WO2018124035A1 - 共役ジオレフィン製造用触媒及びその製造方法 - Google Patents

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WO2018124035A1
WO2018124035A1 PCT/JP2017/046567 JP2017046567W WO2018124035A1 WO 2018124035 A1 WO2018124035 A1 WO 2018124035A1 JP 2017046567 W JP2017046567 W JP 2017046567W WO 2018124035 A1 WO2018124035 A1 WO 2018124035A1
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PCT/JP2017/046567
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成喜 奥村
友洋 小畑
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日本化薬株式会社
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/88Molybdenum
    • B01J23/887Molybdenum containing in addition other metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
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    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment

Definitions

  • the present invention relates to a novel catalyst having high activity and high yield, and a method for producing the same.
  • the present invention provides a conjugated diolefin having a high activity and a high yield, when a conjugated diolefin is produced from a monoolefin raw material having 4 or more carbon atoms by an oxidative dehydrogenation reaction, and particularly butadiene is produced from an n-butene raw material by an oxidative dehydrogenation reaction.
  • the present invention relates to a diolefin production catalyst and a production method thereof.
  • butadiene which is a raw material for synthetic rubber and the like, has been industrially manufactured by thermal decomposition and extraction of naphtha fractions. There is a need for a method for producing butadiene. Therefore, a method of oxidative dehydrogenation of n-butene from a mixed gas containing n-butene and molecular oxygen in the presence of a catalyst has attracted attention.
  • Patent Document 1 relates to a bismuth molybdate mixed metal oxide catalyst in a specific element ratio.
  • Patent Document 2 relates to a composite metal oxide catalyst that defines the contents of rubidium and silicon.
  • Patent Document 3 relates to a bismuth molybdate composite metal oxide catalyst having a zeolite coating layer formed on the surface thereof.
  • Patent Document 4 relates to a bismuth molybdate complex metal oxide catalyst in which the blending order, the pH of the blended liquid, and the like are defined.
  • Patent Document 5 a bismuth molybdate composite that exhibits industrially superior activity and selectivity by quantifying and defining the color of the catalyst in terms of brightness and saturation using the L * a * b * color system.
  • the use of a metal oxide catalyst is known in the process of producing acrolein by partially oxidizing propylene.
  • Patent Document 6 relates to a bismuth molybdate composite metal oxide catalyst obtained by adjusting the pH of a preparation liquid and hydrothermal synthesis in order to form a specific crystal phase.
  • Patent Document 7 relates to a bismuth molybdate composite metal oxide fluidized bed catalyst obtained by adjusting and concentrating the pH of a preparation solution.
  • Patent Document 8 relates to a bismuth molybdate complex metal oxide catalyst obtained by adjusting the pH of a preparation liquid to perform coprecipitation, drying, impregnation, and firing.
  • Patent Document 9 relates to a bismuth molybdate metal oxide catalyst obtained by adjusting the pH of a preparation solution and evaporating to dryness.
  • Patent Document 10 relates to a bismuth molybdate mixed metal oxide catalyst obtained by regulating the dropping method of the preparation liquid and further adjusting the pH.
  • Patent Document 11 relates to a bismuth molybdate complex metal oxide catalyst defined by a specific metal composition ratio obtained by adjusting the pH of a preparation liquid, hydrothermal synthesis, and drying.
  • the present invention is used for the production of a conjugated diolefin having a high activity and a high yield, which is used in a process for producing a conjugated diolefin by a catalytic oxidative dehydrogenation reaction from a mixed gas containing a monoolefin having 4 or more carbon atoms and molecular oxygen.
  • An object is to provide a catalyst and a method for producing the same.
  • a conjugated diolefin is produced by catalytic oxidative dehydrogenation of a catalyst having a degree parameter E of 16.1 ⁇ E ⁇ 32.0 from a mixed gas containing a monoolefin having 4 or more carbon atoms and molecular oxygen.
  • E ⁇ (a * ) 2 + (b * ) 2 ⁇ 0.5
  • the present invention has the following features (1) to (21) alone or in combination. That is, the present invention (1) A catalyst for producing a conjugated diolefin from a mixed gas containing a monoolefin having 4 or more carbon atoms and molecular oxygen by catalytic oxidative dehydrogenation, wherein L * a * b of the catalytically active component thereof * A catalyst in which the value of the saturation parameter E represented by the following formula is 16.1 ⁇ E ⁇ 32.0 in the a * value and b * value shown in the color system.
  • the catalyst according to (1) or (2) which is in the range of 3.6 ⁇ a * ⁇ 31.8, 3.6 ⁇ b * ⁇ 31.8, (4)
  • the L * value, a * value, and b * value are 52.5 ⁇ L * ⁇ 80.0
  • the catalyst according to any one of (1) to (3) which is in the range of 3.6 ⁇ a * ⁇ 22.0, 3.6 ⁇ b * ⁇ 25.0
  • the fluidized bed catalyst according to (5) which is any one of 7 values, (7)
  • the L * value, a * value, and b * value are 40.0 ⁇ L * ⁇ 100.0, respectively.
  • Z represents an element, and Z represents at least one element selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, antimony, tungsten, lead, zinc, thallium, vanadium, gold, silver, copper, platinum, a, b, c, d, e, f and g each represent an atomic ratio of each component to molybdenum 12, and 0.3 ⁇ a ⁇ 3.5, 0.6 ⁇ b ⁇ 3.4, 5 ⁇ c ⁇ 8, 0 ⁇ d ⁇ 3, 0 ⁇ e ⁇ 0.5, 0 ⁇ f ⁇ 4.0, and 0 ⁇ g ⁇ 2.0, and h is a numerical value that satisfies the oxidation state of other elements.
  • Step (10) The method for producing a conjugated diolefin production catalyst according to any one of (1) to (4) and (9), comprising the following steps: Step (A1): A mixed solution or slurry containing a compound containing each metal of the catalytically active component is prepared under the conditions of 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, and the pH of the mixed solution or slurry is 0.3 or higher and 8.0.
  • Step (A2) a step of pre-baking the dry powder obtained in step (A1) to obtain a pre-baked powder
  • Step (A3) forming the pre-fired powder obtained in step (A2) to obtain a molded product
  • Step (A4) a step of subjecting the molded product obtained in the step (A3) to main firing
  • (11) The production method according to (10), wherein the pre-baking temperature is 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and the main baking temperature is 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
  • the step (A3) is a molding step in which the pre-fired powder is coated on the carrier together with the binder, and the pre-fired powder is supported in an amount of 20% by mass to 80% by mass, and the average particle diameter of the catalyst
  • Pre-calcined powder in which the value of the saturation parameter E represented by the following formula according to the a * value and b * value is in the range of 1.5 ⁇ E ⁇ 12.8, E ⁇ (a * ) 2 + (b * ) 2 ⁇ 0.5 (17)
  • the present invention can be used in a reaction for producing a conjugated diolefin by a catalytic oxidative dehydrogenation reaction from a mixed gas containing a monoolefin having 4 or more carbon atoms and molecular oxygen, preferably a mixture containing n-butene and molecular oxygen. Details of the catalyst that can be used in the reaction for producing butadiene from a gas by catalytic oxidative dehydrogenation and the production method thereof will be described below.
  • n-butene means a single component gas of 1-butene, trans-2-butene, cis-2-butene, or isobutylene, or a mixed gas containing at least two components
  • Butadiene shall mean 1,3-butadiene in a narrower sense.
  • high activity means that the n-butene conversion rate described later exhibits a certain value or higher at a reaction bath temperature lower than usual.
  • the conversion rate refers to the n-butene conversion rate described later.
  • the yield is synonymous with the butadiene yield described later, and the selectivity is synonymous with the butadiene selectivity described later.
  • the value of the saturation parameter E represented by the following formula at the L * value a * value b * value indicated by the L * a * b * color system of the catalytic active component is 16.1.
  • the type of reactor is not particularly limited, regardless of whether it is a fixed bed catalyst or a fluidized bed catalyst, but preferably a fixed bed catalyst.
  • E ⁇ (a * ) 2 + (b * ) 2 ⁇ 0.5
  • a preferred catalyst of the present invention has an a * value and a b * value of 3.6 ⁇ a * ⁇ 31.8 and 3.6 ⁇ b * , respectively, indicated in the L * a * b * color system of the catalyst active component .
  • the L * value is 52.5 ⁇ L * ⁇ 100.0, preferably 53.5 ⁇ L * ⁇ 80.0, more preferably 54.0 ⁇ L * ⁇ 70.0, most preferably The value satisfies 56.0 ⁇ L * ⁇ 62.4.
  • the fluidized bed catalyst is a saturation parameter E represented by the following formula based on the a * value and b * value shown in the L * a * b * color system. Is usually 1.5 ⁇ E ⁇ 12.8, preferably 3.0 ⁇ E ⁇ 12.8, more preferably 5.0 ⁇ E ⁇ 12.8, and even more preferably 7.0 ⁇ E. ⁇ 12.8, more preferably 9.0 ⁇ E ⁇ 12.8, and most preferably 10.0 ⁇ E ⁇ 12.5.
  • the L * value indicated by the L * a * b * color system is usually 40.0 ⁇ L * ⁇ 100.0, preferably 42.0 ⁇ L * ⁇ 90. 0, more preferably 44.0 ⁇ L * ⁇ 80.0, still more preferably 46.0 ⁇ L * ⁇ 70.0, still more preferably 48.0 ⁇ L * ⁇ 60.0, most preferably 49 0.0 ⁇ L * ⁇ 56.0 and the a * value and b * value within the range of the L value are 0.0 ⁇ a * ⁇ 12.7 and 0.0 ⁇ b * ⁇ 12, respectively.
  • the catalyst obtained by the preferred method for producing a catalyst of the present invention is such that the L * value indicated in the L * a * b * color system in the dry powder obtained in the step (A1) is 0.0 ⁇ L * ⁇ 60.0, preferably 20.0 ⁇ L * ⁇ 60.0, more preferably 40.0 ⁇ L * ⁇ 59.0, even more preferably 49.0 ⁇ L * ⁇ 58.0, most preferably 53 0.0 ⁇ L * ⁇ 57.3, and the a * value and b * value within the range of the L * value are 0.0 ⁇ a * ⁇ 17.4 and 0.0 ⁇ b * ⁇ 17.4, preferably 3.0 ⁇ a * ⁇ 15.0, 2.5 ⁇ b * ⁇ 16.0, more preferably 6.5 ⁇ a * ⁇ 13.0, 5.0 ⁇ b * ⁇ 15 .5, and even more preferably, 9.0 ⁇ a * ⁇ 12.0, 10.0 ⁇ b * ⁇ 15.5, most preferably, 9.4 ⁇ a
  • the catalyst obtained by the preferred method for producing a catalyst of the present invention is such that the L * value indicated in the L * a * b * color system is usually 40.0 ⁇ in the pre-calcined powder obtained in the step (A2).
  • the L * a * b * color system is color coordinates a * , b * and lightness L * in a three-dimensional approximate uniform color space defined by JISZ8729.
  • a * indicates that the greater the value on the plus side, the stronger the redness, and the greater the value on the minus side, the stronger the greenness.
  • b * the greater the value on the plus side, the stronger the yellowness and the greater the value on the minus side. It shows that the bluish color is stronger.
  • the lightness L * indicates that the blackness is stronger as the value approaches 0, and the whiteness is stronger as the value approaches 100, and the saturation E indicates that the larger the value is, the brighter the color is.
