsaturated carboxylic acid or a catalyst for producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid having a high selectivity for a target product can be produced. When the catalyst is a catalyst for producing an unsaturated carboxylic acid, the type and the ratio of each element constituting the catalyst may be, for example, the element and the atomic ratio represented by the formula (1). When the catalyst is a catalyst for producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid, for example, the element and the atomic ratio represented by the formula (2) can be used.

原料液の調製方法には特に制限はないが、水に各元素の原料を投入し、30〜100℃に加熱して撹拌し、スラリー状の原料液を調製する方法が好ましい。水の使用量は、各元素の原料の合計100質量部に対して、200〜1000質量部が好ましい。   There is no particular limitation on the method of preparing the raw material liquid, but a method in which the raw material of each element is charged into water, heated to 30 to 100 ° C. and stirred to prepare a raw material liquid in a slurry state is preferable. The amount of water used is preferably 200 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw materials of each element.

各元素の原料としては特に限定されず、各元素の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩等を適宜選択して使用することができる。例えば、モリブデンの原料としては、モリブデン酸、三酸化モリブデン、パラモリブデン酸アンモニウム等が使用でき、モリブデン酸、三酸化モリブデンが好ましい。リンの原料としては、正リン酸、五酸化リン、リン酸アンモニウム等が使用できる。バナジウムの原料としては、メタバナジン酸アンモニウム、五酸化二バナジウム等が使用できる。また、銅の原料としては硝酸銅、硫酸銅、炭酸銅等が使用できる。また、ビスマスの原料としては、硝酸ビスマス、酸化ビスマス、酢酸ビスマス、水酸化ビスマス等が使用できる。これらの原料は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。   The raw material of each element is not particularly limited, and oxides, nitrates, carbonates, ammonium salts and the like of each element can be appropriately selected and used. For example, molybdenum, molybdenum trioxide, ammonium paramolybdate, and the like can be used as molybdenum raw materials, and molybdenum acid and molybdenum trioxide are preferable. As a raw material of phosphorus, orthophosphoric acid, phosphorus pentoxide, ammonium phosphate and the like can be used. As a raw material of vanadium, ammonium metavanadate, divanadium pentoxide and the like can be used. In addition, as a raw material of copper, copper nitrate, copper sulfate, copper carbonate and the like can be used. Further, as a raw material of bismuth, bismuth nitrate, bismuth oxide, bismuth acetate, bismuth hydroxide and the like can be used. These materials may be used alone or in combination of two or more.

本発明に係る方法では、触媒前駆体は含窒素成分を含むため、原料液は含窒素成分を含むことが好ましい。含窒素成分としては、アンモニウム根、硝酸根、含窒素ヘテロ環等が挙げられるが、アンモニウム根及び硝酸根からなる群から選択される少なくとも1種であることが、目的生成物の選択率の観点から好ましい。ここで、本発明におけるアンモニウム根とは、アンモニウムイオン(NH )になり得るアンモニア(NH)、及びアンモニウム塩などのアンモニウム含有化合物に含まれるアンモニウムの総称である。アンモニウム含有化合物としては、例えば炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、バナジン酸アンモニウム、触媒構成元素のアンモニウム塩等が挙げられる。また、本発明における硝酸根とは、硝酸イオン(NO )、亜硝酸イオン(NO )等の窒素酸化物イオンの総称である。硝酸根としては、例えば触媒構成元素の硝酸塩に含まれる硝酸イオンが挙げられる。これらは一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、前記各元素の原料として各元素のアンモニウム塩や硝酸塩を用いることにより、原料液に含窒素成分が含まれるようにしてもよい。In the method according to the present invention, since the catalyst precursor contains a nitrogen-containing component, the raw material liquid preferably contains a nitrogen-containing component. Examples of the nitrogen-containing component include ammonium radicals, nitrate radicals, and nitrogen-containing heterocycles. At least one selected from the group consisting of ammonium radicals and nitrate radicals is preferred in view of the selectivity of the target product. Is preferred. Here, the ammonium root in the present invention is a general term for ammonia (NH 3 ) that can be an ammonium ion (NH 4 + ) and ammonium contained in an ammonium-containing compound such as an ammonium salt. Examples of the ammonium-containing compound include ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium nitrate, ammonium acetate, ammonium vanadate, and ammonium salts of catalyst constituent elements. The term “nitrate” in the present invention is a general term for nitrogen oxide ions such as nitrate ion (NO 3 ) and nitrite ion (NO 2 ). Examples of the nitrate include nitrate ions contained in a nitrate of a catalyst constituent element. These may be used alone or in combination of two or more. The raw material liquid may contain a nitrogen-containing component by using an ammonium salt or a nitrate of each element as a raw material for each element.

