JPH0424104B2 - - Google Patents

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JPH0424104B2
JPH0424104B2 JP57205255A JP20525582A JPH0424104B2 JP H0424104 B2 JPH0424104 B2 JP H0424104B2 JP 57205255 A JP57205255 A JP 57205255A JP 20525582 A JP20525582 A JP 20525582A JP H0424104 B2 JPH0424104 B2 JP H0424104B2
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JP
Japan
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vanadium
slurry
vanadyl phosphate
ray diffraction
phosphorus
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JP57205255A
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Japanese (ja)
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JPS5995933A (en
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Masayuki Ootake
Masayoshi Murayama
Juji Kawaragi
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Priority to DE3311681A priority patent/DE3311681C2/en
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は酸化触媒の製造法に関するものであ
り、特にn−ブタンの接触気相酸化による無水マ
レイン酸の製造に好適な触媒の製造法に関するも
のである。 バナジウム、リンおよび酸素を含む組成物が、
ブタン、ブテン、ブタジエンなどの接触気相酸化
による無水マレイン酸の製造に有効な触媒である
ことは公知であり、その製造法についても種々の
提案がなされている。とくにn−ブタンからの無
水マレイン酸の製造には、下記第1表の特徴的な
X線回折スペクトルを示す結晶性化合物であるピ
ロ燐酸バナジル((VO)2P2O7)が有効であると
されている(E.Bordes、P.Courtine、J.Catal.、
57、236(1979))。 第1表 (VO)2P2O7のX線回折スペクトル(対陰極:Cu-K
α) 2θ(±0.2°) 強度比 14.2° 20 15.7° 20 18.5° 20 23.0° 100 28.4° 90 30.0° 50 33.7° 40 36.8° 40 一方、n−ブタンの接触気相酸化による無水マ
レイン酸の製造は大きな発熱を伴うので、流動床
反応式が適当であると考えられている。本発明は
リンおよびバナジウムを含み、第1表のX線回折
スペクトルと合致する回折スペクトルを与え、か
つ流動床に用いるのに好適な触媒を製造する方法
を提供するものである。 本発明によれば、五価のリンおよび四価のバナ
ジウムを含有する水性溶液を110〜250℃に加熱し
て下記第2表に示す特徴的なX線回折スペクトル
を示すバナジウム−リン系結晶性酸化物を含む水
性スラリーを得る第一工程、このスラリーの噴霧
乾燥して微細粉状固体を取得する第二工程、この
微細粉状固体を、要すれば焼成したのち、リン酸
および四価のバナジウムを含みかつその少くとも
一部がリン酸バナジルを形成しているリン酸バナ
ジル溶液およびシリカゾルと混合して均質なスラ
リーとする第三工程、このスラリーを噴霧乾燥す
る第四工程および第四工程で生成した固体粒子を
焼成する第五工程の各工程を順次行なうことによ
り、第1表のX線回折スペクトルと合致するスペ
クトルを示し、かつ流動床に用いるのに好適なバ
ナジウム−リン系酸化触媒を製造することができ
る。 第2表 X線回折スペクトル(対陰極:Cu−Kα) 2θ(±0.2°) 強度比 15.7° 100 19.6° 50 24.2° 40 27.0° 45 28.8° 25 30.4° 80 (他に18.5°、21.8°、32.2°に強度比10〜20程度の
弱いピークが見られる) 本発明について詳細に説明すると、本発明では
第一工程として、四価のバナジウムおよび五価の
リンを含有し、かつ第2表に示すX線回折スペク
トルを与える結晶性複合酸化物水熱合成により製
造する。第2表に示すX線回折スペクトルを与え
るリン−バナジウム系結晶系複合酸化物は公知で
あり、いくつかの製造方法が報告されている(特
開昭51−95990号、同56−45815号、U.S.