  • the cause is unknown, color unevenness may occur on some catalyst surfaces after calcination. Even in such a case, the L * value of a powder obtained by shaving the surface of the catalyst with uneven color, homogenized with a mortar, and the homogenized powder is solidified, a * If the value, b * value is within the above range, it is included in the present invention. Furthermore, although the present invention defines the color of the catalyst by the L * a * b * color system, L * a * b * even numerical range defined by the color system other than the color system, Naturally, any catalyst that falls within the color range defined in the present invention shall be included in this patent.
  • the color system other than the L * a * b * color system is not limited to the color mixture system or the color system, and examples thereof include the X * Y * Z color system, the Munsell color system, and the NCS color system. It is done.
  • the catalyst of the present invention is not particularly limited, but preferably contains a catalytically active component having a composition represented by the formula (A). Mo 12 Bi a Fe b Co c Ni d X e Y f Z g O h ⁇ (A) (In the formula, X represents at least one element of an alkali metal selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium, and Y represents at least one element of an alkaline earth metal selected from magnesium, calcium, strontium, and barium.
  • Z represents an element, and Z represents at least one element selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, antimony, tungsten, lead, zinc, thallium, vanadium, gold, silver, copper, platinum, a, b, c, d, e, f and g each represent an atomic ratio of each component to molybdenum 12, and 0.3 ⁇ a ⁇ 3.5, 0.6 ⁇ b ⁇ 3.4, 5 ⁇ c ⁇ 8, 0 ⁇ d ⁇ 3, 0 ⁇ e ⁇ 0.5, 0 ⁇ f ⁇ 4.0, and 0 ⁇ g ⁇ 2.0, and h is a numerical value that satisfies the oxidation state of other elements. .
  • the catalyst of the present invention more preferably contains a catalytically active component having a composition represented by (B). Mo 12 Bi a Fe b Co c Ni d X e Y f Z g O h ⁇ (B) (In the formula, X represents at least one element of an alkali metal selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, and Y represents at least one element of an alkaline earth metal selected from magnesium, calcium, strontium and barium.
  • Z represents an element of at least one selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, antimony, tungsten, lead, zinc, thallium, vanadium, gold, silver, copper, platinum, a, b, c, d, e, f, and g each indicate an atomic ratio of each component to molybdenum 12, and 0.3 ⁇ a ⁇ 2.0, 0.6 ⁇ b ⁇ 2.6, 5 ⁇ c ⁇ .
  • the catalyst of the present invention most preferably contains a catalytically active component having a composition represented by the formula (C). Mo 12 Bi a Fe b Co c Ni d X e Y f Z g O h ⁇ (C) (In the formula, X represents at least one element of an alkali metal selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium, and Y represents at least one element of an alkaline earth metal selected from magnesium, calcium, strontium, and barium.
  • Z represents an element, and Z represents at least one element selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, antimony, tungsten, lead, zinc, thallium, vanadium, gold, silver, copper, platinum, a, b, c, d, e, f, and g each represent an atomic ratio of each component to molybdenum 12, and 0.3 ⁇ a ⁇ 1.5, 0.6 ⁇ b ⁇ 2.6, 5 ⁇ c ⁇ 7, 0 ⁇ d ⁇ 2.2, 0 ⁇ e ⁇ 0.1, 0 ⁇ f ⁇ 4.0, 0 ⁇ g ⁇ 2.0, and h is a numerical value that satisfies the oxidation state of other elements. .).
  • the raw material of each metal element for obtaining the catalyst of the present invention is not particularly limited, but nitrates, nitrites, sulfates, ammonium salts, organic acid salts, acetates, carbonates containing at least one of each metal element, Carbonates, chlorides, inorganic acids, inorganic acid salts, heteropolyacids, heteropolyacid salts, hydroxides, oxides, metals, alloys, etc., or mixtures thereof can be used. Of these, nitrate raw materials are preferred.
  • the preparation liquid does not cause coprecipitation or precipitation, and becomes a slurry having an appropriate viscosity, and can be dried by spray drying, which is high.
  • the catalyst can be manufactured with productivity, and the manufacturing cost can be kept low. That is, in the present invention, the production cost can be kept low as described above by using a nitrate raw material or a raw material appropriately containing an acid component equivalent thereto as a raw material.
  • the content of the acid component of each metal element can be defined by the pH of the saturated aqueous solution of the raw material of each metal element alone, preferably ⁇ 5.0 or more and 10.0 or less, and ⁇ 3.0 or more and 7.0 or less. More preferred is ⁇ 1.0 or more and 5.0 or less.
  • the method for measuring pH is not limited as long as a known method is applied. For example, the following method may be mentioned.
  • Two points of pHep5 manufactured by HANNA are calibrated with pH standard solutions of pH 4.01 and 7.01, and immersed in the measurement object for 10 seconds or more, and the pH is confirmed during the immersion. This operation is set as one set, and the measured pH is changed to average two or more sets of pH, and set to the pH of the catalyst preparation solution.
  • the calibration is carried out by adding a pH standard solution of pH 10.1 as necessary to make a three-point calibration, and when the time interval from the calibration to the measurement work has passed 3 hours or more, the calibration is recalibrated.
  • the preferred range of the mass content as the nitrate ion content in the raw material for each metal element is as follows. That is, in bismuth, iron, cobalt, and nickel raw materials, all are 1 mass% or more and 90 mass% or less, Preferably they are 15 mass% or more and 70 mass% or less, More preferably, they are 30 mass% or more and 50 mass% or less. In the raw material of the element represented by X in the formula (A), it is 1 to 95% by mass, preferably 20 to 90% by mass, more preferably 30 to 90% by mass.
  • the nitrate ion concentration in the preparation immediately before the final drying is 8.0% by mass to 50% by mass, preferably 9.0% by mass to 45% by mass, and more preferably 10.0% by mass. 40 mass% or less, most preferably 11.0 mass% or more and 30 mass% or less.
  • the ammonium ion concentration in the preparation immediately before drying is 1.0 mass% or more and 10 mass% or less, preferably 1 From 2% by mass to 8% by mass, more preferably from 1.5% by mass to 6% by mass, and most preferably from 1.7% by mass to 4% by mass.
  • the method for preparing the catalyst of the present invention is not particularly limited, but preferred is a method in which the active component of the catalyst is obtained as a powder and then molded without adding or using an organic auxiliary agent. Details are described below. To do. In addition, although the order of each process is described as a preferable example below, the order of each process, the number of processes, and the combination of each process for obtaining the final catalyst product are not limited.
  • the preparation liquid used in the production method of the present invention is a mixture containing at least one component among the raw materials of the composite metal oxide, which is a catalytically active component, prepared in the catalyst production step (A1) or (B1) described later. It shall mean solution or slurry.
  • Step (A1) A mixed solution or slurry containing a compound containing each metal of the catalytically active component is prepared under the conditions of 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, and the pH of the mixed solution or slurry is 0.3 or higher and 8.0.
  • step (A1) if the pH of the preparation liquid is too high, in the dry spraying (spray drying) method, which will be described later, the catalytically active component raw material coprecipitates or partially precipitates, resulting in clogging in the flow path. As a problem, uniform dry powder cannot be obtained, or spray drying equipment (spray dryer) cannot be stably implemented.
  • a method of adding a necessary amount of a known dispersant as needed is also encompassed in the present invention.
  • Step (A2) a step of pre-baking the dry powder obtained in step (A1) to obtain a pre-baked powder
  • Step (A3) forming the pre-fired powder obtained in step (A2) to obtain a molded product
  • Step (A4) A step of subjecting the molded product obtained in Step (A3) to main firing.
  • Step (A1) Preparation and drying Prepare a mixed solution or slurry of the raw materials of the catalytically active component, and after undergoing steps such as precipitation, gelation, coprecipitation, hydrothermal synthesis, etc., then dry spray (spray drying, spraying)
  • the dry powder of the present invention is obtained using a known drying method such as (dry) method, evaporation to dryness method, drum drying method, freeze drying method or the like.
  • This mixed solution or slurry may be water, an organic solvent, or a mixed solution thereof as a solvent, and an alkali solution can be added to the mixed solution or slurry appropriately for the purpose of pH adjustment.
  • the raw material concentration of the active ingredient is not limited, and there is no particular limitation on the mixing temperature or atmosphere of the mixed solution or slurry, and there are no particular restrictions on the drying conditions, but the final catalyst performance, mechanical strength, moldability, An appropriate range should be selected in consideration of production efficiency.
  • the most preferable in the present invention is to form a mixed solution or slurry of the raw material of the active component of the catalyst under the condition of 20 ° C. to 90 ° C., adjust the pH appropriately with an alkaline solution, and introduce this into the spray dryer The temperature of the hot air inlet, the pressure inside the spray dryer, and the flow rate of the slurry are adjusted so that the dryer outlet temperature is 70 ° C. to 150 ° C.
  • the average particle size of the resulting dry powder is 10 ⁇ m to 700 ⁇ m.
  • addition of an inorganic auxiliary and / or organic auxiliary described later in an arbitrary amount also belongs to the catalyst production method of the present invention.
  • the kind of the alkaline solution there is no limitation on the concentration, components and solvent as long as it is a known alkaline solution, but ammonia water or ammonium carbonate aqueous solution is preferable.
  • Step (A2) Pre-baking
  • the dried powder obtained in this manner is pre-baked at 200 ° C. or more and 600 ° C. or less to obtain a pre-baked powder having an average particle size of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the firing time and atmosphere during firing there are no particular restrictions on the firing time and atmosphere during firing, and there are no particular restrictions on the firing method such as a fluidized bed, rotary kiln, muffle furnace, tunnel firing furnace, and the final catalyst performance and machine. Appropriate ranges should be selected in consideration of mechanical strength, formability and production efficiency.
  • the most preferable method in the present invention is a method in an air atmosphere in a tunnel firing furnace in the range of 300 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 12 hours.
  • an inorganic auxiliary agent and / or an organic auxiliary agent to be described later are added in an arbitrary amount before or after preliminary baking in this step.
  • Step (A3) Molding The pre-fired powder obtained in this manner can be used as a catalyst as it is, but can also be used after molding.
  • the shape of the molded product is not particularly limited, such as a spherical shape, a cylindrical shape, or a ring shape, but it should be selected in consideration of the mechanical strength, the reactor, the production efficiency of the preparation, etc. in the catalyst finally obtained by a series of preparations. .
  • There is no particular limitation on the molding method but when adding the following carrier, organic auxiliary, inorganic auxiliary, binder, etc. to the pre-fired powder to form a cylinder or ring, a tableting molding machine or When forming into a spherical shape using an extruder or the like, a molded product is obtained using a granulator or the like.
  • the mixing ratio of the carrier and the pre-fired powder is calculated as a loading rate from the following formula based on the charged mass of each raw material.
  • Loading ratio (mass%) (mass of pre-baked powder used for molding) / ⁇ (mass of pre-baked powder used for molding) + (mass of carrier used for molding) ⁇ ⁇ 100
  • the amount of the inorganic auxiliary added is preferably 0.1% by mass to 25% by mass, more preferably 0.3% by mass to 10% by mass, and 0.5% by mass with respect to the mass of the pre-fired powder. To 5% by mass is most preferred.
  • alkali-free glass such as E glass, or glass that has been subjected to various chemical deactivation treatments such as silane treatment, is a byproduct of catalytic reactions. It is more preferable in that it does not adversely affect production.
  • the inorganic auxiliary agent may be subjected to a pulverization step before molding, and the pulverization method is not particularly limited.