原料液の調製スケールには特に制限はないが、主となる元素の原料の量の下限は100g以上であることが好ましく、1kg以上であることがより好ましい。また上限は10t以下であることが好ましく、1t以下であることがより好ましい。このようなスケールとすることで、良好な原料液を安定に調製できる。   The preparation scale of the raw material liquid is not particularly limited, but the lower limit of the amount of the raw material of the main element is preferably 100 g or more, more preferably 1 kg or more. The upper limit is preferably 10 t or less, more preferably 1 t or less. By using such a scale, a good raw material liquid can be stably prepared.

(乾燥工程)
乾燥工程では、前記原料液調製工程にて得られた原料液を乾燥して触媒前駆体を得る。原料液の乾燥方法には特に制限はないが、例えば蒸発乾固法、噴霧乾燥法、ドラム乾燥法、気流乾燥法等が挙げられる。乾燥に使用する乾燥機の種類、機種、乾燥時の温度、雰囲気等には特に制限はなく、例えば、空気雰囲気下100〜180℃で0.1〜20時間乾燥する条件などが挙げられる。乾燥条件を変えることによって、触媒前駆体の流動性、成形性等の物性を制御できるため、目的に応じた条件を設定することが好ましい。
(Drying process)
In the drying step, the raw material liquid obtained in the raw material liquid preparation step is dried to obtain a catalyst precursor. The method for drying the raw material liquid is not particularly limited, and examples thereof include an evaporation to dryness method, a spray drying method, a drum drying method, and a flash drying method. There is no particular limitation on the type and model of the dryer used for drying, the temperature at the time of drying, the atmosphere, and the like. For example, conditions for drying at 100 to 180 ° C in an air atmosphere for 0.1 to 20 hours can be mentioned. By changing the drying conditions, physical properties such as fluidity and moldability of the catalyst precursor can be controlled. Therefore, it is preferable to set conditions according to the purpose.

本発明に係る方法を前記不飽和カルボン酸製造用触媒の製造に用いる場合、得られる触媒前駆体は、より高い選択率で不飽和カルボン酸を製造できる観点から、ヘテロポリ酸構造を含むことが好ましく、ケギン型ヘテロポリ酸構造を含むことがより好ましい。なお、触媒前駆体がヘテロポリ酸構造(ケギン型ヘテロポリ酸構造)を含むか否かは、触媒前駆体を赤外吸収分析で測定することにより確認することができる。例えば触媒前駆体がケギン型ヘテロポリ酸構造を含む場合、得られる赤外吸収スペクトルは、1060、960、870、780cm−1付近に特徴的なピークを有する。When the method according to the present invention is used for producing the catalyst for producing an unsaturated carboxylic acid, the obtained catalyst precursor preferably contains a heteropolyacid structure from the viewpoint of producing an unsaturated carboxylic acid with a higher selectivity. And a Keggin-type heteropolyacid structure. Whether the catalyst precursor contains a heteropolyacid structure (Keggin-type heteropolyacid structure) can be confirmed by measuring the catalyst precursor by infrared absorption analysis. For example, when the catalyst precursor contains a Keggin-type heteropolyacid structure, the obtained infrared absorption spectrum has characteristic peaks around 1060, 960, 870, and 780 cm -1 .

得られる触媒前駆体に含まれる含窒素成分の量は特に限定されないが、例えば0.5〜7.0質量%であることができる。   The amount of the nitrogen-containing component contained in the obtained catalyst precursor is not particularly limited, but may be, for example, 0.5 to 7.0% by mass.

(成形工程)
成形工程では、前記乾燥工程で得られた触媒前駆体を成形する。成形方法には特に制限はなく、公知の乾式及び湿式の成形方法が適用できる。例えば、打錠成形、プレス成形、押出成形、造粒成形等が挙げられる。成形品の形状についても特に限定されず、例えば、円柱状、リング状、球状等の形状が挙げられる。また、成形時には、触媒前駆体に担体等を添加せず、触媒前駆体のみを成形することが好ましいが、必要に応じて、例えばグラファイトやタルクなどの公知の添加剤を加えてもよい。
(Molding process)
In the forming step, the catalyst precursor obtained in the drying step is formed. There is no particular limitation on the molding method, and known dry and wet molding methods can be applied. For example, tablet molding, press molding, extrusion molding, granulation molding and the like can be mentioned. The shape of the molded product is not particularly limited, and examples include a columnar shape, a ring shape, and a spherical shape. In addition, at the time of molding, it is preferable to mold only the catalyst precursor without adding a carrier or the like to the catalyst precursor. However, if necessary, a known additive such as graphite or talc may be added.