P4283288号参照)。これらの公知の方法と異な
り、本発明方法では水熱合成により、上述の結晶
性複合酸化物を製造する。この方法によれば、コ
ールターカウンター法による平均粒子径が0.2〜
10μという極めて微細な結晶が生成する。従つて
過により分離することは必ずしも容易ではない
が、噴霧乾燥すれば微細粉状固体となる。従つて
このようにして固体化したのち他の成分を加えて
再度スラリー化し、噴霧乾燥して触媒とするには
かえつて好都合である。水熱合成は五酸化バナジ
ウムのような五価のバナジウム化合物を、リン酸
と抱水ヒドラジンのような非ハロゲン系還元剤を
含む酸性水溶液中で反応させて、主として四価の
バナジウムとリン酸を含む水性溶液とし、次いで
これを密閉容器中で110〜250℃好ましくは120〜
180℃に0.5〜200時間程度保持することにより行
なわれる。(特願昭57−32110号参照)。酸性水溶
液中のリン酸濃度は5〜50(重量)%、好ましく
は5〜35(重量)%である。リン酸濃度が高すぎ
ると、五酸化バナジウムが還元される以前にリン
酸と反応する可能性があり、液粘度も著るしく高
くなつて取扱いが困難となる。また、還元剤の使
用量は、五価のバナジウムを四価に還元するに要
する化学量論量で十分であり、通常その95〜120
%の範囲で使用される。還元剤としてはヒドラジ
ン、ヒドロキシルアミンまたはこれらのリン酸塩
などのような非ハロゲン系の無機還元剤が好まし
い。所望ならばシユウ酸などの有機還元剤も用い
得るが、工業的には有利ではない。なお、バナジ
ウムの還元は、予じめリン酸および還元剤を溶解
して調製した酸性水溶液中に、五酸化バナジウム
を添加することにより行なうべきであり、これに
より純度のよい結晶を生成させることができる。
水熱合成に際しては、水溶液中に微粉砕した種結
晶を少量添加するのが好ましい。この水熱合成に
より生成する結晶性複合酸化物は、ほぼ(V2O4
(P2O5)(2H2O)の組成式で表わすことができ
る。従つて、リンとバナジウムの比は、P/V原
子比で論理的には1.0であるので、バナジウム化
合物と、リン化合物は、P/V原子比で0.8〜
1.25の範囲内で反応させるのが好ましい。 またこの結晶性複合酸化物のバナジウムは、バ
ナジウムイオンとのイオン半径の差の小さい各種
の金属イオンで一部置換されていてもよい。この
ような金属イオンとしては、鉄、クロム、アルミ
ニウム、チタン、コバルト、マグネシウム等のイ
オンが挙げられる。このような金属イオンで一部
置換された複合酸化物は、触媒とした際、活性の
向上及び活性の安定化に著しい改善をもたらすこ
とができる。置換の割合は結晶性複合酸化物にお
けるこれらの金属の比率がバナジウム1グラム原
子あたり金属として0.005〜0.4、より好ましくは
0.01〜0.2グラム原子となる範囲で選択される。
複合酸化物にこのような他の金属イオンを導入す
るには、水熱合成系にこれらの金属イオンを塩酸
塩、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩等の無機塩、シユウ
酸塩等の有機塩の形で添加する方法があげられ
る。 このようにして得られる置換固溶型の複合酸化
物のX線回折パターンは、第2表に示したピーク
から若干シフトするが、2θ°が±0.2°以内である。 第一工程で得られたスラリーは、第二工程にお
いて噴霧乾燥により固体化する。前述の如く、第
一工程で生成する結晶性複合酸化物は極めて微細
なので、過等により固体を分離することは必ず
しも容易ではないが、噴霧乾燥にはかえつて好都
合である。噴霧乾燥は常法に従つて行なうことが
できる。乾燥ガスの入口温度は通常200〜350℃で
あり、出口温度は100〜350℃となるようにする。
噴霧乾燥により得られた微細粉状固体は、そのま
ま次のスラリー調製に用いることもできるが、む
しろ焼成してからスラリー調製に供するのが好ま
しい。焼成は通常、アルゴン、窒素等の不活性ガ
ス雰囲気中で行なわれるが、空気中で行なうこと
もできる。焼成は通常300〜700℃、好ましくは
450〜600℃で行なわれる。この焼成により結晶相
が変化して、第1表に示すX線回折パターンを与
える複合酸化物に変化することがあるが、触媒性
能上からはむしろ好ましい。従つて通常は、第1
表に示すX線回折パターンを示すようになるまで
焼成する。なお、空気中で焼成する場合には、焼
成しすぎると第1表に示すX線回折パターンから
更に変化するので注意を要する。このように過度
に焼成したものは、本発明の意図する優れた性能
の触媒を与えない。 本発明において第三工程でスラリー調製に用い
るリン酸バナジル溶液は、四価のバナジウムと五
価リンを含有し、その少くとも一部がリン酸バナ
ジルとして存在する溶液である。 この溶液は、第二工程で得られた微細粉状固体
またはその焼成物と後述する担体としてのシリカ
ゾルとのバインダーとしての効果を有し、流動触
媒の流動性、強度の向上に寄与する。この水溶液
の製法は特に限定的ではないが、以下にその数例
を示す。 一般的には五価のリン化合物、例えば、リン酸
を含有する水性溶液に、還元剤と五酸化バナジウ
ムを添加溶解して得られる。水性溶液中のバナジ
ウム元素に対するリン元素の原子比は0.5〜10の
範囲が好ましい。一般にリン酸バナジルを含有す
る水性溶液は不安定であり、長時間安定に保つこ
とは困難な場合があるため、水性溶液の安定化の
ためにシユウ酸を存在させることができる。その
量はバナジウム原子に対するシユウ酸のモル比で
1.2以下、好ましくは0.2〜1の範囲である。シユ
ウ酸の量があまり多いと、触媒の機械的強度、嵩
密度、活性面に好ましくない影響を与える。換言
すれば、バナジウム原子に対するシユウ酸のモル
比が1.2以下という範囲は、シユウ酸バナジルを
形成しない範囲ということができる。 水性溶液の製法の具体例としては次のような方
法がある。 第1に、リン酸およびシユウ酸を含有する水性
溶液に、五酸化バナジウムを、バナジウム原子に
対するシユウ酸のモル比が1.7以下で、かつ好ま
しくは0.7以上となるように添加して、リン酸バ
ナジル及びシユウ酸を含有する水性溶液とする方
法である。具体的には、リン酸を含有する酸性水
性媒体中にシユウ酸を溶解し、五酸化バナジウム
を若干の加温により還元が進行する温度に保ちつ
つ添加することによつて製造する。この方法によ
れば、還元終了後は、バナジウム原子に対し、
1.2モル以下のシユウ酸が存在することになる。 第2に、リン酸を含有する酸性水性溶液にシユ
ウ酸以外の還元剤、好ましくは抱水ヒドラジン、
ヒドラジンまたはヒドロキシルアミンの塩酸塩、
リン酸塩等の無機還元剤、乳酸のような有機還元
剤から選ばれる一種または二種以上の混合物を添
加し、次いで五酸化バナジウムを添加して還元
し、均一なリン酸バナジル含有水性溶液を得る。
この後、好ましくはシユウ酸を添加する。 第3に、五酸化バナジウム、リン酸および亜リ
ン酸を水性媒体中に混合し、亜リン酸の還元作用
により四価のバナジウムイオンとする方法であ
る。この方法で得られるリン酸バナジルを含有す
る水溶液からは、放置すると下記第3表に示すよ
うな特徴的なX線回折スペクトルを与える結晶性
固体が析出する。
The present invention relates to a method for producing an oxidation catalyst, and particularly to a method for producing a catalyst suitable for producing maleic anhydride by catalytic gas phase oxidation of n-butane. A composition containing vanadium, phosphorus and oxygen,
