JPH0247263B2 - - Google Patents
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Description
本発明は、アンチモン含有金属酸化物触媒の製
造法または活性化法に関する。 アンチモン含有金属酸化物触媒、さらに詳しく
は、アンチモンと鉄、コバルト、ニツケル、マン
ガン、セリウム、錫、チタン、銅からなる群から
選ばれた少なくとも一種の金属酸化物触媒が、有
機化合物の酸化、アンモ酸化、酸化脱水素反応の
触媒として用いることができ、オレフインやアル
コール類の酸化によるアルデヒド、酸、アンモ酸
化によるニトリル、酸化脱水素による不飽和化合
物等の製造に有用であることが知られている。 例えば、アンチモンと鉄、コバルトまたはニツ
ケルとの酸化物触媒が特公昭39−19111号公報に、
アンチモンと錫との酸化物触媒が特公昭37−
14075号公報に、アンチモンとウランとの酸化物
触媒が特公昭40−24367号公報に記載されている。
さらには、これらの触媒の改良も種々試みられて
いる。 これらの触媒は、良好な性能を有するが、目的
生成物の収率という点では必ずしも満足すべきも
のではなかつた。 アンチモン含有金属酸化物触媒において、アン
チモンリツチな表面層の形成が目的生成物の選択
率向上に有効であること、およびそのための１つ
の手段としてアンチモン含有金属酸化物触媒にア
ンチモン成分を含浸させることが知られている。
たとえば麻生らは「触媒」21(4)304−306（1979）
において、Fe−Sb系触媒では焼成により触媒表
面にアンチモンリツチな表面層が形成され、それ
に伴なつてプロピレンの酸化時のアクロレイン選
択率が向上すること、およびFeSbO4触媒に少量
のアンチモン成分を含浸させることによつてアク
ロレイン選択率が向上することを報告している。
Y.Boudevilleらの報文〔Journal of Catalysis58
(1)52−60（1979）〕、Y.M.Crossらの報文〔Journal
of Catalyis58(1)61−67（1979）〕、およびH.J.
Hernimanらの報文〔Journal of Catalysis58(1)
68−73（1979）〕によれば、Sn−Sb系触媒におい
ても、調製時の高温焼成によつて触媒表面にアン
チモンリツチな層の形成が認められ、これによつ
てプロピレンの酸化時のアクロレイン選択率、お
よびブテンの酸化脱水素時のブタジエン選択率が
それぞれ向上することが報告されている。特開昭
56−102944号（およびこれに対応する米国特許第
4290920号）には、アンチモン含有酸化物錯体触
媒にSb成分を含浸させることによつて目的生成
物の収率を高める方法が提案されている。 アンチモンリツチな表面層の形成が目的生成物
の選択率向上に有効であることを知れば、アンチ
モン成分の含浸により目的生成物の選択率を向上
させる試みは容易に着想しうることであるが、触
媒へのアンチモン成分の含浸を工業的な触媒製造
に適用することは必ずしも簡単なことではない。 前述の麻生らの報告によるアンチモン成分の含
浸はアンチモン酸懸濁液を含浸液として使用して
行なわれているが、この含浸液は溶液ではなく懸
濁液であるため含浸母体の細孔径がとくに大きい
場合を除き均一な含浸は期待し難い。特開昭56−
102944号に記載されている含浸の方法も均一な含
浸を保証するものではない。 特に、流動床触媒の製造にこのアンチモン成分
の含浸法を適用するためには、触媒の細孔容積に
相当する限られた液量に所望量のアンチモンを溶
解させ、含浸、乾燥および焼成の諸工程を経て触
媒を製造することになるが、まずこの所望のアン
チモン成分量を溶解したアンチモン含有溶液の調
製が一般的には難しい。それは上記の限られた液
量に所望量のアンチモンを溶解させるに十分な溶
解度をもつ水可塑性アンチモン化合物が少ないた
めである。溶解度の大きいSbハロゲン化物・塩
酸溶液では装置腐食が問題になり、工業的実施は
困難である。三酸化アンチモンの酒石酸、エチレ
ングリコールなどとの錯塩水溶液では、有機質成
分の存在により、〓後の焼成工程で触媒が還元変
質したり、好ましからざる分解ガスの発生などが
あり、これも実際上は工業的に実施しにくい。含
浸に均質溶液でなく懸濁液を用いるときは、触媒
粒子表面にアンチモン成分が沈着し、触媒の細孔
内には溶媒が優先的に侵入するため、均一な含浸
はほとんど期待できず、触媒の性能はもちろんの
こと、再現性も悪い。そして、含浸法に共通して
不利な点は、あらかじめある程度の強度をもつた
触媒前駆体を作つたあと、含浸、乾燥、焼成の工
程をくりかえすため工程が長くなり、生産性が著
るしく低下することである。 本発明の目的は、上述の諸欠点をもつ含浸法に
依存することなしに、改善された触媒性能（目的
生成物の選択率の向上等）を示すアンチモン含有
金属酸化物触媒を工業的に効率よく製造するため
の触媒の製造法または触媒の活性化法を提供する
ことにある。 本発明によれば、アンチモン含有金属酸化物組
成物から成る触媒前駆体または触媒(a)と、アンチ
モン単体またはアンチモン化合物(b)とを乾式混合
し、非還元性の気体雰囲気中約300℃ないし約
1000℃の温度で(a)成分と(b)成分とを、この触媒前
駆体または触媒上にアンチモン成分が沈着するに
十分な時間接触させることを特徴とする、アンチ
モン含有金属酸化物触媒の製造法または活性化法
が提供される。 本発明の方法においては、含浸液の調製は必要
なく、特別な装置も必要としない。また本発明の
実施のために新たな工程を追加する必要はほとん
どなく、生産性も良好である。しかも再現性よく