  • a ball mill, rod mill, SAG mill, jet mill, self-pulverizing mill, hammer mill, pellet mill , Disk mill, roller mill, high-pressure pulverizing roll, VSI mill, etc. are used alone or in combination.
  • the target of pulverization may be an inorganic auxiliary agent alone, but pre-fired powder and other catalyst raw materials added to the molding process are mixed. You may have done.
  • the inorganic auxiliary used in the catalyst of the present invention is an auxiliary of an arbitrary shape made of an arbitrary inorganic substance that is not burned out mainly even at a heat treatment at 600 ° C., and all of the auxiliary is not burned out by the main baking process described later. . Since the inorganic auxiliary agent remains also in the main calcination step described later, it has a role of connecting the pre-fired powders, and an effect of suppressing the breakage is produced even when a load related to the breakage occurs in the catalyst.
  • the Mohs hardness is not particularly limited as the material of the inorganic auxiliary, but for example, any sulfide mineral, oxide mineral, halogenated mineral, inorganic acid salt mineral, organic mineral, etc., alone or in combination with a glass transition temperature or higher.
  • those heat-treated those having a Mohs hardness of 2 or more (glass of the present invention) are preferred, and inorganic acid minerals are more preferred as raw materials for these materials.
  • the organic auxiliary used in the catalyst of the present invention is an arbitrary powdery, granular, fibrous, or scale-like auxiliary composed of an organic substance that is mainly burned down by heat treatment at 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. Part or all of it is burnt down by the baking process, for example, polymers or polymer beads such as polyethylene glycol and various esters, dried products of highly water-absorbent resins or water-absorbing materials with any water absorption rate, various surfactants, flour Or various starches, such as refined starch, and crystalline or amorphous cellulose and its derivative (s) are mentioned.
  • the binder used in the catalyst of the present invention is a liquid composed of a single compound or a combination of compounds each having a molecular diameter in the range of 0.001 or less with respect to the average particle diameter of the pre-calcined powder.
  • the following may be mentioned. That is, it is a liquid organic solvent, an organic dispersion, a water-soluble organic solvent, and a mixture of these with water in any proportion, and although there is no particular limitation, an aqueous solution of polyhydric alcohol such as glycerin or ion-exchanged water Further, ion-exchanged water is more preferable from the viewpoint of moldability.
  • the binder contains water or organic matter, a part or all of it is burnt down in the main firing step described later.
  • the molecular diameter of the organic matter used for the binder is sufficient compared to the average particle size of the pre-fired powder. small.
  • the catalyst raw material solution for the binder it is possible to introduce the element into the outermost surface of the catalyst in a mode different from the step (A1).
  • the amount of binder used is 2 to 60 parts by mass, and more preferably 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the pre-fired powder. Since the reaction of the present invention is an oxidative dehydrogenation and an exothermic reaction, the generation of coke-like substances and / or the suppression of the residence is suppressed by the heat dissipation inside the catalyst and further by the efficient diffusion of the produced conjugated diolefin. Therefore, support molding is the most preferable molding method.
  • Step (A4) Main Firing
  • the pre-fired powder or molded product thus obtained is preferably fired again (main firing) at 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower before being used for the reaction.
  • main firing there is no particular limitation on the firing time and atmosphere at the time of firing, and the firing method is not particularly limited, such as a fluidized bed, rotary kiln, muffle furnace, tunnel firing furnace, and the final catalyst performance, mechanical strength, An appropriate range should be selected in consideration of production efficiency.
  • the method most preferred in the present invention is a method in an air atmosphere at a temperature range of 300 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 12 hours in a tunnel firing furnace.
  • Step (B1) Impregnation A solution or slurry into which the active component of the catalyst is introduced is prepared, and the molded carrier or the catalyst obtained by the method (A) is impregnated therein to obtain a molded product.
  • the loading method of the active component of the catalyst by impregnation is not particularly limited, such as a dip method, an incipient wetness method, an ion exchange method, and a PH swing method, and water, an organic solvent, or a solvent for the solution or the slurry, Any of these mixed solutions may be used, and the raw material concentration of the active component of the catalyst is not limited.
  • the liquid temperature of the mixed solution or the slurry, the pressure applied to the liquid, and the atmosphere around the liquid are not particularly limited.
  • the shape of the molded carrier and the catalyst obtained by the method (A) is not particularly limited, such as a spherical shape, a cylindrical shape, a ring shape, and a powder shape, and the material, particle size, water absorption rate, and mechanical strength are particularly high. There is no limit.
  • Step (B2) Drying
  • the molded product thus obtained is heat-treated at a temperature in the range of 20 to 200 ° C. using a known drying method such as evaporation to dryness, drum drying, freeze drying, etc.
  • a molded dry body is obtained.
  • the firing time and atmosphere during firing and there are no particular restrictions on the firing method such as fluidized bed, rotary kiln, muffle furnace, tunnel firing furnace, etc.
  • Final catalyst performance, mechanical strength, moldability and production efficiency An appropriate range should be selected in consideration of the above.
  • Step (B3) Main calcination
  • the catalyst molded dry body thus obtained is heat-treated at a temperature in the range of 200 to 600 ° C. using a known drying method such as evaporation to dryness, drum drying, freeze drying, etc.
  • the inventive catalyst is obtained.
  • the firing method is not particularly limited, such as fluidized bed, rotary kiln, muffle furnace, tunnel firing furnace, and the final catalyst performance, mechanical strength, moldability
  • An appropriate range should be selected considering production efficiency.
  • the method most preferred in the present invention is a method in an air atmosphere in a tunnel firing furnace at a temperature range of 300 to 600 ° C. for 1 to 12 hours.
  • the entire production process is defined as all processes including steps (A1) to (A4) and steps (B1) to (B3) alone or in combination until the catalyst of the present invention is obtained from a catalyst raw material. is there.
  • the forming step is a part or all of the step (A3).
  • the shape and size of the catalyst obtained by the above preparation are not particularly limited, but considering the workability of filling the reaction tube and the pressure loss in the reaction tube after filling, the shape is spherical and the average particle size is The diameter is 2.0 mm to 10.0 mm, preferably 3.0 mm to 8.0 mm, more preferably 3.5 mm to 6.5 mm, and the loading ratio of the catalytically active component is 20 mass% to 90 mass%, more Preferably it is 25 to 80% by mass, more preferably 30 to 75% by mass.
  • P which is a parameter related to the composition of the catalytically active component represented by the following formula (S) and the pH of the preparation in step (A1), is 0.013 ⁇ P ⁇ 1.98, preferably Preferably satisfies 0.014 ⁇ P ⁇ 1.55, more preferably 0.015 ⁇ P ⁇ 1.03, and most preferably 0.016 ⁇ P ⁇ 0.50.
  • the reaction conditions for producing a conjugated diolefin from a monoolefin having 4 or more carbon atoms using the catalyst of the present invention are as follows: 1 vol% to 20 vol% monoolefin, 5 vol% to 20 vol% Using a mixed gas containing molecular oxygen of 0% to 60% by volume of water vapor and 0% to 94% by volume of an inert gas such as nitrogen and carbon dioxide, and the reaction bath temperature is 200 ° C. to 500 ° C.
  • space velocity of the raw material gas to catalyst bodies of the present invention in the range of 7000Hr -1 from 350Hr -1, more preferably from 500 hr -1
  • the range is 4000 hr ⁇ 1 .
  • the molar composition ratio of 1-butene contained in n-butene is 0 or more and less than 90, preferably 0 or more and less than 30, more preferably 0 or more and less than 10, and the molar composition ratio of cis-2-butene is 0 or more and 90 or less. Less, preferably 1 or more and less than 60, more preferably 1 or more and less than 40, and the molar composition ratio of trans-2-butene is 0 or more and less than 90, preferably 1 or more and less than 80, more preferably 1 or more and less than 70. .
  • the butene raw material may contain normal butane (n-butane) depending on the procurement source, and n-butane is a bismuth molybdate composite metal such as the catalyst of the present invention in the reaction bath temperature range.
  • the oxide catalyst has no reactivity and is treated in the same manner as the inert gas, and the molar composition ratio in the monoolefin is 0 or more and less than 90, preferably 0 or more and less than 50, and more preferably 0 or more and less than 10. .
  • % means “mol%” unless otherwise specified.
  • the definitions of n-butene conversion, butadiene yield, and TOS are as follows.
  • the measured values of L * value, a * value, b * value, and E value are rounded off to the second decimal place.
  • Example 1 (Preparation of catalyst 1) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 4.4 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 50 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. 419 parts by mass were added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 2.4.
  • This mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 56.2, 9.5, 14.3, 17.1 respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, and E are 53.6%, 4.2, 9.9, and 10.8), respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed thoroughly.
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this manner was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 58.5, 5.0, and 16 respectively. 2 and 16.9, and P of the present invention 1 having 0.013 was obtained.
  • Example 2 (Preparation of catalyst 2) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • L * value, a * value, b * value, E is 54.5%, 4.8, 10.4, and 11.5), respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed thoroughly.
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle size of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 60.5, 4.9, and 16 respectively. 5 and 17.2, and the catalyst 2 of the present invention having P of 0.016 was obtained.
  • Example 3 (Preparation of catalyst 3) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. 464 parts by mass were added to the mother liquor 1, and the obtained mother liquor 1 having a pH of 2.3 was aged for 3 hours.
  • the mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 51.8, 9.9, 11.5, 15.2 respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, E is 53.2%, 5.2%, 10.8, 12.0) respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed well
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 60.7, 4.8, 16 respectively. .6, 17.2 and P of 0.018 was obtained.
  • Example 4 (Preparation of catalyst 4) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. 360 parts by mass was added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 1.7.
  • the mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 51.7, 9.8, 11.8, and 15.3, respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, and E are 53.4%, 4.6, 10.3, and 11.3), respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed thoroughly.
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this manner was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 62.3, 5.0, and 18 respectively. 1 and 18.8, and P of the present invention was 0.063.
  • Example 5 (Preparation of catalyst 5) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1.
  • the mother liquor 1 was dried by the following method by spray drying. Before the spray dryer, at the stage before the spray dryer, 440 parts by mass of a 16% by mass ammonium carbonate aqueous solution was adjusted so that the pH immediately before the spray dryer was 2.1, and the mother liquor 1 and the ammonium carbonate aqueous solution were each pumped at a constant flow ratio.
  • the mother liquor 1 and the aqueous ammonium carbonate solution were mixed in the pipe under control, and the residence time from mixing to spray dryer feeding was 10 seconds.
  • the dried powders thus obtained (L * value, a * value, b * value, E are 58.2, 9.5, 15.0, and 17.7, respectively) are pre-fired at 440 ° C. for 5 hours. did.
  • L * value, a * value, b * value, E is 55.6%, 4.2, 11.1, 11.9) respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed well
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded product having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 60.7, 5.3, and 17 respectively. 7 and 18.5, and the catalyst 5 of the present invention having P of 0.023 was obtained.
  • Example 6 (Preparation of catalyst 6) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 1.5 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 17 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. 431 parts by mass were added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 2.1.
  • This mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 55.9, 9.5, 14.4, 17.3, respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • Example 7 (Preparation of catalyst 7) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. 400 parts by mass was added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 1.9.
  • This mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 50.9, 10.3, 11.7, 15.5, respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, E is 52.5%, 4.6, 10.0, and 11.0) respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed well
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 61.2, 5.4, and 17 respectively.
  • the catalyst 7 according to the present invention was obtained.
  • Example 8 (Preparation of catalyst 13) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 1.5 parts by mass of cesium nitrate and 1.5 parts by mass of potassium nitrate were dissolved in 66 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. A part by mass was added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 2.0.