It is known that it is an effective catalyst for producing maleic anhydride by catalytic gas phase oxidation of butane, butene, butadiene, etc., and various proposals have been made regarding its production method. Vanadyl pyrophosphate ((VO) 2 P 2 O 7 ), which is a crystalline compound exhibiting the characteristic X-ray diffraction spectrum shown in Table 1 below, is particularly effective for producing maleic anhydride from n-butane. (E.Bordes, P.Courtine, J.Catal.
57, 236 (1979)). Table 1 (VO) X-ray diffraction spectrum of 2 P 2 O 7 (Anticathode: Cu-K
α) 2θ(±0.2°) Intensity ratio 14.2° 20 15.7° 20 18.5° 20 23.0° 100 28.4° 90 30.0° 50 33.7° 40 36.8° 40 On the other hand, production of maleic anhydride by catalytic vapor phase oxidation of n-butane Since this is accompanied by a large amount of heat generation, a fluidized bed reaction system is considered to be appropriate. The present invention provides a method for producing a catalyst that contains phosphorus and vanadium, provides a diffraction spectrum consistent with the X-ray diffraction spectrum of Table 1, and is suitable for use in a fluidized bed. According to the present invention, when an aqueous solution containing pentavalent phosphorus and tetravalent vanadium is heated to 110 to 250°C, a vanadium-phosphorus crystalline material exhibiting a characteristic X-ray diffraction spectrum shown in Table 2 below can be obtained. The first step is to obtain an aqueous slurry containing oxides, the second step is to spray dry this slurry to obtain a finely powdered solid, and this finely powdered solid is, if necessary, calcined, then treated with phosphoric acid and tetravalent A third step of mixing with a vanadyl phosphate solution containing vanadium and at least a part of which forms vanadyl phosphate and silica sol to form a homogeneous slurry, a fourth step of spray drying this slurry, and a fourth step. By sequentially performing each step of the fifth step of calcining the solid particles produced in step 1, a vanadium-phosphorous oxidation catalyst that exhibits a spectrum that matches the X-ray diffraction spectrum shown in Table 1 and is suitable for use in a fluidized bed. can be manufactured. Table 2 X-ray diffraction spectrum (Anticathode: Cu-Kα) 2θ (±0.2°) Intensity ratio 15.7° 100 19.6° 50 24.2° 40 27.0° 45 28.8° 25 30.4° 80 (Others: 18.5°, 21.8°, (A weak peak with an intensity ratio of about 10 to 20 is seen at 32.2°) To explain the present invention in detail, in the first step, the present invention contains tetravalent vanadium and pentavalent phosphorus, and is shown in Table 2. It is produced by hydrothermal synthesis of a crystalline composite oxide that gives the X-ray diffraction spectrum shown below. Phosphorus-vanadium-based crystalline composite oxides that give the X-ray diffraction spectra shown in Table 2 are known, and several manufacturing methods have been reported (Japanese Patent Application Laid-open Nos. 51-95990, 56-45815, US
(See No. P4283288). Unlike these known methods, the method of the present invention produces the above-mentioned crystalline composite oxide by hydrothermal synthesis. According to this method, the average particle diameter by Coulter counter method is 0.2~
Extremely fine crystals of 10μ are produced. Therefore, it is not always easy to separate by filtration, but spray drying produces a fine powder solid. Therefore, after solidifying in this manner, it is rather convenient to add other components to form a slurry again and spray dry it to obtain a catalyst. Hydrothermal synthesis involves reacting a pentavalent vanadium compound such as vanadium pentoxide in an acidic aqueous solution containing phosphoric acid and a non-halogen reducing agent such as hydrazine hydrate. This is then heated in a closed container at 110-250°C, preferably at 120-250°C.