(焼成工程)
焼成工程では、得られた含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する。該触媒前駆体が曝される圧力は、10kPa(G)以上が好ましく、20kPa(G)以上がより好ましく、30kPa(G)以上がさらに好ましい。また該圧力は、100kPa(G)以下が好ましく、80kPa(G)以下がより好ましく、70kPa(G)以下がさらに好ましい。該圧力が10kPa(G)以上であることにより、含窒素成分の脱離が抑制され、触媒表面により均質な活性点構造が形成される。また、該圧力が100kPa(G)以下であることにより、触媒前駆体からの含窒素成分の脱離が過度に阻害されず、触媒の反応速度低下を抑制できる。なお、「kPa(G)」はゲージ圧を示し、大気圧+ゲージ圧が実際の圧力となる。
(Firing process)
In the firing step, the catalyst precursor containing the obtained nitrogen-containing component is fired by exposing it to a pressure exceeding atmospheric pressure. The pressure at which the catalyst precursor is exposed is preferably 10 kPa (G) or more, more preferably 20 kPa (G) or more, and even more preferably 30 kPa (G) or more. The pressure is preferably 100 kPa (G) or less, more preferably 80 kPa (G) or less, and even more preferably 70 kPa (G) or less. When the pressure is 10 kPa (G) or more, desorption of the nitrogen-containing component is suppressed, and a more uniform active site structure is formed on the catalyst surface. When the pressure is 100 kPa (G) or less, desorption of the nitrogen-containing component from the catalyst precursor is not excessively inhibited, and a reduction in the reaction rate of the catalyst can be suppressed. Note that “kPa (G)” indicates a gauge pressure, and the atmospheric pressure + the gauge pressure is the actual pressure.

なお、前記圧力とは、焼成工程の昇温過程から温度一定保持過程における圧力とする。また、該圧力の値は、圧力の空間的分布が無い容器内で焼成する場合は、容器内の任意の一点を測定した値であり、管状焼成容器でガスを流通して焼成する場合など圧力の空間的分布がある系では、焼成ガス出口の圧力のように、系内で最も低い部分における値である。また、ここでの系内とは、焼成容器の焼成ガス入口から焼成ガス出口までの範囲を意味する。系内における圧力を測定する方法には特に制限はないが、例えば、焼成ガス出口の上流であって、焼成ガス出口にできる限り近い位置に圧力計を設けることにより測定することができる。また、前記圧力を高くする方法に特に制限はないが、後述するようにガス流通下で焼成を行う場合には、例えばガスの出口の配管を延長する、ガスの出口に圧力制御弁を設けてその弁を絞る、ガスの出口を、水などを充填したトラップ槽に接続する等の方法により達成できる。   In addition, the pressure is a pressure in a process of maintaining a constant temperature from a temperature increasing process in a firing process. The pressure value is a value obtained by measuring an arbitrary point in the container when firing is performed in a container having no spatial distribution of pressure. In a system having a spatial distribution of 焼 成, the value is at the lowest portion in the system, such as the pressure at the firing gas outlet. The term “in the system” as used herein means a range from the firing gas inlet to the firing gas outlet of the firing vessel. There is no particular limitation on the method of measuring the pressure in the system. For example, the pressure can be measured by providing a pressure gauge upstream of the firing gas outlet and as close as possible to the firing gas outlet. In addition, although there is no particular limitation on the method of increasing the pressure, when firing is performed under gas flow as described below, for example, a gas outlet pipe is extended, and a pressure control valve is provided at the gas outlet. This can be achieved by, for example, squeezing the valve or connecting the gas outlet to a trap tank filled with water or the like.

触媒前駆体を焼成する際の雰囲気ガスの種類には特に制限はないが、空気等の酸素含有ガスまたは不活性ガスが好ましい。ここで不活性ガスとは触媒活性を低下させないような気体のことを指し、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン等が挙げられる。前記ガスとしては、空気、窒素、酸素と空気の混合ガス、またはこれらの混合ガスがより好ましく、空気がさらに好ましい。また、前記ガスは水蒸気を含んでもよい。流通させるガス全体に対して水蒸気が0.01〜5体積%含まれることが好ましく、特に、下限は0.05体積%以上、上限は2体積%以下であることがより好ましい。焼成時の雰囲気ガスの供給の仕方には特に制限はなく、焼成容器内を雰囲気ガスで満たしてから該容器を密閉して焼成してもよく、雰囲気ガスを焼成容器内に常時供給するガス流通下で焼成しても良いが、ガス流通下で焼成することが、触媒活性の観点から好ましい。   There are no particular restrictions on the type of atmosphere gas used for firing the catalyst precursor, but an oxygen-containing gas such as air or an inert gas is preferred. Here, the inert gas refers to a gas that does not reduce the catalytic activity, and examples thereof include nitrogen, carbon dioxide, helium, and argon. As the gas, air, nitrogen, a mixed gas of oxygen and air, or a mixed gas thereof is more preferable, and air is further preferable. Further, the gas may include water vapor. It is preferable that water vapor is contained in an amount of 0.01 to 5% by volume based on the whole gas to be circulated, and it is more preferable that the lower limit is 0.05% by volume or more and the upper limit is 2% by volume or less. The method of supplying the atmosphere gas during firing is not particularly limited, and the firing vessel may be filled with the atmosphere gas, and then the vessel may be sealed and fired. Although calcination may be carried out under a gas flow, calcination under gas flow is preferred from the viewpoint of catalytic activity.