良好な性能の触媒を調製することができる。本発
明の方法を触媒の調製に適用しようとするとき
は、一般に仮焼成後の触媒組成物にアンチモン単
体またはアンチモン化合物を乾式混合したのち、
気体雰囲気中約300℃ない約1000℃で処理するの
みでよい。 本発明は、未使用のアンチモン含有金属酸化物
触媒またはその前駆体、あるいは使用済の触媒に
も適用できる。前者の場合は触媒製造法というべ
きであり、後者の場合は活性化法あるいは再生法
というべきであろう。 本発明はアンチモン含有金属酸化物組成物にア
ンチモン単体またはアンチモン化合物を添加、混
合して非還元性気体雰囲気中で加熱処理するとい
う、操作上も簡便な方法で前記の目的を達成でき
るものであり、その工業的価値は大きい。 以下、本発明について具体的に説明する。 アンチモン含有金属酸化物組成物 本発明に用いるアンチモン含有金属酸化物組成
物は、下記の実験で示されるようなものが好まし
い。これら組成物は、そのまま、あるいはシリ
カ、アルミナ、シリカ、チタニア、チタニア、ジ
ルコニア等の各種担体に担持して用いても良い
が、とくにシリカが好ましい。 MeaSBbXcQdReOf（SiO+）ｇ （原子比組成） 上式において Me＝Fe、Co、Ni、Mn、Ce、Ｕ、Sn、Tiおよ
びCuからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素 Ｘ＝Ｖ、MoおよびＷからなる群から選ばれた少
なくとも一種の元素 Ｑ＝Li、Na、Ｋ、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、
Ba、Ｙ、La、Th、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、
Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Zn、
Cd、Al、Ga、In、Tl、Ge、Pb、As、Ｓおよ
びSeからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素 Ｒ＝Ｂ、Ｐ、TeおよびBiからなる群から選ばれ
た少なくとも一種の元素 添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆおよびｇは原子比
を示し、それぞれ次の範囲にある。 ａ＝５〜15 ｂ＝５〜100 ｃ＝０〜15 ｄ＝０〜50 ｅ＝０〜10 ｆ＝上記各成分が結合して生成する酸化物に対応
する数 ｇ＝０〜200 この酸化物組成物は、例えば上述の特許などに
示されている公知の任意の触媒製法を適用して調
製できる。 そして、後述のように、本発明の処理は、この
組成物の運動下に行なうことが望ましいので、こ
のアンチモン含有金属酸化物組成物は、最終的に
約400℃ないし約1000℃の温度で１ないし50時間
焼成することにより、ある程度以上の機械的強度
を賦写されていることが好ましい。 反応に使用した、また反応に使用して劣化した
アンチモン含有金属酸化物触媒も当然ながら対象
となり得るものである。 本発明は、流動状態で行なわれるのがとくに好
ましい。これは触媒または触媒前駆体とアンチモ
ン単体またはアンチモン化合物との接触が良好な
ため、アンチモン成分の触媒への沈着が、片寄り
なく行なわれるためと考えられる。 流動床触媒として用いる場合は、触媒またはそ
の前駆体であるアンチモン含有金属酸化物組成物
の粒径は５ないし300ミクロンの範囲、重量平均
中位径が20ないし200ミクロンとするのが良い。 アンチモン単体またはアンチモン化合物 アンチモン単体としては、金属アンチモンを適
度な大きさに粉砕、または成型したものが用いら
れる。 アンチモン化合物としては、多くのものを挙げ
ることができる。すなわち、三酸化アンチモン、
四酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどのアン
チモン酸化物、亜アンチモン酸、アンチモン酸な
どのアンチモン酸化物の水和物またはその塩類、
硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化
アンチモン、硫酸アンチモン、アンチモン酸、ハ
ロゲン化アンチモン、オキシハロゲン化アンチモ
ン、アンチモン化物、または、アンチモンのカル
ボン酸塩、スルホン酸塩、スチビンその他の有機
アンチモン化合物などである。 蒸気圧の大きい化合物のの場合は、気体にとく
に流動化用気体に同伴させるなどして系外から送
入する。常温またはそれ以上で固体の場合には、
粉体として混合すれば良い。 固体のアンチモン成分を用い、流動化状態で本
発明を行なう場合には、その粒径が小さすぎる
と、操作中に系外へ逃散して、また粒径が大きす
ぎると、触媒またはその前駆体との混合が不十分
なためアンチモン成分の沈着が不完全となり効果
が十分に発揮されない。固体アンチモン成分の粒
径は、0.1ないし500ミクロンの範囲、重量平均中
位径が0.5ないし500ミクロンの範囲にあることが
とくに好ましい。 これらアンチモン成分は、担体に担持しても良
いし、触媒に富化担持して用いても良い。 触媒製造法または活性化法 本発明による触媒の製造法または活性化法はア
ンチモン含有金属酸化物組成物と、アンチモン単
体またはアンチモン化合物とを非還元性気体雰囲
気中高温下に接触させるものである。 本発明の方法は、固定床触媒、移動床触媒に対
しても用いることができるが、その効果は流動床
触媒を対象とし、アンチモン含有金属酸化物組成
物とその運動下に処理を行なう場合とくに大き
い。すなわち、好ましい焼成方法としては、種々