This is done by holding the temperature at 180°C for about 0.5 to 200 hours. (See Japanese Patent Application No. 57-32110). The concentration of phosphoric acid in the acidic aqueous solution is 5-50% (by weight), preferably 5-35% (by weight). If the phosphoric acid concentration is too high, vanadium pentoxide may react with the phosphoric acid before being reduced, and the liquid viscosity will also become significantly high, making handling difficult. In addition, the amount of reducing agent used is the stoichiometric amount required to reduce pentavalent vanadium to tetravalent vanadium, and usually 95 to 120
Used in a range of %. As the reducing agent, non-halogen inorganic reducing agents such as hydrazine, hydroxylamine, or phosphates thereof are preferred. Organic reducing agents such as oxalic acid may also be used if desired, but are not industrially advantageous. Note that the reduction of vanadium should be carried out by adding vanadium pentoxide to an acidic aqueous solution prepared by dissolving phosphoric acid and a reducing agent in advance, and this makes it possible to produce crystals with good purity. can.
During hydrothermal synthesis, it is preferable to add a small amount of finely ground seed crystals to the aqueous solution. The crystalline composite oxide produced by this hydrothermal synthesis is approximately (V 2 O 4 )
It can be represented by the composition formula (P 2 O 5 )(2H 2 O). Therefore, the ratio of phosphorus to vanadium is logically 1.0 in P/V atomic ratio, so vanadium compounds and phosphorus compounds have a P/V atomic ratio of 0.8 to 1.
It is preferable to carry out the reaction within a range of 1.25. Further, vanadium in this crystalline composite oxide may be partially substituted with various metal ions having a small difference in ionic radius from vanadium ions. Examples of such metal ions include ions of iron, chromium, aluminum, titanium, cobalt, magnesium, and the like. When such a composite oxide partially substituted with metal ions is used as a catalyst, it can significantly improve the activity and stabilize the activity. The substitution ratio is such that the ratio of these metals in the crystalline composite oxide is 0.005 to 0.4 as metal per gram atom of vanadium, more preferably
It is selected in the range of 0.01 to 0.2 gram atom.
In order to introduce such other metal ions into the composite oxide, these metal ions can be added to the hydrothermal synthesis system using inorganic salts such as hydrochloride, sulfate, nitrate, carbonate, etc., or organic salts such as oxalate. One method is to add it in the form of The X-ray diffraction pattern of the substituted solid solution type composite oxide thus obtained is slightly shifted from the peaks shown in Table 2, but the 2θ° is within ±0.2°. The slurry obtained in the first step is solidified by spray drying in the second step. As mentioned above, since the crystalline composite oxide produced in the first step is extremely fine, it is not necessarily easy to separate the solid by filtration, but it is more convenient for spray drying. Spray drying can be carried out according to conventional methods. The inlet temperature of the drying gas is usually 200-350°C, and the outlet temperature is 100-350°C.
Although the fine powder solid obtained by spray drying can be used as is for the next slurry preparation, it is preferable to use it for the slurry preparation after baking. Firing is usually carried out in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen, but it can also be carried out in air. Firing usually takes place at 300-700℃, preferably
It is carried out at 450-600℃. This calcination may change the crystalline phase and result in a composite oxide having the X-ray diffraction pattern shown in Table 1, but this is preferable from the standpoint of catalytic performance. Therefore, usually the first
It is fired until it shows the X-ray diffraction pattern shown in the table. Note that when firing in air, care must be taken because excessive firing will further change the X-ray diffraction pattern shown in Table 1. Such excessive calcination does not provide the excellent performance catalyst intended by the present invention. In the present invention, the vanadyl phosphate solution used for slurry preparation in the third step contains tetravalent vanadium and pentavalent phosphorus, at least a part of which exists as vanadyl phosphate. This solution has an effect as a binder between the fine powder solid obtained in the second step or its calcined product and the silica sol as a carrier described later, and contributes to improving the fluidity and strength of the fluidized catalyst. Although the method for producing this aqueous solution is not particularly limited, some examples are shown below. Generally, it is obtained by adding and dissolving a reducing agent and vanadium pentoxide in an aqueous solution containing a pentavalent phosphorus compound, for example, phosphoric acid. The atomic ratio of phosphorus element to vanadium element in the aqueous solution is preferably in the range of 0.5 to 10. Generally, aqueous solutions containing vanadyl phosphate are unstable and it may be difficult to keep them stable for long periods of time, so oxalic acid can be present to stabilize the aqueous solution. The amount is the molar ratio of oxalic acid to vanadium atoms.