前記焼成における温度の最高値の下限は300℃以上であることが好ましく、320℃以上であることがより好ましく、350℃以上であることがさらに好ましく、370℃以上であることが特に好ましい。また温度の最高値の上限は700℃以下であることが好ましく、450℃以下であることがより好ましく、400℃以下であることがさらに好ましく、390℃以下であることが特に好ましい。焼成温度が300℃以上であることにより含窒素成分の脱離が促進され、また焼成温度が700℃以下であることで、触媒の熱分解やシンタリングによる比表面積低下を抑制することができる。ここで、前記温度の最高値とは、触媒前駆体と接する焼成容器の内壁面の温度のうち、最高値となる部分の温度を示すものとする。温度の測定方法は特に制限されないが、熱電対を用いる方法が好ましい。   The lower limit of the maximum value of the firing temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 320 ° C. or higher, even more preferably 350 ° C. or higher, and particularly preferably 370 ° C. or higher. The upper limit of the maximum value of the temperature is preferably 700 ° C. or lower, more preferably 450 ° C. or lower, further preferably 400 ° C. or lower, and particularly preferably 390 ° C. or lower. When the calcination temperature is 300 ° C. or higher, desorption of the nitrogen-containing component is promoted, and when the calcination temperature is 700 ° C. or lower, a decrease in specific surface area due to thermal decomposition and sintering of the catalyst can be suppressed. Here, the maximum value of the temperature refers to the temperature of a portion having the maximum value among the temperatures of the inner wall surface of the firing vessel in contact with the catalyst precursor. The method for measuring the temperature is not particularly limited, but a method using a thermocouple is preferable.

得られる触媒中の含窒素成分の残留量の好ましい範囲は、触媒の使用方法などにもよるが、例えば触媒単位質量あたり0.001〜1mmol/gであることができる。   The preferable range of the residual amount of the nitrogen-containing component in the obtained catalyst is 0.001 to 1 mmol / g per unit mass of the catalyst, depending on the usage of the catalyst and the like.

焼成容器の形状は特に制限はなく、箱型でも管状でもよいが、特に断面積が2〜100cmである管状焼成容器を用いることが好ましい。該断面積が2cm以上であることにより、工業的な生産性が向上する。また、該断面積が100cm以下であることにより、温度制御が容易になり、ホットスポットの発生を抑制できる。The shape of the firing vessel is not particularly limited, and may be box-shaped or tubular. It is particularly preferable to use a tubular firing vessel having a cross-sectional area of 2 to 100 cm 2 . When the cross-sectional area is 2 cm 2 or more, industrial productivity is improved. Further, when the cross-sectional area is 100 cm 2 or less, temperature control becomes easy, and generation of hot spots can be suppressed.

[不飽和カルボン酸の製造方法]
本発明に係る方法により製造された触媒の存在下、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化する。すなわち、本発明に係る不飽和カルボン酸の製造方法は、本発明に係る方法により触媒を製造する工程と、該触媒の存在下、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化する工程とを有する。本発明に係る方法により製造された触媒を使用することで、従来よりも高い選択率で不飽和カルボン酸を製造することができる。不飽和アルデヒドとしてはアクロレイン又はメタクロレインが好ましく、メタクロレインがより好ましい。以下、不飽和アルデヒドとしてメタクロレインを用いる場合について説明する。該方法では、例えば、メタクロレインと分子状酸素を含む原料ガスを触媒に接触させることにより、メタクロレインが分子状酸素により気相接触酸化され、メタクリル酸が得られる。
[Method for producing unsaturated carboxylic acid]
The unsaturated aldehyde is subjected to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of the catalyst produced by the method according to the present invention. That is, the method for producing an unsaturated carboxylic acid according to the present invention includes a step of producing a catalyst by the method of the present invention and a step of subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of the catalyst. Have. By using the catalyst produced by the method according to the present invention, an unsaturated carboxylic acid can be produced with a higher selectivity than before. As the unsaturated aldehyde, acrolein or methacrolein is preferred, and methacrolein is more preferred. Hereinafter, the case where methacrolein is used as the unsaturated aldehyde will be described. In this method, for example, by bringing a raw material gas containing methacrolein and molecular oxygen into contact with a catalyst, methacrolein is oxidized in a gas phase with molecular oxygen to obtain methacrylic acid.