のタイプの回転焼成炉や流動焼成炉の使用を挙げ
ることができる。そして、とくに流動焼成炉の使
用が好ましい。流動化状態においては、アンチモ
ン含有金属酸化物組成物とアンチモン成分との接
触が片寄りなく行なわれることが一つの理由と思
われる。アンチモン含有酸化物組成物と固体と固
体のアンチモン成分がよく混合するためには、前
述のように、前者の粒径は５ないし300ミクロン、
重量平均中位径が20ないし200ミクロン、後者の
粒径は0.1ないし500ミクロン、重量平均中位径が
0.5ないし500ミクロンであることが好ましい。 本発明の効果は、アンチモン成分の触媒への移
行、沈着によつて発現される。供給するアンチモ
ン量が少なすぎると効果はないし、多すぎると反
応速度の低下、触媒物性の悪化などをきたす。触
媒に対するアンチモンの添加量、すなわち見かけ
アンチモン含量増分は、0.01ないし20重量％、と
くに好ましくは0.05ないし10重量％とするのがよ
い。 ただし、見かけアンチモン増分は、次のように
定義される。 見かけアンチモン増分〔％〕＝加えたアンチモン重量
〔ｇ〕／アンチモン含有金属酸化物組成物の重量〔ｇ〕
×100 好ましいアンチモン成分の添加量は、その性状
によつても変動する、アンチモン成分が蒸気相で
用いられる場合、処理操作条件下で蒸気圧が大き
い場合、また蒸気圧の大きい化合物に変化し易い
場合には、所要のアンチモン量から計算される量
を加えればよいし、処理操作条件下で触媒への移
行が遅いものを用いるときには、やゝ多い量を用
いれば良い。 アンチモン成分を固体で用いるときは、処理前
に触媒またはその前駆体と乾式混合しておいても
良いし、処理操作中に添加混合しても良い。 使用する気体雰囲気は非還元性のものであるべ
きである。ここに“非還元性”とは処理すべき触
媒または触媒前駆体を処理条件下で非可逆的に還
元して劣化させることのない性質をいう。 このように非還元性の気体雰囲気としては多く
の例をあげることができる。一般的にいついて、
空気、酸素、窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガ
ス、一酸化炭素、水蒸気、酸化窒素などの、この
アンチモン含有金属酸化物組成物にとつて酸化
性、または非還元性のガス；または、還元性ガ
ス、例えば水素、アンモニア、メタノール、炭化
水素その他の有機化合物などから選ばれた少なく
とも一種のガスと酸素とを含むガス；などを用い
ることができる。 還元性ガスのみを用いるときは、還元性ガスの
選定および処理温度の設定が非常に難しく、不適
切な条件下での処理によつては処理すべき触媒ま
たは触媒前駆体が非可逆的に還元されて触媒構成
成分（特にアンチモン）が触媒マトリツクスから
単離剥脱する傾向があり、このような現象によつ
て触媒性能が劣化することがありうるので特別な
場合を除き避けた方が良い。 処理の温度、時間は、用いるアンチモン源の性
状によつて変動できる。蒸気圧の大きい場合は比
較的低温で、時間も短かくて良いし、蒸気圧の小
さい場合は、高目の温度でも長めにとるのが良
い。 通常は、約300℃ないし約1000℃、時間は0.5な
いし50時間の範囲で選択される。温度が300℃以
下では効果が小さいし、1000℃以上では、触媒の
活性が低下する。 このようにして、アンチモン成分を触媒表面に
沈着させることにより、目的生成物の選択率が向
上するが、この処理のあとさらに、非還元性雰囲
気中、約400℃ないし約950℃で焼成することによ
つて、さらに目的生成物の選択性の向上、活性の
持続性の向上が果せる場合がある。 沈着したアンチモン成分の基体触媒または触媒
前駆体との固相反応の進行によつて好ましい活性
点の発現・安定化がはかられるものと思われる。 実験例 以下、本発明の効果を実施例および比較例によ
つて示した。 なお、本明細書中の目的生成物の収率および選
択率は、次の定義による。 収率〔％〕＝生成した目的生成物の炭素重量〔ｇ〕／
供給した原料有機化合物の炭素重量〔ｇ〕×100 選択率〔％〕＝生成した目的生成物の炭素重量〔ｇ〕
／反応した原料有機化合物の炭素重量〔ｇ〕×100 活性試験条件は、次の通りである。 (1) プロピレンのアンモ酸化 触媒流動部の内径が2.5cm、高さ40cmの流動
床反応器に触媒を充填し、次の組成のガスを送
入した。 反応圧力は常圧である。 O2（空気として供給）／プロピレン
＝2.2（モル／モル） NH3／プロピレン ＝1.1（モル／モル） (2) イソブテンのアンモ酸化 前項のプロピレンのアンモ酸化に用いたと同
じ反応器を用い、次の組成のガスを送入した。 反応圧力は常圧である。 O2（空気として供給）／イソブテン
＝3.0（モル／モル） NH3／プロピレン ＝1.3（モル／モル） 実施例 １ 実験式がFe10Sb25W0.25O65.8（SiO2）30である流
動床触媒の活性試験を活性試験条件(1)により行な
つた。 アクリロニトリル収率は71％であつた。 一方、本発明の方法により、上記の触媒に次の
ような処理をし、活性試験に供した。 見かけアンチモン含量増分1.0％となるように
三酸化アンチモン粉末を加え、アンチモン10％、
残部空気からなるガスで流動化させ温度500℃に
３時間保つた。 ついで、活性試験を活性試験条件(1)により行な
つた。アクリルニトリル収率は75％以上となつ
た。 実施例 ２ 実験式が、Sn10Sb60O140（SiO2）30である流動床
触媒の活性試験を活性試験条件(1)により行なつ
た。 アクリロニトリル収率は63％であつた。 一方、この触媒に次のような処理を行ない活性
試験に供した。 見かけアンチモン含量増分が、0.8％以上とな