It is 1.2 or less, preferably in the range of 0.2 to 1. If the amount of oxalic acid is too large, it will have an unfavorable effect on the mechanical strength, bulk density and active surface of the catalyst. In other words, a range in which the molar ratio of oxalic acid to vanadium atoms is 1.2 or less can be said to be a range in which vanadyl oxalate is not formed. Specific examples of methods for producing aqueous solutions include the following methods. First, vanadium pentoxide is added to an aqueous solution containing phosphoric acid and oxalic acid such that the molar ratio of oxalic acid to vanadium atoms is 1.7 or less, and preferably 0.7 or more, and vanadium pentoxide is added to the aqueous solution containing phosphoric acid and oxalic acid. and a method of preparing an aqueous solution containing oxalic acid. Specifically, it is produced by dissolving oxalic acid in an acidic aqueous medium containing phosphoric acid, and adding vanadium pentoxide while maintaining the temperature at which reduction proceeds by slight heating. According to this method, after the completion of reduction, for vanadium atoms,
There will be less than 1.2 moles of oxalic acid present. Second, a reducing agent other than oxalic acid, preferably hydrazine hydrate, is added to the acidic aqueous solution containing phosphoric acid.
hydrazine or hydroxylamine hydrochloride,
Add one or a mixture of two or more selected from inorganic reducing agents such as phosphates and organic reducing agents such as lactic acid, and then reduce by adding vanadium pentoxide to obtain a homogeneous aqueous solution containing vanadyl phosphate. obtain.
After this, oxalic acid is preferably added. The third method is to mix vanadium pentoxide, phosphoric acid and phosphorous acid in an aqueous medium and convert the mixture into tetravalent vanadium ions by the reducing action of the phosphorous acid. From the aqueous solution containing vanadyl phosphate obtained by this method, when left to stand, a crystalline solid that gives a characteristic X-ray diffraction spectrum as shown in Table 3 below precipitates out.

【表】 このような結晶性固体の析出は、本発明の目的
からは好ましくなく、水溶液を長時間安定に保つ
必要がある場合にはシユウ酸を添加するのが好ま
しい。 上記のバナジウムおよびリンを含有するリン酸
バナジル溶液には、必要に応じてアルコール、ケ
トン、エーテル等の有機溶媒が併用されていても
かまわない。 本発明においては、第二工程で得られた微細粉
状固体またはその焼成物と上記のリン酸バナジル
溶液およびシリカゾルを混合してスラリーを調製
し、噴霧乾燥する。シリカゾルはあかじめ10〜50
重量%の濃度として調製しておき、微粉状固体お
よびリン酸バナジル溶液と混合して撹拌し、均一
なスラリーとする。微粉状固体、リン酸バナジル
溶液およびシリカゾルの割合は、乾燥重量%で微
粉状固体:リン酸バナジル溶液=20:80〜80:
20、リン酸バナジル溶液:シリカゾル=50:50〜
90:10、微粉状固体:シリカゾル=50:50〜90:
10の範囲内で選択される。なおリン酸バナジル溶
液の乾燥重量は、バナジウムおよびリンをV2O4
およびP2O5として計算することもできる。 微粉状固体およびリン酸バナジル溶液の量がシ
リカゾルに対してあまりに少ないと、触媒強度は
向上するが、活性の低下がみられる。また、リン
酸バナジル溶液の量が、微粉状固体に対して上記
範囲を下回ると、触媒強度が低下する傾向にあ
る。 微粉状固体、リン酸バナジル溶液およびシリカ
ゾルの混合に際しては、ボールミル、ロツドミ
ル、撹拌ミル、サンドグラインダー、ウルトラホ
モミキサー、ウルトラタラツクス、超音波ミル等
の湿式混合装置を用いて、できるだけ均質なスラ
リーとすると共に、微粉状固体をできるだけ微細
化するのが好ましい。 このようにして調製されたスラリーは、次いで
噴霧乾燥して球状の固体粒子とする。噴霧乾燥の
条件は、通常、乾燥ガスの入口温度が200〜350
℃、出口温度が100〜350℃となるようにする。ま
た、給液量とデイスク回転数を調節して、噴霧乾
燥により得られる固体粒子の粒子径の平均値が30
〜100ミクロン程度の範囲になる様にする。平均
粒子径のより好ましい範囲は40〜70ミクロンであ
る。 以上のようにして得られた固体粒子は、さらに
焼成して酸化触媒とする。焼成は通常400〜700
℃、好ましくは450〜600℃で行われる。焼成の雰
囲気としては、空気またはブタン、ブテン類等の