前記原料ガス中の原料化合物濃度には制限はなく、任意の濃度に設定できるが、1〜20容量%が好ましく、下限は3容量%以上、上限は10容量%以下がより好ましい。原料ガス中の分子状酸素濃度は、原料化合物1molに対して0.5〜4.0molが好ましく、特に下限は1.0mol以上、上限は3.0mol以下がより好ましい。また、原料ガスには、希釈のために窒素、炭酸ガス等の不活性ガスを加えてもよく、水蒸気を加えてもよい。反応圧力は、大気圧から数百kPa(G)までの範囲内で設定されることができる。反応温度は、目的生成物の収率の観点から、230〜450℃が好ましく、特に下限は250℃以上、上限は400℃以下がより好ましい。   The concentration of the raw material compound in the raw material gas is not limited, and can be set to an arbitrary concentration. The molecular oxygen concentration in the source gas is preferably from 0.5 to 4.0 mol per 1 mol of the source compound, and particularly preferably the lower limit is 1.0 mol or more and the upper limit is 3.0 mol or less. Further, an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide may be added to the source gas for dilution, or steam may be added. The reaction pressure can be set within a range from atmospheric pressure to several hundred kPa (G). The reaction temperature is preferably 230 to 450 ° C from the viewpoint of the yield of the target product, and the lower limit is more preferably 250 ° C or higher, and the upper limit is more preferably 400 ° C or lower.

[不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法]
本発明に係る方法により製造された触媒の存在下、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコールおよびメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化する。すなわち、本発明に係る不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法は、本発明に係る方法により触媒を製造する工程と、該触媒の存在下、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化する工程とを有する。本発明に係る方法により製造された触媒を使用することで、従来よりも高い選択率で不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造することができる。該不飽和アルデヒドはアクロレイン又はメタクロレインであることが好ましく、メタクロレインであることがより好ましい。該不飽和カルボン酸はアクリル酸又はメタクリル酸であることが好ましく、メタクリル酸であることがより好ましい。気相接触酸化反応の条件は、前記不飽和カルボン酸の製造方法と同様とすることができる。
[Method for producing unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid]
In the presence of the catalyst produced by the method according to the present invention, at least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether is reacted with molecular oxygen. Performs gas phase catalytic oxidation. That is, the method for producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid according to the present invention comprises a step of producing a catalyst by the method according to the present invention, and propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, Subjecting at least one selected from the group consisting of tert-butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen. By using the catalyst produced by the method according to the present invention, unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids can be produced with higher selectivity than before. The unsaturated aldehyde is preferably acrolein or methacrolein, more preferably methacrolein. The unsaturated carboxylic acid is preferably acrylic acid or methacrylic acid, more preferably methacrylic acid. The conditions for the gas phase catalytic oxidation reaction can be the same as those for the method for producing an unsaturated carboxylic acid.

[不飽和カルボン酸エステルの製造方法]
本発明に係る不飽和カルボン酸エステルの製造方法は、本発明に係る方法により得られる不飽和カルボン酸をエステル化する。該方法によれば、不飽和アルデヒドの気相接触酸化、またはプロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種の気相接触酸化により得られる不飽和カルボン酸を用いて、不飽和カルボン酸エステルを得ることができる。不飽和カルボン酸と反応させるアルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール等が挙げられる。得られる不飽和カルボン酸エステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等が挙げられる。反応は、スルホン酸型カチオン交換樹脂等の酸性触媒の存在下で行うことができる。反応温度は50〜200℃が好ましい。
[Method for producing unsaturated carboxylic acid ester]
In the method for producing an unsaturated carboxylic acid ester according to the present invention, the unsaturated carboxylic acid obtained by the method according to the present invention is esterified. According to the method, gas phase catalytic oxidation of unsaturated aldehyde or at least one gas phase selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether An unsaturated carboxylic acid ester can be obtained using an unsaturated carboxylic acid obtained by catalytic oxidation. Examples of the alcohol to be reacted with the unsaturated carboxylic acid include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol and isobutanol. Examples of the obtained unsaturated carboxylic acid ester include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, and butyl (meth) acrylate. The reaction can be performed in the presence of an acidic catalyst such as a sulfonic acid type cation exchange resin. The reaction temperature is preferably from 50 to 200C.

以下、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例中の「部」は質量部を意味する。触媒組成のモル比は、触媒をアンモニア水に溶解した成分をICP発光分析法で分析することによって算出した。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples. “Parts” in Examples and Comparative Examples means parts by mass. The molar ratio of the catalyst composition was calculated by analyzing a component obtained by dissolving the catalyst in aqueous ammonia by ICP emission spectrometry.

メタクリル酸の製造における原料ガス及び生成物の分析は、ガスクロマトグラフィーを用いて行った。ガスクロマトグラフィーの結果から、メタクロレインの反応率及びメタクリル酸の選択率を下記式にて求めた。   The analysis of the raw material gas and the product in the production of methacrylic acid was performed using gas chromatography. From the results of gas chromatography, the reaction rate of methacrolein and the selectivity of methacrylic acid were determined by the following equations.

メタクロレインの反応率(%)=(R/F)×100
メタクリル酸の選択率(%) =(P/R)×100
式中、Fは単位時間に供給したメタクロレインのmol数、Rは単位時間に反応したメタクロレインのmol数、Pは単位時間に生成したメタクリル酸のmol数である。
Conversion of methacrolein (%) = (R / F) × 100
Methacrylic acid selectivity (%) = (P / R) × 100
In the formula, F is the number of moles of methacrolein supplied per unit time, R is the number of moles of methacrolein reacted per unit time, and P is the number of moles of methacrylic acid generated per unit time.