るように、上記触媒にアンチモン含有粉体（詳細
後述）を加え、窒素ガス中で流動化させ、温度
500℃に２時間保つた。 ついで、活性試験を、活性試験条件(1)により行
なつた。アクリロニトリル収率は70％となつた。 なお、ここに用いたアンチモン含有粉体は、三
酸化アンチモンを酒石酸アンモニウム水溶液に溶
解し、これとシリカゾルを混合したのち、乾燥・
焼成したものである。 実施例 ３ 実験式がU10Sb50W0.1Te0.5O67.8（SiO2）60である
流動床触媒の活性試験を、活性試験条件(1)により
行なつた。 アクリロニトリル収率は73％であつた。 一方、この触媒に、本発明の方法により次のよ
うな処理を行なつた。 見かけアンチモン含量増分が1.5％となるよう
にこの触媒に金属アンチモン粉末を加え、空気で
流動化させつゝ450℃に２時間保つた。 ついで、活性試験を活性試験条件(1)により行な
つた。アクリロニトリル収率は79％となつた。 実施例 ４ 実験式がFe10Sb25W0.25Te1.0O67.8（SiO2）30であ
る流動床触媒の仮焼成品（500℃焼成品）をとつ
た。 流動焼成炉で、空気により流動化させ焼成し
た。 焼成条件は、次の３水準変動させた。 (1) 820℃５時間 (2) 830℃５時間 (3) 840℃５時間 これらの触媒について、活性試験条件(1)により
活性試験を行なつた。アクリロニトリル収率は、
それぞれ、79％、80％、78％であつた。 一方、上と同じ仮焼成品に見かけアンチモン含
量増分が0.7％となるように三硫化アンチモン粉
末を加え、流動焼成炉で、空気により流動化させ
焼成した。焼成条件は、790℃５時間とした。 アクリロニトリル収率は、82％であつた。 実施例 ５ 実施例４で用いたと同じ触媒の仮焼成品を空気
流動下に790℃５時間焼成した触媒に、見かけア
ンチモン含量増分が1.5％となるように五酸化ア
ンチモン粉末を加え、メタノール５％、残部空気
からなるガスで流動化させ、温度450℃に３時間
保つた。 ついで、活性試験を、活性試験条件(1)により行
なつた。アクリロニトリル収率は81％となつた。
処理をしない前の上記触媒の場合のアクリロニト
リル収率は75％であつた。 実施例 ６ 長時間反応に使用して活性の低下た、実験式が
W0.5Te1.0Fe10Sb25O68.5（SiO2）30である触媒の活性
試験を、活性試験条件(1)により行なつた。 アクリロニトリル収率は76％であつた。 この劣化触媒に、見かけアンチモン含量増分が
0.4％となるように三酸化アンチモンを加え同じ
く活性試験条件(1)により、活性試験を行なつた。
アクリロニトリル収率は78.5％となつた。 実施例 ７ 実験式が、Fe10Sb23Cu3.5Wo2Mo2MO0.4Te1.3
O68.9（SiO2）60である流動床触媒の活性試験を活性
試験条件(1)により行なつた。 アクリロニトリル収率は80％であつた。 この触媒に、見かけアンチモン含量増分が1.5
％となるように、三酸化アンチモン粉末を加え、
ヘリウムで流動化させつゝ500℃２時間保つた。 この触媒を、活性試験条件(1)により活性試験を
した。アクリロニトリル収率は81％となつた。 ついで、これを空気で流動化させつゝ750℃４
時間焼成した。アクリロニトリル収率は82.5％と
なつた。 実施例 ８ 実験式がMO1Te2Cu4Fe10Sb23O72（SiO2）60であ
る流動床触媒の活性試験を、活性試験条件(2)によ
り行なつた。 メタクリロニトリル収率は70％であつた。 この触媒に、見かけアンチモン含量増分が1.0
％となるように、金属アンチモン粉末を加え、空
気で流動化させ480℃に３時間保つた。 ついで、活性試験条件(2)により、イソブテンの
アンモ酸化反応を行なつた。メタクリロニトリル
収率は72％となつた。
造法または活性化法に関する。 アンチモン含有金属酸化物触媒、さらに詳しく
は、アンチモンと鉄、コバルト、ニツケル、マン
ガン、セリウム、錫、チタン、銅からなる群から
選ばれた少なくとも一種の金属酸化物触媒が、有
機化合物の酸化、アンモ酸化、酸化脱水素反応の
触媒として用いることができ、オレフインやアル
コール類の酸化によるアルデヒド、酸、アンモ酸
化によるニトリル、酸化脱水素による不飽和化合
物等の製造に有用であることが知られている。 例えば、アンチモンと鉄、コバルトまたはニツ
ケルとの酸化物触媒が特公昭39−19111号公報に、
アンチモンと錫との酸化物触媒が特公昭37−
14075号公報に、アンチモンとウランとの酸化物
触媒が特公昭40−24367号公報に記載されている。
さらには、これらの触媒の改良も種々試みられて
いる。 これらの触媒は、良好な性能を有するが、目的
生成物の収率という点では必ずしも満足すべきも
のではなかつた。 アンチモン含有金属酸化物触媒において、アン
チモンリツチな表面層の形成が目的生成物の選択
率向上に有効であること、およびそのための１つ
の手段としてアンチモン含有金属酸化物触媒にア
ンチモン成分を含浸させることが知られている。
たとえば麻生らは「触媒」21(4)304−306（1979）
において、Fe−Sb系触媒では焼成により触媒表
面にアンチモンリツチな表面層が形成され、それ
に伴なつてプロピレンの酸化時のアクロレイン選
択率が向上すること、およびFeSbO4触媒に少量
のアンチモン成分を含浸させることによつてアク
ロレイン選択率が向上することを報告している。
Y.Boudevilleらの報文〔Journal of Catalysis58
(1)52−60（1979）〕、Y.M.Crossらの報文〔Journal
of Catalyis58(1)61−67（1979）〕、およびH.J.