  • This mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 55.0, 10.1, 15.2, 18.2 respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • the support was molded in a spherical shape.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 60.9, 3.6, 17 8 and 18.1, and the catalyst 13 of the present invention having P of 0.032 was obtained.
  • Example 9 (Preparation of catalyst 14) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 3.7 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 42 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 427 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 746 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. A part by mass was added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 2.0.
  • This mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 56.3, 10.3, 15.8, 18.8, respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution is used as a binder in the tumbling granulation method with respect to the pre-fired powder, and the supporting rate is 50% by mass on an inert carrier.
  • the support was molded in a spherical shape.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 56.2, 8.3, and 18 respectively. 8 and 20.5, and the catalyst 14 of the present invention having P of 0.033 was obtained.
  • Comparative Example 1 (Preparation of catalyst 8) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 297 parts by mass of ferric nitrate, 718 parts by mass of cobalt nitrate and 264 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 678 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. .
  • the mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 57.5, 9.9, 14.6, 17.6, respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, E is 56.6%, 5.7, 12.8, 14.0) respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed well
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under the conditions of 520 ° C. for 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 57.7, 3.5, and 15 respectively. 1 and 15.5, and catalyst 8 having P of 1.999 was obtained.
  • Comparative Example 2 (Preparation of catalyst 9) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 6.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 78 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 316 parts by mass of ferric nitrate, 764 parts by mass of cobalt nitrate, and 294 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 728 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 186 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 47 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 197 ml of pure water. 338 parts by mass were added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 2.3.
  • the mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 62.3, -2.0, 15.1, 15.2 respectively. ) At 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, E is 61.3, -1.1, 13.2, 13.2), respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added.
  • 33% by mass of a glycerin solution of 33% by mass as a binder is used in a rolling granulation method, and supported in a spherical shape on an inert carrier so that the loading rate is 50% by mass. Molded.
  • the spherical molded product having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this manner was fired under the conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 62.5, ⁇ 0.7, Catalyst 9 having 15.6 and 15.6 and P of 0.012 was obtained.
  • Comparative Example 3 (Preparation of catalyst 10) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 297 parts by mass of ferric nitrate, 718 parts by mass of cobalt nitrate and 264 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 678 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • nitric acid aqueous solution prepared by adding 43 parts by mass of nitric acid (60% by mass) to 181 ml of pure water. 650 parts by mass was added to the mother liquor 1 to adjust the pH to 3.0.
  • This mother liquor 1 was dried by a spray drying method, and the obtained dry powder (L * value, a * value, b * value, E was 64.9, 2.7, 14.6, 14.9, respectively) Was pre-fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • L * value, a * value, b * value, E is 63.9, 1.6, 12.8, 12.9) respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed well.
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 65.2, 1.0, and 15 respectively. 1 and 15.2, and a catalyst 10 having P of 0.003 was obtained.
  • Comparative Example 4 (Preparation of catalyst 11) 800 parts by mass of ammonium heptamolybdate was completely dissolved in 3000 parts by mass of pure water heated to 80 ° C. (mother liquor 1). Next, 2.9 parts by mass of cesium nitrate was dissolved in 33 ml of pure water and added to the mother liquor 1. Next, 381 parts by mass of ferric nitrate, 762 parts by mass of cobalt nitrate, and 220 parts by mass of nickel nitrate were dissolved in 722 ml of pure water heated to 60 ° C. and added to the mother liquor 1. Subsequently, 170 parts by mass of bismuth nitrate was heated to 60 ° C.
  • L * value, a * value, b * value, and E are 56.4%, 3.7, 13.4, and 13.9), respectively, and 5% by mass of crystalline cellulose is added and mixed thoroughly.
  • 33% by mass of a 33% by mass glycerin solution as a binder is used in the rolling granulation method with respect to the pre-calcined powder, and it is supported in a spherical shape on an inert carrier so that the supporting rate is 50% by mass. did.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under conditions of 530 ° C. and 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 57.5, 2.3, and 15 respectively. , 16.0, and catalyst 11 having P of 2.003 was obtained.
  • Comparative Example 5 (Preparation of catalyst 12) 100 parts by mass of molybdic acid was completely dissolved in 6200 parts by mass of pure water heated to 99 ° C. (mother liquid 1). Next, 363 parts by mass of basic bismuth nitrate was added to the mother liquor 1 and stirred with a stirring blade for 24 hours. The obtained slurry of pH 5.0 was filtered under reduced pressure and dried, and the obtained solid was pulverized in a mortar and dried powder (L * value, a * value, b * value, E was 91.2, ⁇ 7, respectively) 6, 32.5, 33.4). The dried powder was then fired at 440 ° C. for 5 hours.
  • the spherical molded article having a particle diameter of 4.4 mm obtained in this way was fired under the conditions of 500 ° C. for 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 89.3, ⁇ 7.7,
  • the catalyst 12 was 31.5, 32.5, and P was 0.0.
  • Comparative Example 6 (Preparation of catalyst 15) Add 600 parts of deionized water at 95 ° C. and 16 parts by weight of ammonium tungstate to a mixing tank (A) equipped with a stirring motor and stir. Next, 18 parts by mass of ammonium metavanadate and 110 parts by mass of ammonium molybdate are dissolved. Next, 3.8 parts by mass of antimony trioxide is added. 16 parts by mass of copper sulfate was dissolved in a preparation tank (B) containing 96 parts by weight of deionized water, and the solution was added to the preparation tank (A) to obtain a slurry solution.
  • the liquid solution was adjusted so that the outlet temperature of the spray dryer was about 100 ° C., and the slurry solution obtained above was dried.
  • the dry powders thus obtained (L * value, a * value, b * value, E are 40.3, -2.0, -0.6, 2.1) at about 390 ° C. Firing was performed for 5 hours (preliminary firing).
  • the support ratio of the 12 parts by weight of the pre-fired powder obtained above is 25% by weight.
  • the support was molded into a spherical shape.
  • the obtained molded product was fired at 390 ° C. for 5 hours, and the L * value, a * value, b * value, and E were 40.5, ⁇ 0.7, ⁇ 0.6, and 1.0, respectively.
  • a catalyst 16 having a ratio of 0.0 was obtained.
  • the catalysts obtained in the above Examples and Comparative Examples were evaluated for reaction by the following methods.