なお、メタクリル酸の選択率はメタクロレインの反応率によって変化する。そのため、各触媒を用いた気相接触酸化反応におけるメタクリル酸の選択率は、メタクロレインの反応率を同じ値に揃えて比較することが好ましい。そのため、以下の実施例及び比較例においては、反応ガス流量一定の下、反応に用いる触媒の量を適宜調整することにより接触時間を変更し、メタクロレインの反応率を40%程度に揃えた結果を示す。   The selectivity of methacrylic acid changes depending on the conversion of methacrolein. Therefore, it is preferable that the selectivity of methacrylic acid in the gas phase catalytic oxidation reaction using each catalyst is compared with the same conversion of methacrolein. Therefore, in the following Examples and Comparative Examples, the contact time was changed by appropriately adjusting the amount of the catalyst used for the reaction while the flow rate of the reaction gas was constant, and the result was that the conversion of methacrolein was adjusted to about 40%. Is shown.

[実施例1]
(1)原料液調製工程
純水400部に三酸化モリブテン100部、メタバナジン酸アンモニウム4.06部、85質量%リン酸6.67部、三酸化二アンチモン0.84部及び硝酸銅2.80部を加えた。これを撹拌しながらスラリーとし、得られたスラリーを90℃で3時間加熱した。これを90℃に保持した状態で、炭酸セシウム11.3部を純水40.3部に溶解した溶液を添加し、30分保持した。次いで、炭酸アンモニウム8.34部を純水37.5部に溶解した溶液を添加した。次いで、90℃のまま30分保持することで原料液を得た。
[Example 1]
(1) Raw material liquid preparation step In 400 parts of pure water, 100 parts of molybdenum trioxide, 4.06 parts of ammonium metavanadate, 6.67 parts of 85% by mass phosphoric acid, 0.84 part of diantimony trioxide and 2.80 of copper nitrate Parts were added. This was stirred to form a slurry, and the obtained slurry was heated at 90 ° C. for 3 hours. While maintaining the temperature at 90 ° C., a solution obtained by dissolving 11.3 parts of cesium carbonate in 40.3 parts of pure water was added, and the mixture was maintained for 30 minutes. Next, a solution in which 8.34 parts of ammonium carbonate was dissolved in 37.5 parts of pure water was added. Next, the raw material liquid was obtained by holding at 90 ° C. for 30 minutes.

(2)乾燥工程
得られた原料液を101℃で加熱し、撹拌しながら蒸発、乾固した。その後、得られた固形物を90℃で16時間乾燥し、触媒前駆体を得た。得られた触媒前駆体はケギン型ヘテロポリ酸構造を含んでいた。また、該触媒前駆体の酸素を除く組成はMo120.61.0Sb0.1Cu0.2Cs1.2(NH3.0であった。
(2) Drying Step The obtained raw material liquid was heated at 101 ° C. and evaporated to dryness while stirring. Thereafter, the obtained solid was dried at 90 ° C. for 16 hours to obtain a catalyst precursor. The resulting catalyst precursor contained a Keggin-type heteropolyacid structure. The composition of the catalyst precursor excluding oxygen was Mo 12 V 0.6 P 1.0 Sb 0.1 Cu 0.2 Cs 1.2 (NH 4 ) 3.0 .

(3)成形工程
得られた触媒前駆体を打錠成形機により、外径5mm、内径2mm、長さ5mmのリング状に成形した。
(3) Forming Step The obtained catalyst precursor was formed into a ring shape having an outer diameter of 5 mm, an inner diameter of 2 mm, and a length of 5 mm by a tableting machine.

(4)焼成工程
得られた触媒前駆体の成形品を内径27.5mm、長さ6mのステンレスパイプに充填し、空間速度370h−1の空気流通下、380℃で触媒前駆体を焼成し、触媒を得た。この際、焼成ガス出口を、水を充填した排ガス成分トラップ槽に接続し、本焼成工程における圧力を64kPa(G)とした。また焼成中の380℃での保持時間を16時間とした。焼成において、温度の最高値は380℃であった。得られた触媒からは、触媒単位質量あたり0.001〜1.0mmol/gの含窒素成分が検出された。
(4) Firing Step The obtained molded product of the catalyst precursor is filled in a stainless steel pipe having an inner diameter of 27.5 mm and a length of 6 m, and the catalyst precursor is fired at 380 ° C under an air flow at a space velocity of 370 h -1 . A catalyst was obtained. At this time, the firing gas outlet was connected to an exhaust gas component trap tank filled with water, and the pressure in the main firing step was set to 64 kPa (G). The holding time at 380 ° C. during firing was 16 hours. In the firing, the maximum value of the temperature was 380 ° C. From the obtained catalyst, 0.001 to 1.0 mmol / g of a nitrogen-containing component per unit mass of the catalyst was detected.