有機物を含む空気を用いることができる。 アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気中での焼
成も行なわれる。この焼成により、固体粒子中の
第一工程で生成した結晶性酸化物は第1表に示す
X線回折パターンを与える複合酸化物に変化す
る。 本発明方法により得られる酸化触媒は、流動
性、強度および活性に優れ、炭素数4の炭化水
素、とくにn−ブタンの酸化による無水マレイン
酸の製造用触媒として好適である。 以下に実施例により本発明をさらに具体的に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以
下の実施例に限定されるものではない。 実施例 1 <結晶性酸化物スラリーの製造> 100のグラスライニングを施したジヤケツト
付き耐圧容器に、脱塩水38.0Kg、85%リン酸
21.83Kg、80%抱水ヒドラジン溶液2.85Kgを仕込
み、次いで撹拌しながら五酸化バナジウム粉末
16.40Kgを発泡に注意して少量ずつ添加した。こ
の間、発熱による温度上昇を抑えて液温を60〜80
℃に保つため、低温熱媒をジヤケツト内に循環し
除熱した。五酸化バナジウムの添加を約4時間で
終了し、青色のリン酸バナジル溶液を得た。これ
に種結晶1.0Kgを添加し、次いで160℃の熱媒をジ
ヤケツト内に循環して加熱した。液温度140℃ま
で2時間で昇温し、そのまま10時間の水熱処理を
行なつた。この間、圧力は約2.4KGであつた。90
℃まで冷却後、脱塩水10.3Kgを加え、スラリー中
の固体濃度を約35%に調節して抜出した。この固
体のX線回折測定を行なつたところ、第2表に示
す主要回折ピークを示すことが判明し、純粋な結
晶性酸化物であることを確認した。また、コール
ターカウンター法でスラリー中の固体の粒子径分
布を調べたところ、0.7μの平均粒子径を示した。 <微粉状固体の製造> 上記のスラリーをウルトラタラツクスで30分間
処理し、高速回転デイスク型スプレードライヤー
を用いて噴霧乾燥して微粉状固体を得た。乾燥条
件はガス入口温度360℃、出口温度150〜160℃で
あつた。得られた微粉の粒子サイズは約5〜50μ
の範囲にあつたが、強度が低く、次の工程に使用
するのに好適である。また、このもののP/V原
子比は1.05である。 <リン酸バナジル溶液の製造) 脱塩水60Kgに85%リン酸6.929Kg、シユウ酸
(H2C2O4・2H2O)5.987Kgを添加し80℃まで加熱
撹拌しながら溶解した。次いで五酸化バナジウム
4.319Kgを少量ずつ発泡に注意しながら添加し、
溶解したのち放冷した。水を加えて全量を82.8Kg
とした。この溶液のP/V原子比は1.266でバナ
ジウム1グラム原子当り0.5グラムモルのシユウ
酸を含んでいる。また、この溶液は安定であり常
温で1ケ月の保存でも固体析出を起こさなかつ
た。 <噴霧乾燥用スラリー製造、噴霧乾燥および焼
成> 上記で調製したリン酸バナジル溶液40Kgに、40
%シリカゾル溶液6.20Kgを撹拌しながら添加し、
次いで上記で得た微粉状固体3.865Kgを添加した。
このスラリーを連続湿式粉砕機で処理し、十分に
均質化した後、噴霧乾燥器にて噴霧処理した。ス
ラリーの固体濃度は20%であり、乾燥ガス入口温
度210℃、出口温度130℃であつた。得られた粒子
の平均粒子径は61μで、真球性、強度とも良好で
あつた。この噴霧乾燥粒子を窒素流通下に500℃
で2時間焼成して触媒とした。この触媒のX線回
折スペクトルは第1表に示した回折ピーク群を有
しており、(VO)2P2O7結晶相が生成しているこ
とを示している。また、この回折ピークの強度
は、触媒調製に用いた微粉状固体の量から期待さ
れる強度にほぼ合致した。従つて触媒調製工程に
おいては、第1工程で水熱合成により製造した結
晶相がそつくり(VO)2P2O7結晶相に変化したも
のと考えられ、またバインダーとして用いたリン
酸バナジル溶液の(VO)2P2O7結晶相への変化は
ないものと考えられる。 実施例 2 実施例1で得た微粉状固体を2容量の磁製皿
に分納してマツクル炉で焼成した。炉内は昇温前
に窒素で十分置換し、かつ窒素を流通させながら
500℃に2時間保持し、次いで徐々に空気を導入
しつつさらに500℃に1時間保持したのち、降温
した。焼成後の微粉状固体のX線回折ピークは、
第1表に示すX線回折ピークと同じであり、
(VO)2P2O7結晶相に変化していることが判明し
た。 この焼成後の微粉状固体3.47Kgを用いた以外
は、実施例1と全く同様にしてスラリー調製、噴
霧乾燥および焼成して触媒を調製した。噴霧乾燥
により得られた粒子の平均粒子径は59μで、真球
性、強度とも良好であつた。また、触媒のX線回
折スペクトルは実施例1のものとほぼ同じであつ
た。 試験例 内径17mmの流動床反応器に触媒20ml(粒径44〜
116μ)を入れ、n−ブタン3%を含む空気を
GHSV500となるように反応器に導入して反応さ
せた。生成物は水に吸収させ、この水溶液の電位
差滴定および廃ガスのガスクロマトグラフによる
分析により、反応成績を求めた。結果を第4表に
示す。
[Table] Such precipitation of crystalline solids is not preferable from the purpose of the present invention, and when it is necessary to keep the aqueous solution stable for a long time, it is preferable to add oxalic acid. The vanadyl phosphate solution containing vanadium and phosphorus may contain an organic solvent such as alcohol, ketone, or ether, if necessary. In the present invention, a slurry is prepared by mixing the fine powder solid obtained in the second step or the baked product thereof with the vanadyl phosphate solution and silica sol, and then spray-dried. Silica sol is Akajime 10-50
It is prepared as a concentration of % by weight, mixed with the fine powder solid and vanadyl phosphate solution, and stirred to form a homogeneous slurry. The ratio of fine powder solid, vanadyl phosphate solution and silica sol is 20:80 to 80: fine powder solid: vanadyl phosphate solution in dry weight%.