Hernimanらの報文〔Journal of Catalysis58(1)
68−73（1979）〕によれば、Sn−Sb系触媒におい
ても、調製時の高温焼成によつて触媒表面にアン
チモンリツチな層の形成が認められ、これによつ
てプロピレンの酸化時のアクロレイン選択率、お
よびブテンの酸化脱水素時のブタジエン選択率が
それぞれ向上することが報告されている。特開昭
56−102944号（およびこれに対応する米国特許第
4290920号）には、アンチモン含有酸化物錯体触
媒にSb成分を含浸させることによつて目的生成
物の収率を高める方法が提案されている。 アンチモンリツチな表面層の形成が目的生成物
の選択率向上に有効であることを知れば、アンチ
モン成分の含浸により目的生成物の選択率を向上
させる試みは容易に着想しうることであるが、触
媒へのアンチモン成分の含浸を工業的な触媒製造
に適用することは必ずしも簡単なことではない。 前述の麻生らの報告によるアンチモン成分の含
浸はアンチモン酸懸濁液を含浸液として使用して
行なわれているが、この含浸液は溶液ではなく懸
濁液であるため含浸母体の細孔径がとくに大きい
場合を除き均一な含浸は期待し難い。特開昭56−
102944号に記載されている含浸の方法も均一な含
浸を保証するものではない。 特に、流動床触媒の製造にこのアンチモン成分
の含浸法を適用するためには、触媒の細孔容積に
相当する限られた液量に所望量のアンチモンを溶
解させ、含浸、乾燥および焼成の諸工程を経て触
媒を製造することになるが、まずこの所望のアン
チモン成分量を溶解したアンチモン含有溶液の調
製が一般的には難しい。それは上記の限られた液
量に所望量のアンチモンを溶解させるに十分な溶
解度をもつ水可塑性アンチモン化合物が少ないた
めである。溶解度の大きいSbハロゲン化物・塩
酸溶液では装置腐食が問題になり、工業的実施は
困難である。三酸化アンチモンの酒石酸、エチレ
ングリコールなどとの錯塩水溶液では、有機質成
分の存在により、〓後の焼成工程で触媒が還元変
質したり、好ましからざる分解ガスの発生などが
あり、これも実際上は工業的に実施しにくい。含
浸に均質溶液でなく懸濁液を用いるときは、触媒
粒子表面にアンチモン成分が沈着し、触媒の細孔
内には溶媒が優先的に侵入するため、均一な含浸
はほとんど期待できず、触媒の性能はもちろんの
こと、再現性も悪い。そして、含浸法に共通して
不利な点は、あらかじめある程度の強度をもつた
触媒前駆体を作つたあと、含浸、乾燥、焼成の工
程をくりかえすため工程が長くなり、生産性が著
るしく低下することである。 本発明の目的は、上述の諸欠点をもつ含浸法に
依存することなしに、改善された触媒性能（目的
生成物の選択率の向上等）を示すアンチモン含有
金属酸化物触媒を工業的に効率よく製造するため
の触媒の製造法または触媒の活性化法を提供する
ことにある。 本発明によれば、アンチモン含有金属酸化物組
成物から成る触媒前駆体または触媒(a)と、アンチ
モン単体またはアンチモン化合物(b)とを乾式混合
し、非還元性の気体雰囲気中約300℃ないし約
1000℃の温度で(a)成分と(b)成分とを、この触媒前
駆体または触媒上にアンチモン成分が沈着するに
十分な時間接触させることを特徴とする、アンチ
モン含有金属酸化物触媒の製造法または活性化法
が提供される。 本発明の方法においては、含浸液の調製は必要
なく、特別な装置も必要としない。また本発明の
実施のために新たな工程を追加する必要はほとん
どなく、生産性も良好である。しかも再現性よく
良好な性能の触媒を調製することができる。本発
明の方法を触媒の調製に適用しようとするとき
は、一般に仮焼成後の触媒組成物にアンチモン単
体またはアンチモン化合物を乾式混合したのち、
気体雰囲気中約300℃ない約1000℃で処理するの
みでよい。 本発明は、未使用のアンチモン含有金属酸化物
触媒またはその前駆体、あるいは使用済の触媒に
も適用できる。前者の場合は触媒製造法というべ
きであり、後者の場合は活性化法あるいは再生法
というべきであろう。 本発明はアンチモン含有金属酸化物組成物にア
ンチモン単体またはアンチモン化合物を添加、混
合して非還元性気体雰囲気中で加熱処理するとい
う、操作上も簡便な方法で前記の目的を達成でき
るものであり、その工業的価値は大きい。 以下、本発明について具体的に説明する。 アンチモン含有金属酸化物組成物 本発明に用いるアンチモン含有金属酸化物組成
物は、下記の実験で示されるようなものが好まし
い。これら組成物は、そのまま、あるいはシリ
カ、アルミナ、シリカ、チタニア、チタニア、ジ
ルコニア等の各種担体に担持して用いても良い
が、とくにシリカが好ましい。 MeaSBbXcQdReOf（SiO+）ｇ （原子比組成） 上式において Me＝Fe、Co、Ni、Mn、Ce、Ｕ、Sn、Tiおよ
びCuからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素 Ｘ＝Ｖ、MoおよびＷからなる群から選ばれた少
なくとも一種の元素 Ｑ＝Li、Na、Ｋ、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、
Ba、Ｙ、La、Th、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、
Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Zn、
Cd、Al、Ga、In、Tl、Ge、Pb、As、Ｓおよ
びSeからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素 Ｒ＝Ｂ、Ｐ、TeおよびBiからなる群から選ばれ
た少なくとも一種の元素 添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆおよびｇは原子比