得られた触媒を反応管に充填し、反応ガスを導入し、下記反応条件で気相接触酸化によるメタクリル酸の製造を実施した。結果を表1に示す。   The obtained catalyst was filled in a reaction tube, a reaction gas was introduced, and methacrylic acid was produced by gas phase catalytic oxidation under the following reaction conditions. Table 1 shows the results.

(反応条件)
反応ガス:メタクロレイン4容量%、酸素10容量%、水蒸気15容量%及び窒素71容量%の混合ガス
反応温度:310℃
反応圧力:101kPa(G)
接触時間:1.8秒。
(Reaction conditions)
Reaction gas: mixed gas of 4% by volume of methacrolein, 10% by volume of oxygen, 15% by volume of steam and 71% by volume of nitrogen Reaction temperature: 310 ° C.
Reaction pressure: 101 kPa (G)
Contact time: 1.8 seconds.

[比較例1]
前記焼成ガス出口に接続された前記排ガス成分トラップ槽の水の量を実施例1よりも少なくすることにより、焼成工程における圧力を0kPa(G)とし、380℃で12時間触媒前駆体を焼成した以外は、実施例1と同様に触媒を製造した。また、得られた触媒を用い、接触時間を1.5秒に変更した以外は、実施例1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
By reducing the amount of water in the exhaust gas component trap tank connected to the firing gas outlet from that in Example 1, the pressure in the firing step was set to 0 kPa (G), and the catalyst precursor was fired at 380 ° C. for 12 hours. Except for the above, a catalyst was produced in the same manner as in Example 1. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the obtained catalyst was used and the contact time was changed to 1.5 seconds. Table 1 shows the results.

[比較例2]
前記焼成ガス出口に接続された前記排ガス成分トラップ槽の水の量を実施例1よりも少なくすることにより、焼成工程における圧力を0kPa(G)とした以外は、実施例1と同様に触媒を製造した。また、得られた触媒を用い、接触時間を1.2秒に変更した以外は、実施例1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the firing step was set to 0 kPa (G) by reducing the amount of water in the exhaust gas component trap tank connected to the firing gas outlet from that in Example 1. Manufactured. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the obtained catalyst was used and the contact time was changed to 1.2 seconds. Table 1 shows the results.

[実施例2]
前記焼成ガス出口に圧力制御弁を設け、焼成工程における圧力を64kPa(G)とし、382℃で16時間触媒前駆体を焼成した以外は、実施例1と同様に触媒を製造した。また、得られた触媒を用い、接触時間を1.7秒に変更した以外は、実施例1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
A catalyst was produced in the same manner as in Example 1 except that a pressure control valve was provided at the calcining gas outlet, the pressure in the calcining step was 64 kPa (G), and the catalyst precursor was calcined at 382 ° C. for 16 hours. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the obtained catalyst was used and the contact time was changed to 1.7 seconds. Table 1 shows the results.

[実施例3]
前記焼成ガス出口に接続された前記排ガス成分トラップ槽の水の量を実施例1よりも少なくすることにより、焼成工程における圧力を54kPa(G)とし、382℃で14時間触媒前駆体を焼成した以外は、実施例1と同様に触媒を製造した。また、得られた触媒を用い、接触時間を1.7秒に変更した以外は、実施例1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
By reducing the amount of water in the exhaust gas component trap tank connected to the firing gas outlet from that in Example 1, the pressure in the firing step was set to 54 kPa (G), and the catalyst precursor was fired at 382 ° C. for 14 hours. Except for the above, a catalyst was produced in the same manner as in Example 1. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the obtained catalyst was used and the contact time was changed to 1.7 seconds. Table 1 shows the results.

[実施例4]
圧力制御弁により焼成工程における圧力を10kPa(G)とし、380℃で16時間触媒前駆体を焼成した以外は、実施例2と同様に触媒を製造した。また、得られた触媒を用い、接触時間を1.4秒に変更した以外は、実施例1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
A catalyst was produced in the same manner as in Example 2, except that the pressure in the firing step was set to 10 kPa (G) by a pressure control valve and the catalyst precursor was fired at 380 ° C for 16 hours. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the obtained catalyst was used and the contact time was changed to 1.4 seconds. Table 1 shows the results.

[実施例5]
圧力制御弁により焼成工程における圧力を30kPa(G)としたこと以外は、実施例4と同様に触媒を製造した。また、得られた触媒を用い、接触時間を1.5秒に変更した以外は、実施例1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 5]
A catalyst was produced in the same manner as in Example 4, except that the pressure in the firing step was set to 30 kPa (G) by a pressure control valve. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the obtained catalyst was used and the contact time was changed to 1.5 seconds. Table 1 shows the results.