20, Vanadyl phosphate solution: Silica sol = 50:50~
90:10, fine powder solid: silica sol = 50:50-90:
Selected within a range of 10. The dry weight of the vanadyl phosphate solution is the
and P2O5 . If the amount of finely divided solid and vanadyl phosphate solution is too small relative to the silica sol, the catalyst strength will be improved but the activity will be decreased. Furthermore, if the amount of the vanadyl phosphate solution is less than the above range relative to the fine powder solid, the catalyst strength tends to decrease. When mixing fine powder solids, vanadyl phosphate solution, and silica sol, use a wet mixing device such as a ball mill, rod mill, stirring mill, sand grinder, ultra homo mixer, ultra tarax, or ultrasonic mill to make the slurry as homogeneous as possible. At the same time, it is preferable to make the fine powder solid as fine as possible. The slurry thus prepared is then spray dried into spherical solid particles. The conditions for spray drying are usually that the drying gas inlet temperature is between 200 and 350.
℃, and the outlet temperature should be between 100 and 350℃. In addition, by adjusting the liquid supply amount and disk rotation speed, the average particle diameter of solid particles obtained by spray drying was adjusted to 30.
It should be in the range of ~100 microns. A more preferred range of average particle size is 40 to 70 microns. The solid particles obtained as described above are further calcined to form an oxidation catalyst. Firing is usually 400-700
℃, preferably 450-600℃. As the firing atmosphere, air or air containing organic substances such as butane and butenes can be used. Firing may also be carried out in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. By this firing, the crystalline oxide produced in the first step in the solid particles is changed into a composite oxide giving the X-ray diffraction pattern shown in Table 1. The oxidation catalyst obtained by the method of the present invention has excellent fluidity, strength and activity, and is suitable as a catalyst for producing maleic anhydride by oxidizing a hydrocarbon having 4 carbon atoms, particularly n-butane. EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to the following Examples unless it exceeds the gist thereof. Example 1 <Manufacture of crystalline oxide slurry> 38.0 kg of demineralized water and 85% phosphoric acid were placed in a pressure-resistant container with a jacket lined with 100% glass.
21.83Kg and 2.85Kg of 80% hydrazine hydrate solution were charged, and then vanadium pentoxide powder was added while stirring.
16.40Kg was added little by little, being careful not to foam. During this time, reduce the temperature rise due to heat generation and keep the liquid temperature between 60 and 80.
To maintain the temperature at °C, a low-temperature heating medium was circulated inside the jacket to remove heat. The addition of vanadium pentoxide was completed in about 4 hours, and a blue vanadyl phosphate solution was obtained. 1.0 kg of seed crystals were added to this, and then a heating medium at 160°C was circulated inside the jacket to heat it. The liquid temperature was raised to 140°C in 2 hours, and hydrothermal treatment was continued for 10 hours. During this time, the pressure was approximately 2.4KG. 90
After cooling to ℃, 10.3 kg of demineralized water was added to adjust the solid concentration in the slurry to about 35%, and the slurry was extracted. When this solid was subjected to X-ray diffraction measurement, it was found that it exhibited the main diffraction peaks shown in Table 2, confirming that it was a pure crystalline oxide. Furthermore, when the particle size distribution of the solids in the slurry was examined using the Coulter Counter method, it was found that the average particle size was 0.7μ. <Production of finely powdered solid> The above slurry was treated with Ultra Turrax for 30 minutes and spray-dried using a high-speed rotating disk type spray dryer to obtain a finely divided solid. The drying conditions were a gas inlet temperature of 360°C and an outlet temperature of 150-160°C. The particle size of the resulting fine powder is approximately 5-50μ
However, it has low strength and is suitable for use in the next step. Moreover, the P/V atomic ratio of this material is 1.05. <Manufacture of vanadyl phosphate solution) 6.929 kg of 85% phosphoric acid and 5.987 kg of oxalic acid (H 2 C 2 O 4 .2H 2 O) were added to 60 kg of demineralized water and dissolved while heating to 80° C. and stirring. Then vanadium pentoxide
Add 4.319Kg little by little, being careful not to foam.
After dissolving, it was allowed to cool. Add water to make the total amount 82.8Kg
And so. This solution has a P/V atomic ratio of 1.266 and contains 0.5 gmol of oxalic acid per gram atom of vanadium. Moreover, this solution was stable and did not cause solid precipitation even after being stored at room temperature for one month. <Preparation of slurry for spray drying, spray drying and calcination> Add 40 kg of vanadyl phosphate solution prepared above to 40 kg of vanadyl phosphate solution prepared above.
Add 6.20Kg of % silica sol solution while stirring,
Then, 3.865 kg of the fine powder solid obtained above was added.