を示し、それぞれ次の範囲にある。 ａ＝５〜15 ｂ＝５〜100 ｃ＝０〜15 ｄ＝０〜50 ｅ＝０〜10 ｆ＝上記各成分が結合して生成する酸化物に対応
する数 ｇ＝０〜200 この酸化物組成物は、例えば上述の特許などに
示されている公知の任意の触媒製法を適用して調
製できる。 そして、後述のように、本発明の処理は、この
組成物の運動下に行なうことが望ましいので、こ
のアンチモン含有金属酸化物組成物は、最終的に
約400℃ないし約1000℃の温度で１ないし50時間
焼成することにより、ある程度以上の機械的強度
を賦写されていることが好ましい。 反応に使用した、また反応に使用して劣化した
アンチモン含有金属酸化物触媒も当然ながら対象
となり得るものである。 本発明は、流動状態で行なわれるのがとくに好
ましい。これは触媒または触媒前駆体とアンチモ
ン単体またはアンチモン化合物との接触が良好な
ため、アンチモン成分の触媒への沈着が、片寄り
なく行なわれるためと考えられる。 流動床触媒として用いる場合は、触媒またはそ
の前駆体であるアンチモン含有金属酸化物組成物
の粒径は５ないし300ミクロンの範囲、重量平均
中位径が20ないし200ミクロンとするのが良い。 アンチモン単体またはアンチモン化合物 アンチモン単体としては、金属アンチモンを適
度な大きさに粉砕、または成型したものが用いら
れる。 アンチモン化合物としては、多くのものを挙げ
ることができる。すなわち、三酸化アンチモン、
四酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどのアン
チモン酸化物、亜アンチモン酸、アンチモン酸な
どのアンチモン酸化物の水和物またはその塩類、
硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化
アンチモン、硫酸アンチモン、アンチモン酸、ハ
ロゲン化アンチモン、オキシハロゲン化アンチモ
ン、アンチモン化物、または、アンチモンのカル
ボン酸塩、スルホン酸塩、スチビンその他の有機
アンチモン化合物などである。 蒸気圧の大きい化合物のの場合は、気体にとく
に流動化用気体に同伴させるなどして系外から送
入する。常温またはそれ以上で固体の場合には、
粉体として混合すれば良い。 固体のアンチモン成分を用い、流動化状態で本
発明を行なう場合には、その粒径が小さすぎる
と、操作中に系外へ逃散して、また粒径が大きす
ぎると、触媒またはその前駆体との混合が不十分
なためアンチモン成分の沈着が不完全となり効果
が十分に発揮されない。固体アンチモン成分の粒
径は、0.1ないし500ミクロンの範囲、重量平均中
位径が0.5ないし500ミクロンの範囲にあることが
とくに好ましい。 これらアンチモン成分は、担体に担持しても良
いし、触媒に富化担持して用いても良い。 触媒製造法または活性化法 本発明による触媒の製造法または活性化法はア
ンチモン含有金属酸化物組成物と、アンチモン単
体またはアンチモン化合物とを非還元性気体雰囲
気中高温下に接触させるものである。 本発明の方法は、固定床触媒、移動床触媒に対
しても用いることができるが、その効果は流動床
触媒を対象とし、アンチモン含有金属酸化物組成
物とその運動下に処理を行なう場合とくに大き
い。すなわち、好ましい焼成方法としては、種々
のタイプの回転焼成炉や流動焼成炉の使用を挙げ
ることができる。そして、とくに流動焼成炉の使
用が好ましい。流動化状態においては、アンチモ
ン含有金属酸化物組成物とアンチモン成分との接
触が片寄りなく行なわれることが一つの理由と思
われる。アンチモン含有酸化物組成物と固体と固
体のアンチモン成分がよく混合するためには、前
述のように、前者の粒径は５ないし300ミクロン、
重量平均中位径が20ないし200ミクロン、後者の
粒径は0.1ないし500ミクロン、重量平均中位径が
0.5ないし500ミクロンであることが好ましい。 本発明の効果は、アンチモン成分の触媒への移
行、沈着によつて発現される。供給するアンチモ
ン量が少なすぎると効果はないし、多すぎると反
応速度の低下、触媒物性の悪化などをきたす。触
媒に対するアンチモンの添加量、すなわち見かけ
アンチモン含量増分は、0.01ないし20重量％、と
くに好ましくは0.05ないし10重量％とするのがよ
い。 ただし、見かけアンチモン増分は、次のように
定義される。 見かけアンチモン増分〔％〕＝加えたアンチモン重量
〔ｇ〕／アンチモン含有金属酸化物組成物の重量〔ｇ〕
×100 好ましいアンチモン成分の添加量は、その性状
によつても変動する、アンチモン成分が蒸気相で
用いられる場合、処理操作条件下で蒸気圧が大き
い場合、また蒸気圧の大きい化合物に変化し易い
場合には、所要のアンチモン量から計算される量
を加えればよいし、処理操作条件下で触媒への移
行が遅いものを用いるときには、やゝ多い量を用
いれば良い。 アンチモン成分を固体で用いるときは、処理前
に触媒またはその前駆体と乾式混合しておいても
良いし、処理操作中に添加混合しても良い。 使用する気体雰囲気は非還元性のものであるべ
きである。ここに“非還元性”とは処理すべき触
媒または触媒前駆体を処理条件下で非可逆的に還
元して劣化させることのない性質をいう。 このように非還元性の気体雰囲気としては多く
の例をあげることができる。一般的にいついて、
空気、酸素、窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガ
ス、一酸化炭素、水蒸気、酸化窒素などの、この
アンチモン含有金属酸化物組成物にとつて酸化
性、または非還元性のガス；または、還元性ガ
ス、例えば水素、アンモニア、メタノール、炭化
水素その他の有機化合物などから選ばれた少なく
とも一種のガスと酸素とを含むガス；などを用い
ることができる。 還元性ガスのみを用いるときは、還元性ガスの
選定および処理温度の設定が非常に難しく、不適
切な条件下での処理によつては処理すべき触媒ま
たは触媒前駆体が非可逆的に還元されて触媒構成
成分（特にアンチモン）が触媒マトリツクスから