  • the liquid component and the gas component are separated by a condenser at the outlet of the reaction tube, and each component in the gas component is equipped with a hydrogen flame ionization detector and a heat conduction detector.
  • the gas chromatograph was used for quantitative analysis.
  • Table 1 shows the results of n-butene conversion and butadiene yield at a reaction bath temperature of 330 ° C. according to Examples and Comparative Examples.
  • Table 1 shows the results of n-butene conversion and butadiene yield at a reaction bath temperature of 330 ° C. according to Examples and Comparative Examples.
  • Table 1 shows the results of n-butene conversion and butadiene yield at a reaction bath temperature of 330 ° C. according to Examples and Comparative Examples.
  • Table 1 shows the results of n-butene conversion and butadiene yield at a reaction bath temperature of 330 ° C. according to Examples and Comparative Examples.

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Abstract

【課題】 本発明は、炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造する高活性かつ高収率な触媒およびその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するための触媒であって、その触媒活性成分の、L表色系で示したa値、b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、16.1≦E≦32.0である、触媒。 E={(a+(b0.5

Description

共役ジオレフィン製造用触媒及びその製造方法
 本発明は、高活性かつ高収率な新規な触媒及びその製造方法に関するものである。本発明は、炭素原子数4以上のモノオレフィン原料から酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを、特にn-ブテン原料から酸化脱水素反応によりブタジエンを製造する際に、高活性かつ高収率な共役ジオレフィン製造用触媒及びその製造方法に関するものである。
 従来、合成ゴム等の原料であるブタジエンは、工業的にはナフサ留分の熱分解および抽出により製造されているが、今後、ブタジエン市場への安定供給の悪化が懸念されることから、新たなブタジエンの製造方法が求められている。そこで、n-ブテンと分子状酸素を含む混合ガスから、触媒の存在下でn-ブテンを酸化脱水素する方法が注目されている。
 工業プラントでの経済性の観点から、目的生成物であるブタジエンを高い収率および選択率で得られる点のみならず、通常(以下、通常とは一般的なビスマスモリブデート触媒を使用する酸化脱水素反応での反応浴温度を示す。)より低い反応浴温度においても高活性を維持し、運転することが求められる。すなわち、触媒が高収率および高選択率を示すことにより、反応後に残存する原料n-ブテンをリサイクルするプロセスにおいても高い経済優位性を示すことができる。工業プラントにおける熱媒のランニングコストを抑制するため、低い反応浴温度でも高活性である触媒が求められている。
 上記n-ブテン原料から酸化脱水素反応によるブタジエン製造プロセスにおいて、殊に高収率または高選択率を示す触媒の研究については既に数多くの報告がなされている。特許文献1は、特定の元素比におけるビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献2は、ルビジウムおよびケイ素の含有量を規定した複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献3は、表面にゼオライトコーティング層を形成したビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献4は、調合順序や調合液のpH等を規定したビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献5にあるように、触媒の色をL表色系により明度や彩度に数値化して規定することで、工業的に優れた活性および選択率を示すビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒を使用することは、プロピレンを部分酸化してアクロレインを製造するプロセスにおいて公知である。
 以下に示すように、ビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒において、その製造過程における調合液または調合したスラリーのpHを制御することで新規な触媒性能が得られる特許文献が公知である。特許文献6は、特定の結晶相を形成させるために調合液のpHを調節し水熱合成することにより得られるビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献7は、調合液のpHを調節し濃縮することにより得られるビスマスモリブデート複合金属酸化物流動層触媒に関するものである。
 特許文献8は、調合液のpHを調節し共沈、乾燥、含浸、焼成させることにより得られるビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献9は、調合液のpHを調節し蒸発乾固することにより得られるビスマスモリブデート金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献10は、調合液の滴下方法を規定し、さらにpHを調節することにより得られるビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献11は、調合液のpHを調節し、水熱合成、乾燥することにより得られる特定の金属組成比で規定されたビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒に関するものである。
 特許文献6~11では、調合液のpHが高すぎるために、あるいは水熱合成法により調合液における各複合金属間の反応を促進しているために、調合液が共沈または一部沈殿を生じており、その後の工程がろ過工程および/または蒸発乾固工程および/または粉砕工程を必要とし、これら工程がバッチ処理となるために、工業触媒の製造プロセスとしては製造効率及び生産性が悪く、したがって触媒の製造コスト自体も増加してしまう点が課題であった。
国際公開第2014/086641号 特開2016-135470号公報 国際公開第2015/072820号 特許第5483114号公報 特許第5582708号公報 特許第5046214号公報 特許第4159759号公報 中国特許出願公開第104549338号明細書 特開昭53-10388号公報 国際公開第2015/190754号 米国特許出願公開第2010/0099936号明細書
 本発明は、炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するプロセスに使用する、高活性かつ高収率な共役ジオレフィン製造用触媒及びその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究の結果、触媒活性成分の、L表色系で示したa値、b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、16.1≦E≦32.0である触媒を、炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するプロセスにおいて使用することで、高活性かつ高収率な共役ジオレフィン製造用触媒を見出し、本発明を完成させるに至った。
E={(a+(b0.5
 本発明は以下の(1)から(21)の特徴を単独または組み合わせて有するものである。即ち、本発明は、
(1)炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するための触媒であって、その触媒活性成分の、L表色系で示したa値、b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、16.1≦E≦32.0である、触媒、
E={(a+(b0.5
(2)触媒活性成分の、L表色系で示したa値とb値が、それぞれ3.6≦a≦31.8、3.6≦b≦31.8のいずれかの値である、(1)に記載の触媒、
(3)触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値が、それぞれ52.5≦L≦100.0、3.6≦a≦31.8、3.6≦b≦31.8の範囲内にある、(1)又は(2)に記載の触媒、
(4)触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ52.5≦L≦80.0、3.6≦a≦22.0、3.6≦b≦25.0の範囲内にある、(1)乃至(3)のいずれかに記載の触媒、
(5)炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するための触媒であって、その触媒活性成分の、L表色系で示したa値、b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、1.5≦E≦12.8である、流動床用触媒、
E={(a+(b0.5
(6)触媒活性成分の、L表色系で示したa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7のいずれかの値である、(5)に記載の流動床用触媒、
(7)触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値が、それぞれ40.0≦L≦100.0、0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7の範囲内にある、(5)又は(6)に記載の流動床用触媒、
(8)触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ45.0≦L≦60.0、0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7の範囲内にある、(5)乃至(7)のいずれかに記載の流動床用触媒、
(9)触媒活性成分が次の組成式(A)を満たす、(1)乃至(8)のいずれかに記載の触媒、
Mo12BiFeCoNi・・・・(A)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.3<a<3.5、0.6<b<3.4、5<c<8、0<d<3、0<e<0.5、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)
(10)下記工程を含むことを特徴とする(1)乃至(4)および(9)のいずれかに記載の共役ジオレフィン製造用触媒の製造方法、
工程(A1):触媒活性成分の各金属を含有する化合物を含む混合溶液またはスラリーを20℃以上90℃以下の条件下で調製し、該混合溶液またはスラリーのpHを0.3以上8.0以下に制御するようアルカリ溶液を添加し、スプレー乾燥して乾燥粉体を得る工程、
工程(A2):工程(A1)で得られた乾燥粉体を予備焼成し、予備焼成粉体を得る工程、
工程(A3):工程(A2)で得られた予備焼成粉体を成形し、成形品を得る工程、
工程(A4):工程(A3)で得られた成形品を本焼成する工程、
(11)予備焼成の温度が200℃以上600℃以下であり、本焼成温度が200℃以上600℃以下である、(10)に記載の製造方法。
(12)工程(A3)が、予備焼成粉体をバインダーとともに担体にコーティングする成形工程であり、予備焼成粉体の担持率が20質量%以上80質量%以下であって、触媒の平均粒径が2.0mm以上10.0mm以下である、(10)又は(11)に記載の製造方法。
(13)下記工程を含むことを特徴とする(5)乃至(9)のいずれかに記載の共役ジオレフィン製造用の流動床用触媒の製造方法、
工程(A1):触媒活性成分の各金属を含有する化合物を含む混合溶液またはスラリーを20℃以上90℃以下の条件下で調製し、該混合溶液またはスラリーのpHを0.3以上8.0以下に制御するようアルカリ溶液を添加し、スプレー乾燥して乾燥粉体を得る工程、
工程(A2):工程(A1)で得られた乾燥粉体を焼成する工程、
(14)焼成温度が200℃以上600℃以下である、(13)に記載の製造方法。
(15)下記式(S)で表現されるPが、0.013≦P≦1.98を満たす、(10)乃至(14)のいずれかに記載の製造方法、
P=10(―pH)×(b+c)/(a+d+e+f+g)・・・・(S)
(式中、pHは、工程(A1)における混合溶液またはスラリーのpHであり、a、b、c、d、e、f、gは、組成式(A)における各々モリブデン原子12に対するビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、X(リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素)、Y(マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素)、Z(ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素)の原子比を示す。)
(16)(1)乃至(4)のいずれか一項に記載の共役ジオレフィン製造用触媒の製造に使用するための予備焼成粉体であって、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、1.5≦E≦12.8の範囲内である予備焼成粉体、
E={(a+(b0.5
(17)L表色系で示したa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7のいずれかの値であることを特徴とする(16)に記載の予備焼成粉体、
(18)明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ40.0≦L≦100.0、0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7の範囲内にあることを特徴とする(16)又は(17)に記載の予備焼成粉体、
(19)(16)乃至(18)のいずれかに記載の予備焼成粉体の製造に使用するための乾燥粉体であって、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、2.2≦E≦20.0の範囲内であることを特徴とする乾燥粉体、
E={(a+(b0.5
(20)L表色系で示したa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦17.4、0.0≦b≦17.4のいずれかの値であることを特徴とする(19)に記載の乾燥粉体、
(21)明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ0.0≦L≦60.0、0.0≦a≦17.4、0.0≦b≦17.4の範囲内にあることを特徴とする(19)又は(20)に記載の乾燥粉体、
に関する。
 本発明の触媒を使用することにより、製造効率及び生産性が高く、高収率にブタジエン等の共役ジオレフィンを生成することができる。
 本発明は、炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造する反応に使用でき、好ましくはn-ブテンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応によりブタジエンを製造する反応に使用できる触媒およびその製造方法に関し、以下、その詳細について説明する。
 本発明においてn-ブテンとは、1-ブテン、トランス-2-ブテン、シス-2-ブテン、イソブチレンのうち、単一成分のガス、もしくは少なくとも2つの成分を含む混合ガスを意味するものとし、ブタジエンとは、より狭義には1,3-ブタジエンを意味するものとする。
 本発明において高活性とは、通常より低い反応浴温度において、後述するn-ブテン転化率が一定以上の値を示すことを意味し、本発明において転化率とは、後述するn-ブテン転化率と同義、また収率は後述するブタジエン収率と同義、さらに選択率は後述するブタジエン選択率と同義である。
 本発明の触媒は、触媒活性成分のL表色系で示したL値a値b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、16.1≦E≦32.0、好ましくは17.0≦E≦25.6、最も好ましくは17.0≦E≦22.0を満たす。なお、本発明において触媒とは、固定床用触媒および流動床用触媒を問わず反応器の型は特に限定されないが、好ましくは固定床用触媒を示すものとする。