Figure 2019013116
Figure 2019013116

表1に示されるように、本発明に係る方法により触媒を製造した実施例1から5では、比較例1及び2と比較して高い選択率でメタクリル酸を製造することができた。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5 in which the catalyst was manufactured by the method according to the present invention, methacrylic acid could be manufactured with a higher selectivity as compared with Comparative Examples 1 and 2.

Claims (16)

不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して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及びリンを含む触媒の製造方法であって、
含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む触媒の製造方法。
A method for producing a catalyst containing at least molybdenum and phosphorus, which is used for producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen,
A method for producing a catalyst, comprising a step of exposing a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining it.
プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及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及びビスマスを含む触媒の製造方法であって、
含窒素成分を含む触媒前駆体を、大気圧を超える圧力に曝して焼成する工程を含む触媒の製造方法。
At least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol, and methyl tertiary butyl ether is subjected to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen to form a corresponding unsaturated aldehyde. And a method for producing a catalyst containing at least molybdenum and bismuth, which is used when producing an unsaturated carboxylic acid,
A method for producing a catalyst, comprising a step of exposing a catalyst precursor containing a nitrogen-containing component to a pressure exceeding atmospheric pressure and calcining the catalyst precursor.
前記不飽和アルデヒドがアクロレイン又はメタクロレインである請求項1または2に記載の触媒の製造方法。   3. The method according to claim 1, wherein the unsaturated aldehyde is acrolein or methacrolein. 前記触媒前駆体を焼成する際に、酸素含有ガス及び不活性ガスから選択される少なくとも1種のガス流通下で焼成する請求項1から3のいずれか1項に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein when the catalyst precursor is fired, the catalyst precursor is fired under at least one kind of gas flow selected from an oxygen-containing gas and an inert gas. 前記圧力が10kPa(G)以上、100kPa(G)以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the pressure is 10 kPa (G) or more and 100 kPa (G) or less. 前記圧力が20kPa(G)以上、80kPa(G)以下である請求項5に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to claim 5, wherein the pressure is 20 kPa (G) or more and 80 kPa (G) or less. 前記焼成における温度の最高値が300℃以上、700℃以下である請求項1から6のいずれか1項に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein a maximum value of the temperature in the calcination is 300 ° C or more and 700 ° C or less. 前記焼成における温度の最高値が350℃以上、400℃以下である請求項7に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to claim 7, wherein the maximum value of the temperature in the calcination is 350 ° C or more and 400 ° C or less. 前記含窒素成分が、アンモニウム根及び硝酸根からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1から8のいずれか1項に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to any one of claims 1 to 8, wherein the nitrogen-containing component is at least one selected from the group consisting of ammonium radicals and nitrate radicals. 前記触媒前駆体がヘテロポリ酸構造を含む請求項1に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to claim 1, wherein the catalyst precursor has a heteropolyacid structure. 前記ヘテロポリ酸構造がケギン型ヘテロポリ酸構造である請求項10に記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to claim 10, wherein the heteropolyacid structure is a Keggin-type heteropolyacid structure. 請求項1に記載の方法により製造された触媒の存在下、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を製造する、不飽和カルボン酸の製造方法。   A method for producing an unsaturated carboxylic acid, comprising producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of the catalyst produced by the method according to claim 1. 請求項1に記載の方法により触媒を製造し、該触媒の存在下、不飽和アルデヒドを分子状酸素により気相接触酸化して不飽和カルボン酸を製造する、不飽和カルボン酸の製造方法。   A method for producing an unsaturated carboxylic acid, comprising producing a catalyst by the method according to claim 1, and producing an unsaturated carboxylic acid by subjecting an unsaturated aldehyde to gas-phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of the catalyst. 請求項2に記載の方法により製造された触媒の存在下、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造する、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法。   At least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether in the presence of a catalyst produced by the method of claim 2 A method for producing an unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid, wherein a gas-phase catalytic oxidation with oxygen is performed to produce a corresponding unsaturated aldehyde and an unsaturated carboxylic acid. 請求項2に記載の方法により触媒を製造し、該触媒の存在下、プロピレン、イソブチレン、第一級ブチルアルコール、第三級ブチルアルコール及びメチル第三級ブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種を分子状酸素により気相接触酸化して、それぞれに対応する不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を製造する、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の製造方法。   A catalyst is produced by the method according to claim 2, and at least one selected from the group consisting of propylene, isobutylene, primary butyl alcohol, tertiary butyl alcohol and methyl tertiary butyl ether in the presence of the catalyst. Is produced by gas phase catalytic oxidation with molecular oxygen to produce corresponding unsaturated aldehydes and unsaturated carboxylic acids, respectively. 請求項12から15のいずれか1項に記載の方法により製造された不飽和カルボン酸をエステル化する不飽和カルボン酸エステルの製造方法。   A method for producing an unsaturated carboxylic acid ester by esterifying the unsaturated carboxylic acid produced by the method according to any one of claims 12 to 15.
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