単離剥脱する傾向があり、このような現象によつ
て触媒性能が劣化することがありうるので特別な
場合を除き避けた方が良い。 処理の温度、時間は、用いるアンチモン源の性
状によつて変動できる。蒸気圧の大きい場合は比
較的低温で、時間も短かくて良いし、蒸気圧の小
さい場合は、高目の温度でも長めにとるのが良
い。 通常は、約300℃ないし約1000℃、時間は0.5な
いし50時間の範囲で選択される。温度が300℃以
下では効果が小さいし、1000℃以上では、触媒の
活性が低下する。 このようにして、アンチモン成分を触媒表面に
沈着させることにより、目的生成物の選択率が向
上するが、この処理のあとさらに、非還元性雰囲
気中、約400℃ないし約950℃で焼成することによ
つて、さらに目的生成物の選択性の向上、活性の
持続性の向上が果せる場合がある。 沈着したアンチモン成分の基体触媒または触媒
前駆体との固相反応の進行によつて好ましい活性
点の発現・安定化がはかられるものと思われる。 実験例 以下、本発明の効果を実施例および比較例によ
つて示した。 なお、本明細書中の目的生成物の収率および選
択率は、次の定義による。 収率〔％〕＝生成した目的生成物の炭素重量〔ｇ〕／
供給した原料有機化合物の炭素重量〔ｇ〕×100 選択率〔％〕＝生成した目的生成物の炭素重量〔ｇ〕
／反応した原料有機化合物の炭素重量〔ｇ〕×100 活性試験条件は、次の通りである。 (1) プロピレンのアンモ酸化 触媒流動部の内径が2.5cm、高さ40cmの流動
床反応器に触媒を充填し、次の組成のガスを送
入した。 反応圧力は常圧である。 O2（空気として供給）／プロピレン
＝2.2（モル／モル） NH3／プロピレン ＝1.1（モル／モル） (2) イソブテンのアンモ酸化 前項のプロピレンのアンモ酸化に用いたと同
じ反応器を用い、次の組成のガスを送入した。 反応圧力は常圧である。 O2（空気として供給）／イソブテン
＝3.0（モル／モル） NH3／プロピレン ＝1.3（モル／モル） 実施例 １ 実験式がFe10Sb25W0.25O65.8（SiO2）30である流
動床触媒の活性試験を活性試験条件(1)により行な
つた。 アクリロニトリル収率は71％であつた。 一方、本発明の方法により、上記の触媒に次の
ような処理をし、活性試験に供した。 見かけアンチモン含量増分1.0％となるように
三酸化アンチモン粉末を加え、アンチモン10％、
残部空気からなるガスで流動化させ温度500℃に
３時間保つた。 ついで、活性試験を活性試験条件(1)により行な
つた。アクリルニトリル収率は75％以上となつ
た。 実施例 ２ 実験式が、Sn10Sb60O140（SiO2）30である流動床
触媒の活性試験を活性試験条件(1)により行なつ
た。 アクリロニトリル収率は63％であつた。 一方、この触媒に次のような処理を行ない活性
試験に供した。 見かけアンチモン含量増分が、0.8％以上とな
るように、上記触媒にアンチモン含有粉体（詳細
後述）を加え、窒素ガス中で流動化させ、温度
500℃に２時間保つた。 ついで、活性試験を、活性試験条件(1)により行
なつた。アクリロニトリル収率は70％となつた。 なお、ここに用いたアンチモン含有粉体は、三
酸化アンチモンを酒石酸アンモニウム水溶液に溶
解し、これとシリカゾルを混合したのち、乾燥・
焼成したものである。 実施例 ３ 実験式がU10Sb50W0.1Te0.5O67.8（SiO2）60である
流動床触媒の活性試験を、活性試験条件(1)により
行なつた。 アクリロニトリル収率は73％であつた。 一方、この触媒に、本発明の方法により次のよ
うな処理を行なつた。 見かけアンチモン含量増分が1.5％となるよう
にこの触媒に金属アンチモン粉末を加え、空気で
流動化させつゝ450℃に２時間保つた。 ついで、活性試験を活性試験条件(1)により行な
つた。アクリロニトリル収率は79％となつた。 実施例 ４ 実験式がFe10Sb25W0.25Te1.0O67.8（SiO2）30であ
る流動床触媒の仮焼成品（500℃焼成品）をとつ
た。 流動焼成炉で、空気により流動化させ焼成し
た。 焼成条件は、次の３水準変動させた。 (1) 820℃５時間 (2) 830℃５時間 (3) 840℃５時間 これらの触媒について、活性試験条件(1)により
活性試験を行なつた。アクリロニトリル収率は、
それぞれ、79％、80％、78％であつた。 一方、上と同じ仮焼成品に見かけアンチモン含
量増分が0.7％となるように三硫化アンチモン粉
末を加え、流動焼成炉で、空気により流動化させ
焼成した。焼成条件は、790℃５時間とした。 アクリロニトリル収率は、82％であつた。 実施例 ５ 実施例４で用いたと同じ触媒の仮焼成品を空気
流動下に790℃５時間焼成した触媒に、見かけア
ンチモン含量増分が1.5％となるように五酸化ア
ンチモン粉末を加え、メタノール５％、残部空気
からなるガスで流動化させ、温度450℃に３時間
保つた。 ついで、活性試験を、活性試験条件(1)により行
なつた。アクリロニトリル収率は81％となつた。
処理をしない前の上記触媒の場合のアクリロニト
リル収率は75％であつた。 実施例 ６ 長時間反応に使用して活性の低下た、実験式が
W0.5Te1.0Fe10Sb25O68.5（SiO2）30である触媒の活性
試験を、活性試験条件(1)により行なつた。 アクリロニトリル収率は76％であつた。 この劣化触媒に、見かけアンチモン含量増分が
0.4％となるように三酸化アンチモンを加え同じ
く活性試験条件(1)により、活性試験を行なつた。
アクリロニトリル収率は78.5％となつた。 実施例 ７ 実験式が、Fe10Sb23Cu3.5Wo2Mo2MO0.4Te1.3
O68.9（SiO2）60である流動床触媒の活性試験を活性
試験条件(1)により行なつた。 アクリロニトリル収率は80％であつた。 この触媒に、見かけアンチモン含量増分が1.5
％となるように、三酸化アンチモン粉末を加え、