This slurry was processed using a continuous wet pulverizer, sufficiently homogenized, and then sprayed using a spray dryer. The solids concentration of the slurry was 20%, the drying gas inlet temperature was 210°C, and the outlet temperature was 130°C. The average particle diameter of the obtained particles was 61μ, and both sphericity and strength were good. These spray-dried particles are heated to 500°C under nitrogen flow.
It was calcined for 2 hours and used as a catalyst. The X-ray diffraction spectrum of this catalyst has the diffraction peak groups shown in Table 1, indicating that a (VO) 2 P 2 O 7 crystal phase is formed. Moreover, the intensity of this diffraction peak almost matched the intensity expected from the amount of fine powder solid used for catalyst preparation. Therefore, in the catalyst preparation process, it is thought that the crystalline phase produced by hydrothermal synthesis in the first step changed to the crystalline phase of V02P2O7 , and the vanadyl phosphate solution used as a binder . It is considered that there is no change to the (VO) 2 P 2 O 7 crystal phase. Example 2 The finely powdered solid obtained in Example 1 was divided into 2-capacity porcelain dishes and fired in a Matsukuru furnace. The inside of the furnace is sufficiently replaced with nitrogen before heating up, and while nitrogen is being circulated,
The temperature was maintained at 500°C for 2 hours, and then the temperature was lowered after gradually introducing air and maintaining the temperature at 500°C for another hour. The X-ray diffraction peak of the fine powder solid after firing is
It is the same as the X-ray diffraction peak shown in Table 1,
It was found that the crystal phase changed to (VO) 2 P 2 O 7 . A catalyst was prepared by preparing a slurry, spray drying, and calcination in exactly the same manner as in Example 1, except that 3.47 kg of the finely powdered solid after calcination was used. The average particle diameter of the particles obtained by spray drying was 59μ, and both sphericity and strength were good. Further, the X-ray diffraction spectrum of the catalyst was almost the same as that of Example 1. Test example: 20 ml of catalyst (particle size 44~
116μ) and air containing 3% n-butane.
It was introduced into a reactor and reacted so as to give GHSV500. The product was absorbed into water, and the reaction results were determined by potentiometric titration of the aqueous solution and gas chromatographic analysis of the waste gas. The results are shown in Table 4.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 五価のリンおよび四価のバナジウムを含有す
る水性溶液を100〜250℃に加熱して下記に示す特
徴的なX線回折スペクトルを示すバナジウム−リ
ン系結晶性酸化物を含む水性スラリーを得る第一
工程、このスラリーを噴霧乾燥して微細粉状固体
を取得する第二工程、この微細粉状固体を、要す
れば焼成したのち、リン酸および四価のバナジウ
ムを含みかつその少くとも一部がリン酸バナジル
を形成しているリン酸バナジル溶液およびシリカ
ゾルと混合して均質なスラリーとする第三工程、
このスラリーを噴霧乾燥する第四工程および第四
工程で生成した固体粒子を焼成する第五工程の各
工程からなることを特徴とするバナジウム−リン
系酸化触媒の製造方法。 X線回折スペクトル(対陰極:Cu−Kα) 2θ(±0.2°) 15.7° 19.6° 24.2° 27.0° 28.8° 30.4° 2 第三工程のリン酸バナジル溶液が、バナジウ
ム1グラム原子当り1.2グラムモル以下のシユウ
酸を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の方法。 3 第三工程のリン酸バナジル溶液のP/V原子
比が0.5〜10の範囲にあることを特徴とする特許
請求の範囲第1項または第2項記載の方法。 4 第五工程で得られる焼成物のP/V原子比が
0.8〜1.5の範囲にあることを特徴とする特許請求
の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の方
法。 5 第二工程で得られた微細粉状固体を300〜700
℃で焼成して第三工程のスラリー調製に供するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4
項のいずれかに記載の方法。
[Claims] 1. A vanadium-phosphorus crystalline oxide that exhibits the characteristic X-ray diffraction spectrum shown below when an aqueous solution containing pentavalent phosphorus and tetravalent vanadium is heated to 100 to 250°C. The first step is to obtain an aqueous slurry containing phosphoric acid and tetravalent vanadium. a third step of mixing with a vanadyl phosphate solution containing and at least a part of which forms vanadyl phosphate and silica sol to form a homogeneous slurry;
A method for producing a vanadium-phosphorus oxidation catalyst, comprising the steps of a fourth step of spray drying this slurry and a fifth step of calcining the solid particles produced in the fourth step. X-ray diffraction spectrum (Anticathode: Cu-Kα) 2θ (±0.2°) 15.7° 19.6° 24.2° 27.0° 28.8° 30.4° 2 The vanadyl phosphate solution in the third step contains less than 1.2 gmol per gram atom of vanadium The method according to claim 1, characterized in that it contains oxalic acid. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the P/V atomic ratio of the vanadyl phosphate solution in the third step is in the range of 0.5 to 10. 4 The P/V atomic ratio of the fired product obtained in the fifth step is
The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is in the range of 0.8 to 1.5. 5 The fine powder solid obtained in the second step was heated to 300 to 700
Claims 1 to 4, characterized in that the slurry is fired at ℃ and used for slurry preparation in the third step.
The method described in any of the paragraphs.
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