E={(a+(b0.5
 本発明の好ましい触媒は、触媒活性成分のL表色系で示したa値とb値が、それぞれ3.6≦a≦31.8、3.6≦b≦31.8、好ましくは3.6≦a≦22.0、7.0≦b≦30.0、さらに好ましくは、3.6≦a≦15.0、10.0≦b≦25.0、最も好ましくは、3.6≦a≦9.0、16.0≦b≦20.0のいずれかの値を満たし、最も好ましくは上記a値、b値の範囲内において、L値が、52.5≦L≦100.0、好ましくは53.5≦L≦80.0、さらに好ましくは54.0≦L≦70.0、最も好ましくは56.0≦L≦62.4を満たす値となる。
 本発明の触媒が流動床用触媒である場合、流動床用触媒は、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、通常は1.5≦E≦12.8、好ましくは3.0≦E≦12.8、更に好ましくは5.0≦E≦12.8、また更に好ましくは7.0≦E≦12.8、また更に好ましくは9.0≦E≦12.8、最も好ましくは10.0≦E≦12.5を満たす。なお、本発明において流動床用触媒とは、好ましくは工程(A2)で得られる予備焼成粉体であり、平均粒径が10μmから100μmである粉体状の触媒を示す。
E={(a+(b0.5
 本発明の好ましい流動床用触媒は、L表色系で示したL値が通常は40.0≦L≦100.0、好ましくは42.0≦L≦90.0、更に好ましくは44.0≦L≦80.0、また更に好ましくは46.0≦L≦70.0、また更に好ましくは48.0≦L≦60.0、最も好ましくは49.0≦L≦56.0を満たし、かつ上記L値の範囲内においてのa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7、好ましくは1.0≦a≦11.0、2.0≦b≦12.7、更に好ましくは2.0≦a≦9.0、4.0≦b≦12.7、また更に好ましくは3.0≦a≦7.0、6.0≦b≦12.7、最も好ましくは、3.2≦a≦6.0、8.0≦b≦12.0のいずれかを満たす値となる。
 本発明の好ましい触媒の製造方法で得られる触媒は、上記工程において以下の条件を満たすことが好ましい。すなわち、上記工程(A1)で得られる乾燥粉体において、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、2.2≦E≦20.0、好ましくは3.0≦E≦20.0、更に好ましくは7.0≦E≦20.0、また更に好ましくは10.0≦E≦20.0、また更に好ましくは14.0≦E≦20.0、最も好ましくは15.5≦E≦20.0を満たす乾燥粉体を用いることで得られる触媒である。
E={(a+(b0.5
 本発明の好ましい触媒の製造方法で得られる触媒は、上記工程(A1)で得られる乾燥粉体において、L表色系で示したL値が0.0≦L≦60.0、好ましくは20.0≦L≦60.0、更に好ましくは40.0≦L≦59.0、また更に好ましくは49.0≦L≦58.0、最も好ましくは53.0≦L≦57.3を満たし、かつ上記L値の範囲内においてのa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦17.4、0.0≦b≦17.4、好ましくは3.0≦a≦15.0、2.5≦b≦16.0、更に好ましくは6.5≦a≦13.0、5.0≦b≦15.5、また更に好ましくは、9.0≦a≦12.0、10.0≦b≦15.5最も好ましくは、9.4≦a≦10.5、12.0≦b≦15.5のいずれかの値となる乾燥粉体を用いることで得られる触媒である。
 本発明の好ましい触媒の製造方法で得られる触媒は、上記工程において以下の条件を満たすことが好ましい。すなわち、上記工程(A2)で得られる予備焼成粉体において、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、通常は1.5≦E≦12.8、好ましくは3.0≦E≦12.8、更に好ましくは5.0≦E≦12.8、また更に好ましくは7.0≦E≦12.8、また更に好ましくは9.0≦E≦12.8、最も好ましくは10.0≦E≦12.5を満たす予備焼成粉体を用いることで得られる触媒である。
E={(a+(b0.5
 本発明の好ましい触媒の製造方法によって得られる触媒は、上記工程(A2)で得られる予備焼成粉体において、L表色系で示したL値が通常は40.0≦L≦100.0、好ましくは42.0≦L≦90.0、更に好ましくは44.0≦L≦80.0、また更に好ましくは46.0≦L≦70.0、また更に好ましくは48.0≦L≦60.0、最も好ましくは49.0≦L≦56.0を満たし、かつ上記L値の範囲内においてのa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7、好ましくは1.0≦a≦11.0、2.0≦b≦12.7、更に好ましくは2.0≦a≦9.0、4.0≦b≦12.7、また更に好ましくは3.0≦a≦7.0、6.0≦b≦12.7、最も好ましくは、3.2≦a≦6.0、8.0≦b≦12.0のいずれかの値となる予備焼成粉体を用いることで得られる触媒である。
 ここで、L表色系とは、JISZ8729で規定される三次元の近似的な均等色空間における色座標a、b及び明度Lのことである。aは、プラス側で値が大きいほど赤味が強くマイナス側で値が大きいほど緑色味が強いことを表し、bはプラス側で値が大きいほど黄色味が強くマイナス側で値が大きいほど青味が強いことを表す。また、明度Lは、0に近づくほど黒色味が強く100に近づくほど白味が強いことを表し、彩度Eは、値が大きいほど色鮮やかであることを表す。
 また、原因は不明であるが、焼成後、一部の触媒表面に色むらが生じる場合がある。そのような場合であっても、色むらの生じた触媒の表面を削りとった粉粒物を乳鉢などにより均一化し、その均一化した粉粒物を固形化させたもののL値、a値、b値が前記範囲内であれば本発明に包括される。さらに、本発明ではL表色系により触媒の色を規定しているが、L表色系以外の表色系により規定された数値範囲であっても、本質的に本発明に規定された色の範囲内にある触媒であれば、当然本特許に包括されるものとする。すなわち前記L表色系以外の表色系は、混色系および顕色系を問わず、たとえばXZ表色系、マンセル表色系やNCS表色系などが挙げられる。
[触媒のL値の測定]
 MINOLTA製のCM-3600d分光測色計を用いて、触媒のL値、a値、b値を測定した。具体的には、無作為に選んだ触媒20粒のうち担体を含まない触媒活性成分のみを削り取り、これを乳鉢で10分粉砕して専用のセルに入れて(これを触媒活性成分サンプルとする)測定を実施した。測定条件は、反射光測定SCIモードとし、3秒間の測定を3回実施し平均化した。この測定作業を1セットとして、各触媒活性成分サンプルで測定箇所を変えた2セット以上の結果をさらに平均化し、その触媒のL値、a値、b値とした。
 本発明の触媒は、特に制限はないが、式(A)で表される組成の触媒活性成分を含有することが好ましい。
Mo12BiFeCoNi・・・・(A)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.3<a<3.5、0.6<b<3.4、5<c<8、0<d<3、0<e<0.5、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)。
 本発明の触媒は、さらに好ましくは(B)で表される組成の触媒活性成分を含有する。
Mo12BiFeCoNi・・・・(B)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンおチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.3<a<2.0、0.6<b<2.6、5<c<7、0<d<2.4、0<e<0.2、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)。
 本発明の触媒は、最も好ましくは式(C)で表される組成の触媒活性成分を含有する。
Mo12BiFeCoNi・・・・(C)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.3<a<1.5、0.6<b<2.6、5<c<7、0<d<2.2、0<e<0.1、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)。
 本発明の触媒を得るための各金属元素の原料としては特に制限はないが、各金属元素を少なくとも一種含む硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、有機酸塩、酢酸塩、炭酸塩、次炭酸塩、塩化物、無機酸、無機酸の塩、ヘテロポリ酸、ヘテロポリ酸の塩、水酸化物、酸化物、金属、合金等、またはこれらの混合物を用いることができる。このうち好ましいのは硝酸塩原料である。硝酸塩原料を用いることにより、本発明のように調合液にアルカリ溶液を添加した場合でも、調合液は共沈または沈殿を生じず、適度な粘度のスラリーとなり、スプレー乾燥による乾燥が可能となり、高い生産性で触媒の製造が可能となり、製造コストを低く抑えることが可能となる。すなわち、本発明では、原料として硝酸塩原料またはそれに準ずる酸成分を適度に含んだ原料を使用することにより、上記の通り製造コストを低く抑えることが可能となる。各金属元素の酸成分の含有率としては、各金属元素単独での原料の飽和水溶液のpHで規定でき、―5.0以上10.0以下が好ましく、-3.0以上7.0以下がさらに好ましく、-1.0以上5.0以下が最も好ましい。
[調合液のpHの測定]
 pHの測定方法に関しては、公知である方法を適用すればその制限はないが、例えば次の方法が挙げられる。HANNA製pHep5を、pH4.01および7.01のpH標準液により2点校正し、測定対象に10秒以上浸漬させ浸漬中にそのpHを確認する。この作業を1セットとし、測定箇所を変えて2セット以上確認したpHを平均化し、その触媒の調合液のpHとする。校正は、必要に応じてpH10.01のpH標準液を加えて3点校正とし、また校正から測定作業までの時間間隔が3時間以上経過した場合には再校正することとする。
 上記各金属元素の原料として硝酸塩原料を一部または全部使用した場合、各々の金属元素における原料中の硝酸イオン分としての質量含有率の好ましい範囲は以下となる。すなわち、ビスマス、鉄、コバルト、ニッケル原料ではいずれも1質量%以上90質量%以下、好ましくは15質量%以上70質量%以下、より好ましくは30質量%以上50質量%以下である。式(A)中Xで表現される元素の原料では1質量%以上95質量%以下、好ましくは20質量%以上90質量%以下、より好ましくは30質量%以上90質量%以下であり、式(A)中Y、Zで表現される元素の原料ではいずれも1質量%以上95質量%以下、好ましくは10質量%以上90質量%以下、より好ましくは20質量%以上80質量%以下、最も好ましくは30質量%以上70質量%以下である。
 さらに、最終的に乾燥を行う直前の調合液における硝酸イオン濃度は、8.0質量%以上50質量%以下、好ましくは9.0質量%以上45質量%以下、さらに好ましくは10.0質量%以上40質量%以下、最も好ましくは11.0質量%以上30質量%以下となり、同様に乾燥を行う直前の調合液におけるアンモニウムイオン濃度は、1.0質量%以上10質量%以下、好ましくは1.2質量%以上8質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以上6質量%以下、最も好ましくは1.7質量%以上4質量%以下となる。
 本発明の触媒の調製法は、特に制限はないが、好ましいのは触媒の活性成分を粉末として得た後、有機助剤を添加または使用することなく成形する方法であり、以下に詳細を記載する。なお、以下では各工程の順を好ましい例として記載しているが、最終的な触媒製品を得るための各工程の順番、工程数、各工程の組み合わせについて制限はないものとする。
 本発明の製造方法に使用する調合液とは、後述する触媒の製造工程(A1)または(B1)において調製される、触媒活性成分である複合金属酸化物の原料のうち少なくとも一成分を含む混合溶液またはスラリーを意味するものとする。
 本発明の触媒の製造方法としては、その詳細は後述するが、下記工程を含むことを特徴とする:
工程(A1):触媒活性成分の各金属を含有する化合物を含む混合溶液またはスラリーを20℃以上90℃以下の条件下で調製し、該混合溶液またはスラリーのpHを0.3以上8.0以下、好ましくは0.3以上5.0以下、さらに好ましくは0.3以上4.0以下、に制御するようアルカリ溶液を添加し、スプレー乾燥して乾燥粉体を得る工程。
上記工程(A1)において調合液のpHが高すぎると後述する乾燥噴霧(スプレー乾燥)法においては、触媒活性成分原料が共沈または一部沈殿するために流路での目詰まり等が発生し、均一な乾燥粉体が得られない、またはスプレー乾燥設備(スプレードライヤー)が安定して実施できない点が課題として生じうる。調合液のpHが高すぎることによる触媒活性成分原料の共沈または一部沈殿を避ける目的で、公知である分散剤を必要に応じて必要量投入する方法も本発明に包括される。
 本発明の触媒の製造方法としては、その詳細は後述するが、さらに下記工程を含むことを特徴とする:
工程(A2):工程(A1)で得られた乾燥粉体を予備焼成し、予備焼成粉体を得る工程、
工程(A3):工程(A2)で得られた予備焼成粉体を成形し、成形品を得る工程、
工程(A4):工程(A3)で得られた成形品を本焼成する工程。
工程(A1)調合と乾燥
 触媒活性成分の原料の混合溶液またはスラリーを調製し、沈殿法、ゲル化法、共沈法、水熱合成法等の工程を経た後、乾燥噴霧(スプレー乾燥、スプレードライ)法、蒸発乾固法、ドラム乾燥法、凍結乾燥法等の公知の乾燥方法を用いて、本発明の乾燥粉体を得る。この混合溶液またはスラリーは、溶媒として水、有機溶剤、またはこれらの混合溶液のいずれでも良く、また適宜混合溶液またはスラリーにpH調整をする目的でアルカリ溶液を添加することが可能であり、触媒の活性成分の原料濃度も制限はなく、さらに、この混合溶液またはスラリーの液温、雰囲気等の調合条件および乾燥条件について特に制限はないが、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、20℃から90℃の条件下で触媒の活性成分の原料の混合溶液またはスラリーを形成させ、適宜アルカリ溶液によりpHを調整し、これを噴霧乾燥器に導入して乾燥器出口温度が70℃から150℃、得られる乾燥粉体の平均粒径が10μmから700μmとなるよう熱風入口温度、噴霧乾燥器内部の圧力、およびスラリーの流量を調節する方法である。また、本工程の混合溶液またはスラリーの調製から前記乾燥までにおいて、後述する無機助剤および/または有機助剤を任意の量で添加することも本発明の触媒の製造方法に属するものとする。さらに、上記アルカリ溶液の種類に関しても公知なアルカリ溶液であればその濃度や成分および溶媒に制限はないが、アンモニア水や炭酸アンモニウム水溶液が好ましい。
工程(A2)予備焼成
 こうして得られた乾燥粉体を200℃以上600℃以下で予備焼成し、平均粒径が10μmから100μmである予備焼成粉体を得ることができる。この予備焼成の条件に関しても、焼成時間や焼成時の雰囲気について特に制限はなく、焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、トンネル焼成炉において300℃以上600℃以下の範囲で1時間から12時間、空気雰囲気下による方法である。また、本工程の予備焼成前または予備焼成後において、後述する無機助剤および/または有機助剤を任意の量で添加することも本発明の触媒の製造方法に属するものとする。
工程(A3)成形
 こうして得られた予備焼成粉体をそのまま触媒として使用することもできるが、成形して使用することもできる。成形品の形状は球状、円柱状、リング状など特に制限されないが、一連の調製で最終的に得られる触媒における機械的強度、反応器、調製の生産効率等を考慮して選択するべきである。成形方法についても特に制限はないが、以下に示す担体や有機助剤、無機助剤、バインダー等を予備焼成粉体に添加して円柱状、リング状に成形する際には打錠成形機や押出成形機などを用い、球状に成形する際には造粒機などを用いて成形品を得る。
 担体の材質としてはアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ニオビア、シリカアルミナ、炭化ケイ素、炭化物、およびこれらの混合物など公知の物を使用でき、さらにその粒径、吸水率、機械的強度、各結晶相の結晶化度や混合割合なども特に制限はなく、最終的な触媒の性能、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲に選択されるべきである。担体と予備焼成粉体の混合の割合は、各原料の仕込み質量により、下記式より担持率として算出される。
担持率(質量%)=(成形に使用した予備焼成粉体の質量)/{(成形に使用した予備焼成粉体の質量)+(成形に使用した担体の質量)}×100
 無機助剤の添加量は、予備焼成粉体の質量に対して0.1質量%から25質量%であることが好ましく、0.3質量%から10質量%がより好ましく、0.5質量%から5質量%が最も好ましい。また無機助剤の材質および成分組成にも特に制限はないが、たとえばEガラスのような無アルカリガラスや、シラン処理等各種化学的な不活性化処理を行ったガラスが、触媒反応に対する副生成物の生成などの悪影響を与えない点でより好ましい。また、無機助剤は、成形の前に粉砕工程を実施しても良く、粉砕の方法としては特に制限はないがたとえばボールミル、ロッドミル、SAGミル、ジェットミル、自主粉砕ミル、ハンマーミル、ペレットミル、ディスクミル、ローラーミル、高圧粉砕ロール、VSIミルなどを単独または組み合わせて実施され、この粉砕の対象は無機助剤単独でもよいが、予備焼成粉体その他成形工程に添加される触媒原料を混合したものでもよい。