ヘリウムで流動化させつゝ500℃２時間保つた。 この触媒を、活性試験条件(1)により活性試験を
した。アクリロニトリル収率は81％となつた。 ついで、これを空気で流動化させつゝ750℃４
時間焼成した。アクリロニトリル収率は82.5％と
なつた。 実施例 ８ 実験式がMO1Te2Cu4Fe10Sb23O72（SiO2）60であ
る流動床触媒の活性試験を、活性試験条件(2)によ
り行なつた。 メタクリロニトリル収率は70％であつた。 この触媒に、見かけアンチモン含量増分が1.0
％となるように、金属アンチモン粉末を加え、空
気で流動化させ480℃に３時間保つた。 ついで、活性試験条件(2)により、イソブテンの
アンモ酸化反応を行なつた。メタクリロニトリル
収率は72％となつた。
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アンチモンと鉄、コバルト、ニツケル、マン
ガン、セリウム、ウラン、錫、チタン、および銅
からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素と
を含むアンチモン含有金属酸化物組成物から成る
触媒前駆体または触媒(a)とアンチモン単体、また
はアンチモン化合物(b)とを乾式混合し、非還元性
の気体雰囲気中、約300℃ないし約1000℃の温度
で(a)成分と(b)成分とを、この触媒前駆体または触
媒上にアンチモン成分が沈着するに十分な時間接
触させることを特徴とするアンチモン含有金属酸
化物触媒の製造法または活性化法。 ２ 触媒前駆体または触媒が流動床粒子であり、
その運動下に触媒前駆体または触媒をアンチモン
単体またはアンチモン化合物と接触させる特許請
求の範囲第１項記載の方法。 ３ 触媒前駆体または触媒の粒径が５ないし300
ミクロンの範囲にある特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の方法。 ４ 触媒前駆体または触媒と接触せしめるアンチ
モン成分の形態が金属アンチモン、三酸化アンチ
モン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンまた
は有機アンチモン化合物のいずれかである特許請
求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方
法。 ５ 非還元性の気体雰囲気が、水素、アンモニ
ア、および有機化合物からなる群から選ばれた少
なくとも一種と酸素とを含むガスから構成される
特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
の方法。 ６ 非還元性の気体雰囲気が空気、酸素、窒素、
ヘリウム、アルゴン、炭酸ガス、一酸化炭素など
の、該アンチモン含有金属酸化物組成物にとつて
酸化性または非還元性であるガスから構成される
特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
の方法。 ７ アンチモン単体またはアンチモン化合物を添
加したことによるアンチモン含有金属酸化物組成
物の見かけアンチモン含量の増分が0.01〜20重量
％である特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれ
かに記載の方法。 見かけアンチモン含量増分〔％〕＝加えたアンチモン
成分中のアンチモン重量〔ｇ〕／アンチモン含有金属酸
化物組成物の重量〔ｇ〕×100 ８ アンチモン含有金属酸化物組成物を、アンチ
モン単体またはアンチモン化合物と非還元性の気
体雰囲気で処理し、アンチモン成分をそれに沈着
させたのち、非還元性雰囲気中約400℃ないし約
950℃で焼成することを特徴とする特許請求の範
囲第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。 ９ 触媒前駆体または触媒の重量平均中位径が、
20ないし200ミクロン、添加するアンチモン成分
が固体でかつその重量平均中位径が0.5ないし500
ミクロンである特許請求の範囲第１項〜第８項の
いずれかに記載の方法。 １０ アンチモン含有金属酸化物組成物が、下記
の組成を有する特許請求の範囲第１項〜第９項の
いずれかに記載の方法。 Mea Sbb Xc Qd Re Of（SiO2）ｇ （原子比組成） 上式において Me＝Fe、Co、Ni、Mn、Ce、Ｕ、Sn、Tiおよ
びCuからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素 Ｘ＝Ｖ、MoおよびＷからなる群から選ばれた少
なくとも一種の元素 Ｑ＝Li、Na、Ｋ、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、
Ba、Ｙ、La、Th、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、
Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Zn、
Cd、Al、Ga、In、Tl、Ge、Pb、As、Ｓおよ
びSeからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素 Ｒ＝Ｂ、Ｐ、TeおよびBiからなる群から選ばれ
た少なくとも一種の元素 添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆおよびｇは、原子
比を示し、それぞれ次の範囲にある。 ａ＝５〜15 ｂ＝５〜100 ｃ＝０〜15 ｄ＝０〜50 ｅ＝０〜10 ｆ＝上記各成分が結合して生成する酸化物に対応
する数 ｇ＝０〜200
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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