 本発明の触媒に使用する無機助剤とは、主に600℃の熱処理においても焼失しない任意の無機物による任意の形状の助剤であり、後述する本焼成工程によりそのすべてが焼失しないものとする。無機助剤は、後述する本焼成工程においても残留するため、予備焼成粉体同士を結びつける役割があり、破損にかかる負荷が触媒に生じた際にも破損を抑制する効果が生じる。本発明において無機助剤の材質としてモース硬度は特に限定されないが、たとえば任意の硫化鉱物、酸化鉱物、ハロゲン化鉱物、無機酸塩鉱物、有機鉱物等を単独または組み合わせたものをガラス転移温度以上で熱処理したもののうちモース硬度が2以上のもの(本発明のガラス)が好ましく、これら材質の原料としては無機酸塩鉱物がさらに好ましい。また無機助剤に対して、酸処理、アルカリ処理、およびシラン処理等を各々単独または組み合わせて実施することで、触媒反応に不活性となる点で好適となる。
 本発明の触媒に使用する有機助剤とは、主に200℃以上600℃以下の熱処理により焼失する有機物よりなる任意の粉状、顆粒状、繊維状、鱗片状の助剤とし、後述する本焼成工程によりその一部またはすべてが焼失するものとし、たとえばポリエチレングリコールや各種エステルなどの重合物またはポリマービーズ、高吸水性樹脂の乾燥体または任意の吸水率による吸水物、各種界面活性剤、小麦粉または精製デンプン等の各種デンプン類、および結晶性またはアモルファス状のセルロースおよびその誘導体、が挙げられる。
 ここで、本発明の触媒に使用するバインダーとは、その分子直径が予備焼成粉体の平均粒径に対して0.001以下の範囲である化合物群からなる単独または組み合わせにより構成される液体とし、例えば次のようなものが挙げられる。すなわち、液状の有機溶剤、有機物の分散体、水溶性有機溶剤、およびそれらと水の任意の割合での混合物であり、特に制限はないが、グリセリン等の多価アルコールの水溶液またはイオン交換水が好ましく、さらにイオン交換水が成形性の観点から最も好ましい。バインダーは水または有機物を含むため、後述する本焼成工程にてその一部またはすべてが焼失するが、一般にバインダーに使用される有機物の分子直径は予備焼成粉体の平均粒径と比較すると十分に小さい。また、このバインダーに前記触媒原料の溶液を使用することで、工程(A1)とは異なる態様で触媒の最表面に元素を導入することも可能である。
 コーティングによる担持成形の方法としてバインダーの使用量は、予備焼成粉体100質量部に対して2質量部から60質量部であり、10質量部から50質量部がより好ましい。本発明の反応は酸化的脱水素であり発熱反応であるため、触媒内部の放熱のため、さらには生成した共役ジオレフィンの効率的な拡散による、コーク状物質の生成および/または滞留の抑制のため、担持成形が最も好ましい成形方法である。
工程(A4)本焼成
 このようにして得られた予備焼成粉体または成形品は、反応に使用する前に200℃以上600℃以下で再度焼成(本焼成)することが好ましい。本焼成に関しても、焼成時間や焼成時の雰囲気について特に制限はなく、焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、トンネル焼成炉において300℃以上600℃以下の温度範囲で1時間から12時間、空気雰囲気下による方法である。
 次に、以下では(B)法による触媒調製方法を記載する。以下では各工程を順に記載しているが、最終的な触媒を得るための各工程の順番、工程数、各工程の組み合わせについて制限はないものとする。
工程(B1)含浸
 触媒の活性成分が導入された溶液またはスラリーを調製し、ここに成形担体または(A)法で得た触媒を含浸させ、成形品を得る。ここで、含浸による触媒の活性成分の担持手法はディップ法、インシピエントウェットネス法、イオン交換法、PHスイング法など特に制限はなく、前記溶液または前記スラリーの溶媒として水、有機溶剤、またはこれらの混合溶液のいずれでも良く、触媒の活性成分の原料濃度も制限はなく、さらに、前記混合溶液または前記スラリーの液温、液にかかる圧力、液の周囲の雰囲気についても特に制限はないが、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。また、前記成形担体および前記(A)法で得た触媒のいずれも形状は球状、円柱状、リング状、粉末状など特に制限はなく、さらに材質、粒径、吸水率、機械的強度も特に制限はない。
工程(B2)乾燥
 こうして得られた前記成形品を、蒸発乾固法、ドラム乾燥法、凍結乾燥法等の公知の乾燥方法を用いて20~200℃の範囲において熱処理を行い、本発明の触媒成形乾燥体を得る。焼成時間や焼成時の雰囲気について特に制限はなく、焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。
工程(B3)本焼成
 こうして得られた前記触媒成形乾燥体を、蒸発乾固法、ドラム乾燥法、凍結乾燥法等の公知の乾燥方法を用いて200~600℃の範囲において熱処理を行い、本発明の触媒を得る。ここで、焼成時間や焼成時の雰囲気について特に制限はなく、焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、トンネル焼成炉において300~600℃の温度範囲で1~12時間、空気雰囲気下による方法である。
 本発明において、全製造工程とは、触媒原料から本発明の触媒を得るまでの、工程(A1)から工程(A4)および工程(B1)から工程(B3)の単独または組み合わせによる全ての工程である。本発明において、成形工程とは、工程(A3)のうちその一部またはその全部である。
 以上の調製により得られた触媒は、その形状やサイズに特に制限はないが、反応管への充填の作業性と充填後の反応管内の圧力損失等を勘案すると、形状は球形状、平均粒径は2.0mmから10.0mm、好ましくは3.0mmから8.0mm、より好ましくは3.5mmから6.5mmであり、また触媒活性成分の担持率は20質量%から90質量%、より好ましくは25質量%から80質量%、さらに好ましくは30質量%から75質量%となる。
 本発明の触媒は、下記式(S)で表現される、触媒活性成分の組成および工程(A1)における調合液のpHの関係パラメーターであるPが、0.013≦P≦1.98、好ましくは0.014≦P≦1.55、さらに好ましくは0.015≦P≦1.03、最も好ましくは0.016≦P≦0.50、を満たすことが好ましい。
P=10(―pH)×(b+c)/(a+d+e+f+g)・・・・(S)
(式中、pHは工程(A1)における調合液のpHであり、a、b、c、d、e、f、gは上記組成式(A)~(C)における各々モリブデン12に対するビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、X(リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素)、Y(マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素)、Z(ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素)の原子比を示す。ただし、組成式において鉄およびコバルトが全く含まれない場合、Pは0を取るものとする。)
 本発明のL値、a値、b値を示す触媒を得るための方法としては、以下実施例にもあるように、上記製造工程の(A1)や(B1)における調合液、すなわち混合溶液またはスラリーのpHを制御する方法および前記複合金属酸化物の元素比が特定の範囲を満たす方法などが考えられる。
 本発明の触媒を使用して炭素原子数4以上のモノオレフィンから共役ジオレフィンを製造する反応の条件は、原料ガス組成として1容量%から20容量%のモノオレフィン、5容量%から20容量%の分子状酸素、0容量%から60容量%の水蒸気及び0容量%から94容量%の不活性ガス、例えば窒素、炭酸ガスを含む混合ガスを用い、反応浴温度としては200℃から500℃の範囲であり、反応圧力としては常圧から10気圧の圧力下、本発明の触媒成形体に対する原料ガスの空間速度(GHSV)は350hr-1から7000hr-1の範囲、より好ましくは500hr-1から4000hr-1の範囲となる。反応の形態として固定床、移動床、および流動床の中で制約はないが、固定床が好ましい。さらにn-ブテンに含まれる1-ブテンのモル組成比は0以上90未満、好ましくは0以上30未満、より好ましくは0以上10未満であり、シス-2-ブテンのモル組成比は0以上90未満、好ましくは1以上60未満、より好ましくは1以上40未満であり、トランス-2-ブテンのモル組成比は0以上90未満、好ましくは1以上80未満、より好ましくは1以上70未満である。また、ブテン原料には調達元によりノルマル―ブタン(n-ブタン)が含まれることがあるが、n-ブタンは、前記反応浴温度領域にて、本発明の触媒のようなビスマスモリブデート複合金属酸化物触媒においては反応性がなく、前記不活性ガスと同様に扱うこととし、そのモノオレフィンにおけるモル組成比は0以上90未満、好ましくは0以上50未満、さらに好ましくは0以上10未満である。
 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下において、%は特に断りがない限りモル%を意味する。また、以下において、n-ブテン転化率、ブタジエン収率、TOSの定義は、以下の通りである。
n-ブテン転化率(モル%)
=(反応したn-ブテンのモル数/供給したn-ブテンのモル数)×100
ブタジエン収率(モル%)
=(生成したブタジエンのモル数/供給したn-ブテンのモル数)×100
TOS=混合ガス流通時間(時間)
 表記上はL*値、a*値、b*値、E値の実測値を小数点第2位にて四捨五入している。
実施例1(触媒1の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム4.4質量部を純水50mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液419質量部を母液1に加え、pHを2.4とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ56.2,9.5,14.3,17.1)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.06、L値、a値、b値、Eがそれぞれ53.6,4.2,9.9,10.8)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ58.5、5.0、16.2、16.9であり、Pが0.013である本発明の触媒1を得た。
実施例2(触媒2の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに13質量%のアンモニア水295質量部を母液1に加え、pHを2.3とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ51.5,10.0,11.6,15.3)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ54.5,4.8,10.4,11.5)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ60.5、4.9、16.5、17.2であり、Pが0.016である本発明の触媒2を得た。
実施例3(触媒3の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液464質量部を母液1に加え、得られたpH2.3の母液1に3時間の熟成を行った。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ51.8,9.9,11.5,15.2)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ53.2,5.2、10.8、12.0)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ60.7、4.8、16.6、17.2であり、Pが0.018である本発明の触媒3を得た。
実施例4(触媒4の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液360質量部を母液1に加え、pHを1.7とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ51.7,9.8,11.8,15.3)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ53.4,4.6,10.3,11.3)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ62.3、5.0、18.1、18.8であり、Pが0.063である本発明の触媒4を得た。
実施例5(触媒5の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ、母液1に加えた。この母液1をスプレードライ法にて、以下の方法にて乾燥させた。スプレードライヤーの投入口の前段にてスプレードライヤー直前のpHが2.1となるよう16質量%の炭酸アンモニウム水溶液440質量部を、母液1および炭酸アンモニウム水溶液が各々一定の流量比になるようポンプで制御して配管内にて母液1と炭酸アンモニウム水溶液を混合し、混合からスプレードライヤー投入までの滞留時間を10秒とした。こうして得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ58.2,9.5,15.0、17.7)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ55.6,4.2,11.1,11.9)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ60.7、5.3、17.7、18.5であり、Pが0.023である本発明の触媒5を得た。
実施例6(触媒6の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム1.5質量部を純水17mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液431質量部を母液1に加え、pHを2.1とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ55.9,9.5,14.4,17.3)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.02、L値、a値、b値、Eがそれぞれ54.9,5.0,11.4,12.4)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ61.7、3.9、17.5、18.0であり、Pが0.026である本発明の触媒6を得た。
実施例7(触媒7の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液400質量部を母液1に加え、pHを1.9とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ50.9、10.3、11.7,15.5)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ52.5、4.6,10.0,11.0)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ61.2、5.4、17.2、18.0であり、Pが0.036である本発明の触媒7を得た。
実施例8(触媒13の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム1.5質量部および硝酸カリウム1.5質量部を純水66mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに13質量%のアンモニア水230質量部を母液1に加え、pHを2.0とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ55.0,10.1,15.2,18.2)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs:K=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.02:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ52.8,4.4,11.2,12.1)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ60.9、3.6、17.8、18.1であり、Pが0.032である本発明の触媒13を得た。
実施例9(触媒14の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム3.7質量部を純水42mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄427質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水746mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに13質量%のアンモニア水230質量部を母液1に加え、pHを2.0とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ56.3,10.3,15.8,18.8)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs:K=12:0.9:2.8:6.9:2.0:0.02:0.05、L値、a値、b値、Eがそれぞれ48.4,4.2,10.5,11.3)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ56.2、8.3、18.8、20.5であり、Pが0.033である本発明の触媒14を得た。
比較例1(触媒8の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄297質量部、硝酸コバルト718質量部及び硝酸ニッケル264質量部を60℃に加温した純水678mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ、母液1に加え、pHを0.1とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ57.5,9.9,14.6,17.6)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.0:6.5:2.4:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ56.6,5.7,12.8,14.0)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、520℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ57.7、3.5、15.1、15.5であり、Pが1.999である触媒8を得た。
比較例2(触媒9の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム6.9質量部を純水78mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄316質量部、硝酸コバルト764質量部及び硝酸ニッケル294質量部を60℃に加温した純水728mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス186質量部を60℃に加温した純水197mlに硝酸(60質量%)47質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液338質量部を母液1に加え、pHを2.3とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ62.3、-2.0,15.1,15.2)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:1.0:2.1:7.0:2.7:0.09、L値、a値、b値、Eがそれぞれ61.3、-1.1,13.2,13.2)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ62.5、-0.7、15.6、15.6であり、Pが0.012である触媒9を得た。
比較例3(触媒10の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄297質量部、硝酸コバルト718質量部及び硝酸ニッケル264質量部を60℃に加温した純水678mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加え、さらに16質量%の炭酸アンモニウム水溶液650質量部を母液1に加え、pHを3.0とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ64.9,2.7,14.6,14.9)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.0:6.5:2.4:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ63.9,1.6,12.8,12.9)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ65.2、1.0、15.1、15.2であり、Pが0.003である触媒10を得た。
比較例4(触媒11の調製)
 ヘプタモリブデン酸アンモニウム800質量部を80℃に加温した純水3000質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム2.9質量部を純水33mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄381質量部、硝酸コバルト762質量部及び硝酸ニッケル220質量部を60℃に加温した純水722mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス170質量部を60℃に加温した純水181mlに硝酸(60質量%)43質量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ母液1に加えpHを0.2とした。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ57.3,6.4,15.3,16.6)を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:0.9:2.5:6.9:2.0:0.04、L値、a値、b値、Eがそれぞれ56.4,3.7,13.4,13.9)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、530℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ57.5、2.3、15.8、16.0であり、Pが2.003である触媒11を得た。
比較例5(触媒12の調製)
 モリブデン酸100質量部を99℃に加温した純水6200質量部に完全溶解させた(母液1)。次に、塩基性硝酸ビスマス363質量部を母液1に加え、24時間撹拌翼により撹拌した。得られたpH5.0のスラリーを減圧濾過、乾燥させ、得られた固形物を乳鉢で粉砕し乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ91.2、-7.6,32.5,33.4)を得た。次いで乾燥粉体を440℃、5時間の条件で焼成した。こうして得られた予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:Bi=12:24、L値、a値、b値、Eがそれぞれ90.2、-7.7,31.2,32.1)に対して5質量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33質量%グリセリン溶液を予備焼成粉体に対して33質量%用い、不活性の担体に、担持率が50質量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた粒径4.4mmの球状成形品を、500℃、5時間の条件で焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ89.3、-7.7、31.5、32.5であり、Pが0.0である触媒12を得た。
比較例6(触媒15の調製)
 撹拌モーターを備えた調合槽(A)に95℃の脱イオン水600部とタングステン酸アンモニウム16質量部を加え、撹拌する。次に、メタバナジン酸アンモニウム18質量部、モリブデン酸アンモニウム110質量部を溶解する。次に、三酸化アンチモン3.8質量部を加える。脱イオン水96質量部の入った調合槽(B)に硫酸銅16質量部を溶解し、その溶液を調合槽(A)に加えスラリー溶液を得た。噴霧乾燥機の出口温度が約100℃になるように送液量を調整して上記で得られたスラリー溶液を乾燥した。このようにして得られた乾燥粉体(L値、a値、b値、Eがそれぞれ40.3、-2.0、-0.6,2.1)を、390℃で約5時間焼成(予備焼成)した。次いで予備焼成体をボールミルで粉砕し、予備焼成粉体(仕込み原料から計算される原子比はMo:V:W:Cu:Sb=12:3.0:1.2:1.2:0.5、L値、a値、b値、Eがそれぞれ39.7、-1.2、-0.5,1.3)を得た。転動造粒法にて不活性担体36質量部にグリセリンの20質量%水溶液2.4部を振りかけながら、上記で得られた12質量部の予備焼成粉体を担持率が25重量%となるよう球状に担持成形した。得られた成型品を390℃で5時間焼成し、L値、a値、b値、Eがそれぞれ40.5、-0.7、-0.6、1.0であり、Pが0.0である触媒16を得た。
 上記実施例および比較例で得られた触媒を、以下の方法により反応評価した。各触媒53mlをステンレス鋼反応管に充填し、ガス体積比率がn-ブテン:酸素:窒素:水蒸気=1:1:7:1の混合ガスを用い、常圧下、GHSV1200hr-1の条件で、反応浴温度330℃にてTOS20時間以上のエージング反応後、反応管出口で、コンデンサーにより液成分とガス成分を分離し、ガス成分中の各成分を各々水素炎イオン化検出器と熱伝導検出器が装着されたガスクロマトグラフで定量分析した。ガスクロマトグラフにより得られた各データは出口ガス組成を模した混合ガスによりファクター補正し、n-ブテン転化率、ブタジエン収率を算出した。なお、本反応で使用したn-ブテンのモル組成比は、1-ブテン:シス-2-ブテン:トランス-2-ブテン=0:32:68であった。
 表1に実施例および比較例による反応浴温度330℃におけるn-ブテン転化率、ブタジエン収率の結果を示す。表1より明らかなように、本発明により、高いGHSVかつn-ブテン濃度の条件にもかかわらず、n-ブテン転化率およびブタジエン収率が共に高い触媒を得ることができることが分かる。また、本発明により得られる予備焼成粉体自体も流動床型触媒反応器で反応させれば、同様の高活性、高収率な性能が得られると、当業者であれば容易に類推することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (21)

  1.  炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するための触媒であって、その触媒活性成分の、L表色系で示したa値、b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、16.1≦E≦32.0である、触媒。
    E={(a+(b0.5
  2.  触媒活性成分の、L表色系で示したa値とb値が、それぞれ3.6≦a≦31.8、3.6≦b≦31.8のいずれかの値である、請求項1に記載の触媒。
  3.  触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値が、それぞれ52.5≦L≦100.0、3.6≦a≦31.8、3.6≦b≦31.8の範囲内にある、請求項1又は請求項2に記載の触媒。
  4.  触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ52.5≦L≦80.0、3.6≦a≦22.0、3.6≦b≦25.0の範囲内にある、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の触媒。
  5.  炭素原子数4以上のモノオレフィンと分子状酸素を含む混合ガスから接触酸化脱水素反応により共役ジオレフィンを製造するための触媒であって、その触媒活性成分の、L表色系で示したa値、b値において、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、1.5≦E≦12.8である、流動床用触媒。
    E={(a+(b0.5
  6.  触媒活性成分の、L表色系で示したa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7のいずれかの値である、請求項5に記載の流動床用触媒。
  7.  触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値が、それぞれ40.0≦L≦100.0、0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7の範囲内にある、請求項5又は請求項6に記載の流動床用触媒。
  8.  触媒活性成分の明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ45.0≦L≦60.0、0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7の範囲内にある、請求項5乃至請求項7のいずれか一項に記載の流動床用触媒。
  9.  触媒活性成分が次の組成式(A)を満たす、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の触媒、
    Mo12BiFeCoNi・・・・(A)
    (式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.3<a<3.5、0.6<b<3.4、5<c<8、0<d<3、0<e<0.5、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)。
  10.  下記工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4および請求項9のいずれか一項に記載の共役ジオレフィン製造用触媒の製造方法、
    工程(A1):触媒活性成分の各金属を含有する化合物を含む混合溶液またはスラリーを20℃以上90℃以下の条件下で調製し、該混合溶液またはスラリーのpHを0.3以上8.0以下に制御するようアルカリ溶液を添加し、スプレー乾燥して乾燥粉体を得る工程、
    工程(A2):工程(A1)で得られた乾燥粉体を予備焼成し、予備焼成粉体を得る工程、
    工程(A3):工程(A2)で得られた予備焼成粉体を成形し、成形品を得る工程、
    工程(A4):工程(A3)で得られた成形品を本焼成する工程。
  11.  予備焼成の温度が200℃以上600℃以下であり、本焼成温度が200℃以上600℃以下である、請求項10に記載の製造方法。
  12.  工程(A3)が、予備焼成粉体をバインダーとともに担体にコーティングする成形工程であり、予備焼成粉体の担持率が20質量%以上80質量%以下であって、触媒の平均粒径が2.0mm以上10.0mm以下である、請求項10又は請求項11に記載の製造方法。
  13.  下記工程を含むことを特徴とする請求項5乃至請求項9のいずれか一項に記載の共役ジオレフィン製造用の流動床用触媒の製造方法、
    工程(A1):触媒活性成分の各金属を含有する化合物を含む混合溶液またはスラリーを20℃以上90℃以下の条件下で調製し、該混合溶液またはスラリーのpHを0.3以上8.0以下に制御するようアルカリ溶液を添加し、スプレー乾燥して乾燥粉体を得る工程、
    工程(A2):工程(A1)で得られた乾燥粉体を焼成する工程。
  14.  焼成温度が200℃以上600℃以下である、請求項13に記載の製造方法。
  15.  下記式(S)で表現されるPが、0.013≦P≦1.98を満たす、請求項10乃至請求項14のいずれか一項に記載の製造方法、
    P=10(―pH)×(b+c)/(a+d+e+f+g)・・・・(S)
    (式中、pHは、工程(A1)における混合溶液またはスラリーのpHであり、a、b、c、d、e、f、gは、組成式(A)における各々モリブデン原子12に対するビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、X(リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素)、Y(マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素)、Z(ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、タリウム、バナジウム、金、銀、銅、白金から選ばれる少なくとも1種の元素)の原子比を示す。)。
  16.  請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の共役ジオレフィン製造用触媒の製造に使用するための予備焼成粉体であって、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、1.5≦E≦12.8の範囲内である予備焼成粉体。
    E={(a+(b0.5
  17.  L表色系で示したa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7のいずれかの値であることを特徴とする請求項16に記載の予備焼成粉体。
  18.  明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ40.0≦L≦100.0、0.0≦a≦12.7、0.0≦b≦12.7の範囲内にあることを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の予備焼成粉体。
  19.  請求項16乃至請求項18のいずれか一項に記載の予備焼成粉体の製造に使用するための乾燥粉体であって、L表色系で示したa値、b値による、下記式で表される彩度パラメーターEの値が、2.2≦E≦20.0の範囲内であることを特徴とする乾燥粉体。
    E={(a+(b0.5
  20.  L表色系で示したa値とb値が、それぞれ0.0≦a≦17.4、0.0≦b≦17.4のいずれかの値であることを特徴とする請求項19に記載の乾燥粉体。
  21.  明度および彩度をL表色系で示した際、L値、a値、b値がそれぞれ0.0≦L≦60.0、0.0≦a≦17.4、0.0≦b≦17.4の範囲内にあることを特徴とする請求項19又は請求項20に記載の乾燥粉体。
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